JPH01311052A - 光学活性化合物及びその用途 - 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〕 本発明は新規な光学活性化合物、液晶組成物及び光スイ
ツチング素子に関する。

〔従来の技術〕

液晶表示素子の表示方式として現在広く実用に供されて
いるものは、ねじれネマチック型（Ｔｌｌ）及び動的散
乱型（Ｄｓ）である。これらはネマチック液晶を主成分
としたネマチック液晶セルによる表示であるが、従来の
ネマチッ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ック液晶セ
ルの応用範囲を制約する一因となっている。これに対し
て最近スメクチック液晶セルを用いればよシ高速な応答
が得られることが明らかになってきた。

光学活性なスメクチッ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シ、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
，Ｅ、メイヤー（Ｒ，Ｂ。

Ｍｅｙｅｒ　）ら〔ジュルナール・ド・フイジーク（Ｊ
、　Ｐｈｙｅ、　）、第３６巻、第Ｌ６９頁（１９７５
）］によ＃）最初に合成されたが、それは、４−（４−
ｎ−デシルオキシベンジリデンアミノ）−２−メチルブ
チルシンナメー）　（ＤＯＢＡＭＥＯ）を代表列とする
シップ塩基系の化合物であシ、これが特定の状態、例え
ばカイラルスメクチック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、ム、クラーク
（ＬＡ、Ｑｕａｒｋ　）ら〔アプライド・フィツクス・
レターズ（ムｐｐ１．Ｐｈｙｅ、Ｌｅｔｔ、　）第３６
巻、第８９９頁（１９８０）］によシ、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、これが契機となって強誘電性液晶はその高
速応答性やメモリ性？利用して、液晶テレビ等のデイス
プレィ用のみならず、光プリンターヘッド、光フーリエ
変換素子、ライトパルプ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？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、液晶化合物あるいは組成物自身が安定で
あシ、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、ＤＯＥＡＭＥＣなどのシッフ塩基型の化合物は
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室温より４０℃以上高温側にあるな
ど、実用に適するものではなかった。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
自発分極分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、光安定性に浸れ、自発分
極が大きく、かつカイラルスメクチックＣ相の温度範囲
の広い新規光学活性化合物を得ることにある。また本発
明はこのような光学活性化合物あるいは液晶組成物を用
いて高速応答性を有する表示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〕

本発明金、眠説すれば、本発明の第１の発明は光学活性
化合物に関する発明であって、下記−般式ｌ： （但し、又は塩素あるいはフッ素を示し、ｍは１あるい
は２、Ｒ１は炭素数４以上のアルキル基、アルキルオキ
シ基？、Ｒ１は炭素数４以上のアルキル基を示し、Ｒい
Ｒ８は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。

また、本発明の第２の発明は液晶組成物に関する発明で
あって、第１の発明の光学活性化合物の少なくとも１種
を成分として含有することを特徴とする。

そして、本発明の第３の発明は光スイツチング素子に関
する発明であって、第１の発明の光学活性化合物、ある
いはこの化合物の少なくとも１ａｌを成分として含有す
る液晶組成物を使用して構成されることを特徴とする。

一般式（りの化合物は、分子の長軸に対して横方向にフ
ッ素及び塩素？含有しているほか、更にこれ以外に不斉
炭素にカルボニル基？直接結合させている場合もあるた
めに、高い旋光性を有している。また、中心骨格はビフ
ェニルカルボン酸エステルあるいは安息香酸フェニルエ
ステル構造を有しており、更に分子の両末端に長鎖アル
キル基（炭素数４〜１８が好ましい）が存在するのでそ
れ自身が液晶性を示すものである。

また、複数のフッ素が含まれることにより表面エネルギ
ーの低下が起こるため、強誘電性液晶に不可欠な薄いセ
ル内において、ドメインの回転に対する抵抗が非フツ素
系化合物に比較して減少することが予想され、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。

〔化合物の製法〕

本発明における一般式（１）の光学活性液晶化合物は、
飼えば次のような合成経路に従って製造することができ
る。

Ｆ 上記製造過程を概説すると、始めにハロゲン化−４−ヒ
ドロキシ安息香酸類（１１）をパーテヤルらの報告ＣＪ
、　Ｍ、　Ｂｉｒｏｈａｌｌ　　ほか、ジャーナル・オ
ブ・ケミカル・ンサエテイ（Ｊ、　Ｃｈｅｍ、　８ｏｃ
、）。

１９７１年、第１３４５頁〕に記載されている方法に従
い、クロロフルオロベンゾニトリル類と水酸化ナトリウ
ムとの反応で製造する。

ここで使用する５−クロロテトラフルオロベンゾニトリ
ル又はへ５−ジクロロトリフルオロベンゾニトリルは石
川らの報告（高岡昭生、石川延男ほか、日本化学会誌、
１９８５年、第２１５５頁）に準じてペンタクロロベン
ゾニトリルから製造できる。次にこれらを酸触媒の存在
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
（ｉｌｌ）を製造する。但し２級アルコールとの反応で
は、上記の反応も適用可能であるが、よシ好ましくは、
上記パーチャルらの報告に準じ、クロロフルオロベンゾ
ニトリル類の４−位ハロゲンをメトキシ基に変え、アル
カリによジニトリル基を加水分解してカルボン酸とし、
酸クロライドとした後エステル化し、次いで脱メチル化
して（ｉｌｌ）　ｅ製造する方が光学純度の高い目的化
合物を製造することができる。

最後に酸クロライド（ＩＶ）とヒドロキシエステル化合
物（ｉｌｌ）とをピリジン等の塩基の存在下に反応させ
て一般式（１）の化合物を製造することができる。

〔実ｍ例］ 以下、本発明を実施列により史に具体的に説明するが、
本発明の適用範囲はこれらの実ｍ例によって限定される
ものではない。

実施列１ 化合物■ ４−ヒドロキシ−６−クロロトリフルオロ安息香酸２５
を及び光学活性−２−メチルブタノールａａｒをｐ−）
ルエンスルホン酸Ｌ５ｆ。

トルエン５７０ｙｄ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３２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７、エーテル
を留去してヘキサン−クロロホルムｔｇｍとしてシリカ
ゲルのカラムを通し、３−クロロ−４−ヒドロキシトリ
フルオロ安息香酸−（２−メチルブチル）エステルＣＭ
）’を得た次に４−デシルオキシ安息香ｄ　１．５　ｔ
を塩化チオニル２０−と加熱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
溶液を上記化合物（ｉｌｌ）　１．５　ｔのピリジン４
０−の溶液に徐々に加えて５５〜７１℃で８時間反応さ
せ、−夜放置後水に注いでトルエンで抽出し、トルエン
溶液を冷戻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ィで精製し、更にヘゲ
タン？用い低温で再結晶して、化合物■〔一般式（１）
においてＲ１＝　ＣＩＩＨ１ＩＯ１Ｒ２＝　ａｎ、ｃ＊
［ｃａ、）ｃ、ｇ、　、ｍ　＝　１、Ｘ＝ＩＰの化合物
］ｆ：製造した。

この化合物を透明電極の間隙が約５μｍのガラスセルに
封入し、±５Ｖ、ＩＨ！ｓの電界金印加しながら偏光顕
微鏡で観察すると、ＴｊＡ度降下時に１４℃まで電界の
反転に伴いドメインも反転するのが認められた。その他
の相転移温度は表１に示しである。なおＣｒｙは結晶状
態、Ｓｅｔは強誘電性のカイラルスメクチック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はスメクテツクム相、工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ックであることを示してい
る。

この化合物を成極間隙１２０μｍのセルに封入し、宮里
らが報告している三角波法（Ｋ、宮里、日、アベ、Ｈ，
タケゾエ、Ａ、フカダ及びＥ、クゼ＜　ＬＭｉｙａｓａ
ｔｏ　％８．Ａｂａ　％Ｈ，Ｔａｋｅｚｏｅ　、　ム、
　Ｆ’ｕｋａｄａ　。

ＬＫｕｚｅ　）、　ジャパニーズ・ジャーナル・オプ・
アプライド・フイジクス（Ｊｐｎ、　Ｊ−Ａｐｐｌ、　
Ｐｈｙｓ、）。

１９８３年、第２２巻、第し６６１頁〕で自発分極を測
定したところ、その値は１５　ｎｃ！／ｃＭ”であった
。

実施列２ 化合物■ 光学活性−２−メチルブタノールの代わ）に光学活性−
２−オクタツールを用いる以外は実施列１と同様にして
化合物■〔一般式（１）においてＲ１””　Ｃ１＠Ｈ２
ｌＯ１Ｒ１＝　Ｏ＊Ｈ（ＯＨ１）Ｃ＠Ｈ，、、ｍ　＝１
、ｘ＝ｙの化合物〕を製造した。

この化合物の転移温度を表１に示す。また実施列１と同
様にして測定した自発分極の値は６７ｎｃ／ＣｆＲ”で
あった。

実施例６ 化合物■ ４−デシルオキシ安息香ｄｏ代わシに４′−オクチルオ
キシ−４−ビフェニルカルボンｃｉＲｔ用いる以外は実
施列１と同様にして化合物■〔−般式（１）において、
Ｒ１＝　ＣＩＨｆｆＯｌＲ，＝ＯＨ，Ｏ＊Ｈ（ＯＨ，）
Ｃ，Ｅｌ、、　ｍ　＝　２、Ｘ＝Ｆの化合物］を製造し
た。この化合物の転移温度は表１に示した通りである。

また実施ｇＡＪ１と同様にして測定した自発分極の値は
１２　ｎｏ／ｃｙ＋＋”であった。

実施列４ 化合物■ ４−デシルオキシ安息香酸の代わ９に４′−デシルオキ
シ−４−ビフェニルカルボン酸および光学活性−２−メ
チルブタノールの代わりに光学活性−２−ブタノールを
用いる他は実施列１と同様にして化合物■〔一般式（１
）においてＲ１”　Ｃｔｏ）Ｉｔ＋　０、Ｒ，＝　Ｏ＊
Ｈ（ＯＨ，）Ｏ，Ｈ，、ｍ　＝　２、Ｘ＝Ｆの化合物〕
を製造した。

この化合物の転移ｆＡ度は表１に示した通９である。ま
た実施列１と同様にして測定した自発分極の値は６０　
ｎｏ　／　ｃＩｎ”であった。

実施列５ 化合物■ ４−デシルオキシ安息香酸の代わシに４′−オクチルオ
キシ−４−ビフェニルカルボン酸および光学活性−２−
メチルブタノールの代わシに光学活性２−オクタツール
を用いる他は実施列１と同様にして化合物■〔一般式（
１）においてＲ１＝　Ｃ，Ｈ，、ＯｌＲ，＝　ｃ＊ｎ（
ａｎ、）ｃ、ｎ、、、　ｍ　＝　２、Ｘ＝７の化合物〕
を製造した。

この化合物の転移温度は表１に示してろる。

実施列６ 化合物■ ４−ヒドロキシ−３−クロロトリフルオロ安息香酸に代
えて４−ヒドロキシ−４５−ジクロロジフルオロ安息香
酸、光学活性−２−メチルブタノールに代えて光学活性
−２−オクタツール、４−デシルオキシ安息香酸に代え
て４′−デシルオキシ−４−ビフェニルカルボン酸を用
いる以外は実施列１と同様にして化合物■〔一般式（り
においてＲ，＝Ｃ！、。Ｈ，，０％　Ｒ，＝　Ｃ＊Ｈ（
ＯＨ，）ｃ、ｎ、１、　ｍ　＝　２、Ｘ　＝　ＣＬ　の
化合物］を製造した。

この化合物の転移温度は表１に示した通りである。

実施例７ 化合物の ４−デシルオキシ安息香酸の代わりに光学活性−４’−
（１−メチルへブチル）−４−ビフェニルカルボン酸、
光学活性−２−メチルブタノールの代わりに１−オクタ
ツールを用いる以外は実施列１と同様にして化合物の〔
一般式（１）％式％ ｍ＝ｘ　２、Ｘ＝Ｆの化合物〕を製造した。

この化合物の転移温度は表１に示しである。

また実施例１と同様にして測定した自発分極の値は５４
　ｎ　Ｃ／　ｃｒｓ”であった。

表　　１ ■　　　Ｃ璽・Ｈ，鵞０　　１　　　１’　　　　２Ｍ
Ｂ　　　　・２３　　（・　１４）　　　　−５２。

■　　　０ｘＪｔｔＯＩ　　　　Ｆ　　　　ＩＭＨ・２
５　　　（・　２０）　　　　・　５０　　　　。

■　　　　Ｃ・Ｈ１テ０　　　　　２　　　　　Ｆ　　
　　　２ＭＢ　　　　　・６４　　　　　・　　９９　
　　　　・１１９　　　　　・■　Ｃ３゜Ｈ！Ｉ０２　
　Ｆ　　ＩＭＰ　　−７１，１１２，１２６。

■　　　　ｃ、ｇ、、ｏ　　　　　　２　　　　　ＩＦ
　　　　　ＩＡＩＨ−６５−１０１−１２４−■　Ｃｔ
ｏＨｔｌｏ　　２　　Ｃ！、　　ＩＭＨ，６６・９１　
　　・１２５　　・の　　　　　１１１Ｈ２ニー　　　
Ｃ５Ｈ１丁　　　・７４　　（・　６５）　　　・　９
８　　　　・２ＭＢは光学活性−２−メチルブチル基、
ＩＭＨは光学活性１−メチルヘプチル基、ＩＭＰは光学
活性１−メチルブチル基を示す。

実施列８ （液晶組成物〉 実施ガ１における化合物■の１５重量部に対して、ノン
カイラルのスメクチック液晶である下記構造式の４’−
（２−メチルブチル）−４−ビフェニルカルボン酸（４
−へキシルオキシフェニル）エステル３４這址部、及び
４′−オクチルオキシ−４−ビフェニルカルボン酸（４
−ペンチルオキシフェニル）エステル５１　重３１１１
１混合して液晶組成物を調製した。

この液晶組成物は１０〜５２℃の範囲で８ｃ本相を示し
、その温度範囲がそれぞれ単独の化合物に比較して著し
く拡大された。

実ｍ列？ く液晶組成物〉 実施例２〜４における化合物■〜■のそれぞれ１１．１
５、及び１８重量部に対して、実施例８におけるノンカ
イラルのスメクチック液晶をそれぞれ３０及び２６重量
部混合して液晶組成物を調製した。この液晶組成物は８
〜６４℃の範囲で８Ｃ率相を示し、その温度範囲がそれ
ぞれ単独の化合物に比較して著しく拡大された。

以上２つの実施例で示したように、構造の異なる液晶化
合物を混合することによシ・単独で用いるよりも広い温
度範囲、しかも室温の上下でカイラルスメクチック０液
晶となる液晶組成物を得ることができる。

実施例１０ （光スイツチング素子〉 透明電極上のポリイミド膜にラビング配向処理を施し、
アルミナ粉末により電極間隙を約３ｐｍ　に保持したガ
ラスセルに、実施例７で得られる化合物のを加熱して等
方性液相として充填した。このセルを徐冷して８Ｃ率相
を出現させ、６７℃に保持し、±２０７，１０１Ｚの方
形波を印加したときの透過光強度の変化を光電子増倍管
で測定した結果、光強度００〜９０％変化で定義した応
答時間は８２μ８ｅａであり、高速な応答性を示した。

実施列１１ （光スイツチング素子〉 実施ｆＲ８及び９で調製した液晶組成物を用いて、実施
ｆｌＩＪ１ｏと同様にしてセルを炸裂した。

測定温度を２５℃とする以外は実施ＦｐＱ１Ｑと同一条
件で求めた応答時間はそれぞれ１８０及び５７μｓｅｃ
であシ、高速な応答性？示した。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、一般式（１）で示
される光学活性化合物、あるいはこの光学活性化合物の
少なくとも１種を成分として含有する液晶組成物？用い
ることにょシ、カイラルスメクチックＣ液晶相の温度範
囲が従来の非ハロゲン系材料よシも低下するため、室温
を含む広い温度範囲で動作し、また自発分極が大きいた
めに表示素子として用いる場合に高速応答性が可能とを
る。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、下記一般式 I ： ▲数式、化学式、表等があります▼・・・（ I ） （但し、Ｘは塩素あるいはフッ素を示し、ｍは１あるい
   は２、Ｒ＿１は炭素数４以上のアルキル基、アルキルオ
   キシ基を、Ｒ＿２は炭素数４以上のアルキル基を示し、
   Ｒ＿１、Ｒ＿２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化合物。２、請求項
   １記載の光学活性化合物の少なくとも１種を成分として
   含有することを特徴とする液晶組成物。 ３、請求項１記載の光学活性化合物、あるいはこの化合
   物の少なくとも１種を成分として含有する液晶組成物を
   使用して構成されることを特徴とする光スイッチング素
   子。