JPH03109357A

JPH03109357A - 光学活性化合物及び液晶組成物及びこれを含む液晶素子

Info

Publication number: JPH03109357A
Application number: JP1247716A
Authority: JP
Inventors: Makoto Shiomi; 誠塩見; Mitsuhiro Mukoudono; 充浩向殿; Fumiaki Funada; 船田　文明
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1989-09-22
Filing date: 1989-09-22
Publication date: 1991-05-09
Anticipated expiration: 2010-07-26
Also published as: JPH0768176B2

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】（イ）産業上の利用分野本発明は、新規な光学活性化合物及びそれを含有してな
る強誘電性液晶組成物及びこの組成物で液晶層を構成す
る強誘電性液晶素子に関する。

（ロ）従来の技術現在、最も広く用いられている液晶表示素子はネマチッ
ク相を利用したものであるが、ＩＱＯＱＸ　１００Ｇラ
イン等の大容量表示が困難という欠点を有している。例
えば、通常のツイステッドネマチック（Ｔ　Ｎ　）型液
晶表示素子ではライン数の増加に伴ってコントラストが
低下するので、見栄えのよい１０００Ｘ　１０００ライ
ンなどの大容量表示素子を作ることは事実上不可能であ
る。このＴＮ型液晶表示素子の欠点を改良するためスー
パーツィステッドネマチック（ＳＴＮ）型液晶表示素子
、ダブルス−バーツィステッドネマチック（ＤＳＴＮ）
型液晶表示素子が開発されているが、ライン数の増加と
共にコントラスト、応答速変が低下するという欠点を有
し、現状では１／４００デニーテイーで上下分割駆動法
により１０００　ｘ　８０Ｇライン程度の表示容量とす
ることが限界レベルである。一方、基板上に薄膜トラン
ジスタ（ＴＰＴ）を配列したアクティブマトリックス方
式の液晶表示素子も開発され、１０ｏｏｘ　ｔｏｏｏラ
イン等の大容量表示も技術的には可能であるが、製造プ
ロセスが長く、歩留りが悪いため、製造コストが非常に
高くなるという欠点を有している。

以上のべた問題点を改善する手段として有望視されてい
るのが、ＴＮ型表示素子とは別な原理による液晶デイス
プレィとして提案された強誘電性液晶表示素子（＋１．
Ａ、ｃｌａｒｋ　ｅＬ　ａｌ、、　Ａｐｐｌ、　Ｐｈｙ
ｓ。

Ｌｅｔｔ、、　３６．８９９（１９８０）　）である。

この表示方法は強誘電性液晶であるカイラルスメクチッ
クＣ相、カイラルスメクチック【相などを利用するもの
である。メモリー性を利用する方式であることから、応
答速変の向上にとらなって表示の大容量化が可能であり
、また薄膜トランジスタなどのアクティブ素子を必要と
しないことから、製造コストら上がらない。また強誘電
性液晶素子は視角が広いという長所も兼ね備えており、
１ｏ００ｘ　１０００ライン以上が可能な大容量表示用
の素子として大いに有望視されている。

（ハ）発明が解決しようとする課麗上記のスメクチックＣ相を利用した強誘電性液晶表示に
用いる液晶材料は室温付近を中心に広い温度範囲でスメ
クチックＣ相を示す必要があるのはもちろんのこと、そ
のほかにも種々の条件を満たすことが必要である。まず
、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、二の観点から液晶材料には高い自発分極
と低い粘性とが要求されろ。また、液晶セルに適用した
場合に良好な配向性と双安定性とを得るために、■Ａ　
Ｃ（ｌ５ｏｔｒｏｐｉｃ−３ａｅｃｔｔｃ　Ａ−Ｓｓｅ
ｃＬｉｃ　Ｃ）またはＩＮ　Ａ　Ｃ（Ｉｓｏｔｒｏｐｉ
ｃ−Ｎｅｍａｔｉｃ−８ａｅｃｔｔｃ　Ａ−８ａ＋ｅｃ
ｔｉｃ　Ｃ）という泪系列を液晶材料が呈することが必
要であり、かつネマチック相及びスメクチックＣ相の螺
旋ピッチがセル厚に比べて十分長いことが必要である。

さらに液晶表示のコントラスト、明るさに関係するチル
ト角度も大きな値が望まれる。

しかしながら、現在のところ単一化合物で望まれる条件
を総て満たすことは不可能であり、通常、複数の化合物
を混合して液晶組成物として実用に供している。実用可
能な条件を満たす液晶組成物を作成するためには多様な
性質をもった敗多くの単品液晶化合物が必要となり、と
きには、それ自身液晶性を示さない化合物が液晶組成物
の成分としてに用となる可能性らある。

本発明はこのような状況下でなされたものであり、強誘
電性液晶組成物の応答特性の向上を可能にする新規な光
学活性化合物、それを含有する強誘電性液晶組成物及び
動作温度範囲が広く、良好な配向性が得られ、室温で高
速応答性を示す強誘電性液晶素子をｔＩ％供しようとす
るものである。

（ニ）課麗を解決するための手段及び作用本発明は下記
一般式（Ｉ）（式中、Ｒ１及びＲ１はそれぞれ独立して炭素数ｌ〜１
５のアルキル基を示し、＊はその炭素原子か不斉炭素で
あることを示す。）で表される光学活性化合物、この化
合物を少なくとも一種含有する液晶組成物、及びこれを
用いた強誘電性液晶素子である。

上記式（１）の化合物は、文献未記載の化合物である。

上記式（１）の化合物にはシス体とトランス体とがある
が、いずれら本発明に含まれる。

上記式（ｒ）の定義における“炭素数ｔ−ｔＳのアルキ
ル基“には、メチル、エチル、プロピル、ｉ−プロピル
、ブチル、」−又は２−メチルプロピル、Ｌ−ブチル、
ペンチル、ｌ−又は２−メチルブチル、ヘキシル、１−
又は３−メチルペンチル、ヘプチル、ｌ−又は４−メチ
ルヘキシル、オクチ、ル、ｌ−メチルヘプチル、ノニル
、ｌ−又は６−メチルオクチル、デシル、■−メチルノ
ニル、ウンデシル、ｌ−メチルデシル、ドデシル、ｌ−
メチルウン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。

式（ｒ）の化合物のうち好ましい化合物の例として以下
の化合物を挙げろことができる。

（以下余白）式（ｒ）の化合物は、例えば、対応するカルボン酸を５
塩化リンとの反応によりカルボン酸クロリドに変え、次
に対応する光学活性なアルコールと水素化ナトリウムと
の反応により得られるナトリウムアルコキシドと反応さ
せて得られる。以下に化学式を示す。

Ｒ，ｏ−３−Φ）−ＣＯＯＩＩ　　＋　　ＰＣｌ５−一
−ＲＩＯ−◎う−ＣＯＣＩ上記の光学活性なアルコール
は、例えば、塚本尚、竹１）充範、林　正添、山崎　孝
、北爪１ｉＩ哉「第１３回フッ素化学討論会講演予稿集
」（１９８ｇ）　　４　Ｄ　１１２　　に準じて合成す
ることができる。

上記ナトリウムアルコキシドは、この光学活性なアルコ
ールを、例えばトルエン、脱水したテトラヒドロフラン
等の溶媒に溶解し化学量論的・に過剰の水素化ナトリウ
ムを加えて反応させ反応後未反応の水素化ナトリウムを
濾過によって取り除いて合成される。

上記カルボン酸は、例えば中日一部、拙文−「液晶の製
法と応用」幸書房（１９７４’）に準じて合成すること
ができる。上記カルボン酸クロリドは、このカルボン酸
に化学量論的に過剰の５塩化リンを加え、加熱して反応
させ、反応後減圧蒸留によりＰＯＣｌ　ｓ及び過剰の５
塩化リンを除去して合成されろ。上記カルボン酸クロリ
ドとナトリウムアルコキシドとの反応は、トルエン、テ
トラヒドロフラン等の溶媒に溶解したナトリウムアルコ
キシド溶液に前記ナトリウムアルコキシド合成用の溶媒
と同様の溶媒に溶解した酸クロリドを加え、室温で反応
させた後、加温して行うことができる。式（１）の化合
物は、この反応によって得られた反応混合物を、冷却後
蒸留水を加えエーテル等の溶媒で抽出処理し精製して調
製することができる。

式ＣＩ）の化合物は必ずしも液晶相を示さないが、ノン
カイラルスメクチックあるいはカイラルスメクチック液
晶化合物及び組成物に適量添加することによって、強誘
電性液晶組成物として用いることができる。この添加量
は、通常０．１〜２０重量％（対強誘電性液晶組成物）
である。

一般に強誘電性液晶の応答速度を向上させるには不斉炭
素の近くに強い双極子モーメントを有する基があればよ
い、分子の自由回転が束縛されるとよい（Ｊ、Ｓ、Ｐａ
ｔｅｌ　ａｎｄ　Ｊ、胃、Ｇｏｏｄｂｙ、　Ｏｐｔｉｃ
ａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ、　２６．３７３（１９８
７）　）などが言われている。本発明の化合物は強い双
極子モーメントを有するＣＦ、基が不斉炭素に結合して
おり、しかも、シクロパン骨格が不斉炭素に結合してい
るため、分子の自由回転が制限されていると考えられろ
。

しから、式（Ｉ）の化合物は不斉炭素部分及びその近傍
で折れ曲がる構造を有しており、分子間の回転の制限ら
期待できる。それゆえ、式（１）の化合物：よ潜在的に
大きな自発分極を有することが期待でき、スメクチック
Ｃ相を呈する液晶化合物又は組成物に適量添加すること
によって応答特性を向上させることができる。

上記スメクチックＣ相を呈する液晶化合物及び組成物と
しては、当該分野で知られた種々の化合物及びそれを用
いた組成物かあり、その具体例としては下記一般式（Ｉ
Ｉ）、（１）、（ＩＶ）で示される化合物が挙げられろ
。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。

Ｒ２−Ａ−０−Ｄ−■−Ｂ−Ｒ，’　　　（ＩＩ）Ｒ３
−＾べ３−ｏ−■−Ｅイ巨−Ｂ−Ｒ，（［［Ｉ）Ｒ，−
Ａ−（◎）、−Ｄ−０−（ＣＭ）Ｂ−Ｒ４（ＩＶ）（式
中、Ａ及びＢはそれぞれ単結合、またはＣｏｏ−、−０
ＣＯ−、−ＣＩＩ＝ＣＨ−ＣＯＯ−、−０ＣＯ−ＣＨ＝
ＣＨ−、−０−、−Ｓ−。

−ｏｃｏｏ−もしくは−〇〇−の基を示す。Ｄ及びＥは
、それぞれ、単結合、又は−ＣＯＯ−、−０ＣＯ−、−
ＣＨ−Ｎ−、−Ｎ＝ＣＨ−、−ＣＨ＝ＣＨ−、−Ｃ＝Ｃ
−、−ＣＨ＝ＣＨ−Ｃ００−、−０ＣＯ−ＣＩｌ＝ＣＩ
（−。

−ＣｌｌｔＣＨｔ−、−０ＣＨｔ−、−ＣＨｔＯ−、−
ＣＯＳ−もしくは−８ＣＯ−の基を示す。○、■及び＠
はそれぞれ独立してベンゼン環、シクロヘキサン環、ビ
シクロ［２，２，２］オクタン環、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、ビ
ラン環、ジオキシシクロヘキサン環などの含六員環基を
示し、これらの含水員環基中の水素原子はフッ素原子、
塩素原子、臭素原子、シアノ基、ニトロ基、低級アルキ
ル基、低級アルコキシ基、又は重水素で置換されてらよ
い。Ｒ３及びＲ４はそれぞれ独立して、直鎖状または分
枝状で炭素数１−１５のアルキル基を示し、アルキル基
中に不斉炭素が含まれていてもよい。ｐは【又は２の整
数を示す。）（ホ）実施例実施例１（Ｒ）−４′−ｎ−才クチルオキシ−ビフェニル−４−
カルボン酸−２，２，２−トリフルオロ−１−（２−へ
キシル−（ｚｓ、２Ｒ）−（トランス）−シクロプロピ
ル）エチルエステル（（■）式においてＲ。

＝Ｃ＋Ｈ＋ｔ、Ｒｔ＝ＣｅＨ１，）の製造４′−〇−オ
クチルオキシービフェニルー４−カルボン酸０．５９　
（１，５ミリモル）に５塩化リン０．４ｇ（１，９ミリ
モル）を加え、８０℃に加熱して反応させる。反応後、
減圧蒸留によりＰＯＣ１ｓ及び過剰の５塩化リンを完全
に除去し、４′−ｎ−才クチルオキシ−ビフェニル−４
−カルボン酸クロリドを得た。次に、（Ｒ）−２，２，
２−トリフルオロ−１−（２−ヘキノル（Ｉｓ、２Ｒ）
−（トランス）−シクロプロピル）エタノール０．３９
　（１，５ミリモル）をトルエン１０ｍｇに溶解し、水
素化ナトリウム０．０５ｇ（２ミリモル）を加え反応さ
せる。未反応水素化ナトリウムを濾過により取り除きナ
トリウム（Ｒ）−２，２，２−トリフルオロ−１−（２
−へキシル−（ＩＳ、２Ｒ）−（トランス）−シクロプ
ロピル）エトキシドを得た。１０ｘ（ｌのトルエンに溶
解した酸クロリドを加え、室温で１２時間放置した後、
８０℃に加温し、そのまま３時間保ってから冷却する。

その後、蒸留水に加え、エーテルで抽出する。

エーテル層を水で洗い、Ｎａ＊ＳＯ＋で乾燥する。エー
テルを留去し、残留物を液体クロマトグラフィー（カラ
ム：　Ｃ１ｇ−５ｉｌｉｃａ、移動相溶媒：メタノール
）で精製し、目的とする（Ｒ）−４′−ｎ−オクチルオ
キシ−ビフェニル−４−カルボン酸−２，２，２−トリ
フルオロ−１−（２−へキシル−（ｉｓ、２Ｒ）−（ト
ランス）−シクロプロピル）エチルエステルを得た。こ
の化合物の赤外スペクトルを第１図に示す。この化合物
の比旋光度は５０．０’であうｒコ。

この化合物は液晶相を呈さないが液晶組成物の成分とし
て利用することができる。

実施例２液晶組成物の製造実施例！で製造した（Ｒ）−４′−ｎ−オクチルオキシ
−ビフェニル−４−カルボン酸−２，２，２−トリフル
オロ−１−（２−へキシル−（Ｉｓ、２Ｒ）−（トラン
ス）−シクロプロピル）エチルエステルの２重量部を第
２表に示すノンカイラル・ビリミノン液晶組成物９８重
量部に添加した液晶組成物（Ａ）を作成した。

この液晶組成物（Ａ）は室温でスメクチックＣ相を示し
、その転移点は４１’Ｃ６８℃　　７０℃ ５ｃ−−−→ＳＡ−−−→Ｎ−−−→■（ここでＳＣ，
ＳＡ、Ｎ、ＩはそれぞれスメクチックＣ相、スメクチッ
クＡ相、ネマチック相、等方性液体を示す）であった。

液晶素　の作　とその特性２枚のガラス基板上にＩＴＯ幕を形成し、この上にＳｉ
ｎ！を介在させてポリビニルアルコール膜を塗布しラビ
ングした。次にこの２枚のガラス基板をセル厚２μｍで
張り合わせ、このセルの中に液晶組成物（Ａ）を注入し
１為注入後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℃／ｌ１ｉｎで室温まで冷却す
ることにより良好な配向を得た。

この液晶セルを２枚の直交する偏光子の間に設置し、Ｖ
ｐ−ｅ＝　２０　ｖの矩形波を印加したところ透過光強
度の変化が観察された。透過光強度の変化により求めた
応答速度は、２５℃で３１０μｓｅｃ。

チルト角度は９．５°であった。

（へ）発明の効果この発明によれば、一般式（Ｔ）で表される光学活性化
合物を提供することかできる。この光学活性化合物をノ
ンカイラルスメクチックあるいはカイラルスメクチック
液晶化合物及び組成物に添加することにより、室温を中
心に広い温度範囲でスメクチックＣ相を示し、かつ高速
応答性を示す液晶組成物を得ることができる。また、該
液晶組成物を表面に透明電極と絶縁膜と配向膜とが順に
積層されたガラス基板の１対の間に介在させることによ
り、配向性が良く、高コントラストで明るく動作温度範
囲の広い、大容量の強誘電性液晶素子を得ることかでき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の実施例で製造した（Ｒ）−４’−
ｎ−オクチルオキシ−ビフェニル−４−カルボン酸−２
，２，２−トリフルオロ−１−（２−へキシル−（ＬＳ
、２Ｒ）−（）ランス）−シクロプロピル）エチルエス
テルの赤外線スペクトルの図である。

Claims

【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 ）（式中、Ｒ＿１及びＲ＿２はそれぞれ独立して炭素数１
〜１５のアルキル基を示し、＊はその炭素原子が不斉炭
素であることを示す）で表される光学活性化合物。２、下記一般式（ I ） ▲数式、化学式、表等があります▼（ I ）（式中、Ｒ＿１及びＲ＿２はそれぞれ独立して炭素数１
〜１５のアルキル基を示し、＊はその炭素原子が不斉炭
素であることを示す）で表される光学活性化合物を少な
くとも１種含有することを特徴とする強誘電性液晶組成
物。３、液晶層が、下記一般式（ I ） ▲数式、化学式、表等があります▼（ I ）（式中、Ｒ＿１及びＲ＿２はそれぞれ独立して炭素数１
〜１５のアルキル基を示し、＊はその炭素原子が不斉炭
素であることを示す）で表される光学活性化合物を少な
くとも１種含有する強誘電性液晶組成物で構成されるこ
とを特徴とする液晶素子。