JP2524312B2

JP2524312B2 - 光学活性な液晶性化合物を含む液晶組成物を使用する液晶素子

Info

Publication number: JP2524312B2
Application number: JP6036317A
Authority: JP
Inventors: 博之野平; 真一中村; 孝志岩城
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1994-02-10
Filing date: 1994-02-10
Publication date: 1996-08-14
Anticipated expiration: 2011-08-14
Also published as: JPH0748358A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、新規な液晶性化合物を
含有する液晶組成物を使用する液晶素子に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】従来の液晶素子としては、例えばエム・
シャット（Ｍ．Ｓｃｈａｄｔ）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”（“ＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉ
ｃｓＬｅｔｔｅｒｓ ”）第１８巻、第４号（１９７
１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”（“ＶｏｌｔａｇｅＤｅｐｅｎｄｅｎ
ｔＯｐｔｉｃａｌＡｃｔｉｖｉｔｙｏｆａＴ
ｗｉｓｔｅｄＮｅｍａｔｉｃＬｉｑｕｉｄＣｒｙ
ｓｔａｌ”）に示されたツイステッド・ネマチック（ｔ
ｗｉｓｔｅｄｎｅｍａｔｉｃ）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。

【０００３】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。

【０００４】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。

【０００５】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（Ｃｌａｒｋ）およびラガウエル（Ｌａｇｅｒｗ
ａｌｌ）により提案されている（特開昭５６−１０７２
１６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。

【０００６】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ィスプレイ
用材料として適している。

【０００７】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。

【０００８】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．Ｗｙｓ
ｏｋｉ，Ａ．ＡｄａｍｓａｎｄＷ．Ｈａａｓ；Ｐｈ
ｙｓ．Ｒｅｖ．Ｌｅｔｔ．，２０，１０２４（１９６
８））、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．Ｗｈｉｔｅａｎｄ
Ｇ．Ｎ．Ｔａｙｌｏｒ；Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙ
ｓ．，４５，４７１８（１９７４））、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。

【０００９】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，２８２Ｃ，
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。

【００１０】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。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】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を少なくとも１種類含有する液晶組
成物を使用する液晶素子を提供することを目的とする。

【００１２】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（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
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
を使用する液晶素子を提供することを目的とする。

【００１３】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）

【００１４】

【化２】（ここで、ｋは１〜１４の整数を示し、ｍは１〜１０の
整数を示し、ｎは１〜１６の整数を示す。また、Ｃ^*は
不斉炭素原子を示す。）で表わされる光学活性な液晶性
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
組成物を一対の電極基板間に保持してなることを特徴と
する液晶素子を提供するものである。

【００１５】

【発明の具体的説明】本発明で用いる一般式（Ｉ）で示
される光学活性な液晶化合物は、好ましくは特願昭６０
−２３２８８６号の明細書に示される光学活性な２−フ
ルオロ−１−アルカノールから次に示す合成経路により
合成される。

【００１６】

【化３】

【００１７】このようにして得られる一般式（Ｉ）の液
晶性化合物の例を以下に示す。・５−ｎ−ブトキシメチル−２−［４´−（２´´−フ
ルオロオクチルオキシ）フェニル］ピリミジン・５−［２´−ｎ−ブトキシエチル］−２−［４´´−
（２´´´−フルオロオクチルオキシ）フェニル］ピリ
ミジン・５−［２´−ｎ−デシルオキシエチル］−２−［４´
´−（２´´´−フルオロデシルオキシ）フェニル］ピ
リミジン・５−［２´−ｎ−ドデシルオキシエチル］−２−［４
´´−（２´´´−フルオロオクチルオキシ）フェニ
ル］ピリミン・５−［２´−ｎ−ブトキシエチル］−２−［４´´−
（２´´´−フルオロドデシルオキシ）フェニル］ピリ
ミジン・５−［２´−ｎ−ヘキシルオキシエチル］２−［４´
´−（２´´´−フルオロデシルオキシ）フェニル］ピ
リミジン・５−［４´−ｎ−ブトキシブチル］−２−［４´´−
（２´´´−フルオロオクチルオキシ）フェニル］ピリ
ミジン・５−［７´−ｎ−エトキシヘプチル］−２−［４´´
−（２´´´−フルオロオクチルオキシ）フェニル］ピ
リミジン・５−［１０´−ｎ−エトキシデシル］−２−［４´´
−（２´´´−フルオロオクチルオキシ）フェニル］ピ
リミジン・５−［３´−ｎ−ヘキシルオキシプロピル］−２−
［４´´−（２´´−フルオロヘキサデシルオキシ）フ
ェニル］ピリミジン式（Ｉ）で示される光学活性な液晶性化合物は出発物質
としての２−フルオロ−１−アルカノールのアルカン部
分の炭素数を変化させることにより、上記ｎを幅広く変
更することが可能であるが、本発明では、ｎが１〜１６
のアルキル基であるものが好ましく用いられる。

【００１８】また、本発明で用いる液晶組成物は、一般
式（Ｉ）で表わされるフルオロアルカン誘導体を少なく
とも１種類配合成分として含有するものである。例え
ば、このフルオロアルカン誘導体を、下式（１）〜（１
３）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。

【００１９】このような場合においては、一般式（Ｉ）
で示されるフルオロアルカン誘導体を、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。

【００２０】

【化４】

【００２１】

【化５】

【００２２】

【化６】

【００２３】

【化７】

【００２４】

【化８】

【００２５】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。

【００２６】この場合、一般式（Ｉ）で示されるフルオ
ロアルカン誘導体を、得られる液晶組成物の０．１〜９
９重量％、特に１〜９０重量％で使用することが好まし
い。

【００２７】このような組成物は、式（Ｉ）のフルオロ
アルカン誘導体の含有量に応じて、これに起因する大き
な自発分極を得ることができる。

【００２８】

【化９】

【００２９】

【化１０】

【００３０】また、一般式（Ｉ）で示されるフルオロア
ルカン誘導体は、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
フルオロアルカン誘導体を使用することが好ましい。

【００３１】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・テイラー形
ゲスト・ホスト型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）のフ
ルオロアルカン誘導体を用いることが好ましい。

【００３２】以下、化合物および組成物の製造例ならび
に実施例により本発明を更に具体的に説明する。

【００３３】化合物製造例１５−（２´−ｎ−ブトキシエチル）−２−［４´´−
（２´´´−フルオロオクチルオキシ）フェニル］ピリ
ミジンの製造。

【００３４】以下の３工程により、上記化合物を合成し
た。

【００３５】

【化１１】

【００３６】（工程１）４，６−ジヒドロキシ−５−（２´−ｎ−ブトキシエチ
ル）−２−［４´´−（２´´´−フルオロオクチルオ
キシ）フェニル］ピリミジンの製造。

【００３７】乾燥メタノール３ｍｌにナトリウム０．０
８ｇ（３．５ｍｍｏｌ）を加え完全に溶解させたのち、
Ｐ−（２−フルオロオクチルオキシ）ベンズアミジン塩
酸塩０．３５ｇ（１．１６ｍｍｏｌ）と２−（ｎ−ブト
キシエチル）マロン酸ジエチル０．３０ｇ（１．１６ｍ
ｍｏｌ）を加え、８０℃で９時間還流し、さらに室温で
９時間撹拌した。反応終了後、２Ｎ−塩酸を加え、濾過
１したのち水、エタノールで洗浄後、１２０℃で１時間
乾燥した。ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）１ｍｌで再
結晶を行い、４，６−ジヒドロキシ−５−（２´−ｎ−
ブトキシエチル）−２−［４´´−（２´´−フルオロ
オクチルオキシ）フェニル］ピリミジン０．３６ｇ
（０．８０ｍｍｏｌ）を得た。収率６９％。

【００３８】（工程２）４，６−ジクロロ−５−（２´−ｎ−ブトキシエチル）
２−［４´´−（２´´´−フルオロオクチルオキシ）
フェニル］ピリミジンの製造。

【００３９】４，６−ジヒドロキシ−５−（２´−ｎ−
ブトキシエチル）−２−［４´´−（２´´´−フルオ
ロオクチルオキシ）フェニル］ピリミジン０．３６ｇ
（０．８０ｍｍｏｌ）に、Ｎ，Ｎ−ジエチルアニリン
０．２４ｍｌと塩化ホスホリル２．０ｍｌを加え、１１
０℃で３０時間還流した。反応終了後、過剰の塩化ホス
ホリルを留去し、水酸化ナトリウム溶液を加え、エーテ
ルで抽出を行った。抽出液を１Ｎ−塩酸、水で洗浄した
のち、薄層クロマトグラフィー（ＴＬＣ）（ベンゼン：
ヘキサン＝１：１）により４，６−ジクロロ−５−（２
´−ｎ−ブトキシエチル）−２−［４´´−（２´´´
−フルオロオクチルオキシ）フェニル］ピリミジン０．
２３ｇ（０．４７ｍｍｏｌ）を得た。

【００４０】収率６０％、ｍ．ｐ．２８℃−３４℃、

【００４１】

【化１２】

【００４２】（工程３）５−（２´−ｎ−ブトキシエチル）−２−［４´´−
（２´´´−フルオロオクチルオキシ）フェニル］ピリ
ミジンの製造。

【００４３】エタノール（９５％）に４，６−ジクロロ
−５−（２´−ｎ−ブトキシエチル）−２−［４´´−
（２´´´−フルオロオクチルオキシ）フェニル］ピリ
ミジン０．２３ｇ（０．４７ｍｍｏｌ）と、５％−パラ
ジウム活性炭１０ｍｇ、酸化マグネシウム０．０３８ｇ
（０．９４ｍｍｏｌ）を加え、常圧水素添加装置で水素
置換を行った。反応後ＴＬＣ（ジクロロメタン）により
５−（２´−ｎ−ブトキシエチル）−２−［４´´−
（２´´´−フルオロオクチルオキシ）フェニル］ピリ
ミジン０．１０ｇ（０．２４ｍｍｏｌ）を得た。収率５
１％。

【００４４】生成物は以下の特性を示した。

【００４５】

【化１３】

【００４６】

【数１】

【００４７】化合物製造例２５−（２´−ｎ−ブトキシエチル）−２−［４´´−
（２´´´−フルオロドデシルオキシ）フェニル］ピリ
ミジン（ｋ＝４、ｍ＝２、ｎ＝１０）化合物製造例１の製法に準じて合成した。以下にその特
性値を示す。

【００４８】比旋光度［α］_D ＋０゜（２６．０℃）（ｃ＝０．８９２、（Ｃ₂Ｈ₅）₂
Ｏ）

【００４９】

【数２】

【００５０】化合物製造例３５−（２´−ｎ−ヘキシルオキシエチル）−２−［４´
´−（２´´´−フルオロデシルオキシ）フェニル］ピ
リミジン（ｋ＝６、ｍ＝２、ｎ＝８）化合物製造例１の製法に準じて合成した。以下にその特
性値を示す。

【００５１】比旋光度［α］_D ＋１．５２゜（２４．８℃）（ｃ＝０．６５６、（Ｃ₂
Ｈ₅）₂Ｏ）

【００５２】

【数３】

【００５３】実施例１化合物製造例１で製造した液晶性化合物を配合成分とす
る液晶組成物Ａを調製した。また比較例として化合物製
造例１の液晶性化合物を含有しない液晶組成物Ｂも調製
した。以下に液晶組成物Ａ、Ｂ各々の相転移温度および
自発分極を示す。

【００５４】

【化１４】

【００５５】

【表１】

【００５６】２枚の０．７ｍｍ厚のガラス板を用意し、
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。

【００５７】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秒間塗布し表面処理を施した。この後１２０℃
にて２０分間加熱乾燥処理を施した。

【００５８】さらに、表面処理を行なったＩＴＯ膜付き
の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２
０００ｒ．ｐ．ｍのスピンナーで１５秒間塗布した。成
膜後、６０分間、３００℃で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。

【００５９】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２μｍであった。

【００６０】ここで、先に調製した強誘電性液晶組成物
Ａ、Ｂを各々等方相下、均一混合液体状態で作製したセ
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。

【００６１】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％）を検知して
応答速度を測定した。その結果を次に示す。

【００６２】

【表２】

【００６３】実施例２透明電極としてＩＴＯ（ＩｎｄｉｕｍＴｉｎＯｘｉ
ｄｅ）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。

【００６４】前記リクソンＧＲ−６３（９９重量部）に
対して、上記化合物製造例１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、式（Ｉ）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。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】下記一般式（Ｉ）【化１】（ここで、ｋは１〜１４の整数を示し、ｍは１〜１０の
整数を示し、ｎは１〜１６の整数を示す。また、Ｃ^*は
不斉炭素原子を示す。）で表わされる光学活性な液晶性
化合物を少なくとも１種類含有する液晶組成物を一対の
電極基板間に保持してなることを特徴とする液晶素子。