JPH0751535B2 - 光学活性化合物及び液晶組成物 - Google Patents

光学活性化合物及び液晶組成物

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JPH0751535B2
JPH0751535B2 JP2305288A JP2305288A JPH0751535B2 JP H0751535 B2 JPH0751535 B2 JP H0751535B2 JP 2305288 A JP2305288 A JP 2305288A JP 2305288 A JP2305288 A JP 2305288A JP H0751535 B2 JPH0751535 B2 JP H0751535B2
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Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明は新規な光学活性化合物および光学活性基を有す
る液晶組成物に関するものである。
「従来の技術」 液晶表示素子の表示方式として現在広く実用に供されて
いるものは、ねじれネマチック型(TN)および動的散乱
型(DS)である。これらはネマチック液晶を主成分とし
たネマチック液晶セルによる表示である。従来のネマチ
ック液晶セルの短所の一つに応答速度が遅く、最高数ミ
リ秒のオーダーの応答速度しか得られないという事実が
あげられる。そしてこのことがネマチック液晶セルの応
用範囲をばめる一因となっている。これに対して最近ス
メクチック液晶セルを用いればより高速な応答が得られ
ることが明らかになってきた。
光学活性なスメクチック液晶の中には強誘電性を示すも
のであることが知られており、その応用に関して大きな
関心が持たれている。強誘電性液晶は、1975年、R.B.メ
イヤー(R.B.Meyer)らにより最初に合成されたが(ジ
ュルナール・ド・フィジーク(J.Phys.)、36、L69(19
75))、それは、4−(4′−n−デジルオキシベンジ
リデンアミノ)−2−メチルブチルシンナメート(DOBA
MBC)を代表例とするシッフ塩基系の化合物であり、こ
れが光学活性の状態、すなわちカイラルスメクチックC
相において強誘電性を示すことを特徴とするものであ
る。その後、N.A.クラーク(N.A.Clark)ら(アプライ
ド・フィジクス・レターズ(Appl.Phys.Lett.)、36、8
99(1980))によってDOBAMBCの薄膜セルに於て、マイ
クロ秒オーダーの高速応答性が発見され、これが契機と
なって強誘電性液晶はその高速応答性やメモリ性を利用
して、液晶テレビ等のディスプレイ用のみならず、光プ
リンターヘッド、光フーリエ変換素子、ライトバルブ等
のオプトエレクトロニクス関係素子の部品にも使用可能
な材料として注目を集めている。強誘電性液晶セルにお
いては、誘電率が高く、自発分極が大きい材料を用いる
ほどセルを高速駆動できて有利であるため、自発分極の
大きい材料の開発が望まれている。
また実用上は、液晶組成物自身が安定であり、さらに
は、室温を中心とする広い温度範囲で強誘電性を示すこ
とが必要である。
「発明が解決しようとする課題」 しかし、DOBAMBCなどのシッフ塩基型の化合物は水や光
等に対する安定性の点で難点があり、また強誘電性を示
す温度範囲も室温より50℃程度高温側にあるなど、実用
に適するものではなかった。そこで、強誘電性液晶材料
として、物理的化学的に安定で、しかも大きい自発分極
を持つ材料系の実現が強く期待されている。
本発明の課題は化学的安定性、光安定性にすぐれ、自発
分極が大きい新規な光活性化合物および液晶組成物を得
ることにある。また本発明はこの様な新規な光学活性化
合物あるいはそれを含む液晶組成物を用いて高速応答性
を有する表示素子等を提供しようとすることにある。
「課題を解決するための手段」 本発明を概説すれば、本発明の第一の発明は光学活性化
合物に関する発明であって、下記一般式I: (但し、R1は炭素数1〜18のアルキル基を示し、R2は炭
素数4〜18のアルキル基、4−アルキルフェニル基また
は4−アルキルオキシフェニル基を示し、lは1または
2を示し、Xは−O−、−COO−、−OCO−または単結合
を示す)で表されることを特徴とする。
また、本発明の第二の発明は液晶組成物に関する発明で
あって、エステル結合を有する光学活性なスメクチック
C液晶またはスメクチックC液晶からなる成分と、前記
第一の発明の一般式(I)で表される光学活性化合物と
を含有していることを特徴とする。
前記一般式(I)で表される化合物の中で、特に好まし
いのは、次の一般式(II)、(III)または(IV)で表
わされる化合物である。
(ただし、mは1〜18、nは4〜18の整数を表す) これらの光学活性化合物は、不斉炭素C*にフッ素および
カルボニル基を直接結合させているので、高い旋光性を
有している。また、中心骨格はカルボキシビフェニル、
ビフェニルカルボン酸またはカルボキシ安息香酸フェニ
ル構造を有しており、さらに分子末端に長鎖アルキル基
が存在するのでそれ自身が液晶性を示し、光学活性スメ
クチックC液晶に添加したときにその液晶性を低下させ
ることはない。
一方、エステル結合を有するスメクチックC液晶性化合
物としては、特に限定されないが、例えば下記一般式
(V)あるいは(VI)で示される化合物の一種または二
種以上が使用できる。この場合、光学活性スメクチック
C液晶化合物あるいはスメクチックC液晶化合物のいず
れでも使用することができる。
(ただし、式中n=4〜18の整数である) 本発明において、一般式(I)、特に(II)、(III)
あるいは(IV)で示される光学活性化合物の液晶組成物
全体に対する配合量は、特に限定はされないが、例えば
1〜30重量%とすることが好ましい。光学活性化合物の
配合量が上記よりも少ない場合は自発分極の値が小さす
ぎて十分な応答性が得られないという問題が生じ、光学
活性化合物の配合量が上記よりも多い場合は液晶のらせ
んピッチが小さくなりすぎてセル製造が困難となるほ
か、カイラルスメクチックC相の温度範囲が狭くなると
いう問題が生じるからである。
本発明における光学活性化合物は、例えば次のような中
間体化合物を順次経由する方法に従って製造することが
できる。
酸成分である光学活性フルオロマロン酸モノエステル
は、ラセミ体のフルオロマロン酸ジエステルを不斉加水
分解反応して得られる。この反応の詳細については、例
えば、光学活性−2−メチル−2−フルオロマロン酸水
素エチルの製造については、北爪らの論文(文献1:北爪
智哉ほか、日本化学会誌、1985、P2126)に記載されて
おり、酵素としてはセルラーゼやリパーゼ等が用いられ
る。
また上記の化合物のアルキル基R1の炭素数が異なる異性
体である、例えば2−メチル−2−フルオロマロン酸水
素オクチルの製造については、まず該当の酸のジオクチ
ル体を石川らの報告(石川延男ほか、ケミストリ・レタ
ーズ、1981年、107頁)に基づいて合成し、ついで2−
メチル−2−フルオロマロン酸ジエチルと同様にして不
斉加水分解して製造できる。
次にこれら光学活性の酸化合物を塩化オキサリル等の塩
素化剤により酸クロライドとし、これをヒドロキシ化合
物とピリジン中で反応させて、目的とする光学活性化合
物を得ることができる。
「実施例」 実施例1 光学活性−2−メチル−2−フルオロマロン酸水素エチ
ル(この化合物は前記の北爪らの文献1記載の方法で製
造した)2.6gを塩化メチレン中、塩化オキサリル2.7ml
と反応させるKitazumeらの方法(T.Kitazumeほか、ジャ
ーナル・オブ・オーガニック・ケミストリ(J.Org.Che
m.)51巻、1003頁(1986年))により酸クロライドを製
造した。これをトルエン25mlに溶解し、4−ヘキシルオ
キシ−4′−ヒドロキシビフェニル4.6gをピリジン60ml
に溶解した溶液に徐々に滴下して、60〜70℃で5時間反
応させ、一夜放置した。水を加えてトルエン抽出し、希
水酸化ナトリウム水溶液、及び水で洗浄し、トルエンを
留去して残留物をシリカゲルのカラムクロマト(溶媒ヘ
プタン−クロロホルム)により精製し、さらに石油エー
テルで再結晶して光学活性の化合物、すなわち2−メ
チル−2−フルオロマロン酸エチル−4′−ヘキシルオ
キシビフェニル3.1gを得た。
つぎにこの化合物を厚さ約3μmの透明電極付きセル
に封入し、±5V、1Hzの電界を印加しながら偏光顕微鏡
で観察すると、54.6〜58.5℃の範囲で明瞭に応答するの
が認められた。その他の相転移温度は表1に示してあ
る。なおSXはカイラルスメチックCあるいはそれ以外の
強誘電性の状態で、上記の電界に対して少なくとも一部
が応答することを表している。SAはスメクチックA状
態、N*はカイラルネマチック相、Iは等方性液晶を表し
ている。また・はその相が存在すること、−は存在しな
いことを表している。
またこの化合物を、三角波法で自発分極を測定したとこ
ろ、その値は43nC/cm2であった。
実施例2 4−ヘキシルオキシ−4′−ヒドロキシビフェニルの代
わりにそれぞれ4−オクチルオキシ−、4−デシルオキ
シ−、および4−ドデシルオキシ−4′−ヒドロキシビ
フェニルを用いる他は実施例1と同様にして光学活性化
合物〜を製造した。これらの化合物の相転移温度は
表1に示した。
実施例3 2−メチル−2−フルオロマロン酸ジオクチルを用いて
前記北爪らの文献1の方法により光学活性−2−メチル
−2−フルオロマロン酸水素オクチルを得た。この化合
物から実施例1と同様の方法で酸クロライドを製造し
た。また4−ヘキシルオキシ−4′−ヒドロキシビフェ
ニルの代わりに4−オクチルオキシ−4′−ヒドロキシ
ビフェニル、4−オクチル−4′−ヒドロキシビフェニ
ル、4′−ヒドロキシ−4−ビフェニルカルボン酸オク
チル、カプリル酸−4−ヒドロキシビフェニル、4′−
ヒドロキシ−4−ビフェニルカルボン酸−4″−オクチ
ルフェニル、4′−ヒドロキシ−4−ビフェニルカルボ
ン酸−4″−オクチルオキシフェニル、4−ヒドロキシ
安息香酸−4′−オクチルオキシフェニル、4−ヒドロ
キシ安息香酸−4′−オクチルフェニル、4−オクチル
オキシ安息香酸−4′−ヒドロキシフェニルを用いる以
外は実施例1と同様にして化合物〜を製造した。
これらの化合物の相転移温度は表1に示してある。
実施例4 化合物と、ジエステル系結晶である光学活性−4−オ
クチルオキシ安息香酸−4′−(2−メチルブチルオキ
シカルボニル)フェニル(一般式Vにおいてn=8の化
合物)との重量比20:80の混合物を調製し、実施例1と
同様にして電界に対する応答を調べた結果、21〜43℃の
範囲で明瞭な応答を示し、また自発分極の大きさは26nC
/cm2であった。ジエステル液晶単独の自発分極の値は3n
C/cm2程度であるから、化合物を混合することによ
り、自発分極の著しい向上が達成できたことになる。
実施例5 化合物と光学活性−4′−(2−メチルブチル)−4
−ビフェニルカルボン酸−4″−オクチルオキシフェニ
ル(一般式VIにおいてn=8の化合物)との重量比10:9
0の混合物を調製し、実施例1と同様にして電界に対す
る応答を調べた結果、74〜85℃の範囲で明瞭な応答を示
した。また自発分極の大きさは18nC/cm2であった。この
ビフェニルカルボン酸エステル単独の自発分極の値は3n
C/cm2であるから、化合物を混合することにより、自
発分極の著しい向上が達成できたことがわかる。
実施例6 化合物およびラセミ体の2−メチルブタノールから製
造したスメクチック液晶である4−オクチルオキシ安息
香酸−4′−(2−メチルブチルオキシカルボニル)フ
ェニル(一般式Vにおいてn=8の化合物)との重量比
10:90の混合物を調製し、実施例1と同様にして電界に
対する応答を調べた結果、22.5〜43℃の範囲で明瞭な応
答を示し、ドメインの配向状態も良好であった。また自
発分極の大きさは21nC/cm2であった。スメクチック液晶
単独では自発分極は存在しないので、化合物を混合す
ることにより、自発分極の著しい向上が達成できたこと
になる。
実施例7 化合物、化合物および、ラセミ体の2−メチルブタ
ノールから製造したスメクチック液晶である4−オクチ
ルオキシ安息香酸−4′−(2−メチルブチルオキシカ
ルボニル)フェニルとの重量比10:10:80の混合物を調製
し、実施例1と同様にして電界に対する応答を調べた結
果、27〜67℃の範囲で明瞭な応答を示し、それぞれを単
独で使用する場合に比較して著しく広い温度範囲で応答
した。またドメインの配向状態も良好であった。なお自
発分極の大きさは24nC/cm2であった。スメクチック液晶
であるジエステル単独では自発分極は存在しないので、
化合物およびを混合することにより、自発分極の著
しい向上が達成できたことになる。
実施例8 化合物およびラセミ体のスメクチック液晶である4′
−(2−メチルブチル)−4−ビフェニルカルボン酸−
4″−オクチルオキシフェニルとの重量比15:85の混合
物を調製し、実施例1と同様にして電界に対する応答を
調べた結果、67.5〜84℃の範囲で明瞭な応答を示し、そ
れぞれを単独で使用する場合に比較して広い温度範囲で
応答した。またドメインの配向状態も良好であった。な
お自発分極の大きさは22nC/cm2であった。スメクチック
液晶であるビフェニルカルボン酸エステル単独では自発
分極は存在しないので、化合物を混合することによ
り、自発分極の著しい向上が達成できたことになる。
「発明の効果」 以上説明したように、本発明によれば、次の一般式
(I)、この(I)式で表わされるものの中でも特に一
般式(II)、(III)あるいは(IV)で示される光学活
性化合物を用いることにより、 あるいはエステル結合を有するカイラルスメクチックC
液晶またはスメクチックC液晶からなる成分に前記式
(I)特に(II)、(III)あるいは(VI)で示される
光学活性化合物を添加することにより、自発分極を増大
させ、しかもカイラルスメクチックC液晶相の温度範囲
の広い液晶組成物を得ることができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 C09K 19/12 9279−4H 19/46 9279−4H G02F 1/13 500

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】一般式 (但し、R1は炭素数1〜18のアルキル基を示し、R2は炭
    素数4〜18のアルキル基、4−アルキルフェニル基また
    は4−アルキルオキシフェニル基を示し、C*は不斉炭素
    を、lは1または2を示し、Xは−O−、−COO−、−O
    CO−または単結合を示す)で表される光学活性化合物。
  2. 【請求項2】エステル結合を有する光学活性のスメクチ
    ックC液晶化合物またはスメクチックC液晶化合物から
    なる成分と、次の一般式(II)、(III)または(IV)
    で示される光学活性化合物とを含有することを特徴とす
    る液晶組成物。 (ただし、C*は不斉炭素を示し、mは1〜18、nは4〜
    18の整数を表す)
  3. 【請求項3】前記エステル結合を有する光学活性のスメ
    クチックC液晶化合物またはスメクチックC液晶化合物
    からなる成分が、下記一般式(V)または(VI)で示さ
    れる化合物(ただし、スメクチック液晶化合物である場
    合はC*がCを表す)である請求項2記載の液晶組成物。 (ただし、式中n=4〜18の整数である)
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