JPH0362885A - 光学活性化合物及び液晶組成物並びにこれを含む液晶素子 - 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】 （イ）産業上の利用分野 この発明は光学活性化合物及びその利用に関し、さらに
詳しくは、この光学活性化合物の少なくとも１種を含有
する強誘電性液晶組成物を用いた液晶素子に関する。

（ロ）従来の技術 現在、最ら広く用いられている液晶表示素子は、ネマチ
ック相を利用したものであるが、１００ＯＸ１００Ｏラ
イン等の大容量表示が困難という欠点を有している。た
とえ場通常のツィステッドネマチック（ＴＮ）型液晶表
示素子ではライン数の増加に伴ってコントラストが低下
するので、見栄えの良い１０００Ｘ　１０００ラインな
どの大容量表示素子を作ることは事実上不可能である。

このＴＮ型液晶表示素子の欠点を改良するためスーパー
ツィステッドネマチック（ＳＴＮ）型液晶表示素子、ダ
ブルスーパツィステッドネマチック（ＤＳＴＮ）型液晶
表示素子が開発されているが、ライン数の増加と共にコ
ントラスト、応答速度が低下するという欠点を有し、現
状ては１／ｌｏｏデユーティ−で上下分割駆動法により
１ｏｏＯＸ８００ライン程度の表示容量とすることが限
界レベルである。一方、基板上に薄膜トランジスタ（Ｔ
ＰＴ）を配列したアクティブマトリックス方式の液晶表
示素子も開発され、１０００ｘ　１０００ライン等の大
容量表示ら技術的には可能であるが、製造プロセスが長
く、歩留まりが悪いため、製造コストが非常に高くなる
という欠点を有している。

以上述べた問題点を改善する手段として有望視されてい
るのが、ＴＮ型表示素子とは別な原理による液晶デイス
プレィとして提案された強誘電性液晶表示素子（Ｉｌ、
Ａ、Ｃ１ａｒｋ　ｅｔ　ａｌ、、　Ａｐｐｌ、　Ｐｈｙ
ｓＬｅｆｔ、、　３６．８９９（１９８０）参照）であ
る。この表示方法は強誘電性液晶であるカイラルスメク
チックＣ相、カイラルスメクチック■相などを利用する
ものである。メモリー性を利用する方式であることから
、応答速度の向上に伴って表示の大容量化が可能であり
、また薄膜トランジスタなどのアクティブ素子を必要と
しないことから、製造コストら上がらない。また強誘電
性液晶素子は視覚か広いという長所ら兼ね備えており、
１０００ｘ　１０００ライン以上が可能な大容量表示用
の素子として大いに有望視されている。

（ハ）発明が解決しようとする課題 上記のスメクチックＣ相をｆｌＪ用した強誘電性液晶表
示に用いる液晶材料は室温付近を中心に広い温度範囲で
スメクチックＣ相を示す必要があるのは勿論のこと、そ
のほかにも種々の条件を満たすことが必要である。

まず、大容量表示を行うためにはデバイス特性として高
速応答性が必要で、この観点から液晶材料には高い自発
分極と低い粘性とが要求される。

また、液晶セルに適用した場合に良好む配向性と双安定
性とを得るために、Ｉ　Ａ　Ｃ（ＩｓｏｔｒｏｐｉｃＳ
ｍｅｃｔｉｃ　Ａ−Ｓｍｅｃｔｉｃ　Ｃ）またはＩＮＡ
Ｃ（ｌｓ。

ｔｒｏｐｉｃ−Ｎｅｍａｔｉｃ−Ｓｍｅｃｔｉｃ　Ａ−
Ｓｍｅｃｔｉｃ　Ｃ）という相系列を液晶材料が示すこ
とが必要であり、かつネマチック相及びスメクチックＣ
相の螺旋ピッチがセル厚に比べて十分長いことが必要で
ある。さらに成品表示のコントラスト、明るさに関係す
るチルト角度も大きな値が望まれる。

しかしながら、現在のところ単一化合物で望まれる条件
を総て満たすことは不可能であり、通常、？ｊｔ数の化
合物を混合して液晶組成物として実用に供している。実
用可能な条件を満たす液晶組成物を調製するためには多
様な性質をもった数多くの単品肢晶化合物が必要となり
、ときには、それ自身液晶性を示さない化合物が液晶組
成物の成分として有用となる可能性もある。

この発明はこのような状況下でなされたものであり、強
誘電性液晶組成物の応答特性の向上を可能にする新規な
光学活性化合物及びそれを含有し動作温度範囲が広く、
良好な配向性が得られ、室温で高速応答性を示す強誘電
性液晶組成物並びに強誘電性液晶素子を提供しようとす
るものである。

（ニ）課題を解決するための手段及び作用かくしてこの
発明によれば、下記一般式（Ｉ）：（式中、Ｒは炭素数
１〜１５のアルキル基を示し、＊はその炭素原子が不斉
炭素であることを示す。）で表される光学活性化合物が
提供される。

−５＝ 上記式（１）の化合物（以下化合物（Ｉ）という）は、
文献未記載の化合物である。

上記化合物（１）にはシス体とトランス体とがあるが、
いずれもこの発明の化合物に含まれる。

この発明において、上記化合物（Ｉ）の定義おける“炭
素数１〜１５のアルキル基”には、メチル、エチル、プ
ロピル、ｌ−プロピル、ブチル、ｌ−又は２−メチルプ
ロピル、Ｌ−ブチル、ペンチル、ｌ−又は２−メチルブ
チル、ヘキシル、１−又は３−メチルペンチル、ヘプチ
ル、Ｉ−又はイルメチルヘキシル、オクチル、ｌ−メチ
ルへブチル、ノニル、１−又は６−メチルオクチル、デ
シル、ｌ−メチルノニル、ウンデシル、トメチルデシル
、ドデシル、１−メチルウンデシル、などが含まれる。

これらのアルキル基中で炭素鎖に不斉炭素が含まれてい
てもよい。

上記化合物（Ｔ）のうち好ましい化合物の例として以下
の化合物を挙げることができる。

（以下余白） ６− 等が挙げられる。

化合物（１）は、例えば以下のようにして網製すること
ができる。光学活性なｔ−トリフルオロメチル−３−フ
ェニル−２−プロペニルアルコールを、水素化ナトリウ
ムとの反応によりナトリウムアルコキンドに変え（反応
式（イ））、一方、アルコキノビフェニルカルボン酸を
５塩化リンとの反応によ７− リカルボン酸クロリドに変え（反応式（ロ））、次に上
記ナトリウムアルコキンドと上記カルボン酸クロリドと
を反応させることにより得られる。

ＲＯ−ＣＩ−Ｑ−ＣＯＯＨ ｃｔ５ ＲＯ−Ｑ−Ｑ−ＣＯＣＩ ・・・・・（ロ） 上記の光学活性なアルコールは、例えば塚本尚、竹１）
充範、林　圧感、山崎　孝、北爪　智哉「第１３回フッ
素化学討論会講演予稿集Ｊ　（１９８８）４　Ｄ　１１
２　　に準じて合成することができる。

化合物（Ｉ）は必ずしも液晶相を示さないが、ノンカイ
ラルスメクチックあるいはカイラルスメクチック液晶化
合物又はその混合物にａ量添加することによって、強誘
電性液晶組成物として用いることかできる。

一般に強誘電性成品の応答速度を向上させるには不斉炭
素の近くに強い双極子モーメントを有する基があればよ
い。分子の自由回転が束縛されるとよい（Ｊ、Ｓ、Ｐａ
ｔｅｌ　ａｎｄ　Ｊ、Ｗ、Ｇｏｏｄｂｙ、Ｏｐｔｉｃａ
ｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ、　２６．３７３（１９８７
）参照）などが言われている。

この発明の化合物は強い双極子モーメントを有゛するＣ
Ｆ、基が不斉炭素に結合しており、しかも、二重結合を
有する基が不斉炭素に結合しているため、分子の自由回
転が制限されていると考えられる。しかも、化合物（Ｉ
）は不斉炭素部分及びその近傍で折れ曲がる構造を有し
ており、分子間の回転の制限も期待てきる。それゆえ、
化合物（Ｉ）は潜在的に大きな自発分極を有することが
期待でき、スメクチックＣ相を示す液晶化合物又はその
混合物に適量添加することによって応答特性を向上させ
ることかできると考えられる。

従ってこの発明はまた、スメクチック液晶化合物又はそ
の混合物に、前記化学式（ｒ）で示される光学活性化合
物を少なくとも１種含有することを特徴とする強誘電性
液晶組成物をも提供するものである。

上記スメクチック液晶化合物は、当該分野で知られた種
々の化合物があり、その具体例としては下記一般式（Ｉ
Ｉ）、（［１１）、（ＩＶ）で示される化合物が挙げら
れる。

Ｒ３−訃■−トＱ−Ｂ−Ｒ，（ＩＩ　）Ｒ３−ト■−ト
〇−ト○−Ｂ−Ｒ４（１）Ｒ，−Ａ−（◎）ｐ−Ｄ−０
−（Ｃｌｌ）Ｂ−Ｒ４（ＩＶ）（上式中、Ａ及びＢはそ
れぞれ単結合、又はＣＯＯ−、〜０ＣＯ−，−ＣＩ（＝
ＣＨ−ＣＯＯ−、−０ＣＯ−ＣＨ＝ＣＨ−、−０−。

ｓ−、−ｏｃｏｏ−もしくは−ＣＯ−の基を示す。Ｄ及
びＥはそれぞれ単結合、又は−ＣＯＯ−、−０ＣＯ−、
−ＣＩＩ＝Ｎ−。

Ｎ＝ＣＨ−、−ＣＩ（＝ＣＨ（−−ＣＥＣ−、−ＣＨ＝
ＣＨ−ＣＯＯ−、−０ＣＯ−ＣＨ＝ＣＨ−、−ＣＨ２Ｃ
Ｈ２−、−０ＣＨ２−、−ＣＩ、Ｏ−−ＣＯ８−もしく
は一５ＣＯ−の基を示す。■、＠及び○はそれぞれ独立
してベンゼン環、ンクロヘキサン環、ビシクロ［２，２
，２］オクタン環、ピラノン環、ピリミジン環、ピラノ
ン環、ピリダジン環、ピベラノン環、ビラン環、ノオキ
サンクロへキサン環などの含６員環基を示し、これらの
含６員環基中の水素原子はフッ０ 素原子、塩素原子、臭素原子、シアノ基、ニトロ基、低
級アルキル基、低級アルコキン基又は重水素て置換され
ていてもよい。Ｒ３及びＲ４はそれぞれ独立して、直鎖
状又は分枝状で炭素数１〜１５のアルキル基を示し、ア
ルキル基中に不斉炭素が含まれていてもよい。ｐは１又
は２の整数を示す。）上記スメクチック液晶化合物は２
種以上混合して用いることができる。ことに、上記スメ
クチック液晶化合物は、室温付近でスメクチックＣ相を
呈しかつＩＡＣ′ＰＩＮＡＣ等の相系列を有するよう適
宜混合して用いるのか好ましい。

上記スメクチック液晶化合物又はその混合物と前記化合
物（Ｉ）とを含有してなるこの発明の強誘電性液晶組成
物中の化合物（Ｉ）の含有量は、通常０１〜３０重量％
とすることが適しており、　１〜２０重景％とするのが
好ましい６０１重量％未満では応答性の向上が不十分で
あり、３０重量％を越えるとスメクチックＣ相の熱安定
性が不十分となる点で適さない。

またさらにこの発明は、１対の電極間に、上記強誘電性
液晶組成物を用いｆコ液晶素子を提供することかてきる
。この液晶素子は、液晶組成物にこの発明の上記強誘電
性液晶組成物を用いること以外は、当該分野で公知の材
料をそのまま用いて公知の構成とすることかてきる。こ
のような液晶素子は成品表示素子以外にも、例えば液晶
ンヤッタとして特に好ましいものである。

以下実施例によりこの発明の詳細な説明するが、これに
よりこの発明は限定されるものではない。

（以下余白） １ （ホ）実施例 実施例１ （Ｓ）−４°−ｎ−オクチルオキシ−ビフェニル−４−
カルボン酸−１−トリフルオロメチル−３−フェニル−
（トランス）−２−プロペニルエステル〔一般式（１）
においてＲ＝Ｃ，Ｈ，、−の化合物〕 ４−ｎ−オクチルオキシ−ビフェニル−４−カルボン酸
０．５ｇ　（１，５ｍｍｏｌ）に、５塩化リン０．４ｇ
　（１，９ｍｍｏｌ）を加え、加熱して反応させる。減
圧蒸留により塩化ホスホリル及び過剰の５塩化リンを完
全に除去し、４°−ｎ−オクチルオキシ−ビフェニル−
カルボン酸クロリドを得た。

次に、（Ｓ）−１−）リフルオロメチル−３−フェニル
（トランス）−２−プロペニルアルコール０．３ｇ　（
１，５ｍｍｏｌ）をトルエンＬＯｘＱに溶解し、水素化
ナトリウム０．０５ｇ　（２ｍｍｏｌ）を加え反応させ
る。未反応水素化ナトリウムを口過により取り除き、ナ
トリウム（Ｓ）−１−トリフルオロメチル−３−フェニ
ル−（トランス）−２−プロペニルアルコールドを得た
。

１３− ＋２− Ｉ　Ｏｘ（！のトルエンに溶解した上記酸クロリドを加
え、室温で１２時間放置した後、８０℃に加温し、その
まま　３時間保ってから冷却する。その後蒸留水に加え
、エーテルで抽出する。エーテル層を水で洗い、硫酸ナ
トリウムで乾燥する。エーテルを留去し、残留物を液体
クロマトグラフィ（カラム・Ｃ１８−シリカ、移動相溶
媒　メタノール）で精製し、目的とする（Ｓ）−４’−
ｎ−オクチルオキンービフェニル４−カルボン酸−１−
）リフルオロメチル−３−フェニル−（トランス）−２
−プロペニルエステルを得た。

上記得られたエステルの赤外吸収スペクトルを第１図に
示す。このエステルの融点は７９℃、比旋光度は１０Ｂ
、０°であった。このエステルは液晶相を示さないか液
晶組成物の成分として利用することができるものである
。

実施例２ （Ｒ１４°−ｎ−オクチルオキシ−ビフェニル−４−カ
ルボン酸−１−トリフルオロメチル−３−フェニル−（
シス）−２−プロペニルエステル〔一般式Ｎ）において
Ｒ−Ｃ８ＨＩ７−の化合物〕 １４− 実施例１において、（Ｓ）−１−トリフルオロメチル３
−フェニル−（トランス）−２−プロペニルアルコル０
．３ｇ　、（１，５ｍｍｏｌ）を用いる代わりに、（Ｒ
）−１トリフルオロメチル−３−フェニル−（ンス）−
２−プロペニルアルコール０．３ｇ　（１，５ｍｍｏｌ
）を用いる以外は実施例Ｉと同様にして、（Ｒ）−４°
−ｎ−オクチルオキシ−ビフェニル−４−カルボン酸−
１−トリフルオロメチル−３−フェニル−（ンス）−２
−プロペニルエステルを得た。

上記得られたエステルの融点（よ７０℃、比旋光度は一
１８５０°であった。このエステルは成品相を示さない
が液晶組成物として利用することができるものであった
。このエステルの赤外吸収スペクトルを第２図に示す。

実施例３ 液晶組成物の調製 下記〔表１〕に示すノンカイラル・ピリミジン液晶組成
物９８重量部に、上記実施例■て合成した化合物を２重
量部添加して、液晶組成物（Ａ）を＝１５ 調製した。

〔表１〕 この液晶組成物（Ａ）は室温でスメクチックＣ相を示し
、その転移は ４１’Ｃ６８°Ｃ６９°Ｃ ５ｃ　　　　　　Ｓ　Ａ　　　　　Ｎ　　　　　　Ｉ（
ここでＳｅ、ＳＡ、Ｎ、ＩはそれぞれスメクチックＣ相
、スメクチックＡ相、ネマチック相、等方性肢体を示す
。）であった。

２枚のガラス基板上にＩＴＯ膜を形成し、さらにＳ　ｉ
Ｏを膜を形威し、ポリビニルアルコール膜を塗布し、ラ
ビングした。

次にこの２枚のガラス基板をセル厚２μｍで貼り合わせ
、液晶組成物（Ａ）を注入した。注入後液晶組成物が等
方性液体に変化する７５℃にセルを加熱し、その後１℃
／ｍｉｎで室温まで冷却することにより良好な配向を得
た。

この液晶セルを２枚の直交する偏光子の間に設置し、Ｖ
ｐ−ｐ＝２０Ｖの矩形波を印加したところ、透過光強度
の変化が観察された。透過光強度の変化により求めた応
答速度は、２５℃で１９０μｓｅｃ、チルト角度は１０
．５”であった。

実施例４ 実施例３において、実施例１で合成した化合物を用いる
代わりに実施例２で合成した化合物を用い、この他は実
施例３と同様にして液晶組成物（Ｂ）を調製した。

この液晶組成物（Ｂ）は、室温でスメクチックＣ相を呈
し、その転移点は ４４°Ｃ６３°Ｃ６８℃ Ｓ　ｃ　　　　Ｓ　Ａ　　　　Ｎ　　　　１（ここでｓ
ｃ、ＳＡ＋　Ｎ、ＩはそれぞれスメクチックＣ相、スメ
クチックＡ相、ネマチック相、等方性液体を示す。）で
あった。

また、この液晶組成物（Ｂ）を用いて、実施例３と同様
にして液晶素子を作製し、その応答速度を測定したとこ
ろ、２５℃で３３０μｓｅｃ、チルト角度は１０．５’
であった。

以上の実施例から、一般式（Ｉ）で表される光学活性化
合物をノンカイラルな液晶組成物に添加することにより
、室温を中心に広い温度範囲でスメクチックＣ相を示し
、かつ高速応答性を示す液晶組成物を得ることができる
。

（へ）発明の効果 この発明の光学活性化合物は、高い自発分極と低い粘性
を有するものであり、この性質を利用して、種々の用途
に有用であり、ことに強誘電性液晶組成物の応答速度及
び動作温度範囲の改善に有用である。

そして上記光学活性化合物が混合されたスメクチック液
晶組成物は配向性が良好で、高コントラストで明るく動
作温度範囲の広い、大容量の強誘電性液晶素子を提供す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図はそれぞれこの発明の一例の光学活性
化合物の赤外吸収スペクトル図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、下記一般式（ I ）： ▲数式、化学式、表等があります▼（ I ） （式中、Ｒは炭素数１〜１５のアルキル基を示し、＊は
   その炭素原子が不斉炭素であることを示す。）で表され
   る光学活性化合物。 ２、スメクチック液晶化合物またはその混合物と、請求
   項１記載の光学活性化合物の少なくとも１種とを含有し
   てなる強誘電性液晶組成物。 ３、１対の電極間に、請求項２記載の液晶組成物を用い
   てなる液晶素子。