JPH0383951A - 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、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（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
μｓｅｃ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　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■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、ダイナミック能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Ｓ”ｃ相における応答を保持させるために
は、第２図のむ、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能動を実現し、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”ｅ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
性液晶が挟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ｆｍ（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６３−７
０２１２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、開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、 式、 ＣＨ。

〔式中、Ｒ工は炭素数５〜１８のアルキル基、Ｒ２は炭
素数４〜１５のアルキル基、 Ｘは一〇−−Ｃ−１−〇〇−または単結合であり、木は
光学活性中心を示す。〕で表わされる化合物よりなるこ
とを特徴とする王女定状態を示す液晶化合物に関する。

本発明の好ましい化合物には、例えば以下のようなもの
がある。

〔式中、Ｒｏは炭素数５〜１８のアルキル基、好ましく
は炭素数６〜１２の直鎖アルキル基であり、Ｒ２は炭素
数４〜１５のアルキル基。

好ましくは炭素数５〜１２の直鎖アルキル基〕本発明の
化合物の合成例として次のようなものがある。

４−ベンジルオキシ安息香酸化合物と光学活性な２−ア
ルカノールとを反応させて、４−ベンジルオキシ安息香
酸−１−メチルアルキルエステルを得、これを水素化分
解して、４−ヒドロキシ安息香ｆｉ−１−メチルアルキ
ルエステルを得る。得られたエステルと、４′−アルカ
ノイルオキシビフェニル−４−カルボン酸とをジシクロ
へキシルカルボジイミド（ＯＣＣ）の存在下にて反応さ
せ、１−メチルアルキル４′−アルカノイルオキシビフ
ェニル−４−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。

大ｍ １）１−メチルヘプチル４−ベンジルオキシベンゾエー
トの合成 ４−ベンジルオキシ安息香酸クロリド１．２３ｇを塩化
メチレン１０−に溶解させ、次いで光学活性な２−オク
タツール０．５９ｇとジメチルアミノピリジン０．５５
ｇとトリエチルアミン０．４８ｇとを塩化メチレン２０
−に溶解した溶液を水冷下にて少量ずつ加えた。

反応混合物を室温に戻し、−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、ＩＮ炭酸ナトリウム水溶液、水にて順次洗
浄し、無水硫酸マグネシウムにて乾燥して溶媒を留去し
、粗生成物を得た。これをトルエン−シリカゲルカラム
クロマトグラフで処理し、さらにエタノールにて再結晶
して目的物１．４８ｇを得た。

２）１−メチルヘプチル４−ヒドロキシベンゾエ−トの
合成 １）で得られた化合物をエタノール１５鳳ａに溶解し、
１０％担持Ｐｄ−カーボン０．３６ｇを加え、水素雰囲
気下水添反応を行い、目的化合物１．２９ｇを得た。

３）　　４−（１−メチルへブチルオキシカルボニル）
フェニル４′−ｎ−ノナノイルオキシビフェニル−４−
カルボキシレートの合成と相転移温度の測定４′−ノナ
ノイルオキシビフェニル−４−カルボン酸５．００ｇと
２）で合成した、１−メチルへブチル４−ヒドロキシベ
ンゾエート６．７６ｇとを３３０−の脱水テトラヒドロ
フラン中に溶解する。その中に６゜１８ｇのジシクロへ
キシルカルボジイミド（ＤＣＣ）と０．２４ｇのジメチ
ルアミノピリジンとを加え、−昼夜かきまぜる。反応溶
液を濾過し、濾液中のテトラヒドロフランを留去する。

残査物を塩化メチレンにて溶解し、少量の水にて水洗す
る。

塩化メチレン層を集め、無水硫酸マグネシウムにて脱水
する。塩化メチレンを留去し、残査物をシリカゲルクロ
マトグラフにて精製し、さらにエタノールにて再結晶し
、目的物２．８３ｇを得る。ホットステージの偏光顕微
鏡ｉ察により次の相転移温度（’Ｃ）を得た。

ここでＳｏ−は王女定状態を表わす。

目的化合物の赤外線吸収スペクトル（ＫＢｒ）を第５図
に示す、目的化合物の比旋光度を次に示す。

〔α〕も’　　＝−２０，９” 実施例２ ４−（１−メチルへブチルオキシカルボニル）フェニル
４′−〇−オクチルビフェニルー４−カルボキシレート 実施例１の３）の４′−ノナノイルオキシビフェニル−
４−カルボン酸の代りに４′−オクチルビフェニル−４
−カルボン酸を使用し、実施例１と同様の方法にて目的
化合物を得る。

ポットステージの偏光顕＊鏡観察により次の相転移温度
（”Ｃ）を得た。

目的化合物の赤外線吸収スペクトル（ＫＢ　ｒ）を第６
図に示す。目的化合物の比旋光度を次に示す。

〔α〕　も’　　＝−２２，３゜ 実施例３ ４−（１−メチルへブチルオキシカルボニル）フェニル
４′−〇−オクチルオキシビフェニルー４−カルボキシ
レート 実施例１の３）の４′−ノナノイルオキシビフェニル−
４−カルボン酸の代りに４′−オクチルオキシビフェニ
ル−４−カルボン酸を使用し、実施例１と同様の方法に
て目的化合物を得る。

ホットステージの偏光顕微鏡ａｍにより次の相転移温度
（’Ｃ）を得た。

目的化合物の赤外線吸収スペクトル（ＫＢｒ）を第７図
に示す。目的化合物の比旋光度を次に示す。

〔α）　　Ｄ　　＝−２２，５’ 去ＪｆＬｆＬ髪 ４−（１−メチルへブチルオキシカルボニル）フェニル
４′−ｎ−ノナノイルビつエニルー４−カルボキシレー
ト 実施例１の３）の４′−ノナノイルオキシビフェニル−
４−カルボン酸の代りに４′−ノナノイルビフェニル−
４−カルボン酸を使用し、実施例１と同様の方法にて目
的化合物を得る。

ホットステージの偏光顕微鏡観察により次の相転移温度
（’Ｃ）を得た。

目的化合物の赤外線吸収スペクトル（ＫＢｒ）を第８図
に示す。目的化合物の比旋光度を次に示す。

〔α）　％’　　＝−２１，２” 実施例５ 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２．９μｍ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−付価光顕微鏡
にて電気光学的応答動作を検出したところ、第９図に示
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１！察した
。他の実施例の化合物においても同一の効果がＩｉ！察
された。

失１饗りも 実施例５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’Ｃ／　１分間の温度勾配にてＳ傘（３）相まで
徐冷した。さらに冷却してゆき、１０３．０℃〜６２．
６℃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１０図に示した。印加
電圧がマイナス域での暗状態、Ｏ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）し、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。他の実施例の
化合物においても同一の効果が１！察された。

〔効　　果〕

本発明の新規液晶はいずれも安定な三状態を示すもので
あり、これ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図ないし第８図は本発明の実施例１〜４の各化合物
の赤外吸収スペクトルを示す。第９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
ものである。 第１０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１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 図 第 図 第３ 図 第４ 図 手続補正書 事件の表示 平成１年特許願第２２０６５９号 補正をする者 事件との関係

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５〜１８のアルキル基、Ｒ＿２
   は炭素数４〜１５のアルキル基、 Ｘは−Ｏ−、−Ｃ−、−ＣＯ−または単結 合であり、＊は光学活性中心を示す。〕 で表わされる化合物よりなることを特徴とする三安定状
   態を示す液晶化合物。