JPH0368686A - ナフタレン骨格を含む液晶化合物 - 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１強誘電性カイラルスメクチック液晶化合物を
提供するものであり、該液晶化合物は電界への応答を利
用した表示素子や電気光学素子に使用される液晶化合物
に関するものである。

さらに、本発明は三つの安定した分子配向状態を示す強
誘電性液晶化合物に関する。該液晶化合物は電界への応
答を利用した表示素子や電気光学素子に使用されるもの
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ｍ　ｓｅｃと極めて遅いという欠
点を有するため、その応答分野に制約がある。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（Ｐｓ）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
μＳｅｔから数＋μｓｅｃの高速応答が可能な強誘電性
液晶がＭｅｙｅｒらにより開発され（Ｌ　ｅ　Ｊ　ｏｕ
ｒｎａｌｄｅ　Ｐｈｙｓｉｑｕｅ、　３６巻、　１９７
５．　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。

代表例を挙げれば、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れていない、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グ回路に
利用しようとすると、印加電圧がｅからΦ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
が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ド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、ツ
イストとよばれ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（輝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トラストが
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。

液晶に安定なｓｅｃ相における応答を保持させるために
は、第２図のυ□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１本発明では、無電界で明暗コントラストのはっ
きりした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、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二の電極基板の間に強誘電
性液晶が挾まれて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
対し分子配向が前記第一の安定状態とは異なる第二の安
定状１！（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、この三安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、ｒ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′ｍ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河単であ
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。

ｃ本発明の構成〕 本発明は、 〔式中、Ｒ１は炭素数３〜１８のアルキル基、アルコキ
シ基、アルコキシカルボニル基、アルカノイル基、また
はアルカノイルオキシ基を。

Ｒ８は、炭素数３〜１８のアルキル基を示し。

また ０ 〇 −ＯＣＨ，−を、Ｙは−ＣＯ−または一〇Ｈ，０−を示
し、（Ａ）および（Ｂ）は、 本発明の液晶化合物は三状態を利用した液晶として使用
できるほか、従来型の二状態液晶としても使用できる。

本発明の好ましい化合物には１例えば、以下のようなも
のがある。

（以下余白） よりなる群から選らばれた環状基を示し、かつ、（Ａ）
および（Ｂ）の少なくとも一方は％　　からなるもので
あり」はフッソ素原子、塩素原子、シアノ基またはニト
ロ基からなる群より選ばれた一個または二個の置換基で
あり、Ｒ３はＣ，Ｆ、、ＣＦ、、ＣＨＦ、。

Ｃ）Ｉ、ＦまたはＣＨ，を示し、＊は光学活性基を示す
〕からなるナフタレン骨格を含む液晶化合物に関する。

〔式中、Ｒ１、Ｒ２は前述のとおりであるがＲ１として
は炭素数３〜１８のアルキル基が、Ｒ２としては炭素数
４〜１６のアルキル基が好ましい、〕本発明の化合物の
合成例としては次のような方法を示すことができる。す
なわち、４−ベンジルオキシナフトエ酸クロライドと光
学活性な１．１．１−トリフルオロ−２−アルカノール
とを反応させて、４−ベンジルオキシナフトエｉｌｌ、
１．１−トリフルオロ−２−アルキルエステルを得、こ
れを水添反応して、４−ヒドロキシナフトエ酸１，１．
１−トリフルオロ−２−アルキルエステルを得た。得ら
れたアルキルエステルを４−ｎ−アルカノイルオキシフ
ェニル（又はビフェニル）カルボン酸クロライドと反応
させて目的化合物である光学活性な４−（１，１，１−
トリフルオロ−２−アルキルオキシカルボニル）ナフチ
ル４−ｎ−アルカノイルオキシベンゾニード（又はビフ
ェニルカルボキシレート）を得る。

〔実施例〕

以下に実施例により本発明の化合物につき説明するが、
これに限定されるものではない。

４−ベンジルオキシナフトエ酸クロリド１．５ｇを塩化
メチレン５０−に溶解させ、ついで光学活性な１，１．
１−トリフルオロ−２−オクタノール１．０ｇとジメチ
ルアミノピリジン０．２ｇとトリエチルアミン０．５８
ｇとを塩化メチレン２ｏ−に溶解した溶液を水冷下にて
少量づつ加えた。

反応混合液を室温に戻し、−昼夜反応させ反応液を氷水
に投入し塩化メチレンにて抽出し、塩化メチレン相を希
塩酸、水、１Ｎ炭酸ナトリウム水溶液そして水にて順次
洗浄して、無水硫酸マグネシウムにて乾燥して溶媒を留
去して粗生成物を得た。これをトルエン−シリカゲルカ
ラムクロマト法にて処理して更に無水エタノールにて再
結晶して目的物１．２９ｇを得た。

２）ｌ、１．ｌ−トリフルオロ−２−オクチル４−ヒド
ロキシナフタレートの合成。

１）で得られた化合物をエタノール５０ｍｆｌに溶解し
、１０％担持Ｐｄ−カーボン０．２６ｇを加え。

水素雰囲気下水添反応を２行ない、目的化合物１．２９
ｇを得た。

４−デシルオキシ−２−フルオロビフェニル−４′−カ
ルボン酸１．３ｇを過剰の塩化チオニルとともに還流下
に６時間加熱した後未反応の塩化チオニルを留去して４
−デシルオキシ−２−フルオロビフェニル−４′−カル
ボン酸塩化物を得た。

酸塩化物を塩化メチレン５０ＩＩＩＱに溶解したｔｓ液
に、先に合成した４−ヒドロキシナフトエ酸工。

１．１−トリフルオロ−２−オクチルエステル０．９ｇ
、　　トリエチルアミン０．３３ｇおよびジメチルアミ
ノピリジン０．１１ｇを塩化メチレン２０−に溶解した
ものを水冷下除々に加え室温にて一昼夜反応させた。つ
いで、反応液を氷水に投入して、塩化メチレン相を希塩
酸、水、炭酸ナトリウム水溶液そして水の順に洗浄して
、無水硫酸ナトリウムで乾燥した後、溶媒を留去して粗
生成物を得た。

このものをシリカゲルカラムクロマト法による精製して
、光学活性な目的化合物０．７ｇを得た。

相転位の測定等は該化合物を無水エタノールにて再結晶
を繰り返し精製して用いた。

この化合物の相転位温度は次の通りである。

また、この化合物の赤外吸収スペクトルを第７図に示す
。

去１己４４ 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２．９μ鳳の液晶セルに、実施例１で得
られた液晶化合物をｌ５ｏｔｒｏｐｉｃ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分間の温度勾配に
て徐冷し、ＳＡ相を配向させ、±３０Ｖ、　１０Ｈｚの
矩形波を印加し、フォトマルチプライヤ−付備光顕微鏡
にて電気光学的応答動作を検出したところ、第５１３ｉ
！ｌに示すように、ＳＡ相において印加電界（ａ）に対
して光学応答するエレクトロクリニック効果（ｂ）を観
察した。他の実施例の化合物においても同一の効果が１
！察された。

失直旌主 実施例２と全く同様の方法にて作成した液晶薄膜セルを
０．１〜１．０℃／１分間の温度勾配にて徐冷し、Ｓ”
ｃ相を配向させ、±３０Ｖ、１０Ｈｚの矩形波を印加し
、フォトマルチプライヤ−付備光顕微鏡にて電気光学的
応答動作を検出したところ、第８図に示すように、　Ｓ
”ｃ相において印加電界（ａ）に対して双安定状ｇ（二
状７１りを示す光学応答がｉ察された。

叉直鮭生 実施例２と全く同様の方法にて作成した液晶セルを２枚
の偏光板を直交させたフォトマルチプライヤ−付き偏光
顕微鏡に、無電圧印加時の分子長軸方向と偏光子が２２
．５“をなす状態に配置した。この液晶セルを０．１〜
１．０℃／１分間の温度勾配にてＳ−、＋相まで徐冷し
た。さらに冷却してゆき、　９５．０℃〜１０．０℃の
温度範囲において、±３０Ｖ、　１０Ｈｚの三角波電圧
（ａ）を印加した場合を第６図に示した。印加電圧がマ
イナス域での暗状態、０ボルト域での中間状態、プラス
域での明状態と光透過率が三つの状態に変化（Ｃ）Ｌ、
これに対応して分極反転電流波形のピーク（ｂ）もそれ
ぞれ表れていることを観察し、三つの安定な液晶分子の
配向状態があることを確認した。他の例示の化合物群に
おいても同一の効果が観察された。

〔効　　果〕

本発明の新規強誘電性液晶は電界への応答を利用した表
示素子や電気光学素子等に利用することができるほか、
さらに三安定状態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
三状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図はエレクトロクリニック効果を示したもので１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
のである。 第６図は１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、そして図中すは図中ａの三角波電圧に対する光
透過率の変化を示したものである。 第７図は、実施例１の本発明液晶化合物の赤外線吸収ス
ペクトルを示す。 第８図は１本発明化合物の二状態スイッチングの光過透
率変化を示す。 第１図 第３図 第−２図 第４ 図 弔６ 図 時 間（ｍｓｅｃ） 第５図 時 間 （ｍｓｅｃ） 頚　咽　井♂

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、 ▲数式、化学式、表等があります▼ 〔式中、Ｒ＿１は炭素数３〜１８のアルキル基、アルコ
   キシ基、アルコキシカルボニル基、 アルカノイル基、またはアルカノイルオキ シ基を、Ｒ＿２は、炭素数３〜１８のアルキル基を示し
   、また、 Ｘ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▼、ＣＨ＿２Ｏまたは −ＯＣＨ＿２を、Ｙは−ＣＯ−または−ＣＨ＿２Ｏ−を
   示し、（Ａ）および（Ｂ）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▼、▲数式、化学式、表等があります▼
   、 ▲数式、化学式、表等があります▼、▲数式、化学式、
   表等があります▼、 よりなる群から選らばれた環状基を示し、 かつ、（Ａ）および（Ｂ）の少なくとも一 方は▲数式、化学式、表等があります▼からなるもので
   あり、ｌはフ ッソ素原子、塩素原子、シアノ基またはニ トロ基からなる群より選ばれた一個または 二個の置換基であり、Ｒ＿３はＣ＿２Ｆ＿５、ＣＦ＿３
   、ＣＨＦ＿２、ＣＨ＿２ＦまたはＣＨ＿３を示し、＊は
   光学活性基を示す〕からなるナフタレン 骨格を含む液晶化合物。