JPH05320649A - 強誘電性液晶組成物及び光スイッチング素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【構成】 で表される化合物のうちの少なくとも１種と、 で表される化合物のうちの少なくとも１種と、 で表される化合物のうちの少なくとも一種とを含有する
ことからなる強誘電性液晶組成物及びこの強誘電性液晶
組成物を構成要素とする光スイッチング素子。（式中、
Ｒ¹，Ｒ²，Ｒ³，Ｒ⁴，Ｒ⁵及びＲ⁶はアルキル基、Ｘは単
結合又は−Ｏ−をＣ^*は光学活性が誘起された不斉炭素
を示す）。 【効果】 充分に広いキラルスメクチックＣ相の温度範
囲と高速応答性を有し、ディスプレイ装置、その他の光
スイッチング素子の素材として優れた効果を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【産業上の利用分野】本発明は、安定な強誘電性液晶状
態をとり得、例えば、液晶テレビ等のディスプレイ用、
光プリンターヘッド、ライトバルブ等に利用されるオプ
トエレクトロニクス関連素子の素材として有用な液晶組
成物及び光スイッチング素子に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】現在、液晶化合物が表示材料として種々
の機器で応用され、時計、電卓、小型テレビ等に実用化
されている。これらは、ネマチック液晶材料を主成分と
して用い、ＴＮ型あるいはＳＴＮ型と呼ばれる表示方式
のものが採用されている。

【０００３】この場合の素子は、液晶化合物の誘電異方
性と電場の相互作用に基づく効果を利用しており、電場
に対する光学的な応答が数msecと遅いことが欠点として
挙げられている。

【０００４】一方、単純マトリクス駆動方式はディスプ
レイの大型化を図る上で、生産性、コスト、信頼性の面
で最も有利と考えられるが、ＴＮ型あるいはＳＴＮ型液
晶の様な双安定性を持たない液晶を単純マトリクス駆動
方式で駆動しようとすると走査線数が充分に増やせない
という問題点があった。

【０００５】この様な従来型の液晶素子の欠点を改良す
るものとして、強誘電性液晶の光スイッチング現象を利
用した表示方式がN.A.ClarkとS.T.Lagerwallにより提案
された(Applied Phys.Lett.,1980,vol 36,p899)。な
お、強誘電性液晶の存在は、R.B.Meyerらによって１９
７５年に初めて報告された。強誘電性液晶を利用した素
子は双安定性を有し、しかも、従来の液晶素子に比べ光
学的な応答がμsecのオーダーと速いという優れた特徴
を有する。

【０００６】これらの強誘電性液晶材料が実際の素子材
料として用いられるためには、いくつかの物性及び特性
が要求されるが、その中でも基本的なものとしては、室
温を含む広い温度範囲でキラルスメクチックＣ(Ｓc^*)相
を示すこと、高速応答をすることが挙げられる。この他
にも強誘電性液晶材料には数多くの物性及び特性が要求
されるが、現在、これらの物性及び特性の要求に単一の
化合物で応じることはできず、いくつかの化合物を混合
した強誘電性液晶組成物を用いる必要がある。

【０００７】強誘電性液晶組成物を得るためには、強誘
電性液晶化合物だけを用いて混合する必要はなく、非キ
ラル化合物であってスメクチックＣ(Ｓc)相を示す液晶
かあるいは液晶混合物（ベース液晶と呼ばれる）に、キ
ラルな化合物を添加することによっても得ることができ
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、現在までベー
ス液晶、キラル化合物について、共に数多くの研究が行
われ、提案がなされてきているが、充分な高速応答性を
有する強誘電性液晶組成物は未だないのが現状である。
本発明はかかる課題を解決するもので、本発明の目的
は、充分に広いＳmＣ^*相の温度範囲と高速応答性とを有
する強誘電性液晶組成物及び該液晶組成物を用いた光ス
イッチング素子を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、 下記一般式
化７

【化７】 （式中、Ｒ¹及びＲ²はアルキル基を示す）で表される化
合物のうちの少なくとも１種と、下記一般式化８

【化８】 （式中、Ｒ³及びＲ⁴はアルキル基、Ｘは単結合又は−Ｏ
−を示す）で表される化合物のうちの少なくとも１種
と、下記一般式化９

【化９】 （式中、Ｒ⁵及びＲ⁶はアルキル基、Ｃ^*は光学活性が誘
起された不斉炭素を示す）で表される化合物のうちの少
なくとも一種とを含有することからなる強誘電性液晶組
成物、または、これに下記一般式化１０

【化１０】 （式中、Ｒ⁷及びＲ⁸はアルキル基を示す）で表される化
合物のうちの少なくとも一種と、下記一般式化１１

【化１１】 （式中、Ｒ⁹及びＲ¹⁰はアルキル基を示す）で表される
化合物のうちの少なくとも一種、或いは前記強誘電性液
晶組成物に下記一般式化１２

【化１２】 （式中、Ｒ¹¹及びＲ¹²はアルキル基を示す）で表される
化合物のうちの少なくとも一種とを含有することからな
る強誘電性液晶組成物及びこの強誘電性液晶組成物を構
成要素とする光スイッチング素子である。

【００１０】上記一般式化７〜化１２で表される化合物
中のＲ¹〜Ｒ¹²で示されるアルキル基は、その炭素数に
特に制限はないが、原材料の入手のしやすさなどの実用
的な製造上の見地から、炭素数１〜１８が好ましい。

【００１１】前記一般式化７で表される化合物は、H.Za
schkeの方法(Journal f.Prakt.Chem.317,p617(1975))に
従い、市販の試薬より次の式１に示したスキームで合成
することができる。

【式１】

【００１２】これらの化合物としては、２-(４-ノニル
オキシフェニル)-５-ノニルピリミジン、２-(４-オクチ
ルオキシフェニル)-５-ノニルピリミジン、２-(４-ヘキ
シルオキシフェニル)-５-ノニルピリミジン、２-(４-デ
シルオキシフェニル)-５-オクチルピリミジン、２-(４-
オクチルオキシフェニル)-５-オクチルピリミジン、２-
(４-ヘプチルオキシフェニル)-５-オクチルピリミジ
ン、２-(４-ヘキシルオキシフェニル)-５-オクチルピリ
ミジン、２-(４-ノニルオキシフェニル)-５-ヘプチルピ
リミジン、２-(４-オクチルオキシフェニル)-５-ヘプチ
ルピリミジン、２-(４-ヘプチルオキシフェニル)-５-ヘ
プチルピリミジン等を例示できる。

【００１３】次に、前記一般式化８で表される化合物
は、例えば前記一般式化７の合成法と同様の方法で得た
次の一般式化１３の中間体、

【化１３】 （式中、Ｘは単結合又は−Ｏ−を示す）を用い、対応す
るカルボン酸（Ｒ³ＣＯＯＨ）とエステル化することに
より得ることができる。

【００１４】これらの化合物としては、２-(４-オクタ
ノイルオキシフェニル)-５-ノニルピリミジン、２-(４-
ヘキサノイルオキシフェニル)-５-ノニルピリミジン、
２-(４-オクタノイルオキシフェニル)-５-オクチルピリ
ミジン、２-(４-ヘプタノイルオキシフェニル)-５-オク
チルピリミジン、２-(４-オクタノイルオキシフェニル)
-５-オクチルピリミジン、２-(４-デカノイルオキシフ
ェニル)-５-オクチルピリミジン等を例示できる。

【００１５】前記一般式化９で表される化合物は、例え
ば特願平１−２８７９９４号に記載の合成方法で、原料
を４-シアノ-アルコキシベンゼンを４-シアノ-アルキル
ベンゼンに変えることによって得られる。

【００１６】これらの化合物としては、２-(４-ブチル
フェニル)-５-(４-(２-フルオロ-２-メチルペンタノイ
ルオキシ)フェニル)ピリミジン、２-(４-ブチルフェニ
ル)-５-(４-(２-フルオロ-２-メチルヘキサノイルオキ
シ)フェニル)ピリミジン、２-(４-ブチルフェニル)-５-
(４-(２-フルオロ-２-メチルヘプタノイルオキシ)フェ
ニル)ピリミジン、２-(４-ブチルフェニル)-５-(４-(２
-フルオロ-２-メチルオクタノイルオキシ)フェニル)ピ
リミジン、２-(４-ブチルフェニル)-５-(４-(２-フルオ
ロ-２-メチルノナノイルオキシ)フェニル)ピリミジン、
２-(４-ブチルフェニル)-５-(４-(２-フルオロ-２-メチ
ルデカノイルオキシ)フェニル)ピリミジン、２-(４-ペ
ンチルフェニル)-５-(４-(２-フルオロ-２-メチルペン
タノイルオキシ)フェニル)ピリミジン、２-(４-ペンチ
ルフェニル)-５-(４-(２-フルオロ-２-メチルヘキサノ
イルオキシ)フェニル)ピリミジン、２-(４-ペンチルフ
ェニル)-５-(４-(２-フルオロ-２-メチルヘプタノイル
オキシ)フェニル)ピリミジン、２-(４-ペンチルフェニ
ル)-５-(４-(２-フルオロ-２-メチルオクタノイルオキ
シ)フェニル)ピリミジン、２-(４-ペンチルフェニル)-
５-(４-(２-フルオロ-２-メチルノナノイルオキシ)フェ
ニル)ピリミジン、２-(４-ペンチルフェニル)-５-(４-
(２-フルオロ-２-メチルデカノイルオキシ)フェニル)ピ
リミジン、２-(４-ヘキシルフェニル)-５-(４-(２-フル
オロ-２-メチルペンタノイルオキシ)フェニル)ピリミジ
ン、２-(４-ヘキシルフェニル)-５-(４-(２-フルオロ-
２-メチルヘキサノイルオキシ)フェニル)ピリミジン、
２-(４-ヘキシルフェニル)-５-(４-(２-フルオロ-２-メ
チルヘプタノイルオキシ)フェニル)ピリミジン、２-(４
-ヘキシルフェニル)-５-(４-(２-フルオロ-２-メチルオ
クタノイルオキシ)フェニル)ピリミジン、２-(４-ヘキ
シルフェニル)-５-(４-(２-フルオロ-２-メチルノナノ
イルオキシ)フェニル)ピリミジン、２-(４-ヘキシルフ
ェニル)-５-(４-(２-フルオロ-２-メチルデカノイルオ
キシ)フェニル)ピリミジン、２-(４-ヘプチルフェニル)
-５-(４-(２-フルオロ-２-メチルペンタノイルオキシ)
フェニル)ピリミジン、２-(４-ヘプチルフェニル)-５-
(４-(２-フルオロ-２-メチルヘキサノイルオキシ)フェ
ニル)ピリミジン、２-(４-ヘプチルフェニル)-５-(４-
(２-フルオロ-２-メチルヘプタノイルオキシ)フェニル)
ピリミジン、２-(４-ヘプチルフェニル)-５-(４-(２-フ
ルオロ-２-メチルオクタノイルオキシ)フェニル)ピリミ
ジン、２-(４-ヘプチルフェニル)-５-(４-(２-フルオロ
-２-メチルノナノイルオキシ)フェニル)ピリミジン、２
-(４-ヘプチルフェニル)-５-(４-(２-フルオロ-２-メチ
ルデカノイルオキシ)フェニル)ピリミジン、２-(４-オ
クチルフェニル)-５-(４-(２-フルオロ-２-メチルペン
タノイルオキシ)フェニル)ピリミジン、２-(４-オクチ
ルフェニル)-５-(４-(２-フルオロ-２-メチルヘキサノ
イルオキシ)フェニル)ピリミジン、２-(４-オクチルフ
ェニル)-５-(４-(２-フルオロ-２-メチルヘプタノイル
オキシ)フェニル)ピリミジン、２-(４-オクチルフェニ
ル)-５-(４-(２-フルオロ-２-メチルオクタノイルオキ
シ)フェニル)ピリミジン、２-(４-オクチルフェニル)-
５-(４-(２-フルオロ-２-メチルノナノイルオキシ)フェ
ニル)ピリミジン、２-(４-オクチルフェニル)-５-(４-
(２-フルオロ-２-メチルデカノイルオキシ)フェニル)ピ
リミジン、２-(４-ノニルフェニル)-５-(４-(２-フルオ
ロ-２-メチルペンタノイルオキシ)フェニル)ピリミジ
ン、２-(４-ノニルフェニル)-５-(４-(２-フルオロ-２-
メチルヘキサノイルオキシ)フェニル)ピリミジン、２-
(４-ノニルフェニル)-５-(４-(２-フルオロ-２-メチル
ヘプタノイルオキシ)フェニル)ピリミジン、２-(４-ノ
ニルフェニル)-５-(４-(２-フルオロ-２-メチルオクタ
ノイルオキシ)フェニル)ピリミジン、２-(４-ノニルフ
ェニル)-５-(４-(２-フルオロ-２-メチルノナノイルオ
キシ)フェニル)ピリミジン、２-(４-ノニルフェニル)-
５-(４-(２-フルオロ-２-メチルデカノイルオキシ)フェ
ニル)ピリミジン、２-(４-デシルフェニル)-５-(４-(２
-フルオロ-２-メチルペンタノイルオキシ)フェニル)ピ
リミジン、２-(４-デシルフェニル)-５-(４-(２-フルオ
ロ-２-メチルヘキサノイルオキシ)フェニル)ピリミジ
ン、２-(４-デシルフェニル)-５-(４-(２-フルオロ-２-
メチルヘプタノイルオキシ)フェニル)ピリミジン、２-
(４-デシルフェニル)-５-(４-(２-フルオロ-２-メチル
オクタノイルオキシ)フェニル)ピリミジン、２-(４-デ
シルフェニル)-５-(４-(２-フルオロ-２-メチルノナノ
イルオキシ)フェニル)ピリミジン、２-(４-デシルフェ
ニル)-５-(４-(２-フルオロ-２-メチルデカノイルオキ
シ)フェニル)ピリミジン等を例示できる。

【００１７】前記一般式化１０で表される化合物は、H.
Zaschkeの方法〔Z.Chem.,15,p441(1975)、或いはJourna
l f.Prekt.Chem.,323,199(1981)〕に従い、４-アルキル
-４'-シアノビフェニルを原料として次の式２に示すス
キームで合成することができる。

【式２】

【００１８】これらの化合物としては、２-(４-オクチ
ルビフェニル)-５-ヘプチルピリミジン、２-(４-ペンチ
ルビフェニル)-５-ヘキシルピリミジン、２-(４-ヘプチ
ルビフェニル)-５-ヘキシルピリミジン、２-(４-ヘキシ
ルビフェニル)-５-ヘプチルピリミジン、２-(４-デシル
ビフェニル)-５-ノニルピリミジン等を例示できる。

【００１９】前記一般式化１１で表される化合物は、例
えば前記一般式化１０の合成法と同様の方法で、次の式
３に示されるスキームによって合成することができる。

【式３】

【００２０】これらの化合物としては、２-(４-ブチル
オキシフェニル)-５-(４-オクタノイルオキシフェニル)
ピリミジン、２-(４-ブチルオキシフェニル)-５-(４-ヘ
キサノイルオキシフェニル)ピリミジン、２-(４-ヘキシ
ルオキシフェニル)-５-(４-オクタノイルオキシフェニ
ル)ピリミジン、２-(４-デシルオキシフェニル)-５-(４
-ペンタノイルオキシフェニル)ピリミジン等を例示でき
る。

【００２１】前記一般式化１２で表される化合物は、例
えば、特願平３−１３８６８２号明細書に記載の合成方
法で得られる。

【００２２】これらの化合物としては、２-(４-オクチ
ルオキシフェニル)-５-(トランス-４-ヘキシルシクロヘ
キシカルボニルオキシ)ピリジン、２-(４-デシルオキシ
フェニル)-５-(トランス-４-ヘキシルシクロヘキシカル
ボニルオキシ)ピリジン、２-(４-ヘプチルオキシフェニ
ル)-５-(トランス-４-ヘプチルシクロヘキシカルボニル
オキシ)ピリジン等を例示できる。

【００２３】第１の本発明の液晶組成物は、前記一般式
化７で表される化合物のうちの少なくとも１種に、前記
一般式化９で表される化合物のうちの少なくとも１種
を、キラルドーパントとして添加して調製される強誘電
性液晶に、前記一般式化８で表される化合物を加えるこ
とにより、応答速度を悪化させることなく、キラルスメ
クチックＣ相をとる低温域側の温度範囲を広げるように
したものである。

【００２４】従って、これら化合物の混合割合は、かか
る効果が有効に奏せられるように選定する必要があり、
例えば、化７の化合物／化８の化合物が５０／５０〜９
８／２の比率で混合したものに、全体として、２〜３４
重量％となるように化９の化合物のうちの少なくとも一
種を添加することが、より効果的に上記目的を達成する
上で好ましい。

【００２５】さらに、第２の本発明の液晶組成物は、上
記発明の液晶組成物に前記一般式化１０で表される化合
物のうちの少なくとも一種と前記一般式化１１で表され
る化合物のうちの少なくとも一種とを混合することによ
って、応答速度を悪化させることなく、キラルスメクチ
ックＣ相をとる低温域側の温度領域を狭めることなく、
高温域側の温度範囲を広げるようにしたものである。こ
の場合、前記一般式化１０と前記一般式化１１で表され
る化合物ともに混合しなければ、応答速度を下げること
なく高温域側の温度範囲を充分に広げることはできな
い。

【００２６】この場合におけるこれらの化合物の混合割
合は、化７の化合物／（化７の化合物＋化８の化合物＋
化１０の化合物＋化１１の化合物）＝３０／１００〜９
５／１００、化８の化合物／（化７の化合物＋化８の化
合物＋化１０の化合物＋化１１の化合物）＝２／１００
〜４０／１００、化１０の化合物／化１１の化合物＝１
０／９０〜９０／１０となるような比率で混合したもの
に、化９の化合物のうちの少なくとも一種を２〜３４重
量％となるように添加することが好ましい。

【００２７】また、第３の本発明の液晶組成物は、第１
の本発明の液晶組成物に前記一般式化１２で表される化
合物のうちの少なくとも一種とを混合することによっ
て、第２発明と同様に、応答速度を悪化させることな
く、キラルスメクチックＣ相をとる低温域側の温度領域
を狭めることなく、高温域側の温度範囲を広げるように
したものである。

【００２８】この場合におけるこれらの化合物の混合割
合は、化７の化合物／（化７の化合物＋化８の化合物＋
化１２の化合物）＝３０／１００〜９５／１００、化８
の化合物／（化７の化合物＋化８の化合物＋化１２の化
合物）＝２／１００〜４０／１００、化１２の化合物／
（化７の化合物＋化８の化合物＋化１２の化合物）＝２
／１００〜３０／１００となるような比率で混合したも
のに、前記一般式化９の化合物のうちの少なくとも一種
を２〜３４重量％となるように添加することが好まし
い。

【００２９】

【実施例】次に、本発明を実施例により具体的に説明す
る。下記の表１〜６に、本発明で使用しうる化合物のい
くつかについて、昇温時におけるその相転移温度を具体
的に示す。尚、表中、Ｃrは結晶、ＳcはスメクチックＣ
相、Ｓ_AはスメクチックＡ相、Ｎはネマチック相、Ｓxは
スメクチックＸ相、Ｓc^*はキラルスメクチックＣ相、Ｃ
hはコレステリック相、Ｉは液体をそれぞれ示す。

【表１】

【表２】

【表３】

【表４】

【表５】

【表６】

【００３０】（実施例１）表１に例示した化合物のう
ち、表７に記載した化合物No.のものを混合し、液晶組
成物Ａを作製した。

【表７】

【００３１】更に、この液晶組成物Ａ７５重量％に対し
て、表２の化合物No（II−４）を２５重量％混合して液
晶組成物Ｂを作成した。

【００３２】更に、この液晶組成物Ｂの８５重量％に対
して、表３の化合物No（III−１）を１５重量％混合
し、液晶組成物Ｃを作成した。

【００３３】この液晶組成物Ｃの相転移温度を表８に示
す。

【表８】

【００３４】この結果、室温を含む広い温度範囲でＳc^*
相を示すことが確かめられた。

【００３５】次に、液晶組成物Ｃをポリイミドを塗布し
たラビング処理を施した透明電極付きガラスからなる厚
さ２μmのセルに注入し、Ｓc^*相で電界を印加し、クロ
スニコルの偏光顕微鏡下で観察したところ、明瞭なスイ
ッチング動作が観察された。また、２５℃で１０Ｖ_PP／
μmの矩形波を印加し、その時の透過光量の変化をフォ
トダイオードで観測したところ、透過光量が１０％から
９０％へ変化するのに要する時間（ｔ_10-90）が３０μs
ecと高速であった。

【００３６】（実施例２）実施例１に示す組成物Ａに対
して、上記表２、表４、表５に例示した化合物のうち、
表９に記載した化合物No.のもの及び実施例１で調製し
た液晶組成物Ａを混合し、液晶組成物Ｆを作成した

【表９】

【００３７】この液晶組成物Ｆの８５重量％に表３の(I
II−１)を１５重量％混合し、液晶組成物Ｇを作成し
た。

【００３８】この液晶組成物Ｇの相転移温度を表１０に
示す。

【表１０】

【００３９】この結果から、室温を含む広い温度範囲で
Ｓc^*相を示すことが分かる。液晶組成物Ｇを実施例１と
同様の操作に従いセルに入れて透過光量の変化に対する
所要時間（ｔ_10-90）を測定した結果、２４μsecと高速
であった。

【００４０】（実施例３）実施例１で調製した液晶組成
物Ａを６２重量％、表２の(II−４)を２５重量％、表６
の(VI−１)を１３重量％混合し、液晶組成物Ｈを作成し
た。

【００４１】更に、この液晶組成物Ｈに対して、表３の
(III−１)を１５重量％混合し、液晶組成物Ｉを作成し
た。

【００４２】この液晶組成物Ｉの相転移温度を表１１に
示す。

【表１１】

【００４３】この結果から明らかなように室温を含む広
い温度範囲でＳc^*相を示すことが分かる。液晶組成物Ｉ
を実施例１と同様の操作に従いセルに入れて透過光量の
変化に対する所要時間（ｔ_10-90)を測定した結果、３５
μsecと高速であった。

【００４４】

【発明の効果】以上説明してきたように本発明の液晶組
成物は、充分に広いキラルスメクチックＣ相の温度範囲
と高速応答性を有し、ディスプレイ装置、その他の光ス
イッチング素子の素材として優れた効果を奏し、極めて
有用なものである。

【化２】

【化２】

【化３】

【化３】

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 下記の一般式化１ 【化１】 （式中、Ｒ¹及びＲ²はアルキル基を示す）で表される化
   合物のうちの少なくとも１種と、 下記一般式化２ 【化２】（式中、Ｒ³及びＲ⁴はアルキル基、Ｘは単結合
   又は−Ｏ−を示す）で表される化合物のうちの少なくと
   も１種と、 下記一般式化３ 【化３】（式中、Ｒ⁵及びＲ⁶はアルキル基、Ｃ^*は光学
   活性が誘起された不斉炭素を示す）で表される化合物の
   うちの少なくとも一種とを含有することを特徴とする強
   誘電性液晶組成物。
2. 【請求項２】 請求項１に記載された一般式化１で表さ
   れる化合物のうちの少なくとも一種と、請求項１に記載
   された一般式化２で表される化合物のうちの少なくとも
   一種と、請求項１に記載された一般式化３で表される化
   合物のうちの少なくとも一種と、下記一般式化４ 【化４】 （式中、Ｒ⁷及びＲ⁸はアルキル基を示す）で表される化
   合物のうちの少なくとも一種と、 下記一般式化５ 【化５】 （式中、Ｒ⁹及びＲ¹⁰はアルキル基を示す）で表される
   化合物のうちの少なくとも一種とを含有することを特徴
   とする強誘電性液晶組成物。
3. 【請求項３】 請求項１に記載された一般式化１で表さ
   れる化合物のうちの少なくとも一種と、請求項１に記載
   された一般式化２で表される化合物のうちの少なくとも
   一種と、請求項１に記載された一般式化３で表される化
   合物のうちの少なくとも一種と、下記一般式化６ 【化６】 （式中、Ｒ¹¹及びＲ¹²はアルキル基を示す）で表わされ
   る化合物のうちの少なくとも一種とを含有することを特
   徴とする強誘電性液晶組成物。
4. 【請求項４】 請求項１、２または３のいずれかに記載
   された強誘電性液晶組成物を構成要素とすることを特徴
   とする光スイッチング素子。 【０００１】