JPH0832666B2 - 反強誘電性液晶化合物 - Google Patents

反強誘電性液晶化合物

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JPH0832666B2
JPH0832666B2 JP2218027A JP21802790A JPH0832666B2 JP H0832666 B2 JPH0832666 B2 JP H0832666B2 JP 2218027 A JP2218027 A JP 2218027A JP 21802790 A JP21802790 A JP 21802790A JP H0832666 B2 JPH0832666 B2 JP H0832666B2
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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、液晶電気光学素子に使用できる反強誘電性
液晶化合物に関し、さらに詳しくは、電気光学効果を利
用した液晶画像表示装置、及びプリンターのシャッター
アレィ等のスイッチング素子に利用できる。
〔従来の技術〕
液晶表示装置は薄型軽量で消費電力も低いため、時
計、電卓を初めとして種々のディスプレィとして使用さ
れてきたが、ICの発達に伴い表示サイズも拡大してき
た。しかし、従来使用されているネマチック系液晶は応
答速度が10〜50ミリ秒と低速なため、表示サイズの拡大
に連れコントラストが低下してしまうという欠点をもっ
ていた。
そこで、従来上下基板間で90度捩っていた液晶の配列
(ツイステッドネマチック=TN)を、高コントラストを
確保するために180度から270度捩る方式が提案された
(スーパーツイステッドネマチック=STN)。ところ
が、この方式では高コントラストは得られるものの、応
答速度は100から200ミリ秒と低速になるため、表示装置
として用途的に限定されてしまう。
そこで、液晶の配列を変えずに、薄膜トランジスタ
(TFT)を各画素に設け、いわゆるアクティブマトリッ
クス液晶ディスプレィとして、商品化が進められてい
る。しかし、この方式はTFTを設けるのに非常にコスト
がかかる上、分溜りも悪く、より一層コストが高くなっ
ている。大規模は生産ラインによる低コスト化も検討さ
れているが、本質的に多くの工程を要する以上、低コス
ト化にも限度がある。さらに、ハイビジョンテレビの出
現にともない液晶ディスプレイに関しても高密度表示へ
と要求が高くなっているが、TFTおよびネマチック液晶
の性質上高密度化することは非常に難しいと言われてい
る。そこで、より高速に応答し、より高密度化できる液
晶表示素子が待望されている。
一方、強誘電性液晶は1980年クラーク・ラガバールらに
よる表面安定化強誘電性液晶素子(SSFLCD)の提案(N.
A.Clarkら、Appl.Phys.Lett.,36,899(1980))から、
その高速応答性に多くの注目を受け広範な研究が行われ
てきている。強誘電性液晶と呼ばれる液晶相は、液晶分
類上キラルスメクチックC(SC *)相、キラルスメクチ
ックH(SH *)相、キラルスメクチックF(SF *)相等で
あるが、これらの中で応答速度の点で有利なSC *相の利
用について一般的に検討されている。
表面安定化強誘電性液晶素子において、強誘電性液晶
は二つの安定状態を持ち、印加電界の方向によりいずれ
か一方の状態が安定化され、電界を切っても維持される
(メモリー性と呼ばれる)。したがって、高デューティ
の駆動を行うことが可能であり、応答速度が充分に高速
であれば高密度表示が達成できると考えられている。し
かし、当初予想されたより、配向状態が非常に複雑で、
未だ実用に至っていない。
すなわち、層内で液晶分子のダィレクターが捩れた状
態になり易く、この状態では高いコントラスト比が得ら
れない。また、上下基板に対し層が垂直に立っている
(ブックシェルフ構造)と考えられていたが(第1図参
照)、実際には、層が折れ曲がった状態(シェブロン構
造)をとっていることがわかった(第2図参照)。この
ため第3図に示すようなジグザグ欠陥が発生し、これも
コントラストを低下させる原因になっている。
第1図、第2図において符号1は上部基板、2は下部
基板、3は層、4は液晶分子(第2図においては省略)
を示す。
さらに、強誘電性液晶の持つ自発分極が問題になって
きている。すなわち、強誘電性液晶のメモリー状態を長
時間保持すると、逆電界を印加しても反転が困難になり
(以下焼付けという)、結果としてコントラストの低下
を招くことがわかってきた。これは、メモリー状態にお
いて、常に存在する自発分極に起因する内部電界のため
と考えられている。
ところが、最近この様な強誘電性液晶を持つ欠点を解
消できる可能性のある液晶相の存在が報告された。この
液晶相は反強誘電性で(以後SCA *相と示す)、強誘電性
液晶相の持つ二つの安定状態(第4図参照)の他に、層
に垂直な方向を消光位とする第三の安定状態を持つ。こ
の第三の状態では第5図に示すように、層間で自発分極
は打ち消される。しかも、SC *相の高次の相であるの
に、本質的に温度低下に基づく粘度上昇があるのみで応
答速度は、ほとんどSCA *相と差が無い。
また、印加電界によりシェブロンとブックシェルフの
間をスイッチングできる。そのためSCA *相においては、
電界印加により容易にブックシェルフ構造となり欠陥も
無くなる。さらに、電圧無印加時の安定状態である暗状
態(第三の状態)が、自発分極でメモリーされているの
ではなく、安定な配向状態に戻るだけである。そのた
め、焼付けも起こさない。
以上のように、反強誘電性液晶は、従来の強誘電性液
晶と同様の速度で駆動でき、高コントラストの表示が容
易に実現できると言われている。したがって、実用上非
常に有用な液晶相である。
最初に、反強誘電性液晶相を示すことを発見されたの
は、下記のような化合物である(A.D.L.Chandaniら、Jp
n.Appl.Phys.27,L729(1988))。
その後、キラルユニットを1−メチルヘプチル基から
1−トリフルオロメチルヘプチル基に代えてもSCA *相が
出現することがわかった。この1−トリフルオロメチル
ヘプチル基は反強誘電性液晶相を出現させ易く、SCA *
を示すことを報告された化合物の多くはその誘導体であ
る。しかし、通常の炭化水素系キラル化合物でSCA *相を
示すことを報告された化合物は非常に少ない。代表的な
化合物を示すと次のとおりである。(日本学術振興会
情報科学用有機材料 第142委員会 第47回 合同研究
会資料、p.18(1990))。
従来のネマチック液晶と同様に反強誘電性液晶も、単
一化合物ないしは単一化合物群のみの配合では充分な温
度範囲の確保は困難である。その上、実用化に向けて様
々な性能が要求されていく中で、多くの性質の異なる化
合物が必要とされている。
〔発明が解決しようとする課題〕
本発明は、新規な反強誘電性液晶相を示す化合物に関
し、室温を含む実用的な温度範囲で反強誘電性を示す液
晶組成物を組み立てる上で、非常に有効な化合物を提供
することを目的としている。
〔課題を解決するための手段〕
本発明者は、反強誘電性液晶相を示す化合物に関し、
広範な検討を行い、本発明の化合物が、反強誘電性液晶
相を示すことを見いだし本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は、下記一般式(I) (式中、R1は炭素数10又は12の直鎖アルキル基、R2は炭
素数6の直鎖アルキル基を示し、C*は光学活性炭素を表
す。) で示されることを特徴とする反強誘電性液晶相を示す化
合物である。
特に比較例に示すようなR1の炭素数が短いもの、ある
いは炭素数が奇数個であるものは反強誘電相を示さな
い。
本発明に関連する化合物として、特開昭62−192342号
公報において開示された下記のような化合物が挙げられ
る。
しかし、いずれの化合物においても高次のスメクチッ
ク相は観察されていない。
従って、SC *相の高次の相であるSCA *相を示す化合物
は提案されていない。
また、特開昭62−192343号公報及び63−44550号公報
において次のような化合物が提案されている。
しかし、これらの化合物はフェニル基がハロゲンで置
換されている上、無置換の場合と同様ほとんど高次のス
メクチック相は観察されない。
しかも、炭化水素系光学活性化合物に関しては、反強
誘電性液晶相は前述のようなビフェニルを含む化合物で
観察されているだけで、他の化合物に関してはほとんど
知られていない。
一方、液晶組成物を組み立てる場合、極性の大きく異
なる成分の混合は液晶相の熱安定性を大きく低下させる
ことが知られている。従って、トリフルオロメチル基を
導入した化合物は、通常の炭化水素系液晶とは小量しか
混合できない。従って、現在知られているような化合物
のみで、充分な温度範囲を確保することは非常に難し
い。
そこで、極性的に類似しており、且つ混合時に融点降
下を起こし得るような構造的な変化を持つ新規な化合物
が必要である。
本発明の化合物は、最初に発見されたMHPOBCと極性が
大きく変化せず、第6図に示すように、良く混和し融点
降下を起こすことから、SCA *相の温度範囲を広げること
ができる。
本発明に含まれる化合物を以下に例示する。
本発明の一般的合成ルートを示すと下記の通りであ
る。
以下に実施例及び比較例を示し、本発明を詳細に説明
する。
実施例1 4−(4−デシルオキシベンゾイルオキシ)
安息香酸4−(1−メチルヘプチルオキシカルボニル)
フェニルの合成 2−オクタノール13.0g、ピリジン9.5g、トルエン70m
lを0〜5℃に冷却し、4−アセトキシ安息香酸クロリ
ド19.9gのトルエン溶液(50ml)を滴下した。滴下終了
後、室温に戻しさらに2時間攪拌した後、反応液を氷水
中へ注いだ。分液した有機層を乾燥後濃縮し、得られた
組生成物をシリカゲルカラムクロマトグラフィーにより
精製し、17.7gの4−アセトキシ安息香酸1−メチルヘ
プチルを得た。
4−アセトキシ安息香酸1−メチルヘプチル8.8gにエ
タノール50mlを加え攪拌しながら10℃でベンジルアミン
8.0gを滴下した。室温で5時間さらに反応を続けた後、
濃縮し、シリカゲルカラムクロマトグラフィーにより分
離精製して5.6gの4−ヒドロキシ安息香酸1−メチルヘ
プチルを得た。
つぎにJ.P.Van MeterらのJ.Am.Chem.Soc.95(2),62
6(1973)に記載されている方法で合成した4−(4−
デシルオキシベンゾイルオキシ)安息香酸3.98g、4−
ヒドロキシ安息香酸1−メチルヘプチル2.5g、N,N′−
ジシクロヘキシルカルボジイミド2.1g、4−ジメチルア
ミノピリジン1.25gに塩化メチレン100mlを加え2時間か
き混ぜた。
反応終了後、反応液をろ過し、ろ液を濃縮した。得ら
れた組生成物をシリカゲルカラムクロマトグラフィーに
より精製し、2.5gの標題の化合物を得た。
以下に分析結果を示す。1 H−NMR(ppm):0.87〜0.90(6H,m),1.28〜1.85(29H,
m),4.04(2H,t,J=6.6Hz),5.13〜5.21(1H,m),6.98
(2H,d,J=8.8Hz),7.30(2H,d,J=8.8Hz),7.37(2H,
d,J=8.3Hz),8.12〜8.15(4H,m),8.27(2H,d,J=8.8H
z) 尚、第8図に13C−NMRのスペクトルを示す。
実施例2 4−(4−ドデシルオキシベンゾイルオキ
シ)安息香酸4−(1−メチルヘプチルオキシカルボニ
ル)フェニル 実施例1に示した4−ヒドロキシ安息香酸1−メチル
ヘプチルと4−(4−ドデシルオキシベンゾイルオキ
シ)安息香酸とから実施例1と同様に合成した。
以下に分析結果を示す。1 H−NMR(ppm):0.86〜0.90(6H,m),1.27〜1.86(33H,
m),4.05(2H,t,J=6.6Hz),5.12〜5.21(1H,m),6.99
(2H,d,J=9.3Hz),7.30(2H,d,J=8.8Hz),7.38(2H,
d,J=8.8Hz),8.11〜8.17(4H,m),8.27(2H,d,J=8.8H
z) 第9図に13C−NMRを示す。
実施例3 実施例1で合成した化合物の相転移点を偏光顕微鏡に
よる観察及び示差走査熱量計(DSC)により測定した。
実施例4 実施例2で得た化合物の相転移点を測定した。
実施例5 MHPOBCを標準として、実施例1で合成した化合物との
相図を第6図に示す。両者のSCA *相は同一であり、か
つ、両者を混合してもSCA *相の上限温度はほとんど低下
しないことがわかる。また、融点降下は顕著に起きてお
り、SCA *相の温度範囲を広げられることがわかった。
比較例1 実施例1と同様に下記化合物を合成し、相転移点を測
定した。
比較例2 比較例3 以上の結果、R1の炭素数が短い時あるいは炭素数が奇
数個の場合SCA *は出現しない。
比較例4 実施例5と同様MHPOBCを標準とし、比較例1の化合物
との相図を第7図に示す。MHPOBCに対し50%程度は混合
できるが、それ以上ではSCA *相は出現しない。
〔発明の効果〕
以上のように本発明の化合物は、単独で反強誘電性液
晶相であるSCA *相を示し、従来使用されている液晶化合
物と混合使用し容易にその温度範囲を広げることができ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は強誘電性液晶のブックシェルフ構造を示す図、
第2図は同シェブロン構造を示す図、第3図はシェブロ
ン構造のジクザク欠陥を示す図、第4図は従来の強誘電
性液晶の安定状態を示す図、第5図は反強誘電性液晶の
安定状態を示す図、第6図は実施例1で得た化合物とMH
POBCとの相図、第7図は比較例1の化合物とMHPOBCとの
相図、第8図、第9図は実施例1及び2の化合物の13C
−NMRスペクトルを示す図である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】下記一般式(I) (式中、R1は炭素数10又は12の直鎖アルキル基、R2は炭
    素数6の直鎖アルキル基を示し、C*は光学活性炭素を表
    す。) で示されることを特徴とする反強誘電性液晶化合物。
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