JPH0742460B2

JPH0742460B2 - カイラルスメクチック液晶組成物

Info

Publication number: JPH0742460B2
Application number: JP1052466A
Authority: JP
Inventors: 充浩向殿; 知明倉立; 文明船田; 和彦坂口; 尚哉笠井; 喜和竹平
Original assignee: Daiso Co Ltd; Sharp Corp
Current assignee: Osaka Soda Co Ltd; Sharp Corp
Priority date: 1988-03-04
Filing date: 1989-03-03
Publication date: 1995-05-10
Anticipated expiration: 2010-05-10
Also published as: JPH02110189A

Description

【発明の詳細な説明】（イ）産業上の利用分野この発明はカイラルスメクチックＣ相を呈する液晶組成
物に関する。さらに詳しくは、大容量や広視角の表示に
適した強誘電性液晶表示に用いるカイラルスメクチック
Ｃ相を呈する液晶組成物に関する。

（ロ）従来の技術現在液晶表示素子では液晶のネマチック相を利用したも
のが主流を占めているが、近年ではこれに加えてスメク
チック相を利用した種々の表示モードの研究も盛んに行
われている。特にカイラルなスメクチックＣ相を利用し
た強誘電性液晶による液晶表示は大容量表示が可能な点
及び視角が広い点から有望視されている。

（ハ）発明が解決しようとする課題しかし、強誘電性液晶表示の場合通常のTN（Twisted Ne
matic）表示と異なりスメクチックＣ相でのメモリー特
性を利用するため、表示容量が増すにつれて応答速度の
向上が必要となる。例えば、１画面を1/60secで書き換
え、１ラインの書き換えに４つのパルスを印加する駆動
法を用いると、応答速度τで表示可能なライン数Ｌとの
関係は、４×τ×Ｌ＝1/60sec となる、ライン数の多い大容量液晶表示素子に適用する
ためには、液晶に著しく高い応答速度が要求される。

従って、従来強誘電性液晶表示に用いる液晶として、ネ
マチック液晶の場合と同様に液晶に望まれる種々の条件
を満足するよう複数の化合物を混合した液晶組成物が用
いられるが、現時点では未だ応答速度の点で十分満足の
ゆくものは得られていない。

また、強誘電性液晶表示に用いる液晶組成物に望まれる
性質は上に述べたような高速応答性の他に次のようなも
のがある。まず当然の事ながら室温付近でスメクチック
Ｃ相を示すことが必要である。また、良好な液晶の配向
を得るためにIAC（ｉsotropic−smecticＡ−smectic
Ｃ）又はINC（ｉsotropic−ｎematic−smecticＡ−smec
ticＣ）相系列を液晶組成物が示すことが望ましい。

この発明は、かかる状況下なされたものであり、こと
に、応答速度が高いカイラルスメクチック液晶組成物を
提供しようとするものであり、さらに常温付近でスメク
チックＣ相を示し所望の液晶相系列を示すスメクチック
液晶組成物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この発明の発明者らは、上記観点から鋭意研究を行なっ
た結果、スメクチックＣ相を呈する液晶化合物中に、式
（Ａ）で示される化合物を少量添加することにより、高
速応答性を示すと共に、先に述べたような強誘電性液晶
表示に用いる液晶組成物に望まれる性質を満足するカイ
ラルスメクチック液晶組成物を得ることができる事実を
見出し、この発明に到達した。

かくしてこの発明によれば、スメクチックＣ相を呈する
液晶化合物に、下式（Ａ）：（式中、R₁とR₂は、同一又は異なって、直鎖状又は分枝
状で炭素数１〜12のアルキル基を示す。＊はそのＣが光
学活性炭素原子であることを示す）で表わされる化合物
の少なくとも１種を添加してなるカイラルスメクチック
液晶組成物が提供される。

この発明で用いる上記式（Ａ）化合物はそれ自体文献未
記載の新規化合物である。

なお、式（Ａ）ならびに後述の式中で使用する用語、
“直鎖状又は分枝状で炭素数１〜12のアルキル基”と
は、メチル、エチル、プロピル、ｉ−プロピル、ブチ
ル、ｉ−ブチル、ｔ−ブチル、ペンチル、２−メチルブ
チル、2,2−ジメチルプロピル、ヘキシル、２又は３−
メチルペンチル、2,2−ジメチルブチル、４−メチルヘ
キシル、６−メチルオクチル、ｎ−ヘプチル、2,2−ジ
メチルペンチル、3,3−ジメチルペンチル、2,4−ジメチ
ルペンチル、ｎ−オクチル、2,2,3,3−テトラメチルブ
チル、ノニル、デシル、ウンデシル、ドデシルなどが含
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。

また、“直鎖状又は分枝状で炭素数１〜12のアルコキシ
基”とは、上記のアルキル基で置換されたアルコキシ基
が含まれる。さらに、アルコキシカルボニル基は、この
ようなアルコキシ基が結合したカルボニル基が含まれ
る。なお、式（Ａ）の化合物には、シス体とトランス体
とがあるが、いずれもこの発明に用いることができる。

式（Ａ）の化合物は、例えば、光学活性エピクロルヒド
リンとフエノール類を塩基の存在下で反応させて式
（Ｉ）：の化合物を得、これに式（II）： R₂−CH（COOR₇）_２ ……（II）（上式中、R₁とR₂は、式（Ａ）中の定義と同一の意味を
示しR₇はメチル、エチルなどの低級アルキル基を示す）
のマロン酸エステルを塩基の存在下で反応することによ
り得ることができる。

この発明におけるスメクチックＣ相を呈する液晶化合物
としては、当該分野で知られた種々のスメクチック液晶
を用いることができる。その具体例としては、下式（II
I）、（IV）及び（Ｖ）で示される化合物が挙げられ
る。

（式中、Ａ及びＢは、それぞれ、単結合又は−COO−、
−OCO−、−CH＝CH−COO−、−OCO−CH＝CH−、−Ｏ
−、−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−、−OCO−、−CH＝
Ｎ−、−Ｎ＝CH−、−CH＝CH−、−Ｃ≡Ｃ−、−CH＝CH
−COO−、−OCO−CH＝CH−、−CH₂CH₂−、−OCH₂−、CH
₂O−、−COS−もしくは−SCO−の基を示す。

は、それぞれ独立して、ベンゼン環、ピリジン環、ピリ
ミジン環、ピラジン環、ピリダジン環、ピペラジン環、
シクロヘキサン環、ピラン環、ジオキサシクロヘキサン
環、チアピラン環、ジチアン環、チアジアジン環、ビシ
クロ［2.2.2］オクタン環、テトラジン環等の六員環を
示し、これらの六員環中の水素原子は、フッ素原子、塩
素原子、臭素原子、シアノ基、ニトロ基、低級アルキル
基、低級アルコキシ基又は重水素（Ｄ）で置換されてい
てもよい。R₈及びR₉はそれぞれ独立して、直鎖状又は分
枝状で炭素数１〜12のアルキルもしくはアルコキシ基を
示す。ｐは１又は２の整数を示す。）もちろん、これらは２種以上混合して用いることができ
る。

上記のようなスメクチック液晶化合物のうち、下式
（Ｂ）：（式中、R₃は直鎖状又は分枝状で炭素数１〜12のアルキ
ル基又はアルコキシ基、R₄は直鎖状又は分枝状で炭素数
１〜12のアルキル基を示す）の化合物は分子軸に垂直な
方向に双極子モーメントを持っているため、得られるカ
イラルスメクチック液晶組成物の熱安定性を向上し、ス
メクチックＣ相の温度安定性を充分に確保するので好ま
しい。さらに式（Ｂ）の化合物と、下式（Ｃ）：（式中、R₅は直鎖状又は分枝状で炭素数１〜12のアルキ
ル基又はアルコキシ基、R₆は直鎖状又は分枝状で炭素数
１〜12のアルコキシ基又はそのアルコキシ基を有するア
ルコキシカルボニル基を示し、Ｘは−COO−、−OCO−又
は単結合を示す。ｍとｎはそれぞれ１又は２の整数であ
る）で表わされる化合物の１種又は２種以上とを組合せ
たスメクチック液晶化合物を用いた場合には、上記した
熱安定性の点がさらに向上すると共に、室温でスメクチ
ックＣ相を呈するカイラルスメクチック液晶組成物が得
られるのでより好ましい。この際の式（Ｂ）と（Ｃ）の
化合物の混合比は、通常10:1〜1:3（重合比）とするの
が適している。

スメクチックＣ相を呈する液晶化合物に前記した式
（Ａ）の光学活性化合物を混合することにより、この発
明のカイラルスメクチック液晶組成物が得られる。この
際の式（Ａ）の化合物の混合量は、液晶組成物中、0.5
〜20重量％とするのが適しており、１〜10重量％とする
のが好ましい。0.5重量％未満では、スメクチック液晶
化合物の応答性の向上効果が不充分であり、20重量％を
越えるとスメクチックＣ相の熱安定性が不充分となる点
で適さない。

なお、この発明のカイラルスメクチック液晶組成物中に
は、ピッチ調整用カイラル化合物、大きなPsを有する化
合物等の種々の添加剤が、この発明の効果が阻害されな
い限り、含有されていてもよい。

（ホ）作用式（Ａ）の化合物は２つの光学活性炭素を有し、これら
の光学活性炭素が剛直な５員環構造の中に組み込まれて
いるため、分子の自由回転を抑制する事ができ、スメク
チック相を呈する液晶化合物と混合すれば液晶組成物と
しての自発分極が増加し応答速度は大きく向上するもの
と考えられる。そして組合せるスメクチック液晶化合物
や混合割合を選択することにより室温付近でスメクチッ
クＣ相を呈し、またIACやINAC等の相系列を有する応答
速度の速い液晶組成物が得られることとなる。

（ヘ）実施例以下実施例により本発明のカイラルスメクチックＣ相を
有する液晶組成物につき詳細に説明するが、これにより
この発明は限定されるものではない。

なお、以下の各実施例において、本発明の光学活性化号
物（Ａ）のR,S表示は下記の化合式の位置番号に基づい
て行った。

光学活性化合物（Ａ）の調製実施例１−ａＲ−（−）−エピクロルヒドリン（化学純度98.5％以
上、光学純度99％以上）5.55gと、下記化学式で示され
る４−（トランス−４−ｎ−ペンチルシクロヘキシル）
フェノール2.46g、ベンジルトリエチルアンモニウムクロリド0.04gとの混
合物を60℃で攪拌させながら水酸化ナトリウム水溶液
（NaOH 0.45g、水15ml）を20分かけて滴下し、さらに１
時間還流を行った。反応溶液を室温まで冷却し、エーテ
ル抽出を２回行い、飽和食塩水で１回洗浄して減圧下溶
媒を留去した。残渣をシリカゲルクロマトグラフィで精
製し、下記化学式（A'）で示される（Ｓ）−2,3−エポ
キシプロピル−４−（トランス−４−ｎ−ペンチルシク
ロヘキシル）フェニルエーテル1.8gを得た。

この化合物（A'）の物理的特性を下記に示す。

▲［α］²⁵ _D▼＋4.44゜（ｃ＝1.36,CH₂Cl₂） NMR（CDCl₃） δ:0.45〜2.50（21H,m） 2.50〜3.00（ 2H,m） 3.15〜3.50（ 1H,m） 3.70〜4.30（ 2H,m） 6.79 （ 2H,d,J＝9.0Hz） 7.09 （ 2H,d,J＝9.0Hz）次に、鉱油で懸濁させた50重量％水素化ナトリウム224m
gを乾燥エーテルで２回洗浄後、乾燥テトラヒドロフラ
ン10mlを加えた。この懸濁液を40℃で攪拌しながらｎ−
ブチルマロン酸ジメチル130mgを滴下して５分間攪拌し
た後、上記で得られた（Ｓ）−2,3−エポキシプロピル
−４−（トランス−４−ｎ−ペンチルシクロヘキシル）
フェニルエーテル（Ａ′）1.41gを滴下し、20時間還流
攪拌した。反応液を室温に戻してから4N塩酸をpH＝１に
なるまで滴下した後、エーテル抽出を２回行い、飽和食
塩水で１回洗浄して減圧下溶媒を留去した。残渣をシリ
カゲルクロマトグラフィで分離精製し、下記化学式で示
される光学活性化合物、（2S,4S）体（A₁）及び（2R,4
S）体（A₂）のγ−ラクトン誘導体をそれぞれ50mg及び4
0mgを得た。

光学活性化合物、（2S,4S）体の化学式、物理的特性及
び元素分析結果を下記に示す。

▲［α］²³ _D▼＋33.45゜（ｃ＝0.658,CH₂Cl₂） NMR（CDCl₃） δ:0.88〜1.98（30H,m） 2.38〜2.67（ 3H,m） 4.07〜4.13（ 2H,m） 4.67〜4.73（ 1H,m） 6.83 （ 2H,d,J＝8.3Hz） 7.12 （ 2H,d,J＝8.3Hz） IR（KBr）1762cm^-1 元素分析（C₂₆H₄₀O₃として）ＣＨ理論値（％） 77.95 10.07 実測値（％） 77.91 10.12 光学活性化合物、（2R,4S）体の化学式及び物理的特性
を下記に示す。

▲［α］²⁴ _D▼＋20.37゜（ｃ＝1.05,CH₂Cl₂） NMR（CDCl₃） δ:0.70〜2.95（33H,m） 4.00〜4.25（ 2H,m） 4.50〜4.95（ 1H,m） 6.77 （ 2H,d,J＝8.4Hz） 7.11 （ 2H,d,J＝8.4Hz） IR（KBr）1762cm^-1 実施例１−ｂ 50％水素化ナトリウム163mgの乾燥1,2−ジメトキシエタ
ン懸濁液に、ジメチル−ｎ−ヘプチルマロネート716mg
の1,2−ジメトキシエタン溶液を加え、攪拌下に５分間
反応させた後、（Ｓ）−2,3−エポキシプロピル−４−
（トランス−４−ｎ−ペンチルシクロヘキシル）フェニ
ルエーテル940mgの1,2−ジメトキシエタン溶液を加え、
２時間半加熱攪拌した。反応液を塩酸酸性とした後、エ
ーテル抽出し、溶媒留去後、シリカゲルカラムクロマト
グラフィーで精製し、次の化学式（A₃）で示される光学
活性化合物（2S,4S）体のみのγ−ラクトン誘導体を得
た。

上記光学活性化合物（A₃）の物理的特性を下記に示す。

▲［α］²³ _D▼＋27.61゜（ｃ＝0.04,CH₂Cl₂） NMR（CDCl₃） δ:0.88〜1.98（36H,m） 2.10〜2.83（ 3H,m） 3.96〜4.16（ 2H,m） 4.67〜4.73（ 1H,m） 6.75 （ 2H,d,J＝8.3Hz） 7.10 （ 2H,d,J＝8.3Hz） IR（KBr）1765cm^-1 カイラルスメクチック液晶組成物の調製実施例２第１表に示す組成のカイラルスメクチックＣ相を有する
液晶組成物を作製した。相転移温度も併せて示す。

組成物１及び２共に室温付近でスメクチックＣ相を示
し、組成物１はIAC相系列を、組成物２はINAC相系列を
示す。

なお、ネマチック（Ｎ）相、スメクチックＡ（S_A）相、
スメクチックＣ（S_C）相等の液晶相の同定はホットステ
ージ付偏光顕微鏡による組織観察及び既知液晶化合物の
液晶相との相溶性を確認するための二成分系の相図作成
によって行なった。

また、同表中の化合物のうち、2M4、3M5、4M6、6M8はそ
れぞれ光学活性の２−メチル−ブチル基、３−メチル−
ペンチル基、４−メチル−ヘキシル基、６−メチル−オ
クチル基を示す。

実施例３実施例２で調製した液晶組成物を用いて液晶表示装置を
作製した。２枚のガラス基板上にITO膜を形成し、ナイ
ロン膜を塗布しラビングする。次にこの２枚のガラス基
板をラビンク方向が同一になるようにしてセル厚２μｍ
で張り合わせる。このセルに第１表に示す液晶組成物1,
2を注入した。この液晶素子を２枚の直交する偏光子の
間に設置し、電界を印加し、透過光強度の変化を観察し
た。Vp−ｐ＝20Vの電界を25℃で印加した時の透過光強
度の変化より求めた応答速度を第１表中に併せて示し
た。

このようにカイラルスメクチックＣ相を呈する液晶組成
物を用いた液晶表示装置においては第１表に示すように
良好な配向性と高速応答性が得られた。

実施例４実施例１−ａの４−（トランス−４−ｎ−ペンチルシク
ロヘキシル）フェノールのｎ−ペンチル基を、下記第２
表のR₁で示される置換基の１つで置換して調製されたフ
ェノール類と、同表のR₂で示される置換基の１つで置換
して調製されたマロン酸エステルとを用いる以外は、実
施例１−ａ及び実施例１−ｂと同様にして、化合物A₄〜
A₁₃を調製した。これらの化合物の物理特性を併せて第
２表に示した。

実施例５カイラルスメクチックＣ相を示す種々の液晶組成物を、
第３表に示す各組成でそれぞれ調製した。同表には各液
晶組成物について、相転移温度及び実施例３と同様にし
て測定された応答速度を合わせて示した。

（ト）発明の効果この発明によれば、大容量、広視角の強誘電性液晶表示
に適した高速応答性を有するカイラルスメクチック液晶
組成物が得られる。さらに加え、常温付近でスメクチッ
クＣ相を示し理想的な液晶相系列を示す液晶組成物を得
ることができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者船田文明大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号シャープ株式会社内 (72)発明者坂口和彦大阪府豊中市南桜塚２丁目７―１―211 (72)発明者笠井尚哉兵庫県尼崎市大島２丁目35―１ (72)発明者竹平喜和兵庫県伊丹市鈴原町５丁目５―４ (56)参考文献特公平５−39955（ＪＰ，Ｂ２)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】スメクチックＣ相を呈する液晶化合物に、下式（Ａ）：（式中、R₁とR₂は、同一又は異なって、直鎖状又は分枝
状で炭素数１〜12のアルキル基を示す。＊はそのＣが光学活性炭素原子であることを示す）で表わされる化合物の少なくとも１種を添加してなるカ
イラルスメクチック液晶組成物。
【請求項２】スメクチックＣ相を呈する液晶化合物が、下式（Ｂ）：（式中、R₃は直鎖状又は分枝状で炭素数１〜12のアルキ
ル基又はアルコキシ基、R₄は直鎖状又は分枝状で炭素数
１〜12のアルキル基を示す）で表わされる化合物の１種又は２種以上からなる請求項
１記載の液晶組成物。
【請求項３】スメクチックＣ相を呈する液晶化合物が前
記式（Ｂ）で表わされる化合物の１種又は２種以上と、
下式（Ｃ）：（式中、R₅は直鎖状又は分枝状で炭素数１〜12のアルキ
ル基又はアルコキシ基、R₆は直鎖状又は分枝状で炭素数
１〜12のアルコキシ基又はそのアルコキシ基を有するア
ルコキシカルボニル基を示し、Ｘは−COO−、−OCO−又
は単結合を示す。ｍとｎはそれぞれ１又は２の整数であ
る。）で表わされる化合物の１種又は２種以上とからなる請求
項２記載の液晶組成物。
【請求項４】請求項１〜３のいずれかに記載のカイラル
スメクチック液晶組成物を用いてなる液晶表示装置。