JPH05320140A - 新規なエステル化合物及び液晶組成物並びに光スイッチング素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 下記一般式化１ 【化１】 （式中、Ｒ及びＲ'は炭素数２〜１８のアルキル基を示
す）で表される新規なエステル化合物、特には上記一般
式化１で表される化合物において、メチル基とフッ素と
が結合している炭素上に不斉中心を持つことからなる光
学活性エステル化合物、及び前記光学活性エステル化合
物の少なくとも１種を含有することからなる液晶組成物
並びに前記光学活性エステル化合物の少なくとも１種を
構成要素とすることからなる光スイッチング素子。 【効果】 本発明の化合物は、安定なサーモトロピック
の液晶状態を取り得、また、キラルでない液晶に添加す
ることにより、自発分極が大きく応答速度が速い強誘電
性液晶組成物となる等、オプトエレクトロニクス関連素
子の素材として極めて優れた効果を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【産業上の利用分野】本発明は、新規なエステル化合
物、特には安定なサーモトロピックな液晶状態をとり
得、例えば、液晶テレビ等のディスプレイ用、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、液
晶やエレクトロケミクロミズムを利用するオプトエレク
トロニクス関連素子の素材として有用な液晶材料として
利用できる新規なエステル化合物、この光学活性体、こ
の光学活性な化合物を含む液晶組成物及び光スイッチン
グ素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】現在、液晶化合物が、表示材料として種
々の機器で応用され、時計、電卓、小型テレビなどに実
用化されている。これらは、ネマチック液晶材料を主成
分としたセルを用い、ＴＮ型あるいはＳＴＮ型と呼ばれ
る表示方式のものが採用されている。この場合のセル
は、液晶化合物の誘電異方性Δεと電場Ｅとの弱い相互
作用（ΔεＥ²／２）に基づく作動であり、電場に対す
る応答速度が数msecと遅いことが欠点としてあげられて
いる。そのため、テレビに用いた場合、駆動方式として
画素ごとにスイッチング素子を配置、付加したアクティ
ブマトリクス方式が主として用いられ、大画面化を図る
上で障害の一つになっている。しかし、１９７５年 R.
B.Meyer らによって合成された４-(４-ｎ-デシルオキシ
ベンジリデンアミノ)ケイ皮酸-２-メチルブチルエステ
ル(DOBAMBC)を代表例とする強誘電性液晶の出現と、そ
れを用いた N.A.Clark らの提案した新しい表示方式(Ap
plied Phys. Lett.1980,36,p899 )により、μsecオーダ
ーの高速応答性及び電場を切っても液晶分子の配向が変
わらない特性(メモリー性)を有する液晶セルが可能とな
った。これらの材料を用いた表示素子を使えば、スイッ
チング素子などを用いないマルチプレックス駆動による
単純マトリクス方式による液晶テレビが可能となり、ア
クティブマトリクスのものに比べ、生産性やコスト、信
頼性さらに大画面化などの面ではるかに有利なものとな
る。

【０００３】このため、現在まで多くの強誘電性液晶材
料が合成され、提案されてきた。これらの強誘電性液晶
材料が表示材料として用いられるためには、いくつかの
物性が要求されるが、その中でも基本的なものとして
は、室温近傍の広い温度範囲でスメクチックＣ相を示
し、大きな自発分極を有し、化学的に安定しているとい
う点である。しかしながら、初期の強誘電性液晶は、自
発分極が１０nC／cm²以下と小さく、また分子内にシッ
フ塩基を持つものが多かったため、化学的に不安定であ
った。

【０００４】ところで、最近、化学的に安定なエステル
化合物による大きな自発分極の発現が報告されている。
例えば、次式化２

【化２】 の化合物は、７８.７℃〜１０３.３℃の温度領域でキラ
ルスメクチックＣ相の、また１０３.３℃〜１２０.８℃
の温度領域でコレステリック相の液晶となり、この液晶
の８３℃における自発分極が８９nCcm²／であることが
知られている(特開昭６１-４３号公報)。

【０００５】一方、キラルスメクチックＣ相を示す温度
を低くするために、２環の化合物が合成されている。例
えば、次式化３

【化３】 のビフェニル化合物は、昇温時４４℃からキラルスメク
チックＣ相を示すことが報告されている(特開昭５９-１
１８７４４号公報)。

【０００６】さらに、室温近傍で安定にキラルスメクチ
ック相を示すフェニルピリミジン系化合物が報告されて
いる。例えば、次式化４、

【化４】 の化合物は、４０.７℃〜８２.８℃でキラルスメクチッ
クＣ相の、８２.８℃〜８９.１℃でスメクチックＡ相の
液晶となることが知られている(特開昭６１-２００９７
３号公報)。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記化
２で表されるエステル化合物は、キラルスメクチックＣ
相の温度範囲が高いという欠点を有している。また、上
記化３で表されるビフェニル化合物は、キラルスメクチ
ックＣ相を示す温度は室温に近いが、その温度範囲は約
１０℃で十分広いとは言えない。また、上記化４で表さ
れるフェニルピリミジン系化合物は応答速度が４３℃で
１５００μsecと遅く、自発分極がかなり小さいと推定
される。

【０００８】すなわち、高速応答性を要求される表示装
置などの液晶材料には、大きな自発分極を有すること、
低粘性を有すること、あるいは室温近傍を含む広い温度
範囲でキラルスメクチックＣ相を示すことなどの物性が
要求されるが、現在までのところこれらの物性を十分満
足する材料は未だないのが実状である。

【０００９】我々は、強誘電性液晶化合物の不斉構造お
よび核構造について鋭意検討を進めた結果、不斉炭素上
にフッ素原子およびメチル基を置換基として有するジフ
ェニルピリミジン化合物がサーモトロピックに安定な液
晶状態を示し、キラルスメクチックＣ相において大きな
自発分極を示すこと、およびベース液晶と混合した際に
高速応答する液晶組成物を与えることを見い出した。

【００１０】本発明は、かかる知見に基づいてなされた
ものであり、本発明の目的は、液晶組成物として有用な
新規なエステル化合物及び高速応答性を有する液晶表示
素子を作成することができる液晶組成物を提供すること
にある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、下記一般式化
５

【化５】 （式中、Ｒ及びＲ'は炭素数２〜１８のアルキル基を示
す）で表される新規なエステル化合物、特には上記一般
式化５で表される化合物において、メチル基とフッ素と
が結合している炭素上に不斉中心を持つことからなる光
学活性エステル化合物、及び前記光学活性エステル化合
物の少なくとも１種を含有することからなる液晶組成物
並びに前記光学活性エステル化合物の少なくとも１種を
構成要素とすることからなる光スイッチング素子であ
る。

【００１２】本発明の上記一般式化５の化合物として
は、２-(４-ブチルフェニル)-５-(４-(２-フルオロ-２-
メチルペンタノイルオキシ)フェニル)ピリミジン、２-
(４-ブチルフェニル)-５-(４-(２-フルオロ-２-メチル
ヘキサノイルオキシ)フェニル)ピリミジン、２-(４-ブ
チルフェニル)-５-(４-(２-フルオロ-２-メチルヘプタ
ノイルオキシ)フェニル)ピリミジン、２-(４-ブチルフ
ェニル)-５-(４-(２-フルオロ-２-メチルオクタノイル
オキシ)フェニル)ピリミジン、２-(４-ブチルフェニル)
-５-(４-(２-フルオロ-２-メチルノナノイルオキシ)フ
ェニル)ピリミジン、２-(４-ブチルフェニル)-５-(４-
(２-フルオロ-２-メチルデカノイルオキシ)フェニル)ピ
リミジン、２-(４-ペンチルフェニル)-５-(４-(２-フル
オロ-２-メチルペンタノイルオキシ)フェニル)ピリミジ
ン、２-(４-ペンチルフェニル)-５-(４-(２-フルオロ-
２-メチルヘキサノイルオキシ)フェニル)ピリミジン、
２-(４-ペンチルフェニル)-５-(４-(２-フルオロ-２-メ
チルヘプタノイルオキシ)フェニル)ピリミジン、２-(４
-ペンチルフェニル)-５-(４-(２-フルオロ-２-メチルオ
クタノイルオキシ)フェニル)ピリミジン、２-(４-ペン
チルフェニル)-５-(４-(２-フルオロ-２-メチルノナノ
イルオキシ)フェニル)ピリミジン、２-(４-ペンチルフ
ェニル)-５-(４-(２-フルオロ-２-メチルデカノイルオ
キシ)フェニル)ピリミジン、２-(４-ヘキシルフェニル)
-５-(４-(２-フルオロ-２-メチルペンタノイルオキシ)
フェニル)ピリミジン、２-(４-ヘキシルフェニル)-５-
(４-(２-フルオロ-２-メチルヘキサノイルオキシ)フェ
ニル)ピリミジン、２-(４-ヘキシルフェニル)-５-(４-
(２-フルオロ-２-メチルヘプタノイルオキシ)フェニル)
ピリミジン、２-(４-ヘキシルフェニル)-５-(４-(２-フ
ルオロ-２-メチルオクタノイルオキシ)フェニル)ピリミ
ジン、２-(４-ヘキシルフェニル)-５-(４-(２-フルオロ
-２-メチルノナノイルオキシ)フェニル)ピリミジン、２
-(４-ヘキシルフェニル)-５-(４-(２-フルオロ-２-メチ
ルデカノイルオキシ)フェニル)ピリミジン、２-(４-ヘ
プチルフェニル)-５-(４-(２-フルオロ-２-メチルペン
タノイルオキシ)フェニル)ピリミジン、２-(４-ヘプチ
ルフェニル)-５-(４-(２-フルオロ-２-メチルヘキサノ
イルオキシ)フェニル)ピリミジン、２-(４-ヘプチルフ
ェニル)-５-(４-(２-フルオロ-２-メチルヘプタノイル
オキシ)フェニル)ピリミジン、２-(４-ヘプチルフェニ
ル)-５-(４-(２-フルオロ-２-メチルオクタノイルオキ
シ)フェニル)ピリミジン、２-(４-ヘプチルフェニル)-
５-(４-(２-フルオロ-２-メチルノナノイルオキシ)フェ
ニル)ピリミジン、２-(４-ヘプチルフェニル)-５-(４-
(２-フルオロ-２-メチルデカノイルオキシ)フェニル)ピ
リミジン、２-(４-オクチルフェニル)-５-(４-(２-フル
オロ-２-メチルペンタノイルオキシ)フェニル)ピリミジ
ン、２-(４-オクチルフェニル)-５-(４-(２-フルオロ-
２-メチルヘキサノイルオキシ)フェニル)ピリミジン、
２-(４-オクチルフェニル)-５-(４-(２-フルオロ-２-メ
チルヘプタノイルオキシ)フェニル)ピリミジン、２-(４
-オクチルフェニル)-５-(４-(２-フルオロ-２-メチルオ
クタノイルオキシ)フェニル)ピリミジン、２-(４-オク
チルフェニル)-５-(４-(２-フルオロ-２-メチルノナノ
イルオキシ)フェニル)ピリミジン、２-(４-オクチルフ
ェニル)-５-(４-(２-フルオロ-２-メチルデカノイルオ
キシ)フェニル)ピリミジン、２-(４-ノニルフェニル)-
５-(４-(２-フルオロ-２-メチルペンタノイルオキシ)フ
ェニル)ピリミジン、２-(４-ノニルフェニル)-５-(４-
(２-フルオロ-２-メチルヘキサノイルオキシ)フェニル)
ピリミジン、２-(４-ノニルフェニル)-５-(４-(２-フル
オロ-２-メチルヘプタノイルオキシ)フェニル)ピリミジ
ン、２-(４-ノニルフェニル)-５-(４-(２-フルオロ-２-
メチルオクタノイルオキシ)フェニル)ピリミジン、２-
(４-ノニルフェニル)-５-(４-(２-フルオロ-２-メチル
ノナノイルオキシ)フェニル)ピリミジン、２-(４-ノニ
ルフェニル)-５-(４-(２-フルオロ-２-メチルデカノイ
ルオキシ)フェニル)ピリミジン、２-(４-デシルフェニ
ル)-５-(４-(２-フルオロ-２-メチルペンタノイルオキ
シ)フェニル)ピリミジン、２-(４-デシルフェニル)-５-
(４-(２-フルオロ-２-メチルヘキサノイルオキシ)フェ
ニル)ピリミジン、２-(４-デシルフェニル)-５-(４-(２
-フルオロ-２-メチルヘプタノイルオキシ)フェニル)ピ
リミジン、２-(４-デシルフェニル)-５-(４-(２-フルオ
ロ-２-メチルオクタノイルオキシ)フェニル)ピリミジ
ン、２-(４-デシルフェニル)-５-(４-(２-フルオロ-２-
メチルノナノイルオキシ)フェニル)ピリミジン、２-(４
-デシルフェニル)-５-(４-(２-フルオロ-２-メチルデカ
ノイルオキシ)フェニル)ピリミジン等を例示することが
できる。このうち、特に代表的な化合物の例として、２
-(４-ヘキシルフェニル)-５-(４-(２-フルオロ-２-メチ
ルヘプタノイルオキシ)フェニル)ピリミジンの理化学的
性質を示すと次のとおりである。

【００１３】¹Ｈ-ＮＭＲ(270MHz、TMS基準、δ値) δ ０.９２ ６Ｈ ｍ δ １.２〜２.２ １６Ｈ ｍ δ １.７５ ３Ｈ ｄ (Ｊ＝２０Ｈ
ｚ) δ ２.７１ ２Ｈ ｔ (Ｊ＝ ７Ｈ
ｚ) δ ７.２５ ２Ｈ ｄ (Ｊ＝ ９Ｈ
ｚ) δ ７.３２ ２Ｈ ｄ (Ｊ＝ ９Ｈ
ｚ) δ ７.６４ ２Ｈ ｄ (Ｊ＝ ９Ｈ
ｚ) δ ８.３８ ２Ｈ ｄ (Ｊ＝ ９Ｈ
ｚ) δ ８.９８ ２Ｈ ｓ ＩＲ(ＫＢｒ法、cm^-1) ２９１０、２８４０、１７５５、１５８０、１４３８、
１２０５、１１６５、１１２０

【００１４】上記一般式化５で表されるエステル化合物
は、式１で示したような反応経路で得られる。

【式１】

【００１５】すなわち、２-(４-アルキルフェニル)-５-
(４-ヒドロキシフェニル)ピリミジン１と２-フルオロ-
２-メチルアルカン酸２とをエステル化することにより
得られる。エステル化は、例えば、ジシクロヘキシルカ
ルボジイミド等の脱水縮合剤を用いる方法で行うことが
できる。また、アルカン酸２を、例えば塩化チオニルの
ようなハロゲン化剤を用いて酸ハライドとし、塩基の存
在下で、上記ピリミジン１と反応させることもできる。
尚、ここで、２-フルオロ-２-メチルアルカン酸２とし
て、メチル基とフッ素とが結合している炭素上に不斉中
心を持つ光学活性体を用いると、化５で表されるエステ
ル化合物の光学活性体を得ることができる。

【００１６】ここで用いたピリミジン１はジャーナル
フュル プラクティッシェ セミ(Journal fuer Praktisc
he Chemie) 323巻 2号 119頁に示された方法を参考に、
次の式２に示した経路で得られる。

【式２】

【００１７】また、ここで用いたアルカン酸２は次の式
３のような経路で得られる。

【式３】

【００１８】すなわち、まず、２-メチル-１,２-エポキ
シアルカンにアミン-フッ化水素錯体または四フッ化ケ
イ素を作用させて、２-フルオロ-２-メチル-１-アルカ
ノールとする(特開平２-２３５８２８号公報)。これを
過マンガン酸カリウム等の酸化剤を用いて酸化すること
によりアルカン酸２を得ることができる(特開平３-１４
１２４１号公報)。尚、このとき、２-メチル-１,２-エ
ポキシアルカンとしてメチル基が結合している炭素上に
不斉中心を持つ光学活性体を用いると、光学活性なアル
カン酸２を得ることができる。

【００１９】尚、上記一般式化５で示した化合物中の
Ｒ、Ｒ’のアルキル基の炭素数はその化合物が液晶状態
を取り得る温度範囲等の物性に影響を持つものであり、
目的によって適宜選定され得るものである。

【００２０】

【実施例】（実施例１） （１）２-(４-ヘキシルフェニル)-５-(４-(２-フルオロ
-２-メチルヘプタノイルオキシ)フェニル)ピリミジンの
合成 ２-(４-ヘキシルフェニル)-５-(４-ヒドロキシフェニ
ル)ピリミジン３.０６g(９.２２mmol)、２-フルオロ-２
-メチルヘプタン酸１.４９g(９.２０mmol)、ジシクロヘ
キシルカルボジイミド２.１３g(１０.３４mmol)、４-ジ
メチルアミノピリジン０.１２g(０.９８mmol)、乾燥ジ
クロロメタン４５mlをフラスコに取り、室温で１晩撹拌
した。生じた固体をろ過で除き、溶媒を留去して得られ
た粗結晶をシリカゲルカラムクロマトグラフィー及びエ
タノールからの再結晶で精製することにより、前記した
理化学的性質を有する２-(４-ヘキシルフェニル)-５-
(４-(２-フルオロ-２-メチルヘプタノイルオキシ)フェ
ニル)ピリミジン３.７３g(収率８５％)を得た。

【００２１】（２）液晶性の評価 上記で得られた化合物を、ポリイミドを塗布しラビング
処理を施した透明電極付きガラス板からなる厚さ３μｍ
のセルに注入し、−２℃／分の割合で降温しながらクロ
スニコルの偏光顕微鏡で観察したところ、１１４℃で等
方性液体からキラルスメクチックＣ相に変化し、１０４
℃で更に高次のスメクチック相に変化し、７２℃で結晶
化した。昇温時、８０℃で結晶から高次のスメクチック
相に変化した。また、１０９℃で３０Ｖｐｐの三角波を
印加して自発分極を測定したところ、２９０ｎＣ／cm²
と非常に大きかった。

【００２２】（実施例２）表１に示した８種類の非光学
活性液晶化合物を表１の右欄に示す割合で混合して、母
体液晶混合物Ａを作成した。

【表１】 この液晶組成物Ａは、表２に示す相転移挙動を示した。

【００２３】この液晶組成物Ａは、表２に示す相転移挙
動を示した。

【表２】 (Ｃrは結晶相、ＳcはスメクチックＣ相、Ｓ_Aはスメクチ
ックＡ相、Ｎはネマチック相、Ｉは等方相を示す。)

【００２４】この液晶組成物Ａは不斉炭素を有する化合
物を含まないので、強誘電的な挙動は示さない。

【００２５】この液晶組成物Ａの９６重量％に実施例１
で合成した２-(４-ヘキシルフェニル)-５-(４-(２-フル
オロ-２-メチルヘプタノイルオキシ)フェニル)ピリミジ
ン４重量％を混合して液晶組成物Ｂを作成した。

【００２６】この液晶組成物Ｂは、表３に示す相転移挙
動を示した。

【表３】 (Ｃrは結晶相、Ｓc^*はキラルスメクチックＣ相、Ｓ_Aは
スメクチックＡ相、Ｃｈはコレステリック相、Ｉは等方
相を示す。)

【００２７】また、この液晶組成物を、ポリイミドを塗
布しラビング処理を施した透明電極付きガラス板からな
る厚さ２μmのセルに注入し、等方性液体の状態からゆ
るやかに降温し、コレステリック相を配向させた。更に
温度を下げ、スメクチックＡ相を経てキラルスメクチッ
クＣ相の状態にしたところ、良配向のセルが容易に得ら
れた。そのセルをクロスニコルの偏光顕微鏡で観察しな
がらセルに電界を印加すると、明瞭なスイッチング動作
が観測された。

【００２８】そのセルに、２５℃で２０Ｖppの矩形波を
印加し、透過光量をフォトダイオードで測定し、光スイ
ッチング動作を検出したところ、その透過光量が１０％
から９０％まで変化するのに要する時間は、１０４μse
cと非常に高速であった。

【００２９】（実施例３）実施例２で得た液晶組成物Ａ
の８５重量％に実施例１の化合物を１５重量％混合して
液晶組成物Ｃを作成した。

【００３０】この液晶組成物Ｃは、表４に示す相転移挙
動を示した。

【表４】

【００３１】また、この液晶組成物を、ポリイミドを塗
布しラビング処理を施した透明電極付きガラス板からな
る厚さ２μｍのセルに注入し、等方性液体の状態からゆ
るやかに降温し、スメクチックＡ相を配向させた。更に
温度を下げ、キラルスメクチックＣ相の状態にしたとこ
ろ、良配向のセルが容易に得られた。そのセルをクロス
ニコルの偏光顕微鏡で観察しながらセルに電界を印加す
ると、明瞭なスイッチング動作が観測された。

【００３２】そのセルに、２５℃で２０Ｖppの矩形波を
印加し、透過光量をフォトダイオードで測定し、光スイ
ッチング動作を検出したところ、その透過光量が１０％
から９０％まで変化するのに要する時間は、２４μsec
と非常に高速であった。

【００３３】

【発明の効果】本発明の化合物は、安定なサーモトロピ
ックの液晶状態を取り得、また、キラルでない液晶に添
加することにより、自発分極が大きく応答速度が速い強
誘電性液晶組成物となる等、オプトエレクトロニクス関
連素子の素材として極めて優れた効果を奏する。

【００３４】従って本発明は、たとえば、液晶テレビな
どのディスプレイ用、光プリンターヘッド、光フーリエ
変換素子、ライトバルブなど、液晶やエレクトロケミク
ロミズムを利用するオプトエレクトロニクス関連素子の
素材として有用な液晶材料といえる。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 下記の一般式化１ 【化１】 （式中、Ｒ及びＲ'は炭素数２〜１８のアルキル基を示
   す）で表される新規なエステル化合物。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の一般式化１で表される
   新規なエステル化合物において、メチル基とフッ素とが
   結合している炭素上に不斉中心を持つことからなる新規
   な光学活性エステル化合物。
3. 【請求項３】 請求項２に記載の新規な光学活性エステ
   ル化合物の少なくとも１種を含有することを特徴とする
   液晶組成物。
4. 【請求項４】 請求項２に記載の新規な光学活性エステ
   ル化合物の少なくとも１種を構成要素とすることを特徴
   とする光スイッチング素子。 【０００１】