JPH01242543A - 液晶性化合物及びそれを含む液晶組成物、液晶素子 - 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】 〔技術分野〕 本発明は新規な液晶性化合物及びそれを含む液晶組成物
、液晶素子に関するものである。

〔背景技術〕

従来の液晶素子としては、例えばエム・シャット（Ｍ　
、　Ｓ　ｃ　ｈ　ａ　ｄ　ｔ　）とダブりニー・ヘルフ
リッヒ（Ｗ。

Ｈｅ１ｆｒｉｃｈ）著“アプライド・フィジックス・レ
ダーズ′（“Ａｐｐｌｉｅｄ　　Ｐｈｙｓｉｃｓ　　Ｌ
ｅｔｔｅｒｓ”）第１８巻、第４号（１９７１年２月１
５日発行）、第１２７頁〜１２８頁の“ボルテージ・デ
イペンダント・オプティカル・アクティビティ−・オブ
・ア・ツィステッド・ネマチック・リキッド・クリスタ
ル″（“ＶｏｌｔａｇｅＤｅｐｅｎｄｅｎｔ　　０ｐｔ
ｉｃａｌ　　Ａｃｔｉｖｉｔｙ　　ｏｆ　　ａ　　Ｔｗ
ｉｓｔｅｄＮｅｍａｔｉｃ　　Ｌｉｑｕｉｄ　　Ｃｒｙ
ｓｔａｌ”）に示されたツィステッド・ネマチック（ｔ
ｗｉｓｔｅｄ　　ｎｅｍａｔｉｃ）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。

また電界応答が遅く視野角特性が悪いためにデイスプレ
ィとしての用途は限定されていた。

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。

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（Ｃ１
ａｒｋ）およびラガウエル（Ｌａｇｅｒｗａｌｌ）によ
り提案されている（特開昭５６−１０７２１６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、カイラルスメクチック相（
Ｓ　ｍ　Ｃ”　）またはＨ相（ＳｍＨ”）を有する強誘
電性液晶が用いられる。

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イスプレィ用材料として
適している。

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。

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ＣＪ、Ｊ。

Ｗｙｓｏｋｉ、Ａ、Ａｄａｍｓ　　ａｎｄ　　Ｗ、Ｈａ
ａｓ；Ｐｈｙｓ、　Ｒｅｖ、　Ｌｅｔｔ、、　２０．１
０２４　（１９６８））、２）液晶状態においてホワイ
ト・ティラー形ゲスト・ホスト効果を利用するもの（Ｄ
、Ｌ。

Ｗｈｉｔｅ　　ａｎｄ　　Ｇ、Ｎ、　Ｔａｙｌｏｒ；　
　Ｊ、　Ａｐｐｌ。

Ｐｈｙｓ、、　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。

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，Ａ
ｃａｄ。

Ｓｃ、　Ｐａｒｉｓ、　　２８２　　Ｃ，６３９（１９
７６））。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。

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
等が挙げられるが、これらの光学活性中間体に極性基が
導入されることはほとんど無かった。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あまり有効に利用されていなか
った。

〔発明の目的〕

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
メントの大きいトリフルオロメチル基を導入することに
より、極性を高めた液晶性化合物及びそれを少なくとも
１種類含有することにより、液晶の電界応答性を高めた
液晶組成物を提供することを目的とする。

〔発明の概要〕

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（１）で表される液晶性化合物、（ここで、
ＲＩは炭素数が１〜１８であるアルキル基、Ｒ２は炭素
数が１〜１２であるアルキル基、−０ＣＯ−から選ばれ
、Ｙは−ＣＨ２０−１あるいは一０ＣＩ（２−、Ｚは一
０ＣＨ２ＣＨ２−あるいは−０ＣＣＨ２−のどちらかで
ある。舎及び÷は＋　４あるいは÷　の中から選ばれ、
♂は不斉炭素原子である。なお、ｋ、　ｍ、　ｎはそれ
ぞれ独立に０、１．２の中らか選ばれ、且つに＋ｍ＋ｎ
が２または３となる数である。） 及びそれを少なくとも１種類含有する液晶組成物を提供
するものである。又、本発明はこの様な液晶組成物を使
用する液晶素子をも提供するものである。

〔発明の詳細な説明〕

上記一般式で示される液晶性化合物は好ましくは本出願
人等による出願（特願昭６２−１８３４８５および昭和
６３年２月２２日付出願件らの明細書に示される下記一
般式（２）の光学活性３−トリフルオロメチル−１−へ
ブタン酸や、３−トリフルオロメチル−１−ヘプタツー
ル等の光学活性中間体から製造される。主な製造法を以
下に示す。

Ｆ３ Ｒ−ｃＨ−＋ｖｒ−ｏＨ（２） ■Ｙ＝−ＣＨ２０−の場合 ■Ｙ＝−ＯＣＨ２−の場合 ＋＋　テ、Ｒ１，Ｒ２，ｘ、Ｚ、＋、＋、ｋ。

ｍ、　　ｎ、　　Ｃ”は前記定義の通りである。

以上のようにして製造することのできる化合物を以下に
列挙する。

Ｏ また本発明の液晶組成物は一般式（１）で表されるトリ
フルオロアルカン誘導体を少なくとも一種類配合成分と
して含有するものである。たとえばこのトリフルオロア
ルカン誘導体を下式（１）〜（１３）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。

このような場合においては、一般式（１）で示される本
発明のトリ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。

４．４−アゾキシシンナミックアシッド−ビス（２−メ
チルブチル）エステル結晶□　ＳｍＣ”□　ＳｍＡ□　
弄万相結晶；：＝＝　ＳｍＣ；＝：＝コレステリック相
□等方相ビフェニル−４′−カルボキシレート ８３．４°Ｃ１１４°Ｃ 結晶−一一會　　コレステリック相　　　　　　等吉相
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。

この場合、一般式（１）で示される本発明のトリフルオ
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。

このような組成物は、本発明のトリ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。

Ｃ８１１，フ　−０−くくΣ〉−く３巨〉←　Ｃ００−
くφ〉−〇Ｃ０ＩＩ、。

Ｃ，ｅ１１□、　−ｏ−ｏ−Ｎ＝Ｎ−ｏ−ＱＣ，。Ｈ２
，’４．４′　−デシルオキシアゾキシベンゼン７７℃
　　　　！２０’０　　　　１２３°ＣＣｒｙｓｔ、−
−令ＳｍＣ今一ΦＮ　　−１＝−４−１ｓｏ。

３）　　Ｃ６１１，３−ｏ（図パシＱＣ６ＩＩ、３２−
（４’−へキシルオキシフェニル）−５−（４−へキシ
ルオキシフェニル）ピリミジン４）　　Ｃ８＋１．□（
べ））Ｃ９１１１９２−（４’−オクチルオキシフェニ
ル）−５−ノニルピリミジン５）　　Ｃ８１１，７０−
＠−ＣＯＯ−＠−ＱＣ５１１１１４′−ペンチルオキシ
フェニル−４−オクチルオキシベンゾエートここで、記
号はそれぞれ以下の相を示す。

Ｃｒｙｓｔ、　：結晶相、　　　　　　ＳｍＡ　：　　
スメクチックＡ相、ＳｍＢ　：　　スメクチックＢ相、
　ＳｍＣ：　　スメクチックＣ相、Ｎ　　：　ネマチッ
ク相、　　　Ｉｓｏ、　　：　　等吉相、以下実施例に
より、本発明を更に具体的に説明する。

実施例１゜ ４−オクチル−４’−［４’　−（３”’　−トリフル
オロメチルへブチルオキシ）ベンジルオキシコピフェニ
ルの製造 下記工程に従い、４−オクチル−４’　［４’　−（３
”　’−トリフルオロメチルへブチルオキシ）ベンジル
オキシコピフェニルを製造した。

工程１）（＋）−ｐ−）ルエンスルホン酸３−トリフル
オロメチルへブチルエステルの製造 ナス型フラスコに（−）−３−）リフルオロメチル−１
−ヘプタツール３．３ｇとピリジン５．７ｇを入れ撹拌
しているところへ、塩化ｐ−１ルエンスルホン酸３．４
ｇを加え１５〜２０℃で４時間反応させた。

その反応溶液は水に注入し、塩酸を加えジエチルエーテ
ルで抽出し、硫酸ナトリウムで乾燥した後、溶媒を留去
し、５．３ｇの（＋）−ｐ−）ルエンスルホン酸、３−
トリフルオロメチルへブチルエステルを得た。

工程２）　（＋）　−ｐ−（３−トリフルオロメチルへ
ブチルオキシ）ベンジルアルコールの製造 ナス型フラスコに１０　ｍ　Ｉｔのエタノールに溶解さ
せたｐ−ヒドロキシベンジルアルコール２．４ｇ。

（＋）−ｐ−）ルエンスルホン酸　３−トリフルオロメ
チルヘプチルエステル５．３ｇを入れ、そこへ水酸化ナ
トリウム０．８ｇをエタノール１０　ｍ　ｊ！に溶かし
た溶液を滴下して加え、６時間加熱還流した後、放冷し
水に注入し、塩酸を加えて酸性にし、有機層をジエチル
舌−テルを用いて抽出した。得られたエーテル溶液は硫
酸ナトリウムで乾燥した後、溶媒を留去し、シリカゲル
カラムクロマドグらフィーで精製した。得られた（＋）
−ｐ　−（３−トリフルオロメチルへブチルオキシ）ベ
ンジルアルコールは４．４ｇ　［（２］ｐ　＋１．０　
［（Ｚ　］Ｌ、＋２．４　（ｃ５．ｏ　　クロロホルム
）であった。

工程３）　４−　［４’　（４’オクチルフエニル）ベ
ンジルオキシ］　−１−（３−）リフルオロへブチルオ
キシ）フェニルの製造。

（＋）　−ｐ−’（３−トリフルオロメチルへブチルオ
キシ）ベンジルアルコール０．５８ｇを塩化チオニル（
１，５ｍＡ’）中で５時間加熱還流させた後に過剰の塩
化チオニルを留去し塩化物を得た。ｐ−オクチルビフェ
ノール０．６２ｇをＴ　ＨＦ　７　ｍ　Ａ’に溶解させ
、水素化ナトリウムを作用させ、あらかじめナトリウム
塩としておいた溶液中に塩化物をジメチルスルホキシド
２ｍｊ’に溶解させたものを滴下して加え、４時間加熱
還流した。反応終了後、反応溶液を水に注入し、塩酸で
酸性にし、ジエチルエーテルを用いて抽出した。エーテ
ル溶液は硫酸ナトリウムで乾燥し、溶媒を留去した後、
シリカゲルカラムクロマトグラフィーにより精製し、０
．５ｇの目的物を得た［α］ル＋３．６　（ｃ　Ｏ，５
ＣＨＣｌ３　）。

実施例２ ５−ドデシル−２−（４’　　−［４’　−（３”　’
　−）リフルオロメチルへブチルオキシ）ベンジルオキ
シ］フェニル〕ピリミジンの製造 下記工程に従い、５−ドデシル−２−（４’　−［４’
　−（３”’−）リフルオロメチルへブチルオキシ）ベ
ンジルオキシ］フェニル〕ピリミジンを製造した。

実施例１の工程１）、’２）の方法で得られた（＋）−
ｐ−（３）リフルオロメチルへブチルオキシ）ベンジル
アルコール０．５８ｇを塩化チオニル（１，５ｍ！り中
で５時間加熱還流させた後に過剰の塩化チオニルを留去
し塩化物を得た。５−ドデシル−２−（ｐ−ヒドロキシ
フェニル）ピリミジン０．６８ｇをＴＨＦ７ｍｉ！に溶
解させ、水素化ナトリウムを作用させ、あらかじめナト
リウム塩としておいた溶液中にジメチルスルホキシド２
ｍＩ！に溶解させた塩化物を滴下して加え、４時間加熱
還流させた。反応終了後、反応溶液を水に注入し、塩酸
で酸性としジエチルエーテルを用いて抽出した。エーテ
ル溶液は硫酸ナトリウムで乾燥し、溶媒を留去した後、
シリカゲルカラムクロマトグラフィーにより精製しＯ，
１７ｇの目的物を得た。［α］Ｌ　＋４．７　（ｃ　１
．ＣＨＣｌ！３　）実施例３ 実施例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。また比較例として実施例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。下に液
晶組成物Ａ、　Ｂ各々の相転移温度及び自発分極を示す
。

〈液晶組成物Ａ〉 ＊ 相転移温度（℃） 〈液晶組成物Ｂ〉 相転移温度（℃） 自発分極（ｎｃ／ｃ　ｒｄ　） 次に２枚の０　、７　ｍｍ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５ｉＯｚを蒸着させ絶縁層とし
た。ガラス板上にシランカップリン剤〔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２００Ｏｒ、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。

さらに表面処理を行ったＩＴＯ膜付きのガラス板上にポ
リイミド樹脂前駆体〔東しく株）　ＳＰ−５１０）２％
ジメチルアセトアミド溶液を回転数２００Ｏｒ、　ｐ、
　ｍのスピンナーで１５秒間塗布した。成膜後、６０分
間、３００℃加熱縮合焼成処理を施した。この時の塗膜
の膜厚は約７００人であった。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ツク位相
板によって測定したところ、約２μｍであった。

ここで先に調製した強誘電性液晶化合物Ａ、　Ｂを各々
等吉相下、均一混合液体状態で作製したセル内に真空注
入した。等吉相から０．５６Ｃ／ｈで徐冷することによ
り、強誘電性液晶素子を作成した。

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（以
後光学応答速度という）を測定した。

その結果を次に示す。

応答速度（ｍ／ｓｅｃ、） 実施例４ 透明電極としてＩＴＯ（Ｉｍｄｉｕｍ　　Ｔｉｍ　　０
ｘｉｄｅ）膜を形成したガラス基板上にポリイミド樹脂
前駆体〔東しく株）製５Ｐ−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：チツソ（株）製ビフ
ェニル液晶混合物〕を注入し、ＴＮ（ツィステッドネマ
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。

前記リクソンＧＲ−６３（９９重量部）に対して、本発
明の実施例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、本発明の液晶性
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。

〔発明の効果〕

本発明の液晶性化合物を有する液晶組成物を用いた液晶
素子は応答性の優れた液晶素子にすることができる。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）下記一般式（１）で表される液晶性化合物。 ▲数式、化学式、表等があります▼（１） （ただし、上記式（１）中、Ｒ＿１は炭素数が１〜１８
   であるアルキル基、Ｒ＿２は炭素数が１〜１２であるア
   ルキル基、Ｘは単結合、−Ｏ−、▲数式、化学式、表等
   があります▼、▲数式、化学式、表等があります▼ある
   いは▲数式、化学式、表等があります▼から選ばれ、Ｙ
   は−ＣＨ＿２Ｏ−あるいは−ＯＣＨ＿２−、Ｚは−ＯＣ
   Ｈ＿２ＣＨ＿２−、あるいは▲数式、化学式、表等があ
   ります▼のどちらかである。▲数式、化学式、表等があ
   ります▼及び▲数式、化学式、表等があります▼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▼あるいは▲数式、化学式、表等があります
   ▼のいずれかから選ばれ、Ｃ＾＊は不斉炭素原子である
   。なお、ｋ、ｍ、ｎはそれぞれ独立に０、１、２の中か
   ら選ばれ、且つｋ＋ｍ＋ｎが２または３となる数である
   。）
2. （２）下記一般式（１）で表される液晶性化合物を少な
   くとも１種類含有することを特徴とする液晶組成物。 ▲数式、化学式、表等があります▼（１） （ただし、上記式（１）中、Ｒ＿１は炭素数が１〜１８
   であるアルキル基、Ｒ＿２は炭素数が１〜１２であるア
   ルキル基、Ｘは単結合、−Ｏ−、▲数式、化学式、表等
   があります▼、▲数式、化学式、表等があります▼ある
   いは▲数式、化学式、表等があります▼から選ばれ、Ｙ
   は−ＣＨ＿２Ｏ−あるいは−ＯＣＨ＿２−、Ｚは−ＯＣ
   Ｈ＿２ＣＨ＿２−あるいは▲数式、化学式、表等があり
   ます▼のどちらかである。▲数式、化学式、表等があり
   ます▼及び▲数式、化学式、表等があります▼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▼あるいは▲数式、化学式、表等があります▼
   のいずれかから選ばれ、Ｃ＾＊は不斉炭素原子である。 なお、ｋ、ｍ、ｎはそれぞれ独立に０、１、２の中から
   選ばれ、且つｋ＋ｍ＋ｎが２または３となる数である。 ）
3. （３）下記一般式（１）で表される液晶性化合物を少な
   くとも１種類含有することを特徴とする液晶組成物を用
   いた液晶素子。 ▲数式、化学式、表等があります▼（１） （ただし、上記式（１）中、Ｒ＿１は炭素数が１〜１８
   であるアルキル基、Ｒ＿２は炭素数が１〜１２であるア
   ルキル基、Ｘは単結合、−Ｏ−、▲数式、化学式、表等
   があります▼、▲数式、化学式、表等があります▼ある
   いは▲数式、化学式、表等があります▼から選ばれ、Ｙ
   は−ＣＨ＿２Ｏ−あるいは−ＯＣＨ＿２−、Ｚは−ＯＣ
   Ｈ＿２ＣＨ＿２−あるいは▲数式、化学式、表等があり
   ます▼のどちらかである。▲数式、化学式、表等があり
   ます▼及び▲数式、化学式、表等があります▼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▼あるいは▲数式、化学式、表等があります▼
   のいずれかから選ばれ、Ｃ＾＊は不斉炭素原子である。 なお、ｋ、ｍ、ｎはそれぞれ独立に０、１、２の中から
   選ばれ、且つｋ＋ｍ＋ｎが２または３となる数である。 ）