JP2561124B2 - 光学活性液晶化合物 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は新規な光学活性液晶化合物に関する。

〔従来の技術〕

液晶表示素子の表示方法として現在広く実用に供され
ているものは、ねじれネマチツク型（TN）及び動的散乱
型（DS）である。これらはネマチツク液晶を主成分とし
たネマチツク液晶セルによる表示であるが、従来のネマ
チツク液晶セルの短所の一つに応答速度が遅く、最高数
ミリ秒のオーダーの応答速度しか得られないという事実
があげられる。そしてこのことがネマチツク液晶セルの
応用範囲を制約する一因となつている。これに対して最
近スメチツク液晶セルを用いればより高速な応答が得ら
れることが明らかになつてきた。

光学活性なスメクチツク液晶の中には強誘電性を示す
ものがあることが知られており、その応用に関して大き
な関心が持たれている。強誘電性液晶は、1975年、R.B.
メイヤー（R.B.Meyer）らにより最初に合成されたが
〔ジユルナールド・フイジーク（J.Phys.）、第36巻、
第L69頁（1975）〕、それは、４−（４′−ｎ−デシル
オキシペンジリデンアミノ）−２−メチルブチルシンナ
メート（DOBAMBC）を代表例とするシツフ塩素系の化合
物であり、これが特定の光学活性の状態、例えばカイラ
ルスメクチツクＣ相において強誘電性を示すことを特徴
とするものである。その後、N.A.クラーク（N.A.Clar
k）ら〔アプライド・フイジクス・レターズ（Appl.Phy
s.Lett.）第36巻、第899頁（1980）〕によつてDOBAMBC
の薄膜セルにおいて、マイクロ秒オーダーの高速応答性
が発見され、これが契機となつて強誘電性液晶はその高
速応答性やメモリ性を利用して、液晶テレビ等のデイス
プレイ用のみならず、光プリンターヘツド、光フーリエ
変換素子、ライトバルブ等のオプトエレクトロニクス関
係素子の部品にも使用可能な材料として注目を集めてい
る。強誘電性液晶セルにおいては、誘電率が高く、自発
分極が大きい材料を用いるほどセルを高速駆動できて有
利であるため、自発分極の大きい材料の開発が望まれて
いる。また実用上は、液晶化合物自身が安定であり、更
には、室温を中心とする広い温度範囲で強誘電性を示す
ことが必要である。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、DOBAMBCなどのシツフ塩素型の化合物は水や
光等に対する安定性の点で難点があり、また強誘電性を
示す温度範囲も定温より50℃程度高温側にあるなど、実
用に適するものではなかつた。そこで、強誘電性液晶材
料として、物理的化学的に安定で、しかも大きい自発分
極を持つ材料系の実現が強く期待されている。

本発明の目的は化学的安定性、光安定性に優れ、自発
分極が大きく、かつカイラルスメクチツクＣ相の温度範
囲の広い新規液晶化合物を得ることにある。また本発明
はこのような新規な光学活性液晶化合物あるいはそれを
含む液晶組成物を用いて高速応答性を有する液晶素子等
を提供しようとするものである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明を概説すれば、本発明は光学活性液晶化合物に
関する発明であつて、下記一般式Ｉで表される化合物で
あることを特徴とする。

（ただし、Ｘ、Ｙは塩素又はフツ素、ｍは１又は２の
数、R₁は炭素数４以上のアルキル基又はアルキルオキシ
基、R₂は炭素数４以上のアルキル基を示し、R₁、R₂のい
ずれか一方は光学活性基である） 一般式Ｉの化合物は、不斉炭素にカルボニル基を直接
結合させているほか、分子の長軸方向にほぼ垂直にフツ
素あるいはフツ素及び塩素を含有しているので、高い施
光性を有している。また、中心骨格はビフエニルカルボ
ン酸エステルあるいは安息香酸フエニルエステル構造を
有しており、更に分子両末端に長鎖アルキル基が存在す
るのでそれ自身が液晶性を示すものである。なお、R₁及
びR₂の各アルキル基の炭素数は４〜18が好ましい。

また、複数のフッ素が含まれることにより非フツ素系
化合物に比較して低粘度となることが予想され、表示素
子として使用する場合に高速応答性が期待できる。

本発明における一般式Ｉの光学活性液晶化合物は、例
えば次のような合成経路に従つて製造することができ
る。

上記経路において、４−ヒドロキシテトラフルオロ安
息香酸、又はその２−位、又は２−及び６−位が塩素置
換された化合物のうち、第一の化合物の製造について
は、J.M.バーチヤル（J.M.Birchall）ほかの論文がジヤ
ーナル・オブ・ケミカル・ソサエテイ〔J.Chem.Soc.第1
343頁（1971年）〕に記載されており、その他の化合物
については、ペンタフルオロベンゾニトリルを塩化リチ
ウムにより塩素置換する方法を適用して製造することが
できる。

これらのハロゲン化−４−ヒドロキシ安息香酸を酸触
媒の存在下に光学活性アルコール等のアルコール類と反
応させてハロゲン化−４−ヒドロキシ安息香酸アルキル
エステルを合成し、アルキルオキシ−又はアルキル−ビ
フエニルカルボン酸（又は安息香酸）の酸クロライドと
反応させて一般式Ｉで示される化合物を製造することが
できる。

〔実施例〕

以下、本発明を実施例により更に具体的に説明する
が、本発明の適用範囲はこれらの実施例によつて限定さ
れるものではない。

実施例１ 〔一般式ＩにおいてR₁＝C₈H₁₇O、R₂＝Ｃ＊Ｈ（CH₃）C₆H
₁₃、ｍ＝１、Ｘ＝Ｙ＝Ｆの化合物〕 ４−ヒドロキシテトラフルオロ安息香酸21g及び光学
活性−２−オクタノール15gをｐ−トルエンスルホン酸
1.4g、トルエン350mlと共に加熱還流させ、デイーンス
ターク水分離器で生成する水を系外に除去しながら30時
間反応させ、冷却後水を加えてトルエン抽出し、希水酸
化ナトリウム水溶液で抽出し、この水溶液を塩酸で酸性
にすると油状物が生成した。これをエーテル抽出し、水
で洗浄して無水硫酸マグネシウムで乾燥し、エーテルを
留去してヘキサンを溶媒とするシリカゲルのカラムクロ
マトグラフイで精製し、光学活性−４−ヒドロキシテト
ラフルオロ安息香酸−１−メチルヘプチルエステルを得
た。

次に４−オクチルオキシ安息香酸2.8gを塩化チオニル
30mlと反応させて酸クロライドとし、塩化チオニルを留
去して得られる生成物のトルエン溶液を光学活性−４−
ヒドロキシテトラフルオロ安息香酸−１−メチルヘプチ
ルエステル3.2gのピリジン40mlの溶液に徐々に加えて57
〜70℃で８時間反応させ、一夜放置後水に注いでトルエ
ンで抽出し、トルエン溶液を希炭酸水素ナトリウム水溶
液、次いで水で洗浄して無水硫酸マグネシウムで乾燥
し、溶媒を減圧下に留去した残留物をシクロヘキサン−
トルエンを溶媒とするシリカゲルのカラムクロマトグラ
フイで精製し、更にヘプタンを用い低温で再結晶して、
目的の光学活性化合物:4−（４′−オクチルオキシベ
ンゾイルオキシ）テトラフルオロ安息香酸−１−メチル
ヘプチルエステルを得た。

この化合物を電極間隙約３μｍの透明電極付きセルに
封入し、±5V、1Hzの電界を印加しながら偏光顕微鏡で
観察すると、温度降下時に15.5℃まで明りように応答す
るのが認められた。その他の相転移温度は他の例と共に
後記表１に示してある。なおCryは結晶状態、SC＊は強
誘電性のカイラルスメクチツクＣ相で、上記の電界に対
して少なくとも一部が応答する相である。SAはスメクチ
ツクＡ相、Ｉは等方性液相を示している。

また・はその相が存在することを示している。な
お（）はその相がモノトロピツクであることを示してい
る。

この化合物を電極間隙40μｍのセルに封入し、三角波
法で自発分極を測定したところ、その値は78nC/cm²であ
つた。フツ素を含まない類似構造のスメクチツクＣ液晶
である４−（４′−デシルオキシベンゾイルオキシ）安
息香酸−１−メチルヘプチルエステルは85nC/cm²であ
り、本発明の化合物の方がむしろ小さかつたが、±20
V、10Hzの方形波を印加したときの透過光強度の変化よ
り求めた応答時間は180μsecであつた。一方上記の非フ
ツ素系のスメクチツクＣ液晶は470μsecで、本発明の化
合物の方がより早い応答性を示した。

実施例２ ４−オクチルオキシ安息香酸の代わりに４−デシルオ
キシ安息香酸を、４−ヒドロキシテトラフルオロ安息香
酸の代わりに２−クロロ−3,5,6−トリフルオロ−４−
ヒドロキシ安息香酸を用いる以外は実施例１と同様にし
て光学活性液晶化合物:4−（４′−デシルオキシベン
ゾイルオキシ）−２−クロロ−3,5,6−トリフルオロ安
息香酸−１−メチルヘプチルエステルを得た。また、４
−オクチルオキシ安息香酸の代わりに４′−オクチルオ
キシ−４−ビフエニルカルボン酸を用いる以外は実施例
１と同様にして光学活性化合物:4′−オクチルオキシ
−４−ビフエニルカルボン酸−４″−（１−メチルヘプ
チルオキシカルボニル）テトラフルオロフエニルエステ
ルを得た。更に４′−デシルオキシ−４−ビフエニルカ
ルボン酸を用い、光学活性−２−オクタノールの代わり
に光学活性−２−ブタノールを用いる以外は実施例１と
同様にして光学活性化合物:4′−デシルオキシ−４−
ビフェニルカルボン酸−４″−（１−メチルプロピルオ
キシカルボニル）テトラフルオロフエニルエステルを得
た。

これらの化合物の相転移温度は表１に示した通りであ
る。また実施例１と同様にして測定した応答時間はは
210μsecであり、実施例１における非フツ素系スメクチ
ツクＣ液晶化合物よりも早い応答性を示した。または
3.5m sec、は21m secで、ハロゲンを含まない３環系
のスメクチツクＣ液晶である４′−オクチルオキシ−４
−ビフエニルカルボン酸−４″−（１−メチルヘプチル
オキシカルボニル）フエニルエステルが9.2m secであつ
たので、本発明の化合物の方が応答性に優れていること
が判明した。

実施例３ ４′−オクチルオキシ−４−ビフエニルカルボン酸及
び２−クロロ−3,5,6−トリフルオロ−４−ヒドロキシ
安息香酸を用いる以外は実施例１と同様にして光学活性
化合物:4′−オクチルオキシ−４−ビフエニルカルボ
ン酸−４″−（１−メチルヘプチルオキシカルボニル）
−３″−クロロ−２″,5″,6″−トリフルオロフエニル
エステルを得た。また４′−デシルオキシ−４−ビフエ
ニルカルボン酸及び2,6−ジクロロ−3,5−ジフルオロ−
４−ヒドロキシ安息香酸を用いる以外は実施例１と同様
にして光学活性化合物:4′−デシルオキシ−４−ビフ
ェニルカルボン酸−４″−（１−メチルヘプチルオキシ
カルボニル）−３″,5″−ジクロロ−２″,6″−ジフル
オロフエニルエステルを得た。これらの化合物の相転移
温度は表１に示した通りである。またこれらの化合物の
自発分極の値は122及び83nC/cm²であつた。

実施例４ 光学活性−４′−（１−メチルヘプチル）−４−安息
香酸及び光学活性−２−オクタノールの代わりに１−オ
クタノールを用いる以外は実施例１と同様にして、光学
活性化合物:4′−（１−メチルヘプチル）−４−安息
香酸−４″−（オクチルオキシカルボニル）テトラフル
オロフエニルエステルを得た。この化合物の自発分極の
値は58nC/cm²であつた。

またこの化合物20重量部をノンカイラルなスメクチツ
ク液晶である４′オクチルオキシ−４−ビフエニルカル
ボン酸−４″−ペンチルオキシフエニルエステル80重量
部に混合したとき、その組成物は31〜52℃でSC＊相を示
し、また応答速度は220μsecであり、非ハロゲン系の同
一組成の組成物が1.8m secであつたので、優れた応答性
を示すことが判明した。

実施例５ ４′−オクチルオキシ−４−ビフェニルカルボン酸、
２−クロロ−3,5,6−トリフルオロ−４−ヒドロキシ安
息香酸及び光学活性−２−オクタノールの代わりの光学
活性−２−メチル−１−ブタノールを用いる以外は実施
例１と同様にして光学活性化合物:4′オクチルオキシ
−４−ビフエニルカルボン酸−４″−（２−メチルブチ
ルオキシカルボニル）−３″−クロロ−２″,5″,6″−
トリフルオロフエニルエステルを得た。この化合物の自
発分極の値は16nC/cm²であつた。通常、光学活性２−メ
チルブチル基を含む液晶化合物の自発分極の値は高々5n
C/cm²程度であるが、本発明の化合物の値はこれより
も３倍程度大きかつた。

1MHは１−メチルヘプチル基、1MPは１−メチルプロピル
基、2MBは２−メチルブチル基を、＊は光学活性である
ことを示す。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、一般式Ｉで示さ
れる光学活性液晶化合物を用いることにより、カイラル
スメチツクＣ液晶相の温度範囲が従来の非ハロゲン系材
料よりも低下するため、より室温に近い側で動作し、し
かも応答速度の早い液晶素子を提供することができる。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】下記一般式I: （ただし、Ｘ、Ｙは塩素又はフツ素、ｍは１又は２の
   数、R₁は炭素数４以上のアルキル基又はアルキルオキシ
   基、R₂は炭素数４以上のアルキル基を示し、R₁、R₂のい
   ずれか一方は光学活性基である）で表されることを特徴
   とする光学活性液晶化合物。