JPH03236346A - 光学活性物質及びそれを含有する液晶組成物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、新規な光学活性物質およびそれを含有する液
晶組成物に関するものである。

［従来の技術］ 従来、光学活性を有することを特徴とする種々の光学素
子としては、以下に例示するように多くのものが知られ
ている。

１）液晶状態においてコレステリック・ネマチック相転
移効果を利用するもの［ジェイ　ジェイウィソキ、エイ
　アダムス、ダブリュ　ハアース「フィジックス　レヴ
ユー　レターズＪ　　（Ｊ、　　Ｊ。

Ｗｙｓｏｋｉ、　Ａ、　Ａｄａｍｓ　ａｎｄ　Ｗ、　Ｈ
ａａｓ；　Ｐｈｙｓ、　　Ｒｅｖ。

Ｌｅｔｔ、）、　２０．１０２４　（１９６８）　］、
２）液晶状態においてホワイト・ティラー形ゲスト・ホ
スト効果を利用するもの［デー　エル　ホワイト、ジー
　エム　テエイラー「ジャーナルオブ　アプライド　フ
ィジッスクＪ　（Ｄ、　Ｌ、　Ｗｈｉｔｅａｎｄ　Ｇ、
　　Ｎ、Ｔａｙｌｏｒ；　　Ｊ、　　Ａｐｐｌ、　　Ｐ
ｈｙｓ、ｌ、　　４５．　４７１８（１９７４）］　　
、 ３）液晶状態においてカイラル・スメクチックＣ相、Ｈ
相、Ｆ相、Ｉ相、Ｃ相、Ｋ相、Ｊ相の強誘電性効果を利
用するもの［エフ　エイ　　クラーク、ニス　チー　ラ
ガウェル「アプライドフィジックス　レターズＪ　（Ｎ
、　Ａ、　Ｃ１ａｒｋ　ａｎｄ　Ｓ。

Ｔ、　Ｌａｇｅｒｗａｌｌ；　Ａｐｐｌ、　Ｐｈｙｓ、
　　Ｌｅｔｔ、）、　３６．８９９（１９８０）］、 ４）液晶状態においてコレステリック相を持つものをマ
トリックス中へ固定することにより、その選択散乱特性
を利用し、ノツチフィルターやバンドパスフィルターと
して利用するもの［エフ　ジエイ　カーノ「アプライド
　フィジックス　　レターズＪ　（Ｆ、Ｊ、Ｋａｈｎ　
　；　　Ａｐｐｌ、　Ｐｈｙｓ、　Ｌｅｔｔ、ｌ、　１
８゜２３１　（１９７１）　］　、円偏光特性を利用し
た円偏光ビームスプリッタ−として利用するもの［ニス
デイ　ヤコブ「ニス　ビー　アイ　イーＪ　（Ｓ、　Ｄ
。

Ｊａｃｏｂｓ、　５ＰＩＥ）、　３７．９１１１　（１
９８１）　］　　；等。

個々の方式についての詳細な説明は省略するが、いずれ
も表示素子や変調素子として重要である。

これら光学素子を構成する機能性材料の主要成分として
、あるいは比較的少量成分ではあるが、重要な機能成分
として光学活性物質が使用される。例えば、エイチ　ア
ーノルド「ツァイトシュリフト　フユア　フイジカリッ
シェ　シエミー」（Ｈ，Ａｒｎｏｌｄ、　Ｚ、　Ｐｈｙ
ｓ、　Ｃｈｅｍ、）、　２２６．１４６　＜１９６４）
には、上記したような光学素子材料、特に液晶材料に、
他の光学活性物質ないしは液晶性化合物を添加すること
により、液晶状態において発現する戚晶相の種類や温度
範囲を制御することが開示されている。また、電界応答
により駆動される液晶材料に、大きな双極子を持つ化合
物を導入して、より電界応答性の良好な液晶材料を得る
ことも期待される。

このような機能性材料の多（は、それ自体が光学活性で
ある中間体から合成される。

また、光学活性を有することを特徴とする光学素子のう
ち、液晶状態の電界応答光学効果を用いる方法において
は、応答性を高めるために極性基を導入することが行な
われてきた。特に、強誘電性液晶においては、応答速度
は自発分極に比例することが知られており、高速化のた
めには自発分極を増加させることが望まれている。この
ような点から、ビー　ケラ−（Ｐ、　Ｋｅｌｌｅｒ）ら
は、不斉炭素に塩素基を導入することで自発分極を増加
させ応答速度の高速化が可能であることを示した〔ジア
ール　アカデミ−サイエンス　（Ｃ，Ｒ，Ａｃａｄ、　
Ｓｃ、　Ｐａｒｉｓ）、　２８２　Ｇ、　６３９　（１
９７６））。

しかしながら、不斉炭素に導入された塩素基は化学的に
不安定であるという欠点を有しているために、その改善
が望まれている。

この様に従来の極性基を導入した光学活性中間体は、は
とんどが極性基を有効に利用することができないもので
あった。

［発明が解決しようとする課題］ 本発明は、上述の事情に鑑みてなされたものであり、そ
の主要な目的は、適当な光学活性中間体として有用であ
るだけでなく、液晶性化合物に誘導したときに高い安定
性と大きな自発分極をもたらす光学活性物質を提供する
ことにある。

また、本発明の他の目的は、前記光学活性物質を含有す
ることにより、大きな自発分極を有し、高速応答性を示
し、かつ良好な表示特性が得られる液晶組成物を提供す
ることにある。

［課題を解決するための手段］ 即ち、本発明の第一発明は、下記一般式（Ｉ）（式中、
Ｒは炭素原子数が４〜８の直鎖状アルキル基、Ｃｏは不
斉炭素原子を示す） で示される光学活性物質である。

また、本発明の第二発明は、前記一般式（Ｉ）で示され
る光学活性物質の少なくとも１種を含有することを特徴
とする液晶組成物である。

以下、本発明の詳細な説明する。

本発明の光学活性物質は、前記一般式（Ｉ）で示される
構造を有するが、式中のＲは炭素原子数４〜８、好まし
くは炭素原子数４〜６の直鎖状アルキル基を示す。また
、アルキル基は置換または未置換のものでもよい。

前記一般式（Ｉ）で示される光学活性物質の製造方法は
、例えば、好ましい方法としては下記−般式（ＩＩ）で
示されるｌ、　１．１−１−リフルオロアルカン−２−
オールから誘導される。

Ｆｓ Ｒ−ＣＨ−ＯＨ （ＩＩ） 主な製造法を以下に示す。

（Ｉ） （式中、Ｒは炭素原子数が４〜８の直鎖状アルキル基、
Ｃｏは不斉炭素原子を示す） このようにして得られた前記一般式（Ｉ）で示される光
学活性物質は、光学素子を形成する機能性材料を製造す
るための中間体として有用であるほか、各種光学活性物
質を合成する中間体としても用いられる。

次に、本発明の液晶組成物は、前記一般式（Ｉ）で示さ
れる光学活性物質を、液晶性化合物に配合することによ
り得ることができる。該光学活性物質を液晶性化合物か
らなる液晶性組成物に添加することにより、組成物の高
速応答性などの緒特性の改良がなされ、良好な表示特性
が得られる。

例えば、前記一般式（Ｉ）で示される光学活性物質は、
ネマチック液晶に添加することにより、ＴＮ型セルにお
けるリバースドメインの発生を防止することに有効であ
る。この場合、得られる液晶組成物の０．０１〜５０重
量％、好ましくは０．１〜３０重量％の割合となるよう
に一般式（Ｉ）の光学活性物質を添加することが望まし
い。

また、ネマチック液晶らしくはカイラルネマチック成品
に添加することにより、カイラルネマチック成品として
、相転移型液晶素子やホワイトティラー形ゲスト・ホス
ト型液晶素子に液晶組成物として使用することが可能で
ある。この場合、得られる液晶組成物の０．０１〜８０
重量％、好ましくは１〜５０重量％の割合となるように
一般式（Ｉ）の光学活性物質を添加することが望ましい
。

また、前記一般式（Ｉ）の光学活性物質は、それ自体で
強誘電性のカイラルスメクチック液晶状態を呈する液晶
性組成物に、例えば得られる液晶組成物の０，０１〜８
０重量％、好ましくは１〜５０重量％の割合となるよう
に一般式（Ｉ）の光学活性物質を添加することにより、
耐久性等の特性を改善することができる。

更には、それ自体ではカイラル成分を有していないスメ
クチック液晶に一般式（Ｉ）の光学活性物質を添加して
、強誘電性カイラルスメクチック相を呈するｌ夜晶組成
物を与えることもできる。この場合、得られる液晶組成
物のｏ、ｃｉ〜８０重量％、好ましくは１〜５０重量％
の割合となるように一般式（Ｉ）の光学活性物質を添加
することが望ましい。このようにカイラルスメクチック
液晶組成物を与えるために、前記一般式（Ｉ）の光学活
性物質を添加して利用する場合には、大きな自発分極を
得ることが可能となり、応答時間を短くし、しきい値電
圧を低くすることができる。

次に、一般式（Ｉ）で示される光学活性物質と混合して
液晶組成物を得るために用いられる他の液晶性化合物と
しては、以下に示すものが挙げられる。

８群：それ自体ではカイラル成分を有していないネマチ
ック液晶またはスメクチック液晶ａで表される液晶性化
合物の例を構造式で以下に示す。

（ａ　−１） （ａ　−５） （ａ　−２） （ａ　−６） （ａ　−３） （ａ ７） （ａ　−８） （ａ　−４） （ａ　−９） （ａ　−１０） （ａ　−１４） （ａ　−１１） （ａ　−１２） （ａ ｌ） （ａ−１２）式において、 Ｒ２はそれ ぞれ炭素原子数がｌ〜１８の直鎖状または分岐状のアル
キル基、 ｌ ｑはそれぞれ独立にＯまたは１ である。

（ａ　−１３） （ａ　−１８） （ａ １９） （ａ　−２０） （ａ ２１） （ａ　−２６） （ａ　−２７） （ａ　−２８） （ａ　−２９） （ａ　−２２） （ａ ２３） υ （ａ ２４） （ａ ２５） （ａ　−３０） −（Ｅ）−０ＣＨ２バ巨８ΦトＹ＋−Ｒｓ（ａ　−３１
） （ａ　−３２） （ａ　−３３） （ａ　−３４） （ａ ３６） （ａ　−３７） （ａ　−１３）〜 （ａ〜３４）式において、 Ｒ１゜ ｐはそれ ぞれ前記定義の通りである。

Ｒ３はＲ２または ＣＨｌ ＋　ＣＨ２＋−ＣＨ−＋−ＣＦ（２＋−０−Ｃ、Ｈ、ｔ
。

（ａ ３８） （ただし、 ｒ＝ｏ　〜５、 Ｓ＝Ｏまたは１、 ｔ　＝ １〜１０） Ｒ，−Ｙ、イトＣＨ，ＣＨ，□Ｆ　Ｙ２−Ｒ４（ａ　−
３９） ２は水素原子またはフッ素原子を表す。

（ａ　−３５） ３ ｙｌＷ　Ｙｚ−Ｒ４ （ａ　−４０） （ａ ４１） （ａ　−４５） （ａ　−４２） （ａ　−４６） υ （ａ　−４３） （ａ　−４７） ア （ａ　−４４） が１〜１８の直鎖状または分岐状のアルキル基、ま たは （ｉ、Ｉ（・ ＋ＣＨ２÷ｈ−（Ｈ十ＣＨ２→７刊−Ｃ，Ｒ２，□（た
だし、ｒ−Ｏ〜５、Ｓ＝Ｏまたは１、ｔ＝１〜１０） （ｂ　−２） Ｒ、−ｙ　、４）（トｙ　２−　ＲＳ （ｂ　−３） ｂ群：それ自体でカイラル成分を有するカイラルネマチ
ック液晶組成物、カイラルスメクチック成品組成物の成
分となる液晶性化合物であり、好ましくはａ群の化合物
の少なくとも１種類と組み合せて用いる。

ｂ群で示される液晶性化合物の例を構造式で以下に示す
。

（ｂ　−１） （ｂ　−４） υ （ｂ　−５） υ （ｂ　−６１ 〜（ｂ−６）式において、ＲＩ＋　Ｙｌｌ　Ｙ２は記定
義の通りであるａ　Ｒ５は下記の１）から選ばれる。

１　） ＋ＣＨ２→下イＨＣ，Ｈ２Ｊ、。

ｉｉ） Ｈｓ −ＣＨＣ，Ｈ２□ Ｈｓ ｉｉｉ　） ＋　ＣＨ２→ＴべＨ＋ＣＨ２→Ｔ刊−Ｃ（）Ｉｆ　（４
まただし、ｉ＝ｏまたはｌ、ｊ＝１〜ｌｏ、に＝１〜１
６、ｓ、ｔは前記定義の通りである。

ａ群またはｂ群の化合物と一般式（Ｉ）で示される光学
活性物質を適宜組み合わせて本発明の液晶組成物を得る
ことができる。

［作用］ 本発明の光学活性物質は、一般式（Ｉ）で示される構造
からなり、不斉炭素原子に大きな双極子モーメントを有
する基が導入されているので、優れた電界応答を示すこ
とができる。また、一般式（Ｉ）で示される光学活性物
質は、その活性を失うことなく種々の誘導体を合成する
ことができるので、非常に広範囲に利用することができ
る。

また、本発明の液晶組成物は、前記一般式（■）で示さ
れる光学活性物質を含有しているために、大きな自発分
極を有し、高速応答性を示すことができる。

［実施例］ 以下、実施例により本発明を更に具体的に説明するが、
本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

実施例１ ４−（１−トリフルオロメチルへブチルオキシメチル）
安息香酸の製造 Ｆ３ Ｕ ４−ブロモメチル安息香酸１．１７２ｇ　（５，５ｍＭ
）を３ｍ１）の乾燥ジメチルスルホキシドに溶解させ、
１．１．１トリフルオロ−２−オクタツール （［ａ］　”　　＋２２．６°　ｏ、ｐ、　８７％）　
９２０ｍｇ　　（５ｍＭ）を乾燥テトラヒドロフラン３
ｍ１）に溶解させた溶液を加えた。

次に、反応混合物を氷冷し、６０％水素化ナトリウム６
６０ｍｇ（１６，５ｍＭ）をヘキサンで洗浄した後、ジ
メチルスルホキシド５ｍｊ）に懸渇させて加えた。室温
で数時間撹拌後、テトラヒドロフランをさらに２０ｍ２
加え、−晩撹拌した。反応終了後、水１０ｍＡ＋、３Ｍ
塩酸３ｍｉ＋、食塩を加え、ジエチルエーテル８ｍ２を
用いて抽出した。得られた有機層は、無水硫酸マグネシ
ウムで乾燥し、溶媒留去後、シリカゲルカラムクロマト
グラフィーにて精製した（移動相：ヘキサン／酢酸エチ
ル＝　４／３　）。目的の４（１−トリフルオロメチル
へブチルオキシメチル）安息香酸は１．１２８ｇ　（３
，５７ｍＭ）得られた。（収率７１％） ［α］　二’　　　＋３９．５°　（ｃ　　１．０２．
　　ＣＨＣｌ！３）［α］　：：、　＋８２．３°（ｃ
　１．０２．　ＣＨＣム）スペクトルデータ ＩＲデータ　（ｃｍ−’） ２９３０、２８６０゜ １４２０、１２８０゜ ＮＭＲデータ（ｐｐｍ ９．８７（ｓ、　ＩＨ）。

７．３７（ｄ、　２Ｈ）。

４．９０．４．５７（ｄ　ｅａｃｈ、　Ｊ＝ｌＯＨｚ　
ｔｏｔａｌ　２Ｈ）。

３．６７（ｍ、　ＬＨ）、　１．９〜０．７（ｍ、　１
３Ｈ）１６９０、　１６２０．　１５８０゜ １１６０、　１１３０゜ ） ８．０３（ｄ、　　２Ｈ）。

実施例２ 透明電極としてＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ　Ｔｉｎ　０ｘｉ
ｄｅ）膜を形成したガラス基板上に、ポリイミド樹脂前
駆体（東し■製、５Ｐ−５１０）を用いてスピンナー塗
布番こより成膜した後、３００℃で６０分間焼成してボ
ＩＪイミド膜を形成した。次に、この被膜をラビング番
こより配向処理を行ない、ラビング処理軸力Ｓ直交する
ようにしてセルを作成した（セル間隔５ｕｎ）。

作成したセルにネマチック液晶組成物（リクソンＧＲ−
６３：チツソ■製、ビフェニル液晶混合物）を庄太し、
ＴＮ　（ツィステッドネマチック）型セルとし、これを
偏光顕微鏡で観察したところ、リック−ストメイン（し
ま模様）が生じていること力Ｓ認められた。

前記リクソンＧＲ−６３（９９重量部）に対して、本発
明の実施例１の光学活性物質（１重量部）を加えた液晶
混合物を用いて、上記と同様にしてＴＮセルを作成し、
これを偏光顕微鏡で観察したところ、リバースドメイン
は認められず均一性のよＩ／）ネマチック相となってい
た。このことから、本発明の光学活性物質はリバース・
ドメインの防止番こ有効であることが認められた。

実施例３ 下記化合物を下記の重量部で混合し、 物Ｓを作成した。

構造式 更に、この液晶組成物Ｓに対して、以下に示す化合物（
２）を各々以下に示す重量部で脛合し、液晶組成物Ｔを
作成した。

構造式 ％式％（２） ５ 次に、２枚の０．７ｍｍ厚のガラス板を用意し、それぞ
れのガラス板上にＩＴＯ膜を形成し、電圧印加電極を作
成し、さらにこの上にＳｉＯ□を蒸着させ絶縁層とした
。ガラス板上にシランカップリング剤〔信越化学■製、
にＢＭ−６０２］　０．２％イソプロピルアルコール溶
液を回転数２００Ｏｒ、　ｐ、　ｍ、のスピンナーで１
５秒間塗布し、表面処理を施した。この後、１２０℃に
て２０分間加熱乾燥処理を施した。

さらに、表面処理を行なったＩＴＯ膜付きのガラス板上
にポリイミド樹脂前駆体［東し■製、５Ｐ−５１０］　
１．５％ジメチルアセトアミド溶液を回転数２０００ｒ
、　ｐ、ｍ、のスピンナーで１５秒間塗布した。成膜後
、６０分間、３００℃で加熱縮合焼成処理を施した。こ
の時の塗膜の膜厚は、約２５０入であった。

この焼成後の被膜には、アセテート植毛布によるラビン
グ処理がなされ、その後イソプロピルアルコール液で洗
浄し、平均粒径２μｍのアルミナビーズを一方のガラス
板上に散布した後、それぞれのラビング処理軸が互いに
平行となる様にし、接着シール剤〔チッソ■製、リクソ
ンボンド〕を用いてガラス板をはり合わせ、６０分間、
１００℃にて加熱乾燥しセルを作成した。

このセルに液晶組成物Ｔを等方性酸体状態で注入し、等
吉相から２０°Ｃ／ｈで２５℃まで徐冷することにより
、強誘電性液晶素子を作成した。このセルのセル厚をベ
レック位相板によって測定したところ、約２μｍであっ
た。

この液晶素子内の均一配向性は良好であり、モノドメイ
ン状態が得られた。

また、この強誘電性液晶素子を使用して自発分極および
光学応答速度を測定したところ、良好な結果が得られた
。

実施例４ 実施例３で使用した化合物（２）の代わりに、以下に示
す化合物（３）を以下に示す重量部で液晶組成物Ｓと混
合し、液晶組成物Ｕを作成した。

構造式 ％式％（３） 浦晶組成物Ｕをセル内に注入する以外は全〈実施例３と
同様の方法で強誘電性液晶素子を作成した。

この成品素子内の均一配向性は良好であり、モノドメイ
ン状態が得られた。

また、この強誘電性液晶素子を使用して自発分極および
光学応答速度を測定したところ、良好な結果が得られた
。

［発明の効果］ 以上説明した様に、本発明によれば、光学活性中間体と
して有用であるだけでなく、液晶性化合物に誘導したと
きに高い安定性と大きな自発分極をもたらす光学活性物
質を提供することができる。

また、本発明の光学活性物質を含有する液晶組成物を液
晶素子に用いることにより、大きな自発分極を有し、高
速応答性を示し、かつ良好な表示特性を得ることができ
る。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）下記一般式（ I ） ▲数式、化学式、表等があります▼（ I ） （式中、Ｒは炭素原子数が４〜８の直鎖状アルキル基、
   Ｃ＾＊は不斉炭素原子を示す） で示される光学活性物質。
2. （２）下記一般式（ I ） ▲数式、化学式、表等があります▼（ I ） （式中、Ｒは炭素原子数が４〜８の直鎖状アルキル基、
   Ｃ＾＊は不斉炭素原子を示す） で示される光学活性物質の少なくとも１種を含有するこ
   とを特徴とする液晶組成物。