JP4437271B2

JP4437271B2 - 光学活性化合物、該化合物を含有する液晶組成物及び液晶デバイス。

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Publication number: JP4437271B2
Application number: JP2001129276A
Authority: JP
Inventors: 晴義高津; 浩史長谷部; 博之大西
Original assignee: DIC Corp
Current assignee: DIC Corp
Priority date: 2000-11-29
Filing date: 2001-04-26
Publication date: 2010-03-24
Anticipated expiration: 2021-04-26
Also published as: JP2002226451A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶デバイスに利用される光学活性化合物、該化合物を含有する液晶組成物及びこれらを用いた液晶デバイスに関する。
【０００２】
【従来の技術】
相転移型、TN(ツイステッドネマチック)型、STN(スーパーツイステッドネマチック)型等のディスプレイに用いる液晶材料には捻れ配向を誘起させるために、液晶骨格を有する光学活性化合物が添加されている。光学活性化合物の添加量C(質量%)を増すと自然ピッチPは小さくなること、添加量Cが1〜数質量%程度までの低い濃度の時には、PとCの積が一定という関係が良く成り立つことが知られており、これの逆数をとったHTP(ヘリカルツイスティングパワー、1／(P・0.01C)で定義される)が光学活性化合物固有の捻れ配向を誘起する力の評価パラメータとして使用されている。
【０００３】
本願では、このHTP値を下記の「RO-571」
【０００４】
【化９】

【０００５】
に光学活性化合物を1質量%添加し、25℃で測定して得られるHTP値を用いて定義する。
【０００６】
HTPの小さな光学活性化合物を使用すると、所望の自然ピッチを得るために多くの添加量が必要になり、液晶材料の粘度の増大や駆動電圧の増大、液晶温度範囲が狭くなってしまうという欠点がある。又、HTPが大きい光学活性化合物でも、シアノ基等の極性基を持たない化合物を使用した場合、液晶材料の誘電率の異方性(Δε)に小さくなってしまい、駆動電圧が増大してしまうという欠点がある。特に、相転移型ディスプレイでは、赤外〜可視光領域の選択反射波長が得られるようにピッチを0.1〜2μm程度の範囲に調節する必要があり、添加濃度が10〜20%以上と非常に大きくなるため駆動電圧の増大は深刻な問題である。駆動電圧の低減は、液晶ドライバーの耐圧の問題や省エネルギー化の観点から必須であり、これを可能にする光学活性化合物が強く求められている。又、光学活性化合物を多く含有する液晶材料を使用した液晶デバイスにおいて、応答速度の高速化、温度変化に対する自然ピッチ変化の抑制が大きな課題となっており、これらの問題を解決できる液晶組成物が強く求められている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明における課題は、強いHTPを示し、かつ強い極性基を有する光学活性化合物、又低電圧駆動が可能で、応答速度が高速であり、かつ温度変化に対する自然ピッチの変化が小さい液晶組成物、又これらを用いた液晶デバイスを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために光学活性化合物の化学構造に着目し、検討した結果、特定の化学構造を有する化合物が有用であることを見出し、一般式(I)
【０００９】
【化１０】

【００１０】
(式中、R¹は光学活性基、nは0又は1の整数、環A、環B、環Cはそれぞれ独立的に、1,4-フェニレン基、ナフタレン-2,6-ジイル基、フェナントレン-2,7-ジイル基、トランス-1,4-シクロへキシレン基、1,2,3,4-テトラヒドロナフタレン-2,6-ジイル基、デカヒドロナフタレン-2,6-ジイル基、トランス-1,3-ジオキサン-2,5-ジイル基、ピリジン-2,5-ジイル基、ピリミジン-2,5-ジイル基、ピラジン-2,5-ジイル基又はピリダジン-2,5-ジイル基を表し、環A、環B、環Cにすべてに含有される水素原子のうち、少なくともニつはフッ素原子で置換されており、Y¹、Y²はそれぞれ独立的に、単結合、-COO-、-OCO-、-C≡C-、-CH＝CH-、-CF＝CF-、-CH₂CH₂-を表し、Z¹はシアノ基、トリフルオロメトキシ基、フッ素原子を表す。)で表される光学活性化合物。この一般式(I)の環Cが、一般式(II)、(III)、(IV)
【００１１】
【化１１】

【００１２】
(式中、環C’は1,4-フェニレン基、ピリジン-2,5-ジイル基、ピリミジン-2,5-ジイル基、ピラジン-2,5-ジイル基又はピリダジン-2,5-ジイル基を表し、X¹、X²、X³、X⁴、X⁵、X⁶はそれぞれ独立的に水素原子、フッ素原子を表し、X²及びX³のうち少なくとも一つはフッ素原子であり、X⁴、X⁵、X⁶のうち少なくとも一つはフッ素原子である)のいずれかで表されることを特徴とする光学活性化合物、又一般式(I-a)
【化１２】

【００１３】
(式中、R¹は光学活性基、X⁷、X⁸、X⁹、X¹⁰、X¹¹、X¹²、X¹³、X¹⁴はそれぞれ独立的に水素原子、フッ素原子を表し、これらのX⁷〜X¹⁴のうち少なくともニつはフッ素原子であり、nは0又は1の整数を表し、Y¹、Y²はそれぞれ独立的に、単結合、-COO-、-OCO-、-C≡C-、-CH＝CH-、-CF＝CF-、-CH₂CH₂-を表し、環A、環B、環Cはそれぞれ独立的に、1,4-フェニレン基、トランス-1,4-シクロへキシレン基、トランス-1,3-ジオキサン-2,5-ジイル基、ピリジン-2,5-ジイル基、ピリミジン-2,5-ジイル基、ピラジン-2,5-ジイル基又はピリダジン-2,5-ジイル基を表し、Z¹はシアノ基、トリフルオロメトキシ基、フッ素原子を表す)で表される光学活性化合物、該化合物を含有する液晶組成物、及び液晶デバイスを見出した。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態の例を説明する。
一般式(I)や一般式(I-a)のR¹として使用できる光学活性基は、化合物として強いHTPを持つように選択するのが好ましい。具体的にはHTPが5以上になるように光学活性基を選択するのが好ましく、10以上がより好ましく、20以上が特に好ましい。このような光学活性基としては、一般式(V)もしくは一般式(VI)で表されるものが好ましい。
【００１５】
【化１３】

【００１６】
(式中、pは5〜16の整数を表し、R²、R³は水素原子がフッ素原子、塩素原子で置換されていても良いメチル基、エチル基、メトキシ基、エトキシ基又はフッ素原子、塩素原子を表し、Y³、Y⁴は単結合、-O-、-COO-、-OCO-、-CH₂O-、-OCH₂-、-CO-、-CH₂-を表し、フェニル基は炭素原子数1〜6のアルキル基、アルコキシ基、炭素原子数2〜7のアルケニル基、炭素原子数3〜7のアルケニルオキシ基、又は炭素原子数1〜5のアルコキシ基で置換された炭素原子数1〜12のアルキル基、又は一つ以上のハロゲン原子で置換されていても良い。)
pは6以上の整数が好ましく、7以上の整数が更に好ましい。R²、R³は、メチル基、エチル基、トリフルオロメチル基、トリフルオロメトキシ基、ジフルオロメトキシ基、3,3,3-トリフルオロエトキシ基が好ましく、メチル基が更に好ましい。Y³、Y⁴としては、単結合、-O-、-OCO-、-CO-、-CH₂-が更に好ましく、-O-が特に好ましい。
【００１７】
一般式(I)や一般式(I-a)において、Y¹、Y²の連結基は、光学活性化合物の用途によって適宜選択するのが好ましい。化合物として特に強い極性を付与する必要がある場合には、-COO-や-OCO-が好ましく、-COO-が更に好ましい。屈折率の異方性を大きくする必要がある場合には-C≡C-、-CH＝CH-、-CF＝CF-が好ましく、-C≡C-が更に好ましい。粘度を低くする必要がある場合には単結合、-C≡C-、-CH＝CH-、-CF＝CF-が好ましく、-CF＝CF-が更に好ましい。他の液晶との相溶性を重視する場合には、-CH₂CH₂-が好ましい。化合物の化学安定性を重視する必要がある場合には単結合が好ましい。光学活性化合物に対する要求は以上述べた特性以外にも多岐にわたるので、この場合には、単結合、-COO-、-C≡C-から選択するとバランスがとれており好ましく、-COO-が更に好ましい。又、nが1の場合には、Y¹、Y²としてこれらの連結基を組み合わせて使用しても、又同じ連結基を使用しても良い。
【００１８】
一般式(I)において、環A、環B、環Cにすべてに含有される水素原子のうち、少なくとも2つはフッ素原子で置換されている必要があり、3つ以上フッ素原子で置換されていることが好ましく、4つ以上フッ素原子で置換されているのが更に好ましく、5つ以上フッ素原子で置換されているのが特に好ましい。特に、環Cに含有される水素原子がフッ素原子で置換されているのが、強い極性を得る点から好ましく、具体的には1つの水素原子がフッ素原子で置換されているのが好ましく、2つの水素原子がフッ素原子で置換されているのが好ましい。
又、一般式(I)において、環Cとしては1,4-フェニレン基、ナフタレン-2,6-ジイル基、1,2,3,4-テトラヒドロナフタレン-2,6-ジイル基、ピリジン-2,5-ジイル基、ピリミジン-2,5-ジイル基、ピラジン-2,5-ジイル基又はピリダジン-2,5-ジイル基から選択するのが好ましい。このような環Cにおいて、環Cに含有される水素原子は、一般式(II)、(III)、(IV)
【００１９】
【化１４】

【００２０】
(式中、環C’は1,4-フェニレン基、ピリジン-2,5-ジイル基、ピリミジン-2,5-ジイル基、ピラジン-2,5-ジイル基又はピリダジン-2,5-ジイル基を表し、X¹、X²、X³、X⁴、X⁵、X⁶はそれぞれ独立的に水素原子、フッ素原子を表し、X²及びX³のうち少なくとも一つはフッ素原子であり、X⁴、X⁵、X⁶のうち少なくとも一つはフッ素原子であり、右端にはZ¹が結合しているものとする。)に示すような位置においてフッ素原子で置換されているのが好ましい。更に、X¹がフッ素原子を表し、X²及びX³がフッ素原子を表し、X⁴、X⁵、X⁶のうち少なくとも2つがフッ素原子を表すような置換状態が更に好ましく、X⁴、X⁵、X⁶がフッ素原子を表すような置換状態も特に好ましい。
【００２１】
又、一般式(I-a)に示すように、環A、環B、環Cがすべて6員環で構成されていることも好ましい。X⁷、X⁸、X⁹、X¹⁰、X¹¹、X¹²、X¹³、X¹⁴のうち少なくとも2つはフッ素原子である必要がある。化合物として強い極性を付与する観点から、X⁷、X⁸、X¹⁰、X¹¹、X¹³、X¹⁴のうち少なくとも2つはフッ素原子であることが好ましく、X⁷及びX⁸がフッ素原子であることや、X¹⁰及びX¹¹がフッ素であることや、X¹³及びX¹⁴がフッ素であることが更に好ましい。X⁷、X⁸、X¹⁰、X¹¹、X¹³、X¹⁴のうち少なくとも3つがフッ素原子であることが更に好ましく、4つがフッ素原子であることが特に好ましい。X⁷又はX⁸がフッ素原子であり、かつX¹³及びX¹⁴がフッ素原子であることや、X⁷、X⁸、X¹³及びX¹⁴がフッ素原子であることや、X⁷、X⁸、X¹⁰、X¹¹、X¹³、X¹⁴がフッ素原子であることや、X⁷及びX⁸がフッ素原子であり、かつX¹³又はX¹⁴がフッ素原子であることが特に好ましい。Nが1の場合、光学活性化合物の結晶性が高くなり、液晶材料への添加量上限が低くなってしまう場合があるが、X⁹やX¹²のいずれか、又は両方をフッ素原子とすると、この問題を抑制することができるの好ましい。
Z¹としては、シアノ基が好ましい。
【００２２】
このような光学活性化合物の例としては、化合物(1)〜(53)のような化合物を挙げることができるが、本発明の光学活性化合物はこれらの例に限定されるものではない。
【００２３】
【化１５】

【００２４】
【化１６】

【００２５】
【化１７】

【００２６】
これらのような化合物の中でも、化合物(1)〜(10)のような化合物は好ましく、特に(6)〜(10)の化合物が好ましい。このような化合物は例えば、下記の方法で合成することができる。
【００２７】
【化１８】

【００２８】
[式中、R^1'は、一般式(IX)又は(X)
【００２９】
【化１９】

【００３０】
(式中、pは5〜16の整数を表し、R²、R³は水素原子がフッ素原子、塩素原子で置換されていても良いメチル基、エチル基、メトキシ基、エトキシ基又はフッ素原子、塩素原子を表し、フェニル基は炭素原子数1〜6のアルキル基、アルコキシ基、炭素原子数2〜7のアルケニル基、炭素原子数3〜7のアルケニルオキシ基、又は炭素原子数1〜5のアルコキシ基で置換された炭素原子数1〜12のアルキル基、又は一つ以上のハロゲン原子で置換されていても良い)を表し、X⁷、X⁸、X¹²、X¹³、X¹⁴は水素原子又はフッ素原子を表し、これらのうち少なくとも2つはフッ素原子である]
【００３１】
(s-1)の光学活性アルコールをp-トルエンスルホン酸クロリドと反応させた後、(s-3)の4-ヒドロキシ安息香酸メチル誘導体と反応させ、更に加水分解することにより(s-5)の安息香酸誘導体を得る。この誘導体と(s-6)の4-シアノフェノール誘導体とをDCC(ジシクロヘキシルカルボジイミド)の如き縮合剤を用いて反応させ(s-7)で表される本発明の化合物を合成することができる。
【００３２】
本発明の液晶組成物について説明する。
本発明の液晶組成物は、本発明の光学活性化合物を1つ以上含有することを特徴とする。本発明の液晶組成物の成分としては、一般式(VII)又は一般式(VIII)
【００３３】
【化２０】

【００３４】
(式中、R⁴、R⁵、R⁶はそれぞれ独立的にフッ素置換されていても良い炭素原子数1〜16のアルキル基又はアルコキシ基、炭素原子数2〜16のアルケニル基、炭素原子数3〜16のアルケニルオキシ基、又は炭素原子数1〜10のアルコキシ基で置換された炭素原子数1〜12のアルキル基を表し、環D、環E、環F、環G及び環Hはそれぞれ独立的にフッ素原子により置換されていてもよい1,4-フェニレン基、2-メチル-1,4-フェニレン基、3-メチル-1,4-フェニレン基、ナフタレン-2,6-ジイル基、フェナントレン-2,7-ジイル基、フルオレン-2,7-ジイル基、トランス-1,4-シクロへキシレン基、1,2,3,4-テトラヒドロナフタレン-2,6-ジイル基、デカヒドロナフタレン-2,6-ジイル基、トランス-1,3-ジオキサン-2,5-ジイル基、ピリジン-2,5-ジイル基、ピリミジン-2,5-ジイル基、ピラジン-2,5-ジイル基又はピリダジン-2,5-ジイル基を表し、l、mはそれぞれ独立的に0、1もしくは2を表し、Y⁵、Y⁶、Y⁷、Y⁸はそれぞれ独立的に単結合、-CH₂CH₂-、-(CH₂)₄-、-OCH₂-、-CH₂O-、-COO-、-OCO-、-CH＝CH-又は-C≡C-を表し、Z²はシアノ基、フッ素原子、塩素原子、トリフルオロメトキシ基、トリフルオロメチル基、ジフルオロメトキシ基、水素原子、3,3,3-トリフルオロエトキシ基、R⁷又はOR⁷を表し、R⁷は炭素原子数1〜12のアルキル基、又は2〜12のアルケニル基を表し、X¹⁵、X¹⁶は水素原子、フッ素原子又は塩素原子を表す)から選ばれる化合物を1種もしくは2種以上含有するのが好ましい。このような化合物の中でも、一般式(VII-a)、(VII-b)
【００３５】
【化２１】

【００３６】
(式中、R⁴、R⁵は炭素原子数1〜7のアルキル基、アルコキシ基を表し、Y⁵は単結合、-CH₂CH₂-、-COO-を表し、X¹⁷は水素原子又はフッ素原子を表す。)から選ばれる化合物を1種以上含有することは、本発明の液晶組成物の屈折率の異方性を大きくするのに有用であり好ましい。
又、一般式(VII-c)
【００３７】
【化２２】

【００３８】
(式中、R⁴は炭素原子数2〜5のアルケニル基、炭素原子数1〜5のアルキル基を表す)の化合物を含有することは、本発明の液晶組成物の屈折率を大きくし、かつ応答速度を改善するのに有用であり好ましい。特にR⁴のアルケニル基としては3-ブテニル基が好ましい。
【００３９】
一般式(VIII-a)、(VIII-b)、(VIII-c)
【００４０】
【化２３】

【００４１】
(式中、R⁶は炭素原子1〜7のアルキル基、炭素原子数2〜5のアルケニル基、炭素原子数1〜5のアルコキシ基で置換された炭素原子数2〜6のアルキル基を表し、Y⁸は単結合、-COO-を表し、X¹⁵、X¹⁶は水素原子、フッ素原子、塩素原子を表す。)の化合物を含有することは、本発明の液晶組成物の誘電率の異方性を大きくし、駆動電圧を低減させるのに有用であり好ましい。これらの一般式において、炭素原子数2〜5のアルケニル基としては、
【００４２】
【化２４】

【００４３】
(構造式は右端で環に連結しているものとする。)が好ましい。これらの中でも、一般式(VIII-a)、(VIII-b)においては、(a)及び(b)が特に好ましく、一般式(VIII-c)においては、(c)、(d)が特に好ましい。
【００４４】
本発明の液晶組成物は、一般式(VII-a)、(VII-b)、(VII-c)で表される化合物から少なくとも一つの化合物、一般式(VIII-a)、(VIII-b)、(VIII-c)で表される化合物から少なくとも一つの化合物を含有させることがより好ましく、一般式(VII-a)、(VII-b)、(VII-c)、一般式(VIII-a)、(VIII-c)で表される化合物を同時に含有させることが更に好ましく、一般式(VII-a)、(VII-b)、(VII-c)、一般式(VIII-a)、(VIII-b)、(VIII-c)で表される化合物を同時に含有させることが特に好ましい。
【００４５】
本発明の液晶組成物のネマチック相転移温度は60℃以上であるのが好ましく、80℃以上が更に好ましく、100℃以上が特に好ましい。ネマチック相下限温度は-20℃以下が好ましく、-30℃以下が更に好ましく、-40℃以下が特に好ましい。
【００４６】
本発明の液晶組成物において、20℃における粘度は70mPa・s以下が好ましく、50mPa・s以下が更に好ましく、30mPa・s以下が特に好ましい。
本発明の液晶組成物において、屈折率の異方性は0.07〜0.40の範囲にあるのが好ましい。
【００４７】
本発明の液晶組成物において、0〜50℃における自然ピッチPの温度依存性は0.5%／℃以下が好ましく、0.2%／℃以下が更に好ましく、0.1%／℃以下が特に好ましい。このように自然ピッチPの温度依存性が小さい液晶組成物を得るためには、同じ捻れの向きを誘起する光学活性化合物2種において、温度の上昇に伴って自然ピッチPが大きくなる光学活性化合物と温度の上昇に伴って自然ピッチPが小さくなる光学活性化合物を適宜混合するか、温度の上昇に伴って自然ピッチPが大きくなる材料2種において、双方の温度依存性が著しく異なり、かつ異なる捻れの向きを誘起するものを適宜混合するか、温度の上昇に伴って自然ピッチPが小さくなる材料2種において、双方の温度依存性が著しく異なり、かつ異なる捻れの向きを誘起するものを適宜混合するのが好ましい。本発明の液晶組成物には、本発明の光学活性化合物の他にも既知の光学活性化合物を添加しても良く、自然ピッチPの温度依存性を小さくする方法として確立されている他の手段を利用しても良い。
【００４８】
本発明の液晶組成物を相転移型ディスプレイに応用する場合には、自然ピッチPを0.1〜2μmに調節するのが好ましく、25℃における誘電率の異方性を10以上に調節するのが好ましく、20以上に調節するのが好ましく、30以上に調節するのが特に好ましい。又、明るい表示を得るためには屈折率の異方性を0.15〜0.4に調節するのが好ましく、0.2〜0.4に調節するのが更に好ましく、0.3〜0.4に調節するのが特に好ましい。又、可視光領域において色純度の高い表示を得るためには屈折率の異方性を0.07〜0.15に調節するのが好ましい。
【００４９】
本発明の液晶組成物を高分子分散型ディスプレイに応用する場合には、自然ピッチPを0.1〜100μmに調節するのが好ましく、25℃における誘電率の異方性を10以上に調節するのが好ましく、20以上に調節するのが更に好ましく、30以上に調節するのが特に好ましい。又、屈折率の異方性を0.1〜0.4に調節するのが好ましく、0.2〜0.4に調節するのが更に好ましく、0.3〜0.4に調節するのが特に好ましい。
【００５０】
本発明の液晶組成物をSTN型ディスプレイに応用する場合には、自然ピッチPを6〜20μmに調節するのが好ましく、25℃における誘電率の異方性を8以上に調節するのが好ましく、20以上に調節するのが更に好ましく、30以上に調節するのが特に好ましい。又、屈折率の異方性を0.1〜0.25に調節するのが好ましく、0.14〜0.2に調節するのが更に好ましい。
【００５１】
本発明の液晶組成物には、色素、2色性色素、酸化防止剤、紫外線吸収剤、赤外線吸収剤、電荷発生剤、電荷輸送剤、電荷制御剤、レベリング剤、チキソ剤、重合禁止剤、ラジカル補足剤、高分子形成性モノマー、高分子形成性オリゴマーを添加しても良い。
【００５２】
本発明の液晶デバイスについて説明する。
本発明の液晶デバイスは、本発明の液晶組成物を使用することを特徴とする。スタティック駆動、単純マトリックス駆動、アクティブマトリックス駆動を適用できるが、スタティック駆動、単純マトリックス駆動が好ましい。
【００５３】
本発明の相転移型ディスプレイにおいて、電圧を印加していない状態での配向状態としては、プラナー配向にするのが好ましい。基板表面の平滑性を故意に荒くして、視野角依存性を改善するのも好ましい。又、基板表面に高分子で形成される柱状、もしくは壁状の構造体を作製し、双安定性を改善や、中間調表示の実現を図るのも好ましい。
【００５４】
本発明の高分子分散型ディスプレイは、本発明の液晶組成物中に高分子からなる網目状構造が形成することによって作製されるディスプレイである。具体的には、本発明の液晶組成物中に、高分子形成性モノマーや高分子形成性オリゴマーを添加して、液晶セルに注入し、更に紫外線等の活性エネルギー線を照射することにより、高分子形成性モノマーや高分子形成性オリゴマーを硬化させることによって作製することができる。
【００５５】
高分子形成性モノマーや高分子形成性オリゴマーとしては、例えば、スチレン、クロロスチレン、α-メチルスチレン、ジビニルベンゼン；置換基として、メチル、エチル、プロピル、ブチル、アミル、2-エチルヘキシル、オクチル、ノニル、ドデシル、ヘキサデシル、オクタデシル、シクロヘキシル、ベンジル、メトキシエチル、ブトキシエチル、フェノキシエチル、アルリル、メタリル、グリシジル、2-ヒドロキシエチル、2-ヒドロキシプロピル、3-クロロ-2-ヒドロキシプロピル、ジメチルアミノエチル、ジエチルアミノエチル等のような基を有するアクリレート、メタクリレート又はフマレート；エチレングリコール、ポリエチレングリコール、プロピレングリコール、ポリプロピレングリコール、1,3-ブチレングリコール、テトラメチレングリコール、ヘキサメチレングリコール、ネオペンチルグリコール、トリメチロールプロパン、グリセリンおよびペンタエリスリトール等のモノ(メタ)アクリレート又はポリ(メタ)アクリレート；酢酸ビニル、酪酸ビニル又は安息香酸ビニル、アクリロニトリル、セチルビニルエーテル、リモネン、シクロヘキセン、ジアリルフタレート、ジアリルイソフタレート、2-、3-又は4-ビニルピリジン、アクリル酸、メタクリル酸、アクリルアミド、メタクリルアミド、N-ヒドロキシメチルアクリルアミド又はN-ヒドロキシエチルメタクリルアミドおよびそれらのアルキルエーテル化合物；ネオペンチルグリコール1モルに2モル以上のエチレンオキサイドもしくはプロピレンオキサイドを付加して得たジオールのジ(メタ)アクリレート；トリメチロールプロパン1モルに3モル以上のエチレンオキサイドもしくはプロピレンオキサイドを付加して得たトリオールのジ又はトリ(メタ)アクリレート；ビスフェノールA 1モルに2モル以上のエチレンオキサイドもしくはプロピレンオキサイドを付加して得たジオールのジ(メタ)アクリレート；2-ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート1モルとフェニルイソシアネートもしくはn-ブチルイソシアネート1モルとの反応生成物；ジペンタエリスリトールのポリ(メタ)アクリレート等を挙げることができるが、トリメチロールプロパントリアクリレート、トリシクロデカンジメチロールジアクリレート、ポリエチレングリコールジアクリレート、ポリプロピレングリコールジアクリレート、ヘキサンジオールジアクリレート、ネオペンチルグリコールジアクリレート、トリス-(アクリルオキシエチル)イソシアヌレートが特に好ましい。又、カプロラクトン変性ヒドロキシピバリン酸エステルネオペンチルグリコールジアクリレート等も挙げることができる。又、モノマーやオリゴマーとして液晶骨格を有する材料を使用することも好ましい。
【００５６】
本発明のSTN型ディスプレイにおいて、応答速度を向上させるために7μm以下、更に好ましくは5μm以下、特に好ましくは4μm以下にセル厚を薄くするのが好ましい。
【００５７】
【実施例】
以下、実施例を挙げて本発明を更に詳述するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００５８】
(実施例１) 液晶組成物の調製
下記に示す組成の液晶組成物(A)
【００５９】
【化２５】

【００６０】
(「%」は『質量%』を示す)
を調製した。この組成物(A)のネマチック−等方性液体相転移温度は92℃、屈折率の異方性は0.140、誘電率の異方性は8.1、粘度は15.2mPa・sであった。
【００６１】
本発明の光学活性化合物(e-1)
【００６２】
【化２６】

【００６３】
(式中、不斉炭素の絶対配置はRである。本発明のこの光学活性化合物を液晶組成物「RO-571」に1質量%添加して、25℃で測定したHTPは、15.8であった。)を、組成物(A)に0.65質量%添加して、自然ピッチPが10.0μmの本発明の液晶組成物(B)を調製した。ツイスト角が240度のSTN(スーパーツイステッドネマチックセル：配向膜は約4度のプレチルトを与える)セルを、セルギャップが4.3μmから6.9μmまで0.1μm刻みで用意して、これらのセルに調製した液晶組成物(B)を注入し、STN表示デバイスを作製した。これらのデバイスを用いて、Δd／Pを測定した。
【００６４】
[Δd／Pとは、d／P上限(d／P値においてストライプドメインが発生しない上限値)からd／P下限(d／P値においてアンダードメインが発生しない下限値)を引いた値で、この値が大きいほど、液晶セルの作製マージンが大きく、優れていると言える値である。]
【００６５】
測定した結果は、０．０７であった。
【００６６】
(比較例１)
式(e-2)
【００６７】
【化２７】

【００６８】
(式中、不斉炭素の絶対配置はS)
の光学活性化合物「S-811」(メルク社製)を、液晶組成物(A)に0.95質量%添加して、25℃における自然ピッチPが10.0μmの液晶組成物(C)を調製した。ツイスト角が240度のSTN(スーパーツイステッドネマチックセル：配向膜は約4度のプレチルトを与える)セルを、セルギャップが4.3μmから6.9μmまで0.1μm刻みで用意して、これらのセルに調製した液晶組成物(C)を注入し、STN表示デバイスを作製した。これらのデバイスを用いて、Δd／Pを測定した結果は、0.05であった。
【００６９】
実施例1と比較例1の比較から、本発明の液晶組成物を用いてSTN液晶セルを作製すると、Δd／Pが広くでき、優れていることがわかる。
【００７０】
(実施例２)
実施例1で調製した液晶組成物(A)に、本発明の光学活性化合物(e-1)を16.0質量%加えた本発明の液晶組成物(D)を調製した。液晶組成物(D)のネマチック−等方性液体相転移温度は71℃であり、自然ピッチPは0.35μmであった。この液晶組成物(D)をセルギャップ5.0μmのTN(ツイステッドネマチックセル：配向膜は約2度のプレチルトを与える)に注入して、本発明の相転移型液晶デバイスを作製した。この液晶デバイスのしきい値電圧は7.7Vであった。又、この液晶デバイスの選択反射波長の温度依存性を測定したところほとんど変化がなかった。これは、温度が変化しても、本発明の液晶組成物の自然ピッチPの変化が小さいことを示している。
【００７１】
（比較例２）
実施例1で調製した液晶組成物(A)に、光学活性化合物「S-811」(メルク社製)を22.5質量%加えた液晶組成物(E)を調製した。液晶組成物(E)のネマチック−等方性液体相転移温度は59℃であり、自然ピッチPは0.35μmであった。この液晶組成物(E)をセルギャップ5.0μmのTN(ツイステッドネマチックセル：配向膜は約2度のプレチルトを与える)に注入して、本発明の相転移型液晶デバイスを作製した。この液晶デバイスのしきい値電圧は14.0Vであった。又、この液晶デバイスの選択反射波長の温度依存性を測定したところ、温度が高くなるに従って、反射波長が緑から赤に変化するのが観察された。これは、温度が高くなるに従って、自然ピッチPが大きくなる傾向があることを示している。
【００７２】
実施例2と比較例2の比較から、本発明の液晶組成物を用いると、駆動電圧低減に有効であることがわかる。これは本発明の光学活性化合物の極性が大きい、つまり、誘電率の異方性が大きいことによるものである。
【００７３】
【発明の効果】
本発明の光学活性化合物は、強いHTP値を持ち、かつ誘電率の異方性が大きな化合物である。従って、本発明の液晶組成物は、低電圧駆動が可能であり、高速応答化が可能であり、かつ温度変化に対する自然ピッチの変化が小さい。又、本発明の液晶デバイスは、駆動電圧の低減されたものであり極めて有用である。

Claims

一般式(I)

(式中、R¹は光学活性基、nは0又は1の整数、環A、環B、環Cはそれぞれ独立的に、1,4-フェニレン基、ナフタレン-2,6-ジイル基、フェナントレン-2,7-ジイル基、トランス-1,4-シクロへキシレン基、1,2,3,4-テトラヒドロナフタレン-2,6-ジイル基、デカヒドロナフタレン-2,6-ジイル基、トランス-1,3-ジオキサン-2,5-ジイル基、ピリジン-2,5-ジイル基、ピリミジン-2,5-ジイル基、ピラジン-2,5-ジイル基又はピリダジン-2,5-ジイル基を表し、環A、環B、環Cにすべてに含有される水素原子のうち、少なくともニつはフッ素原子で置換されており、Y¹、Y²はそれぞれ独立的に、単結合、-COO-、-OCO-、-C≡C-、-CH＝CH-、-CF＝CF-、-CH₂CH₂-を表し、Z¹はシアノ基、トリフルオロメトキシ基、フッ素原子を表す。)で表される光学活性化合物。
環Cが一般式(II)、(III)、(IV)

(式中、環C’は1,4-フェニレン基、ピリジン-2,5-ジイル基、ピリミジン-2,5-ジイル基、ピラジン-2,5-ジイル基又はピリダジン-2,5-ジイル基を表し、X¹、X²、X³、X⁴、X⁵、X⁶はそれぞれ独立的に水素原子、フッ素原子を表し、X²及びX³のうち少なくとも一つはフッ素原子であり、X⁴、X⁵、X⁶のうち少なくとも一つはフッ素原子である。)のいずれかで表されることを特徴とする請求項1記載の光学活性化合物。
X¹がフッ素原子であり、X²及びX³がフッ素原子であり、X⁴、X⁵、X⁶のうち少なくともニつがフッ素原子であることを特徴とする請求項2記載の光学活性化合物。
一般式(I)で表される化合物のうち環Ａ、環Ｂ、環Ｃが６員環を表す一般式(I-a)

(式中、R¹は光学活性基、X⁷、X⁸、X⁹、X¹⁰、X¹¹、X¹²、X¹³、X¹⁴はそれぞれ独立的に水素原子、フッ素原子を表し、これらのX⁷〜X¹⁴のうち少なくとも2つはフッ素原子であり、nは0又は1の整数を表し、Y¹、Y²はそれぞれ独立的に、単結合、-COO-、-OCO-、-C≡C-、-CH＝CH-、-CF＝CF-、-CH₂CH₂-を表し、環A、環B、環Cはそれぞれ独立的に、1,4-フェニレン基、トランス-1,4-シクロへキシレン基、トランス-1,3-ジオキサン-2,5-ジイル基、ピリジン-2,5-ジイル基、ピリミジン-2,5-ジイル基、ピラジン-2,5-ジイル基又はピリダジン-2,5-ジイル基を表し、Z¹はシアノ基、トリフルオロメトキシ基、フッ素原子を表す。)で表される請求項１記載の光学活性化合物。
X⁷、X⁸、X¹⁰、X¹¹、X¹³、X¹⁴のうち少なくとも2つはフッ素原子であることを特徴とする請求項4記載の光学活性化合物。
X¹³及びX¹⁴がフッ素原子であり、Z¹がシアノ基であり、Y¹、Y²はそれぞれ独立的に単結合、-COO-であり、環A、環B、環Cは1,4-フェニレン基、トランス-1,4-シクロへキシレン基、ピリジン-2,5-ジイル基、ピリミジン-2,5-ジイル基であることを特徴とする請求項4記載の光学活性化合物。
R¹が一般式(V)又は一般式(VI)

(式中、pは5〜11の整数を表し、R²、R³は水素原子がフッ素原子、塩素原子で置換されていても良いメチル基、エチル基、メトキシ基、エトキシ基又はフッ素原子、塩素原子を表し、Y³、Y⁴は単結合、-O-、-COO-、-OCO-、-CH₂O-、-OCH₂-、-CO-、-CH₂-を表す。)の光学活性基であることを特徴とする請求項1〜6のいずれかの請求項に記載の光学活性化合物。
HTPが5以上であることを特徴とする請求項1〜7のいずれかの請求項に記載の光学活性化合物。
請求項1〜8のいずれかの請求項に記載の光学活性化合物を含有することを特徴とする液晶組成物。
一般式(VII)又は一般式(VIII)

(式中、R⁴、R⁵、R⁶はそれぞれ独立的にフッ素置換されていても良い炭素原子数1〜16のアルキル基又はアルコキシ基、炭素原子数2〜16のアルケニル基、炭素原子数3〜16のアルケニルオキシ基、又は炭素原子数1〜10のアルコキシ基で置換された炭素原子数1〜12のアルキル基を表し、環D、環E、環F、環G及び環Hはそれぞれ独立的にフッ素原子により置換されていてもよい1,4-フェニレン基、2-メチル-1,4-フェニレン基、3-メチル-1,4-フェニレン基、ナフタレン-2,6-ジイル基、フェナントレン-2,7-ジイル基、フルオレン-2,7-ジイル基、トランス-1,4-シクロへキシレン基、1,2,3,4-テトラヒドロナフタレン-2,6-ジイル基、デカヒドロナフタレン-2,6-ジイル基、トランス-1,3-ジオキサン-2,5-ジイル基、ピリジン-2,5-ジイル基、ピリミジン-2,5-ジイル基、ピラジン-2,5-ジイル基又はピリダジン-2,5-ジイル基を表し、l、mはそれぞれ独立的に0、1もしくは2を表し、Y⁵、Y⁶、Y⁷、Y⁸はそれぞれ独立的に単結合、-CH₂CH₂-、-(CH₂)₄-、-OCH₂-、-CH₂O-、-COO-、-OCO-、-CH＝CH-又はC≡C-を表し、Z²はシアノ基、フッ素原子、塩素原子、トリフルオロメトキシ基、トリフルオロメチル基、ジフルオロメトキシ基、水素原子、3,3,3-トリフルオロエトキシ基、R⁷又はOR⁷を表し、R⁷は炭素原子数1〜12のアルキル基、又は炭素原子数2〜12のアルケニル基を表し、X¹⁵、X¹⁶は水素原子、フッ素原子又は塩素原子を表す。)から選ばれる化合物を1種もしくは2種以上含有し、かつネマチック相上限温度が60℃以上であり、ネマチック相下限温度が-20℃以下であり、屈折率の異方性が0.07〜0.40の範囲であることを特徴とする請求項9記載の液晶組成物。
一般式(VII)においてｌが０、環Ｄ及び環Ｅが1,4-フェニレン基、Y⁵が-C≡C-である一般式(VII-a)、一般式(VII)においてｌが１、環Ｄがトランス-1,4-シクロへキシレン基、環Ｅが置換基X¹⁷を有する1,4-フェニレン基及び環Ｆが1,4-フェニレン基、Y⁶が-C≡C-である一般式(VII-b)

(式中、R⁴、R⁵は炭素原子数1〜7のアルキル基、アルコキシ基を表し、Y⁵は単結合、-CH₂CH₂-、-COO-を表し、X¹⁷は水素原子又はフッ素原子を表す。)から選ばれる化合物を1種以上含有することを特徴とする請求項10記載の液晶組成物。
一般式(VII-a)においてR⁵が3-ブテニル基である一般式(VII-c)

(式中、R⁴は3-ブテニル基、炭素原子数1〜5のアルキル基を表す。)の化合物を含有することを特徴とする請求項11に記載の液晶組成物。
一般式（VIII）においてｍが０、環Gが1,4-フェニレン基、Z²がシアノ基である一般式(VIII-a)、一般式（VIII）においてｍが０、環Gがピリミジン-2,5-ジイル基、Z²がシアノ基である一般式(VIII-b)、一般式（VIII）においてｍが０、環Gがトランス-1,4-シクロへキシレン基、Z²がシアノ基である一般式(VIII-c)

(式中、R⁶は炭素原子1〜7のアルキル基、炭素原子数2〜5のアルケニル基、炭素原子数1〜5のアルコキシ基で置換された炭素原子数2〜6のアルキル基を表し、Y⁸は単結合、-COO-を表し、X¹⁵、X¹⁶は水素原子、フッ素原子、塩素原子を表す)から得らればれる化合物を1種以上含有することを特徴とする請求項10〜12のいずれかに記載の液晶組成物。
25℃における液晶組成物の自然ピッチが0.1〜2μm、25℃における誘電率の異方性が10以上であることを特徴とする請求項9〜13のいずれかに記載の液晶組成物。
25℃における液晶組成物の自然ピッチが6〜20μm、25℃における誘電率の異方性が8以上であることを特徴とする請求項9〜13のいずれかに記載の液晶組成物。
0〜50℃における自然ピッチの温度依存性が0.5%／℃以下であることを特徴とする請求項9〜15のいずれかに記載の液晶組成物。
請求項9〜16のいずれか一つの請求項に記載の液晶組成物を使用したことを特徴とする液晶デバイス。
請求項14又は16の請求項に記載の液晶組成物を使用したことを特徴とする相転移型ディスプレイ。
請求項9〜16のいずれか一つの請求項に記載の液晶組成物を使用したことを特徴とする高分子分散型ディスプレイ。
請求項15又は16のいずれか一つの請求項に記載の液晶組成物を使用したことを特徴とするSTN型ディスプレイ。