JP6111942B2 - 液晶性化合物、液晶組成物および液晶表示素子 - Google Patents

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Description

本発明は液晶性化合物、液晶組成物、および液晶表示素子に関する。さらに詳しくはデンドロン化合物、これを含有し、そしてネマチック相を有する液晶組成物およびこの組成物を含有する液晶表示素子に関する。
液晶表示パネル、液晶表示モジュール等に代表される液晶表示素子は、液晶性化合物が有する光学異方性、誘電率異方性などを利用したものである。この液晶表示素子の動作モードとしては、PC(phase change)モード、TN(twisted nematic)モード、STN(super twisted nematic)モード、BTN(bistable twisted nematic)モード、ECB(electrically controlled birefringence)モード、OCB(optically compensated bend)モード、IPS(in−plane switching)モード、VA(vertical alignment)モード、PSA(Polymer sustained alignment)などの様々なモードが知られている。
どの方式で用いられるかを問わず、いずれの液晶物質にも共通の性質として以下の特性が必要である。
1)水分、空気、熱、光等の外的環境因子に対して安定であること。
2)室温を中心とした広い温度範囲で液晶相を示すこと。
3)低粘度であること。
4)表示素子を駆動させた場合にその駆動電圧を低くなし得ること。
5)最適な誘電率異方性(△ε)を有すること。
6)最適な屈折率異方性(△n)を有すること。
そこで、液晶物質として有用な化合物の構造について様々な検討がなされてきた。例えば非特許文献1には、以下の構造式(A)で表される、アルケニル側鎖の末端部分に二重結合を有するビシクロヘキサンの分子構造とその液晶材料としての特性との関係が記載されている。しかし、液晶材料としての特性としては、応答速度が具体的に検討されているにすぎない。
非特許文献2には、液晶物質として以下の構造式(B)で表されるデンドリマーが記載されている。しかし、このような樹状化合物は非常に巨大な分子であり且つ粘度も大きい為、実用性に欠けるものであった。
非特許文献3には、液晶物質として以下の構造式(C)で表される樹状化合物が報告されている。しかし本化合物は末端シアノ基を有しており、シアノ系液晶材料を含有する液晶組成物のみで効果を示すといった問題点があった。
このように、特性1〜6のすべてを満足する液晶化合物は見出されていないため、数種〜二十数種の液晶性化合物を混合した液晶組成物として、この混合物である液晶組成物を液晶表示素子に使用しているのが現状である。その為、液晶材料には以下の特性も求められる。
7)組成物成分として用いられる液晶性化合物が他の成分に良好な相溶性を示すこと。
さらに、近年は例えばコントラスト、表示容量、応答時間等、表示性能のより高い液晶表示素子が要求されており、その要求に応えるため、TFT(薄膜トランジスタ)方式に代表されるアクティブマトリックス方式の表示素子に対する需要が主にテレビジョンやビューファインダー等の分野で高まっている。STN方式の表示素子についても、大きい表示容量を持ちながら製造工程が簡単で低コストであることから携帯電話、パーソナルコンピューター等のディスプレイ分野に多用されている。また近年液晶表示素子の最大の問題点である視野角の狭さを克服する方式としてインプレーン・スイッチング(IPS)モード、垂直配向(VA)モード、マルチドメイン垂直配向(MVA)モード、OCBモード等の新規な方式が発表されている。しきい値電圧や応答速度に影響する弾性定数はそれぞれのモードごとに異なっている。これらのモードのうち、IPSモードは特に視野角特性に優れる、加えて高コントラストであることから各ディスプレイメーカーでの開発が盛んである。これらの分野における近年の開発傾向は、スマートフォンを始めとする携帯端末、小型かつ軽量化により携帯可能となったタブレット方式のパーソナルコンピューターに見られるごとく液晶表示素子の小型化や携帯化を中心に進められている。
このような近年の液晶表示機器の高性能化、小型化、携帯端末化に応えるため、液晶材料には上記特性1〜7に加え、以下の特性も求められる。
8)しきい値電圧(液晶表示に必要な駆動電圧)が低いこと。
しかしながら、上記特性1)〜8)を幅広く満足する液晶性化合物は未だ得られていない。
MARTINE SCHADT et al., Material properties, structural relations with molecular ensembles and electro-optical performance of new bicyclohexane liquid crystals in field-effect liquid crystal displays, LIQUID CRYSTAL, (英国), Taylor & Frances Ltd, 1989年, Vol. 5, No. 1, 293-312頁 A. J. Jin, C. Rosenblatt et al., Highly anisotropic elasticity of a dendrimeric liquid crystal, The European Physical Journal B, EDP Sciences Spronger-Verlag, 1998年, Vol. 5, 251-255頁 芝山聖史、樋口博紀、菊池裕嗣、2010年日本液晶学会討論会予稿集、日本、日本液晶学会、2010年、2b11
本発明の目的は、上記の従来技術の欠点を解消し、種々の表示方式において低電圧駆動や高速応答を可能とする液晶性化合物を提供すること、およびこの液晶化合物を用いた液晶組成物、液晶表示素子を提供することである。
本発明者は上記目的を達成するために鋭意検討した結果、フッ素置換基や極性置換基を有しないメソゲンを末端に有する式(I)で表される新規な液晶性化合物の製造に成功した。そして、本発明の液晶性化合物を用いれば、様々な動作モードに対応する、優れた液晶組成物と液晶表示素子を得られることを見出した。
すなわち本発明の構成は以下のものである。
[1]式(I)で表される化合物。
ここで予め、本明細書における置換基に関する記載について説明する。まず、一般式で基Aの位置が一つに限定されていない場合には、基Aの位置は制限なく選択できる。式中にAが一つの場合には、Aは化学的に可能な位置であれば、いずれの位置であってもよい。式中に複数のAがある場合には、それぞれが独立して、化学的に可能な位置であれば、いずれの位置であってもよい。
次に、「少なくとも一つの」、「置きかえられてもよい。」について説明する。例えば「少なくとも一つのAは、Bで置き換えられてもよい。」という注釈に従うと、この注釈が対応する一般式でAが1つであれば、基Aとしては基Bで置換されている場合と基Bで置換されていない場合のいずれでもよい。この注釈が対応する一般式でAが複数あれば、いずれの基Aも基Bで置換されている場合、基Aの一部が基Bで置換されている場合、基Aの全てが基Bで置換されている場合の、いずれであってもよい。したがって、例えば「少なくとも1つのAが、BまたはCで置き換えられてもよい」という注釈に従うと、この注釈が対応する一般式でAが1つであれば、基Aが置換されていない場合、基Aが基Bで置換されている場合、基Aが基Cで置換されている場合のいずれでもよい。この注釈が対応する一般式でAが複数あれば、基Aのすべてが置換されていない場合、基Aの一部が基Bまたは基Cで置換されている場合、基Aの全てが基Bまたは基Cで置換されている場合の、いずれであってもよい。ここで、置換されている基Aは、基Bで置換されている場合、基Cで置換されている場合、基Bで置換されている基Aと基Cで置換されている基Aが混在している場合のいずれでもよい。さらに置換基の選択肢が「B,C,またはDで置き換えられてもよい」のように増えた場合には、上記定義を準用する。
式(I)において、Rはフッ素、塩素または炭素数1〜10のアルキルであり、このアルキルにおいて少なくとも一つの−CH−は、−O−、−S−、−CO−、または−SiH−で置き換えられてもよく、少なくとも一つの−(CH−は、−CH=CH−または−C≡C−で置き換えられてもよく;αおよびβは独立して、シクロヘキサン−1,3,5−トリイルまたはベンゼン−1,3,5−トリイルであり、これらの環において−CH−は、−O−、−S−または−SiH−で置き換えられてもよく、−CH−は−N−で置き換えられてもよく、−(CH−は−CH=CH−で置き換えられてもよく、そしてこれらの環において、少なくとも一つの水素は、フッ素、塩素、−CF、−CHF、−CHF、−OCF、−OCHF、または−OCHFで置き換えられてもよく;Zは単結合または分岐しない炭素数1〜4のアルキレンであり、このアルキレンにおいて少なくとも一つの−CH−は−O−、−CO−、−S−または−SiH−で置き換えられてもよく、そして少なくとも一つの−(CH−は−CH=CH−または−C≡C−で置き換えられてもよく、少なくとも一つの水素はフッ素で置き換えられても良く;MGは式(II)で表され、
式(II)において、Spは単結合または分岐しない炭素数1〜10のアルキレンであり、このアルキレンにおいて少なくとも一つの−CH−は、−O−、−S−、−CO−、または−SiH−で置き換えられてもよく、少なくとも一つの−(CH−は、−CH=CH−または−C≡C−で置き換えられてもよく;Raは独立してフッ素、塩素または分岐しない炭素数1〜10のアルキルであり、このアルキルにおいて少なくとも一つの−CH−は、−O−、−S−、−CO−、または−SiH−で置き換えられてもよく、少なくとも一つの−(CH−は、−CH=CH−または−C≡C−で置き換えられてもよく;A、A、AおよびAは独立して、1,4−シクロヘキシレン、1,4−フェニレン、シクロヘキセン−1,4−ジイル、デカヒドロナフタレン−2,6−ジイル、1,2,3,4−テトラヒドロナフタレン−2,6−ジイル、またはナフタレン−2,6−ジイルであり、これらの環において、一つの−CH−は、−O−、−S−、−CO−、または−SiH−で置き換えられてもよく、少なくとも一つの−(CH−は−CH=CH−で置き換えられてもよく、そしてこれらの環において、少なくとも一つの水素は、フッ素、塩素、−CF、−CHF、−CHF、−OCF、−OCHF、または−OCHFで置き換えられてもよく;Z、Z、Z、およびZは独立して、単結合または炭素数1〜4のアルキレンであり、このアルキレンにおいて少なくとも一つの−CH−は−O−、−S−、−CO−または−SiH−で置き換えられてもよく、そして少なくとも一つの−(CH−は−CH=CH−または−C≡C−で置き換えられてもよく、少なくとも一つの水素はフッ素で置き換えられても良く;m、n、qおよびrは独立して、0、1、または2であり、m、n、q、およびrの和は、2、3、4または5である。
上記「アルキルにおいて少なくとも一つの−CH−は、−O−、−S−、−CO−、または−SiH−で置き換えられてもよく、少なくとも一つの−(CH−は−CH=CH−、または−C≡C−で置き換えられてもよく」は、先述の注釈の定義に従う。すなわち「少なくとも一つの」語は、「区別なく選択された少なくとも一つの」を意味する。したがって、上記アルキルは、例えば、C−において少なくとも一つの−CH−を−O−で置き換えられた基、または少なくとも一つの−(CH−を−CH=CH−で置き換えた基の例は、HOC−、CO−、CH−O−(CH−、CH−O−CH−O−、HC=CH−(CH−、CH−CH=CH−CH−、CH=CH−CH−O−などである。化合物の安定性を考慮すれば、酸素と酸素とが隣接したCH−O−O−CH−よりも、酸素と酸素とが隣接しないCH−O−CH−O−の方が好ましい。
好ましいRは、塩素、フッ素、炭素数1〜8のアルキル、アルケニル、アルコキシ、アルコキシアルキル、アルケニルオキシ、ポリフルオロアルキル、ポリフルオロアルコキシ、およびポリフルオロアルケニルである。これらの基において分岐よりも直鎖の方が好ましい。より好ましいRは、炭素数1〜10の末端ヒドロキシアルキル、アルキル、炭素数2〜10のアルケニル、炭素数1〜9アルコキシ、アルコキシアルキル、またはアルケニルオキシである。最も好ましいRは炭素数1〜6の末端ヒドロキシアルキル、アルキル、または炭素数2〜6アルケニルである。
アルケニルにおける−CH=CH−の好ましい立体配置は、二重結合の位置に依存する。1−プロペニル、1−ブテニル、1−ペンテニル、1−ヘキセニル、3−ペンテニル、3−ヘキセニルのようなアルケニルにおいてはトランス配置が好ましい。2−ブテニル、2−ペンテニル、2−ヘキセニルのようなアルケニルにおいてはシス配置が好ましい。
具体的なRは、ヒドロキシメチル、2−ヒドロキシエチル、3−ヒドロキシプロピル、4−ヒドロキシブチル、5−ヒドロキシペンチル、6−ヒドロキシヘキシル、7−ヒドロキシヘプチル、8−ヒドロキシオクチル、メチル、エチル、プロピル、ブチル、ペンチル、ヘキシル、ヘプチル、オクチル、メトキシ、エトキシ、プロポキシ、ブトキシ、ペンチルオキシ、ヘキシルオキシ、ヘプチルオキシ、メトキシメチル、メトキシエチル、メトキシプロピル、エトキシメチル、エトキシエチル、エトキシプロピル、プロポキシメチル、ブトキシメチル、ペントキシメチル、ビニル、1−プロペニル、2−プロペニル、1−ブテニル、2−ブテニル、3−ブテニル、1−ペンテニル、2−ペンテニル、3−ペンテニル、4−ペンテニル、2−プロペニルオキシ、2−ブテニルオキシ、2−ペンテニルオキシ、−CHF、−CHF、−CF、−(CHF、−CFCHF、−CFCHF、−CHCF、−CFCF、−(CHF、−(CFCF、−CFCHFCF、−CHFCFCF、−OCF、−OCHF、−OCHF、−OCFCF、−OCFCHF、−OCFCHF、−OCFCFCF、−OCFCHFCF、−OCHFCFCF、−CH=CHF、−CH=CF、−CF=CHF、−CH=CHCHF、−CH=CHCF、および−(CHCH=CFである。
より好ましいRは、フッ素、ヒドロキシメチル、2−ヒドロキシエチル、3−ヒドロキシプロピル、4−ヒドロキシブチル、5−ヒドロキシペンチル、6−ヒドロキシヘキシル、7−ヒドロキシヘプチル、8−ヒドロキシオクチル、メチル、エチル、プロピル、ブチル、ペンチル、ヘキシル、ヘプチル、オクチル、メトキシ、エトキシ、プロポキシ、ブトキシ、ペンチルオキシ、ヘキシルオキシ、ヘプチルオキシ、メトキシメチル、メトキシエチル、メトキシプロピル、エトキシメチル、エトキシエチル、エトキシプロピル、プロポキシメチル、ブトキシメチル、ペントキシメチル、ビニル、1−プロペニル、2−プロペニル、1−ブテニル、2−ブテニル、3−ブテニル、1−ペンテニル、2−ペンテニル、3−ペンテニル、4−ペンテニル、2−プロペニルオキシ、2−ブテニルオキシ、および2−ペンテニルオキシである。最も好ましいRは、ヒドロキシメチル、2−ヒドロキシエチル、3−ヒドロキシプロピル、4−ヒドロキシブチル、5−ヒドロキシペンチル、6−ヒドロキシヘキシル、メチル、エチル、プロピル、ブチル、ペンチル、ヘキシル、ヘプチル、オクチル、メトキシ、エトキシ、プロポキシ、ブトキシ、ペンチルオキシ、ヘキシルオキシ、ヘプチルオキシ、ビニル、1−プロペニル、2−プロペニル、1−ブテニル、2−ブテニル、3−ブテニル、1−ペンテニル、2−ペンテニル、3−ペンテニル、および4−ペンテニルである。
αおよびβは独立して、シクロヘキサン−1,3,5−トリイルまたはベンゼン−1,3,5−トリイルであり、これらの環において−CH−は、−O−、−S−または−SiH−で置き換えられてもよく、−CH−は−N−で置き換えられてもよく、−(CH−は−CH=CH−で置き換えられてもよく、そしてこれらの環において、少なくとも一つの水素は、フッ素、塩素、−CF、−CHF、−CHF、−OCF、−OCHF、または−OCHFで置き換えられてもよい。
好ましいαおよびβは、シクロヘキサン−1,3,5−トリイルまたはベンゼン−1,3,5−トリイルおよび2,4,6−トリフルオロベンゼン−1,3,5−トリイルである。より好ましいA11、A21およびA22は、シクロヘキサン−1,3,5−トリイルまたはベンゼン−1,3,5−トリイルである。最も好ましいA11、A21およびA22は、ベンゼン−1,3,5−トリイルである。
Zは単結合または分岐しない炭素数1〜4のアルキレンであり、このアルキレンにおいて少なくとも一つの−CH−は−O−、−CO−、−S−または−SiH−で置き換えられてもよく、そして少なくとも一つの−(CH−は−CH=CH−または−C≡C−で置き換えられてもよく、少なくとも一つの水素はフッ素で置き換えられても良く
好ましいZは、単結合、−(CH−、−COO−、−OCO−、−CHO−、−OCH−、−CFO−、−OCF−、−CH=CH−、−CF=CF−、−C≡C−、−(CHCOO−、−OCO(CH−、−(CHCFO−、−OCF(CH−、−(CHO−、−O(CH−または−(CH−である。−CH=CH−のような結合基の二重結合に関する立体配置はシスよりもトランスが好ましい。
さらに好ましいZは、単結合、−(CH−、−CHO−、−OCH−、−CFO−、−OCF−、−C≡C−または−CH=CH−である。最も好ましいZは、単結合、−(CH−、−CHO−、−OCH−、−C≡C−または−CH=CH−である。
式(II)において、Spは単結合または分岐しない炭素数1〜10のアルキレンであり、このアルキレンにおいて少なくとも一つの−CH−は、−O−、−S−、−CO−、または−SiH−で置き換えられてもよく、少なくとも一つの−(CH−は、−CH=CH−または−C≡C−で置き換えられてもよい。
好ましいSpは、単結合、または、炭素数1〜10のアルキレン、および酸素原子を1含む1〜9のアルキレンまたは酸素原子を2つ含有する炭素数1〜8のアルキレンである。アルキレンにおいて好ましい炭素数は2から10、より好ましくは2から8である。オキシアルキレンオキシにおいて炭素数が1の場合、アセタールとなり化学的安定性が低下する傾向にある。
Raは独立してフッ素、塩素または分岐しない炭素数1〜10のアルキルであり、このアルキルにおいて少なくとも一つの−CH−は、−O−、−S−、−CO−、または−SiH−で置き換えられてもよく、少なくとも一つの−(CH−は、−CH=CH−または−C≡C−で置き換えられてもよく
好ましいRaは、塩素、フッ素、炭素数2〜10のアルキル、アルケニル、アルコキシ、アルコキシアルキル、アルケニルオキシ、ポリフルオロアルキル、ポリフルオロアルコキシ、およびポリフルオロアルケニルである。これらの基において分岐よりも直鎖の方が好ましい。RおよびRが分岐の基であっても光学活性であるときは好ましい。より好ましいRまたはRは、炭素数2〜10のアルキル、アルケニル、アルコキシ、アルコキシアルキル、またはアルケニルオキシである。最も好ましいRおよびRは炭素数2〜10のアルキル、アルコキシ、またはアルケニルである。
アルケニルにおける−CH=CH−の好ましい立体配置は、二重結合の位置に依存する。1−プロペニル、1−ブテニル、1−ペンテニル、1−ヘキセニル、3−ペンテニル、3−ヘキセニルのようなアルケニルにおいてはトランス配置が好ましい。2−ブテニル、2−ペンテニル、2−ヘキセニルのようなアルケニルにおいてはシス配置が好ましい。
具体的なRaは、メチル、エチル、プロピル、ブチル、ペンチル、ヘキシル、ヘプチル、オクチル、メトキシ、エトキシ、プロポキシ、ブトキシ、ペンチルオキシ、ヘキシルオキシ、ヘプチルオキシ、メトキシメチル、メトキシエチル、メトキシプロピル、エトキシメチル、エトキシエチル、エトキシプロピル、プロポキシメチル、ブトキシメチル、ペントキシメチル、ビニル、1−プロペニル、2−プロペニル、1−ブテニル、2−ブテニル、3−ブテニル、1−ペンテニル、2−ペンテニル、3−ペンテニル、4−ペンテニル、2−プロペニルオキシ、2−ブテニルオキシ、2−ペンテニルオキシ、−CHF、−CHF、−CF、−(CHF、−CFCHF、−CFCHF、−CHCF、−CFCF、−(CHF、−(CFCF、−CFCHFCF、−CHFCFCF、−OCF、−OCHF、−OCHF、−OCFCF、−OCFCHF、−OCFCHF、−OCFCFCF、−OCFCHFCF、−OCHFCFCF、−CH=CHF、−CH=CF、−CF=CHF、−CH=CHCHF、−CH=CHCF、および−(CHCH=CFである。
より好ましいRaは、フッ素、エチル、プロピル、ブチル、ペンチル、ヘキシル、ヘプチル、オクチル、メトキシ、エトキシ、プロポキシ、ブトキシ、ペンチルオキシ、ヘキシルオキシ、ヘプチルオキシ、メトキシメチル、メトキシエチル、メトキシプロピル、エトキシメチル、エトキシエチル、エトキシプロピル、プロポキシメチル、ブトキシメチル、ペントキシメチル、ビニル、1−プロペニル、2−プロペニル、1−ブテニル、2−ブテニル、3−ブテニル、1−ペンテニル、2−ペンテニル、3−ペンテニル、4−ペンテニル、2−プロペニルオキシ、2−ブテニルオキシ、および2−ペンテニルオキシである。最も好ましいRまたはRは、エチル、プロピル、ブチル、ペンチル、ヘキシル、ヘプチル、オクチル、メトキシ、エトキシ、プロポキシ、ブトキシ、ペンチルオキシ、ヘキシルオキシ、ヘプチルオキシ、ビニル、1−プロペニル、2−プロペニル、1−ブテニル、2−ブテニル、3−ブテニル、1−ペンテニル、2−ペンテニル、3−ペンテニル、および4−ペンテニルである。
、A、AおよびAは独立して、1,4−シクロヘキシレン、1,4−フェニレン、シクロヘキセン−1,4−ジイル、デカヒドロナフタレン−2,6−ジイル、1,2,3,4−テトラヒドロナフタレン−2,6−ジイル、またはナフタレン−2,6−ジイルであり、これらの環において、一つの−CH−は、−O−、−S−、−CO−、または−SiH−で置き換えられてもよく、少なくとも一つの−(CH−は−CH=CH−で置き換えられてもよく、そしてこれらの環において、少なくとも一つの水素は、フッ素、塩素、−CF、−CHF、−CHF、−OCF、−OCHF、または−OCHFで置き換えられてもよく
好ましいA、A、AおよびAは、1,4−シクロヘキシレン、1,4−フェニレン、シクロヘキセン−1,4−ジイル、2−フルオロ−1,4−フェニレン、2,3−ジフルオロ−1,4−フェニレン、3,5−ジフルオロ−1,4−フェニレンデカヒドロナフタレン−2,6−ジイル、1,2,3,4−テトラヒドロナフタレン−2,6−ジイル、またはナフタレン−2,6−ジイルである。より好ましいA、A、AおよびAは、1,4−シクロヘキシレン、1,4−フェニレン、シクロヘキセン−1,4−ジイル、2−フルオロ−1,4−フェニレン、3−フルオロ−1,4−フェニレン、2,3−ジフルオロ−1,4−フェニレンおよび3,5−ジフルオロ−1,4−フェニレンである。最も好ましいA、A、AおよびAは、1,4−シクロヘキシレン、1,4−フェニレン2−フルオロ−1,4−フェニレン、3−フルオロ−1,4−フェニレン、2,3−ジフルオロ−1,4−フェニレンおよび3,5−ジフルオロ−1,4−フェニレンである。
、Z、Z、およびZは独立して、単結合または炭素数1〜4のアルキレンであり、このアルキレンにおいて少なくとも一つの−CH−は−O−、−S−、−CO−または−SiH−で置き換えられてもよく、そして少なくとも一つの−(CH−は−CH=CH−または−C≡C−で置き換えられてもよく、少なくとも一つの水素はフッ素で置き換えられても良い。
好ましいZ、Z、Z、およびZは、単結合、−(CH−、−COO−、−OCO−、−CHO−、−OCH−、−CFO−、−OCF−、−CH=CH−、−CF=CF−、−C≡C−、−(CHCOO−、−OCO(CH−、−(CHCFO−、−OCF(CH−、−(CHO−、−O(CH−または−(CH−である。−CH=CH−のような結合基の二重結合に関する立体配置はシスよりもトランスが好ましい。
さらに好ましいZ、Z、Z、およびZは、単結合、−(CH−、−CHO−、−OCH−、−CFO−、−OCF−または−CH=CH−である。最も好ましいZ、Z、Z、およびZは、単結合、−CHO−、−OCH−、−CFO−、−OCF−または−CH=CH−である。
[2] 式(1−1)で表される化合物。

式(I−1)において、Rはフッ素炭素数1から10のアルキル、炭素数2から10のアルケニル、炭素数1から9のアルコキシ、炭素数2から9のアルコキシアルキル、炭素数3から9のアルケニルオキシ、炭素数1から10のポリフルオロアルキル、炭素数1から9のポリフルオロアルコキシ、炭素数2から10のポリフルオロアルケニルまたは炭素数1から10の末端ヒドロキシアルキルであり
Zは、単結合、−(CH−、−CHO−、−OCH−、−CFO−、−OCF−、−CH=CH−、−CF=CF−、−C≡C−、−COO−、−OCO−、−(CHCOO−、−OCO(CH−、−(CHCFO−、−OCF(CH−、−(CHO−、−O(CH−または−(CH−であり;
MGは式(II)で表され、

式(II)において、Spは単結合、または分岐しない炭素数1〜10のアルキレンあり;
Raは独立して、フッ素炭素数1から10のアルキル、炭素数2から10のアルケニル、炭素数1から9のアルコキシ、炭素数2から9のアルコキシアルキル、炭素数3から9のアルケニルオキシ、炭素数1から10のポリフルオロアルキル、炭素数1から9のポリフルオロアルコキシ、または炭素数2から10のポリフルオロアルケニルであり;
、A、AおよびAが独立して、1,4−シクロヘキシレン、または1,4−フェニレンあり少なくとも一つの水素は、フッ素、塩素、−CF たは−CHFで置き換えられてもよく;
、Z およびZ が独立して、単結合、−(CH−、−COO−、−OCO−、−CHO−、−OCH−、−CFO−、−OCF−、−CH=CH−、−CF=CF−、−C≡C−、−CHCO−、−COCH−(CHCOO−、−OCO(CH−、−(CHCFO−、−OCF(CH−、−(CHO−、−O(CH−または−(CH−であり;
m、n、qおよびrは独立して、0または1であり、m、n、q、およびrの和は、2、3または4である
[3] 式(I−1)で表される上記[2]に記載の化合物。
式(I−1)において、
はフッ素、炭素数1から6のアルキル、炭素数2から6のアルケニル、炭素数2から6のアルコキシ、炭素数2から6のアルコキシアルキル、炭素数3から6のアルケニルオキシ、炭素数1から6のポリフルオロアルキル、炭素数1から6のポリフルオロアルコキシ、炭素数2から6のポリフルオロアルケニルまたは炭素数1から6の末端ヒドロキシアルキルであり
単結合、−(CH−、−CHO−、−OCH−、−CFO−、−OCF−、−CH=CH−、−CF=CF−、−C≡C−、−COO−または−OCO−であり;
式(II)において
Spは単結合、分岐しない炭素数1〜10のアルキレン、炭素数1〜10のアルケニレン、炭素数1〜10のアルキニレン、炭素数2〜10のオキシアルキレン、炭素数2〜10のアルキレンオキシまたは炭素数3〜10のオキシアルキレンオキシであり;
Raは独立して、フッ素、炭素数1から6のアルキル、炭素数2から6のアルケニル、炭素数1から6のアルコキシ、炭素数1から6のポリフルオロアルキル、炭素数2から6のポリフルオロアルコキシ、または炭素数2から6のポリフルオロアルケニルであり;
、A、AおよびAが独立して、1,4−シクロヘキシレン、1,4−フェニレン2−フルオロ−1,4−フェニレン、2、3−ジフルオロ−1,4−フェニレン、3、5−ジフルオロ−1,4−フェニレン、2、5−ジフルオロ−1,4−フェニレン、2−フルオロ−3−トリフルオロメチル−1,4−フェニレンまたは2−フルオロ−3−ジフルオロメチル−1,4−フェニレンであり;
、Z およびZが独立して、単結合、−(CH−、−CHO−、−OCH−、−CFO−、−OCF−、−CH=CH−、−CF=CF−、−C≡C−、−(CHCFO−、−OCF(CH−、−(CHO−、−O(CH−または−(CH−であり;
m、n、qおよびrは独立して、0または1であり、m、n、q、およびrの和は、2、3または4である
[3] 式(I−1)で表される、上記[2]に記載の化合物。
(I−1)において、Rはフッ素、炭素数1から6のアルキル、炭素数2から6のアルケニル、炭素数2から6のアルコキシ、炭素数2から6のアルコキシアルキル、炭素数3から6のアルケニルオキシ、炭素数1から6のポリフルオロアルキル、炭素数1から6のポリフルオロアルコキシ、炭素数2から6のポリフルオロアルケニルまたは炭素数1から6の末端ヒドロキシアルキルであり;Zは単結合、−(CH−、−CHO−、−OCH−、−CFO−、−OCF−、−CH=CH−、−CF=CF−または−C≡C−であり;MGは式(II−1)で表され;
式(II−1)において、Spは単結合、または分岐しない炭素数1〜10のアルキレンあり;
Raは独立して、フッ素、炭素数1から6のアルキル、炭素数2から6のアルケニル、炭素数1から5のアルコキシ、炭素数1から6のポリフルオロアルキル、炭素数1から5のポリフルオロアルコキシ、または炭素数2から6のポリフルオロアルケニルであり;
11およびA12は1,4−シクロへキシレンまたは1,4-フェニレンであり;
11、Y12、およびY13が独立して水素、またはフッ素あり;
、Z、およびZが独立して、単結合、−(CH−、−CHO−、−OCH−、−CFO−、−OCF−、−CH=CH−、−CF=CF−または−C≡C−であり;
s、tおよびuは独立して、0、1または2であり、s、tおよびuの和は2、3または4あるが、tは必ず1である。
[5] 式(I−1)において、Rは炭素数1から3のアルキル、炭素数2から3のアルケニル、炭素数2から3のアルコキシまたは炭素数1から3の末端ヒドロキシアルキルであり;Zが単結合、−(CH−、−CHO−、−OCH−、−CH=CH−、または−C≡C−である、上記[4]に記載の化合物。
[6] 式(II−1)においてSpは単結合、分岐しない炭素数1〜8のアルキレン、炭素数2〜8のアルケニレン、炭素数2〜8のアルキニレン、炭素数1〜7のオキシアルキレン、炭素数1〜7のアルキレンオキシまたは炭素数1〜6のオキシアルキレンオキシであり;Raは独立して、フッ素、炭素数1から6のポリフルオロアルキル、炭素数2から6のポリフルオロアルコキシ、または炭素数2から6のポリフルオロアルケニルであり;A11およびA12は1,4−シクロへキシレンまたは1,4-フェニレンであり;Y11が水素であり、Y12、およびY13が独立して水素またはフッ素であるが少なくとも一つはフッ素であり;Z、Z、およびZが独立して、単結合、−(CH−、−CFO−、−CH=CH−、−CF=CF−または−C≡C−であり;s、tおよびuの和は2または3である上記[5]に記載の化合物。
[7] 式(II−1)において、Spは単結合、分岐しない炭素数1〜8のアルキレン、炭素数2〜8のアルケニレン、炭素数2〜8のアルキニレン、炭素数1〜7のオキシアルキレン、炭素数1〜7のアルキレンオキシまたは炭素数1〜6のオキシアルキレンオキシであり;Raは独立して、炭素数1から6のアルキル、炭素数2から6のアルケニル、炭素数1から5のアルコキシであり;A11およびA12は1,4−シクロへキシレンまたは1,4-フェニレンであり;Y11およびY12がフッ素であり、Y13が水素であり;Z、Z、およびZが独立して、単結合、−(CH−、−CHO−、−OCH−、−CH=CH−、−CF=CF−または−C≡C−であり;s、tおよびuの和は2または3である、上記[5]に記載の化合物。
[8] 式(II−1)において、Spは単結合、分岐しない炭素数1〜8のアルキレン、炭素数2〜8のアルケニレン、炭素数2〜8のアルキニレン、炭素数1〜7のオキシアルキレン、炭素数1〜7のアルキレンオキシまたは炭素数1〜6のオキシアルキレンオキシであり;Raは独立して、炭素数1から6のアルキル、炭素数2から6のアルケニル、炭素数1から5のアルコキシであり;A11およびA12は1,4−シクロへキシレンまたは1,4-フェニレンであり;Y11およびY13が独立して水素またはフッ素であり、Y12が水素であり;Z、Z、およびZが独立して、単結合、−(CH−、−CH=CH−、−CF=CF−または−C≡C−であり;s、tおよびuの和は2または3である、上記[5]に記載の化合物。
[9] 式(I−1)において、MGが式(II−1−1−1)〜式(II−1−1−16)のいずれかで表される、上記[5]に記載の化合物。

(II−1−1−1)〜式(II−1−1−16)において、Spは単結合、分岐しない炭素数1〜8のアルキレン、炭素数2〜8のアルケニレン、炭素数2〜8のアルキニレン、炭素数1〜7のオキシアルキレン、炭素数1〜7のアルキレンオキシまたは炭素数1〜6のオキシアルキレンオキシであり;Raは独立して、フッ素、−CF、−CFH、または−OCFであり;Z11、Z12およびZ21が独立して、単結合、−(CH−、−CFO−、−CH=CH−、−CF=CF−または−C≡C−である。
[10] 式(I−1)において、MGが式(II−1−2−1)〜式(II−1−2−14)のいずれかで表される、上記[5]に記載の化合物。

式(II−1−2−1)〜式(II−1−2−14)においてSpは単結合、分岐しない炭素数1〜8のアルキレン、炭素数2〜8のアルケニレン、炭素数2〜8のアルキニレン、炭素数2〜6のオキシアルキレン、炭素数2〜6のアルキレンオキシまたは炭素数3〜6のオキシアルキレンオキシであり;Raは独立して、炭素数1から6のアルキル、炭素数2から6のアルケニル、炭素数1から6のアルコキシであり;Z11、Z12、Z21およびZ31が独立して、単結合、−(CH−、−CHO−、−OCH−、−CH=CH−、−CF=CF−または−C≡C−である。
[11] 式(I−1)において、MGが式(II−1−3−1)〜式(II−1−3−17)のいずれかで表される、上記[5]に記載の化合物。

式(II−1−3−1)〜式(II−1−3−17)において、Spは単結合、分岐しない炭素数1〜8のアルキレン、炭素数2〜8のアルケニレン、炭素数2〜8のアルキニレン、炭素数2〜6のオキシアルキレン、炭素数2〜6のアルキレンオキシまたは炭素数3〜6のオキシアルキレンオキシであり;Raは独立して、炭素数1から6のアルキル、炭素数2から6のアルケニル、炭素数1から6のアルコキシであり;Z 11 、Z 12 、Z 21 およびZ 31 が独立して、単結合、−(CH −、−CH O−、−OCH −、−CH=CH−、−CF=CF−または−C≡C−である。
[12] 上記[]〜11]のいずれか記載した少なくとも一つの化合物(化合物(1))を含有する液晶組成物。
[13] 少なくとも一つの化合物(1)と、式(2)、(3)、または(4)で表される少なくとも一つの化合物とを含有する、上記[12]に記載の液晶組成物。
式(2)〜(4)において、Rは独立して、炭素数1〜10のアルキルまたは炭素数2〜10のアルケニルであり、このアルキルおよびアルケニルにおいて少なくとも一つの水素はフッ素で置き換えられてもよく、少なくとも一つの−CH2−は−O−で置き換えられてもよく;
は、フッ素、塩素、−OCF3、−OCHF2、−CF3、−CHF2、−CH2F、−OCF2CHF2、または−OCF2CHFCF3であり;環B、環B、および環Bは独立して、1,4−シクロヘキシレン、1,3−ジオキサン−2,5−ジイル、ピリミジン−2,5−ジイル、1−テトラヒドロピラン−2,5−ジイル、1,4−フェニレン、2−フルオロ−1,4−フェニレン、3−フルオロ−1,4−フェニレン、または3、5−ジフルオロ−1,4−フェニレンであり;ZおよびZは独立して、−(CH22−、−(CH24−、−COO−、−CF2O−、−OCF2−、−CH=CH−、−C≡C−、−CHO−、または単結合であり;LおよびL10は独立して、水素またはフッ素である。
[14] 少なくとも一つの化合物(1)と、式(5)で表される少なくとも一つの化合物とを含有する、上記[12]に記載の液晶組成物。
式(5)において、R10は、炭素数1〜10のアルキルまたは炭素数2〜10のアルケニルであり、このアルキルおよびアルケニルにおいて、少なくとも一つの水素はフッ素で置き換えられてもよく、少なくとも一つの−CH2−は−O−で置き換えられてもよく;Xは−C≡Nまたは−C≡C−C≡Nであり;環C、環C、および環Cは独立して、1,4−シクロヘキシレン、少なくとも一つの水素がフッ素で置き換えられてもよい1,4−フェニレン、1,3−ジオキサン−2,5−ジイル、1−テトラヒドロピラン−2,5−ジイル、またはピリミジン−2,5−ジイルであり;Zは、−(CH22−、−COO−、−CF2O−、−OCF2−、−C≡C−、−CHO−、または単結合であり;L11およびL12は独立して、水素またはフッ素であり;oは、0、1または2であり、pは0または1であり、oおよびpの和は、0、1、2または3である。
[15] 少なくとも一つの化合物(1)と、式(6)〜(11)のいずれかで表される少なくとも一つの化合物とを含有する、上記[12]に記載の液晶組成物。
式(6)〜(11)において、R11およびR12は独立して、炭素数1〜10のアルキルまたは炭素数2〜10のアルケニルであり、アルキルおよびアルケニルにおいて、少なくとも一つの水素はフッ素で置き換えられてもよく、少なくとも一つの−CH2−は−O−で置き換えられてもよく;
環D、環D、環D、および環Dは独立して、1,4−シクロヘキシレン、1,4−シクロヘキセニレン、少なくとも一つの水素がフッ素で置き換えられてもよい1,4−フェニレン、6−テトラヒドロピラン−2,5−ジイル、またはデカヒドロ−2,6−ナフタレンであり;
10、Z11、Z12、およびZ13は独立して、−(CH22−、−COO−、−CHO−、−OCF−、−OCF(CH22−、または単結合であり;
13およびL14は独立して、フッ素または塩素であり;
q、r、s、t、u、およびvは独立して、0または1であり、r、s、t、およびuの和は、1または2である。
[16] 少なくとも一つの化合物(1)と、式(12)、(13)、又は(14)で表される少なくとも一つの化合物とを含有する、上記[12]に記載の液晶組成物。
式(12)〜(14)において、R13およびR14は独立して、炭素数1〜10のアルキルまたは炭素数2〜10のアルケニルであり、このアルキルおよびアルケニルにおいて、少なくとも一つの−CH2−は−O−で置き換えられてもよく;
環E、環E、および環Eは独立して、1,4−シクロヘキシレン、ピリミジン−2,5−ジイル、1,4−フェニレン、2−フルオロ−1,4−フェニレン、3−フルオロ−1,4−フェニレン、または2,5−ジフルオロ1,4−フェニレンであり;
14およびZ15は独立して、−C≡C−、−COO−、−(CH22−、−CH=CH−、または単結合である。
[17] 更に、上記[14]に記載の式(5)で表される少なくとも一つの化合物を含有する、上記[13]に記載の液晶組成物。
[18] 更に、上記[16]記載の式(12)、(13)、又は(14)で表される少なくとも一つの化合物を含有する、上記[13]に記載の液晶組成物。
[19] 更に、上記[16]記載の式(12)、(13)、又は(14)で表される少なくとも一つの化合物を含有する、上記[14]に記載の液晶組成物。
[20] 更に、上記[16]記載の式(12)、(13)、又は(14)で表される少なくとも一つの化合物を含有する、上記[15]に記載の液晶組成物。
[21] 更に、少なくとも一つの光学活性化合物および/または重合可能な化合物を含有する、上記[12]〜20]のいずれか記載の液晶組成物。
[22] 更に、少なくとも一つの酸化防止剤および/または紫外線吸収剤を含有する、上記[12]〜21]のいずれか記載の液晶組成物。
[23] 上記[12]〜22]のいずれか記載の液晶組成物を含有する液晶表示素子。
本発明の化合物は、熱、光などに対する安定性、適切な光学異方性を有し、それ自体のしきい値電圧が低い。そして、フッ素系などの表示用液晶組成物に用いられる化合物との優れた相溶性を有する。このため、本発明の化合物は様々な表示動作に適する液晶材料として使用できる。本発明の化合物を含む液晶組成物は、しきい値電圧が低く、熱、光などに対して安定で、ネマチック相が広い温度範囲で維持され、適切な光学異方性を示す。このような本発明の液晶組成物を用いた液晶表示素子は、広い温度範囲で動作可能であり、短い応答時間、大きなコントラスト比、低い駆動電圧を有しており、近年注目されている小型携帯端末に適する。
この明細書における用語の使い方は次のとおりである。
液晶性化合物は、ネマチック相、スメクチック相などの液晶相を有する化合物および液晶相を有しないが液晶組成物の成分として有用な化合物の総称である。液晶性化合物、液晶組成物、液晶表示素子をそれぞれ化合物、組成物、素子と略すことがある。液晶表示素子は液晶表示パネルおよび液晶表示モジュールの総称である。ネマチック相の上限温度はネマチック相−等方相の相転移温度であり、そして単に上限温度と略すことがある。ネマチック相の下限温度を単に下限温度と略すことがある。式(I)で表わされる化合物を化合物(I)と略すことがある。この略記は式(II)などで表される化合物にも適用することがある。式(I)、式(II)、式(2)から式(14)において、A、A、などの記号はそれぞれ環A、環B、環E、環Mなどに対応する。成分または液晶性化合物の割合(百分率)は、液晶性化合物の全重量に基づいた重量百分率(重量%)である。以下に本発明をさらに説明する。
第一に、本発明の化合物(I)をさらに説明する。化合物(I)は樹状構造を有する化合物である。この化合物は、素子が通常使用される条件下において物理的および化学的に安定であり、そして他の液晶性化合物との相溶性がよい。この化合物を含有する組成物は素子が通常使用される条件下で安定である。この組成物を低い温度で保管しても、この化合物が結晶(またはスメクチック相)として析出することがない。この化合物は、化合物に必要な一般的物性、適切な光学異方性、そして適切な誘電率異方性を有する。
化合物(I)の末端基、環、および結合基を、適切に選択することによって、光学異方性などの物性を任意に調整することが可能である。末端基R、α、β、Z11、、Sp、Ra、環A、A、AおよびA、結合基Z、Z、Z、およびZの種類が、化合物(I)の物性に与える効果を以下に説明する。
R1が末端ヒドロキシルアルキル基であるとき、液晶相温度範囲が広く、k22がより小さい。R1がアルケニルであるとき、好ましい立体配置は二重結合の位置に依存する。
環αおよびβが、ベンゼン−1,3,5−トリイルであるときは光学異方性が大きく、トリアジン−1,3,5−トリイルであるときは光学異方性がさらに大きい。シクロヘキサン−1,3,5−トリイルであるときは光学異方性が小さい。
結合基Zが単結合、−(CH22−、−CH2O−、−OCH2−、−CF2O−、−OCF2−、−CH=CH−、−CF=CF−、または−(CH2−であるときは粘度が小さい。結合基が単結合、−(CH22−、−CF=CF−、または−CH=CH−であるときは粘度がさらに小さい。結合基が−CH=CH−、−C≡C−であるときは液晶相の温度範囲が広く、光学異方性が大きい。
Spがオキシアルキレンであるときは液晶相の温度範囲が広く、オキシアルキレンオキシであるときは液晶相の温度範囲がさらに広い。そしてアルキレンであるときは粘度が小さい。
Raがアルケニルであるとき、好ましい立体配置は二重結合の位置に依存する。好ましい立体配置を有するアルケニル化合物は、高い上限温度または液晶相の広い温度範囲を有する。Mol. Cryst. Liq. Cryst., 1985, 131, 109およびMol. Cryst. Liq. Cryst., 1985, 131, 327に詳細な説明がある。
環A〜Aが、1,4−フェニレンまたは2−フルオロ−1,4−フェニレンであるときは光学異方性が大きい。環A〜Aが、1,4−シクロヘキシレンであるときは光学異方性が小さい。
少なくとも二つの環が1,4−シクロヘキシレンであるときは、上限温度が高く、光学異方性が小さく、そして粘度が小さい。少なくとも一つの環が1,4−フェニレンのときは、光学異方性が比較的大きく、そして配向秩序パラメーター(orientational order parameter)が大きい。
環A〜Aが、少なくとも一つの水素がハロゲンで置き換えられた1,4−フェニレン、または1,3−ジオキサン−2,5−ジイルであるときは誘電率異方性が正に大きい。環A〜Aが2,3−ジフルオロ−1,4−フェニレンであるときは誘電率異方性が負に大きい。環A〜Aが2−(トリフルオロメチル)−3−フルオロ−1,4−フェニレン、2−(ジフルオロメチル)−3−フルオロ−1,4−フェニレンまたは2−フルオロ−3−(ジフルオロメチル)−1,4−フェニレンである時は誘電率異方性がさらに負に大きい。環A〜Aが、少なくとも一つの水素がハロゲンで置き換えられてもよい1,4−フェニレン、であるときは光学異方性が大きい。環A〜Aが、1,4−シクロヘキシレン、1,4−シクロヘキセニレンまたは1,3−ジオキサン−2,5−ジイルであるときは光学異方性が小さい。
環A〜Aが、シクロヘキセン−1,4−ジイルであるときは融点が低い。またシクロヘキセン−1,4−ジイルと1,4−フェニレンを同時に有する時は光学異方性が大きい。
結合基Z、Z、Z、またはZが単結合、−(CH22−、−CH2O−、−OCH2−、−CF2O−、−OCF2−、−CH=CH−、−CF=CF−、または−(CH2−であるときは粘度が小さい。結合基が単結合、−(CH22−、−CF=CF−、または−CH=CH−であるときは粘度がさらに小さい。結合基が−CH=CH−であるときは液晶相の温度範囲が広い。結合基が−C≡C−のときは光学異方性が大きい。
化合物(I)において式(II)で表されるMGが二環である時は他の液晶性化合物との相溶性が高く、粘度が低い。三環または四環を有するときは液晶相温度範囲が広くその上限温度は高い。以上のように、末端基、環および結合基の種類、環の数を適当に選択することにより目的の物性を有する化合物を得ることができる。
化合物(I)は有機合成化学における手法を適切に組み合わせることにより合成する。出発物に目的の末端基、環および結合基を導入する方法は、オーガニックシンセシス(Organic Syntheses, John Wiley & Sons, Inc)、オーガニック・リアクションズ(Organic Reactions, John Wiley & Sons, Inc)、コンプリヘンシブ・オーガニック・シンセシス(Comprehensive Organic Synthesis, Pergamon Press)、新実験化学講座(丸善)などの成書に記載されている。
結合基Z、Z 、または を生成する方法の一例に関して、最初にスキームを示し、次に項(i)〜項(xi)でスキームを説明する。このスキームにおいて、MSGまたはMSGは少なくとも一つの環を有する1価の有機基である。複数のMSG(またはMSG)が表す有機基は、同一であってもよいし、または異なってもよい。化合物(1A)から(1K)は化合物(I)に相当する。
(i)単結合の生成
アリールホウ酸(21)と公知の方法で合成される化合物(22)とを、炭酸塩水溶液とテトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウムのような触媒の存在下で反応させて化合物(1A)を合成する。この化合物(1A)は、公知の方法で合成される化合物(23)にn−ブチルリチウムを、次いで塩化亜鉛を反応させ、ジクロロビス(トリフェニルホスフィン)パラジウムのような触媒の存在下で化合物(22)を反応させることによっても合成される。
(ii)−COO−と−OCO−の生成
化合物(23)にn−ブチルリチウムを、続いて二酸化炭素を反応させてカルボン酸(24)を得る。化合物(24)と、公知の方法で合成されるフェノール(25)とをDDC(1,3−ジシクロヘキシルカルボジイミド)とDMAP(4−ジメチルアミノピリジン)の存在下で脱水させて−COO−を有する化合物(1B)を合成する。この方法によって−OCO−を有する化合物も合成する。
(iii)−CFO−と−OCF−の生成
化合物(1B)をローソン試薬のような硫黄化剤で処理して化合物(26)を得る。化合物(26)をフッ化水素ピリジン錯体とNBS(N−ブロモスクシンイミド)でフッ素化し、−CFO−を有する化合物(1C)を合成する。酸化的脱硫フッ素化の文献であるM. Kuroboshi et al., Chem. Lett., 1992,827.を参照。化合物(1C)は化合物(26)を(ジエチルアミノ)サルファートリフルオリド(DAST)でフッ素化しても合成される。W. H. Bunnelle et al., J. Org. Chem. 1990, 55, 768.を参照。この方法によって−OCF−を有する化合物も合成する。Peer. Kirsch et al., Angew. Chem. Int. Ed. 2001, 40, 1480.に記載の方法によってこれらの結合基を生成させることも可能である。
(iv)−CH=CH−の生成
化合物(23)をn−ブチルリチウムで処理した後、N,N−ジメチルホルムアミド(DMF)などのホルムアミドと反応させてアルデヒド(28)を得る。公知の方法で合成されるホスホニウム塩(27)をカリウムtert−ブトキシドのような塩基で処理して発生させたリンイリドを、アルデヒド(28)に反応させて化合物(1D)を合成する。反応条件によってはシス体が生成するので、必要に応じて公知の方法によりシス体をトランス体に異性化する。
(v)−(CH−の生成
化合物(1D)をパラジウム炭素のような触媒の存在下で水素化することにより、化合物(1E)を合成する。
(vi)−(CH−の生成
ホスホニウム塩(27)の代わりにホスホニウム塩(29)を用い、項(IV)の方法に従って−(CH−CH=CH−を有する化合物を得る。これを接触水素化して化合物(1F)を合成する。
(vii)−C≡C−の生成
ジクロロパラジウムとハロゲン化銅との触媒存在下で、化合物(23)に2−メチル−3−ブチン−2−オールを反応させたのち、塩基性条件下で脱保護して化合物(30)を得る。ジクロロパラジウムとハロゲン化銅との触媒存在下、化合物(30)を化合物(22)と反応させて、化合物(1G)を合成する。
(viii)−CF=CF−の生成
化合物(23)をn−ブチルリチウムで処理したあと、テトラフルオロエチレンを反応させて化合物(31)を得る。化合物(22)をn−ブチルリチウムで処理したあと化合物(31)と反応させて化合物(1H)を合成する。
(ix)−CHO−または−OCH−の生成
化合物(28)を水素化ホウ素ナトリウムなどの還元剤で還元して化合物(32)を得る。これを臭化水素酸などでハロゲン化して化合物(33)を得る。炭酸カリウムなどの存在下で、化合物(33)を化合物(25)と反応させて化合物(1J)を合成する。
(x)−(CH23O−または−O(CH23−の生成
化合物(32)の代わりに化合物(29)を用いて、項(IX)の方法に従って化合物(1K)を合成する。
(xi)−(CF22−の生成
−(CF22−基を有する液晶化合物に関する文献であるJ. Am. Chem. Soc., 2001, 123, 5414.に記載された方法に従い、ジケトン(−COCO−)をフッ化水素触媒の存在下、四フッ化硫黄でフッ素化して−(CF22−を有する化合物を得る。
[液晶組成物]
以下、本発明の液晶組成物について説明をする。この液晶組成物の成分は、少なくとも一つの化合物(I)を含むことを特徴とする。この組成物は、化合物(I)を2つ以上含んでいてもよく、化合物(I)のみから構成されていてもよい。また本発明の液晶組成物を調製するときには、例えば、化合物(1)の誘電率異方性を考慮して成分を選択することもできる。成分を選択した液晶組成物は、粘度が低く、適切な誘電率異方性を有し、しきい値電圧が低く、さらに、ネマチック相の上限温度が高く、ネマチック相の下限温度が低い。
[液晶組成物(1)]
本発明の液晶組成物は、化合物(I)を成分Aとして含む必要がある。この成分Aのみの組成物、または成分Aと本明細書中で特に成分名を示していないその他の成分との組成物でもよいが、この成分Aに以下に示す成分B、C、D、およびEから選ばれた成分を加えることにより種々の特性を有する液晶組成物が提供できる。
成分Aに加える成分として、式(2)、(3)および(4)からなる群から選ばれた少なくとも一つの化合物からなる成分B、および/または式(5)からなる群から選ばれた少なくとも1種の化合物からなる成分C、および/または式(6)、(7)、(8)、(9)、(10)、および(11)からなる群から選ばれた少なくとも1種の化合物からなる成分Dを混合したものが好ましい。さらに式(12)、(13)、および(14)からなる群から選ばれた少なくとも1種の化合物からなる成分Eを混合することによりしきい値電圧、液晶相の温度範囲、屈折率異方性、誘電率異方性、粘度等を調整することができる。
また、本発明に使用される液晶組成物の各成分は、各元素の同位体元素からなる類縁体でもその物理特性に大きな差異がない。
上記成分Bのうち、式(2)で示される化合物の好適例として化合物(2−1)〜(2−16)を挙げることができ、式(3)で示される化合物の好適例として化合物(3−1)〜(3−112)を挙げることができ、式(4)で示される化合物の好適例として化合物(4−1)〜(4−54)を挙げることができる。
(式中、RおよびX1は前記と同じ定義である)
これらの式(2)〜(4)で示される化合物すなわち成分Bは、誘電率異方性が正であり、熱安定性や化学的安定性が非常に優れているので、TFT用およびPSA用の液晶組成物を調製する場合に用いられる。本発明の液晶組成物における成分Bの含有量は、液晶組成物の全重量に対して1〜99重量%の範囲が適するが、好ましくは10〜97重量%、より好ましくは40〜95重量%である。また式(12)〜(14)で表される化合物(成分E)をさらに含有させることにより粘度調整をすることができる。
式(5)で示される化合物すなわち成分Cのうちの好適例として、式(5−1)〜(5−64)を挙げることができる。
(式中、R10およびX2は前記と同じ定義である)
式(5)において、oが2のとき、2つの環Cは、同じであっても、異なっていてもよい。
これらの式(5)で示される化合物すなわち成分Cは、誘電率異方性が正でその値が非常に大きいのでSTN用、TN用またはPSA用の液晶組成物を調製する場合に主として用いられる。この成分Cを含有させることにより、組成物のしきい値電圧を小さくすることができる。また、粘度の調整、屈折率異方性の調整および液晶相の温度範囲を広げることができる。さらに急峻性の改良にも利用できる。
STNまたはTN用の液晶組成物を調製する場合には、成分Cの含有量は0.1〜99.9重量%の範囲が適用できるが、好ましくは10〜97重量%、より好ましくは40〜95重量%である。また、後述の成分を混合することによりしきい値電圧、液晶相の温度範囲、屈折率異方性、誘電率異方性及び粘度などを調整できる。
式(6)〜(11)からなる群から選ばれた少なくとも一種の化合物からなる成分Dは、垂直配向モ−ド(VAモ−ド)、高分子支持配向モード(PSAモ−ド)などに用いられる誘電率異方性が負の液晶組成物を調製する場合に、好ましい成分である。
この式(6)〜(11)で示される化合物(成分D)の好適例として、それぞれ式(6−1)〜(6−6)、(7−1)〜(7−15)、(8−1)、(9−1)〜(9−3)、(10−1)〜(10−11)、および(11−1)〜(11−10)を挙げることができる。
(式中、R11およびR12は前記と同じ定義である)
これら成分Dの化合物は主として誘電率異方性が負であるVAモ−ド、PSAモード用の液晶組成物に用いられる。その含有量を増加させると組成物のしきい値電圧が低くなるが、粘度が大きくなるので、しきい値電圧の要求を満足している限り含有量を少なくすることが好ましい。しかしながら、誘電率異方性の絶対値が5程度であるので、充分な電圧駆動をさせるには、含有量が40重量%以上であることが好ましい。
成分Dのうち式(6)で表される化合物は2環化合物であるので、主としてしきい値電圧の調整、粘度の調整または屈折率異方性の調整の効果がある。また、式(7)および式(8)で表される化合物は3環化合物であるので透明点を高くする、ネマチック相の温度範囲を広くする、しきい値電圧を低くする、屈折率異方性を大きくするなどの効果が得られる。また、式(9)、(10)および(11)はしきい値電圧を低くするなどの効果が得られる。
成分Dの含有量は、VAモ−ド、PSAモード用の組成物を調製する場合には、組成物全量に対して好ましくは40重量%以上、より好ましくは50〜95重量%である。また、成分Dを混合することにより、弾性定数をコントロ−ルし、組成物の電圧透過率曲線を制御することが可能となる。成分Dを誘電率異方性が正である組成物に混合する場合はその含有量が組成物全量に対して30重量%以下が好ましい。
式(12)、(13)および(14)で表わされる化合物(成分E)の好適例として、それぞれ式(12−1)〜(12−11)、(13−1)〜(13−19)、および(14−1)〜(14−6)を挙げることができる。
(式中、R13およびR14は前記と同じ定義である)
式(12)〜(14)で表される化合物(成分E)は、誘電率異方性の絶対値が小さく、中性に近い化合物である。式(12)で表される化合物は主として粘度の調整または屈折率異方性を調整する効果があり、また式(13)および(14)で表される化合物は透明点を高くするなどのネマチック相の温度範囲を広げる効果、または屈折率異方性を調整する効果がある。
成分Eで表される化合物の含有量を増加させると液晶組成物のしきい値電圧が高くなり、粘度が低くなるので、液晶組成物のしきい値電圧の要求値を満たす限り、含有量は多いほうが望ましい。TFT用またはPSA用の液晶組成物を調製する場合に、成分Eの含有量は、組成物全量に対して好ましくは30重量%以上、より好ましくは50重量%以上である。また、TN用、STN用またはPSA用の液晶組成物を調製する場合には、成分Eの含有量は、組成物全量に対して好ましくは30重量%以上、より好ましくは40重量%以上である。
本発明の液晶組成物は、化合物(1)を少なくとも一つを0.1〜99重量%の割合で含有することが、優良な特性を発現せしめるために好ましい。
本発明の液晶組成物の調製は、公知の方法、例えば必要な成分を高温度下で溶解させる方法などにより一般に調製される。また、用途に応じて当業者によく知られている添加物を添加して、例えばつぎに述べるような光学活性化合物、または重合可能な化合物、重合開始剤を含む液晶組成物、染料を添加したGH型用液晶組成物を調製することができる。通常、添加物は当該業者によく知られており、文献などに詳細に記載されている。
本発明の液晶組成物は、さらに一つ以上の光学活性化合物を含有してもよい。光学活性化合物として、公知のキラルド−プ剤を添加する。このキラルド−プ剤は液晶のらせん構造を誘起して必要なねじれ角を調整し、逆ねじれを防ぐといった効果を有する。キラルド−プ剤の例として以下の光学活性化合物(Op−1)〜(Op−13)を挙げることができる。
本発明の液晶組成物は、これらの光学活性化合物を添加して、ねじれのピッチを調整することができる。ねじれのピッチはTFT用およびTN用の液晶組成物であれば40〜200μmの範囲に調整するのが好ましい。STN用の液晶組成物であれば6〜20μmの範囲に調整するのが好ましい。また、双安定TN(Bistable TN)モ−ド用の場合は、1.5〜4μmの範囲に調整するのが好ましい。また、ピッチの温度依存性を調整する目的で2つ以上の光学活性化合物を添加してもよい。
本発明の液晶組成物は、メロシアニン系、スチリル系、アゾ系、アゾメチン系、アゾキシ系、キノフタロン系、アントラキノン系、テトラジン系などの二色性色素を添加すれば、GH型用の液晶組成物として使用することもできる。
本発明の液晶組成物は、ネマチック液晶をマイクロカプセル化して作製したNCAPや、液晶中に三次元網目状高分子を形成して作製したポリマ−分散型液晶表示素子(PDLCD)例えばポリマ−ネットワ−ク液晶表示素子(PNLCD)用をはじめ、複屈折制御(ECB)型やDS型用の液晶組成物としても使用できる。
また、本発明の液晶組成物は重合可能な化合物を添加してPSA(Polymer sustained alignment)型用の液晶組成物として使用することもできる。重合可能な化合物の例はアクリレート、メタクリレート、ビニル、ビニルオキシ、プロペニルエーテル、エポキシ、ビニルケトン、およびオキセタンなどの重合可能な基を有する化合物である。重合可能な化合物は、好ましくは光重合開始剤などの適切な開始剤存在下でUV照射などにより重合する。重合のための適切な条件、開始剤の適切なタイプ、および適切な量は、当業者には既知であり、文献に記載されている。例えば光重合開始剤であるIrgacure651(登録商標)、Irgacure184(登録商標)、またはDarocure1173(登録商標)(Ciba Japan K.K.)がラジカル重合に対して適切である。
〔液晶組成物の製造方法〕
本発明に係る液晶組成物は、例えば、各成分を構成する化合物が液体の場合には、それぞれの化合物を混合することにより、また固体を含む場合には、それぞれの化合物を混合し、加熱溶解によってお互い液体にしてから振とうさせることにより調製することができる。また、本発明に係る液晶組成物はその他の公知の方法により調製することも可能である。
〔液晶組成物の特性〕
本発明に係る液晶組成物では、ネマチック相の上限温度を70℃以上とすること、ネマチック相の下限温度は−20℃以下とすることができ、ネマチック相の温度範囲が広い。したがって、この液晶組成物を含む液晶表示素子は広い温度領域で使用することが可能である。
本発明に係る液晶組成物では、組成等を適宜調整することで、例えば光学異方性を0.10〜0.13の範囲に調整する、或いは0.05〜0.18の範囲に調整するなど、任意の範囲に調整することができる。
また、本発明に係る液晶組成物では、通常、−5.0〜−2.0の範囲の誘電率異方性、好ましくは、−4.5〜−2.5の範囲の誘電率異方性を有する液晶組成物を得ることができる。−4.5〜−2.5の範囲の誘電率異方性を有する液晶組成物は、IPSモード、VAモード、またはPSAモードで動作する液晶表示素子として好適に使用することができる。
〔液晶表示素子〕
本発明に係る液晶組成物は、PCモード、TNモード、STNモード、OCBモード、PSAモード等の動作モードを有し、AM方式で駆動する液晶表示素子だけでなく、PCモード、TNモード、STNモード、OCBモード、VAモード、IPSモード等の動作モードを有しパッシブマトリクス(PM)方式で駆動する液晶表示素子にも使用することができる。
これらAM方式、およびPM方式の液晶表示素子は、反射型、透過型、半透過型、いずれの液晶ディスプレイ等にも適用ができる。
また、本発明に係る液晶組成物は、導電剤を添加させた液晶組成物を用いたDS(dynamic scattering)モード素子や、液晶組成物をマイクロカプセル化して作製したNCAP(nematic curvilineaRaligned phase)素子や、液晶組成物中に三次元の網目状高分子を形成させたPD(polymer dispersed)素子、例えばPN(polymer network)素子にも使用できる。
中でも本発明に係る液晶組成物では、上述のような特性を有するので、VAモード、IPSモード、またはPSAモードなどの負の誘電率異方性を有する液晶組成物を利用した動作モードで駆動するAM方式の液晶表示素子に好適に用いることができ、特に、VAモードで駆動するAM方式の液晶表示素子に好適に用いることができる。
なお、TNモード、VAモード等で駆動する液晶表示素子においては、電場の方向は、液晶層に対して垂直である。一方、IPSモード等で駆動する液晶表示素子においては、電場の方向は、液晶層に対して平行である。なお、VAモードで駆動する液晶表示素子の構造は、K. Ohmuro, S. Kataoka, T. Sasaki and Y. Koike, SID ’97 Digest of Technical Papers, 28, 845 (1997)に報告されており、IPSモードで駆動する液晶表示素子の構造は、国際公開91/10936号パンフレット(ファミリー:US5576867)に報告されている。
本発明の化合物、液晶組成物例を、後述の実施例で詳述するが、実施例に記載された合成方法と同様の方法により以下に示す、化合物(I−1−1−1−1)〜(I−1−1−1−4)、(I−1−1−2−1)〜(I−1−1−2−4)、(I−1−1−3−1)〜(I−1−1−3−4)、(I−1−1−4−1)〜(I−1−1−4−5)、(I−1−1−5−1)〜(I−1−1−5−7)、(I−1−1−6−1)〜(I−1−1−6−4)、(I−1−1−7−1)〜(I−1−1−7−4)、(I−1−1−8−1)〜(I−1−1−8−4)、(I−1−1−9−1)〜(I−1−1−9−4)、(I−1−1−10−1)〜(I−1−1−10−4)、(I−1−1−11−1)〜(I−1−1−11−4)、(I−1−1−12−1)〜(I−1−1−12−4)、(I−1−1−13−1)〜(I−1−1−13−4)、(I−1−1−14−1)〜(I−1−1−14−4)、(I−1−1−15−1)〜(I−1−1−15−5)、(I−1−1−16−1)〜(I−1−1−16−6)、(I−1−2−1−1)〜(I−1−2−1−4)、(I−1−2−2−1)〜(I−1−2−2−8)、(I−1−2−3−1)〜(I−1−2−3−8)、(I−1−2−4−1)〜(I−1−2−4−8)、(I−1−2−5−1)〜(I−1−2−5−6)、(I−1−2−6−1)〜(I−1−2−6−6)、(I−1−2−7−1)〜(I−1−2−7−6)、(I−1−2−8−1)〜(I−1−2−8−8)、(I−1−2−9−1)〜(I−1−2−9−6)、(I−1−2−10−1)〜(I−1−2−10−6)、(I−1−2−11−1)〜(I−1−2−11−6)、(I−1−2−12−1)〜(I−1−2−12−6)、(I−1−2−13−1)〜(I−1−2−13−8)、(I−1−2−14−1)〜(I−1−2−14−6)、(I−1−3−1−1)〜(I−1−3−1−4)、(I−1−3−2−1)〜(I−1−1−8−4)、(I−1−1−9−1)〜(I−1−1−9−4)、(I−1−3−2−1)〜(I−1−3−2−6)、(I−1−3−3−1)〜(I−1−3−3−4)、(I−1−3−4−1)〜(I−1−3−4−4)、(I−1−3−5−1)〜(I−1−3−5−4)、(I−1−3−6−1)〜(I−1−3−6−4)、(I−1−3−7−1)〜(I−1−3−7−4)、(I−1−3−8−1)〜(I−1−3−8−4)、(I−1−3−9−1)〜(I−1−3−9−4)、(I−1−3−10−1)〜(I−1−3−10−1)、(I−1−3−11−1)〜(I−1−3−11−6)、(I−1−3−12−1)〜(I−1−3−12−6)、(I−1−3−13−1)〜(I−1−3−13−6)、(I−1−3−14−1)〜(I−1−3−14−6)、(I−1−3−15−1)〜(I−1−3−15−6)、(I−1−3−16−1)〜(I−1−3−16−6)、および(I−1−3−17−1)〜(I−1−3−17−4)を合成することができる。
以下、本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はこれら実施例によっては制限されない。なお、特に断りのない限り、「%」は「重量%」である。
[実施例1〜12、比較例1,2]
製造例1〜6、実施例1〜6で、化合物(1)の製造と評価を行った。実施例7〜12で、実施例1〜6の化合物(1)を含む液晶組成物の製造と評価を行った。比較例1で、比較化合物の製造と評価を行った。比較例2で、比較化合物を含む液晶組成物の製造と評価を行った。
[化合物(1)のH−NMR分析]
得られた化合物(1)は、H−NMR分析で得られるスペクトルグラムなどにより同定した。
測定装置は、DRX−500(ブルカーバイオスピン(株)社製)を用いた。測定は、実施例等で製造したサンプルを、CDCl等のサンプルが可溶な重水素化溶媒に溶解し、室温で、500MHz、積算回数32回の条件で行った。なお、得られた核磁気共鳴スペクトルの説明において、sはシングレット、dはダブレット、tはトリプレット、qはカルテット、quinはクインテット、sexはセクステット、mはマルチプレット、brはブロードであることを意味する。また、化学シフトδ値のゼロ点の基準物質としてはテトラメチルシラン(TMS)を用いた。
[化合物(1)を含む液晶組成物]
実施例1〜6で得られた化合物(1)を含む液晶組成物を製造した。以下、化合物(1)以外の成分全体を「母液晶」という。母液晶として、以下のものを用いた。
・母液晶BM−1
[化合物(1)の物性値の算出方法]
化合物(1)を含む液晶組成物の測定値から、以下の式に示す外挿法にしたがって算出した外挿値を、化合物(1)の物性値とした。
〈外挿値〉=(100×〈試料の測定値〉−〈母液晶の重量%〉×〈母液晶の測定値〉
)/〈液晶性化合物の重量%〉
例えば、液晶性化合物と母液晶が液晶性化合物15重量%と母液晶85重量%の割合であっても、スメクチック相、または結晶が25℃で析出する場合には、液晶性化合物と母液晶との割合を10重量%:90重量%、5重量%:95重量%、1重量%:99重量%の順に変更をしていき、スメクチック相、または結晶が25℃で析出しなくなった割合で試料の物性値を測定した。
物性値の測定の多くは、日本電子機械工業会規格(Standard of Electric Industries Association of Japan)EIAJ・ED−2521Aに記載された方法、またはこれを修飾した方法である。また、測定に用いたTN素子またはVA素子には、TFTを取り付けなかった。
[相構造および転移温度(℃)]
以下(1)、および(2)の方法で測定を行った。
(1)偏光顕微鏡を備えた融点測定装置のホットプレート(メトラー社FP−52型ホットステージ)に試料を置き、3℃/分の速度で加熱しながら相状態とその変化を偏光顕微鏡で観察し、相の種類を特定した。
(2)パーキンエルマー社製走査熱量計DSC−7システム、またはDiamond DSCシステムを用いて、3℃/分速度で昇降温し、試料の相変化に伴う吸熱ピーク、または発熱ピークの開始点を外挿により求め(on set)、転移温度を決定した。
以下、結晶はCと表した。結晶の区別がつく場合は、それぞれCまたはCと表した。ガラス状態はGと表した。また、スメクチック相はS、ネマチック相はNと表した。液体(アイソトロピック)はIと表した。スメクチック相の中で、スメクチックB相、またはスメクチックA相の区別がつく場合は、それぞれSmB、またはSmAと表した。転移温度の表記として、例えば、「C 50.0 N 100.0 I」とは、結晶からネマチック相への転移温度(CN)が50.0℃であり、ネマチック相から液体への転移温度(NI)が100.0℃であることを示す。他の表記も同様である。
[ネマチック相の上限温度(TNI;℃)]
偏光顕微鏡を備えた融点測定装置のホットプレート(メトラー社FP−82型ホットステージ)に、試料(液晶組成物、または液晶性化合物と母液晶との混合物)を置き、1℃/分の速度で加熱しながら偏光顕微鏡を観察した。試料の一部がネマチック相から等方性液体に変化したときの温度をネマチック相の上限温度とした。以下、ネマチック相の上限温度を、単に「上限温度」と略すことがある。
[低温相溶性]
母液晶と液晶性化合物とを、液晶性化合物が、20重量%、15重量%、10重量%、5重量%、3重量%、および1重量%の量となるように混合した試料を作製し、試料をガラス瓶に入れる。このガラス瓶を、−10℃または−20℃のフリーザー中に一定期間保管したあと、結晶もしくはスメクチック相のドメインが発生しているかどうか観察をした。
[粘度(バルク粘度;η;20℃で測定;mPa・s)]
E型回転粘度計を用いて測定した。
[粘度(回転粘度;γ1;25℃で測定;mPa・s)]
測定はM. Imai et al., Molecular Crystals and Liquid Crystals, Vol. 259, 37 (1995) に記載された方法に従った。2枚のガラス基板の間隔(セルギャップ)が20μmのVA素子に試料(液晶組成物、または液晶性化合物と母液晶との混合物)を入れた。この素子に30ボルトから50ボルトの範囲で1ボルト毎に段階的に印加した。0.2秒の無印加のあと、ただ一つの矩形波(矩形パルス;0.2秒)と無印加(2秒)の条件で印加を繰り返した。この印加によって発生した過渡電流(transient current)のピーク電流(peak current)とピーク時間(peak time)を測定した。これらの測定値とM. Imaiらの論文、40頁の計算式(8)とから回転粘度の値を得た。なお、この計算に必要な誘電率異方性は、下記誘電率異方性で測定した値を用いた。
[光学異方性(屈折率異方性;25℃で測定;Δn)]
測定は、25℃の温度下で、波長589nmの光を用い、接眼鏡に偏光板を取り付けたアッベ屈折計により行なった。主プリズムの表面を一方向にラビングしたあと、試料(液晶組成物、または液晶性化合物と母液晶との混合物)を主プリズムに滴下した。屈折率(n‖)は偏光の方向がラビングの方向と平行であるときに測定した。屈折率(n⊥)は偏光の方向がラビングの方向と垂直であるときに測定した。光学異方性(Δn)の値は、Δn=n‖−n⊥の式から計算した。
[誘電率異方性(Δε;25℃で測定)]
よく洗浄したガラス基板にオクタデシルトリエトキシシラン(0.16mL)のエタノール(20mL)溶液を塗布した。ガラス基板をスピンナーで回転させたあと、150℃で1時間加熱した。2枚のガラス基板から、間隔(セルギャップ)が20μmであるVA素子を組み立てた。
同様の方法で、ガラス基板にポリイミドの配向膜を調製した。得られたガラス基板の配向膜にラビング処理をした後、2枚のガラス基板の間隔が9μmであり、ツイスト角が80度であるTN素子を組み立てた。
得られたVA素子に試料(液晶組成物液晶組成物、または液晶性化合物と母液晶との混合物)を入れ、0.5V(1kHz、サイン波)を印加して、液晶分子の長軸方向における誘電率(ε‖)を測定した。
また、得られたTN素子に試料(液晶組成物、または液晶性化合物と母液晶との混合物)を入れ、0.5V(1kHz、サイン波)を印加して、液晶分子の短軸方向における誘電率(ε⊥)を測定した。誘電率異方性の値は、Δε=ε‖−ε⊥の式から計算した。
[弾性定数(K11、K22、K33;25℃で測定)]
液晶材料における弾性定数は、それぞれの変形に対応しスプレイ、ツイスト、ベンドの3つに分類され、それぞれk11、k22、k33と表記される。測定には株式会社東陽テクニカ製のEC−1型弾性定数測定器を用いた。2枚のガラス基板の間隔(セルギャップ)が20μmである垂直配向セルに試料を入れた。このセルに20ボルトから0ボルト電荷を印加し、静電容量および印加電圧を測定した。測定した静電容量(C)と印加電圧(V)の値を『液晶デバイスハンドブック』(日刊工業新聞社)、75頁にある式(2.98)、式(2.101)を用いてフィッティングし、式(2.100)から弾性定数の値を得た。
[実施例1]
化合物(I−1−1−16−1)の合成を以下のスキームで行った。
第1工程;
2−ブタノン20mLに溶解させた3,5−ジヒドロキシベンジルアルコール 1.0gへ炭酸カリウム2.3g、テトラブチルアンモニウムブロミド(TBAB)0.55gを加え、続いて2−ブタノン10mLに溶解させた5−((4−(6−ヒドロキシヘキシルオキシ)フェニル)フェニル)−ジフルオロメトキシ)−1,2,3−トリフルオロベンゼン(r−1) 9.6gを加え加熱環流下6時間撹拌した。反応液へ水を加え反応を停止し、酢酸エチルで抽出し、合わせた有機層を飽和食塩水にて洗浄後無水硫酸マグネシウムで乾燥した。溶媒を減圧流去し、残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(溶離液:ヘプタン:酢酸エチル=1:1(容量比))により精製し、化合物(r−2) 7.0g(6.32mmol)を得た。
第2工程;
窒素雰囲気下、テトラヒドロフラン(THF)50mLへ溶解させた化合物(r−2)7.0gと四臭化炭素3.14gへトリフェニルホスフィン3.32gを加え室温で4時間撹拌した。吸引濾過にて析出した結晶を濾過後、結晶をジエチルエーテルで洗浄し、その濾液を減圧下溶媒を留去した。残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(溶離液:ヘプタン:トルエン=1:2(容量比))により精製し、化合物(r−3) 3.75g(3.2mmol)を得た。
第3工程
2−ブタノン10mLに溶解させた3,5−ジヒドロキシベンジルアルコール 0.22gへ炭酸カリウム 0.88g、TBAB 0.21gを加え、続いて2−ブタノン40mLに溶解させた化合物(r−3) 3.75gを加え加熱環流下6時間撹拌した。反応液へ水を加え反応を停止し、酢酸エチルで抽出し、合わせた有機層を飽和食塩水にて洗浄後無水硫酸マグネシウムで乾燥した。溶媒を減圧流去し、残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(溶離液:トルエン/酢酸エチル=9/1(容量比))により精製し、さらにヘプタン/ソルミックス=5/1(容量比)からの再結晶により精製し、化合物(I−1−1−16−1) 2.72g(1.17mmol)を得た。
H−NMR(CDCl δ[ppm]);7.48(d,8H),7.32(d,8H),6.97(d,8H),6.97(t,8H),6.62(d,2H),6.56(d,4H),6.54(t,1H),6.41(t,2H),4.95(s,4H),4.62(s,2H),4.00(t,8H),3.96(t,8H),1.85−1.80(m,16H),1.68(s,OH),1.56−1.54(m,16H).
[実施例2]
化合物(I−1−1−16−2)の合成を以下のスキームで行った。
2−ブタノン10mLに溶解させた3,5−ジヒドロキシトルエン1水和物 0.23gへ炭酸カリウム 0.88g、TBAB 0.21gを加え、続いて2−ブタノン40mLに溶解させた化合物(r−3) 3.75gを加え加熱環流下6時間撹拌した。反応液へ水を加え反応を停止し、酢酸エチルで抽出し、合わせた有機層を飽和食塩水にて洗浄後無水硫酸マグネシウムで乾燥した。溶媒を減圧流去し、残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(溶離液:トルエン)により精製し、さらにヘプタン/ジエチルエーテル=5/1(容量比)からの再結晶により精製し、化合物(I−1−1−16−2) 2.25g(9.76mmol)を得た。
H−NMR(CDCl δ[ppm]);7.48(d,8H),7.14(d,8H),6.98(t,8H),6.97(d,8H),6.57(d,4H),6.44(d,1H),6.43(d,2H),6.40(t,2H),4.92(s,4H),4.00(t,8H),3.96(t,8H),2.29(s,3H)、1.85−1.80(m,16H),1.55−1.54(m,16H).
[実施例3]
化合物(I−1−2−3−1)の合成を以下のスキームで行った。
第1工程;
2−ブタノン30mLに溶解させた3,5−ジヒドロキシベンジルアルコール 1.2gへ炭酸カリウム2.7g、テトラブチルアンモニウムブロミド(TBAB)0.60gを加え、続いて2−ブタノン15mLに溶解させた4−(6−ヒドロキシヘキシルオキシ)フェニル−2,3−ジフルオロフェネトール(r−4) 7.9gを加え加熱環流下6時間撹拌した。反応液へ水を加え反応を停止し、酢酸エチルで抽出し、合わせた有機層を飽和食塩水にて洗浄後無水硫酸マグネシウムで乾燥した。溶媒を減圧流去し、残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(溶離液:ヘプタン:酢酸エチル=6:4(容量比))により精製し、化合物(r−5) 5.89g(7.30mmol)を得た。
第2工程;
窒素雰囲気下、テトラヒドロフラン(THF)50mLへ溶解させた化合物(r−5)5.89gと四臭化炭素3.65gへトリフェニルホスフィン3.83gを加え室温で4時間撹拌した。吸引濾過にて析出した結晶を濾過後、結晶をジエチルエーテルで洗浄し、その濾液を減圧下溶媒を留去した。残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(溶離液:トルエン)により精製し、化合物(r−6) 6.33g(7.29mmol)を得た。
H−NMR(CDCl δ[ppm]);7.40(d,8H),7.03(td,4H)、6.94(d,8H),6.75(td、4H)、6.60(d,2H),6.56(d,4H),6.53(t,1H),6.41(t,2H),4.95(s,4H),4.60(s,2H),4.12(q,8H)、3.98(t,8H)、3.95(t,8H)、1.83−1.79(m,16H)、1.54−1.53(m,16H)、1.46(t、12H).
[実施例4]
化合物(I−1−1−5−1)の合成を以下のスキームで行った。
第1工程:
2−ブタノン20mLに溶解させた3,5−ジヒドロキシベンジルアルコール 1.0gへ炭酸カリウム2.3g、テトラブチルアンモニウムブロミド(TBAB)0.55gを加え、続いて2−ブタノン10mLに溶解させた5−(6−ヒドロキシヘキシルオキシ)−2−フルオロフェニル)−1,2,3−トリフルオロベンゼン(r−7) 6.9gを加え加熱環流下6時間撹拌した。反応液へ水を加え反応を停止し、酢酸エチルで抽出し、合わせた有機層を飽和食塩水にて洗浄後無水硫酸マグネシウムで乾燥した。溶媒を減圧流去し、残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(溶離液:ヘプタン:酢酸エチル=1:1(容量比))により精製し、化合物(r−8) 3.26g(4.13mmol)を得た。
第2工程:
窒素雰囲気下、テトラヒドロフラン(THF)50mLへ溶解させた化合物(r−8)3.26gと四臭化炭素2.06gへトリフェニルホスフィン2.17gを加え室温で4時間撹拌した。吸引濾過にて析出した結晶を濾過後、結晶をジエチルエーテルで洗浄し、その濾液を減圧下溶媒を留去した。残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(溶離液:ヘプタン:トルエン=1:2(容量比))により精製し、化合物(r−9) 2.28g(2.67mmol)を得た。
第3工程:
2−ブタノン10mLに溶解させた3,5−ジヒドロキシベンジルアルコール 0.22gへ炭酸カリウム 0.74g、TBAB 0.17gを加え、続いて2−ブタノン40mLに溶解させた化合物(r−9) 2.28gを加え加熱環流下6時間撹拌した。反応液へ水を加え反応を停止し、酢酸エチルで抽出し、合わせた有機層を飽和食塩水にて洗浄後無水硫酸マグネシウムで乾燥した。溶媒を減圧流去し、残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(溶離液:トルエン/酢酸エチル=9/1(容量比))により精製し、さらにヘプタン/ソルミックス=5/1(容量比)からの再結晶により精製し、化合物(I−1−1−5−1) 1.1g(0.65mmol)を得た。
H−NMR(CDCl δ[ppm]);7.24(dd,4H),7.11(t,8H),6.74(dd,4H),6.68(dd,4H),6.61(d,2H),6.56(d,4H),6.53(t,1H),6.40(t,2H),4.95(s,4H),4.62(s,2H),3.98(t,8H),3.96(t,8H),1.85−1.80(m,16H),1.68(s,OH),1.56−1.54(m,16H).
[実施例5]
化合物(I−1−1−5−2)の合成を以下のスキームで行った。
2−ブタノン10mLに溶解させた3,5−ジヒドロキシトルエン1水和物 0.18gへ炭酸カリウム 0.70g、TBAB 0.16gを加え、続いて2−ブタノン40mLに溶解させた化合物(r−9)2.16gを加え加熱環流下6時間撹拌した。反応液へ水を加え反応を停止し、酢酸エチルで抽出し、合わせた有機層を飽和食塩水にて洗浄後無水硫酸マグネシウムで乾燥した。溶媒を減圧流去し、残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(溶離液:トルエン)により精製し、さらにヘプタン/ジエチルエーテル=5/1(容量比)からの再結晶により精製し、化合物(I−1−1−5−2) 0.8g(0.48mol)を得た。
H−NMR(CDCl δ[ppm]);7.23(dd,4H),7.11(t,8H),6.74(dd,4H),6.68(dd,4H),6.55(d,4H),6.55(t,1H),6.42(d,2H),6.40(t,2H),4.92(s,4H),3.97(t,8H),3.95(t,8H),2.29(s、3H)1.85−1.80(m,16H),1.56−1.54(m,16H).
化合物(I−1−1−5−2)の物性値を表20に示す。
[実施例6]
化合物(I−1−3−2−2)の合成を以下のスキームで行った。
第1工程:
2−ブタノン40mLに溶解させた3,5−ジヒドロキシベンジルアルコール 1.75gへ炭酸カリウム4.15g、テトラブチルアンモニウムブロミド(TBAB)0.97gを加え、続いて2−ブタノン20mLに溶解させた1−(6−ヒドロキシヘキシルオキシ)フェニル−4−ペンチルベンゼン(r−10) 12.3gを加え加熱環流下6時間撹拌した。反応液へ水を加え反応を停止し、酢酸エチルで抽出し、合わせた有機層を飽和食塩水にて洗浄後無水硫酸マグネシウムで乾燥した。溶媒を減圧流去し、残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(溶離液:ヘプタン:酢酸エチル=7:3(容量比))により精製し、化合物(r−11) 8.82g(11.1mmol)を得た。
第2工程:
窒素雰囲気下、テトラヒドロフラン(THF)100mLへ溶解させた化合物(r−11)7.82gと四臭化炭素4.88gへトリフェニルホスフィン5.15gを加え室温で4時間撹拌した。吸引濾過にて析出した結晶を濾過後、結晶をジエチルエーテルで洗浄し、その濾液を減圧下溶媒を留去した。残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(溶離液:トルエン:ヘプタン=4/1(容量比))により精製し、化合物(r−12) 8.38g(9.74mmol)を得た。
第3工程:
2−ブタノン20mLに溶解させた3,5−ジヒドロキシベンジルアルコール 0.22gへ、炭酸カリウム;0.97g、TBAB 0.22gを加え、続いて2−ブタノン30mLに溶解させた化合物(r−12) 3.02gを加え加熱環流下6時間撹拌した。反応液へ水を加え反応を停止し、酢酸エチルで抽出し、合わせた有機層を飽和食塩水にて洗浄後無水硫酸マグネシウムで乾燥した。溶媒を減圧流去し、残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(溶離液:トルエン/酢酸エチル=9/1(容量比))により精製し、さらにヘプタン/ソルミックス=5/1(容量比)からの再結晶により精製し、化合物(I−1−3−2−2) 2.25g(1.32mmol)を得た。
H−NMR(CDCl δ[ppm]);7.09(d,8H),6.81(d,8H)、6.59(d,2H),6.55(d、4H)、6.53(t,1H),6.39(t,2H),4.93(s,4H),4.74(d,2H)、3.93(t,8H)、3.92(t,8H)、2.39(tt、4H)、1.85−1.83(m,16H)、1.79−1.77(m、16H)、1.53−1.49(m,16H)、1.43−1.36(m、8H)、1.35−1.18(m、37H)、1.06−0.98(m、8H)、0.89(t、12H).
[実施例7]
化合物(I−1−1−16−7)の合成を以下のスキームで行った。
第1工程:
アルゴン雰囲気下、脱気処理したTHF125mLとジエチルアミン125mLに溶解させた13.7gの化合物(r−13)、2.39gのジクロロビストリフェニルホスフィンパラジウムと0.65gのヨウ化銅(I)へ3.68gのトリメチルシリルアセチレンを徐々に滴下し、室温にて二時間撹拌した。反応終了後溶媒を留去し、残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(溶離液:ヘプタン:トルエン=6:4(容量比))により精製し、化合物(r−14) 7.69g(20.5mmol)を得た。
第2工程:
窒素雰囲気下、ジクロロメタン60mLとメタノール60mLへ溶解させた7.69gの化合物(r−14)へ3.40gの炭酸カリウムを加え室温で4時間撹拌した。反応液へ水を加え反応を停止し、ジクロロメタンで抽出し、合わせた有機層を飽和食塩水にて洗浄後無水硫酸マグネシウムで乾燥した。その濾液を減圧下溶媒を留去した。残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(溶離液:ヘプタン:酢酸エチル=6:4(容量比))により精製し、化合物(r−15) 1.31g(4.33mmol)を得た。
第3工程:
アルゴン雰囲気下、脱気処理したTHF10mLとジエチルアミン10mLに溶解させた0.92gの化合物(r−16)、0.36gのジクロロビストリフェニルホスフィンパラジウムと0.1gのヨウ化銅(I)へTHF10mLに溶解させた1.31gの化合物(r−15)を滴下し、室温にて二時間撹拌した。反応終了後溶媒を留去し、残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(溶離液:ヘプタン:酢酸エチル=7:3(容量比))により精製し、化合物(r−17)1.39g(1.96mmol)を得た。
第4工程:
窒素雰囲気下、エタノール100mLへ溶解させた1.39gの化合物(r−17)へ0.19gのp−トルエンスルホン酸ピリジニウムを加え加熱還流下で4時間撹拌した。反応液へ水を加え反応を停止し、酢酸エチルで抽出し、合わせた有機層を飽和食塩水にて洗浄後無水硫酸マグネシウムで乾燥した。その濾液を減圧下溶媒を留去した。残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(溶離液:ヘプタン:酢酸エチル=1:1(容量比))により精製し、化合物(r−18) 0.73g(1.96mmol)を得た。
第5工程:
2−ブタノン30mLに溶解させた0.73gの化合物(r−18)へ、炭酸カリウム;1.08g、TBAB 0.25gを加え、続いて2−ブタノン20mLに溶解させた化合物(r−1) 2.21gを加え加熱環流下6時間撹拌した。反応液へ水を加え反応を停止し、酢酸エチルで抽出し、合わせた有機層を飽和食塩水にて洗浄後無水硫酸マグネシウムで乾燥した。溶媒を減圧流去し、残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(溶離液:トルエン:酢酸エチル=9:1(容量比))により精製し、さらにヘプタン/ソルミックス=5/1(容量比)からの再結晶により精製し、化合物(I−1−1−16−7) 2.1g(0.90mmol)を得た。
H−NMR(CDCl δ[ppm]);7.38(t,1H),7,67(d、2H),7.46(d,8H),7,35(d、4H),7.33(d,8H),6.98(d,8H),6.95(t,8H),6.32(t,2H),4.61(s,2H),4.02(t,8H),3.98(t,8H),1.87−1.81(m,16H),1.66(s,OH),1.55−1.52(m,16H).
[比較例1]
比較化合物として、非特許文献3に開示された、一般式(C)で表される化合物(以下、「LC−6−G2OH」という。)を以下のスキームで合成した。
第1工程:
2−ブタノン40mLに溶解させた3,5−ジヒドロキシベンジルアルコール 2.0gへ炭酸カリウム6.2g、テトラブチルアンモニウムブロミド(TBAB)1.45gを加え、続いて2−ブタノン20mLに溶解させた1−(6−ヒドロキシヘキシルオキシ)フェニル−4−シアノベンゼン(Ex−1) 10.8gを加え加熱環流下6時間撹拌した。反応液へ水を加え反応を停止し、酢酸エチルで抽出し、合わせた有機層を飽和食塩水にて洗浄後無水硫酸マグネシウムで乾燥した。溶媒を減圧流去し、残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(溶離液:ヘプタン:酢酸エチル=1:1(容量比))により精製し、化合物(Ex−2) 3.74g(5.38mmol)を得た。
第2工程
窒素雰囲気下、テトラヒドロフラン(THF)35mLへ溶解させた化合物(Ex−2)3.74gと四臭化炭素2.67gへトリフェニルホスフィン2.83gを加え室温で4時間撹拌した。吸引濾過にて析出した結晶を濾過後、結晶をジエチルエーテルで洗浄し、その濾液を減圧下溶媒を留去した。残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(溶離液:トルエン:酢酸エチル=1/1(容量比))により精製し、化合物(Ex−3) 3.35g(4.42mmol)を得た。
第3工程
2−ブタノン10mLに溶解させた3,5−ジヒドロキシベンジルアルコール 0.31gへ、炭酸カリウム;1.22g、TBAB 0.28gを加え、続いて2−ブタノン20mLに溶解させた化合物(Ex−3) 3.35gを加え加熱環流下6時間撹拌した。反応液へ水を加え反応を停止し、酢酸エチルで抽出し、合わせた有機層を飽和食塩水にて洗浄後無水硫酸マグネシウムで乾燥した。溶媒を減圧流去し、残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(溶離液:トルエン/酢酸エチル=7/3(容量比))により精製し、さらにトルエン/ソルミックス=1/2(容量比)からの再結晶により精製し、化合物(LC−6−G2OH) 1.81g(1.21mmol)を得た。
H−NMR(CDCl δ[ppm]);7.67(dd,16H),7.55(d,8H),7.01(d,8H),6.81(d,8H)、6.59(d,2H),6.55(d、4H),6.65(d,1H),6.60(d,2H),6.56(t,1H),6.45(t,2H),4.99(s,4H),4.66(d,2H)、4.04(t,8H)、3.99(t,8H)、1.90−1.83(m,16H)、1.79−1.77(m、16H).
比較化合物LC−6−G2OHは、先述の通り、シアノ系化合物であるため、実施例1〜6で得られた化合物の物性値の算出方法で用いた母液晶BM−1には溶解しない。そこで、化合物LC−6−G2OHの物性値の算出には、母液晶BM−1の代わりにメルク社製シアノ系液晶組成物商品ZLI−1132を用いた。
実施例1〜6で得られた化合物(1)、比較例1の化合物(LC−6−G2OH)の物性値を、表20に示す。表20中、「溶解性」とは、液晶材料として一般的なフッ素系液晶材料である、母液晶BM−1への溶解性を指す。
[実施例7〜12、比較例2]
実施例1〜6の化合物1と母液晶BM−1を混合し、液晶組成物を得た。それぞれ実施例7〜12として、物性値を表21に示す。比較例2として、比較化合物LC-6−G2OHを同様に母液晶BM−1と混合して液晶組成物の製造を試みたが、化合物LC−6−G2OHは母液晶BM−1に対して溶解せず液晶組成物が得られず物性値は測定出来なかったため、所物性値は「-」で表記している。比較例3は、本発明の化合物1を含まない、BM−1から成る液晶組成物である。
さらに以下のような液晶組成物を製造した。( )内は液晶組成物全量に対する割合である。母液晶に用いた化合物の表記は表21の略記方法に従う。表22中、1,4−シクロへキシレンの立体配置はトランス配置である。各化合物の割合(百分率)は、特に断りのない限り、液晶組成物の全重量に基づいた重量百分率(重量%)である。各実施例の最後に得られた液晶組成物の特性値を示す。液晶性化合物名の最後部分に記載した番号(例:実施例13の母液晶BM−2の成分中の(式番号3−100))は、先に例示した成分A〜Eの化合物を表す式番号に対応している。
物性値の測定は以下の方法で行った。これら測定方法の多くは、日本電子機械工業会規格(Standard of Electric Industries Association of Japan)EIAJ・ED−2521Aに記載された方法、またはこれを修飾した方法である。
(1)ネマチック相の上限温度(NI;℃)
偏光顕微鏡を備えた融点測定装置のホットプレートに試料を置き、1℃/分の速度で加熱した。試料の一部がネマチック相から等方性液体に変化したときの温度を測定した。以下、ネマチック相の上限温度を「上限温度」と略することがある。
(2)ネマチック相の下限温度(T;℃)
ネマチック相を有する試料を0℃、−10℃、−20℃、−30℃、および−40℃のフリーザー中に10日間保管したあと、液晶相を観察した。例えば、試料が−20℃ではネマチック相のままであり、−30℃では結晶またはスメクチック相に変化したとき、TCを≦−20℃と記載した。以下、ネマチック相の下限温度を「下限温度」と略すことがある。
(3)光学異方性(Δn;25℃で測定)
波長が589nmの光を用い、接眼鏡に偏光板を取り付けたアッベ屈折計により測定した。まず、主プリズムの表面を一方向にラビングしたあと、試料を主プリズムに滴下した。そして、偏光の方向がラビングの方向と平行であるときの屈折率(n‖)、および偏光の方向がラビングの方向と垂直であるときの屈折率(n⊥)を測定した。光学異方性の値(Δn)は、(Δn)=(n‖)−(n⊥)の式から算出した。
(4)粘度(バルク粘度;η;20℃で測定;mPa・s)
測定にはE型粘度計を用いた。
(5)誘電率異方性(Δε;25℃で測定)
よく洗浄したガラス基板にオクタデシルトリエトキシシラン(0.16mL)のエタノール(20mL)溶液を塗布した。ガラス基板をスピンナーで回転させたあと、150℃で1時間加熱した。2枚のガラス基板から、間隔(セルギャップ)が20μmであるVA素子を組み立てた。
同様の方法で、ガラス基板にポリイミドの配向膜を調製した。得られたガラス基板の配向膜にラビング処理をした後、2枚のガラス基板の間隔が9μmであり、ツイスト角が80度であるTN素子を組み立てた。
得られたVA素子に試料(液晶組成物、または液晶性化合物と母液晶との混合物)を入れ、0.5V(1kHz、サイン波)を印加して、液晶分子の長軸方向における誘電率(ε‖)を測定した。
また、得られたTN素子に試料(液晶組成物液晶組成物、または液晶性化合物と母液晶との混合物)を入れ、0.5V(1kHz、サイン波)を印加して、液晶分子の短軸方向における誘電率(ε⊥)を測定した。
誘電率異方性の値は、Δε=ε‖−ε⊥の式から計算した。この値が負である組成物が、負の誘電率異方性を有する組成物である。
[実施例13]
・化合物(1):I−1−1−16−1(15%)
・母液晶BM−2:
3−HHXB(F,F)−F(式番号3−100) (10%)
3−BB(F)B(F,F)XB(F,F)−F(式番号4−47) (2%)
4−BB(F)B(F,F)XB(F,F)−F(式番号4−47) (7%)
5−BB(F)B(F,F)XB(F,F)−F(式番号4−47) (7%)
V2−HHB−1(式番号13−1) (12%)
3−HH−V(式番号12−1) (29%)
3−HH−V1(式番号12−1) (11%)
3−BB(F,F)XB(F,F)−F(式番号13−1) (7%)
得られた液晶組成物の物性値を表23に示す。
[実施例14]
・化合物(1):I−1−1−16−2(15%)
・母液晶BM−2:構成成分、各成分の配合割合は、実施例13に同じ。
得られた液晶組成物の物性値を表23に示す。
[実施例15]
・化合物(1):I−1−1−5−1(15%)
・母液晶BM−2:構成成分、各成分の配合割合は、実施例13に同じ。
得られた液晶組成物の物性値を表23に示す。
[実施例16]
・化合物(1):I−1−2−3−1(15%)
・母液晶BM−3:
3−HH−V(式番号12−1) (20%)
V−HHB−1(式番号13−1) (10%)
V2−HHB−1(式番号13−1) (5%)
3−H2B(2F,3F)−O2(式番号6−4) (15%)
5−H2B(2F,3F)−O2(式番号6−4) (15%)
3−HBB(2F,3F)−O2(式番号7−7) (10%)
3−HBB(2F,3F)−O2(式番号7−7) (10%)
得られた液晶組成物の物性値を表23に示す。
[実施例17]
・化合物(1):I−1−3−2−2(20%)
・母液晶BM−3:構成成分、各成分の配合割合は、実施例16に同じ。
得られた液晶組成物の物性値を表23に示す。
実施例13の組成物は、正の誘電率異方性値を示し、またk22が小さい。それゆえの組成物はIPSモードに適している。実施例14の組成物は、正の誘電率異方性値を示し、またk22が小さい。それゆえ実施例14の組成物はIPSモードに適している。実施例15の組成物は、正の誘電率異方性値を示し、またk22が小さい。それゆえ実施例15の組成物はIPSモードに適している。
実施例16の組成物は、負の誘電率異方性値を示し、またk33が小さい。それゆえ実施例16の組成物はVAモードやPSAモードに適している。実施例17の組成物は、負の誘電率異方性値を示し、またk33が小さい。それゆえ実施例17の組成物はVAモードやPSAモードに適している。
このように、本発明の化合物1を構成成分として、正負いずれの誘電I率異方性をも示す液晶組成物が得られる。得られた液晶組成物は、PSモード、VAモード、PSAモードなど様々なモードに対応できる。
本発明の化合物は、それ自体が低いしきい値電圧を示し、他の液晶性化合物との優れた相溶性を有する。さらに化合物に必要な一般的物性、熱、光などに対する安定性、適切な光学異方性、適切な誘電率異方性を有する。本発明の液晶組成物は、これらの化合物の少なくとも一つを含有し、そしてネマチック相の高い上限温度、ネマチック相の低い下限温度、小さな粘度、適切な光学異方性、低いしきい値電圧を有する。本発明の液晶表示素子は、この組成物を含有し、そして使用できる広い温度範囲、短い応答時間、大きなコントラスト比、低い駆動電圧を有するので、液晶プロジェクター、液晶テレビなどに用いることができる。

Claims (22)

  1. 式(I−1)で表される化合物。

    (式(I−1)において、
    はフッ素、炭素数1から10のアルキル、炭素数2から10のアルケニル、炭素数1から9のアルコキシ、炭素数2から9のアルコキシアルキル、炭素数3から9のアルケニルオキシ、炭素数1から10のポリフルオロアルキル、炭素数1から9のポリフルオロアルコキシ、炭素数2から10のポリフルオロアルケニルまたは炭素数1から10の末端ヒドロキシアルキルであり
    Zは、単結合、−(CH−、−CHO−、−OCH−、−CFO−、−OCF−、−CH=CH−、−CF=CF−、−C≡C−、−COO−、−OCO−−(CHCOO−、−OCO(CH−、−(CHCFO−、−OCF(CH−、−(CHO−、−O(CH−または−(CH−であり;
    MGは式(II)で表される。)

    (式(II)において、
    Spは単結合、または分岐しない炭素数1〜10のアルキレンあり;
    Raは独立して、フッ素、炭素数1から10のアルキル、炭素数2から10のアルケニル、炭素数1から9のアルコキシ、炭素数2から9のアルコキシアルキル、炭素数3から9のアルケニルオキシ、炭素数1から10のポリフルオロアルキル、炭素数1から9のポリフルオロアルコキシ、または炭素数2から10のポリフルオロアルケニルであり;
    、A、AおよびAが独立して、1,4−シクロヘキシレン、または1,4−フェニレンあり、少なくとも一つの水素は、フッ素、塩素、−CFまたは−CHFで置き換えられてもよく;
    、Z およびZが独立して、単結合、−(CH−、−COO−、−OCO−、−CHO−、−OCH−、−CFO−、−OCF−、−CH=CH−、−CF=CF−、−C≡C−、−CHCO−、−COCH−(CHCOO−、−OCO(CH−、−(CHCFO−、−OCF(CH−、−(CHO−、−O(CH−または−(CH−であり;
    m、n、qおよびrは独立して、0または1であり、m、n、q、およびrの和は、2、3または4である。)
  2. 式(I−1)において、
    はフッ素、炭素数1から6のアルキル、炭素数2から6のアルケニル、炭素数2から6のアルコキシ、炭素数2から6のアルコキシアルキル、炭素数3から6のアルケニルオキシ、炭素数1から6のポリフルオロアルキル、炭素数1から6のポリフルオロアルコキシ、炭素数2から6のポリフルオロアルケニルまたは炭素数1から6の末端ヒドロキシアルキルであり
    は単結合、−(CH−、−CHO−、−OCH−、−CFO−、−OCF−、−CH=CH−、−CF=CF−、−C≡C−、−COO−または−OCO−であり
    式(II)において、
    Spは単結合、分岐しない炭素数1〜10のアルキレン、炭素数1〜10のアルケニレン、炭素数1〜10のアルキニレン、炭素数2〜10のオキシアルキレン、炭素数2〜10のアルキレンオキシまたは炭素数3〜10のオキシアルキレンオキシであり;
    Raは独立して、フッ素、炭素数1から6のアルキル、炭素数2から6のアルケニル、炭素数1から6のアルコキシ、炭素数1から6のポリフルオロアルキル、炭素数2から6のポリフルオロアルコキシ、または炭素数2から6のポリフルオロアルケニルであり;
    、A、AおよびAが独立して、1,4−シクロヘキシレン、1,4−フェニレン2−フルオロ−1,4−フェニレン、2、3−ジフルオロ−1,4−フェニレン、3、5−ジフルオロ−1,4−フェニレン、2、5−ジフルオロ−1,4−フェニレン、2−フルオロ−3−トリフルオロメチル−1,4−フェニレンまたは2−フルオロ−3−ジフルオロメチル−1,4−フェニレンであり;
    、Z およびZが独立して、単結合、−(CH−、−CHO−、−OCH−、−CFO−、−OCF−、−CH=CH−、−CF=CF−、−C≡C−、−(CHCFO−、−OCF(CH−、−(CHO−、−O(CH−または−(CH−であり;
    m、n、qおよびrは独立して、0または1であり、m、n、q、およびrの和は、2、3または4である、
    請求項1に記載の化合物。
  3. 式(I−1)で表される、請求項に記載の化合物。
    (ただし、式(I−1)において、Rはフッ素、炭素数1から6のアルキル、炭素数2から6のアルケニル、炭素数2から6のアルコキシ、炭素数2から6のアルコキシアルキル、炭素数3から6のアルケニルオキシ、炭素数1から6のポリフルオロアルキル、炭素数1から6のポリフルオロアルコキシ、炭素数2から6のポリフルオロアルケニルまたは炭素数1から6の末端ヒドロキシアルキルであり
    は単結合、−(CH−、−CHO−、−OCH−、−CFO−、−OCF−、−CH=CH−、−CF=CF−または−C≡C−であり;
    MGは式(II−1)で表される。)
    (ただし、式(II−1)において、Spは単結合、または分岐しない炭素数1〜10のアルキレンあり;
    Raは独立して、フッ素、炭素数1から6のアルキル、炭素数2から6のアルケニル、炭素数1から5のアルコキシ、炭素数1から6のポリフルオロアルキル、炭素数1から5のポリフルオロアルコキシ、または炭素数2から6のポリフルオロアルケニルであり;
    11およびA12は1,4−シクロへキシレンまたは1,4-フェニレンであり;
    11、Y12、およびY13が独立して水素、またはフッ素あり;
    、Z、およびZが独立して、単結合、−(CH−、−CHO−、−OCH−、−CFO−、−OCF−、−CH=CH−、−CF=CF−または−C≡C−であり;
    s、tおよびuは独立して、0、1または2であり、s、tおよびuの和は2、3または4あるが、tは必ず1である。)
  4. 式(I−1)において、Rは炭素数1から3のアルキル、炭素数2から3のアルケニル、炭素数2から3のアルコキシまたは炭素数1から3の末端ヒドロキシアルキルであり;Zが単結合、−(CH−、−CHO−、−OCH−、−CH=CH−、または−C≡C−である、請求項に記載の化合物。
  5. 式(II−1)においてSpは単結合、分岐しない炭素数1〜8のアルキレン、炭素数2〜8のアルケニレン、炭素数2〜8のアルキニレン、炭素数1〜7のオキシアルキレン、炭素数1〜7のアルキレンオキシまたは炭素数1〜6のオキシアルキレンオキシであり;Raは独立して、フッ素、炭素数1から6のポリフルオロアルキル、炭素数2から6のポリフルオロアルコキシ、または炭素数2から6のポリフルオロアルケニルであり;A11およびA12は1,4−シクロへキシレンまたは1,4-フェニレンであり;Y11が水素であり、Y12、およびY13が独立して水素またはフッ素であるが少なくとも一つはフッ素であり;Z、Z、およびZが独立して、単結合、−(CH−、−CFO−、−CH=CH−、−CF=CF−または−C≡C−であり;s、tおよびuの和は2または3である請求項に記載の化合物。
  6. 式(II−1)において、Spは単結合、分岐しない炭素数1〜8のアルキレン、炭素数2〜8のアルケニレン、炭素数2〜8のアルキニレン、炭素数1〜7のオキシアルキレン、炭素数1〜7のアルキレンオキシまたは炭素数1〜6のオキシアルキレンオキシであり;Raは独立して、炭素数1から6のアルキル、炭素数2から6のアルケニル、炭素数1から5のアルコキシであり;A11およびA12は1,4−シクロへキシレンまたは1,4-フェニレンであり;Y11およびY12がフッ素であり、Y13が水素であり;Z、Z、およびZが独立して、単結合、−(CH−、−CHO−、−OCH−、−CH=CH−、−CF=CF−または−C≡C−であり;s、tおよびuの和は2または3である、請求項に記載の化合物。
  7. 式(II−1)において、Spは単結合、分岐しない炭素数1〜8のアルキレン、炭素数2〜8のアルケニレン、炭素数2〜8のアルキニレン、炭素数1〜7のオキシアルキレン、炭素数1〜7のアルキレンオキシまたは炭素数1〜6のオキシアルキレンオキシであり;Raは独立して、炭素数1から6のアルキル、炭素数2から6のアルケニル、炭素数1から5のアルコキシであり;A11およびA12は1,4−シクロへキシレンまたは1,4-フェニレンであり;Y11およびY13が独立して水素またはフッ素であり、Y12が水素であり;Z、Z、およびZが独立して、単結合、−(CH−、−CH=CH−、−CF=CF−または−C≡C−であり;s、tおよびuの和は2または3である、請求項に記載の化合物。
  8. 式(I−1)において、MGが式(II−1−1−1)〜式(II−1−1−16)のいずれかで表される、請求項に記載の化合物。

    (ただし、(II−1−1−1)〜式(II−1−1−16)において、Spは単結合、分岐しない炭素数1〜8のアルキレン、炭素数2〜8のアルケニレン、炭素数2〜8のアルキニレン、炭素数1〜7のオキシアルキレン、炭素数1〜7のアルキレンオキシまたは炭素数1〜6のオキシアルキレンオキシであり;Raは独立して、フッ素、−CF、−CFH、または−OCFであり;Z11、Z12およびZ21が独立して、単結合、−(CH−、−CFO−、−CH=CH−、−CF=CF−または−C≡C−である。)
  9. 式(I−1)において、MGが式(II−1−2−1)〜式(II−1−2−14)のいずれかで表される、請求項に記載の化合物。

    (ただし、式(II−1−2−1)〜式(II−1−2−14)においてSpは単結合、分岐しない炭素数1〜8のアルキレン、炭素数2〜8のアルケニレン、炭素数2〜8のアルキニレン、炭素数2〜6のオキシアルキレン、炭素数2〜6のアルキレンオキシまたは炭素数3〜6のオキシアルキレンオキシであり;Raは独立して、炭素数1から6のアルキル、炭素数2から6のアルケニル、炭素数1から6のアルコキシであり;Z11、Z12、Z21およびZ31が独立して、単結合、−(CH−、−CHO−、−OCH−、−CH=CH−、−CF=CF−または−C≡C−である。)
  10. 式(I−1)において、MGが式(II−1−3−1)〜式(II−1−3−17)のいずれかで表される、請求項に記載の化合物。

    (ただし、式(II−1−3−1)〜式(II−1−3−17)において、Spは単結合、分岐しない炭素数1〜8のアルキレン、炭素数2〜8のアルケニレン、炭素数2〜8のアルキニレン、炭素数2〜6のオキシアルキレン、炭素数2〜6のアルキレンオキシまたは炭素数3〜6のオキシアルキレンオキシであり;Raは独立して、炭素数1から6のアルキル、炭素数2から6のアルケニル、炭素数1から6のアルコキシであり;Z11、Z12、Z21およびZ31が独立して、単結合、−(CH−、−CHO−、−OCH−、−CH=CH−、−CF=CF−または−C≡C−である。)
  11. 請求項1〜請求項10のいずれか1項に記載した少なくとも一つの化合物(化合物(1))を含有する、液晶組成物。
  12. 少なくとも一つの化合物(1)と、式(2)、(3)、または(4)で表される少なくとも一つの化合物とを含有する、請求項11に記載の液晶組成物。
    (ただし、式(2)〜(4)において、Rは独立して、炭素数1〜10のアルキルまたは炭素数2〜10のアルケニルであり、このアルキルおよびアルケニルにおいて少なくとも一つの水素はフッ素で置き換えられてもよく、少なくとも一つの−CH2−は−O−で置き換えられてもよく;
    は、フッ素、塩素、−OCF3、−OCHF2、−CF3、−CHF2、−CH2F、−OCF2CHF2、または−OCF2CHFCF3であり;
    環B、環B、および環Bは独立して、1,4−シクロヘキシレン、1,3−ジオキサン−2,5−ジイル、ピリミジン−2,5−ジイル、1−テトラヒドロピラン−2,5−ジイル、1,4−フェニレン、2−フルオロ−1,4−フェニレン、3−フルオロ−1,4−フェニレン、または3、5−ジフルオロ−1,4−フェニレンであり;
    およびZは独立して、−(CH22−、−(CH24−、−COO−、−CF2O−、−OCF2−、−CH=CH−、−C≡C−、−CHO−、または単結合であり;
    およびL10は独立して、水素またはフッ素である。)
  13. 少なくとも一つの化合物(1)と、式(5)で表される少なくとも一つの化合物とを含有する、請求項11に記載の液晶組成物。
    (ただし、式(5)において、R10は、炭素数1〜10のアルキルまたは炭素数2〜10のアルケニルであり、このアルキルおよびアルケニルにおいて、少なくとも一つの水素はフッ素で置き換えられてもよく、少なくとも一つの−CH2−は−O−で置き換えられてもよく;
    は−C≡Nまたは−C≡C−C≡Nであり;
    環C、環C、および環Cは独立して、1,4−シクロヘキシレン、少なくとも一つの水素がフッ素で置き換えられてもよい1,4−フェニレン、1,3−ジオキサン−2,5−ジイル、1−テトラヒドロピラン−2,5−ジイル、またはピリミジン−2,5−ジイルであり;
    は、−(CH22−、−COO−、−CF2O−、−OCF2−、−C≡C−、−CHO−、または単結合であり;
    11およびL12は独立して、水素またはフッ素であり;
    oは、0、1または2であり、pは0または1であり、oおよびpの和は、0、1、2または3である。)
  14. 少なくとも一つの化合物(1)と、式(6)〜(11)のいずれかで表される少なくとも一つの化合物とを含有する、請求項11に記載の液晶組成物。
    (ただし、式(6)〜(11)において、R11およびR12は独立して、炭素数1〜10のアルキルまたは炭素数2〜10のアルケニルであり、アルキルおよびアルケニルにおいて、少なくとも一つの水素はフッ素で置き換えられてもよく、少なくとも一つの−CH2−は−O−で置き換えられてもよく;
    環D、環D、環D、および環Dは独立して、1,4−シクロヘキシレン、1,4−シクロヘキセニレン、少なくとも一つの水素がフッ素で置き換えられてもよい1,4−フェニレン、6−テトラヒドロピラン−2,5−ジイル、またはデカヒドロ−2,6−ナフタレンであり;
    10、Z11、Z12、およびZ13は独立して、−(CH22−、−COO−、−CHO−、−OCF−、−OCF(CH22−、または単結合であり;
    13およびL14は独立して、フッ素または塩素であり;
    q、r、s、t、u、およびvは独立して、0または1であり、r、s、t、およびuの和は、1または2である。)
  15. 少なくとも一つの化合物(1)と、式(12)、(13)、又は(14)で表される少なくとも一つの化合物とを含有する、請求項11に記載の液晶組成物。
    (ただし、式(12)〜(14)において、R13およびR14は独立して、炭素数1〜10のアルキルまたは炭素数2〜10のアルケニルであり、このアルキルおよびアルケニルにおいて、少なくとも一つの−CH2−は−O−で置き換えられてもよく;
    環E、環E、および環Eは独立して、1,4−シクロヘキシレン、ピリミジン−2,5−ジイル、1,4−フェニレン、2−フルオロ−1,4−フェニレン、3−フルオロ−1,4−フェニレン、または2,5−ジフルオロ1,4−フェニレンであり;
    14およびZ15は独立して、−C≡C−、−COO−、−(CH22−、−CH=CH−、または単結合である。)
  16. 更に、式(5)で表される少なくとも一つの化合物を含有する、請求項12に記載の液晶組成物。
  17. 更に、式(12)、(13)、又は(14)で表される少なくとも一つの化合物を含有する、請求項12に記載の液晶組成物。
  18. 更に、式(12)、(13)、又は(14)で表される少なくとも一つの化合物を含有する、請求項13に記載の液晶組成物。
  19. 更に、式(12)、(13)、又は(14)で表される少なくとも一つの化合物を含有する、請求項14に記載の液晶組成物。
  20. 更に、少なくとも一つの光学活性化合物および/または重合可能な化合物を含有する、請求項11〜請求項19のいずれか1項に記載の液晶組成物。
  21. 更に、少なくとも一つの酸化防止剤および/または紫外線吸収剤を含有する、請求項11〜請求項20のいずれか1項に記載の液晶組成物。
  22. 請求項11〜請求項21のいずれか1項に記載の液晶組成物を含有する液晶表示素子。
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