JPS61243055A - 光学活性エステル化合物およびそれを用いた液晶組成物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は１表示素子又は電気光学素子に用いられる光学
活性エステル化合物およびそれを用いた強誘電性スメク
チック液晶組成物に関するものである。

［従来の技術］ 従来１時計電卓等の表示部に用いられているネマチック
液晶を使用した液晶表示素子は、その応答速度が、他の
表示素子たとえば、発光ダイオードよりも非常に遅いた
め、高速へ区ｚが必要とされる分野、たとえば、光通信
、プリンターヘッドへの液晶表示素子への応用は制限さ
れていた。

最近、高速の応答性を示す液晶表示素子として、強誘電
性を示すスメクチック液晶を使用した液晶表示素子が報
告され（例えば、Ｎ、Ａ、Ｃ１ａｒｋ。

Ｓ、Ｔ、Ｌａｇｅｒｗａｌｌ、Ａｐｐｌ、Ｐｈｙｓ、Ｌ
ｅｔｔ、３ｅ　、８９９（１９８０））注目を集めてい
る。

強誘電性を示すスメクチック液晶としては、カイラルス
フメチツクＣ相と、カイラルスメクチックＨ相があり、
これらは層状構造を示し、液晶分子が層の積み重ね方向
に対して垂直でなく傾むいている。この傾むき方向が、
層の積み重ね方向に対して、らせんを巻くように液晶分
子は配列しており、この層と平行で、かつ液晶分子に垂
直な方向に自発分極が発生し強誘電性を示す、このらせ
ん構造が強誘電性を示す原因と考えられている０強誘電
性を示す材料は、電界に対して強誘電体としての応答性
を示し、電界−きに応じて自発分極の向きを反転させて
再配列する。

このとき、応答性は自発分極が大きく、粘度が低いほど
同じ電界強度に対しより高速となることが知られている
。また１強誘電性スメクチック液晶を用いた素子はメモ
リー性があり、このメモリー性を利用して高密度の表示
を行なう研究も活発になされている。

［発明の解決しようとする問題点］ 従来、強誘電性スメクチック液晶としては、シップ塩基
型の下記に示すような化合物が多く研究されてきた。

ｐ−デシルオキシベンジリデン−ｐ′−アミノ−２−メ
チルブチル−桂皮酸エステル（ＤＯＢＡＭＢＧ）しかし
、このようなシップ塩基型化合物は自発分極が小さいた
め、応答性が遅いという問題点があった。

また、カイｌシスメクチヅ・りＣ相を示すエステル型化
合物として、下記に一般式（ＩＩ）で示すような化合物
も知られていた。

（Ｇ、Ｗ、Ｇｒａｙ等　Ｎｏ　Ｉ　、Ｇｒｙｓｔ、Ｌ　
ｉｑ、ｃｒｙｓｔ、　、　１９７８．３７（Ｒは、炭素
数５〜１０の直鎖状アルキル基）しかしながら、このエ
ステル化合物も自発分極が小さく、応答性が遅いという
問題点を有していた。

［問題を解決するための手段］ 本発明は前述の問題点を解決するためになされたもので
あり、一般式 （式中、ｚ、ｚ’は単結合、−ＣＯＯ−１−ＯＣＯ−１
−ＣＨ２ＣＨ２−１−０ＣＨ２−又は−ＣＨ２０−をあ
らわし、Ｒは炭素数１Ｎ１２のアルキル基もしくはアル
コキシ基、シアノ基又はハロ乞３声子をあらわし、環Ａ
及び環Ｂは１．４−ジ置換フェニレンもしくはトラン’
ｘ−ｘ、ａ−ジ置換シクロヘキシレンをあらわし、ｎは
Ｏ又は１をあらわし、Ｒ′は炭素数し、Ｒ”は水素原子
、炭素数１〜１２のアルキル基もしくはアルコキシ基、
シアノ基又はハロゲン原子をあらわし、木は光学活性中
心をあられす）で示される光学活性エステル化合物であ
り、この一般式（Ｉ）で示される光学活性エステル化合
物を少なくとも１種含有する強誘電性スメクチック液晶
組成物である。

一般式（Ｉ）の化合物において、Ｚ及びＺ′は単結合、
−ＣＯＯ−１−ＯＣＯ−１−ＣＨ２０Ｈ２−１−００Ｈ
２−又は−ＣｋｈＯ−をあられすが、一般に単結合であ
る場合には粘度が低く、−ＣＯＯ−である場合にはスメ
クチックＣ相を示す上限温度（Ｔｓ）が高いので、単結
合又は−ＣＯＯ−が好ましい。

また、ｎ＝１の場合には、ｚ、ｚ’の両方が一イ１ が−ＣＯＯ−であると粘度が高くなる０エノ、その場合
には少なくとも一方は単結合であることが好ましい。

環Ａ及び環Ｂは１．４−ジ置換フェニレンもしくはトラ
ンス−１，４−ジ置換シクロヘキシレンをあられすが、
一般にトランス−１，４−ジ置換シクロヘキシレンの方
が１，４−ジ置換フェニレンよりも粘度が低く、分子量
の大きい化合物は粘度が高いので、ｎ＝１の場合には、
環Ａ、環Ｂの少なくとも一方はトランス−１，４−ジ置
換シクロヘキシレンであることが好ましいが、ｎ＝０の
場合には分子量が大きくないので、１．４−ジ置換フェ
ニレン、トランス−１，４−ジ置換シクロヘキシレンの
いずれであってもよい。

又、Ｒは炭素数は１〜１２のアルキル基、炭素数は１〜
１２のアルコキシ基、シアノ基又はハロゲン原子をあら
れすが、シアノ基の場合には粘度が高く、またハロゲン
原子の場合にはＴｓが低いのでアルキル基又はアルコキ
シ基であることが好ましい、また、アルキル基、アルコ
キシ基の場合、その炭素数が少ない場合には融点が壽く
、多すぎる場合にはその粘度が高いので１〜１２である
が、好ましくは２〜８が良い、又、直鎖状でも分岐状で
も良いが、一般に直鎖状のものの方が、他の液晶性を示
す化合物と混合した場合にそのスメクチックＣ相を示す
液晶上限温度が高いので好ましい。

更にＲ′は炭素数１〜１２のアルキル基又はｐ−位に置
換基を有するフェニル基をあられすが、アルキル基でな
い場合には、ベンジルアルコールのエステルであるため
、化学的に不安定なのでアルキル基が好ましい、また、
アルキル基の場合、直鎖状でも分岐状でも良いが、一般
に直鎖状のものの方が、他の液晶性を示す化合物と混合
した場合にそのスメクチックＣ相を示す液晶上限温度が
高いので好ましい。

従って、本発明の好′ましい態様は以下に示すＡとＢで
ある。

（Ａ）一般式（Ｉ）において、Ｈ及びＲ′が炭素数１〜
１２の直鎖状アルキル基をあらわし、唾がトランス−１
，４−ジ置換シクロヘキシレンをあらわし、環Ｂが１，
４−ジ置換フェニレンをあらわし、Ｚが単結合をあらわ
し、Ｚ′が弔結合又は−ＣＯＯ−をあらわし、ｎが１を
あらわすところの光学活性エステル化合物。

（Ｂ）一般式ＣＤにおいて、Ｒが炭素数１〜１２の直鎖
状アルキル基又は直鎖状アルコキシ基をあらわし、環Ａ
が１，４−ジ置換フェニレンをあらわし、Ｚが単結合又
は−ＣＯＯ−をあらわし、Ｒ′が炭素数１〜１２の直鎖
状アルキル基をあらわし、ｎがＯをあらわすところの光
学活性エステル化合物。

なお、一般式（Ｉ）で示される化合物の旋光性は、左旋
性であるか右旋性であるかを問わない。

一般式（Ｉ）で示される化合物は、強誘電性スメクチッ
ク液晶表示素子又は電気光学素子に使用されるには、所
望の温度範囲でカイラルスメクチックＣ相を有するよう
に、他の強誘電性スメクチック液晶、スメクチック液晶
あるいは他の光学活切菫賀と適宜混合し、強誘電性スメ
クチック液晶組成物として使用する。更にらせんピッチ
を調整したり、カラー表示を行なうために、ネマチック
液晶、非液晶、二色性染料等を添加してもよい。本発明
の強誘電性を示すスメクチック液晶組成物中の一般式（
Ｉ）で示される化合物の含有量は、多過ぎる場合にはそ
の強誘電性スメクチック上限温度を低下させる傾向にあ
り、少なすぎる場合にはその自発分極を大きくする効果
が小さいので、　１〜９０ｗｔ％とされ、好ましくは２
〜５０ｗｔ％が良い。

本発明の一般式（Ｉ）の化合物と混合して、強誘電性ス
メクチック液晶組成物として使用される相手の化合物と
しては、例えば、以下のようなものがある。

以下の例でＲ’は光学活性を示すアルキル基又はアルコ
キシ基を示し、Ｒは本発明のＲとは関係がなく、直鎖状
または分岐したアルキル基又はアルコキシ基を示し、一
つの化合物に同一のＲ”、Ｒが示されていてもそれらは
同一の基とは限らない。

これらの外、公知の種々の液晶又は非液晶の液晶添加物
が併用でき、例えば以下のようなものがある。

及びこれらのベンゼン環、シクロヘキサン環等の水素原
子の一部をノ＼ロゲン、シアノ基、メチル基等に置換し
た化合物。

この例としては、以下のような誘電率異方性が負の化合
物等の化合物がある。なお、以下の例においては、Ｒは
本発明のＲとは関係がなく、直鎖状または分岐した炭素
数１〜１２のアルキル基を示し、−の化合物に同一のＲ
が示されていてもそれら同一の基とは限らない。

二色性染料としては、トリスアゾ系、アントラキノン系
など、いわゆるゲストホスト型液晶表示素子に使用され
る染料が挙げられる。

強誘電性液晶表示素子、又は電気光学素子は、液晶層を
挟持するように配置し、少なくとも一枚が透明である複
数の全面又は一部に電極を有する基板と、前記液晶層を
囲むように前記電極基板間に形成したシール部材とから
成る。

該液晶表示素子→いて前記基板間の厚みは、０．５〜２
０ＩＬｍが好ましい、また、前記基板には、各々に平行
の配向制御処理がなされても良い。この配向制御の手段
として、配向制御膜を電極基板上に一部又は全面に塗布
してもよい。

該配向制御膜としては、ポリイミド等の、その屈折率が
１．５以上の高分子材料が好ましい、更に偏光子が少な
くとも１枚、液晶素子に付設されていることが好ましい
、該電極基板は少なくとも２枚必要であるが、さらに多
数枚を積み重ねて使用しても良い。

本発明の化合物は例えば以下に示す経路により合成する
ことができる。

第１段階　↓ （式中ｚ、ｚ’、Ｒ，Ｒ’、項八、環Ｂ、ｎおよび本は
前記意味をもつ） 即ち、カルボン酸（ｍ）に塩化チオニル、オキシ塩化リ
ン等の塩素化剤を作用させて酸塩化物（ＩＶ）とし、こ
れをピリジン等の塩基性物質の存在下に、光学活性−α
−シアノアルコール（Ｖ）と反応させ、抽出、再結晶、
蒸留、カラムクロマトグラフィー等一連の精製処理を施
すことより、純粋な（Ｉ）を合成することができる。

［、実施例］ 次に、本発明を実施例により具体的に説明する。

実施例１ （０，０１モル）を塩化チオニルｌＯｍＱ、四塩化炭素
４０ｒａＱと共に還流温度にて４時間加熱したのち、エ
バポレーターにより低沸点物を除去しての化合物を黄色
の油状物質として得た。これをトルエン１５ｍ（２に溶
解し、これにＥｌｌｉｏｔｔらの方法（Ｊ、Ｄ、Ｅｌｌ
ｉｏｔｔ、Ｖ、Ｍ、Ｆ、Ｃｈｏｉ　ａｎｄ　Ｗ、Ｓ、Ｊ
ｏｈｎｇｏｎ。

Ｊ、Ｏｒｇ、Ｃｈｅｍ、　、４８，２２θ４（１９８３
））に従い合成した式％式％ ル）をトルエン１０ｍ１２に溶解したものを加え、さら
にピリジン４ｍＱを加え室温にて４時間かくはんした。

水１００■Ｑにあけトルエンにて抽出し、トルエン層を
水洗後、無水硫酸マグネシウムにて乾燥したのち、溶媒
を留去した。残った油状物質をトルエンを展開溶媒とし
たアルミナカラムクロマトグラフィーにかけ、更にエタ
ノール２０■Ｑから２回再結晶することにより目的とす
るの化合物を得た。収量２．２ｇ（０゜００４４モル）
、収率４４％、融点７５．５℃、　【αＩＤ２５　ｇ　
５．９゜（Ｃ冨０゜８２．ＣＨｌｌｌ：１３．ｌ冨１０
脂■）この化合物のＩＨＮＭＲスペクトルは以下のとお
りであった。

（００Ｇ＋３溶媒　　　　　ＴＭＳ内部標準）６８．２
　＃７．２　　　ｃｏｍｐｌｅｘ　ｍ　　　　　　　８
Ｈδ　５．８０　　　　　　ｔ　　Ｊ＝７Ｈｚ　　　　
　　　Ｉｎ６　２．８　〜０．８　　　　　　ｃｏｍｐ
ｌｅｘ　　Ｉ　　　　　　　　　　３８Ｈこの化合物の
ＩＲスペクトル図を第１＠に示す。

実施例２〜５ 、実施例１と同様にして対応するカルボン酸と光学活性
α−シアノアルコールとから表−１に示す化合物を得た
。なお、表−１には得られた化合物のＩＨＮＮＲスペク
トルも併せて示した。

実施例６ 実施例１の化合物を４−ｎ−オクチルオキシ安息香酸−
４′−ｎ−へキシルオキシフェニルに５．２ｗｔＸ混合
した。この混合物はホットステージ（メトラー社製、　
ＦＰ−５１）付偏光顕微鏡下で観察したところ、　５４
．１’０以下でカイラルスメクチックＣ相を示し、５４
．１”０から８３．７℃の範囲でスメクチックＡ相を示
し８３．７℃から８３．３℃の範囲でコレステリック相
を示し８３．３℃以上では等方性液体相を示した。また
この混合物を３ｕ、のスペーサーをはさみ、電極面積が
ｌ　ｃｍ２　であるセルに封入し、スメクチックＣ相を
示す上限温度（↑Ｓ）より１０℃低い温度において２０
Ｈｚ、　ＩＯＶの三角波を印加する旧７ａｓａｔｏ等の
方法（Ｋ、Ｍｉｙａｓａｔｏ等、　Ｊａｐａｎ。

Ｊ、Ａｐｐｌ、Ｐｈｒｓ、、２２．Ｌ　８８１（１９８
３））に従いその自発分極を測定したところ、３．７ｎ
Ｃ／ｃｍ２であった。

自発分極の大きさは、従来研究されている強誘電性液晶 Ｕ （ＤＯＢＡＭＢＣ）が単品で３．７ｎＣ／ｃｍ２である
のに対し、混合物が実施例１の化合物を５．２ｗｔＸに
稀釈した混合物であることを考えれば、きわめて大きい
ことがわかる。

［発明の効果］ 本発明は自発分極が大きく、かつ化学的に安定な６般式
（Ｉ）で示される光学活性エステル化合物、および該化
合物を少なくとも１種を含有する強誘電性スメクチック
液晶組成物を提供することにより、高速応答が可能な表
示素子又は電気光学素子を構成し得るような優れた効果
を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例１の化合物のＩＲスペクトル図で
ある。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）一般式 ▲数式、化学式、表等があります▼（ I ） （式中、Ｚ、Ｚ′は単結合、−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、
   −ＣＨ＿２ＣＨ＿２−、−ＯＣＨ＿２−又は−ＣＨ＿２
   Ｏ−をあらわし、Ｒは炭素数１〜１２のアルキル基もし
   くはアルコキシ基、シアノ基又はハロゲン原子をあらわ
   し、環Ａ及び環Ｂは１，４−ジ置換フェニレンもしくは
   トランス−１，４−ジ置換シクロヘキシレンをあらわし
   、ｎは０又は１をあらわし、Ｒ′は炭素数１〜１２のア
   ルキル基もしくは▲数式、化学式、表等があります▼を
   あらわし、Ｒ″は水素原子、炭素 数１〜１２のアルキル基もしくはアルコキシ基、シアノ
   基又はハロゲン原子をあらわし、＊は光学活性中心をあ
   らわす）で示される光学活性エステル化合物。
2. （２）一般式（ I ）において、Ｒが直鎖状のアルキル
   基であり、環Ａがトランス−１，４−ジ置換シクロヘキ
   シレンをあらわし、環Ｂが１，４−ジ置換フェニレンを
   あらわし、Ｚが単結合をあらわし、Ｚ′が単結合をあら
   わし、ｎが１をあらわすところの特許請求の範囲第１項
   記載の化合物。
3. （３）一般式（ I ）において、Ｒが直鎖状のアルキル
   基であり、環Ａがトランス−１，４−ジ置換シクロヘキ
   シレンをあらわし、環Ｂが１，４−ジ置換フェニレンを
   あらわし、Ｚが単結合をあらわし、Ｚ″が−ＣＯＯ−を
   あらわし、ｎが１をあらわすところの特許請求の範囲第
   １項記載の化合物。
4. （４）一般式（ I ）において、Ｒが直鎖状の基であり
   、環Ａが１，４−ジ置換フェニレンをあらわし、Ｚが単
   結合をあらわし、ｎが０をあらわすところの特許請求の
   範囲第１項記載の化合物。
5. （５）一般式（ I ）において、Ｒが直鎖状の基であり
   、環Ａが１，４−ジ置換フェニレンをあらわし、Ｚが−
   ＣＯＯ−をあらわし、ｎが０をあらわすところの特許請
   求の範囲第１項記載の化合物。
6. （６）一般式（ I ）において、Ｒ′が直鎖状のアルキ
   ル基をあらわすところの特許請求の範囲第２項乃至第５
   項のいずれか１項記載の化合物。
7. （７）一般式 ▲数式、化学式、表等があります▼（ I ） （式中、Ｚ、Ｚ′は単結合、−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、
   −ＣＨ＿２ＣＨ＿２−、−ＯＣＨ＿２−又は−ＣＨ＿２
   Ｏ−をあらわし、Ｒは炭素数１〜１２のアルキル基もし
   くはアルコキシ基、シアノ基又はハロゲン原子をあらわ
   し、環Ａ及び環Ｂは１，４−ジ置換フェニレンもしくは
   トランス−１，４−ジ置換シクロヘキシレンをあらわし
   、ｎは０又は１をあらわし、Ｒ′は炭素数１〜１２のア
   ルキル基もしくは▲数式、化学式、表等があります▼を
   あらわし、Ｒ″は水素原子、炭素 数１〜１２のアルキル基もしくはアルコキシ基、シアノ
   基又はハロゲン原子をあらわし、＊は光学活性中心をあ
   らわす）で示される光学活性エステル化合物を少なくと
   も１種含有する強誘電性スメクチック液晶組成物。