JPH0532972A - フエニルシクロヘキセン誘導体を含有する強誘電性液晶組成物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 一般式（Ｉ） 【化１】 （Ｒ¹及びＲ²：炭素原子数６〜１４の直鎖状のアルキル
基）で表わされる化合物を含有する母体液晶、及びキラ
ルドーパントからなる強誘電性液晶組成物。 【効果】 本発明の、一般式（Ｉ）の化合物を含有する
強誘電性液晶組成物は、広い温度範囲でＳＣ相を示し、
且つ低粘性であるため、高速応答が可能であり、液晶表
示素子の材料として有用である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は電気光学的表示材料とし
て有用な強誘電性液晶組成物に関し、更に詳しくは、従
来の液晶材料と比較して、その応答性に優れ、液晶表示
素子の構成材料として有用な強誘電性液晶組成物を提供
するものである。

【０００２】

【従来の技術】現在広く用いられている液晶表示素子
は、主にネマチック液晶を利用したＴＮ（ツイスティッ
ド・ネマチック）型、あるいはＳＴＮ（スーパー・ツイ
スティッド・ネマチック）型と呼ばれるものであり、多
くの利点を有しているものの、その応答性においては、
ＣＲＴ等の発光型の表示方式と比較すると格段に遅いと
いう大きな欠点を有し、その応用に大きな制限があっ
た。その他の液晶表示方式も多方面から検討されている
が、その応答性における改善は余りなされていないのが
実情である。

【０００３】ところが、最近見いだされた強誘電性キラ
ルスメクチック液晶を利用した液晶表示素子において
は、従来のＴＮ型などの表示素子の１００倍以上の高速
応答が可能となった。更に双安定性を有するため、電源
を切っても表示の記憶が得られることが明らかになっ
た。このため、大画面高解像度ディスプレイ、薄型テレ
ビ、光シャッター、プリンターヘッド等への利用可能性
が大きく、現在、その実用化に向けて活発に開発研究が
なされている。

【０００４】強誘電性液晶の液晶相は、チルト系のキラ
ルスメクチック相に属するが、その中でも最も低粘性の
キラルスメクチックＣ（以下、ＳＣ^*と省略する。）相
が実用上望ましい。既に数多くのＳＣ^*相を示す液晶化
合物（以下、ＳＣ^*化合物という。）が合成され、検討
されているが、強誘電性液晶表示用光スイッチング素子
として用いるのに十分な性質を有するものは未だ知られ
ていない。よって他の液晶化合物と混合して、ＳＣ^*相
を示す液晶組成物（以下、ＳＣ^*液晶組成物という。）
として用いられている。このようなＳＣ^*液晶組成物の
検討は活発に行われており、現在では、キラルでないス
メクチックＣ（以下、ＳＣと省略する。）相を示す母体
液晶に、光学活性化合物から成るキラルドーパントを添
加する方法が一般的である。これによって高速応答性、
良好な配向性、広い作動温度範囲等の特性を合わせ持つ
ＳＣ^*液晶組成物が得られるようになってきた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記Ｓ
Ｃ^*液晶組成物は、その応答性においてはまだ充分とは
いい難く、更に高速応答が望まれているのが実情であ
る。強誘電性液晶組成物の応答を高速化するには、液晶
組成物の自発分極を大きくするか、粘度を小さくする必
要があることは知られている。しかしながら、このうち
自発分極について、あまり大きくするとメモリー性等に
悪影響を与える傾向にあり、ある程度以上に自発分極を
大きくできないのが実情である。そこで液晶組成物の粘
度を小さくする必要があるが、そのためには前記ＳＣ^*
液晶組成物の大部分を占める母体液晶の粘度を小さくす
ることが最も重要である。

【０００６】本発明が解決しようとする課題は、粘度の
小さい化合物を添加することによって得られた低粘性の
母体液晶、及び光学活性化合物から成るキラルドーパン
トを含有し、高速応答性、良好な配向性及び広い駆動温
度範囲を有する強誘電性液晶組成物を提供することにあ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は前記課題を解決
するために、下記の第１の強誘電性液晶組成物を提供す
る。

【０００８】即ち、一般式（Ｉ）

【０００９】

【化３】

【００１０】（式中、Ｒ¹及びＲ²は、各々独立的に炭素
原子数６〜１４の直鎖状アルキル基を表わす。）で表わ
される化合物を含有する強誘電性液晶組成物を提供す
る。

【００１１】更に本発明は、下記の第２の強誘電性液晶
組成物を提供する。即ち、（１）一般式（Ｉ）で表わ
される化合物、及び一般式（ＩＩ）

【００１２】

【化４】

【００１３】（式中、Ｒ³及びＲ⁴の一方は炭素原子数４
〜１４のアルコキシル基又はアルケニルオキシ基を表わ
し、他方は炭素原子数４〜１４の直鎖状アルキル基を表
わす。）で表わされる化合物を含有し、スメクチックＣ
（ＳＣ）相を示す母体液晶、及び（２）光学活性化合物
から成るキラルドーパントを含有する強誘電性液晶組成
物を提供するものである。

【００１４】特に、一般式（ＩＩ）において、Ｒ³が炭
素原子数６〜１２の直鎖状アルキル基であり、Ｒ⁴が炭
素原子数６〜１２の直鎖状アルコキシル基である化合物
を含有する上記の強誘電性液晶組成物が好ましい。

【００１５】本発明において、一般式（Ｉ）で表わされ
る化合物は、非常に低粘性の化合物であり、母体液晶あ
るいは強誘電性液晶組成物に添加することにより、その
粘度を低下させ、応答性を大きく改善することができ
る。しかも、添加することによって、液晶組成物のＳＣ
^*相（あるいはＳＣ相）の温度範囲をあまり低下させる
こともない。

【００１６】一般式（Ｉ）で表わされる化合物におい
て、Ｒ¹及びＲ²が共に炭素原子数１〜５の低級アルキル
基である場合には、従来のネマチック液晶化合物用、あ
るいはフェニルシクロヘキサン系液晶化合物の合成原料
として既に知られており、４−アルコキシ−１−ブロモ
ベンゼンから調製されたグリニヤール化合物と、４−ア
ルキルシクロヘキサノンとを反応させ、この反応生成物
を更に脱水することにより、容易に得ることができる。

【００１７】しかしながら、このような化合物は強誘電
性液晶組成物に添加しても、ＳＣ^*相（あるいはＳＣ
相）の温度範囲を大きく低下させてしまうために、実用
上、強誘電性液晶組成物の構成材料として好ましいもの
ではなかった。

【００１８】本発明の一般式（Ｉ）で表わされる化合物
は、Ｒ¹及びＲ²共に炭素原子数６〜１４という長鎖のア
ルキル基であり、上記のすぐれた性質を示すことが可能
となったものである。

【００１９】本発明に係わる一般式（Ｉ）で表わされる
化合物は、Ｒ¹及びＲ²が共に炭素原子数１〜５の低級ア
ルキル基である場合と全く同様にして合成することがで
きる。

【００２０】本発明に係わる一般式（Ｉ）で表わされる
化合物の代表的なものの例を第１表に掲げる。

【００２１】

【表１】

【００２２】（表中、ＳＡはスメクチックＡ相を、ＳＢ
はスメクチックＢ相を、Ｃｒは結晶相を、Ｉは等方性液
体相をそれぞれ表わす。）第１表から、本発明の一般式
（Ｉ）で表わされる化合物はＳＡ相、ＳＢ相といったス
メクチック相を示し、ＳＣ相を示さないが、液晶組成物
に添加しても、液晶組成物のＳＣ^*相（あるいはＳＣ
相）の温度範囲をあまり低下させることはない。

【００２３】本発明の強誘電性液晶組成物においては、
一般式（Ｉ）で表わされる化合物を２〜４０重量％含有
することが好ましいが、あまり少量ではその効果が少な
く、また、あまり多量に用いるとＳＣ^*相の温度範囲を
低くしたり、その相系列に影響を与えたりするので、液
晶組成物中に５〜２０重量％含有することがより好まし
い。

【００２４】また、一般式（ＩＩ）で表わされる化合物
は、ＳＣ相を比較的低い温度域で示し、粘度も比較的小
さいので、母体液晶の構成成分としてよく利用されてい
る公知の化合物であり、本発明の第２の液晶組成物にお
いては、この一般式（ＩＩ）で表わされる化合物を母体
液晶の主成分として含有する。

【００２５】一般式（ＩＩ）で表わされる化合物のう
ち、例えば、以下のような化合物が好ましい。 （ａ）Ｒ³が炭素原子数４〜１４の直鎖状アルキル基で
あり、Ｒ⁴が炭素原子数４〜１４の直鎖状アルコキシル
基である一般式（ＩＩａ）の化合物。 （ｂ）Ｒ³が炭素原子数４〜１４の直鎖状アルキル基で
あり、Ｒ⁴が炭素原子数４〜１４の分岐状アルコキシル
基である一般式（ＩＩｂ）の化合物。 （ｃ）Ｒ³が炭素原子数４〜１４の直鎖状アルキル基で
あり、Ｒ⁴が炭素原子数４〜１４の直鎖状アルケニルオ
キシ基である一般式（ＩＩｃ）の化合物。 （ｄ）Ｒ³が炭素原子数４〜１４の直鎖状アルコキシル
基であり、Ｒ⁴が炭素原子数４〜１４の直鎖状アルキル
基である一般式（ＩＩｄ）の化合物。 （ｅ）Ｒ³が炭素原子数４〜１４の分岐状アルコキシル
基であり、Ｒ⁴が炭素原子数４〜１４の直鎖状アルキル
基である一般式（ＩＩｅ）の化合物。 （ｆ）Ｒ³が炭素原子数４〜１４の直鎖状アルケニルオ
キシ基であり、Ｒ⁴が炭素原子数４〜１４の直鎖状アル
キル基である一般式（ＩＩｆ）の化合物。

【００２６】ここで、一般式（ＩＩａ）、（ＩＩｂ）及
び（ＩＩｃ）の化合物の例を、第２表及び第３表に示
す。

【００２７】

【表２】

【００２８】

【表３】

【００２９】また、一般式（ＩＩｄ）、（ＩＩｅ）及び
（ＩＩｆ）の化合物の例を、第４表に示す。

【００３０】

【表４】

【００３１】本発明の強誘電性液晶組成物においては、
これらの化合物のうち、一般式（ＩＩａ）で表わされる
化合物を含有することが特に好ましい。本発明の第２の
液晶組成物における一般式（ＩＩ）で表わされる化合物
の含有量は、１０〜８０重量％の範囲が好ましく、３０
〜６０重量％の範囲が特に好ましい。

【００３２】また、一般式（ＩＩ）で表わされる化合物
として、上記の式（ＩＩａ）の化合物を一般式（ＩＩ）
で表わされる化合物の全量に対して５０〜１００重量％
用いることが好ましい。

【００３３】本発明の液晶組成物においては、母体液晶
の構成材料として、一般式（Ｉ）あるいは一般式（Ｉ
Ｉ）で表わされる化合物以外にも、例えば、以下のよう
な化合物を用いることができる。

【００３４】室温に近い温度範囲でＳＣ相を示す化合物
として、下記の式（ＩＩＩａ）、式（ＩＩＩｂ）、式
（ＩＩＩｃ）あるいは式（ＩＩＩｄ）で表わされる化合
物

【００３５】

【化５】

【００３６】（式中、Ｒ^a、Ｒ^bはそれぞれ独立的にアル
キル基又はアルコキシル基を表わすが、少なくとも一方
はアルコキシル基を表わす。）等を挙げることができ
る。

【００３７】また高温域までＳＣ相を示す化合物として
は、下記の式（ＩＶａ）、式（ＩＶｂ）、式（ＩＶ
ｃ）、式（ＩＶｄ）あるいは式（ＩＶｅ）で表わされる
化合物

【００３８】

【化６】

【００３９】（式中、Ｒ^c、Ｒ^dはそれぞれ独立的にアル
キル基又はアルコキシル基を表わすが、少なくとも一方
はアルキル基を表わし、ｍ及びｎは、各々独立的に０又
は１を表わす。）等をあげることができる。

【００４０】斯くして、本発明の液晶組成物が得られる
が、本発明におけるＳＣ^*液晶組成物の特徴はその応答
が非常に高速であることにある。後述の実施例にも示し
たように、一般式（ＩＩａ）の化合物８０重量％、及び
一般式（ＩＶａ）の化合物２０重量％から成る母体液晶
（Ｈ−ａ）を調製した。

【００４１】尚、母体液晶（Ｈ−ａ）は、

【００４２】

【化７】

【００４３】から成るものである。この母体液晶（Ｈ−
ａ）８０重量％及び式（Ｐ）

【００４４】

【化８】

【００４５】（式中、Ｐｒはｎ−プロピル基を表わ
す。）から成るキラルドーパント２０重量％から成るＳ
Ｃ^*液晶組成物（Ｍ−ａ）は、６７℃以下でＳＣ^*相を示
し、その２５℃における応答速度は４７μ秒であった。
次に、母体液晶（Ｈ−ａ）８５重量％及び第１表中の
Ｎｏ．１の化合物１５重量％から成る母体液晶（Ｈ−
１）を調製した。

【００４６】この母体液晶（Ｈ−１）８０重量％及び上
記式（Ｐ）のキラルドーパント２０重量％から成るＳＣ
^*液晶組成物（Ｍ−１）では、その応答速度は２５℃で
３４μ秒と、ＳＣ^*液晶組成物（Ｍ−ａ）に比べてかな
り高速であった。

【００４７】このことから、本発明の液晶組成物が非常
に低粘性であることが理解できる。また、ＳＣ^*相の上
限温度は６２℃とあまり低下していないことも理解でき
る。従って、本発明の強誘電性液晶組成物は、実際の表
示用材料としてデバイス作成上非常に好適である。

【００４８】また、本発明は上記の、特に強誘電性液晶
を構成要素とする液晶表示素子も提供する。この場合、
本発明のＳＣ^*液晶組成物を、２枚の透明ガラス電極間
に１〜２０μｍ程度の薄膜として封入することにより、
表示用セルとして使用できる。 良好なコントラストを
得るためには均一に配向したモノドメインとする必要が
あり、このため多くの方法が試みられているが、液晶材
料が高温側からＩ相−Ｎ^*（キラルネマチック）相−Ｓ
Ａ相−ＳＣ^*相、又はＩ相−ＳＡ相−ＳＣ^*相の相系列を
示し、Ｎ^*相及びＳＣ^*相における螺旋ピッチを大きくす
ることが必要である。

【００４９】一般的に、液晶組成物の螺旋ピッチの方
向、大きさは、使用するキラルドーパントに依存し、相
系列は使用する全ての化合物に依存するが、本発明の強
誘電性液晶組成物においては、所望の相系列を得ること
は容易である。

【００５０】

【実施例】以下に実施例をあげて本発明を具体的に説明
するが、本発明の主旨及び適用範囲はこれらの実施例に
よって制限されるものではない。

【００５１】本実施例において、相転移温度の測定は温
度調節ステージを備えた偏光顕微鏡及び示差走査熱量計
（ＤＳＣ）を併用して行った。また、組成物中における
「％」はすべて『重量％』を表わす。

【００５２】（実施例１） １−（４−オクチルオキシ
フェニル）−４−オクチルシクロヘキセン（第１表中の
Ｎｏ．１の化合物）の合成 ４−オクチルシクロヘキサノン９．６７ｇをテトラヒド
ロフラン（ＴＨＦ）４０ｍｌに溶解した。この溶液に４
−オクチルオキシ−１−ブロモベンゼン１３．１ｇ及び
金属マグネシウム１．２３ｇから調製したグリニヤール
化合物の１００ｍｌＴＨＦ溶液を５℃で加え、３時間反
応させた。この混合物に１Ｎ塩酸を加え、反応生成物を
エーテルで抽出し、抽出液を水、次いで飽和食塩水で洗
滌した後、有機相を無水硫酸ナトリウムで脱水した。こ
の有機層の溶媒を減圧下で溜去して、１−（４−オクチ
ルオキシフェニル）−４−オクチルシクロヘキサン−１
−オールの粗製物１６．０ｇを得た。この粗製物の全量
をトルエン８０ｍｌに溶解し、硫酸水素カリウム２．０
ｇを加え、３時間加熱還流した。放冷した後、飽和炭酸
水素ナトリウム水溶液、水、次いで飽和食塩水で洗滌
し、無水硫酸ナトリウムで脱水した。溶媒を溜去して得
られた粗製物をカラムクロマトグラフィー（シリカゲ
ル、ヘキサン／酢酸エチル＝１０／１）を用いて精製し
て、１−（４−オクチルオキシフェニル）−４−オクチ
ルシクロヘキセンの結晶１３．３ｇを得た。この結晶を
更にエタノールから再結晶させて、精製物を得た。

【００５３】得られた化合物の相転移温度は第１表に示
した。 （実施例２） 液晶組成物の調製 一般式（ＩＩａ）で表わされる化合物８０％及び一般式
（ＩＩＩａ）で表わされる化合物２０％から成る、ＳＣ
相を示す母体液晶（Ｈ−ａ）を調製した。

【００５４】母体液晶（Ｈ−ａ）は、

【００５５】

【化９】

【００５６】から成るものである。次に、この母体液晶
（Ｈ−ａ）８５％及び一般式（Ｉ）で表わされる第１表
中のＮｏ．１の化合物１５％から成る母体液晶（Ｈ−
１）を調製した。

【００５７】この母体液晶（Ｈ−１）８０％及び式
（Ｐ）

【００５８】

【化１０】

【００５９】（式中、Ｐｒはｎ−プロピル基を表わ
す。）の光学活性化合物から成るキラルドーパント２０
％から成るＳＣ^*液晶組成物（Ｍ−１）を調製した。こ
のＳＣ^*液晶組成物は６２℃までＳＣ^*相を、７３℃まで
ＳＡ相を、７３．５℃までＮ^*相を、それぞれ示した。

【００６０】（実施例３） 液晶表示素子の作成 実施例１で得られた液晶組成物（Ｍ−１）を用いて、以
下の手順で液晶表示素子を作成した。

【００６１】まず、ＩＴＯ蒸着ガラス板（ＥＨＣ社製、
電極面積７０mm²）を洗浄、乾燥した。これにポリイミ
ド形成溶液「ＰＩＱ」（日立化成工業社製）をスピナー
塗布機で塗布し、ポリイミド被膜を形成した（基板
Ａ）。

【００６２】同様にして、グラスファイバーのスペーサ
ーを混合した、上記のポリイミド形成溶液を用いて、ス
ペーサーを含んだポリイミド被膜を形成した（基板
Ｂ）。基板Ａ及び基板Ｂをナイロン布でラビング処理を
施した後、一方の基板に熱硬化型エポキシ接着剤を塗布
して、基板Ａ及び基板Ｂをそのラビング方向が互いに平
行かつ逆向きになるように重ね合わせ、８０℃で３時間
放置し、硬化させ、セルを作成した。

【００６３】こうして作成したセルに、上記ＳＣ^*液晶
組成物（Ｍ−１）を加熱して等方性液体相とした状態で
注入し、次いで、１分間に１℃の割合で徐冷を行い、Ｎ
^*相、ＳＡ相、ＳＣ^*相を配向させ、液晶表示素子を得
た。このセル厚を測定したところ、２．０μｍであっ
た。

【００６４】このセルに電界強度１０Ｖ_p-p／μｍの矩
形波を印加してその電気光学応答速度を測定したとこ
ろ、２５℃で３４μ秒という高速応答が確認できた。こ
の時の自発分極は２１．５ｎＣ／ｃｍ²であり、チルト
角は２７．６゜であった。コントラストは良好であっ
た。

【００６５】（比較例１）実施例２において調製した母
体液晶（Ｈ−ａ）８０％及び式（Ｐ）の光学活性化合物
から成るキラルドーパント２０％から成るＳＣ^*液晶組
成物（Ｍ−ａ）を調製した。このＳＣ^*液晶組成物は６
７℃までＳＣ^*相を、６９．５℃までＳＡ相を、７６℃
までＮ^*相をそれぞれ示した。

【００６６】実施例２と全く同様にして測定した電気光
学応答速度は、２５℃において４７μ秒であり、実施例
と比較してかなり遅くなった。また、このときの自発分
極は２１．７ｎＣ／ｃｍ²であり、チルト角は２７．６
゜であった。

【００６７】

【発明の効果】本発明の、一般式（Ｉ）で表わされる化
合物を含有する強誘電性液晶組成物は、低粘性であるの
で４０μ秒以下という高速応答が可能であり、広いＳＣ
^*相の温度範囲を得ることも容易である。

【００６８】従って、表示用光スイッチング素子の材料
として極めて有用である。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一般式（Ｉ） 【化１】 （式中、Ｒ¹及びＲ²は、各々独立的に炭素原子数６〜１
   ４の直鎖状アルキル基を表わす。）で表わされる化合物
   を含有する強誘電性液晶組成物。
2. 【請求項２】 （１）一般式（ＩＩ） 【化２】 （式中、Ｒ³及びＲ⁴の一方は炭素原子数４〜１４のアル
   コキシル基又はアルケニルオキシ基を表わし、他方は炭
   素原子数４〜１４の直鎖状アルキル基を表わす。）で表
   わされる化合物を含有し、スメクチックＣ（ＳＣ）相を
   示す母体液晶、及び （２）光学活性化合物からなるキラルドーパント を含有することを特徴とする請求項１記載の強誘電性液
   晶組成物。
3. 【請求項３】 一般式（ＩＩ）において、Ｒ³が炭素原
   子数６〜１２の直鎖状アルキル基であり、Ｒ⁴が炭素原
   子数６〜１２の直鎖状アルコキシル基である化合物を含
   有する請求項２記載の強誘電性液晶組成物。
4. 【請求項４】 請求項１、２又は３記載の強誘電性液晶
   組成物を構成要素とする液晶表示素子。