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Die vorliegende Erfindung betrifft neue ferrielektrische
Flüssigkristallverbindungen, die für die Verwendung in
einer Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung des Typs mit
aktiver Matrix, bei der jeder Pixel individuell angesteuert
wird, geeignet sind.
Stand der Technik
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Eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung (LCD) hat bereits
als Flachbildschirm die bekannten Anzeigen mit
Braunscher-Röhre (CRT) hauptsächlich auf den Gebieten der
tragbaren Vorrichtungen und Einrichtungen überholt. Bedingt
durch die kürzlichen funktionellen Ausdehnungen der
Personal Computer und der Wordprozessoren und durch die
derzeitige Erhöhung in der Kapazität der Datenverarbeitung, muss
LCD ebenfalls hohe Funktionen, wie eine höhere
Anzeigekapazität, eine Vollfarbenanzeige, einen breiten
Betrachtungswinkel, ein Hochgeschwindigkeitsansprechen und einen
höheren Kontrast besitzen.
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Als Flüssigkristall-Anzeigeverfahren
(Flüssigkristall-Ansteuerverfahren), das mit den obigen Forderungen
einhergeht, wurde eine Anzeigevorrichtung mit aktiver Matrix
vorgeschlagen und praktisch verwendet, die gemäß einem
Verfahren arbeitet, bei dem dünne Filmtransistoren (TFT)
oder Dioden so gebildet werden, dass ein Transistor oder
eine Diode einem Pixel auf dem Anzeigeschirm entspricht
und der Flüssigkristall unabhängig von einem anderen für
nur einen Pixel angesteuert wird.
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Bei dem obigen AM-Anzeigeverfahren treten die Probleme
auf, dass es schwierig ist, die Kosten, bedingt durch die
niedrige Ausbeute, zu erniedrigen, und dass es schwierig
ist, einen großen Anzeigeschirm zu bilden. Bedingt durch
die hohe Bildqualität überholt das obige Anzeigeverfahren
jedoch das STN-Verfahren, das eine bekannte Hauptströmung
war, und es überholt CRT.
Aufgaben, die durch die Erfindung gelöst werden sollen
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Jedoch besitzt die obige AM-Anzeigevorrichtung die
folgenden Schwierigkeiten, bedingt durch die Verwendung einer
nematischen Flüssigkristallverbindung als
Flüssigkristallmaterial.
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(1) Eine nematische Flüssigkristallverbindung wird für den
TN-Modus verwendet, und die Ansprechgeschwindigkeit ist im
Allgemeinen langsam (mehrere 10 ms). Bei der Anzeige von
Videobildern kann keine gute Bildqualität erhalten werden.
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(2) Da bei der Anzeige ein verdrehter Zustand (verdrehte
Anordnung) der Flüssigkristallmoleküle verwendet wird, ist
der Ansichtswinkel eng. Bei der Anzeige mit einer Grau-
Skala ist insbesondere der Betrachtungswinkel stark
verengt. D. h., das Kontrastverhältnis, die Farbe, usw. ändern
sich beim Anzeigeschirm abhängig von den
Betrachtungswinkeln beim Anzeigeschirm.
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Zur Beseitigung der obigen Schwierigkeiten wurden in den
jüngsten Jahren AM-Felder vorgeschlagen, bei denen eine
ferroelektrische Flüssigkristallverbindung oder eine
antiferroelektrische Flüssigkristallverbindung anstelle des
TN-Flüssigkristalls verwendet wurde (japanische
offengelegte Patentpublikationen Nrn. JP-A-5-249502, JP-A-5-
150257 und JP-A-6-95080). Es bleiben jedoch die folgenden
Probleme, die für die praktische Verwendung dieser
Flüssigkristallverbindungen beseitigt werden müssen.
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(3) Ferroelektrische Flüssigkristalle zeigen eine spontane
Polarisation. Bedingt durch die konstante spontane
Polarisation tritt leicht ein Hängenbleiben des Bildes (bzw. ein
Nachbild) auf, und die Ansteuerung wird schwierig. In der
Anzeige mit einer ferroelektrischen
Flüssigkristallverbindung in einem Oberflächen-stabilisierten Modus ist es
schwierig, eine Grauskalaanzeige zu erreichen, da im
Prinzip es nur möglich ist, dass Schwarz und Weiß angezeigt
werden. Für die Grauskalaanzeige ist eine spezielle
Vorrichtung erforderlich (beispielsweise die ferroelektrische
Flüssigkristallvorrichtung, bei der eine Monostabilität
verwendet wird; Keiichi NITO et al., SID '94, Preprint, S.
48), und es ist erforderlich, eine sehr hohe Technik für
die praktische Verwendung zu entwickeln.
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(4) Eine anti-ferroelektrische Flüssigkristallverbindung
ist von den oben bei (3) beschriebenen Schwierigkeiten des
Nachbildes frei, da sie keine permanente spontane
Polarisation erleidet.
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Jedoch erfordert die AM-Ansteuerung mindestens ein
Flüssigkristallmaterial, das bei 10 V oder weniger angesteuert
werden kann. Da jedoch anti-ferroelektrische
Flüssigkristalle im Allgemeinen eine hohe Schwellenspannung besitzen,
ist daher die Ansteuerung bei niedriger Spannung
schwierig. Es tritt die weitere Schwierigkeit auf, dass die
Grauskala-Anzeige schwierig ist, da das optische
Ansprechen eine Hysterese beinhaltet.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein
neues Material zur Verfügung zu stellen, welches die
obigen Schwierigkeiten beseitigt und das für die Verwendung
mit der AM-Ansteuerung geeignet ist. Eine
Flüssigkristallverbindung mit ferrielektrischer Phase ist als das obige
neue Material denkbar.
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Eine ferrielektrische Flüssigkristallverbindung mit
ferrielektrischer Phase (SCγ*-Phase) wurde zum ersten Mal in
4-(1-Methylheptyloxycarbonyl)phenyl-4-(4'-octyloxybiphenyl)carboxylat (kurz als "MHPOBC" bezeichnet) 1989
gefunden (Japanese Journal of Applied Physics, Bd. 29, Nr. 1,
S. L131-137 (1990)).
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Die Strukturformel und die Phasenübergangstemperaturen
(ºC) von MHPOBC sind wie folgt.
Strukturformel:
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C&sub8;H&sub1;&sub7;-O-Ph-Ph-COO-Ph-COO-C*H(CH&sub3;)-C&sub6;H&sub1;&sub3;
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worin Ph eine 1,4-Phenylengruppe und C* ein asymmetrisches
Kohlenstoffatom bedeuten.
Phasenseguenz:
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Cr(30)SIA*(65)SCA*(118)SCγ*(119)SC*(121)SCα*(122)SA(147)I
worin Cr eine Kristallphase, SIA* eine chirale smektische
IA-Phase, SCA* eine chirale smektische CA-Phase
(antiferroelektrische Phase), SCγ* eine chirale smektische Cγ-
Phase (ferrielektrische Phase), SC* eine chirale
smektische Phase (ferroelektrische Phase), SCα* eine
chirale smektische Cα-Phase, SA eine smektische A-Phase
und 1 eine isotrope Phase bedeuten.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Fig. 1 zeigt eine molekulare Anordnung der
ferrielektrischen Phase. FI(+) und FI(-) zeigen den ferrielektrischen
Zustand an, und FO(+) und FO(-) zeigen den
ferroelektrischen Zustand an.
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Fig. 2 zeigt das optische Ansprechen einer
ferrielektrischen Phase auf eine Dreieckswellenspannung.
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Zur Erläuterung einer ferrielektrischen Phase zeigt Fig.
1 molekulare Anordnungszustände einer ferrielektrischen
Phase, und Fig. 2 zeigt ein optisches Ansprechen einer
ferrielektrischen Phase auf eine Dreieckswelle.
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Eine ferrielektrische Phase besitzt einen molekularen
Anordnungszustand FI(+) (der Fall, wo die angelegte Spannung
positiv ist) oder einen molekularen Anordnungszustand
FI(-) (der Fall, wo die angelegte Spannung negativ ist)
wie in Fig. 1 dargestellt. Im Zustand, der von einem
elektrischen Feld frei ist, sind FI(+) und FI(-) äquivalent
und daher gleichzeitig vorhanden.
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In einem Zustand, der frei ist von einem elektrischen
Feld, liegen die mittleren optischen Achsen in der
Richtung der Schichtnormalen, und der Zustand, der frei ist
von einem elektrischen Feld, ist ein Dunkelzustand unter
Bedingungen eines Polarisators, wie in Fig. 1
dargestellt. Dieser Zustand entspricht dem Teil, der eine
Intensität des Durchlichts von 0 bei der angelegten Spannung
von 0 entspricht, wie in Fig. 2 dargestellt.
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FI(+) und FI(-) besitzen je eine spontane Polarisation,
was eindeutig aus den Zuständen der Molekularanordnung
hervorgeht, während die spontanen Polarisationen in einem
Zustand, bei dem sie co-vorhanden sind, abwesend ist. Als
Ergebnis ist die mittlere spontane Polarisation null. Dies
zeigt, dass wie bei der anti-ferroelektrischen Phase die
ferrielektrische Phase frei ist von dem Nachbild-Phänomen,
das in der ferroelektrischen Phase gefunden wird.
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Wenn die an die ferrielektrische Phase angelegte Spannung
erhöht wird, tritt ein Bereich (Domäne) mit einer
Extinktionsposition bei einer Spannung auf, die niedriger ist
als die Spannung, bei der der ferroelektrische Zustand
erreicht wird. Dies zeigt, dass die obige Domäne eine
optische Achse in der Richtung besitzt, die von der Richtung
der Schichtnormalen gekippt ist, obgleich die Kippung
nicht so groß ist wie in einem ferroelektrischen Zustand.
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Der obige Zwischenzustand wird als FI(+) oder FI(-)
angesehen. In diesem Fall tritt keine kontinuierliche Änderung
in der Transmission auf, sondern eine stufenweise Änderung
in der Transmission sollte zwischen den Spannungen von 0 V
und 4 V in Fig. 2 beobachtet werden. In Fig. 2 wird
jedoch eine kontinuierliche Änderung in der Transmission
beobachtet. Es wird angenommen, dass das Obige auftritt, da
die Schwellenspannung bei FI(+) → FO(+) oder FI(-) → FO(-)
nicht scharf ist.
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Bei der vorliegenden Erfindung wird eine
Flüssigkristallphase, die notwendigerweise den oben erläuterten
Zwischenzustand zeigt, als ferrielektrische Phase bezeichnet, und
eine Flüssigkristallverbindung, bei der die
ferrielektrische Phase in der Phasensequenz die Breiteste ist, wird
als ferrielektrische Flüssigkristallverbindung bezeichnet.
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Wenn die angelegte Spannung weiter erhöht wird, erleidet
die ferrielektrische Phase einen Phasenübergang zu einer
stabilen ferroelektrischen Phase FO(+) oder FO(-),
abhängig von der Richtung des elektrischen Felds. D. h., ein
Teil, in dem die Transmission in einen gesättigten Zustand
gebracht wird (flache Teile auf den linken und rechten
Seiten) in Fig. 2 ist FO(+) oder FO(-).
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In dem obigen ferroelektrischen Zustand FO(+) oder FO(-)
tritt eine spontane Polarisation auf, die größer ist als
die des ferrielektrischen Zustands FI(+) oder FI(-), wie
aus Fig. 1 folgt.
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Wie oben beschrieben, erlaubt die ferrielektrische Phase
die Verwendung eines Co-Anwesenheitszustands von FI(+) und
FI(-) als Dunkelzustand, und die Verwendung der
ferroelektrischen Zustände von FO(+) und FO(-) als
Lichtzustand.
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Eine bekannte ferroelektrische Phase ergibt ein Schalten
zwischen FO(+) und FO(-), wohingegen die ferrielektrische
Phase als wesentliches charakteristisches Merkmal das
Schalten unter vier Zuständen von FO(+), FI(+), FI(-) und
FO(-) aufweist.
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Da das Anzeigeprinzip das Schalten in der Ebene des
Anzeigeschirms umfasst, kann eine Anzeigevorrichtung mit einer
verminderten Betrachtungswinkelabhängigkeit erhalten
werden.
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Wie aus Fig. 2 folgt, zeigt eine ferrielektrische Phase
einen kleinen Unterschied zwischen der Spannung, bei der
sie vom ferrielektrischen Zustand in den ferroelektrischen
Zustand übergeht, und der Spannung, bei der sie vom
ferroelektrischen Zustand in den ferrielektrischen Zustand
übergeht, d. h. die Breite der Hysterese tendiert dazu, sehr
klein zu sein. Sie zeigt charakteristischerweise ein
optisches Ansprechen, das wie ein V-Buchstabe geformt ist, und
besitzt daher Eigenschaften, die für die Verwendung zur
AM-Ansteuerung mit aktiver Matrix und zur Anzeige mit
Grauskala bei der AM-Ansteuerung geeignet sind.
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Beim Phasenübergang der ferrielektrischen Phase auf der
Grundlage der Spannung ist die angelegte Spannung
(Phasenübergangsspannung), die für einen Übergang von einem
ferrielektrischen Zustand in einen ferroelektrischen Zustand
erforderlich ist, sehr gering, verglichen mit der der
anti-ferroelektrischen Phase, und es kann daher festgestellt
werden, dass die ferrielektrische Phase für AM-Ansteuerung
geeignet ist.
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Die Zahl der ferrielektrischen
Flüssigkristallverbindungen, die bis heute synthetisiert wurden, ist sehr gering,
und wenn die Anwendung auf eine Vorrichtung mit AM-
Ansteuerung in Betracht gezogen wird, sind wenige
ferrielektrische Flüssigkristallverbindungen bereits bekannt,
die hinsichtlich der Hysterese und der
Phasenübergangsspannung zufriedenstellend sind.
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In der Ansteuerungsvorrichtung mit aktiver Matrix ist es
in der Praxis ein wesentliches Problem, wie groß oder
klein die spontane Polarisation der ferrielektrischen
Flüssigkristallverbindung ist.
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J. Funfscilling et al. zeigen, dass der Grad der Spannung,
der für die Ansteuerung eines Flüssigkristalls mit
spontaner Polarisation erforderlich ist, proportional zu der
spontanen Polarisation ist (Jpn. J. Appl. Phy., Bd. 33, S.
4950 (1994)). Im Hinblick auf die Ansteuerungsspannung ist
es wünschenswert, dass die sponante Polarisation so klein
wie möglich ist.
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Andererseits wird angegeben, dass die
Ansprechgeschwindigkeit beim Phasenübergang vom ferrielektrischen Zustand in
den ferroelektrischen Zustand stark proportional zu dem
Grad der spontanen Polarisation ist.
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Es ist daher praktisch sehr vorteilhaft, wenn eine
ferrielektrische Flüssigkristallverbindung mit kleiner
spontaner Polarisation und hoher Ansprechgeschwindigkeit zur
Verfügung gestellt werden kann.
Mittel zur Lösung der Aufgabe
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Gegenstand der Erfindung sind ferrielektrische
Flüssigkristallverbindungen der allgemeinen Formel (1)
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worin R eine lineare Alkylgruppe mit 6 bis 12
Kohlenstoffatomen bedeutet, jeder der Substituenten X und Y ein
Wasserstoffatom bedeutet oder einer der Substituenten X und Y
ein Wasserstoffatom bedeutet und der andere ein Fluoratom
bedeutet, m eine ganze Zahl von 1 bis 2 bedeutet, n 1
bedeutet und C* ein asymmetrisches Kohlenstoffatom bedeutet.
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In den erfindungsgemäßen Verbindungen der Formel (1)
bedeutet R eine lineare Alkylgruppe mit 6 bis 12
Kohlenstoffatomen, bevorzugt eine lineare Alkylgruppe mit 8 bis
10 Kohlenstoffatomen. m bedeutet eine ganze Zahl von 1 bis
2, bevorzugt 2. Besonders bevorzugt ist eine Verbindung
der allgemeinen Formel (1), worin m 2 bedeutet. Jeder der
Substituenten X und Y bedeutet ein Wasserstoffatom oder
einer der Substituenten X und Y bedeutet ein
Wasserstoffatom und der andere bedeutet ein Fluoratom. Bevorzugt ist
eine Verbindung der allgemeinen Formel (1), worin X ein
Wasserstoffatom und Y ein Fluoratom bedeutet.
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In den erfindungsgemäßen ferrielektrischen
Flüssigkristallverbindungen der allgemeinen Formel (1) ist die
Übergangstemperatur von der Hochtemperaturseite zu der
ferrielektrischen Phase im Allgemeinen mindestens 40ºC. Die
Spannung, bei der der Phasenübergang von dem
ferrielektrischen Zustand in den ferroelektrischen Zustand
stattfindet, ist proportional zu der Ansteuerungsspannung und ist
daher, im Hinblick auf den Spannungswiderstandsgrad der
derzeit verwendeten Ansteuerungs-Ics 5 V/um oder weniger,
bevorzugt 3 V/um oder weniger.
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Bevorzugt besitzen die Spannung (Phasenübergangsspannung
I), bei der der Phasenübergang von dem ferrielektrischen
Zustand in den ferroelektrischen Zustand stattfindet, und
die Spannung (Phasenübergangsspannung II), bei der der
Phasenübergang von dem ferroelektrischen Zustand in den
ferrielektrischen Zustand stattfindet, einen kleineren
Unterschied.
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Mindestens eine der erfindungsgemäßen ferrielektrischen
Flüssigkristallverbindungen ist als Grundflüssigkristallverbindung
für eine ferrielektrische
Flüssigkristallzusammensetzung oder als Verbindung für die Modifizierung einer
ferrielektrischen Flüssigkristallzusammensetzung geeignet.
Die obige ferrielektrische Flüssigkristallzusammensetzung
kann eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung mit aktiver
Matrix ergeben, indem sie zwischen die Substrate gelegt
wird, bei denen nicht-lineare aktive Elemente, wie dünne
Filmtransistoren oder Dioden, für jeden Pixel angeordnet
sind.
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Ein optisch aktiver Alkohol, der für die Synthese der
erfindungsgemäßen Verbindungen verwendet wird, kann leicht
gemäß einem Verfahren hergestellt werden, das die
genannten Erfinder bereits publiziert haben.
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Das Herstellungsverfahren davon, beispielsweise wenn m 2
und n 1 bedeuten, wird im Folgenden erläutert.
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(a) Br(CH&sub2;)&sub2;CH(CH&sub3;)&sub2; + Mg
→ MgBr(CH&sub2;)&sub2;CH(CH&sub3;)&sub2;
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(b) (a) + CF&sub3;COOH → CF&sub3;CO(CH&sub2;)&sub2;CH(CH&sub3;)&sub2;
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(c) (b) + (LiAlH&sub4;) → CF&sub3;CH(OH)(CH&sub2;)&sub2;CH(CH&sub3;)&sub2;
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(d) (c) + (CH&sub3;CO)&sub2;O → CF&sub3;OH(OCOCH&sub3;)(CH&sub2;)&sub2;CH(CH&sub3;)&sub2;
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(e) (d) + Lipase
→ R-(+)CF&sub3;C*H(OH)(CH&sub2;)&sub2;CH(CH&sub3;)&sub2;
+ S-(-)CF&sub3;C*H(OCOCH&sub3;)(CH&sub2;)&sub2;(CH&sub2;)&sub2;CH(CH&sub3;)&sub2;
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Die obigen Reaktionen werden wie folgt kurz erläutert.
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(a) Zeigt die Herstellung eines Grignard-Reagenses.
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(b) Zeigt die Kohlenstoff-Propagationsreaktion zwischen
dem Grignard-Reagens und Trifluoressigsäure.
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(c) Zeigt die Reduktionsreaktion eines Ketons.
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(d) Zeigt die Acetylierung eines racemischen Alkohols mit
wasserfreier Essigsäure.
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(e) Zeigt die asymmetrische Hydrolyse eines Acetats mit
Lipase (beispielsweise Lipase-MY). Diese Reaktion liefert
den beabsichtigten optisch aktiven Alkohol mit
R-Konfiguration und ein Acetat mit S-Konfiguration. Das Acetat
mit S-Konfiguration wird hydrolysiert, wobei ein optisch
aktiver Alkohol mit S-Konfiguration erhalten wird.
Beispiele
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Die vorliegende Erfindung wird unter Bezugnahme auf die
folgenden Beispiele erläutert, wobei die vorliegende
Erfindung auf diese nicht beschränkt sein soll.
Beispiel 1
(Allgemeine Formel (1), worin R = C&sub1;&sub0;H&sub2;&sub1;, X = H, Y = F, m =
2 und n = 1)
Herstellung von R-(+
)-3-Fluor-4-(1-trifluormethyl-4-methylpentyloxycarbonyl)phenyl-4'-n-decylbiphenyl-4-carboxylat
(1) Herstellung von 4-Acetoxy-2-fluorbenzoesäure
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4,3 g 4-Hydroxy-2-fluorbenzoesäure und 8,4 g wasserfreie
Essigsäure wurden in einen Zweihalskolben gegeben und
vermischt. Unter Kühlen mit Wasser wurden fünf Tropfen
Schwefelsäure zugegeben. Nach Beendigung der Wärmeerzeugung
wurde das Gemisch auf 80ºC während 30 Minuten erhitzt. Das
Reaktionsgemisch wurde dann in kaltes Wasser gegeben, und
die ausgefallenen Kristalle wurden abfiltriert.
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Die Kristalle wurden im Vakuum getrocknet und bei der
darauffolgenden Stufe verwendet. Die Ausbeute an Säure betrug
4,7 g.
(2) Herstellung von R-(+
)-4-Acetoxy-2-fluor-1-(1-trifluormethyl-4-methylpentyloxycarbonyl)benzol
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1,0 g 4-Acetoxy-2-fluorbenzoesäure wurden zu 7 ml
Thionylchlorid gegeben, und das Gemisch wurde zur Reaktion am
Rückfluss 5 Stunden erhitzt. Dann wurde der Überschuss an
Thionylchlorid abdestilliert, und dann wurde ein Gemisch,
das 1 ml Pyridin, 4 ml trockenen Ether und 0,6 g R-(+)-
1,1,1-Trifluor-2-hydroxy-5-methylhexan enthielt,
tropfenweise zugegeben. Das entstehende Gemisch wurde bei
Raumtemperatur 1 Tag gerührt und dann mit 200 ml Ether
verdünnt, und die organische Schicht wurde nacheinander mit
verdünnter Chlorwasserstoffsäure mit einer wässrigen 1N
Natriumhydroxidlösung und mit Wasser gewaschen und über
Magnesiumsulfat getrocknet.
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Das Lösungsmittel wurde abdestilliert, wobei ein rohes
Endprodukt erhalten wurde, und das rohe Endprodukt wurde
durch Silicagelsäulenchromatographie unter Verwendung von
Hexan/Ethylacetat als Lösungsmittel gereinigt, wobei 1,1 g
Endprodukt erhalten wurden.
(3) Herstellung von R-(+
)-4-Hydroxy-2-fluor-1-(1-trifluormethyl-4-methylpentyloxycarbonyl)benzol
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1,0 g Verbindung, erhalten gemäß oben (2), wurde in 30 ml
Ethanol gelöst, und 3 g Benzylamin wurden tropfenweise
zugegeben. Das Gemisch wurde bei Raumtemperatur 1 Tag
gerührt und dann mit 300 ml Ether verdünnt, und das
entstehende Gemisch wurde nacheinander mit verdünnter
Chlorwasserstoffsäure und Wasser gewaschen und über
Magnesiumsulfat getrocknet.
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Das Lösungsmittel wurde abdestilliert. Anschließend
erfolgte die Isolierung und Reinigung durch
Silicagelsäulenchromatographie, wobei 0,5 g Endprodukt erhalten
wurden.
(4) Herstellung von R-(+)-3-Fluor-4-(1-trifluormethyl-4-
methylpentyloxycarbonyl)phenyl-4'-n-decyloxybiphenyl-4-
carboxylat
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Zu 1,0 g im Handel erhältlicher 4'-n-Decylbiphenyl-4-
carbonsäure wurden 10 ml Thionylchlorid gegeben, und das
Gemisch wurde 10 Stunden am Rückfluss erhitzt. Das
überschüssige Thionylchlorid wurde abdestilliert, und dann
wurden 10 ml Pyridin und 25 ml Toluol zugegeben. Dann
wurden 25 ml einer Benzollösung, die 0,5 g der gemäß oben (3)
erhaltenen Verbindung enthielt, tropfenweise zugegeben,
und das Gemisch konnte bei Raumtemperatur während 10
Stunden reagieren.
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Nach Beendigung der Reaktion wurde das Reaktionsgemisch
mit 300 ml Ether verdünnt und nacheinander mit verdünnter
Chlorwasserstoffsäure, mit einer wässrigen 1N
Natriumcarbonatlösung und mit Wasser gewaschen, und die organische
Schicht wurde über Magnesiumsulfat getrocknet. Dann wurde
das Lösungsmittel abdestilliert und das Produkt durch
Silicagelsäulenchromatographie und Umkristallisation aus
Ethanol isoliert, wobei 0,7 g des gewünschten Produkts
erhalten wurden.
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Die folgende Formel zeigt die Struktur des gewünschten
Produkts, erhalten gemäß Beispiel 1, und Tabelle 1 zeigt
die NMR-Spektrumswerte des gewünschten Produkts.
Tabelle 1
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Die Flüssigkristallphasen der erhaltenen Verbindung,
nämlich des gewünschten Produkts, wurden wie folgt
identifiziert, und in Tabelle 2 sind die Ergebnisse aufgeführt.
Die Verbindung wurde für die Flüssigkristallphase durch
Texturbeobachtung, Beobachtung der konoskopischen Figur
und DSC(Differential-Abtast-Kalorimeter)-Messung
identifiziert. Die Beobachtung der konoskopischen Fig. 1 ist ein
wirksames Mittel zur Identifizierung der ferrielektrischen
Phase. Die Beobachtung der konoskopischen Figur wurde
gemäß der Literatur (J. Appl.Phys. 31, 793 (1992))
durchgeführt.
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Dann wurde das optische Ansprechen der ferrielektrischen
Flüssigkristallverbindung, erhalten gemäß Beispiel 1,
gemessen, und in Tabelle 2 ist das Ergebnis aufgeführt. Eine
Zelle wurde gemäß den folgenden Verfahren hergestellt.
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Ein Paar Glasplatten mit Isolationsfilmen (SiO&sub2;, Dicke: 50
nm) und ITO-Elektroden wurden mit Polyimid (Dicke: etwa 80
nm) beschichtet und eine der Glasplatten wurde gerieben.
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Ein Paar der Glasplatten wurde miteinander über einen
Abstandshalter mit einem Teilchendurchmesser von 1,6 um
unter Bildung einer Testzelle verbunden. Die Zelle hatte
eine Dicke von 2 um.
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Die Flüssigkristallverbindung wurde erhitzt, bis sie eine
isotrope Phase zeigte, und die Verbindung wurde durch
Kapillarität in die Testzelle gefüllt. Dann wurde die Zelle
allmählich in einer Rate von 1ºC/Minute gekühlt, um die
Flüssigkristalle parallel auszurichten.
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Die Lichtdurchlässigkeit wurde wie folgt definiert. Eine
niedrigste Transmission betrug 0% der
Lichtdurchlässigkeit, und die höchste Transmission betrug 100% der
Lichtdurchlässigkeit. Die Phasenübertragungsspannung wurde als
Spannung definiert, die bei einer Lichtdurchlässigkeit von
90% erhalten wurde.
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Eine Dreieckswellenspannung von ±10 V und 5 Hz wurde an
die Testzelle angelegt, und eine Spannung
(Phasenübergangsspannung I) beim Übergang von der ferrielektrischen
Phase in die ferroelektrische Phase und eine Spannung
(Phasenübergangsspannung II) beim Übergang von der
ferroelektrischen Phase in die ferrielektrische Phase wurden
bei 50ºC bestimmt.
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Die spontane Polarisation wurde bestimmt, indem eine
Dreieckswellenspannung von 10 V bei 50ºC angelegt wurde und die
Polarisationsinversionsspannung gemessen wurde.
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Die Ansprechgeschwindigkeit wurde als Zeit definiert, die
für eine Änderung von 0% bis 90% bei der
Lichtdurchlässigkeit erforderlich war, indem eine Rechteckswellenspannung
von 8 V und 10 Hz angelegt wurde.
Tabelle 2
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In Tabelle 2 zeigen die Werte in Klammern die
Übergangstemperatur (ºC) bei dem Verfahren, bei dem die Temperatur
erniedrigt wurde, I bedeutet die isotrope Phase, SCγ*
bedeutet die ferrielektrische Phase und Cr bedeutet die
Kristallphase.
Beispiel 2
(Allgemeine Formel (1), worin R = C&sub8;H&sub1;&sub7;, X = H, Y = F, m = 2 und
n = 1)
Herstellung von R-(+
)-3-Fluor-4-(1-trifluormethyl-4-methylpentyloxycarbonyl)-4'-n-octylbiphenyl-4-carboxylat
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Die Endprodukte wurden auf gleiche Weise wie in Beispiel 1
hergestellt, ausgenommen, dass
4'-n-Octylbiphenyl-4-carboxylat das 4'-n-Decylbiphenyl-4-carboxylat in Beispiel 1
ersetzte.
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In Tabelle 3 sind die ¹H-NMR-Spektralwerte aufgeführt.
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Die Werte der physikalischen Eigenschaften wurden auf
gleiche Weise wie in Beispiel 1 bestimmt. Die Ergebnisse
sind in Tabelle 4 angegeben.
Vergleichsbeispiel 1
(Allgemeine Formel (1), worin R = C&sub1;&sub0;H&sub2;&sub1;, X = H, Y = F, m = 3 und
n = 1)
Herstellung von R-(+
)-3-Fluor-4-(1-trifluormethyl-5-methylhexyloxycarbonyl)-4'-n-decylbiphenyl-4-carboxylat
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Die Endprodukte wurden auf gleiche Weise wie in Beispiel 1
hergestellt, ausgenommen, dass R-(+)-1,1,1-Trifluor-2-
hydroxy-6-methylheptan das R-(+)-1,1,1-Trifluor-2-hydroxy-
5-methylhexan in Beispiel 1 ersetzte.
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In Tabelle 3 sind die ¹H-NMR-Spektralwerte aufgeführt.
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Weitere Werte der physikalischen Eigenschaften wurden auf
gleiche Weise wie in Beispiel 1 bestimmt. Die Ergebnisse
sind in Tabelle 4 aufgeführt. Aus Tabelle 4 ist
offensichtlich, dass die Bestimmung der Werte der
physikalischen Eigenschaften schwierig ist, da der Bereich der
ferrielektrischen Phase extrem eng ist.
Vergleichsbeispiel 2
(Allgemeine Formel (1), worin R = C&sub9;H&sub1;&sub9;, X = H, Y = F, m = 1 und
n = 2)
Herstellung von R-(+
)-3-Fluor-4-(1-trifluormethyl-3-ethylpentyloxycarbonyl)-4'-n-nonylbiphenyl-4-carboxylat
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Die Endprodukte wurden auf gleiche Weise wie in Beispiel 1
hergestellt, ausgenommen, dass
4'-n-Nonylbiphenyl-4-carboxylat und R-(+)-1,1,1-Trifluor-2-hydroxy-4-ethylhexan das
4'-n-Decylbiphenyl-4-carboxylat und das R-(+
)-1,1,1-Trifluor-2-hydroxy-5-methylhexan in Beispiel 1 ersetzten.
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In Tabelle 3 sind die ¹H-NMR-Spektralwerte aufgeführt.
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Die Werte der physikalischen Eigenschaften wurden auf
gleiche Weise wie in Beispiel 1 bestimmt. Die Ergebnisse
sind in Tabelle 4 aufgeführt. Diese Verbindung besitzt
eine anti-ferroelektrische Phase ohne eine ferrielektrische
Phase.
Tabelle 3
Tabelle 4
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SCA* bedeutet eine ferrielektrische Phase
Wirkung der Erfindung
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Die erfindungsgemäßen neuen ferrielektrischen
Flüssigkristallverbindungen zeigen eine ferrielektrische Phase
innerhalb eines breiten Temperaturbereichs, und sie zeigen ein
schnelles Ansprechen trotz ihrer geringen spontanen
Polarisation, und sie sind daher als praktisches Material
besonders nützlich.