JPH04103560A - 反強誘電性液晶化合物 - 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、液晶電気光学素子に使用できる反強誘電性液
晶化合物に関し、さらに詳しくは、電気光学効果を利用
した液晶画像表示装置、及びプリンターのシャッターア
レイ等のスイッチング素子に利用できる。

〔従来の技術〕

液晶表示装置は薄型軽量で消費電力も低いため、時計、
電卓を初めとして種々のデイスプレィとして使用されて
きたが、ＩＣの発達に伴い表示すイズも拡大してきた。

しかし、従来使用されているネマチック系液晶は応答速
度が１０〜５０ミリ秒と低速なため、表示すイズの拡大
に連れコントラストが低下してしまうという欠点をもっ
ていた。

そこで、従来上下基板間で９０度捩っていた液晶の配列
（ツィステッドネマチック＝ＴＮ）を、高コントラスト
を確保するために１８０度から２７０７０度捩式が提案
された（スーパーツィステッドネマチック＝ＳＴＮ）。

ところが、この方式では高コントラストは得られるもの
の、応答速度は１００から２００　ミＩＪ秒と低速にな
るため、表示装置として用途的に限定されてしまう。

そこで、液晶の配列を変えずに、薄膜トランジスタ（Ｔ
ＰＴ）を各画素に設け、いわゆるアクティブマトリック
ス液晶デイスプレィとして、商品化が進められている。

しかし、この方式はＴＰＴを設けるのに非常にコストが
かかる上、分溜りも悪く、より一層コストが高くなって
いる。大規模な生産ラインによる低コスト化も検討され
ているが、本質的に多くの工程を要する以上、低コスト
化にも限度がある。さらに、ハイビジョンテレビの出現
にともない液晶デイスプレィに関しても高密度表示へと
要求が高くなっているが、ＴＰＴおよびネマチック液晶
の性質上高密度化することは非常に難しいと言われてい
る。そこで、より高速に応答し、より高密度化できる液
晶表示素子が待望されている。

一方、強誘電性液晶は１９８０年クラーク・ラガバール
らによる表面安定化強誘電性液晶素子（５ＳＦＬＣＤ）
の提案（Ｎ、　Ａ、　Ｃ１ａ、ｒｋら、　Ａｐｐｌ、Ｐ
ｈｙｓ。

Ｌｅｔｔ、　、　３６．８９９　（１９８０）　）から
、その高速応答性に多くの注目を受は広範な研究が行わ
れてきている。強誘電性液晶と呼ばれる液晶相は、液晶
分類上キラルスメク子ツクＣ（ＳＣ”）相、キラルスメ
クチックＨ（Ｓ、”）相、キラルスメクチックＦ（ＳＦ
４）相等であるが、これらの中で応答速度の点で有利な
Ｓｃ′相の利用について一般的に検討されている。

表面安定化強誘電性液晶素子において、強誘電性液晶は
二つの安定状態を持ち、印加電界の方向によりいずれか
一方の状態が安定化され、電界を切っても維持される（
メモリー性と呼ばれる）。したがって、高デユーテイの
駆動を行うことが可能であり、応答速度が充分に高速で
あれば高密度表示が達成できると考えられている。しか
し、当初予想されたより、配向状態が非常に複雑で、未
だ実用には至っていない。

すなわち、層内で液晶分子のダイレクタ−が捩れた状態
になり易く、この状態では高いコントラスト比が得られ
ない。また、上下基板に対し層が垂直に立っている（ブ
ックシェルフ構造）と考えられていたが（第１図参照）
、実際には、層が折れ曲がった状態（シェブロン構造）
をとっていることがわかった（第２図参照）。このため
第３図に示すようなジグザグ欠陥が発生し、これもコン
トラストを低下させる原因になっている。

第１図、第２図において符号１は上部基板、２は下部基
板、３は層、４は液晶分子（第２図においては省略）を
示す。

さらに、強誘電性液晶の持つ自発分極が問題になってき
ている。すなわち、強誘電性液晶のメモリー状態を長時
間保持すると、逆電界を印加しても反転が困難になり（
以下焼付けという）、結果としてコントラストの低下を
招くことがわかってきた。これは、メモリー状態におい
て、常に存在する自発分極に起因する内部電界のためと
考えられている。

ところが、最近この様な強誘電性液晶の持つ欠点を解消
できる可能性のある液晶相の存在が報告された。この液
晶相は反強誘電性で（以後Ｓ　ＧＡ”相と示す）、強誘
電性液晶相の持つ二つの安定状態（第４図参照）の他に
、層に垂直な方向を消光位とする第三の安定状態を持つ
。この第三の状態では第５図に示すように、層間で自発
分極は打ち消される。しかも、ｓｏＩ相の高次の相であ
るのに、本質的に温度低下に基づく粘度上昇があるのみ
で応答速度は、はとんどＳｅＡ”相と差が無い。

また、印加電界によりシェブロンとブックンエルフ間を
スイッチングできる。そのためＳ。Ａ相においては、電
界印加により容易にブックシェルフ構造となり欠陥も無
くなる。さらに、電圧無印加時の安定状態である暗状態
（第三の状態）が、自発分極でメモリーされているので
はなく、安定な配向状態に戻るだけである。そのた給、
焼付けも起こさない。

以上のように、反強誘電性液晶は、従来の強誘電性液晶
と同様の速度で駆動ができ、高コントラストの表示が容
易に実現できると言われている。したがって、実用上非
常に有用な液晶相である。

最初に、反強誘電性液晶相を示すことが発見されたのは
、下記のような化合物である（＾、Ｄ。

Ｌ、　Ｃｈａｎｄａｎｉら、　　Ｊｐｎ、Ｊ、八ｐｐｌ
、　Ｐｈｙｓ、　、　２７．　Ｌ７２９（１９８８））
。

その後、キラルユニットを１−メチルへブチル基から１
−トリフルオロメチルへブチル基に代えてもＳ。Ａ＊相
が出現することがわかった。この１−トリフルオロメチ
ルへブチル基は反強誘電性液晶相を出現させ易く、ＳＣ
Ａ”相を示すことを報告された化合物の多くはその誘電
体である。

しかし、通常の炭化水素系キラル化合物でＳＣＡ相を示
すことを報告された化合物は非常に少ない。代表的な化
合物を示すと次のとおりである（日本学術振興会　情報
科学用有機材料　第１４２委員会　第４７回　合同研究
会資料、ｐ。

１８（１９９０））。

従来のネマチック液晶と同様に反強誘電性液晶も、単一
化合物ないしは単一化合物群のみの配合では充分な温度
範囲の確保は困難である。

その上、実用化に向けて様々な性能が要求されていく中
で、多くの性質の異なる化合物が必要とされている。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明は、新規な反強誘電性液晶相を示す化合物に関し
、室温を含む実用的な温度範囲で反強誘電性を示す液晶
組成物を組み立てる上で、非常な有効な化合物を提供す
ることを目的としている。

〔課題を解決するための手段〕

本発明者は、反強誘電性液晶相を示す化合物に関し、広
範な検討を行い、本発明の化合物は、反強誘電性液晶相
を示すことを見いだし本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明はＭ、下記一般式（１）１９２３４２
号公報において開示された下記のような化合物が挙げら
れる。

（式中、Ｒ５は炭素数１０又は１２の直鎮アルキル基、
Ｒ１は炭素数６の直鎮アルキル基を示し、じは光学活性
炭素を表す。） で示されることを特徴とする反強誘電性液晶相を示す化
合物である。

特に比較例に示すようなＲ１は炭素数が短いもの、ある
いは炭素数が奇数個であるものは反強誘電相を示さない
。

本発明に関連する化合物として、特開昭６２しかし、い
ずれの化合物においても高次のスメクチック相は観察さ
れていない。

従って、Ｓｏ′相の高次の相であるＳＣＡ＊相を示す化
合物は提案されていない。

また、特開昭６２−１９２３４３号公報及び６３−４４
５５０号公報において次のような化合物が提案されてい
る。

しかし、これらの化合物はフェニル基がノ＼ロゲンで置
換されている上、無置換の場合と同様はとんど高次のス
メクチック相は観察されないない。

しかも、炭化水素系光学活性化合物に関しては、反強誘
電性液晶相は前述のようなビフェニルを含む化合物で観
察されているだけで、他の化合物に関してはほとんど知
られていない。

一方、液晶組成物を組み立て′る場合、極性の大きく異
なる成分の混合は液晶相の熱安定性を大きく低下させる
ことが知られている。従って、トリフルオロメチル基を
導入した化合物は、通常の炭化水素系液晶とは少量しか
混合できない。

従って、現在知られているような化合物のみで、充分な
温度範囲を確保することは非常に難しい。

そこで、極性的に類似しており、且つ混合時に融点降下
を起こし得るような構造的な変化を持つ新規な化合物が
必要である。

本発明の化合物は、最初に発見されたＭＨＰＯＢＣと極
性が大きく変化せず、第６図に示すように、良く混和し
融点降下を起こすことから、ＳＣＡ”相の温度範囲を広
げることができる。

本発明に含まれる化合物を以下に例示する。

本発明の一般的合成ルートを示すと下記の通りである。

ＣＣ 以下に実施例及び比較例を示し、本発明の詳細な説明す
る。

実施例１　４−（４−デシルオキシベンゾイルオキシ）
安息香酸４−（１−メチル へブチルオキシカルボニル）フェニ ルの合成 ２−才クタノール１３．０ｇ、ピリジン９．５ｇ。

トルエン７０ｍ１！を０〜５℃に冷却し、４−アセトキ
シ安息香酸クロリド１９．９　ｇのトルエン溶液（５０
ｍｉりを滴下した。滴下終了後、室温に戻しさらに２時
間攪拌した後、反応液を氷水中へ注いだ。分液した有機
層を乾燥後濃縮し、得られた組生成物をシリカゲルカラ
ムクロマトグラフィーにより精製し、１７．７ｇの４−
アセトキシ安息香酸１−メチルヘプチルを得た。

４−アセトキシ安息香酸１−メチルへブチル８．８ｇに
エタノール５０−を加え攪拌しながら１０℃でベンジル
アミン８．０ｇを滴下した。室温で５時間さらに反応を
続けた後、濃縮し、シリカゲルカラムクロマトグラフィ
ーにより分離精製して５．６ｇの４−ヒドロキシ安息香
酸ｌ−メチルへブチルを得た。

つぎにＪ、Ｐ、Ｖａｎ　ＭｅｔｅｒらのＪ、八ｍ、　Ｃ
ｈｅｍ、　Ｓｏｃ。

９５　（２）、　６２６　（１９７３）に記載されてい
る方法で合成した４−（４−デシルオキシベンゾイルオ
キシ）安息香酸３．９８ｇ、４−ヒドロキシ安息香酸１
−メチルへブチル２．５　ｇ、Ｎ、Ｎ’　−ジシクロへ
キシルカルボジイミド２．１ｇ、４−ジメチルアミノピ
リジン１．２５ｇに塩化メチレン１００−を加え２時間
かき混ぜた。

反応終了後、反応液をろ過し、ろ液を濃縮した。得られ
た粗生成物をシリカゲルカラムクロマトグラフィーによ
り精製し、２．５ｇの標題の化合物を得た。

以下に分析結果を示す。

’Ｈ−ＮＭＲ（ｐｐｍ）：　０．８７〜０．９０（６ｆ
（、ｍ）、　１．２８〜１．８５（２９Ｎ、ｍ）、　４
．０４（２Ｈ，ｔ、Ｊ＝６．６ｆｌｚ）。

５．１３〜５．２Ｈ１ｆｔ、ｍ）、　６．９８（２Ｈ，
ｄ。

Ｊ＝８．８）１ｚ）、　７．３０（２Ｈ，ｄ、Ｊ＝８．
８Ｈｚ）。

７゜３７（（２１（、ｄ、Ｊ＝８Ｊｆｌｚ）、　８．１
２〜８．１５（４Ｈ，ｍ）、　８．２７（２Ｈ，ｄ、Ｊ
＝８．８Ｈｚ）尚、第８図に’　”Ｃ−ＮＭＲのスペク
トルを示す。

実施例２　４−（４−ドデシルオキシベンゾイルオキシ
）安息香酸４−（１−メチ ルへブチルオキシカルボニル）フェ ニル 実施例１に示した４−ヒドロキシ安息香酸１−メチルへ
ブチルと４−（４−ドデシルオキシベンゾイルオキシ）
安息香酸とから実施例１と同様に合成した。

以下に分析結果を示す。

’ｔｌ−ＮＭＲ（ｐｐｍ）：　０．８６〜０．９０（６
Ｈ，ｍ）、　１．２７〜１．８６（３３Ｈ，ｍ）　、　
４．０５　（２１（、ｔ、　Ｊ＝６．６ｆｌｚ）５．１
２〜５．２１（Ｉｆ（、ｍ）、　６．９９（２ｆｔ、ｄ
。

Ｊ＝９．３Ｈｚ）　、　７．３０　（２Ｈ，ｄ、　Ｊ＝
８．８）ｌｚ）　。

７．３８（２Ｈ，ｄ、Ｊ＝８．８Ｈｚ）、　８゜１１〜
８．１７（４）１．ｍ）、　８．２７（２）ｌ、ｄ、Ｊ
＝８．８Ｈｚ）第９図に’　”Ｃ−ＮＭＲを示す。

実施例３ 実施例１で合成した化合物の相転移点を偏光顕微鏡によ
る観察及び示差走査熱量計（ＤＳＣ）により測定した。

７７℃　　　　９６℃　　　１１５℃　　１３７℃Ｃｒ
−＋Ｓ　ＣＡ　”−〉Ｓ　ｅ　”−）Ｓ　Ａ　−〉ｌ　
ｓ　ｏ。

実施例４ 実施例２で得た化合物の相転移点を測定した。

比較例２ 実施例５ Ｍ）ＩＰＯＢｃを標準として、実施例１で合成した化合
物との相図を第６図に示す。両者のＳ。Ａ′相は同一で
あり、かつ、両者を混合してもＳ。Ａ′相の上限温度は
ほとんど低下しないことがわかる。

また、融点降下は顕著に起きており、ＳＣＡ”相の温度
範囲を広げられることがわかった。

比較例１ 実施例１と同様に下記化合物を合成し、相転移点を測定
した。

比較例３ 以上の結果、Ｒ１の炭素数が短い時あるいは炭素数が奇
数個の場合Ｓ。Ａ′は出現しない。

比較例４ 実施例５と同様ＭＨＰＯＢＣを標準とし、比較例１の化
合物との相図を第７図に示す。ＭＩＩＰＯＢＣに対し５
０％程度は混合できるが、それ以上ではＳ。ＡＩ相は出
現しない。

〔発明の効果〕

以上のように本発明の化合物は、単独で反強誘電性液晶
相であるＳ。Ａ′相を示し、従来使用されている液晶化
合物と混合使用し容易にその温度範囲を広げることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は強誘電性液晶のブックシェルフ構造を示す図、
第２図は同シェブロン構造を示す図、第３図はシェブロ
ン構造のジグザグ欠陥を示す図、第４図は従来の強誘電
性液晶の安定状態を示す図、第５図は反強誘電性液晶の
安定状態を示す図、第６図は実施例１で得た化合物とＭ
ＨＰＯＢＣとの相図、第７図は比較例１の化合物とＭ）
ＩＰＯＢｃとの相図、第８図、第９図は実施例１及び２
の化合物の”　Ｃ−ＮＭＲスペクトルを示す図である。

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 ） （式中、Ｒ＿１は炭素数１０又は１２の直鎖アルキル基
   、Ｒ＿２は炭素数６の直鎖アルキル基を示し、Ｃ＾＊は
   光学活性炭素を表す。） で示されることを特徴とする反強誘電性液晶化合物。