JPH03197444A - 三状態強誘電性条件で駆動させるための液晶電気光学素子 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、光学活性含ハロゲンアルコールのエステルま
たはエーテルよりなる新規な含ハロゲン液晶化合物に関
する。

− 本発明の液晶化合物は、いずれも双安定状態を示す強誘
電性液晶化合物であるが、前記ハロアルキル基がＣＦ、
またはＣ２Ｆ、の場合には、新しいタイプである三状態
（王女定状態）を示す強誘電性液晶化合物である。

〔従来技術〕

液晶を用いた電気光学装置としては、ＤＳＭ形、ＴＮ形
、Ｇ−Ｈ形、ＳＴＮ形などのネマチック液晶を用いた電
気光学装置が開発され実用化されている。しかしながら
、このようなネマチック液晶を用いたものはいずれも応
答速度が数ｍから数十ｍ５ｅｃと極めて遅いという欠点
を有するため、その応用分野に制約がある。ネマチック
液晶を用いた素子の応答速度がおそいのは分子を動かす
トルクが基本的に誘電率の異方性に基づいているため、
その力があまり強くないためである。このような背景の
中で、自発分極（Ｐ　ｓ）を持ち、トルクがＰｓＸＥ（
Ｅは印加電界）に基づいているため、その力が強く、数
μｓｅｃから数十μｓｅｃの高速応答が可能な強誘電性
２ 液晶がＭｅｙｅｒらにより開発され（Ｌ　ｅ　Ｊ　ｏｕ
ｒｎａｌｄｅ　Ｐ　ｈｙｓｉｑｕｅ、　３６巻、　１９
７５．　Ｌ−６９）、又、特開昭６３−３０７８３７号
には、さらに新しい強誘電性液晶が開示されているが本
発明とは別の化合物であり、とりわけ後述する″三状態
″についての開示はない。

強誘電性液晶を用いた高速電気光学装置が既にいくつか
提案されている。

代表例を挙げ九ば、壁面の力でねじれ構造を解き壁面と
平行となった２つの分子配向を印加電界の極性により変
化させるものである（例えば特開昭５６−１０７２１６
号参照）。

前記のものは、第１図の電界応答波形に示すような理想
の二状態（層状態）を呈する化合物の存在を前提にした
ものである。しかしながら現実は前記の理想の二状態を
呈する化合物は発見されておらず、これまでに合成され
た二状態液晶の電界応答波形は第２図のようになってし
まい、第１図のような応答波形は得ら九でいない。第２
図のような応答波形を示すものを例えば光のスイッチン
ク回路に利用しようとすると、印加電圧が○から■側に
変化するにつれて徐々に透過率が変化する形であるため
、単純にＯＮ。

ＯＦＦの印加電圧変化では充分目的を果すことかできな
いのが実状である。さらにこれまで合成されている二状
態液晶は無電界時のＳ＊ｃ相段階において理想の分子配
向状態であるモノ１くメイン状態をつくることが難しく
、ディスクリネーション（欠陥）を生じたり、ライスＩ
〜とよば九る分子配向の乱れを生ずる。そのため大面積
で前記理想の２状態配向を実現することは困難である。

さらに、閾値（１１１度が所定値変化する電圧）が低い
ので、ダイナミック駆動を行った場合にコン１〜ラス１
−が低下したり、視野角範囲が狭くなったりする。また
、これまでに合成された二状態液晶は第１図のようなヒ
ステリシスを示すことができず、第２図のようなヒステ
リシスしか示せないためメモリー効果がない。したがっ
て５液晶に安定なＳ”ｃ相における応答を保持させるた
めには、第２図のυ３の電圧を印加しつ− づけるか、あるいは高周波をかけつづけておかなければ
ならず、いずれにしてもエネルギーロスが大きい。

結局、強誘電性液晶で得られる印加電界と分子配向の強
い結合を効果的に利用した高速液晶電気光学装置が望ま
れているものの、従来の強誘電性液晶電気光学装置では
、まだ多くの問題が残されているのが実状である。

そこで、本発明では、二状態の新規液晶化合物を提供す
るのみではなく、無電界で明暗コントラストのはっきり
した三つの安定な分子配向状態を実現し、明確な閾値特
性と第３図に示したような明確なヒステリシスを出現さ
せ、また容易にダイナミック駆動を実現し、さらに高速
応答を可能とした三状態を利用した液晶電気光学装置に
おいて使用できる新規液晶化合物をも提供することを目
的とするものである。

〔目　　的〕

本発明の目的は、新規な双安定状態を示す液晶化合物を
提供する点にある。

４ 本発明のもう１つの目的は、キラスメクチック相を示す
強誘電性液晶および従来の双安定状態相であるキラスメ
クチックＣ相（Ｓ　”ｃ相）とは異なる、全く新しい三
状態を有する新規な強誘電性液晶を提供する点にある。

前記「三状態を有する」とは第一の電極基板と所定の間
隙を隔てて配置されている第一の電極基板の間に強誘電
性液晶が挟ま牲でなる液晶電気光学装置において、前記
第−及び第二の電極基板に電界形成用の電圧が印加され
るよう構成されており、第４図Ａで示される三角波とし
て電圧を印加したとき、第４図りのように前記強誘電性
液晶が、無電界時に分子配向が第一の安定状態（第４図
りの■）を有し、かつ、電界印加時に一方の電界方向に
対し分子配向１ｒｉ前記第一の安定状態とは異なる第二
の安定状態（第４図りの■）を有し、さらに他方の電界
方向に対し前記第−及び第二の安定状態とは異なる第三
の分子配向安定状態（第４図りの■）を有することを意
味する。なお、この王女定状態すなわち三状態を利用す
る液晶電気光学装置については本出願人は特願昭６３−
７０２１２号として出願している。

これに対して、［市販のネマチック液晶」やこれまでに
合成された二状態液晶は、第４図Ｂ。

Ｃでみられるとおり、三つの安定状態を有していない。

この新しい三状態強誘電性液晶は従来のネマティック型
液晶と較べて液晶デイスプレィとしたとき画期的効果を
発揮する。

従来型は、駆動方式がアクティブマトリックス方式とい
う大へん複雑な構造をとる必要があったのに対し、三状
態強誘電性液晶は単純なマトリックス形表示ですむ。こ
のため従来型の場合は生産工程が複雑となり、画面の大
型化は困難であり、製造コストも高いものになるのに対
し、三状態強誘電性液晶の場合は生産工程が簡単であり
、画面も大型化が可能となり、製造コストも安価にでき
るという画期的なものである。

本発明の１つの目的は、この三状態強誘電性を示す新規
な液晶を提供する点にある。

〔本発明の構成〕

本発明は、−形式 〔式中、Ｒ工は炭素数３〜１８のアルキルまたはアラル
キル基、Ｒ２は炭素数１〜１８、好ましくは３〜１４の
アルケニル基、 Ｒ３はＣＦ３またはＣ２Ｆ、、Ｘはｏ、　ｃｏｏ、　ｏ
ｃｏまたは単結合、ＹはＣＯＯ，ＯＣＯ，ＣＨ２Ｏまた
は０ＣＨ２、ＡおよびＢは環状基を示す。〕で表わされ
る化合物よりなることを特徴とする液晶化合物に関する
。

とりわけ、前記液晶化合物のなかでも一般式で示される
化合物（式中Ｘ＝１〜１２）よりなる液晶化合物が好ま
しい。

前記環状基としては、 ７− 等の環状基（水素原子の１つまたは２つが））ロゲンと
置換されていてもよい。）を挙げることができる。

本発明の液晶化合物は、下記の一般式 で示される光学活性ハロアルカノールを原料として製造
することができる（Ｒ１−Ｒａは前記のとおり）。

このアルコールは、不斉合成や光学分割等により得るこ
とができる。特に光学純度の高いものは、酵素または酵
母類または細菌類を用いる方法が有効である。合成方法
の一例を以下に示す。

トリフルオロ酢酸エチルとアルキルブロマイドのグリニ
ヤール試薬とを反応させてトリフルオロアルキルケトン
を得る。このケトン体を水素化硼素ナトリウムにて還元
して１−トリフルオロ−２−アルカノールを得た後、ア
セテートエステルに誘導する。このエステル体を酵母や
細菌類により立体選択的加水分解して、（Ｒ）体または
（Ｓ）体の光学活性１−トリフルオロ−２−アルカノー
ルを得る。

（以下余白） ＣＦ３ＣＯＯＲ ↓ＣｎＨ２ｎ、、、、−ＭｇＢｒ δ１（ ＣＦ３Ｃ１ｌ−ＣｎＨ７ｎ＋１ ♂Ａｃ つぎに、本発明の液晶化合物の合成方法の例を示す。４
−ベンジルオキシ安息香酸を塩化チオニル等の塩素化試
薬により酸塩化物とし、（Ｒ）（＋）−または（Ｓ）−
（−）−）−リフルオロ−２−アルカノールと反応させ
エステルを得る。このエステルを脱ベンジルした後、得
られたフェノール体と４−アルキルオキシ−４′−ビフ
ェニルカルボン酸の塩化物を反応させて得ることができ
る。

４−ベンジルオキシ安息香酸 （Ｒ）−（＋） ↓　ＮａＯＨ水溶液 ＣＦ〆−Ｃｎｔ１２ｎ＋。

（Ｓ）−（−） 上記のトリフルオロ酢酸エチルに代えてモノフルオロ酢
酸エチル、ジフルオロ酢酸エチル、ペンタフルオロ酢酸
エチルおよびトリクロＯ酢酸エチルをもちいて同様の方
法で対応する光学活性１−　ハロアルキル−２−アルカ
ノールを得ることができる。

４−ベンジルオキシ安息香酸グロリド １ また、本発明の液晶化合物は、ジシクロへキシル力ルボ
ジイミ１〜等の縮合剤を用いた４−アルキルまたは４−
アルコキシ−４′−ビフェニルカルボン酸と光学活性ハ
ロアルカノールのフェノール誘導体との脱水縮合反応に
よっても合成することができる。

本発明で使用する好ましい光学活性含ハロゲンアルコー
ルの例として次のものが挙げられる。

１、］、、］１−トリフルオロー２−ヘキサノール１１
．１−トリフルオロ−２−ヘプタツール１、］、、］、
、−］］トリフルオロー２−オクタツール１．１−トリ
フルオロ−２−ノナール１．１．１−トリフルオロ−２
−デカノール１、．１．１−トリフルオロ−２−ウンデ
カノール］、、　、　１．　、１．−　トリフルオロ−
２−ドデカノール１．１．１−トリフルオロ−２−トリ
デカノール１．１．、］−）−］リフルオロー２−テト
ラデカノール１、１．　、１−トリフルオロ−２−ペン
タデカノール１．１．．１−トリフルオロ−２−ヘキサ
デカノール１．１，１．−トリフルオロ−２−ヘプタデ
カノール１２− ］、、１．．１−１〜リフルオロ−２−オクタデカノー
ルさらに、トリフルオロ基に代えて、モノフルオロ基、
ジフルオロ基、ペンタフルオロ基、ジクロロモノフルオ
ロ基等が挙げら九る。

本発明の液晶化合物の例としては、 −１４＝ 等の化合物が挙げられる。光学活性化合物およびその液
晶誘導体は（Ｒ）体および（Ｓ）体が存在するが、その
光学純度は高い方が好ましいがとくに限定するものでは
ない。

本発明の前記−形式で示す液晶化合物のうち。

王女定状態を示すかどうかのカギは、っぎのとおりであ
る。

（ｉ）　　前記式中、Ｘ、Ｙのうち、とくにＹがエステ
ル結合の場合には、そのエステルの方向が左側の不斉炭
素に結合したエステル−ＣＯＯ−と同一の場合、すなわ
ちＹが−ＣＯＯ−であることが王女定状態の発現に望ま
しい。

Ｘについても、はぼ同様のことがいえる。

（ｉｉ）　　前記式中（Ａ）と（Ｂ）が、一方がビフェ
ニル基で、他方がフェノール基である組合せが王女定状
態の発現に好ましい。

（ｉｉｉ）　　不斉炭素原子に結合しているフルオロア
ルキル基としてはＣＦ３基である場合が最もすぐれた王
女定状態を発現する。

〔実施例〕

次に実施例を挙げて本発明を説明するが、これに限定さ
れるものではない。

実施例−１ ４−（４−ペンテニルオキシ）ビフェニル−４′−カル
ボン酸４−（１，１，１−トリフルオロ−２−オクチル
オキシカルボニル）フェニルエステルの合成１５− ４−ベンジルオキシ安息香酸クロリド１．０ｇを塩化メ
チレン２（１ｍ１２に溶解し、このものに光学活性な１
，１．１−トリフルオロ−２−オクタツール０．６７ｇ
、トリエチルアミン０．３６ｇおよびジメチルアミノピ
リジン触媒量を塩化メチレン１０ｍｌ１に溶かした溶液
を、水冷下、徐々に加えた。室温に戻して１２時間撹拌
したのち、反応液を氷水中に注ぎ、塩化メチレンにて抽
出して、塩化メチレン相を希塩酸、水、ＩＮ炭酸ナトリ
ウム、水の順に洗浄し、無水硫酸マグネシウムにて脱水
したのち溶媒を減圧留去し、粗生成物を得た。

この粗生成物をシリカゲルカラムクロマトグラフ法によ
り処理して、４−ベンジルオキシ安息香酸１，１，１−
トリフルオロ−２−オクチルエステル０．６５ｇを得た
。

このものと１０％パラジウム炭素０．０７ｇとをエタノ
ールに加えて、水素雰囲気下、脱ベンジル反応をおこな
い、４−ヒドロキシ安息香酸１，１．１−トリフルオロ
−２−オクチルエステル０．４８ｇを得た。

１６− 次いで、４−ヒドロキシ安息香酸１，１．１−トリフル
オロ−２−オクチルエステル０．４８ｇとトリエチルア
ミンＯ，１６ｇおよびジメチルアミノピリジン触媒量と
を塩化メチレン１ｏＩＩｌｆｌに加えたのち、水冷下、
４−（４−ペンテニルオキシ）ビフェニルカルボン酸ク
ロリド０．５７ｇの塩化メチレン１０ｎ＋Ω溶液を徐々
に加えた。室温に戻して一昼夜撹拌した後、反応液を水
に注ぎ、塩化メチレンにて抽出し、塩化メチレン相を希
塩酸、水、ＩＮ炭酸ナトリウム、水の順に洗浄し、無水
硫酸マグネシウムにて脱水した。溶媒を減圧留去した後
、シリカゲルカラムクロマトグラフ法にて精製し、目的
化合物０．３３ｇ（（α〕甘せ４３４．３°）を得た。

上記目的化合物は液晶性を示し、ホットステージを用い
た偏光顕微鏡により次の相転移温度を確認した。

本発明の目的化合物の赤外吸収スペクトル線図（ＫＢｒ
法）を第１図に示した。

実施例−２ ラビング処理したポリイミド配向膜をＩＴＯ電極基板上
に有するセル厚２．７μｍの液晶セルに、実施例−１で
得られた液晶化合物を等六相において充填し、液晶薄膜
セルを作成した。

この薄膜セルを０．１〜１．０℃／１分間の湿度勾配に
て徐冷し、５（３）＊相を配向させてさらに冷却し、９
０°Ｃにおいて±３０Ｖ、１０Ｈｚの三角波電圧を印加
した。

２枚の直交させた偏光板の一方を無電圧印加時に液晶分
子の長軸方向と同一方向と成るように配置し、三角波電
圧による透過光強度の変化を観察した。第２図に示した
ように、Ｓ”（３）相において明確な閾電圧とダブルヒ
ステリシスが確認された。

〔効　　果〕

本発明の新規液晶は、すべて双安定状態を示し、ＳＡ相
においては第６図に示すようなエレクトロクリニック効
果も示す。そして本発明は、従来の液晶材料をより豊富
化するものである。

とりわけ、本発明は、化合物中にＣＦ３またはＣ２Ｆ５
基をもつため、いずれも安定な三状態を示すものであり
、これらを利用した表示デバイス、スイッチングデバイ
スなど広い用途を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、現実には得られていない理想の二状態液晶の
ヒステリシスを、第２図は、現実にこれまでに合成され
た二状態液晶のヒステリシスを、第３図は、本発明にか
かる三伏態液晶のヒステリシスをそれぞれ示すものであ
り、第１〜３図とも、横軸は印加電圧を、縦軸は透過率
（％）を示す。第４図は、Ａが印加される三角波を、Ｂ
が市販ネマチック液晶の、Ｃはこれまでに合成された二
状態液晶の、Ｄは三状態液晶の、それぞれの光学応答特
性を示す。 第５図は、本発明の化合物の三状態スイッチングを示し
たもので、図中ａは液晶電気光学素子に印加した三角波
電圧を、図中すは分極反転電流を、そして図中Ｃは図中
日の三角波電圧に９ ２０− 対する光透過率の変化を示したものである。 第６図は、エレクトロクリニック効果を示したもので、
図中ａは液晶電気光学素子に印加した交番電圧を、図中
すは図中ａの交番電圧に対する光透過率の変化を示した
ものであり、第７図は、実施例で得られた本発明の新規
液晶化合物の三状態応答波形を示す。直線の三角波は印
加電圧である。横軸は時間の経過を示し、縦軸は三角波
の場合は電圧を、曲線の方は透過光強度（Ａ、Ｕ、）を
示す。 第８図は、実施例１で得られた化合物の赤外吸収スペク
トルを示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、一般式 ▲数式、化学式、表等があります▼ 〔式中、Ｒ＿１は炭素数３〜１８のアルキルまたはアラ
   ルキル基、Ｒ＿２は炭素数１〜１８のアルケニル基、Ｒ
   ＿３はＣＦ＿３またはＣ＿２Ｆ＿５、ＸはＯ、ＣＯＯ、
   ＯＣＯまたは単結合、ＹはＣＯＯ、ＯＣＯ、ＣＨ＿２Ｏ
   またはＯＣＨ＿２、ＡおよびＢは環状基を示す。〕 で表わされる化合物よりなることを特徴とする液晶化合
   物。