JPH01102040A - 新規光学活性液晶性化合物及び組成物 - Google Patents

新規光学活性液晶性化合物及び組成物

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JPH01102040A JP62260209A JP26020987A JPH01102040A JP H01102040 A JPH01102040 A JP H01102040A JP 62260209 A JP62260209 A JP 62260209A JP 26020987 A JP26020987 A JP 26020987A JP H01102040 A JPH01102040 A JP H01102040A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、新規な液晶性化学物及び該液晶性化合物を含
有する液晶組成物に関し、更に詳しくは光学活性基を有
する液晶性化合物及びそれを含有する液晶組成物に関す
る。
本願明細書に於て液晶性化合物とは、単独で液晶状態が
観察できる化合物のみではなく、単独では液晶状態を観
察できなくても液晶化合物と類似の化学構造を有し、液
晶組成物の構成成分として有用な性質を有する化合物を
も含むものとする。
[従来の技術そとの問題点] 現在、液晶表示素子としてはTN(Twisted N
ema−tic、ねじれネマチック)型表示方式が最も
広く用いられているが、応答速度の点に於いて発光型表
示素子(エレクトロルミネッセンス、プラズマデイスプ
レィ等)と比較して劣っており、この点に於ける改善は
種々試みられているにも拘らず、大巾な改善の可能性は
あまり残っていないようである。
そのためTN型表示素子に代わる別の原理による液晶表
示装置が種々試みられているが、その一つに強誘電性液
晶を利用する表示方法がある(N、A。
C1arkら:Applied Phys、 1stt
、、38,899(1980)) 。
この方法は強誘電性液晶カイラルスメクチックC相(以
下SC傘相と略称する)あるいはカイラルスメクチック
H相(以下SH”相と略称する)を利用するものであり
、TN型表示方式に比べて次の様な3つのすぐれた特徴
を有している。
即ち、第1の特徴は非常に速い応答速度を有することで
あり、TN型表示素子のそれに比較して100倍にも達
する。第2の特徴はメモリー効果があることであり、前
記高速応答性とあいまって時分割駆動が容易となる。第
3の特徴は極性の反転時間を調節するだけで、TN型表
示方式に比べ、より容易に階調を得ることができ、グラ
フィック表示用として適していると考えられている。
しかしながら、このような優れた特性が、あるにもかか
わらず現在知られている強誘電性液晶及び組成物ではそ
の応答速度という点でまだ充分満足できる結果は得られ
ておらず、実用化を前にしてやや行き詰まった感もある
。これは、自発分極値Psの大きな化合物の開発が遅れ
ているためであるといえる。
[発明の目的] 本発明者らはこの表示方式に利用するに適した光学活性
液晶性化合物を開発するために鋭意研究を重ねた結果、
光学活性1−エチルアルキル基及び光学活性1−プロピ
ルアルキル基を導入することにより自発分極値が著しく
高められることを見い出し本発明に到達した。
すなわち、本発明の目的は、この表示方式に利用される
に適した特性、特に自発分極値PSの大なる液晶化合物
、該液晶化合物を用いた液晶組成物および該組成物を用
いた電気光学素子を提供することである。
[問題点を解決するための手段] 本発明は、一般式 す、R1,R2のうち少なくとも一方は、式−0CR−
R4攻 (R3は炭素数2あるいは3のアルキル基、R4は炭素
数3〜18のアルキル基を示すがR3f f14である
)で表わされる光学活性アルコキシ基を示し、他方は炭
素数1〜20のアルキル基、アルコキシ基、アルカノイ
ルオキシ基、ハロゲン原子及びシアノ基を示し、 Aは
、 (X、V、Zはそれぞれ独立に水素原子、)\ロゲン原
子、シアノ基のいづれかを示す)を示す)で表わされる
光学活性液晶性化合物、その1種を少なくともit分含
むことを特徴とした液晶組成物及び該液晶組成物を用い
て構成された電気光学素子である。
[化合物の製法] 本発明(I)式の化合物は光学活性3−フルカノール及
び光学活性4−フルカノールを原料に一般。
的な有機合成化学的手法で製造でき、例えば次の様な化
合物が製造できる。
(但し、上式に於いてRは炭素数1〜20のアルキル基
、X、Y、Zはそれぞれ独立に水素原子、)\ロゲン原
子、シアノ基のいづれかを示し、 R中は、式 一ムH−R・ (R3、)74は同一の意味を示す)零 で表わされる光学活性アルキル基を示す、)[発明の作
用・効果] (I)で示される化合物はいづれも液晶相を示さないが
、その化合物が潜在的に持っている自発分極能は非常に
大きい、自発分極値の大きい強誘電性液晶組成物は応答
速度、すなわち分子が電界中で反転する速度が自発分極
値の小さい強誘電性液晶組成物に比べて速いことが知ら
れているが、実施例中でも述べるように、本発明の(I
)式の化合物を10重量%含有する強誘電性液晶の自発
分極値は8.1nc/crrfと大きく、本発明の(I
)式の化合物の潜在的に有する自発分極値がきわめて太
きものであることがわかる。これは、光学活性基中の不
斉炭素が中心骨格の極めて近くに存在し、その相互作用
によって大きな自発分極値が誘起されるのであって、例
えば、不斉炭素が中心骨格から離れている下記の様な化
合物 (特開昭53−22883号) の自発分極値が本発明者らの測定によればわずか約1 
nc/ctn’でしかないことからも本発明CI)式の
化合物が有する優れた特性がわかる。つまり、大きな自
発分極値は、光学活性1−エチルアルキル基、光学活性
1−プロピルアルキル基に起因するものであり、この光
学活性基を有する化合物は、他の部位の構造がいかなる
ものであろうと大きな自発分極値を有するといえる。
尚、(I)式の化合物は光学活性炭素を有するためこれ
をネマチック液晶に添加することによって捩れた構造を
誘起する能力を有する。捩れた構造を有するネマチック
液晶、すなわちカイラルネマチック液晶は、TN型表示
素子のいわゆるリバース・ドメイン(reマerse 
do履aim Lま模様)を生成することがないので(
I)式の化合物はリバース・ドメイン生成の防止剤とし
ても使用できる。
また、本発明の化合物を添加したカイラルネマチック液
晶のピッチは、例えば実施例に於いてメルク社−製液晶
組成物ZLI−1132に1重量%添加して測定したと
き25℃に於いて27.9 p腸と短かく、より少量の
添加で必要なピッチを得ることが容易になり、カイラル
ネマチック液晶組成物のピッチ調節材として非常に有用
であるといえる。
さらに、その温度特性は比類なく良く、式 、P(t+
 ) + P(t2)    t+ −tzp(t) 
:  t”cに於けるピッチ化:温度 で示される温度特性δPは−0,033と非常に小さか
った( 1+露20℃、t2−TO℃に於いて)、これ
は、例えば現在知られているカイラルネマチック液晶組
成物のピッチ調節材(S)−4°−シアノ−4−(2−
メチルブチル)ビフェニルのδPが同条件下の0.58
4であることを考えると驚くべき特性であるといえる。
[実施例] 以下実施例により1本発明の(I)式の化合物につき更
に詳細に説明する。
実施例1 (R−4’−(1−エチルへブチルオキシ)ビフェニル
−4−カルボン酸4−オクチルオキシフェニルニスのも
の)の製造〕 (第一段) 乾燥ピリリフ800膳立中のS−(リー3−ノナノール
180g (1,3モル)に、トルエン400嘗見に溶
解したp−トルエンスルホン酸クロリド250g (1
,4モル)を水冷下に滴下した後40℃で2時間攪拌し
た。トルエン及び水を加えよく振とうしたのち有機層を
分離し、6N−塩酸、2N−水酸化ナトリウムで洗浄し
、ひきつづき水洗した。有機層を無水硫酸マグネシウム
上で乾燥したのちトルエンを留去し、無色油状の5−P
−)ルエンスルホン酸1−エチルヘプチルエステル30
8gを得た。
(第二段) 41−ヒドロキシビフェニル−4−カルボン酸エチルエ
ステル54.5g(0,23モル)、5−P−)ルエン
スルホン酸l−エチルヘプチルエステル82g (0,
27モル)、エタノール350■見、および水酸化カリ
ウム15、 (0,27モル)の混合物を4時間還流し
、トルエン及び水を加えよく振とうし有機層を分離し、
核層を6ト塩酸、2ト水酸花ナトリウムで十分洗浄の後
水洗した。
該有機層を無水硫酸マグネシウム上で乾燥したのちトル
エンを留去し、83gの無色油状物を得た。このものに
水酸化ナトリウム92g(2,3モル)、水300■皇
、エタノール300■見−を加え、1時間還流したのち
6ト塩酸を少しづつ加え酸性とした。析出した結晶を集
め酢酸から再結晶し、R−4゜−(1−エチルへブチル
オキシ)ビフェニル−4−カルボン酸43gを得た。
mp 144.4〜148.3℃ (第三段) 前段で得られたR−4’−(1−エチルへブチルオキシ
)ビフェニル−4−カルボン酸を塩化チオニルと常法で
処理して得たR−4’−(1−エチルへブチルオキ  
シ)ヒフェニル−4−カルボン酸11g (0,03モ
ル)をP−オクチルオキシフェノール8.2g (0,
04モル)、ピリジン100膳立の混合物に加え、55
℃で2時間攪拌したのちトルエン及び水を加え、よく振
とうしたのち有機層を分離し、6ト塩酸、2ト水醜化ナ
トリウムで十分洗浄の後、水洗した。
該有機層を無水硫酸マグネシウム上で乾燥したのちトル
エンを留去し、残査をエタノールから再結晶することに
より、R−4°−(1−エチルへブチルオキシ)ビフェ
ニル−4−カルボン酸、4−オクチルオキシフェニルエ
ステル8.2gを得た0mp ea、o℃。
また、このものをメルク社■製ネマチック液晶組成物Z
LI−1132に1重量%添加して得られたカイラルネ
マチック液晶のピッチを測定したところ。
25℃に於いて29.8JL層であった。
実施例2 (R−4’−(1−エチルへブチルオキシ)ビフェニル
−4−カルボン酸デシルオキシフェニルエステルのもの
)の製造〕 実施例1(第三段)で使用したP−オクチルオキシフェ
ノールの代わりにP−デシルオキシフェノールを使用し
同様な方法でR−4°−(1−エチルへブチルオキシ)
ビフェニル−4−カルボン酸、4−デシルオキシフェニ
ルエステルを得た。■p 82.0℃。
また、このものをメルク社輛製ネマチック液晶組成物Z
LI−1132に1重量%添加して得られたカイラルネ
マチック液晶のピッチを測定したところ。
25℃に於いて27.94mであった。
実施例3 (R−4°−(1−エチルへブチルオキシ)ビフェニル
−4−カルボン酸ペンチルエステル((1)式にC2,
R5 於いて、RI= −0CHC6Hn、 R2−0CsH
u。
本 実施例1(第三段)で使用したP−オクチルオキシフェ
ノールの代わりにn−ペンタノールを使用し、同様な方
法で室温で油状物のR−4’−(1−エチルへブチルオ
キシ)ビフェニル−4−カルボン酸ペンチルエステルを
得た。但し、精製は再結晶によらずクロマトグラフィー
を使用した分離精製で行なった。
また、このものをメルク社■製ネマチック液晶組成物Z
LI−1132に1重量%添加して得られたカイラルネ
マチック液晶のピッチを測定したところ、25℃に於い
て30.0JL腸であった。
実施例4 (R−4’−(1−エチルへブチルオキシ)安息香酸4
−ヘンチルフェニルエステル 2 Hs ((1)式に於いて、R1−−0CRC6HI3゜准 のちの)の製造〕 (第一段) P−ヒドロキシ安息香酸メチルエステル81g (0,
4モル)、水酸化カリウム22g (0,4モル)、エ
タノール400■見、実施例1で製造した(S)−P−
)ルエンスルホン191−エチルヘプチルエステル10
0g(0,34モル)の混合物を4時間還流し、トルエ
ン及び水を加えよく振とうして有機層を分離し、6N−
塩酸、2N−水酸化ナトリウムで十分洗浄の後、水洗し
た。
該有機層を無水硫酸マグネシウム上で乾燥したのちトル
エンを留去した。ここへ水酸化ナトリウム80g (2
モル)、水300■交、エタノール100−皇を加え1
時間還流したのち6N−塩酸を少しづつ加え酸性とした
。エーテルを加え抽出したのち無水硫酸マグネシウム上
で乾燥し、エーテルを留去し、R−4−(+−エチルへ
ブチルオキシ)安息香酸33gを得た。
(第二段) R−4−(1−エチルへブタンオキシ)安息香酸11g
(0,04モル)とP−ペンチルフェノール13.7g
(0,08モル)を用い実施例1(第三段)と同様な方
法でR−4−(1−エチルへブチルオキシ)安息香酸4
−ペンチルフェニルエステル14gを得た。このものは
、室温において油状物である。
また、このものをメルク社■製ネマチック液晶組成物Z
LI−1132に1重量%添加して得られたカイラルネ
マチック液晶のピッチを測定したところ25℃に於いて
32.2g1tであった。
実施例5 〔R−4°−ペンチルオキシビフェニル−4−カルボン
酸 1−エチルヘプチル エステル 2 Hs ((1)式に於いて、R1冨−0CHCb Hl 3 
m本 のもの)の製造〕 4°−ペンチルオキシビフェニル−4−カルボン酸塩化
物9.5g(0,032モル) 、 S−(+)−3−
ノナノール5g(0,035モル)、ピリジン100i
+JLの混合物を約55℃で2時間攪拌し、トルエン及
び水を加えよく娠とうしたのち有機層を分離し、 6N
−塩酸、21水酸化ナトリウムで十分洗浄したのち水洗
した。有機層を無水硫酸マグネシウム上で乾燥したのち
トルエンを留去し、残炎をエタノールから再結晶するこ
とによりS−4゛−ペンチルオキシビフェニル−4−カ
ルボン酸 l−エチルヘプチルエステル8.1gを得た
。  腸P  25.8℃。
また、このものをメルク社■製ネマチック液晶組成物Z
LI−1132に1重量%添加して得られたカイラルネ
マチック液晶のピッチを測定したところ25℃に於いて
11.01L鵬であった。
実施例6 〔S−4°−ペンチルオキシビフェニル−4−カルボン
酸 1−プロピルヘプチル エステル3H7 ■ ((I)式に於いて、R1−−0CHC6Hl31本 のもの)の製造〕 実施例5で使用したS−(+)−3−ノナノールの代り
に、特願昭81−8997 (吉川ら)の方法に準じて
製造したS−(+)−4−デカノール(【α]   −
+0.83啼 (neat))を使用し同様な方法で5−4−ペンチル
オキシビフェニル−4−カルボン酸1−プロピルへブチ
ル エステルを得た。(【α1   露+4.0(c本
1.50憧 (:)IC13))このものは室温において油状物であ
る。
また、このものをメルク社■製ネマチック液晶組成物Z
LI−1132に1重量%添加して得られたカイラルネ
マチック液晶のピッチを測定したところ25℃に於いて
3B、IIL鵬であった。
実施例7 〔R−4°−デシルオキシ−4−(1−エチルへブチル
オキシ)−ビフェニル 2H5 ((1)式に於いて、R1−−0CR06H13゜零 の製造〕 4′−デシルオキシ−4−ヒドロキシビフェニル8g(
0,02モル)、水酸化カリウム1.0g (0,02
モル)、エタノール160■見および実施例1で製造し
た5−P−)ルエンスルホン酸−1−エチルヘプチルエ
ステル5.8g (0,02モル)の混合物を4#間還
流し、トルエン及び水を加えよく振とうしたのち有機層
を分離し、6ト塩酸、2ト水酸化ナトリウムで十分洗浄
の後、水洗した。
有機層を無水硫酸マグネシウム上で乾燥したのちトルエ
ンを留去し、残在をエタノールから再結晶することによ
りR−4°−デシルオキシ−4−(!−エチルへブチル
オキシ)ビフェニル7.1gを得た。
、919.2℃。
また、このものをメルク社■製ネマチック液晶組成物Z
LI−1132に1重量%添加して得られたカイラルネ
マチック液晶のピッチを測定したところ25℃に於いて
26.4終mであった。
実施例8 (R−4−シアノ−4−(1−エチルへブチルオキシ)
ビフェニル 2 Hs ■ ((■)式に於いて、 R1−−0CHC6H131本 製造〕 実施例7で使用した4′−デシルオキシ−4−ヒドロキ
シビフェニルの代わりに4°−シアノ−4−ヒドロキシ
ビフェニルを使用し同様な方法で、R−4°−シアノ−
4−(1−エチルへブチルオキシ)ビフェニルを得た。
このものは、室温において油状物である。
また、このものをメルク社■製ネマチック液晶組成物Z
LI−1132に1重量%添加して得られたカイラルネ
マチック液晶のピッチを測定したところ25℃に於し1
て23.aIL層であった。
実施例9 (R,R−4,4°−ジー(1−エチルへブチルオキシ
)ビフェニル C2)15 璽 ((I)式に於いて、R1、R2m −0CHC6Ht
s *攻 実施例7で使用した4°−デシルオキシ−4−ヒドロキ
シビフェニルの代わりに、4.4’−ヒフエノールを使
用し同様な方法で、R,R−4,4°−ジー(!−エチ
ルヘプチルオキシ)ビフェニルを得た。このちのは、室
温において油状物である。
また、このものをメルク社■製ネマチック液晶組成物Z
LI−1132に1重量%添加して得られたカイラルネ
マチック液晶のピッチを測定したところ25℃に於いて
18.11Ltmであった。
実施例10(使用例1) まず、下記の様な化合物を用いた液晶組成物を調整した
上記組成物の自発分極値はOne/cs2であり、相転
移点は次の通りであった。
Is o−s^点 58.0℃、 5A−SCe点 5
3.0℃上記組成物80重量%に実施例5の化合物υ を10重量%添加してカイラルスメクチック液晶組成物
を調整した。この組成物の相転移点は次の通りであり、 rs O−s^点 50.0℃+ 5A−9C”点 3
9.8℃また、自発分極値を測定したところ25℃に於
いて6.1nc/cm2 であった。
実施例11(使用例2) C2Hslり−CM         20重量%C3
HI70−〇)−()、0825重量%C5H+tべ巨
ト()→ζΣ−CM     15重量%からなるネマ
チック液晶組成物を電極間隔10ILmのセルに注入し
てTN型表示セルとし、これを偏光顕微鏡下で観察した
ところ、リバース・ツイストドメインが生じているのが
観察された。なお、使用したセルには配向処理剤として
ポリビニルアルコールを塗布しその表面をラビングして
平行配向処理を施した。
上記のネマチック液晶組成物に実施例6の化合物 を0.1重量%添加し、同様なTN型セルにて観察した
ところ、リバース・ツイストドメインは解消され、均一
なネマチック相が観察された。
実施例12(使用例3) ネマチック液晶組成物(メルク社■製ZLI−1132
)に実施例2の化合物 を1重量%添加し、カイラルネマチック液晶組成物を調
整した。
このカイラルネマチック液晶組成物を電極間隔10ル騰
のセルに注入し、らせんピッチの温度変化を観察したと
ころ1次表の通りであった。
以上の様にらせんピッチの温度変化が極めて少なく、カ
イラルネマチック液晶組成物のピッチ調整材として優れ
た特性を有していることがわかった。
以上

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)一般式 ▲数式、化学式、表等があります▼・・・( I ) (但し、上式に於てl、mはそれぞれ0又は1であり、
    R^1、R^2のうち少なくとも一方は、式▲数式、化
    学式、表等があります▼(R^3は炭素数2あるいは3
    のアルキル基、R^4は炭素数3〜18のアルキル基を
    示すがR^3≠R^4である)で表わされる光学活性ア
    ルコキシ基を示し、他方は炭素数1〜20のアルキル基
    、アルコキシ基、アルカノイルオキシ基、ハロゲン原子
    及びシアノ基を示し、Aは、 ▲数式、化学式、表等があります▼、▲数式、化学式、
    表等があります▼、▲数式、化学式、表等があります▼
    、 ▲数式、化学式、表等があります▼、▲数式、化学式、
    表等があります▼、▲数式、化学式、表等があります▼
    、 ▲数式、化学式、表等があります▼、▲数式、化学式、
    表等があります▼、 ▲数式、化学式、表等があります▼ (X、Y、Zはそれぞれ独立に水素原子、ハロゲン原子
    、シアノ基のいづれかを示す。)を示す。)で表わされ
    る光学活性液晶性化合物。
  2. (2)一般式 ▲数式、化学式、表等があります▼・・・( I ) (但し、上式に於てl、mはそれぞれ0又は1であり、
    R^1、R^2のうち少なくとも一方は、式▲数式、化
    学式、表等があります▼(R^3は炭素数2あるいは3
    のアルキル基、R^4は炭素数3〜18のアルキル基を
    示すがR^3≠R^4である)で表わされる光学活性ア
    ルコキシ基を示し、他方は炭素数1〜20のアルキル基
    、アルコキシ基、アルカノイルオキシ基、ハロゲン原子
    、及びシアノ基を示し、Aは、 ▲数式、化学式、表等があります▼、▲数式、化学式、
    表等があります▼、▲数式、化学式、表等があります▼
    、 ▲数式、化学式、表等があります▼、▲数式、化学式、
    表等があります▼、▲数式、化学式、表等があります▼
    、 ▲数式、化学式、表等があります▼、▲数式、化学式、
    表等があります▼、 ▲数式、化学式、表等があります▼ (X、Y、Zはそれぞれ独立に水素原子、ハロゲン原子
    、シアノ基のいづれかを示す。)を示す。)で表わされ
    る光学活性液晶性化合物の1種を少なくとも1成分含む
    ことを特徴とする液晶組成物。
  3. (3)特許請求の範囲第2項に於て呈する液晶相がカイ
    ラルスメクチック相である液晶組成物。
  4. (4)特許請求の範囲第2項に於て呈する液晶相がカイ
    ラルネマチック相である液晶組成物。
  5. (5)一般式 ▲数式、化学式、表等があります▼・・・( I ) (但し、上式に於てl、mはそれぞれ0又は1であり、
    R^1、R^2のうち少なくとも一方は、式▲数式、化
    学式、表等があります▼(R^3は炭素数2あるいは3
    のアルキル基、R^4は炭素数3〜18のアルキル基を
    示すがR^3≠R^4である)で表わされる光学活性ア
    ルコキシ基を示し、他方は炭素数1〜20のアルキル基
    、アルコキシ基、アルカノイルオキシ基、ハロゲン原子
    、及びシアノ基を示し、Aは、 ▲数式、化学式、表等があります▼、▲数式、化学式、
    表等があります▼、▲数式、化学式、表等があります▼
    、 ▲数式、化学式、表等があります▼、▲数式、化学式、
    表等があります▼、▲数式、化学式、表等があります▼
    、 ▲数式、化学式、表等があります▼、▲数式、化学式、
    表等があります▼、 ▲数式、化学式、表等があります▼ (X、Y、Zはそれぞれ独立に水素原子、ハロゲン原子
    、シアノ基のいづれかを示す。)を示す。)で表わされ
    る光学活性液晶性化合物の1種を少なくとも1成分含む
    液晶組成物を使用して構成された電気光学素子。
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