JPH0832661B2 - 光学活性化合物及びその用途 - Google Patents

光学活性化合物及びその用途

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JPH0832661B2 JP63212580A JP21258088A JPH0832661B2 JP H0832661 B2 JPH0832661 B2 JP H0832661B2 JP 63212580 A JP63212580 A JP 63212580A JP 21258088 A JP21258088 A JP 21258088A JP H0832661 B2 JPH0832661 B2 JP H0832661B2
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【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、当該化合物を含有す
る液晶組成物及び当該化合物あるいは当該化合物の少な
くとも1種を含有する液晶組成物を使用して構成される
光スイツチング素子に関する。
〔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、ねじれネマチツク型(TN)及び動的散乱
型(DS)である。これらはネマチツク液晶を主成分とし
たネマチツク液晶セルによる表示であるが、従来のネマ
チツ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ツク液晶セルの
応用範囲を制約する一因となつている。これに対して最
近スメクチツ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つてきた。
光学活性なスメクチツク液晶の中には強誘電性を示す
ものが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、メイ
ヤー(R.B.Meyer)ら〔ジユルナール・ド・フイジーク
(J.Phys.)、第36巻、第L69頁(1975)〕により最初に
合成されたが、それは、4−(4−デシルオキシペンジ
リデンアミノ)−2′−メチルブチルシンナメート(DO
BAMBC)を代表例とするシツフ塩基系の化合物であり、
これが光学活性の状態、例えばカイラルスメクチツク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、クラーク(N.A.Clark)ら〔アブライド・
フイジクス・レターズ(Appl.Phys.Lett.)、第36巻、
第899頁(1980年)〕により、DOBAMBCの薄膜セルにおい
てマイクロ秒オーダーの高速応答性が発見され、これが
契機となつ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、液晶テレビ等のデイスプレイ用のみなら
ず、光プリンターヘツド、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、液晶化合物あるいは組成物自身が安定
であり、更には、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などのシツ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40℃以上高温側にあるなど、実
用に適するものではなかつた。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。
本発明の目的は化学的安定性、光安定性に優れ、自発
分極が大きく、かつカイラルスメクチツクC相の温度範
囲の広い新規液晶化合物を得ることにある。また本発明
はこのような化合物あるいは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ものであ
る。
〔課題を解決するための手段〕
本発明を概説すると、本発明の第1の発明は光学活性
化合物に関する発明であつて、下記一般式I: (式中、W、X、Y及びZはフツ素又は塩素、Q1は−O
−基又は−OCO−基、Q2は−COO−基又は−OCO−基、m
は1又は2の数、Rは炭素数4以上のアルキル基を示
し、−CF(CF3)OC3F7基、あるいは基Rのうち少なくとも
一方は光学活性基である)で表される化合物であること
を特徴とする。
また、本発明の第2の発明は液晶組成物に関する発明
であつて、第1の発明の光学活性化合物の少なくとも1
種を成分として含有することを特徴とする。
そして、本発明の第3の発明は光スイツチング素子に
関する発明であつて、第1の発明の光学活性化合物、あ
るいは当該化合物の少なくとも1種を成分として含有す
る液晶組成物を使用して構成されることを特徴とする。
前記一般式Iの化合物は、中心骨格が安息香酸エステ
ル構造を有しており、更に分子の両末端に長鎖の置換基
(炭素数4〜18が好ましい)が存在するのでそれ自身が
液晶性を示すものである。また、この化合物は不斉炭素
にカルボニル基及びCF3基を直接結合させているほか、
フツ素あるいは塩素の双極子モーメントが分子長軸に対
して横方向に作用するので高い旋光性を有している。ま
た、複数のフツ素の存在により表面エネルギーの低下が
起こるため、強誘電性液晶に不可欠な薄いセル内におい
て、ドメインの回転に対する抵抗が非フツ素系化合物に
比較して減少することが予想され、これらがあいまつて
表示素子として使用する場合に高速応答性が期待できる
ものである。
〔化合物の製法〕
本発明における一般式Iの光学活性化合物は、例えば
次のような合成経路に従つて製造することができる。
上記製造過程を概説すると、始めにフエノール化合物
等をパーフルオロ−2−プロピルオキシプロピオン酸ク
ロライド(II)によりアシル化して化合物(III)を製
造する。化合物(III)においてLがメチル基を表す場
合には、過マンガン酸カリ等の酸化剤で酸化してカルボ
ン酸化合物(IV)を製造する。
一方、4−アルキルオキシポリフルオロ安息香酸類
(V)を用いて、塩化チオニル等の塩素化剤により酸ク
ロライド(VI)とする。
最後に、酸クロライド(VI)及びフエノール化合物
(III)あるいはフエノール化合物(VII)及び(IV)の
酸クロライド(VIII)を塩基性物質の存在下に縮合させ
て一般式Iの化合物を製造することができる。
なお、上記製造工程において、ポリフルオロ安息香酸
(エステル)類(V、VII)は例えば文献1:バーチヤル
(J.M.Birchall)ほか、ジヤーナル・オブ・ケミカル・
ソサエテイ(J.Chem.Soc.),1971年、第1343頁あるいは
文献2:高岡昭生、石川延男ほか、日本化学会誌、1985
年、第2155頁に従つてテトラフルオロ−あるいはクロロ
フルオロ−ベンゾニトリル類から製造することができ
る。
また、化合物(IV)については、例えば文献3:クラー
ク(H.T.Clarke)ほか、オーガニツク・シンセシス(Or
ganic Synthesis)コレクテイブ・ボリユーム第II巻、
第135頁(1966年)に従つて、o−クロロ安息香酸の合
成に準拠して製造することができる。
またラセミ体のパーフルオロ−2−プロピルオキシプ
ロピオン酸クロライドを用いる場合には、一般式(V)
〜(VII)の化合物中の基Rのアルキル基が光学活性で
ある化合物を使用して一般式(I)の化合物を製造する
ことができる。
〔実施例〕
以下、本発明を実施例により更に具体的に説明する
が、本発明の適用範囲はこれらの実施例によつて限定さ
れるものではない。
実施例1 (a)4−ヒドロキシビフエニル4gを二硫化炭素120ml
に溶解し、無水塩化アルミニウム5gを加え、かくはんし
ながら光学活性−パーフルオロ−2−プロピルオキシプ
ロピオン酸クロライド(II)7.8g/二硫化炭素50mlの溶
液を10℃以下で滴下し、その後7時間加熱還流し、冷却
後希塩酸中に注ぎ、水、希炭酸水素ナトリウム水溶液、
水の順で洗浄し、溶媒を留去し、残留物のトルエン溶液
をシリカゲルのカラムを通し、溶媒を留去して4−ヒド
ロキシ−4′−(パーフルオロ−1−プロピルオキシエ
チルカルボニル)ビフエニル(III、L=−OH、m=
2)5.2gを得た。
(b)窒素雰囲気中で金属ナトリウム2.5g、1−オクタ
ノール16g及びトルエン250mlを加熱かくはんして、ナト
リウムが溶解した後に減圧下にトルエンを留去し、ペン
タフルオロベンゾニトリル19gのN−メチルピロリドン1
40mlの溶液を加えて140±5℃で20時間加熱反応させ
た。放冷後水を加えて炭酸ナトリウム水溶液で抽出し、
水層に塩酸を加えてトルエン抽出し、水で洗浄して無水
硫酸マグネシウムで乾燥し、トルエン溶液をシリカゲル
のカラムを通し、溶媒を留去して残留物を20%水酸化ナ
トリウム300mlと15時間加熱還流し、冷却後希塩酸を加
えて酸性にし、析出する固体を乾燥後ヘキサンで再結晶
して4−オクチルオキシテトラフルオロ安息香酸(V、
R=C3H17、W=X=Y=Z=F)9.7gを得た。
(c)(b)で製造したカルボン酸化合物(V)0.81g
に塩化チオニル10mlを加え3時間加熱反応させた後、塩
化チオニルを留去して得られる生成物のトルエン溶液を
化合物(III)1.21gのピリジン溶液に徐々に加えて60〜
68℃で5時間反応させ、一夜放置後水に注いでトルエン
で抽出し、トルエン溶液を希水酸化ナトリウム水溶液、
次いで水で洗浄して無水硫酸マグネシウムで乾燥し溶媒
を留去して、ヘキサン−トルエンを溶媒とするシリカゲ
ルのカラムクロマトグラフイで精製し、更にヘプタンで
再結晶して、化合物:4−(4−オクチルオキシテトラ
フルオロベンゾイルオキシ)−4′−(パーフルオロ−
1−プロピルオキシエチルカルボニル)ビフエニルを製
造した。
化合物を透明電極の間隙が約3μmのガラスセルに
封入し、偏光顕微鏡で観察した結果、55.7〜67.5℃の範
囲で、例えば±5V、1Hzの電界を印加したときに電界の
極性反転に伴つてドメインの反転が観測された。その他
の相転移温度は他の例と共に後記表1に示す通りであ
る。ただしCryは結晶状態、SC*はカイラルスメクチツ
クC相、SAはスメクチツクA相、Iは等方性液相を示し
ている。なお、・はその相が存在することを示してい
る。
またこの化合物を電極間隙120μmのセルに封入し、
宮里らが報告している三角波法〔K.宮里、S.アベ、H.タ
ケゾエ、A.フクダ(K.Miyasato、S.Abe、H.Takezoe、A.
Fukuda)ほか、ジヤパニーズ・ジヤーナル・オブ・アブ
ライド・フイジクス(Jpn.J.Appl.Phys.)、1983年、第
22巻、第L661頁〕により自発分極を測定したところ、そ
の値は124nC/cm2であつた。
実施例2 ペンタフルオロベンゾニトリルに代えて文献2に準じ
て製造した3−クロロテトラフルオロベンゾニトリルを
用いる以外は実施例1と同様にして化合物:4−(4−
オクチルオキシ−3−クロロトリフルオロベンゾイルオ
キシ)−4′−(パーフルオロ−1−プロピルオキシエ
チルカルボニル)ビフエニルを製造した。
この化合物の相転移温度は表1に示す通りである。た
だし、( )はその相がモノトロピツクであることを表
している。
また実施例1と同様にして測定した自発分極の値は15
8nC/cm2であつた。
実施例3 1−オクタノールに代えて1−デカノール、ペンタフ
ルオロベンゾニトリルに代えて3−クロロテトラフルオ
ロベンゾニトリルを用いる以外は実施例1と同様にして
化合物:4−(4−デシルオキシ−3−クロロトリフル
オロベンゾイルオキシ)−4′−(パーフルオロ−1−
プロピルオキシエチルカルボニル)ビフエニルを製造し
た。この化合物の相転移温度は表1に示す通りである。
また実施例1と同様にして測定した自発分極の値は12
0nC/cm2であつた。
実施例4 1−オクタノールに代えて1−ヘキサノール、ペンタ
フルオロベンゾニトリルに代えて2,4−ジクロロトリフ
ルオロベンゾニトリルを用いる以外は実施例1と同様に
して化合物:4−(4−ヘキシルオキシ−2−クロロト
リフルオロベンゾイルオキシ)−4′−(パーフルオロ
−1−プロピルオキシエチルカルボニル)ビフエニルを
製造した。この化合物の相転移温度は表1に示す通りで
ある。
また実施例1と同様にして測定した自発分極の値は18
7nC/cm2であつた。
実施例5 1−オクタノールに代えて1−デカノール、ペンタフ
ルオロベンゾニトリルに代えて3,5−ジクロロトリフル
オロベンゾニトリル、4−ヒドロキシビフエニルに代え
てフエノールを用いる以外は実施例1と同様にして化合
物:4−デシルオキシ−3,5−ジクロロジフルオロ安息
香酸−4′−(パーフルオロ−1−プロピルオキシエチ
ルカルボニル)フエニルエステルを製造した。
この化合物の相転移温度は表1に示す通りである。た
だし、−はその相の存在が不明確であることを示す。こ
の化合物は、実施例10に示すように、ノンカイラル液晶
化合物との混合により、SC*相の発現が観察された。
実施例6 1−オクタノールに代えて1−ヘキサノール、ペンタ
フルオロベンゾニトリルに代えて2,4,6−トリクロロジ
フルオロベンゾニトリルを用いる以外は実施例1と同様
にして化合物:4−(4−ヘキシルオキシ−2,6−ジク
ロロジフルオロベンゾイルオキシ)−4′−(パーフル
オロ−1−プロピルオキシエチルカルボニル)ビフエニ
ルを製造した。この化合物の相転移温度は表1に示す通
りである。
実施例7 1−オクタノールに代えて光学活性−2−オクタノー
ル、ペンタフルオロベンゾニトリルに代えて3−クロロ
テトラフルオロベンゾニトリル、光学活性−パーフルオ
ロ−2−プロピルオキシプロピオン酸に代えてそのラセ
ミ体を用いる以外は実施例1と同様にして化合物:4−
〔4−(1−メチルヘプチルオキシ)−3−クロロトリ
フルオロベンゾイルオキシ)−4′−(パーフルオロ−
1−プロピルオキシエチルカルボニル)ビフエニルを製
造した。この化合物の相転移温度は表1に示す通りであ
る。
実施例8 4−ヒドロキシビフエニルに代えてフエノールを用い
る以外は実施例1と同様にして化合物:4−オクチルオ
キシテトラフルオロ安息香酸−4′−(パーフルオロ−
1−プロピルオキシエチルカルボニル)フエニルエステ
ルを製造した。この化合物の相転移温度は表1に示す通
りである。
実施例9 4−ヒドロキシビフエニルに代えて4−メチルビフエ
ニルを用いて実施例1(a)と同様にして4−メチル−
4′−(パーフルオロ−1−プロピルオキシエチルカル
ボニル)ビフエニルを製造した。この化合物を文献3に
準じて酸化反応を行い、4−(パーフルオロ−1−プロ
ピルオキシエチルカルボニル)−4′−ビフエニルカル
ボン酸(IV)を製造した。この化合物及び4−ヒドロキ
シテトラフルオロ安息香酸オクチルを用いて実施例1と
同様にして化合物:4−(パーフルオロ−1−プロピル
オキシエチルカルボニル)−4′−ビフエニルカルボン
酸−4″−オクチルオキシカルボニルテトラフルオロフ
エニルエステルを製造した。この化合物の相転移温度は
表1に示す通りである。
実施例10 《液晶組成物》 実施例5における化合物の30重量部に対して、ノン
カイラルのスメクチツク液晶である下記構造式の4−
(2−メチルブチル)−4′−ビフエニルカルボン酸−
4″−ヘキシルオキシフエニルエステル40重量部、及び
4−オクチルオキシ−4′−ビフエニルカルボン酸−
4″−ペンチルオキシフエニルエステル30重量部を混合
して液晶組成物を調製した。
この液晶組成物は15〜53℃の範囲でSC*相を示し、そ
の温度範囲が化合物単独に比較して著しく拡大されて
いた。
実施例11 《液晶組成物》 実施例8における化合物の20重量部に対して、ノン
カイラルのスメクチツク液晶である下記構造式の4−
(2−メチルブチル)−4′−ビフエニルカルボン酸−
4″−オクチルオキシフエニルエステル70重量部、及び
4−オクチルオキシ安息香酸−4−(2−メチルブチル
オキシ)フエニルエステル10重量部を混合して液晶組成
物を調製した。
この液晶組成物は4〜46℃の範囲でSC*相を示し、そ
の温度範囲が化合物単独に比較して著しく拡大されて
いた。
実施例12 《液晶組成物》 実施例3、4及び6における化合物、及びのそ
れぞれ10、15、及び18重量部に対して、実施例11におけ
るノンカイラルのスメクチツク液晶をそれぞれ45及び12
重量部混合して液晶組成物を調製した。この液晶組成物
は3〜43℃の範囲でSC*相を示し、その温度範囲が単独
の化合物に比較して著しく拡大されていた。
以上3つの実施例で示したように、構造の異なる液晶
化合物を混合することにより、単独で用いるよりも広い
温度範囲、しかも室温の上下でカイラルスメクチツクC
液晶となる液晶組成物を得ることができる。
実施例13 《光スイツチング素子》 ポリイミド膜にラビング配向処理を施し、透明電極の
間隙が約3μmのガラスセルに、実施例1で得られる化
合物を加熱して等方性液体とした後充てんした。この
セルを徐冷して59℃に保持し、±20V、10Hzの方形波を
印加したときの透過光強度の変化を光電子増倍管で測定
した結果、光強度の0〜90%変化による応答時間は84μ
secであり、高速な応答性を示した。
実施例14 《光スイツチング素子》 実施例10から12で調製した液晶組成物を用いて、実施
例13と同様にしてセルを作製した。測定温度を41℃とす
る以外は実施例13と同一条件で求めた応答時間はそれぞ
れ180、155及び73μsecであり、高速な応答性を示し
た。
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明によれば、一般式Iで表さ
れる光学活性化合物、あるいはこの光学活性化合物の少
なくとも1種を成分として含有する液晶組成物を用いる
ことにより、自発分極が大きいために表示素子として用
いる場合に高速応答が可能であるのみならず、広い温度
範囲でカイラルスメクチツク相を示す材料系及び光スイ
ツチング素子を提供することができる。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】一般式I: (式中、W、X、Y及びZはフツ素又は塩素、Q1は−O
    −基又は−OCO−基、Q2は−COO−基又は−OCO−基、m
    は1又は2の数、Rは炭素数4以上のアルキル基を示
    し、−CF(CF3)OC3F7基あるいは基Rのうち少なくとも一
    方は光学活性基である)で表されることを特徴とする光
    学活性化合物。
  2. 【請求項2】請求項1記載の光学活性化合物の少なくと
    も1種を成分として含有することを特徴とする液晶組成
    物。
  3. 【請求項3】請求項1記載の光学活性化合物、あるいは
    この化合物の少なくとも1種を成分として含有する液晶
    組成物を使用して構成されることを特徴とする光スイツ
    チング素子。
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