JPH0632764A - 光学活性化合物および表示素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 低電圧駆動が可能で高速応答性に優れた３つ
の安定な分子配列状態を有する反強誘電性液晶材料、お
よびそれを用いた素子を提供する。 【構成】 次式の光学活性化合物、例えば(Ｒ)−４’−
デシルビフェニル−４−カルボン酸−４−（１−トリフ
ルオロメチル−６−エトキシヘキシルオキシカルボニ
ル）フェニルエステルおよびそれを用いた表示素子。 ［Ｒは炭素数9〜13のアルコキシ基またはアルキル基、
Ｘは水素原子またはフッ素原子を表す。］

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光学活性化合物及びこ
れを用いる表示素子に関する。さらに詳しくは、本発明
の化合物は液晶性化合物としての用途が期待できるもの
で、高速応答性に優れた３つの安定な分子配列状態を有
するカイラルスメクチックＣ_A相を示す反強誘電性液晶
材料、およびこれを用いた表示素子に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】現在、液晶化合物を用いた表示素子は、
その低電圧駆動性、低電力消費性及び小型、薄型化の観
点から、広く利用されている。最近、高速応答性液晶素
子として、強誘電性液晶を用いた表面安定化強誘電性液
晶素子が活発に研究されている。この表面安定化強誘電
性液晶素子は、２つの安定な分子配列状態を有してい
る。この２つの状態間のスイッチングはその素子が有し
ている分極反転しきい値以上の電圧を印加することによ
り可能であり、その応答時間は１０〜１００μｓオーダ
ーと高速である。また、それぞれの状態は印加電圧を０
にしても、その直前の分極反転しきい値以上の電圧を印
加したときの状態を保持するというメモリー性を理想的
には有している。これらの特性を利用して、コンピュー
ターディスプレイ、テレビジョン等の表示素子や、光情
報処理用光学素子等の研究が進められている。

【０００３】しかしながら、この表面安定化強誘電性液
晶素子には次記のような問題点が存在している。表示安
定化強誘電性液晶素子が有する２つの分子配列状態はい
ずれも自発分極が存在している状態であるため、配向膜
として、ポリイミド等の絶縁性材料を用いた場合、この
配向膜に誘電分極が生じ、印加電圧を０にしたとき、液
晶に分極反転しきい値以上の逆電圧がかかり、電極内の
ある部分ではもう一方の状態へのスイッチングが起こ
り、直前の電圧印加時に得られた一様な分子配向状態が
保持できないことがある。即ち、表面安定化強誘電性液
晶素子の特性であるはずのメモリー性を示さないことが
ある。また、この表面安定化強誘電性液晶素子では、ス
メクチック層が折れ曲がった構造、いわゆるシェブロン
構造を取り易く、それにより生じる配向欠陥のために、
良好な分子配向状態を得ることが困難である。さらに、
耐久性の点で、該素子は機械的ショックにより、配向欠
陥が生じ易く、一度生じた欠陥は修復が困難である。

【０００４】一方、反強誘電性液晶はその特性により、
上記強誘電性液晶の問題点を解消しうる材料として注目
されている。即ち、反強誘電性液晶素子において反強誘
電性液晶は、強誘電性液晶が持っている２つの安定状態
に加えて、電界無印加時に１つの安定状態（第３の安定
状態）を持っている。この第３の安定状態では、分子層
間の自発分極は打ち消されるために、配向膜に絶縁性の
材料を用いた場合でも誘電分極を生ずることはない。ま
た、もう１つの大きな特徴としては、電界印加により層
構造がブックシェルフ構造とシェブロン構造の間でスイ
ッチングすることが知られている。この層構造のスイッ
チングにより、欠陥が少なく、また一度生じた欠陥を電
界印加により自己修復できる液晶素子の作成が可能とな
る。

【０００５】反強誘電性液晶材料を用いた液晶表示素子
は、２枚の直行する偏光板の間に液晶セルを挟み込み、
スメクチック相における分子層の法線方向と偏光子また
は検光子の方向が一致するように設置し、電界無印加時
の第３の安定状態を暗状態とし、電界印加により他方の
安定状態に変化させ、その状態を明状態として用いるこ
とにより、明および暗の表示を行わせるものである。し
かしながら、反強誘電性液晶は、第３の安定状態からも
う一方の安定状態へ、即ち暗状態から明状態へ変化させ
るために必要な印加電圧が高いといわれ、このことによ
り十分な応答速度を得るために大きな電圧を印加する必
要があるという問題点が指摘されてきた。この問題点を
解決する方法として、数種の化合物の配合による方法
（特開平3-223390号公報）が知られている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来知られ
ている反強誘電性液晶材料に比べ、第３の安定状態から
他方の安定状態に変化させるために必要な印加電圧が低
い反強誘電性液晶材料を提供し、この特性により従来の
反強誘電性液晶素子の問題点を解決することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記目的
を達成するため鋭意検討を行った結果、本発明を完成す
るに至った。即ち、本発明は、下記の一般式(1)

【０００８】

【化３】

【０００９】［但し、上記一般式(1)中、Ｒは炭素数９
〜１３のアルコキシ基またはアルキル基、Ｘは水素原子
またはフッ素原子を表す。］で示される光学活性化合
物、およびそれを用いた表示素子である。本発明の光学
活性化合物は、低電圧駆動が可能な３つの安定な分子配
列状態を有するカイラルスメクチックＣ_A相を示す反強
誘電性液晶材料として有用な化合物である。

【００１０】［本発明化合物の一般的製造法］本発明の
一般式(1)で示される化合物は、以下に示す方法により
製造することができる。以下反応式で例示するが、式中
Ｒ、Ｘは一般式(1)で定義したものと同一であり、式中
の( )番号は上段の化合物を表す。反応式 ：

【００１１】

【化４】

【００１２】反応工程（I）は、脱水縮合剤としてジシ
クロヘキシルカルボジイミド等を用い、触媒としてＮ，
Ｎ−ジメチル−４−アミノピリジン等の有機塩基を用
い、溶媒として塩化メチレン、クロロホルム等を用いる
ことにより容易に実施できる。反応工程（II）は、脱ベ
ンジル化工程であるが、公知の方法により実施できる。
例えば、触媒としてパラジウム炭素を用い、溶媒として
エタノール、酢酸などを用い常圧水添することにより実
施できる。反応工程（III）は、反応工程（I）と全く同
様に実施でき、容易に本発明の目的化合物である一般式
(1)の化合物に導くことができる。

【００１３】［本発明化合物の例示］本発明において用
いられる光学活性化合物としては、以下の化合物が例示
される。

【００１４】Ｎｏ.１：(Ｒ)−４’−オクチルオキシビ
フェニル−４−カルボン酸−４−（１−トリフルオロメ
チル−６−エトキシヘキシルオキシカルボニル）フェニ
ルエステル、

【００１５】Ｎｏ.２：(Ｒ)−４’−ノニルオキシビフ
ェニル−４−カルボン酸−４−（１−トリフルオロメチ
ル−６−エトキシヘキシルオキシカルボニル）フェニル
エステル、

【００１６】Ｎｏ.３：(Ｒ)−４’−デシルオキシビフ
ェニル−４−カルボン酸−４−（１−トリフルオロメチ
ル−６−エトキシヘキシルオキシカルボニル）フェニル
エステル、

【００１７】Ｎｏ.４：(Ｒ)−４’−ウンデシルオキシ
ビフェニル−４−カルボン酸−４−（１−トリフルオロ
メチル−６−エトキシヘキシルオキシカルボニル）フェ
ニルエステル、

【００１８】Ｎｏ.５：(Ｒ)−４’−ドデシルオキシビ
フェニル−４−カルボン酸−４−（１−トリフルオロメ
チル−６−エトキシヘキシルオキシカルボニル）フェニ
ルエステル、

【００１９】Ｎｏ.６：(Ｒ)−４’−トリデシルオキシ
ビフェニル−４−カルボン酸−４−（１−トリフルオロ
メチル−６−エトキシヘキシルオキシカルボニル）フェ
ニルエステル、

【００２０】Ｎｏ.７：(Ｒ)−４’−オクチルビフェニ
ル−４−カルボン酸−４−（１−トリフルオロメチル−
６−エトキシヘキシルオキシカルボニル）フェニルエス
テル、

【００２１】Ｎｏ.８：(Ｒ)−４’−ノニルビフェニル
−４−カルボン酸−４−（１−トリフルオロメチル−６
−エトキシヘキシルオキシカルボニル）フェニルエステ
ル、

【００２２】Ｎｏ.９：(Ｒ)−４’−デシルビフェニル
−４−カルボン酸−４−（１−トリフルオロメチル−６
−エトキシヘキシルオキシカルボニル）フェニルエステ
ル、

【００２３】Ｎｏ.１０：(Ｒ)−４’−ウンデシルビフ
ェニル−４−カルボン酸−４−（１−トリフルオロメチ
ル−６−エトキシヘキシルオキシカルボニル）フェニル
エステル、

【００２４】Ｎｏ.１１：(Ｒ)−４’−ドデシルビフェ
ニル−４−カルボン酸−４−（１−トリフルオロメチル
−６−エトキシヘキシルオキシカルボニル）フェニルエ
ステル、

【００２５】Ｎｏ.１２：(Ｒ)−４’−トリデシルビフ
ェニル−４−カルボン酸−４−（１−トリフルオロメチ
ル−６−エトキシヘキシルオキシカルボニル）フェニル
エステル、

【００２６】Ｎｏ.１３：(Ｒ)−４’−オクチルオキシ
ビフェニル−４−カルボン酸−３−フルオロ−４−（１
−トリフルオロメチル−６−エトキシヘキシルオキシカ
ルボニル）フェニルエステル、

【００２７】Ｎｏ.１４：(Ｒ)−４’−ノニルオキシビ
フェニル−４−カルボン酸−３−フルオロ−４−（１−
トリフルオロメチル−６−エトキシヘキシルオキシカル
ボニル）フェニルエステル、

【００２８】Ｎｏ.１５：(Ｒ)−４’−デシルオキシビ
フェニル−４−カルボン酸−３−フルオロ−４−（１−
トリフルオロメチル−６−エトキシヘキシルオキシカル
ボニル）フェニルエステル、

【００２９】Ｎｏ.１６：(Ｒ)−４’−ウンデシルオキ
シビフェニル−４−カルボン酸−３−フルオロ−４−
（１−トリフルオロメチル−６−エトキシヘキシルオキ
シカルボニル）フェニルエステル、

【００３０】Ｎｏ.１７：(Ｒ)−４’−ドデシルオキシ
ビフェニル−４−カルボン酸−３−フルオロ−４−（１
−トリフルオロメチル−６−エトキシヘキシルオキシカ
ルボニル）フェニルエステル、

【００３１】Ｎｏ.１８：(Ｒ)−４’−トリデシルオキ
シビフェニル−４−カルボン酸−３−フルオロ−４−
（１−トリフルオロメチル−６−エトキシヘキシルオキ
シカルボニル）フェニルエステル、

【００３２】Ｎｏ.１９：(Ｒ)−４’−オクチルビフェ
ニル−４−カルボン酸−３−フルオロ−４−（１−トリ
フルオロメチル−６−エトキシヘキシルオキシカルボニ
ル）フェニルエステル、

【００３３】Ｎｏ.２０：(Ｒ)−４’−ノニルビフェニ
ル−４−カルボン酸−３−フルオロ−４−（１−トリフ
ルオロメチル−６−エトキシヘキシルオキシカルボニ
ル）フェニルエステル、

【００３４】Ｎｏ.２１：(Ｒ)−４’−デシルビフェニ
ル−４−カルボン酸−３−フルオロ−４−（１−トリフ
ルオロメチル−６−エトキシヘキシルオキシカルボニ
ル）フェニルエステル、

【００３５】Ｎｏ.２２：(Ｒ)−４’−ウンデシルビフ
ェニル−４−カルボン酸−３−フルオロ−４−（１−ト
リフルオロメチル−６−エトキシヘキシルオキシカルボ
ニル）フェニルエステル、

【００３６】Ｎｏ.２３：(Ｒ)−４’−ドデシルビフェ
ニル−４−カルボン酸−３−フルオロ−４−（１−トリ
フルオロメチル−６−エトキシヘキシルオキシカルボニ
ル）フェニルエステル、

【００３７】Ｎｏ.２４：(Ｒ)−４’−トリデシルビフ
ェニル−４−カルボン酸−３−フルオロ−４−（１−ト
リフルオロメチル−６−エトキシヘキシルオキシカルボ
ニル）フェニルエステル、

【００３８】［表示素子の一般的製造法］本発明の表示
素子の作製は、透明電極が設けられ、表面が配向処理さ
れた２枚の透明基板をスペーサを挟んで貼り合わせたも
のに、液晶化合物を注入することにより実施できる。本
発明の表示素子の作製には、従来の強誘電性液晶を用い
る素子の作製技術が応用できる。例えば、配向膜の材料
としては、ポリビニルアルコール、ポリイミド、Ｓｉ
Ｏ、ＳｉＯ₂などを用いることができる。また、スペー
サーとしては、シリカビーズ、アルミナビーズ、ガラス
ファイバー、ポリマーフィルムなどを用いることができ
る。

【００３９】

【発明の効果】本発明による光学活性化合物は、従来知
られている反強誘電性液晶材料に比べ、第３の安定状態
から他方の安定状態に変化させるために必要な印加電圧
が低い反強誘電性液晶材料であり、従来の表面安定化強
誘電性液晶素子における上記した問題点を解決する性能
を有している。この特性は、この光学活性化合物を用い
た素子の、従来品以上の利用態様に対する可能性を与え
るものである。

【００４０】

【実施例】以下実施例により本発明を更に具体的に説明
する。なお、実施例および比較例中の相転移温度の測定
および相の同定は、ＤＳＣ、並びに実施例３で説明する
素子を作製し、その電場応答を偏光顕微鏡で観察する方
法により実施した。また、相転移温度（℃）の表示に用
いた略号、Ｃｒｙは結晶相を、ＳｍＣ_Ａ＊はカイラルス
メクチックＣ_Ａ相を、ＳｍＡはスメクチックＡ相を、Ｉ
ｓｏは等方性液体相を表す。また、上段の値は５℃／ｍ
ｉｎで昇温したとき、下段の値は５℃／ｍｉｎで降温し
たときの相転移温度を表す。

【００４１】［実施例１］ I．（Ｒ）−４’−デシルビフェニル−４−カルボン酸
−４−（１−トリフルオロメチル−６−エトキシヘキシ
ルオキシカルボニル）フェニルエステルの合成

【００４２】(1)（Ｒ）−４−ベンジルオキシ安息香酸
−１−トリフルオロメチル−６−エトキシヘキシルエス
テルの製造 ４−ベンジルオキシ安息香酸７５２mg（３.３０mmo
l）、（Ｒ）−１−トリフルオロメチル−６−エトキシ
ヘキサノール６４３mｇ（３.００mmol）、およびＮ，Ｎ
−ジメチルアミノピリジン２２０mg（１.８０mmol）に
塩化メチレン２０mlを加え、室温にて撹拌した後、ジシ
クロヘキシルカルボジイミド９２８mg（４.５０mmol）
を加え室温にて１時間反応させた。反応終了後、析出し
た固形物を濾別し、水洗、５％酢酸水溶液による洗浄、
水洗を経た後、無水硫酸マグネシウムで乾燥させた。乾
燥剤を濾別し、塩化メチレンを留去し、粗目的物を得
た。このものをシリカゲルクロマトグラフィーにより精
製することにより、（Ｒ）−４−ベンジルオキシ安息香
酸−１−トリフルオロメチル−６−エトキシヘキシルエ
ステル１１８０mg（２.７８mmol）を得た。

【００４３】（２）（Ｒ）−４−ヒドロキシ安息香酸−
１−トリフルオロメチル−６−エトキシヘキシルエステ
ルの製造 上記（１）で得られた（Ｒ）−４−ベンジルオキシ安息
香酸−１−トリフルオロメチル−６−エトキシヘキシル
エステル１１８０mg（２.７８mmol）を酢酸１０mlに溶
解した後、水素雰囲気下５％パラジウム炭素２３７mgを
用い、室温にて２時間反応させた。反応終了後、パラジ
ウム炭素を濾別し、酢酸を留去し、粗目的物を得た。こ
のものをシリカゲルクロマトグラフィーにより精製する
ことにより、（Ｒ）−４−ヒドロキシ安息香酸−１−ト
リフルオロメチル−６−エトキシヘキシルエステル８６
０mg（２.５７mmol）を得た。

【００４４】（３）（Ｒ）−４’−デシルビフェニル−
４−カルボン酸−４−（１−トリフルオロメチル−６−
エトキシヘキシルオキシカルボニル）フェニルエステル
の製造 上記（２）で得られた（Ｒ）−４−ヒドロキシ安息香酸
−１−トリフルオロメチル−６−エトキシヘキシルエス
テル１００mg（０．３０mmol）、４’−デシルビフェニ
ル−４−カルボン酸１１７mg（０．３３mmol）、及び
Ｎ，Ｎ−ジメチル−４−アミノピリジン２０mg（０．１
７mmol）に塩化メチレン１０mlを加え、室温にて撹拌し
た後、ジシクロヘキシルカルボジイミド８０mg（０．３
９mmol）を加え、室温にて２時間反応させた。反応終了
後、析出した固形物を濾別し、水洗、５％酢酸水溶液に
よる洗浄、水洗を経た後、無水硫酸マグネシウムで乾燥
させた。乾燥剤を濾別した後、塩化メチレンを留去し、
粗目的物を得た。このものをシリカゲルクロマトグラフ
ィーにより精製することにより、目的の（Ｒ）−４’−
デシルビフェニル−４−カルボン酸−４−（１−トリフ
ルオロメチル−６−エトキシヘキシルオキシカルボニ
ル）フェニルエステル１５０mg（０．２２mmol）を得
た。

【００４５】¹Ｈ−ＮＭＲスペクトル（ppm）：0.88(t,3
H), 1.16-1.55(m,25H), 1.81-1.98(m,2H), 2.68(t,2H),
3.25-3.60(m,4H), 5.53-5.62(m,1H), 7.30(d,2H), 7.36
(d,2H), 7.58(d,2H),7.75(d,2H), 8.18(d,2H), 8.25(d,
2H)

【００４６】ＩＲスペクトル（cm^-1）：2900, 2850, 17
35, 1600, 1500, 1460, 1320, 1260, 1185, 1120, 107
0, 1016, 816, 760, 690

【００４７】相転移温度（℃）：

【００４８】

【化５】

【００４９】II．素子の調製および評価 透明電極付きの２枚のガラス基板に、配向膜としてポリ
イミドをスピンコートした後、ラビング処理を施し、そ
れらを、それぞれのラビング方向が互いに平行となるよ
うに、１．５μｍのギャップ間隔で貼り合わせ、セルを
組み立てた。このセルに上記Iで合成した化合物を等方
性液体相にして注入し、その後、液晶状態まで徐冷し
た。これを透過軸を直交させた偏光子と検光子とで挟
み、印加電圧が０Ｖのとき、透過光量が最小となるよう
に、偏光子に対するセルの角度を調整した。以上の手順
で作製した素子について、２５℃における印加電圧変化
に対する透過光量変化を測定したところ、完全に明状態
で変化する電圧は７．２Ｖであった。この値を電界強度
で表すために、電極間距離で補正すると、４．８Ｖ／μ
ｍとなった。

【００５０】［実施例２〜７］上記実施例１と同様にし
て、一般式（１）における置換基ＲおよびＸが表１に示
される化合物を合成し、それぞれの化合物の相転移温度
および反強誘電相上限温度より２０℃低い温度における
暗状態から明状態に完全に変化する電圧を測定し、素子
の電極間距離で補正し、電界強度とした。これらの結果
も表１に示した。

【００５１】

【表１】

【００５２】［比較例１〜６］上記実施例１と同様にし
て、下記一般式（６）：

【００５３】

【化６】

【００５４】における置換基ＲおよびＸが表２に示され
る化合物を合成し、それぞれの化合物の相転移温度およ
び反強誘電相上限温度より２０℃低い温度における暗状
態から明状態に完全に変化する電圧を測定し、素子の電
極間距離で補正し、電界強度とした。これらの結果も表
２に示した。これらの化合物では、いずれも本発明の化
合物に比べ暗状態から明状態に変化するために必要な電
界強度は大きかった。

【００５５】

【表２】

【００５６】［比較例７］上記実施例１と同様にして、
下記式（７）で示される化合物を合成し、この化合物の
相転移温度を測定した。その結果は下記のとおりであ
る。

【００５７】

【化７】

【００５８】相転移温度（℃）

【００５９】

【化８】

【００６０】また、反強誘電相上限温度より２０℃低い
温度における暗状態から明状態に完全に変化する電圧を
測定し、素子の電極間距離で補正した結果８．０Ｖ／μ
ｍであった。この化合物では、本発明の化合物に比べ暗
状態から明状態に変化するために必要な電界強度は大き
かった。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 下記一般式(1)で示される光学活性化合
   物。 【化１】 ［但し、上記一般式(1)中、Ｒは炭素数９〜１３のアル
   コキシ基またはアルキル基、Ｘは水素原子またはフッ素
   原子を表す。］
2. 【請求項２】 下記一般式(1)で示される光学活性化合
   物を用いた表示素子。 【化２】 ［但し、上記一般式(1)中、Ｒは炭素数９〜１３のアル
   コキシ基またはアルキル基、Ｘは水素原子またはフッ素
   原子を表す。］