JPH075499B2 - 液晶性化合物およびこれを含む液晶組成物 - Google Patents

液晶性化合物およびこれを含む液晶組成物

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JPH075499B2 JP62025597A JP2559787A JPH075499B2 JP H075499 B2 JPH075499 B2 JP H075499B2 JP 62025597 A JP62025597 A JP 62025597A JP 2559787 A JP2559787 A JP 2559787A JP H075499 B2 JPH075499 B2 JP H075499B2
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【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、新規な液晶性化合物、それを含有する液晶組
成物および該液晶組成物を使用する液晶素子に関するも
ので、更に詳しくは光学活性な液晶性化合物、それを含
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・シャット(M.Sc
hadt)とダブリュー・ヘルフリッヒ(W.Helfrich)著
“アプライド・フィジツクス・レターズ”(“Applied
Physics Letters")第18巻、第4号(1971年2月15日発
行)、第127頁〜128頁の“ボルテージ・ディペンダント
・オプティカル・アクティビティー・オブ・ア・ツイス
テッド・ネマチック・リキッド・クリスタル”(“Volt
age Dependent Optical Activity of a Twisted Nemati
c Liquid Crystal")に示されたツイステッド・ネマチ
ック(twisted nematic)液晶を用いたものが知られて
いる。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ィスプレ
イとしての用途は限定されていた。
また、各画素に薄膜トランジスタによるスイッチング素
子を接続し、各画素毎をスイッ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
ることが難しい問題点がある。
この様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(Cl
ark)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
イラルスメクティックC相(SmC*)または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、メモリー性のある相安定状態
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ィスプレイ用材料として
適している。
また強誘電性液晶として用いられる材料は不斉を有して
いるために、そのカイラルスメクチック相を利用した強
誘電性液晶として使用する以外に、次のような光学素子
と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ック・ネマティック相
転移効果を利用するもの(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・テイラー型ゲスト・ホ
スト効果を利用するもの(D.L.White and G.N.Taylor;
J.Appl.Phys.,45,4718(1984))、等が知られている。
個々の方式についての詳細な説明は省略するが、表示素
子や変調素子として重要である。
このような液晶の電界応答光学効果を用いる方法におい
ては液晶の応答性を高めるために極性基を導入すること
が好ましいとされている。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P.Kellerらは、不斉炭素に直接
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(C.R.Acad.Sc.Paris,
282 C,639(1976))。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
を有しており、その改善が望まれている。
他方、光学活性を有することを特徴とする光学素子に必
要な機能性材料は、それ自体光学活性の中間体を経て合
成されることが多いが、従来から用いられる光学活性中
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級フェネチルアルコール、アミ
ノ酸誘導体、ショウノウ誘導体、コレステロール誘導体
等が挙げられるのみで、この光学活性中間体に極性基を
導入されることはほとんどなかった。このためもあっ
て、不斉炭素原子に直接極性基を導入することにより自
発分極を増加する方法は、余り有効に利用されていなか
った。
発明の目的 本発明は上記の点に鑑みなされたものである。すなわ
ち、本発明は不斉炭素原子に直接、安定で且つ双極子モ
ーメントの大きいフッ素基を導入することにより極性を
高め、液晶の電界応答性を高めた液晶化合物及びそれを
少なくとも1種類含有する液晶組成物を提供することを
目的とする。
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(196
4)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
及びそれを少なくとも1種類配合成分として含有する液
晶組成物を提供することを目的とする。
発明の概要 本発明は、上述の目的を達成するためになされたもので
あり、一般式(I) (ここで、R1は炭素数4〜18のアルキル基またはアルコ
キシ基であり、R2は炭素数1〜16のアルキル基を示し、
C*は不斉炭素原子を示す。
は1,4−フェニレン基またはピリミジン−2,5−ジイル基
を示し、l、mは0、1または2(但しl+m≧1)、
nは0または1を示し、pは1〜10の整数を示す。) で表わされる液晶性化合物を提供するものである。
また、本発明は上記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ならびに該液晶組成物
を使用する液晶素子をも提供する。
発明の具体的説明 上記一般式(I)で示される液晶性化合物は、好ましく
は本出願人等による出願(昭和62年2月5日付)の明細
書に示される下記一般式(II)のフルオロアルカン誘導
体等の光学活性中間体を経て合成される。
(ここでAはOH基またはハロゲン原子を示す。) 例えばこれらの光学活性なフルオロアルカン誘導体を経
て、次に示す合成経路(A=OHの例を示す)により、一
般式(I)に示される液晶性化合物が得られる。
(ここで、R1、R2、l、m、n、p、 は前記定義の通りである。) また、本発明の液晶組成物は、一般式(I)で表わされ
る液晶性化合物を少なくとも1種類配合成分として含有
するものである。例えば、この液晶性化合物を、下式
(1)〜(13)で示されるような強誘電性液晶と組合わ
せると、自発分極が増大し、応答速度を改善することが
できる。
このような場合においては、一般式(I)で示される本
発明の液晶化合物を、得られる液晶組成物の0.1〜99重
量%、特に1〜90重量%となる割合で使用することが好
ましい。
また下式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ッ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。
この場合、一般式(I)で示される本発明の液晶性化合
物を、得られる液晶組成物の0.1〜99重量%、特に1〜9
0重量%で使用することが好ましい。
このような組成物は、本発明の液晶性化合物の含有量に
応じて、これに起因する大きな自発分極を得ることがで
きる。
ここで、記号は、それぞれ以下の相を示す。
Cryst.:結晶相、SmA:スメクチックA相、 SmB:スメクチックB相、SmC:スメクチックC相、 N:ネマチック相、Iso.:等方相。
また、一般式(I)で示される液晶性化合物は、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%の割合とな
るように式(I)の液晶性化合物を使用することが好ま
しい。
またネマチック液晶もしくはカイラルネマチック液晶に
添加することにより、カイラルネマチック液晶として、
相転移型液晶素子やホワイト・テイラー型ゲスト・ホス
ト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%の
割合となるように式(I)の液晶性化合物を用いること
が好ましい。
以下実施例により、本発明を更に具体的に説明する。
実施例1 上記式で表わされるp−n−デシルオキシ安息香酸−2
−(2′−フルオロオクチルオキシ)エチルエステルを
以下の工程により製造した。
すなわち、p−n−デシルオキシ安息香酸0.47g(1.7m
mol)を、塩化チオニル4mlと共に、90分間加熱還流した
のち、未反応の塩化チオニルを留去して対応する酸塩化
物を得た。
次にトリエチレンジアミン0.38g(3.4m mol)を乾燥ベ
ンゼン5mlに溶かし、水酸化カリウムを加え、乾燥し
た。この溶液をエチレングリコールモノ(2−フルオロ
オクチル)エーテル0.384g(2.0m mol)の入った容器に
入れ攪拌した。この溶液を、上記酸塩化物中に滴下し、
滴下後50℃で1時間攪拌した。その後、反応液を室温ま
で冷却し、水素化ナトリウム48mg(2m mol)を乾燥ベン
ゼン2mlに懸濁したものを加え、50℃で1時間加熱攪拌
した後、さらに2時間加熱還流した。
反応液を室温まで冷却し、1N塩酸5.5mlを加え、さらに
水10mlを加えた。有機層を分離し、水層をベンゼンで抽
出した。次いでベンゼン層を前記有機層と合わせ、1N炭
酸ナトリウム水溶液で洗浄した後、無水硫酸マグネシウ
ムで乾燥し、ベンゼンを留去して粗生成物0.626gを得
た。これをシリカゲルカラムにより分離精製し、p−n
−デシルオキシ安息香酸−2−(2′−フルオロオクチ
ルオキシ)エチルエステル0.392g(0.87m mol)を得
た。
▲[α]20 D▼: −1.6°(C=3.1、CH2Cl2) IR(cm-1): 2940、2850、1720、1610、1515、1470、1320、1280、12
60、1170、1103、840、760。
実施例2 p−n−デシルオキシ安息香酸の代りに、p′−n−デ
シルオキシビフェニルカルボン酸を用い、以下実施例1
と同様な反応処理を行うことにより、p′−n−デシル
オキシビフェニルカルボン酸−2−(2′−フルオロオ
クチルオキシ)エチルエステルを得た。
▲[α]20 D▼: −2.1°(C=3.0、CH2Cl2) IR(cm-1): 2930、2860、1720、1605、1470、1300、1275、1205、11
50、1130、825、760。
実施例3 上記式で表わされる光学活性な5−オクチル−2−[4
−(2′−フルオロオクチルオキシエチルオキシ)フェ
ニル]ピリミジンを、以下の工程により製造した。
すなわち、光学活性エチレングリコールモノ−2−フル
オロオクチルエーテル1.2g(6.25m mol)とピリジン1.4
9g(18.8m mol)を氷冷しパラトルエンスルホン酸クロ
ライド1.32g(6.9m mol)を加えて、3.5時間攪拌した。
この反応液に、2規定塩酸6.3mlを加え、ジクロロメタ
ン10mlで3回抽出したのち、有機層を水洗し、乾燥後ジ
クロロメタンを留去して、粗生成物2.09g(60.4m mol)
を得た。これをカラムクロマトグラフィーで生成して、
トシレート体1.81g(5.2m mol)を得た。収率83.7%、
▲[α]17 D▼−2.4°(C=2、CH2Cl2)。
次にこのトシレート体0.91g(2.63m mol)と5−オクチ
ル−2−(4−ヒドロキシフェニル)ピリミジン0.51g
(1.8m mol)に、1−ブタノール0.5mlを加え攪拌し
た。この溶液に、1−ブタノール2mlに水酸化ナトリウ
ム0.083g(2.08m mol)を溶解させておいたアルカリ溶
液を加え、130℃で6時間加熱還流した。この反応液に
水15mlを加え、ベンゼン10mlで3回抽出し、乾燥した
後、ベンゼンを留去して粗生成物1.00gを得た。これを
シリカゲルカラムクロマトグラフィー、次いで再結晶に
より生成して目的物である光学活性5−オクチル−2
[4−(2′−フルオロオクチルオキシエチルオキシ)
フェニル]ピリミジン0.50g(1.09m mol)を得た。
収率60.6%、▲[α]15 D▼:−1.6°(C=1.0、CHC
l3)。
IR(KBrディスク)[cm-1]: 2865、2830、1615、1590、1550、1520、1470、1440、13
70、1340、1300、1260、1170、1130、1070、920、900、
840、810、785、720、700。
実施例4〜12 実施例3に準ずる方法により、下記表1に示す実施例4
〜12の化合物を得た。
以上の様にして得られた実施例1〜12の化合物の相転移
温度を表1に併せて示す。
表中、Cryst.は結晶状態、SmC*はカイラルスメクチック
C相、Ch.はコレステリック相、Iso.は等方相、S3は未
同定のスメクチック相を示す。
実施例13 実施例6で製造した化合物を配合成分とする液晶組成物
Aを調製した。また比較例として実施例6の化合物を含
有しなかった液晶組成物Bも調製した。下記に液晶組成
物A、Bの各々の組成、相転移温度および自発分極を示
す。
<液晶組成物A> 相転位温度(℃) <液晶組成物B> 相転移温度(℃) 自発分極(nC/cm2次に0.7m厚のガラス板2枚を用意し、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SiO2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(株)製KBM−602]0.2
%イソプロピルアルコール溶液を回転数2000r.p.mのス
ピードで15秒間塗布して、表面処理した。この後120℃
にて20分間加熱乾燥した。
さらに表面処理を行なったITO膜付きガラス板上にポリ
イミド樹脂前駆体[東レ(株)SP−510]2%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℃加熱縮合焼成処
理を施した。この時の塗膜の膜厚は約700Å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[リクソンボンド
(チッソ(株))]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。このセルの
セル厚をベレック位相板によって測定したところ、約2
μmであった。ここで、先に調製した強誘電性液晶化合
物A、Bを各々等方相下、均一混合液状態で、作製した
セル内に真空注入した。等方相から0.5℃/hで徐冷する
ことにより、強誘電性液晶素子を作成した。
この強誘電性液晶素子を使ってピーク・トウ・ピーク電
圧30Vの電圧印加により直交ニコル下での光学的な応答
(透過光量変化0〜90%)を検地して応答速度(以後光
学応答速度という)を測定した。その結果を次に示す。
応答速度(msec) 実施例14 透明電極としてITO(Indium Tin Oxide)膜を形成した
ガラス基板上にポリイミド樹脂前駆体[東レ(株)製SP
−510]を用いスピンナー塗布により成膜した後、300℃
で60分間焼成してポリイミド膜とした。次にこの被膜を
ラビングにより配向処理を行ない、ラビング処理軸が直
交するようにしてセルを作製した(セル間隔8μm)。
上記セルにネマチック液晶組成物[リクソンGR−63:チ
ッソ(株)製ビフェニル液晶混合物]を注入し、TN(ツ
イ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、リバースドメイン(しま模様)が生
じていることがわかった。
前記リクソンGR−63(99重量部)に対して、本発明の実
施例2の液晶性化合物(1重量部)を加えた液晶混合物
を用い、上記と同様にしてTNセルとし観察したところ、
リバースドメインはみられず均一性のよいネマチック相
となっていた。このことから、本発明の液晶性化合物は
リバースドメインの防止に有効であることがわかった。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 C09K 19/34 9279−4H 19/46 9279−4H G02F 1/137 9315−2K (72)発明者 門叶 剛司 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 片桐 一春 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キヤ ノン株式会社内

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】下記一般式(I) (ここで、R1は炭素数4〜18のアルキル基またはアルコ
    キシ基であり、R2は炭素数1〜16のアルキル基を示し、
    C*は不斉炭素原子を示す。 および は1,4−フェニレン基またはピリミジン−2,5−ジイル基
    を示し、l、mは0、1または2(但しl+m≧1)、
    nは0または1を示し、pは1〜10の整数を示す。) で表わされる液晶性化合物。
  2. 【請求項2】下記一般式(I) (ここで、R1は炭素数4〜18のアルキル基またはアルコ
    キシ基であり、R2は炭素数1〜16のアルキル基を示し、
    C*は不斉炭素原子を示す。 および は1,4−フェニレン基またはピリミジン−2,5−ジイル基
    を示し、l、mは0、1または2(但しl+m≧1)、
    nは0または1を示し、pは1〜10の整数を示す。) で表わされる液晶性化合物を少なくとも1種類含有する
    ことを特徴とする液晶組成物。
  3. 【請求項3】下記一般式(I) (ここで、R1は炭素数4〜18のアルキル基またはアルコ
    キシ基であり、R2は炭素数1〜16のアルキル基を示し、
    C*は不斉炭素原子を示す。 および は1,4−フェニレン基またはピリミジン−2,5−ジイル基
    を示し、l、mは0、1または2(但しl+m≧1)、
    nは0または1を示し、pは1〜10の整数を示す。) で表わされる液晶性化合物を少なくとも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。
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