JPH01230548A - フルオロアルキル系化合物及び液晶組成物 - Google Patents

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〉 本発明は新規なフルオロアルキル系化合物及びそれを含
有してなる液晶組成物に関するものである０ 〈従来の技術〉 従来、液晶表示装置に用いられる液晶層とじてはネマチ
ック液晶相を利用したものが主流を占めているが、近年
ではこれに加えてスメクチック液晶相を利用した種々の
表示モードの研究も盛んに行なわれている０スメクチツ
ク液晶相を利用した表示としてはスメクチックＡ相を利
用した熱書込み表示やレーザ書込み表示、あるいはキラ
ルなスメクチックＣ相を利用した強誘電性液晶表示が有
望視されている。特にスメクチックＣ相を利用した強誘
電性液晶組成物による液晶表示は大容量表示が可能な点
及び視覚が広い点から有望視されている。

〈発明が解決しようとする問題点〉 上記強誘電性液晶組成物には、まず室温付近を中心に広
い温度範囲でスメクチックＣ相を示すことが要求される
。また、大容量表示を行うためにはデバイス特性として
高速応答性が必要で、この観点からかかる液晶組成物に
は高い自発分極と低い粘性とが要求される。さらに液晶
セルに適用した場合良好な配向性と相安定性とを得るた
め、Ｉ　ＮＡＣ（Ｉｓｏｔｒｏｐｉｃ−Ｎｅｍａｔｉ　
ｃ　−Ｓｍｅｃｔｉｃ　Ａ　−要となり、かつネマチッ
ク相及びスメクチックＣ相での螺旋ピッチが十分長いこ
とが必要である。

現在のところこれらの条件を総て満たす単一液晶化合物
はなく、複数の化合物を混合して液晶組成物として実用
に供するわけであるが、液晶組成物が満たすべき条件が
多岐にわたるため、性能の良い液晶組成物を作成するた
めにはいろいろな性質の単一化合物を多数用意する必要
がある。化合物を混合して得られる液晶組成物は成分の
種類や含有量、添加物の有無、製法条件等によって種々
の性質を有するものが得られるが、特に強誘電性液晶表
示装置のようなスメクチック液晶相を用いた液晶表示装
置においては、表示に適した液晶組成物の開発はまだ充
分になされていないのが実情であり、この理由の一つと
して利用できる単一化合物の種類及び数が少ないことが
あげられる。

本発明は、上記の点に鑑みて創案されたものであり、液
晶混合物の成分として有用となる一つの新規な化合物、
特にスメクチック液晶相を利用する表示に有用な液晶化
合物を提供することを目的とするものである。

く問題点を解決するための手段〉 上記の目的を達成するため、本発明によれば下記−紋穴
（Ｉ） ＲＯ−＠−◎−Ｃｏｏ−（ＣＨｈ）ｍ−ＣｎＦｚｎ＋＋
　（Ｉ）（式中Ｒは、直鎖または分枝状で炭素数１〜１
２のアルキル基９ｍは０〜２　＋　ｎは１〜１６の整数
を表す。） で示されるフルオロアルキル化合物が提供される０ 上記式（Ｉ）の化合物は、文献未載の化合物である。

杖 上記式（Ｈの定義における用語１直鎖状又は分を状で炭
素数１−１２のアルキル基′とは、メチル、エチル、プ
ロピル、ｉ−プロピル、ブチル、ｉ−ブチル、ｔ−ブチ
ル、ペンチル、２−メチルブチル、２．２−ジメチルブ
チル、ヘキシル、２又は３−メチルペンチル、２，２−
ジメチルブチル、４−メチルヘキシル、２又は３−メチ
ルへブチル、６−メチルオクチル、ｎ−へブチル、２，
２−ジメチルペンチル、３．３−）ＩＪメｆ−ルヘ／チ
ル、２．４−ジメチルペンチル、ｎ−オクチル、１−メ
チルヘプチル、ｌ−メチル−オクチル、ｌ−メチル−ノ
ニル、ｌ−メチル−デシル、１−メチルヘキシル、２，
２，３．３−テトラメチルブチル、ノニル、デシル、ウ
ンデシル、ドデシルなどが含まれる。これらのアルキル
基中で炭素鎖に不斉炭素が含まれていてもよい。

これらのうち好ましい化合物としては、４′−エトキシ
−ビフェニル−４−カルボン酸ＩＨＩＨ２Ｈ２Ｈ−パー
フルオロ−１−オクチルエステル、 ４′−ペンチルオキシ−ビフェニル−４−Ｊルポン酸１
ＨＩＨ−パーフルオロ−１−ブチルエステル、 ４′−ペンチルオキシ−ビフェニル−４−カルボン酸Ｉ
ＨＩＨ２Ｈ２Ｈ−パーフルオロ−！−オクチルエステル
、 ４−オクチルオキシ−ビフェニル−４−カルボン酸Ｉ　
ＨＩ　Ｈ−バーフルオロ−１−オクチルエステル、 ４１−オクチルオキシ−ビフェニル−４−カルボン酸Ｉ
ＨＩＨ２）Ｉ２Ｈ−パーフルオロ−１−ヘキシルエステ
ル、 ４′−オクチルオキシ−ビフェニル−４−カルボン酸Ｉ
　ＨＩ　Ｈ２Ｈ２Ｈ−パーフルオロ−１−オクチルエス
テル、 ４′−オクチルオキシ−ビフェニル−４−カルボン酸Ｉ
ＨＩＨ２Ｈ２Ｈ−パーフルオロ−１−ドデシルエステル
、 ４’−（１−メチルへブチルオキシ）−ビフェニル−４
−カルボン酸１ＨＩＨ−パーフルオロ−１−オクチルエ
ステル、 ４’−（１−メチルへブチルオキシ）−ビフェニル−４
−カルボン酸ＩＨＩＨ２Ｈ２Ｈ−パーフルオロ−１−オ
クチルエステル、等が挙げられる。

本発明の式（Ｉ）の化合物は、例えば４′−アルコキシ
−４−ビフェニル−カルボン酸（ｍを五塩化リンとの反
応により４′−アルコキシ−４−ビフェニル−カルボン
酸クロリドにかえ、次ＶＣパーフルオロアルキルアルコ
ール（ｌ［Ｄと反応させて得られる０本発明の式（Ｉ）
の化合物はそれ自体安定なスメ〃ンクＡ相及びスメクチ
ックＣ相を示すので、スメクチックＡ液晶相またはスメ
クチックＣ液晶相を示す液晶組成物を作る際に有用であ
る。特にスメクチックＣ相を呈する他の液晶化合物に組
み合わせて強誘電性液晶表示装置に利用する液晶組成物
乞作成する場合、式（Ｉ）の化合物はスメクチックＣ相
の広い温度範囲を確保すると共に、スメクチックＣ相の
上にスメクチックＡ相を出現させて液晶組成物にＩＮＡ
Ｃ，ＩＡＣ等の相系列を出現させるのに有用である。た
だし、式（Ｉ）の化合物自体上記のごとき液晶相を呈す
るので、この化合物を単結 Ａあるいは２種以上混合して液晶表示に用いることもで
きる。

したがって本発明によれば、式（Ｉ）のフルオロアルキ
ル化合物の少なくとも一種を含有してなる液晶組成物が
提供される。

ここでスメクチックＣ相を呈する液晶化合物と組合せて
用いる場合、組合せる対象の液晶としては、当該分野で
知られた種々のスメクチック液晶を用いることができる
。その具体例としては、下式（■）、　ｍ　、　（ＶＤ
で示される化合物が挙げられるＯＲ３Ａ扮−Ｄ４　Ｂ　
　Ｒ４・・・・・舶Ｒ３−Ａ　８ト０−　Ｅ−１ｇ−Ｂ
　−Ｒ４−＜ｖ）（式中、Ａ及びＢは、それぞれ、単結
合または−ＣＯＯ−１−ＯＣＯ−１−ＣＨ＝ＣＨ−ＣＯ
Ｏ−１−ＱＣＯ−ＣＨ＝ＣＨ−１−〇−１−Ｓ−１−ｏ
　ｃ　ｏ。

−もしくは−ＣＯ−の基を示す。Ｄ及びＥは、それぞれ
、単結合又は−ＣＯＯ−１−ＯＣＯ−１−ＣＨ＝Ｎ−１
−Ｎ＝ＣＨ−１−ＣＨ＝ＣＨ−１−Ｃ二Ｃ−１−ＣＨ＝
ＣＨ−Ｃｏｏ−１−０ＣＯ−ＣＨ＝ＣＨ−１ＣＨ２ＣＨ
２−１−０ＣＨ２ｒｃＨｚＯ−１−ＣＯ８−もしくは−
８ＯＣ−の基を示す。

■、Ｃｊ＞よび（）は、それぞれ独立して、ベンゼン環
、ピリジン環、ピリミジン環、ピラジン環、ピリダジン
環、ピペラジン環、シクロヘキサン環、ピラン環、ジオ
キサシクロヘキサン環、チアピラン環、ジチアン環、チ
アジアジン環、ビシクロＣ２，２，２〕オクタン環、テ
トラジン環等の六員環を示し、これらの六員環中の水素
原子は、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、シアン基、
ニトロ基、低級アルキル基、低級アルコキシ基又は重水
素（Ｄ）で置換されていてもよい。Ｒ，３及びＲ４はそ
れぞれ独立して、直鎖状又は分校状で炭素数１−１２の
アルキルもしくはアルコキシ基を示す。

ｐはｌ又は２の整数をそれぞれ示す。）もちろん、これ
らは２種以上混合して用いることができる。

実用上、これらのスメクチック液晶化合物は、室温付近
でスメクチックＣ相を呈しかつＩＡＣやＩＮＡＣ等の相
系列を有するように適宜混合して用いるのが適している
。

また、スメクチックＣ相を利用した液晶表示装置を製造
する場合、液晶組成物中の式（■）の化合物の混合量は
、通常、２〜２０重量％とするのが適してオリ、２〜１
０重量％とするのが好ましい。

２重量％未満では、この発明の効果が不充分であり、２
０重量％を越えるとスメクチックＣ相を呈する温度範囲
が室温付近よりも、徐々に高温側に移行していくので適
さない。

〈実施例〉 実施例１ ４′−ｎ−オクチルオキシ−ビフェニル−４−カルボン
酸　ＩＨ，ｌＨ−ノーフルオロ−１−ヘプチルエステル
（（Ｉ）式においてＲ＝Ｃａ　Ｒ１７−１ｍ＝１．ｎ＝
６）の製造 ４′−ｎ−オクチルオキシ−ビフェニル−４−カルボン
酸０．５ｇ（１，６ミリモル）に五塩化リン０．４ｇ（
１，９ミリモル）を加え、加熱して反応させる。減圧蒸
留によってＰＯＣｌ３及び過剰の五塩化リンを完全に除
去し、４′−ｎ−オクチルオキシ−ビフェニル−４−カ
ルボン酸を得た。これをピリジンに溶解し、ＩＨ，ＩＨ
−ノζ−フルオロー１−ヘプタツール０．５６　ｇ　（
１，６ミリモル）を加える。室温で２時間放置した後、
６０℃に加温し、そのまま３時間保ってから冷却する。

その後ＭＣＩ水溶液に加え、クロロホルムで抽出する。

クロロホルム層をＮａＨＣＯ３水溶液９次いで水で洗い
、ＮａｚＳＯ４で乾燥する。クロロホルムを留去し、残
留物をカラムクロマトグラフィー（溶媒：クロロホルム
）で精製し、エタノールより再結晶して目的とする４′
−ｎ−オクチルオキシ−ビフェニル−４−カルボン酸　
ＩＨ，ｌＨ−パーフルオロ−１−ヘプチルエステルを得
た。この化合物の赤外スペクトルを図面に示す。この化
合物はスメクチックＡ相及びスメクチックＣ相を有して
おり、下記の転移温度を示した。

１１６℃ スメクチックＡ　　　　　　等方性液体実施例２ ４′−ｎ−オクチルオキシ−ピフェニル−４−カルボン
酸　ＩＨ，ＩＨ，２Ｈ，２Ｈ−パーフルオロ−１−ドデ
シルエステル（（Ｉ）式においてＲ＝Ｃ８Ｈ１７＋　ｍ
＝２　、　ｎ＝　１０　）の製造実施例１におけるＩＨ
，ＩＨ−パーフルオロ−１−ヘプタツールに替えてＩＨ
，ＩＨ，２Ｈ，２Ｈ−パーフルオロ−１−ドデシルエス
テルを用いる他は実施例１と同様の操作により目的とす
る４′−ｎ−オクチルオキシ−ビフェニル−４−カルボ
ン酸ＩＨ，ＩＨ，２Ｈ，２Ｈ−パーフルオロ−１−ドデ
シルエステルを得た。この化合物はスメクチックＡ相を
有しており、下記の転移温度を示した０ １４１ｃ　　　　　　　　Ｉ　５２℃ 結晶　−−一→スメクチックＡ−−→等方性液体実施例
３ ４’　　−（＋−メチルへブチルオキシ）−ピフェニル
−４−カルボン酸　ＩＨｏＩＨ−パーフルオロ−１−ヘ
プチルエステル（（Ｉ）式においてＲ：Ｃ６Ｈ１３ＣＨ
（ＣＨ３）　　、　ｍ＝　１　、　ｎ＝　６　）の製造
実施例１における４’　−ｎ−オクチルオキシ−ビフェ
ニル−４−カルボン酸に替えて４’−（１−メチルへブ
チルオキシ）−ピフェニル−４−カルボン酸を用いる他
は実施例１と同様の操作によジ目的とする４’　−（１
−メチルへブチルオキシ）−ビフェニル−４−カルボン
酸　ＩＨ，ＩＨ−パーフルオロ−１−へブチルエステル
を得た。この化合物は液晶相を示さないが混合液晶の成
分として利用することができる。また転移温度は下記の
如くであった。

５１℃ 結晶−一一→等方性液体 実施例４ ４′−ｎ−オクチルオキシ−ビフェニル−４−カルボン
酸　ＩＨ，ＩＨ，２Ｈ，２Ｈ−パーフルオロ−１−ヘキ
シルエステル（（Ｉ）式において、Ｒ＝Ｃ８Ｈ１７１ｍ
＝２．　ｎ＝４　）の製造実施例１におけるＩＨ，ＩＨ
−パーフルオロ−１−ヘプタツールに替えてＩＨ，ＩＨ
，２Ｈ，２Ｈ−パーフルオローｌ−ヘキサノールを用い
る他は実施例１と同様の操作により、目的とする４′−
ｎ−オクチルオキシ−ピフェニル−４−カルボン酸ＩＨ
，ＩＨ，２Ｈ，２Ｈ−パーフルオロ−１−ヘキシルエス
テルを得た。この化合物はスメクチックＣ相を有してお
り、下記の転移温度を示した０実施例５ ４′−ｎ−オクチルオキシ−ピフェニル−４−カルボン
酸　ＩＨ，ＩＨ，２Ｈ，２Ｈ−パーフルオロ−１−オク
チルエステル（（１）式において、Ｒ＝Ｃ８Ｈ１７−１
ｍ＝２．ｎ＝６）の製造実施例１におけるＩＨ，ＩＨ−
パーフルオロ−１−ヘプタツールに替えてＩＨ，ＩＨ，
２Ｈ，２Ｈ−パーフルオロ−１−オクタツールを用いる
他は実施例１と同様の操作によジ、目的とする４′−ｎ
−オクチルオキシ−ピフェニル−４−カルボン酸ＩＨ，
ＩＨ，２Ｈ，２Ｈ−パーフルオロ−１−オクチルエステ
ルを得た。この化合物はスメクチックＡ相及びスメクチ
ックＣ相を有しており、下記の転移温度を示した。

一一一→等方性液体 実施例６ ４′−ｎ−オクチルオキシ−ビフェニル−４−カルボン
酸　ＩＨ，ＩＨ，２Ｈ，２Ｈ−パーフルオロ−１−デシ
ルエステル（（Ｉ）式において、Ｒ＝０８Ｈ１７１ｍ＝
２　ｒ　ｎ　＝８　）の製造実施例１におけるＩＨ，Ｉ
Ｈ−パーフルオロ−１−ヘプタツールに替えて、ＩＨ，
ＩＨ，２Ｈ。

２Ｈ−パーフルオロ−１−デカノールを用いる他は実施
例１と同様の操作によジ、目的とする４′−ｎ−オクチ
ルオキシ−ビフェニル−４−カルボン酸ＩＨ，ＩＨ，２
Ｈ，２Ｈ−パーフルオロ−１−デシルエステルを得た。

この化合物はスメクチックＡ相及びスメクチックＣ相を
有しており、下記の転移温度を示した〇 一一−→等方性液体 実施例７ ４’　−（＋−メチルへブチルオキシ）−ビフェニル−
４−カルボン酸　ＩＨ，ＩＨ，２Ｈ，２Ｈ−パーフルオ
ロ−１−オクチルエステル（（Ｉ）式において、Ｒ＝Ｃ
ｓＨｔｓ　　ＣＨ（ＣＨｓ　）　　、　ｍ＝２　。

ｎ＝６）の製造 実施例１における４１　　　ｎ−オクチルオキシ−ビフ
ェニル−４−カルボン酸に替えて４’　−（１−メチル
へブチルオキシ）−ビフェニル−４−カルホン酸ヲ用い
、ＩＨ，ＩＨ−パーフルオロ−１−ヘプタツールに替え
てＩＨ，ＩＨ，２Ｈ，２Ｈ−パーフルオロ−１−オクク
ノールを用いる他は実施例１と同様の操作により、目的
とする４・−（ｌ−メチルへブチルオキシ）−ビフェニ
ル−４＝カルボン酸ＩＨ，ＩＨ，２Ｈ，２Ｈ−パーフル
オロ−■−オクチルエステルを得た。この化合物は液晶
相を示さないが、混合液晶の成分として利用することが
出来る。この化合物の転移温度を以下に示す。

上記各実施例により合成した本発明に係る化合物（Ａ　
Ｉ　−＆　７　）の相転移温度を表１に示しており、Ｒ
”Ｃｌ１Ｈ１７の化合物Ｃ＆１〜５）は安定なスメクチ
ックＡ相及び又はスメクチックＣ相を示した。一方、Ｒ
＝光学活性基を有する化合物（煮６．７）は液晶相は示
さながった。

表１゜ ＲＯＣ４ＣＯＯ＋ＣＨ２＋Ｗ、ＣｎＦｚｎ＋＋実施例８ 次に本発明に係る化合物を強誘電性液晶デバイスに適用
した場合の実施例を説明する。

まず、表２に示すノンカイラル骨ピリミジン液晶組成物
８に本発明の実施例７で合成した化合物（五６）を２％
添加した液晶組成物（扁１０）を作製し、この液晶組成
物（ＡＩＯ）を用いて次のようにして強誘電性液晶セル
を作成した。

即ち、２枚のガラス基板上にＩＴＯ膜を形成し、ナイロ
ン膜を塗布しラビングする。次にこの２枚のガラス基板
をラビング方向が同一になるようにしてセル厚２μｍで
張り合わせる。このセルに上記のようにして作製した液
晶組成物（ＡａｌＯ）を注入した。注入後−旦液晶組成
物が等方性液体に変化する７５℃にセルを加熱し、その
後１　’Ｃ／ｍｉｎで室温まで冷却することにより良好
な配向を得た。

この液晶素子を２枚の直交する偏光子の間に設置し、電
界を印加し、透過光強度の変化を観察した○ｖｐ−ｐ＝
２０Ｖの電界を２５℃で印加した時の透過光強度の変化
よジ応答速度を求めたところ８１４μｓｅｃであった。

その結果を表３に示している。

比較例 ノンカイラルピリミジン液晶ｌに比較のためフッ素化さ
れていない化合物ｌを２％添加して液晶組成物Ｉ＋を作
成した。実施例８と同様に強誘電性液晶セルを作成し応
答速度を求めたところ３６０μｓｅｃであった。その結
果を表３に合わせて示している。

この実施例８と比較例との比較より、本発明の化合物が
強誘電性液晶の高速化にも有効であることがわかる○ 表２．　ノンカイラルピリミジン液晶組成物８表３゜ 実施例９ 現在市販されているメルク社製の液晶組成物ＺＬＩ　１
３４８８及びＺＬ１１３４８９のそれぞれに本発明の実
施例５で合成した化合物（＆２）を６％及び９％添加し
た液晶組成物（４１２，１８）を作製し、これらの液晶
組成物のスメクチックＡ相及びスメクチックＣ相の層法
線とラビング方向とのずれの角度δを次のようなモデル
により測定した〇 即ち、！２図に示すように２枚のガラス基板１０１．１
０２上にＩＴＯ膜を作成し、ナイロン膜を塗布し、片方
の基板１０１のみラビングする。

次にこの２枚のガラス基板１０１．１０２をセル厚２μ
ｍで張り合わせる。このセルに本発明の化合物を用いた
液晶組成物Ｉ２及び１３を注入した。

注入後−旦液晶組成物が等方性液体に変化する温度まで
セーを加熱し、その後１　℃／−８で室温まで冷却する
。この液晶素子を２枚の直交する偏光子の間に設置し、
矩形波を印加しつつ液晶素子をなす角度δを求めた。第
２図に示した配置で観察者から見て時計回ジを正と定義
し、上記のようにして測定した角度δの値を組成及び液
晶の自発分極Ｐｓ　の符号と共に表４に示している。

また上記実施例９と同様にして本発明の化合物を含まな
い帝国化学（株）製液晶組成物ＴＫＦ８６１６、ＴＫＦ
８６１７及び大日本インキ化学工業（株）製のＤＯＦＯ
ＯＯ２を用いた結果についても表４に示している。

表４　　Ｐｓ　とδの関係 この表４に示した測定結果より明らかなように、本発明
の化合物を用いた場合、Ｐｓ　　とδとの関係は従来例
とは逆になっており、本発明のフルオロアルキル系化合
物が液晶と基板との相互作用に対して特異な効果を及ぼ
していることがわかる。

〈発明の効果〉 本発明のフルオロアルキル化合物はスメクチックＡ相ま
たはスメクチックＣ相として極めて安定な性質を有して
おり、スメクチック液晶相を必要とする液晶組成物を作
製する場合、その成分として有用である。

また、液晶組成物に本発明に係る化合物を加えることに
より、液晶の高速化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の化合物の一実施例である４′−ｎ−オ
クチ肇智シービフェニルー４−カルボン酸ＩＨ，ＩＨ−
パーフルオロ−１−ヘフチルエステルの赤外吸収スペク
トル図、第２図は層法線トラピング方向とのずれの角度
を測定する際の説明に供する図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、一般式として ▲数式、化学式、表等があります▼ （式中Ｒは、直鎖または分枝状で炭素数１〜１２のアル
   キル基、ｍは０〜２、ｎは１〜１６の整数を表す。） で示される成分を有することを特徴とするフルオロアル
   キル系化合物。 ２、請求項１、のフルオロアルキル系化合物の少なくと
   も１種を含有してなる液晶組成物。