JPH0578283A

JPH0578283A - 乳酸誘導体

Info

Publication number: JPH0578283A
Application number: JP3323051A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Yoshinaga; 和夫吉永; Kazuharu Katagiri; 一春片桐; Kenji Shinjo; 健司新庄
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1991-12-06
Filing date: 1991-12-06
Publication date: 1993-03-30
Anticipated expiration: 2010-01-25
Also published as: JPH075520B2

Abstract

(57)【要約】【目的】応答速度の向上、表示面の改善に有効に働く
液晶性化合物を提供すること。【構成】一般式（Ｉ）【外１】（上記一般式中、Ｒ¹は炭素数４〜１６のアルキル基
を、Ｒは炭素数１〜１６のアルキル基をそれぞれ示す。
またｍおよびｎは１または２の整数であり、ｋは０また
は１、Ｃ^*は光学活性な不斉炭素原子を示す。）で表さ
れる乳酸誘導体。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、分子構造の変更が容易
で且つ光学活性な乳酸誘導体であるところの液晶性化合
物およびそれを含有する液晶組成物ならびに該液晶組成
物を使用する液晶素子に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の液晶素子としては、例えばエム・
シャット（Ｍ．Ｓｃｈａｄｔ）とダブリュー・ヘルフリ
ヒ（Ｗ．Ｈｅｌｆｒｉｃｈ）著、“アプライド、フィズ
ィクス、レターズ”１８巻４号（“ＡｐｐｌｉｅｄＰ
ｈｙｓｉｃｓＬｅｔｔｅｒｓ”、Ｖｏｌ．１８，Ｎ
ｏ．４）（１９７１．２．１５）、Ｐ．１２７〜１２８
の「捩れネマチック液晶の電圧依存光学挙動」（“Ｖｏ
ｌｔａｇｅ−ＤｅｐｅｎｄｅｎｔＯｐｔｉｃａｌＡ
ｃｔｉｖｉｔｙｏｆａＴｗｉｓｔｅｄＮｅｍａ
ｔｉｃＬｉｑｕｉｄＣｒｙｓｔａｌ”）に記載され
たＴＮ（ツイステッド・ネマチック）液晶を用いたもの
が知られている。しかしながら、このＴＮ液晶は、画素
密度を高くしたマトリクス電極構造を用いた時分割駆動
の時、クロストークを発生する問題点があるため、画素
数が制限されていた。また、電界応答が遅く視野角特性
が悪いためにディスプレイとしての用途は限定されてい
た。

【０００３】更に、各画素に薄膜トランジスタによるス
イッチング素子を接続し、各画素毎をスイッチングする
方式の表示素子が知られているが、基板上に薄膜トラン
ジスタを形成する工程が極めて煩雑な上、大面積の表示
素子を作成することが難しい問題点がある。

【０００４】このような従来型の液晶素子の欠点を改善
するものとして、双安定性を有する液晶素子の使用が、
クラーク（Ｃｌａｒｋ）およびラガウェル（Ｌａｇｅｒ
ｗａｌｌ）により提案されている（特開昭５６−１０７
２１６号公報、米国特許第４３６７９２４号明細書
等）。双安定性を有する液晶としては、一般にカイラル
スメクチックＣ相（ＳｍＣ^*）又はＨ相（ＳｍＨ^*）を有
する強誘電性液晶が用いられる。

【０００５】この強誘電性液晶は自発分極を有するため
に非常に速い応答速度を有する上にメモリー性のある双
安定状態を発現させることができ、さらに視野角特性も
すぐれていることから大容量大画面のディスプレイとし
て適している。

【０００６】強誘電性液晶に用いられるところの液晶性
化合物は不斉炭素を有しているために、そのカイラルス
メクチック相を用いるところの強誘電性液晶として利用
する以外に次のような光学素子に対しても使用すること
ができる。

【０００７】１）液晶状態においてコレステリック・ネ
マチック相転移効果を利用するもの（Ｊ．Ｊ．Ｗｙｓｏ
ｋｉ，Ａ．ＡｄａｍｓａｎｄＷ．Ｈａａｓ；Ｐｈｙ
ｓ．Ｒｅｖ．Ｌｅｔｔ．，２０，１０２４（１９６
８））、２）液晶状態においてホワイト・テイラー形ゲスト・ホ
スト効果を利用するもの（Ｄ．Ｌ．Ｗｈｉｔｅａｎｄ
Ｇ．Ｎ．Ｔａｙｌｏｒ；Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，
４５，４７１８（１９７４））、３）液晶状態においてコレステリック相を持つものをマ
トリックス中へ固定することにより、その選択散乱特性
を利用し、ノッチフィルターやバンドパスフィルターと
して利用するもの（Ｆ．Ｊ．Ｋａｈｎ，Ａｐｐｌ．Ｐｈ
ｙｓ．Ｌｅｔｔ．，１８，２３１（１９７１））、円偏
光特性を利用した円偏光ビームスプリッターとして利用
するもの（Ｓ．Ｄ．Ｊａｃｏｂｓ，ＳＰＩＥ，３７，９
８（１９８１））；等。

【０００８】個々の方式についての詳細な説明は省略す
るが、いずれも表示素子や変調素子として重要である。

【０００９】従来、光学活性を有することを特徴とする
光学素子に必要な機能性材料を合成するための光学活性
中間体としては、２−メチルブタノール、２級オクチル
アルコール、２級ブチルアルコール、塩化ｐ−（２−メ
チルブチル）安息香酸、２級フェネチルアルコール、ア
ミノ酸誘導体、ショウノウ誘導体、コレステロール誘導
体等が知られている。

【００１０】しかし、これらは次のような欠点を有して
いる。光学活性な鎖状炭化水素誘導体は構造の変更が困
難で、しかも一部のものを除き非常に高価なものであ
る。アミノ酸誘導体は比較的安価な上に構造の変更も容
易であるがアミンの水素基が化学的に活性が強く、水素
結合や化学反応を生じやすいために機能性材料の特性を
制限してしまいやすい。ショウノウ誘導体、コレステロ
ール誘導体は構造の変更が困難なうえに立体的な障害に
よって機能性材料の特性に悪影響を与えやすい。

【００１１】また、光学活性を有することを特徴とする
光学素子のうち、液晶状態の電界応答光学効果を用いる
方法においては、応答性を高めるために極性基を導入す
ることが行われてきたが、上記従来の光学活性中間体は
極性の小さいものか、あるいは極性基を有効に利用でき
ないものがほとんどであった。

【００１２】とくに強誘電性液晶においては、応答速度
は自発分極に比例することが知られており、高速化のた
めに自発分極を増加させることが望まれている。このよ
うな点からＰ．Ｋｅｌｌｅｒらは不斉炭素に塩素基を導
入することで自発分極を増加させ応答速度化が可能であ
ることを示した（Ｃ．Ｒ．Ａｃａｄ．Ｓｃ．Ｐａｒｉ
ｓ，２８２Ｃ，６３９（１９７６））。しかし、不斉
炭素に導入された塩素基は化学的に不安定であるうえ
に、原子半径が大きいことから液晶相の安定性が低下す
るという欠点を有しているためにその改善が望まれてい
る。

【００１３】上記のような欠点は、種々の材料を開発す
る上で大きな制約となっていた。

【００１４】［発明の目的］上述の事情に鑑み、本発明
の主要な目的は、液晶状態の制御に有用な光学活性な液
晶性化合物、およびこれを含む液晶組成物ならびに該液
晶組成物を使用する液晶素子を提供することにある。

【００１５】より具体的には、本発明は、液晶・ＬＢ膜
・二分子膜等を形成するための適度な分子間力と形状を
もった機能性材料中間体と光学活性を損なうことなく結
合させることにより得られる、分子設計を自由に行うこ
とができる化合物を提供することを目的とする。

【００１６】また、本発明は不斉炭素原子に隣接して酸
素原子が存在するために強誘電性液晶として使用する場
合に大きな自発分極を生じる化合物を提供することを目
的とする。

【００１７】また、本発明はアルキル基の長さを変更す
ることが容易で、このことによりＨ．Ａｒｎｏｌｄ，
Ｚ．Ｐｈｙｓ．Ｃｈｅｍ．，２２６，１４６（１９６
４）に示されるように液晶状態において発現する液晶相
の種類や温度範囲を制御することが可能な液晶性化合物
及びそれを少なくとも１種類配合成分として含有する液
晶組成物を提供することを目的とする。

【００１８】更に本発明はＬＢ（Ｌａｎｇｍｕｉｒ−Ｂ
ｌｏｄｇｅｔｔ）膜法により単分子累積膜を作製する場
合には容易に疎水基を制御することが出来、安定に成膜
することが可能な化合物の提供を目的とする。

【００１９】

【目的を達成するための手段及び作用】本発明はまず一
般式（Ｉ）

【００２０】

【外２】（上記一般式中、Ｒ¹は炭素数４〜１６のアルキル基
を、Ｒは炭素数１〜１６のアルキル基をそれぞれ示す。
またｍおよびｎは１または２の整数であり、ｋは０また
は１、Ｃ^*は光学活性な不斉炭素原子を示す。）で表さ
れる乳酸誘導体を提供するものである。

【００２１】上記の光学活性な液晶性乳酸誘導体を示す
一般式（Ｉ）中、Ｒは炭素原子数１〜１６の直鎖状、分
岐状炭化水素基のものである。１７以上では最終的な機
能材料としたときの粘度やモル体積が増加するため好ま
しくない。また、好ましいＲの炭素原子数は２〜１４で
ある。

【００２２】Ｒ¹は炭素数４〜１６のアルキル基であ
り、また好ましいＲ¹の炭素数は６〜１４である。ｎ＝
１または２でありｋ＝０または１である。

【００２３】以下に、本発明の一般式（Ｉ）で示される
光学活性な乳酸誘導体の合成方法の例を、反応工程式に
より示す。

【００２４】本発明の光学活性な乳酸誘導体は、好まし
くは特願昭６０−２４５７０９号公報に示される４−
（２−アルコキシプロピルオキシ）安息香酸、４′−
（２−アルコキシプロピルオキシ）ビフェニルカルボン
酸等の光学活性中間体（下式（ｆ）の化合物）を経由し
て合成される。

【００２５】

【外３】

【００２６】

【外４】

【００２７】すなわち、Ｒがアルキル基である化合物
［上記式（ａ）の化合物］を合成するには、乳酸エステ
ルと炭化水素ヨウ化物とをＡｇ₂Ｏ存在下に反応させる
ことにより得られる。この場合、乳酸エステルと炭化水
素を容器に入れて混合しておき、この混合物中にＡｇ₂
Ｏを添加する方法が好ましい。

【００２８】さらに上記式（ｂ）の化合物を合成するに
は、上記式（ａ）の化合物をＬｉＡｌＨ₄の如き還元剤
を作用せしめる方法がとられる。

【００２９】更に、ＯＨ基をハロゲン原子に置換する場
合には、上記式（ｂ）の化合物にＰＢｒ₃、ＳＯＣｌ₂、
ＰＣｌ₅の如きハロゲン化剤を作用せしめる方法が採用
される。またトシル化する場合には、ｐ−トルエンスル
ホン酸クロライドを上記式（ｂ）の化合物に作用せしめ
る方法がとられる。

【００３０】このようにして得られた上記式（ｃ），
（ｄ），（ｅ）の化合物をアルカリ条件下にてｐ−ハイ
ドロキシ安息香酸、ｐ−ハイドロキシビフェニルカルボ
ン酸と反応させることにより式（ｆ）の化合物を得るこ
とが出来る。

【００３１】更に、式（ｆ）の化合物を塩化チオニルに
て酸クロライドとしたのち、一般式（ｇ）で示される化
合物と反応させることにより本発明の光学活性な液晶性
の乳酸誘導体を得ることが出来る。

【００３２】上記反応式におけるＲＩは炭素数の広い範
囲にわたって選択することが可能であり、具体的にはヨ
ードブタン、ヨードペンタン、ヨードヘキサン、ヨード
ヘプタン、ヨードオクタン、ヨードノナン、ヨードデカ
ン、ヨードウンデカン、ヨードドデカン、ヨードトリデ
カン、ヨードテトラデカン、ヨードペンタデカン、ヨー
ドヘキサデカン、ヨードヘプタデカン、ヨードオクタデ
カン、ヨードノナデカン、ヨードエイコサン等の直鎖状
飽和炭化水素ヨウ化物；２−ヨードブタン、１−ヨード
−２−メチルプロパン、１−ヨード−３−メチルブタン
等の分岐状飽和炭化水素ヨウ化物；ヨードベンジル、ヨ
ードフェナシル、３−ヨード−１−シクロヘキセン等の
環状不飽和炭化水素ヨウ化物；ヨードシクロペンタン、
ヨードシクロヘキサン、１−ヨード−３−メチルシクロ
ヘキサン、ヨードシクロヘプタン、ヨードシクロオクタ
ン等の環状飽和炭化水素ヨウ化物がある。

【００３３】以上のようなヨウ化物から自由に選択する
ことにより光学活性な乳酸誘導体を得ることができる。

【００３４】表１に、このようにして得られた光学活性
な液晶性の乳酸誘導体の相転移温度および旋光度を示
す。

【００３５】

【表１】

【００３６】本発明の液晶組成物は、上記一般式（Ｉ）
で表わされる光学活性物質、あるいは液晶性の乳酸誘導
体を少なくとも１種類配合成分として含有するものであ
る。

【００３７】上記組成物のうち下式（１）〜（１３）に
代表して示されるような強誘電性液晶を配合成分として
混合したものは、自発分極を増大させることが可能であ
り、さらに粘度を低下させる効果とあいまって応答速度
を改善することができ好ましい。このような場合には、
一般式（Ｉ）で示される本発明の液晶性の乳酸誘導体
を、０．１〜９９重量％の比率で使用することが好まし
く、特に好ましくは１〜９０重量％で使用される。

【００３８】

【外５】

【００３９】

【外６】

【００４０】

【外７】

【００４１】

【外８】

【００４２】

【外９】

【００４３】また、上記一般式（Ｉ）の液晶性乳酸誘導
体を、下式１）〜５）で示されるような、それ自体はカ
イラルでないスメクチック液晶に配合することにより、
強誘電性液晶として使用可能な組成物が得られる。

【００４４】このような場合においては一般式（Ｉ）で
示される本発明の液晶性の乳酸誘導体を、１．０〜９９
重量％の比率で使用することが出来る。

【００４５】

【外１０】

【００４６】

【外１１】

【００４７】ここで、記号は、それぞれ以下の相を示
す。Ｃｒｙｓｔ．：結晶相、ＳｍＡ：スメクチックＡ相、Ｓ
ｍＢ：スメクチックＢ相、ＳｍＣ：スメクチックＣ相、
Ｎ：ネマチック相、Ｉｓｏ．：等方相。

【００４８】また本発明の乳酸誘導体を少なくとも１種
類配合成分として含有するネマチック液晶はツイステッ
ドネマチック（ＴＮ）型セルにして使用する場合にリバ
ースドメインの発生を防止することができ好ましい。

【００４９】発明の効果上記したように本発明の光学活性な液晶性の乳酸誘導体
は、光学活性の乳酸誘導体を、適当な分子間力と形状を
もった機能性材料中間体と光学活性を損なうことなく結
合させることにより得ることができ、分子設計を自由に
行うことができる。特にアルキル基の長さを選択するこ
とにより液晶状態において発現する液晶相の種類や温度
範囲を制御することが可能である。また本発明の光学活
性な乳酸誘導体及び光学活性な液晶性の乳酸誘導体を少
なくとも１種類を配合成分として含有するところの液晶
組成物は、カイラルネマチック液晶、カイラルスメクチ
ック液晶として使用することにより、自発分極の増加、
粘度調整等を通じて、応答速度の向上、リバースドメイ
ンの発生防止等の性能改善が可能である。

【００５０】以下、実施例により本発明の乳酸誘導体で
ある液晶性の光学活性物質及び液晶組成物および液晶素
子について詳細に説明する。

【００５１】

【実施例】実施例１４−（２−エトキシプロピルオキシ）安息香酸４′−オクチルオキシフェニルエステル４−（２−エトキシプロピルオキシ）安息香酸１．５ｇへ塩化チオニル５．１ｍｌを加え、２時間環流
を行った。塩化チオニルを留去しトルエンを加えたもの
へ、７．７ｍｌの乾燥ピリジンに１．５ｇのｐ−オクチ
ルオキシフェノールを溶解したものを５℃以下で滴下し
た。室温で３．５時間撹拌し一夜放置した。冷水を加
え、エーテル抽出したものを５％ＨＣｌ水溶液、５％Ｎ
ａＯＨ水溶液で洗浄後さらに水洗した。溶媒を留去し、
シリカゲルカラムクロマトグラフにて精製したところ、
１．２ｇの４−（２−エトキシプロピルオキシ）安息香
酸４′−オクチルオキシフェニルエステルを得た。

【００５２】生成物について、以下の赤外吸収ピークが
得られた。ＩＲ（ｃｍ^-1）：２９４０、１７３５、１６０５、１５
１０、１２５０、１１９０、１１６５、１０７０。

【００５３】赤外吸収チャートを図１に示す。

【００５４】実施例２４−（２−エトキシプロピルオキシ）安息香酸の代り
に、４−（２−オクチルオキシプロピルオキシ）安息香
酸を用いて、実施例１と同様の方法により４−（２−オ
クチルオキシプロピルオキシ）安息香酸４′−オクチル
オキシフェニルエステルを得た。

【００５５】生成物について、以下の赤外吸収ピークが
得られた。ＩＲ（ｃｍ^-1）：２９３０、１７１５、１６００、１５
１０、１４７０、１２７０、１１９０、１１７５、１１
００、１０７５。

【００５６】赤外吸収チャートを図２に示す。

【００５７】実施例３４−（２−ドデシルオキシプロピルオキシ）ビフェニル
カルボン酸オクチルオキシフェニルエステル

【００５８】４−（２−ドデシルオキシプロピルオキ
シ）ビフェニルカルボン酸２．０ｇへ五塩化リン０．８
ｇを加え、さらにオキシ塩化リン３．９ｍｌを加え２時
間還流した。反応物からオキシ塩化リンを留去しトルエ
ンを加えたものへ、６．１ｍｌのピリジンへ溶解した４
−オクチルオキシフェノール１．０ｇを滴下した。室温
で２．５時間撹拌し、一夜放置後冷水を加えエーテル抽
出した。水洗後溶媒を留去しシリカゲルカラムクロマト
グラフにて精製し、１．３ｇの４−（２−ドデシルオキ
シプロピルオキシ）ビフェニルカルボン酸オクチルオキ
シフェニルエステルを得た。

【００５９】赤外吸収チャートを図３に示す。

【００６０】実施例４実施例１と同様の方法により、４−（２−エトキシプロ
ピルオキシ）安息香酸と４−ヒドロキシ安息香酸デシル
エステルから、４−（２−エトキシプロピルオキシ）安
息香酸４′−（デシルオキシカルボニル）フェニルエス
テルを得た。

【００６１】生成物について、以下の赤外吸収ピークが
得られた。ＩＲ（ｃｍ^-1）：３９３０、３８５５、１７３５、１７
２０、１６００、１５１０、１２５０、１２００、１１
６０、１１０５、１０６０、７６０。

【００６２】赤外吸収チャートを図４に示す。

【００６３】実施例５４−（２−オクチルオキシプロピルオキシ）安息香酸
４′−（デシルオキシカルボニル）ビフェニルエステル

【００６４】実施例４と同様の手法により、４−（２−
オクチルオキシプロピルオキシ安息香酸と４′−ハイド
ロキシビフェニルカルボン酸デシルエステルより、４−
（２−オクチルオキシプロピルオキシ）安息香酸４′−
（デシルオキシカルボニル）ビフェニルエステルを合成
した。

【００６５】生成物について、以下の赤外吸収ピークが
得られた。ＩＲ（ｃｍ^-1）：３９３０、３８５０、１７３０、１７
１０、１６００、１５１０、１２８０、１１７０、１１
１０、７７０。

【００６６】赤外吸収チャートを図５に示す。

【００６７】実施例６下記の組成物の液晶組成物を調製した。

【００６８】この液晶組成物は、冷却過程において１０
２〜１５℃の温度範囲でＳｍＣ^*相を示し、本発明の液
晶性乳酸誘導体の配合により、ＳｍＣ^*の温度範囲をほ
とんど狭めることなく低温化することが出来た。

【００６９】

【外１２】

【００７０】比較例本発明の乳酸誘導体を配合しない液晶性化合物

【００７１】

【外１３】の冷却過程におけるＳｍＣ^*相の温度範囲は１３４〜４
１℃である。

【００７２】実施例７実施例６で製造した液晶性化合物を使用した液晶素子

【００７３】高精度研摩した１０×２０ｍｍのガラスへ
約１０００ÅのＩＴＯ膜を電極として設け、さらに約１
０００ÅのＳｉＯ₂をイオンビーム法により蒸着した。
同様の加工を行ったガラス基板に実施例６で製造した液
晶組成物を滴下し、対向して上記ガラス基板を重ねあわ
せた。１１５℃にて基板をおさえつけながら、偏光顕微
鏡下で上下基板の間隔を保ちながら、相互にずらすよう
にして平行運動を行ったところ水平配向したモノドメイ
ンが得られた。そのときの液晶層厚は１．０μｍであ
り、カイラルスメクチックＣ相にて±２０Ｖのパルスを
印加すると、約５００μｓｅｃでスイッチングを行っ
た。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１により得られた液晶性化合物の赤外吸
収チャートを示す。

【図２】実施例２により得られた液晶性化合物の赤外吸
収チャートを示す。

【図３】実施例３により得られた液晶性化合物の赤外吸
収チャートを示す。

【図４】実施例４により得られた液晶性化合物の赤外吸
収チャートを示す。

【図５】実施例５により得られた液晶性化合物の赤外吸
収チャートを示す。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一般式（Ｉ）【外１】（上記一般式中、Ｒ¹は炭素数４〜１６のアルキル基
を、Ｒは炭素数１〜１６のアルキル基をそれぞれ示す。
またｍおよびｎは１または２の整数であり、ｋは０また
は１、Ｃ^*は光学活性な不斉炭素原子を示す。）で表さ
れる乳酸誘導体。