JPH0466276B2

JPH0466276B2 -

Info

Publication number: JPH0466276B2
Application number: JP60280403A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Yoshinaga; Kazuharu Katagiri; Kenji Shinjo
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1985-12-13
Filing date: 1985-12-13
Publication date: 1992-10-22
Also published as: JPS62138454A

Description

【発明の詳細な説明】

技術分野本発明は、分子構造の変更が容易で且つ光学活
性な乳酸誘導体であるところの液晶性化合物およ
びそれを含有する液晶組成物ならびに該液晶組成
物を使用する液晶素子に関するものである。背景技術従来の液晶素子としては、例えばエム・シヤツ
ト（M.Schadt）とダブリユー・ヘルフリヒ（W.
Helfrich）著、“アプライド、フイズイクス、レ
ターズ”18巻４号（“Applied Physics Letters”、
Vol.18、No.．４）（1971.2.15）、P.127〜128の「捩
れネマチツク液晶の電圧依存光学挙動」
（“Voltage−Dependent Optical Activity of ａ
Twisted Nematic Liquid Crystal”）に記載
されたTN（ツイステツド・ネマチツク）液晶を
用いたものが知られている。しかしながら、この
TN液晶は、画素密度を高くしたマトリクス電極
構造を用いた時分割駆動の時、クロストークを発
生する問題点があるため、画素数が制限されてい
た。また、電界応答が遅く視野角特性が悪いため
にデイスプレイとしての用途は限定されていた。更に、各画素に薄膜トランジスタによるスイツ
チング素子を接続し、各画素毎をスイツチングす
る方式の表示素子が知られているが、基板上に薄
膜トランジスタを形成する工程が極めて煩雑な
上、大面積の表示素子を作成することが難かしい
問題点がある。このような従来型の液晶素子の欠点を改善する
ものとして、双安定性を有する液晶素子の使用
が、クラーク（Clark）およびラガウエル
（Lagerwall）により提案されている（特開昭56
−107216号公報、米国特許第4367924号明細書
等）。双安定性を有する液晶としては、一般に、
カイラルスメクテイツクＣ相（SmC^*）又はＨ相
（SmH^*）を有する強誘電性液晶が用いられる。この強誘電性液晶は自発分極を有するために非
常に速い応答速度を有する上にメモリー性のある
双安定状態を発現させることができさらに視野角
特性もすぐれていることから大容量大画面のデイ
スプレイとして適している。強誘電性液晶に用いられるところの液晶性化合
物は不斉炭素を有しているためにそのカイラルス
メクチツク相を用いるところの強誘電性液晶とし
て利用する以外に次のような光学素子に対しても
使用することができる。 (1) 液晶状態においてコレステリツク・ネマテイ
ツク相転移効果を利用するもの（J.J.Wysoki、
A.Adams and W.Haas；Phys.Rev.Lett.，20，
1024（1968））、 (2) 液晶状態においてホワイト・テイラー形ゲス
ト・ホスト効果を利用するもの（D.L.White
and G.N.Taylor；J.Appl.Phys.，45，4718
（1974））、 (3) 液晶状態においてコレステリツク相を持つも
のをマトリツ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、ノツチフイルターや
バンドバスフイルターとして利用するもの（F.
J.Kahn，Appl.Phys.Lett.，18，231（1971））、
円偏光特性を利用した円偏光ビームスプリツタ
ーとして利用するもの（S.D.Jacobs，SPIE，
37，98（1981））；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。従来、光学活性を有することを特徴とする光学
素子に必要な機能性材料を合成するための光学活
性中間体としては、２−メチルブタノール、２級
オクチルアルコール、２級ブチルアルコール、塩
化ｐ−（２−メチルブチル）安息香酸、２級フエ
ネチルアルコール、アミノ酸誘導体、シヨウノウ
誘導体、コレステロール誘導体等が知られてい
る。しかし、これらは次のような欠点を有してい
る。光学活性な鎖状炭化水素誘導体は構造の変更
が困難で、しかも一部のものを除き非常に高価な
ものである。アミノ酸誘導体は比較的安価な上に
構造の変更も容易であるがアミンの水素基が化学
的に活性が強く、水素結合や化学反応を生じやす
いために機能性材料の特性を制限してしまいやす
い。シヨウノウ誘導体、コレステロール誘導体は
構造の変更が困難なうえに立体的な障害によつて
機能性材料の特性に悪影響を与えやすい。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が、上記従来の
光学活性中間体は極性の小さいものか、あるいは
極性基を有効に利用できないものがほとんどであ
つた。とく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
度化が可能であることを示した（C.R.Acad.Sc.
Paris，282 Ｃ，639（1976））。しかし、不斉炭素
に導入された塩素基は化学的に不安定であるうえ
に、原子半径が大きいことから液晶相の安定性が
低下す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。上記のような欠点は、種々の材料を開発する上
で大きな制約となつていた。発明の目的上述の事情に鑑み、本発明の主要な目的は、液
晶状態の制御に有用な光学活性な液晶性化合物を
含む液晶組成物ならびに該液晶組成物を使用する
液晶素子を提供することにある。また、本発明は不斉炭素原子に隣接して酸素原
子が存在するために強誘電性液晶として使用する
場合に大きな自発分極を生じる化合物を含む液晶
組成物および該液晶組成物を使用する液晶素子を
提供することを目的とする。また、本発明はアルキル基の長さを変更するこ
とが容易で、このことによりH.Arnold，Z.Phys.
Chem.，226，146（1964）に示されるように液晶
状態において発現する液晶相の種類や温度範囲を
制御することが可能な液晶性化合物を少なくとも
１種類配合成分として含有する液晶組成物および
該液晶組成物を使用する液晶素子を提供すること
を目的とする。発明の概要本発明は、一般式（）（上記一般式中、R¹は炭素数４〜16のアルキル
基を、Ｒは炭素数１〜16のアルキル基をそれぞれ
示す。またｍおよびｎは、１または２の整数であ
り、ｋは０または１、c^*は光学活性な不斉炭素原
子を示す。）で表わされる乳酸誘導体を少なくとも１種類含有
する液晶組成物ならびにそれを使用する液晶素子
を提供するものである。発明の具体的説明上記の光学活性な乳酸誘導体を示す一般式
（）中、Ｒは炭素原子数１〜16のアルキル基で
ある。炭素原子数が17以上では最終的な機能材料
としたときの粘度やモル体積が増加するため好ま
しくない。また、好ましいＲの炭素原子数は２〜
14である。 R¹は炭素数４〜16のアルキル基で
あり、また好ましいR¹の炭素数は６〜14である。
ｎ＝１または２でありｋ＝０または１である。以下に、本発明の一般式（）で示される光学
活性な乳酸誘導体の合成方法の例を、反応工程式
により示す。本発明の光学活性な乳酸誘導体は、好ましくは
特願昭60−245709号に示される４−（２−アルコ
キシプロピルオキシ）安息香酸、4′−（２−アル
コキシプロピルオキシ）ビフエニルカルボン酸等
の光学活性中間体（下式(f)の化合物）を経由して
合成される。すなわち、Ｒがアルキル基である化合物［上記
式(a)の化合物］を合成するには、乳酸エステルと
炭化水素ヨウ化物とをAg₂O存在下に反応させる
ことにより得られる。この場合、乳酸エステルと
炭化水素を容器に入れて混合しておき、この混合
物中にAg₂Oを添加する方法が好ましい。さらに上記式(b)の化合物を合成するには、上記
式(a)の化合物をLiAlH₄の如き還元剤を作用せし
める方法がとられる。更に、OH基をハロゲン原子に置換する場合に
は、上記式(b)の化合物にPBr₃、SOCl₂、PCl₅の
如きハロゲン化剤を作用せしめる方法が採用され
る。またトシル化するする場合には、ｐ−トルエ
ンスルホン酸クロライドを上記式(b)の化合物に作
用せしめる方法がとられる。このようにして得られた上記式(c)、(d)、(e)の化
合物をアルカリ条件下にてｐ−ハイドロキシ安息
香酸、ｐ−ハイドロキシビフエニルカルボン酸と
反応させることにより式(f)の化合物を得ることが
出来る。更に、式(f)の化合物を塩化チオニルにて酸クロ
ライドとしたのち一般式(g)で示される化合物と反
応させることにより本発明の光学活性な液晶性の
乳酸誘導体を得ることが出来る。上記反応式におけるRIは炭素数の広い範囲に
わたつて選択することが可能であり、具体的には
ヨードブタン、ヨードペンタン、ヨードヘキサ
ン、ヨードヘプタン、ヨードオクタン、ヨードノ
ナン、ヨードデカン、ヨードウンデカン、ヨード
ドデカン、ヨードトリデカン、ヨードテトラデカ
ン、ヨードベンタデカン、ヨードヘキサデカン、
ヨードヘプタデカン、ヨードオクタデカン、ヨー
ドノナデカン、ヨードエイコサン等の直鎖状飽和
炭化水素ヨウ化物；２−ヨードブタン、１−ヨー
ド−２−メチルプロパン、１−ヨード−３−メチ
ルブタン等の分岐状飽和炭化水素ヨウ化物があ
る。以上のようなヨウ化物から自由に選択すること
により光学活性な乳酸誘導体を得ることができ
る。表１に、このようにして得られた光学活性な液
晶性の乳酸誘導体の相転移温度および旋光度を示
す。

【表】本発明の液晶組成物は、上記一般式（）で表
わされる、光学活性物質あるいは、液晶性の乳酸
誘導体を少なくとも１種類配合成分として含有す
るものである。上記組成物のうち下式(1)〜（13）に代表して示
されるような強誘電性液晶を配合成分として混合
したものは、自発分極を増大させることが可能で
あり、さらに粘度を低下させる効果とあいまつて
応答速度を改善することができ好ましい。このよ
うな場合には、一般式（）で示される本発明の
液晶性の乳酸誘導体を、0.1〜99重量％の比率で
使用することが好ましく、特に好ましくは１〜90
重量％で使用される。

【表】

【表】また、上記一般式（）の液晶性乳酸誘導体
を、下式(1)〜(5)で示されるような、それ自体はカ
イラルでないスメクチツク液晶に配合することに
より、強誘電性液晶として使用可能な組成物が得
られる。このような場合においては一般式（）で示さ
れる本発明の液晶性の乳酸誘導体を1.0〜99重量
％の比率で使用することができる。

【表】

【表】また本発明の乳酸誘導体を少なくとも１種類配
合成分として含有するネマチツク液晶はツイステ
ツドマチツク（TN）型セルにして使用する場合
にリバースドメインの発生を防止することができ
好ましい。発明の効果上記したように本発明の光学活性な液晶性の乳
酸誘導体は、光学活性の乳酸誘導体を、適当な分
子間力と形状をもつた機能性材料中間体と光学活
性を損なうことなく結合させることにより得るこ
とができ、分子設計を自由に行うことができる。
特にアルキル基の長さを選択することにより液晶
状態において発現する液晶相の種類や温度範囲を
制御することが可能である。また本発明の光学活
性な乳酸誘導体及び光学活性な液晶性の乳酸誘導
体を少なくとも１種類を配合成分として含有する
ところの液晶組成物は、カイラルネマチツク液
晶、カイラルスメクチツク液晶として使用するこ
とにより、自発分極の増加、粘度調整等を通じ
て、応答速度の向上、リバースドメインの発生防
止等の性能改善が可能である。以下、実施例により本発明の乳酸誘導体である
液晶性の光学活性物質及び液晶組成物および液晶
素子について詳細に説明する。実施例１４−（２−エトキシプロピルオキシ）安息香酸 4′−オクチルオキシフエニルエステル４−（２−エトキシプロピルオキシ）安息香酸
1.5ｇへ塩化チオニル5.1mlを加え、２時間還流を
行つた。塩化チオニルを留去しトルエンを加えた
ものへ、7.7mlの乾燥ピリジンに1.5ｇのｐ−オク
チルオキシフエノールを溶解したものを、５℃以
下で滴下した。室温で3.5時間撹拌し一夜放置し
た後、冷水を加え、エーテル抽出したものを５％
HCI水溶液、５％NaOH水溶液で洗浄後さらに
水洗した。溶媒を留去し、シリカゲルカラムクロ
マトグラフにて精製したところ、1.2ｇの４−（２
−エトキシプロピルオキシ）安息香酸4′−オクチ
ルオキシフエニルエステルを得た。生成物について、以下の赤外吸収ピークが得ら
れた。 IR（cm^-1）： 2940、1735、1605、1510、1250、1190、1165、
1070。赤外吸収チヤートを第１図に示す。実施例２４−（２−エトキシプロピルオキシ）安息香酸
の代りに、４−（２−オクチルオキシプロピルオ
キシ）安息香酸を用いて、実施例１と同様の方法
により４−（２オクチルオキシプロピルオキシ）
安息香酸4′−オクチルオキシフエニルエステルを
得た。生成物について、以下の赤外吸収ピークが得ら
れた。 IR（cm^-1）： 2930、1715、1600、1510、1470、1270、1190、
1175、1100、1075。赤外吸収チヤートを第２図に示す。実施例３４−（２−ドデシルオキシプロピルオキシ）ビ
フエニルカルボン酸オクチルオキシフエニルエ
ステル４−（２−ドデシルオキシプロピルオキシ）ビ
フエニルカルボン酸2.0ｇへ、五塩化リン0.8ｇを
加え、さらにオキシ塩化リン3.9mlを加え、２時
間還流した。反応物から、オキシ塩化リンを留去
し、トルエンを加えたものへ、6.1mlのピリジン
へ溶解した４−オクチルオキシフエノール1.0ｇ
を滴下した、室温で2.5時間撹拌し、一夜放置後、
冷水を加えエーテルを抽出した。水洗後溶媒を留
去しシリカゲルカラムクロマトグラフにて精製
し、1.3ｇの４−（２−ドデシルオキシプロピルオ
キシ）ビフエニルカルボン酸オクチルオキシフエ
ニルエステルを得た。赤外吸収チヤートを第３図に示す。実施例４実施例１と同様の方法により、４−（２−エト
キシプロピルオキシ）安息香酸と４−ヒドロキシ
安息香酸デシルエステルから、４−（２−エトキ
シプロピルオキシ）安息香酸4′−（デシルオキシ
カルボニル）フエニルエステルを得た。生成物について、以下の赤外吸収ピークが得ら
れた。 IR（cm^-1）： 3930、3855、1735、1720、1600、1510、1250、
1200、1160、1105、1060、760。赤外吸収チヤートを第４図に示す。実施例５４−（２−オクチルオキシプロピルオキシ）安
息香酸4′−（デシルオキシカルボニル）ビフエ
ニルエステル実施例４と同様の手法により、４−（２−オク
チルオキシプロピルオキシ安息香酸と4′−ハイド
ロキシビフエニルカルボン酸デシルエステルよ
り、４−（２−オクチルオキシプロピルオキシ）
安息香酸4′−（デシルオキシカルボニル）ビフエ
ニルエステルを合成した。生成物について、以下の赤外吸収ピークが得ら
れた。 IR（cm^-1）： 3930、3850、1730、1710、1600、1510、1280、
1170、1110、770。赤外吸収チヤートを第５図に示す。実施例６下記の組成の液晶組成物を調製した。この液晶組成物は、冷却過程において、102〜
15℃の温度範囲でSmC^*相を示し、本発明の液晶
性乳酸誘導体の配合により、SmC＊の温度範囲
をほとんど狭めることなく、室温をカバーする範
囲まで、低温化することが出来た。なお、本発明の乳酸誘導体を含まない単独でのSmC^*温度範囲は、134〜41℃であつた。実施例７実施例６で製造した液晶性化合物を使用した液
晶素子高精度研磨した10×20mmのガラスへ約1000Åの
ITO膜を電極として設け、さらに約1000Åの
SiO₂をイオンビーム法により蒸着した。同様の
加工を行つたガラス基板に実施例６で製造した液
晶組成物を滴下し、対向して上記ガラス基板を重
ねあわせた。115℃にて基板をおさえつけながら、
偏光顕微鏡下で上下基板の間隔を保ちながら、相
互にずらすようにして平行運動を行つたところ水
平配向したモノドメインが得られた。そのときの
液晶層厚は1.0μｍであり、カイラルスメクチツク
Ｃ相にて、±20Vのパルスを印加すると室温（25
℃）で約500μsec、50℃で45μsecの応答速度でス
イツチングを行なつた。実施例８〜11 実施例６でも使用した下記液晶性化合物(A) に対し、実施例１〜４の乳酸誘導体化合物を、得
られる液晶組成物の、実施例３化合物については
40重量％、その他は20重量％となるように混合し
て、それぞれ実施例８〜11の液晶組成物を得た。これら液晶組成物についての組成比、SmC_*相
温度範囲、実施例７と同様にして素子化して試験
した際の50℃における応答速度を、実施例６の組
成物ならびに液晶性化合物(A)単独の場合のデータ
とともに、まとめて次表２に示す。

【表】いずれの例においても、本発明の乳酸誘導体添
加によるSmC_*相温度範囲下限の低下と、応答速
度改善効果が認められる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第５図は、それぞれ本発明の実施例１
〜５により得られた液晶性化合物の赤外吸収チヤ
ートを示す。代表図：第１図。

Claims

【特許請求の範囲】１一般式（）（上記一般式中、R¹は炭素数４〜16のアルキル
基を、Ｒは炭素数１〜16のアルキル基をそれぞれ
示す。またｍおよびｎは、１または２の整数であ
り、ｋは０または１、c^*は光学活性な不斉炭素原
子を示す。）で表わされる乳酸誘導体を少なくとも１種類含有
することを特徴とする液晶組成物。２一般式（）（上記一般式中、R¹は炭素数４〜16のアルキル
基を、Ｒは炭素数１〜16のアルキル基をそれぞれ
示す。またｍおよびｎは、１または２の整数であ
り、ｋは０または１、c^*は光学活性な不斉炭素原
子を示す。）で表わされる乳酸誘導体を少なくとも１種類含有
する液晶組成物を使用することを特徴とする液晶
素子。