JPH09309881A - 光学活性化合物及びこれを用いた反強誘電性液晶組成物及びこれを用いた液晶素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 しきい値電圧が低く、低電圧駆動が可能な反
強誘電性液晶組成物を提供する。 【解決手段】 下記一般式（Ｉ）で表される光学活性キ
ナゾリン誘導体の少なくとも１種と反強誘電相を有する
化合物の少なくとも１種とからなる反強誘電性液晶組成
物。 【化１】 （ｍは６〜１４の整数；ｎは２〜１０の整数；Ｘは−Ｏ
−、−ＣＯＯ−、又は単結合。＊は不斉炭素を示す。）

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は液晶組成物、特に反
強誘電相（カイラルスメクチックＣＡ^* 相、またはＳ
_mCA ^* 相ともいう）を発現するようにした液晶組成物、
その成分として適した光学活性化合物、及びこの組成物
を用いてなる液晶表示素子に関し、更に詳しくは液晶表
示素子に使用するのに適した光学活性キナゾリン誘導
体、これを含有する反強誘電性液晶組成物、及びこの組
成物を用いた液晶表示素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年液晶ディスプレイは、薄型・軽量・
低消費電力などの特徴を生かして表示素子として幅広く
用いられるようになってきたが、これらの表示装置のほ
とんどは、ネマチック液晶を用いるＴＮ(TWisted Nemat
ic）型を一般的に採用している。このＴＮ型の表示方法
は、駆動が液晶の比誘電率の異方性に基づいているた
め、その応答速度は遅く、改善の必要に迫られていた。

【０００３】これに対し、Meyer らによって見いだされ
た強誘電性相（カイラルスメクチックＣ^* 相、またはＳ
_mC ^* 相ともいう）を有する液晶を用いた液晶デバイスは
ネマチック液晶では達成し得なかった高速応答性・メモ
リー性を有しており、これらの特性を生かして、強誘電
性液晶ディスプレイへの応用研究が精力的に行われてい
る。しかし、この表示方法に必要とされる良好な配向性
・メモリー性を実際のディスプレイにおいて実現するこ
とは困難であり、外部からのショックに弱い等の問題を
抱えており、解決すべき問題は数多く残っている。

【０００４】一方、最近になっChandaniらによって、前
記の強誘電性相の低温側に三安定状態を示す反強誘電相
（Ｓ_mCA ^* 相）が発見された（Japanese Journal of Ap
plied Physics ，Vol 27，No.5，1988，pp. L729）。こ
の反強誘電相は、隣接する層ごとに双極子が反平行に配
列した熱力学的に安定な相を示し、印加電圧に対して明
確なしきい値と二重履歴特性を持つことを特徴とする反
強誘電相−強誘電相間の電場誘起相転移を起こす。この
スイッチング挙動を応用して、新規な表示方法（反強誘
電性液晶ディスプレイ等）の検討が始まっている。

【０００５】反強誘電相を有する液晶化合物としては、
特開平１−２１３３９０、特開平１−３１６３３９、特
開平１−３１６３６７、特開平２−２８１２８等の各公
報が既に知られており、さらに新しい反強誘電性液晶化
合物が発表されており、次第にその数を増している。と
ころで、現在までに製造されている反強誘電性液晶化合
物の多くは実用的な面から考えたとき、例えば、融点が
高く、また反強誘電相を示す温度範囲も室温よりはるか
に高い。したがって、ただ一種類の反強誘電性液晶化合
物を用いて液晶素子を作製することは困難で、通常は実
用的な物性を最適化するため、数種以上の反強誘電性液
晶化合物を混合して使用している。

【０００６】このような反強誘電性液晶組成物として
は、たとえば特開平５−２７１６５８号公報には、反強
誘電相を示さない化合物と反強誘電相を示す化合物とか
らなるしきい値電圧の低減された反強誘電性液晶組成物
が開示されている。また、特開平６−１８４５３６号公
報には、フェリ誘電性液晶物質と反強誘電性液晶物質と
からなるしきい値電圧の低減された反強誘電性液晶組成
物が開示されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】反強誘電相のスイッチ
ング特性を液晶ディスプレイに応用する場合、反強誘電
性液晶のみからなる組成物を用いて液晶素子を作製する
ことも不可能ではないが、三安定状態を示す温度範囲、
液晶駆動電圧、結晶化温度、配向性などの点で必ずしも
好ましいとは言えない。特に、液晶駆動電圧に関して
は、現状の反強誘電性液晶組成物はしきい値電圧が高い
ため駆動電圧が３５〜４５Ｖと高くなり、消費電力や駆
動ＩＣの耐電圧条件等の制約から、液晶駆動電圧を低下
させる必要がある。本発明は、このような状況に鑑み、
しきい値電圧を低下させ、低電圧駆動を可能にする反強
誘電性液晶組成物を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明に係
る一般式（Ｉ）で表される化合物の少なくとも１種と、
反強誘電相を有する化合物の少なくとも１種とを配合し
てなる反強誘電性液晶組成物（請求項３）は、低電圧に
て液晶の駆動が可能になり、実用性に優れた液晶表示素
子の製造に用いることができる。

【０００９】

【発明の実施の形態】ここで、請求項１に記載した一般
式（Ｉ）で表される化合物の配合量は、液晶組成物全体
の１〜３０重量％であることが好ましく、さらに好まし
くは５〜２０重量％である。ここで、配合量が１重量％
未満であると、後述するしきい値電圧の低下効果が小さ
く、また配合量が３０重量％より多いと、反強誘電相の
温度範囲が極端に減少するため好ましくない。一般式
（Ｉ）に含まれる化合物としては、例えば、ｍ＝６，
７，８，９，１０，１１，１２、ｎ＝４，５，６，７，
８、Ｘ＝−Ｏ−、−ＣＯＯ−、単結合、のいずれの組合
わせのものも含まれる。例えば、Ｘが単結合、ｍ＝６、
ｎ＝６の例がある。

【００１０】また、一般式（Ｉ）で表される化合物を配
合するための反強誘電性液晶化合物または、組成物は、
公知のいずれの反強誘電性液晶化合物またはこれらの混
合物を用いてもよい。例えば、下記一般式（II）（式
中、Ｒ₁ は炭素数６〜１４のアルキル基、アルコキシ
基、アルキルカルボニルオキシ基のいずれかを示す。Ｒ
₂は、その一部にエーテル基やカルボニル基などのよう
に酸素原子を含んでいてもよい炭素数２〜１０の炭化水
素基を示す。各々の芳香環はハロゲン原子、メチル基で
置換されてもよい。）で表される化合物のうち、反強誘
電相を有するものであればいずれの化合物を用いてもよ
い。

【００１１】

【化３】

【００１２】上記一般式（II）で示される化合物の例と
しては次の化学式に示すようなものがある。これらの全
ての式において、ｍ＝８，９，１０，１１又は１２であ
り、ｎ＝４又は６であり、これらのｍ，ｎはいずれの組
合わせであってもよい。

【００１３】

【化４】

【００１４】〔一般合成法〕以下に上記一般式（Ｉ）の
Ｘが−Ｏ−で表される化合物の一般合成法を示す。Ｘが
−Ｏ−以外の場合も同様である。

【００１５】

【化５】

【００１６】反応１は、エタノール中、塩酸と反応を行
い、エステル化を行う。反応２は、常法通りの加水分解
を行う。反応３は、例えば、塩化チオニル等で、酸塩化
物とした後で、光学活性アルコールと反応させてエステ
ル化を行う。

【００１７】

【実施例】以下、実施例により、本発明をさらに具体的
に説明する。なお、実施例中の化合物の同定は、ＮＭ
Ｒ、ＩＲ、旋光度測定により行い、相転移温度測定およ
び相同定はＤＳＣ及び偏光顕微鏡観察により実施した。

【００１８】（実施例１）（（Ｒ）−２−（４−オクチ
ルオキシフェニル）−６−キナゾリンカルボン酸１−メ
チルヘプチルエステルの合成）

【００１９】

【化６】

【００２０】下記工程に従い表記化合物を製造した。
（１）２−（４−オクチルオキシフェニル）−６−キナ
ゾリンカルボン酸エチルエステルの合成：

【００２１】

【化７】

【００２２】２−（４−オクチルオキシフェニル）−６
−シアノキナゾリン１．４ｇをエタノール１４０ml、ト
ルエン１４０mlに溶かし、塩酸ガスを飽和するまで吹き
込んだ後、１０時間還流した。反応終了後、溶媒を留去
し、カラムクロマトグラフィー及び、エタノールで再結
晶を行い、目的の２−（４−オクチルオキシフェニル）
−６−キナゾリンカルボン酸エチルエステルを１．４ｇ
得た。ＩＲスペクトル（ヌジョール法、cm^-1）：２９２
２，１７０９，１６２４，１６０３，１５７３，１５５
２，１４６６，１４３３，１３７７，１１９２，１１７
０，１１０２，１０２３。

【００２３】（２）２−（４−オクチルオキシフェニ
ル）−６−キナゾリンカルボン酸の合成：

【化８】

【００２４】２−（４−オクチルオキシフェニル）−６
−キナゾリンカルボン酸エチルエステル１．６１ｇをエ
タノール８０mlに溶かし、６０℃で水酸化ナトリウム
０．５４ｇを水２０mlの溶液を加えて撹拌した。反応終
了後、塩酸を加え、析出した結晶を濾取し目的の２−
（４−オクチルオキシフェニル）−６−キナゾリンカル
ボン酸を１．３８ｇ得た。ＩＲスペクトル（ＫＢｒディ
スク、cm^-1）（ヌジョール法）：２９２２，１６８４，
１６２６，１６０５，１５８７，１４４５，１３７７，
１３０７，１２５３，１１７３，８４２。

【００２５】（３）（Ｒ）−２−（４−オクチルオキシ
フェニル）−６−キナゾリンカルボン酸１−メチルヘプ
チルエステルの合成：

【００２６】

【化９】

【００２７】２−（４−オクチルオキシフェニル）−６
−キナゾリンカルボン酸０．６７ｇに塩化チオニル２０
mlを加え、２時間環流し、過剰の塩化チオニルを減圧留
去して酸塩化物とした。窒素気流下で６０％水素化ナト
リウム０．１４ｇをＴＨＦ１５mlに懸濁し、（Ｒ）−２
−オクタノール０．４６ｇのＴＨＦ５ml溶液を滴下し
た。先に合成した酸塩化物のＴＨＦ２０ml溶液を滴下し
て一夜撹拌した。反応終了後、水中に注ぎクロロホルム
で抽出し有機層を１０％塩酸、水、飽和食塩水の順に洗
浄し、乾燥後、溶媒を留去した。カラムクロマトブラフ
ィー及び、２−プロパノールで再結晶して目的の（Ｒ）
−２−（４−オクチルオキシフェニル）−６−キナゾリ
ンカルボン酸１−メチルヘプチルエステル０．０８ｇを
得た。

【００２８】¹ Ｈ−ＮＭＲスペクトル（ＣＤＣｌ₃ ，pp
m)：０．８９（ｍ，６Ｈ），１．２９−１．９０（ｍ，
２５Ｈ），４．０６（ｔ，２Ｈ），５．２４（ｍ，１
Ｈ），７．０４（ｄ，２Ｈ），８．０５（ｄ，１Ｈ），
８．４５（ｄ，１Ｈ），８．６０（ｍ，３Ｈ），９．４
９（ｓ，１Ｈ）。ＩＲスペクトル（ＫＢｒディスク，cm
^-1）：２９２７，２８５６，１７１４，１６２６，１６
０６，１５８７，１５７３，１４４１，１４２２，１２
９８，１２５６，１１９３，１１７１，１０９７。比旋
光度〔α〕_D ²⁰：−４０．３９（Ｃ，１．０１０，ｉｎ
ＣＤＣｌ₃)

【００２９】（実施例２）液晶組成物の調製を行った。
下記化９に示した反強誘電性液晶化合物III −１からII
I −４（全てＲ体）を混合して基準液晶を作成した。そ
のときの組成比を表１に示す。この基準液晶に対し、実
施例１の化合物を組成物全体の２０重量％となるように
添加し、液晶組成物を作成した。ただし、本発明の化合
物を２種類以上混ぜてよく、本発明は本実施例に限定さ
れるものではない。

【００３０】次に、しきい値電圧を測定した。各液晶組
成物はそれぞれラビングによる配向処理を施した液晶セ
ル（ギャップ：２μｍ）に注入した。注入後いったん液
晶組成物が等方性液体に変化する温度にセルを加熱し、
その後２℃／min で室温まで冷却して反強誘電性液晶素
子を得た。この素子に図１に示すような１Hzの三角波を
印加し、偏光顕微鏡を用いて直交ニコル下で透過光強度
を測定した。これにより図２に示すような電圧−透過光
強度相関図を得た。図２に示されたダブルヒステリシス
において、電圧増加時に相対透過率９０％となる液晶駆
動電圧をしきい値電圧とし、この値を求めた。

【００３１】３０℃から６０℃におけるしきい値電圧の
値のグラフを図３に示す。今回発明した化合物を基準液
晶に添加することにより液晶組成物のしきい値電圧を基
準液晶に比べて大幅に低下させることができる。このよ
うな効果を有する光学活性化合物を開発することができ
た。

【００３２】

【化１０】

【００３３】

【表１】

【００３４】図３に示したように、前記基準液晶である
反強誘電性液晶組成物に実施例で得られた化合物を添加
することにより、しきい値電圧は３０℃で２６％、６０
℃で３３％低減することができた。

【００３５】次に上記基準液晶に、実施例１の化合物を
種々の割合（全組成物中の重量％で表わす）で添加し、
３０℃でそれらのしきい値電圧を測定した。その結果を
図４に示す。図４によればキナゾリン誘導体の割合が増
大するに従ってしきい値電圧が低くなる。一方、キナゾ
リン誘導体の割合が減少すると、室温領域にて反強電相
を有しない混合液晶となってしまう。このことから、キ
ナゾリン誘導体の割合は１〜３０重量が適当な範囲であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例２で、本発明液晶組成物のしきい値を得
るために用いた三角波を表わすグラフ。

【図２】実施例２で得た電圧−透過光強度相関図を表わ
すグラフ。

【図３】実施例２で得た液晶組成物の３０〜６０℃にお
けるしきい値電圧の値を示すグラフ。

【図４】実施例２の基準液晶に実施例１の化合物を種々
の割合で添加したときのしきい値電圧の変化を示すグラ
フ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 稲田 雅司 愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地 株式会 社日本自動車部品総合研究所内 (72)発明者 末永 仁士 兵庫県伊丹市千僧５丁目41番地 帝国化学 産業株式会社内 (72)発明者 高橋 克彰 兵庫県伊丹市千僧５丁目41番地 帝国化学 産業株式会社内 (72)発明者 奥田 佳朗 兵庫県伊丹市千僧５丁目41番地 帝国化学 産業株式会社内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 下記一般式（Ｉ）で表される光学活性キ
   ナゾリン誘導体。 【化１】 （ここに、ｍは６〜１４の整数を示し、ｎは２〜１０の
   整数を示す。また、Ｘは−Ｏ−、−ＣＯＯ−、または単
   結合を示す。＊は不斉炭素を示す。）
2. 【請求項２】 前記一般式（Ｉ）においてＸが−Ｏ−で
   ある請求項１の光学活性キナゾリン誘導体。
3. 【請求項３】 請求項１又は２の光学活性キナゾリン誘
   導体の少なくとも１種と反強誘電相（Ｓ_mCA ^* 相）を有
   する化合物の少なくとも一種とからなることを特徴とす
   る反強誘電性液晶組成物。
4. 【請求項４】 請求項１の光学活性キナゾリン誘導体の
   少なくとも１種と、下記一般式（II）で表され反強誘電
   相を有する液晶化合物の少なくとも１種とからなること
   を特徴とする反強誘電性液晶組成物。 【化２】 （ここに、Ｒ₁ は、炭素数６〜１４のアルキル基、アル
   コキシ基、アルキルカルボニルオキシ基のいずれかを示
   す。Ｒ₂ は、その一部にエーテル基や、カルボニル基な
   どのような酸素原子を含んでもよい炭素数２〜１０の炭
   化水素基を示す。Ｒ₃ はＣＨ₃ 又はＣＦ₃ を示す。各々
   の芳香環はハロゲン原子又はメチル基で置換されていて
   もよい。＊は不斉炭素を示す。）
5. 【請求項５】 請求項１のキナゾリン誘導体の含有量の
   合計が、組成物全体の１〜３０重量％である反強誘電性
   液晶組成物。
6. 【請求項６】 請求項３〜５のいずれかの反強誘電性液
   晶組成物を用いてなる液晶表示素子。