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JP6493678B2 - 液晶性化合物、液晶組成物および液晶表示素子 - Google Patents

液晶性化合物、液晶組成物および液晶表示素子 Download PDF

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JP6493678B2
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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、大きな誘電率異方性と、短軸方向の大きな誘電率を併せ持つ化合物、この化合物を含有し、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む液晶表示素子に関する。
液晶表示素子は、パソコン、テレビなどのディスプレイに広く利用されている。この素子は、液晶性化合物の光学的異方性、誘電率異方性などを利用したものである。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、FFS(fringe field switching)モード、PSA(polymer sustained alignment)モードなどが知られている。
このような液晶表示素子では、適切な物性を有する液晶組成物が使われている。液晶表示素子の特性をさらに向上させるには、この組成物に含まれる液晶性化合物が、下記の(1)〜(8)で示す物性を有するのが好ましい。
(1)熱、光などに対する高い安定性
(2)高い透明点
(3)液晶相の低い下限温度
(4)小さな粘度(η)
(5)適切な光学的異方性(Δn)
(6)大きな誘電率異方性(Δε)
(7)適切な弾性定数(K)
(8)他の液晶性化合物との優れた相溶性
(9)短軸方向の大きな誘電率(ε⊥)
液晶性化合物の物性が素子の特性に及ぼす効果は、次のとおりである。(1)のように、熱、光などに対する高い安定性を有する化合物は、素子の電圧保持率を大きくする。これによって、素子の寿命が長くなる。(2)のように、高い透明点を有する化合物は、素子の使用可能な温度範囲を広げる。(3)のように、ネマチック相、スメクチック相などのような液晶相の低い下限温度、特にネマチック相の低い下限温度を有する化合物も、素子の使用可能な温度範囲を広げる。(4)のように、粘度の小さな化合物は、素子の応答時間を短くする。
(5)のように、適切な光学的異方性を有する化合物は、素子のコントラストを向上させる。素子の設計に応じて、大きな光学的異方性または小さな光学的異方性、すなわち適切な光学的異方性を有する化合物が必要である。素子のセルギャップを小さくすることにより応答時間を短くする場合には、大きな光学的異方性を有する化合物が適している。(6)のように大きな誘電率異方性を有する化合物は、素子のしきい値電圧を下げる。これによって、素子の消費電力が小さくなる。一方、小さな誘電率異方性を有する化合物は、組成物の粘度を小さくすることによって、素子の応答時間を短くする。
(7)に関しては、大きな弾性定数を有する化合物は、素子の応答時間を短くする。小さな弾性定数を有する化合物は、素子のしきい値電圧を下げる。したがって、向上させたい特性に応じて適切な弾性定数が必要になる。(8)のように他の液晶性化合物との優れた相溶性を有する化合物が好ましい。これは、異なった物性を有する液晶性化合物を混合して、組成物の物性を調節するからである。
さらに近年、液晶表示素子の低消費電力化、高精細化の要求に伴い、液晶組成物の透過率改善が強く求められている。中でもFFSモードの液晶表示素子に用いられる液晶組成物の透過率は、液晶組成物の短軸方向の誘電率(ε⊥)と相関している事が知られており、(9)のように短軸方向の大きな誘電率を有する液晶性化合物が好ましい。
これまでに、大きな誘電率異方性を有する液晶性化合物として、CFO結合基を有する液晶性化合物が種々合成されており、そのうちのいくつかは実用的に用いられている。しかし、これらの化合物は短軸方向の誘電率が十分に大きくない。このような状況から、上記の物性(1)〜(9)に関して優れた物性と適切なバランスを有する化合物、とりわけ大きな誘電率異方性(Δε)と、短軸方向の大きな誘電率を併せ持つ化合物の開発が望まれている。
国際公開第96/011897号 特開平10−204016号公報 独国特許出願公開第4006921号明細書 特開2002−80452号公報
本発明の第一の課題は、光に対する高い安定性、高い透明点、液晶相の低い下限温度、小さな粘度、適切な光学的異方性、大きな誘電率異方性、短軸方向の大きな誘電率、適切な弾性定数、他の液晶性化合物との優れた相溶性などの物性の少なくとも1つを充足する液晶性化合物を提供することである。特に大きな誘電率異方性と短軸方向の大きな誘電率を併せ持つ化合物を提供することである。第二の課題は、この化合物を含有し、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、適切な光学的異方性、大きな誘電率異方性、短軸方向の大きな誘電率、適切な弾性定数などの物性の少なくとも1つを充足する液晶組成物を提供することである。この課題は、少なくとも2つの物性に関して適切なバランスを有する液晶組成物を提供することである。第三の課題は、この組成物を含み、素子を使用できる広い温度範囲、短い応答時間、大きな電圧保持率、低いしきい値電圧、大きなコントラスト比、および長い寿命を有する液晶表示素子を提供することである。
本発明は、式(1)で表される化合物、この化合物を含有する液晶組成物、およびこの組成物を含む液晶表示素子に関する。
Figure 0006493678

式(1)において、
は、炭素数1〜15のアルキルであり、このアルキルにおいて、少なくとも1つの−CH−は−O−または−S−で置き換えられてもよく、少なくとも1つの−(CH−は−CH=CH−で置き換えられてもよく、これらの基において、少なくとも1つの水素はハロゲンで置き換えられてもよく;
環A、環A、環A、および環Aは独立して、1,4−シクロへキシレン、1,4−シクロヘキセニレン、1,4−フェニレン、テトラヒドロピラン−2,5−ジイル、1,3−ジオキサン−2,5−ジイル、2,6,7−トリオキサビシクロ[2.2.2]オクタン−1,4−ジイル、ピリミジン−2,5−ジイル、ピリジン−2,5−ジイル、ナフタレン−2,6−ジイル、デカヒドロナフタレン−2,6−ジイル、または1,2,3,4−テトラヒドロナフタレン−2,6−ジイルであり、これらの環に直接結合する少なくとも1つの水素はハロゲンで置き換えられてもよく;
は、式(1a)または式(1b)で表される基であり;
Figure 0006493678

式(1a)において、
およびYは独立して、フッ素または塩素であり;
式(1b)において、
、Y、およびYは独立して、水素、フッ素または塩素であり、Y、Y、およびYのうち少なくとも2つはフッ素または塩素であり;
式(1)において、
は、式(1c)または式(1d)で表される基であり;
Figure 0006493678

式(1c)および(1d)において、
、L、L、L、およびLは独立して、水素、フッ素、または塩素であり;
式(1)において、
は、フッ素、−C≡N、−N=C=S、または少なくとも1つの水素がフッ素で置き換えられた炭素数1〜10のアルキル、少なくとも1つの水素がフッ素で置き換えられた炭素数2〜10のアルケニル、少なくとも1つの水素がフッ素で置き換えられた炭素数1〜9のアルコキシ、または少なくとも1つの水素がフッ素で置き換えられた炭素数2〜9のアルケニルオキシであり;
a、b、c、およびdは独立して、0または1であり、a、b、c、およびdの和は、0、1、2、または3であり;
、Z、Z、Z、およびZは独立して、単結合、−(CH−、−CHO−、−OCH−、−COO−、−OCO−、−(CH−、−(CHCFO−、−OCHCFO−、−(CHO−、−O(CH−、または−(CHCOO−であり;
aが1のときのZ、bが1のときのZ、cが1のときのZ、dが1のときのZ、およびZのうち少なくとも1つは、−(CH−、−CHO−、−OCH−、−COO−、−OCO−、−(CH−、−(CHCFO−、−OCHCFO−、−(CHO−、−O(CH−、または−(CHCOO−であり;
が−COO−であり、環Wが式(1a)で表される基であり、かつ環Wが式(1c)で表される基であるときは、Xは、フッ素、または少なくとも1つの水素がフッ素で置き換えられた炭素数1〜10のアルキル、少なくとも1つの水素がフッ素で置き換えられた炭素数2〜10のアルケニル、少なくとも1つの水素がフッ素で置き換えられた炭素数1〜9のアルコキシ、または少なくとも1つの水素がフッ素で置き換えられた炭素数2〜9のアルケニルオキシであり;
が−COO−であり、環Wが式(1a)で表される基であり、環Wが式(1c)で表される基であり、aおよびbの和が1であり、cおよびdの和が0であり、aが1のときの環Aまたはbが1のときの環Aが1,4−フェニレンであり、aが1のときのZまたはbが1のときのZが単結合であり、YおよびYが共にフッ素であり、かつXがフッ素であるときは、LおよびLは共に水素または共にフッ素であり;
が−COO−であり、環Wが式(1a)で表される基であり、環Wが式(1c)で表される基であり、a、b、c、およびdの和が0であり、YおよびYが共にフッ素であり、かつXが−CFであるときは、LおよびLのうち少なくとも1つはフッ素である。
本発明の第一の長所は、光に対する高い安定性、高い透明点、液晶相の低い下限温度、小さな粘度、適切な光学的異方性、大きな誘電率異方性、適切な弾性定数、他の液晶性化合物との優れた相溶性、短軸方向の大きな誘電率などの物性の少なくとも1つを充足する液晶性化合物を提供することである。特に大きな誘電率異方性と短軸方向の大きな誘電率とを併せ持つ化合物を提供することである。第二の長所は、この化合物を含有し、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、適切な光学的異方性、大きな誘電率異方性、短軸方向の大きな誘電率、適切な弾性定数などの物性の少なくとも1つを充足する液晶組成物を提供することである。第三の長所は、この組成物を含み、素子を使用できる広い温度範囲、短い応答時間、大きな電圧保持率、低いしきい値電圧、大きなコントラスト比、および長い寿命を有する液晶表示素子を提供することである。
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、上限温度、下限温度、粘度、誘電率異方性のような組成物の物性を調節する目的で添加する化合物の総称である。これらの化合物は、例えば、1,4−シクロヘキシレンや1,4−フェニレンのような六員環を有し、その分子構造は棒状(rod like)である。このような液晶性化合物を混合することによって液晶組成物が調製される。液晶性化合物の割合(含有量)は、この液晶組成物の重量に基づいた重量百分率(重量%)で表される。この組成物に、重合可能な化合物、重合開始剤、光学活性化合物、酸化防止剤、紫外線吸収剤、光安定剤、熱安定剤、消泡剤、色素のような添加物が必要に応じて添加される。添加物の割合(添加量)は、液晶性化合物の割合と同様に、液晶組成物の重量に基づいた重量百分率(重量%)で表される。重量百万分率(ppm)が用いられることもある。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。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。透明点は、液晶性化合物における液晶相−等方相の転移温度である。液晶相の下限温度は、液晶性化合物における固体−液晶相(スメクチック相、ネマチック相など)の転移温度である。ネマチック相の上限温度は、液晶組成物におけるネマチック相−等方相の転移温度であり、上限温度と略すことがある。ネマチック相の下限温度を下限温度と略すことがある。
式(1)で表される化合物を化合物(1)と略すことがある。この略記は式(2)などで表される化合物にも適用することがある。式(1)から式(15)において、六角形で囲んだA、B、Cなどの記号はそれぞれ環A、環B、環Cなどに対応する。末端基R11の記号を複数の化合物に用いた。これらの化合物において、任意の2つのR11が表す2つの基は、同一であってもよいし、または異なってもよい。例えば、化合物(2)のR11がエチルであり、化合物(3)のR11がエチルであるケースがある。化合物(2)のR11がエチルであり、化合物(3)のR11がプロピルであるケースもある。このルールは、他の末端基、環などの記号にも適用される。式(5)において、iが2のとき、2つの環Cが存在する。この化合物において、2つの環Cが表す2つの基は、同一であってもよいし、または異なってもよい。このルールは、iが2より大きいときの任意の2つにも適用される。このルールは、他の環、結合基などの記号にも適用される。
「少なくとも1つの“A”は、“B”で置き換えられてもよい」の表現は、“A”の数が1つのとき、“A”の位置は任意であり、“A”の数が2つ以上のときも、それらの位置は制限なく選択できることを意味する。「少なくとも1つのAが、B、CまたはDで置き換えられてもよい」という表現は、任意のAがBで置き換えられる場合、任意のAがCで置き換えられる場合、および任意のAがDで置き換えられる場合、さらに複数のAがB、C、Dの少なくとも2つで置き換えられる場合を含むことを意味する。例えば、少なくとも1つの−CH−が−O−または−CH=CH−で置き換えられてもよいアルキルには、アルキル、アルケニル、アルコキシ、アルコキシアルキル、アルコキシアルケニル、アルケニルオキシアルキルが含まれる。なお、連続する2つの−CH−が−O−で置き換えられて、−O−O−のようになることは好ましくない。アルキルなどにおいて、メチル部分(−CH−H)の−CH−が−O−で置き換えられて−O−Hになることも好ましくない。
2−フルオロ−1,4−フェニレンは、下記の2つの二価基を意味する。化学式において、フッ素は左向き(L)であってもよいし、右向き(R)であってもよい。このルールは、テトラヒドロピラン−2,5−ジイルのような、非対称の二価の環にも適用される。
Figure 0006493678
本発明は、下記の項1〜項14に記載された内容を包含する。
項1. 式(1)で表される化合物。
Figure 0006493678

式(1)において、
は、炭素数1〜15のアルキルであり、このアルキルにおいて、少なくとも1つの−CH−は−O−または−S−で置き換えられてもよく、少なくとも1つの−(CH−は−CH=CH−で置き換えられてもよく、これらの基において、少なくとも1つの水素はハロゲンで置き換えられてもよく;
環A、環A、環A、および環Aは独立して、1,4−シクロへキシレン、1,4−シクロヘキセニレン、1,4−フェニレン、テトラヒドロピラン−2,5−ジイル、1,3−ジオキサン−2,5−ジイル、2,6,7−トリオキサビシクロ[2.2.2]オクタン−1,4−ジイル、ピリミジン−2,5−ジイル、ピリジン−2,5−ジイル、ナフタレン−2,6−ジイル、デカヒドロナフタレン−2,6−ジイル、または1,2,3,4−テトラヒドロナフタレン−2,6−ジイルであり、これらの環に直接結合する少なくとも1つの水素はハロゲンで置き換えられてもよく;
は、式(1a)または式(1b)で表される基であり;
Figure 0006493678

式(1a)において、
およびYは独立して、フッ素または塩素であり;
式(1b)において、
、Y、およびYは独立して、水素、フッ素、または塩素であり、Y、Y、およびYのうち少なくとも2つはフッ素または塩素であり;
式(1)において、
は、式(1c)または式(1d)で表される基であり;
Figure 0006493678

式(1c)および(1d)において、
、L、L、L、およびLは独立して、水素、フッ素、または塩素であり;
式(1)において、
は、フッ素、−C≡N、−N=C=S、または少なくとも1つの水素がフッ素で置き換えられた炭素数1〜10のアルキル、少なくとも1つの水素がフッ素で置き換えられた炭素数2〜10のアルケニル、少なくとも1つの水素がフッ素で置き換えられた炭素数1〜9のアルコキシ、または少なくとも1つの水素がフッ素で置き換えられた炭素数2〜9のアルケニルオキシであり;
a、b、c、およびdは独立して、0または1であり、a、b、c、およびdの和は、0、1、2、または3であり;
、Z、Z、Z、およびZは独立して、単結合、−(CH−、−CHO−、−OCH−、−COO−、−OCO−、−(CH−、−(CHCFO−、−OCHCFO−、−(CHO−、−O(CH−、または−(CHCOO−であり;
aが1のときのZ、bが1のときのZ、cが1のときのZ、dが1のときのZ、およびZのうち少なくとも1つは、−(CH−、−CHO−、−OCH−、−COO−、−OCO−、−(CH−、−(CHCFO−、−OCHCFO−、−(CHO−、−O(CH−、または−(CHCOO−であり;
が−COO−であり、環Wが式(1a)で表される基であり、かつ環Wが式(1c)で表される基であるときは、Xは、フッ素、または少なくとも1つの水素がフッ素で置き換えられた炭素数1〜10のアルキル、少なくとも1つの水素がフッ素で置き換えられた炭素数2〜10のアルケニル、少なくとも1つの水素がフッ素で置き換えられた炭素数1〜9のアルコキシ、または少なくとも1つの水素がフッ素で置き換えられた炭素数2〜9のアルケニルオキシであり;
が−COO−であり、環Wが式(1a)で表される基であり、環Wが式(1c)で表される基であり、aおよびbの和が1であり、cおよびdの和が0であり、aが1のときの環Aまたはbが1のときの環Aが1,4−フェニレンであり、aが1のときのZまたはbが1のときのZが単結合であり、YおよびYが共にフッ素であり、かつXがフッ素であるときは、LおよびLは共に水素または共にフッ素であり;
が−COO−であり、環Wが式(1a)で表される基であり、環Wが式(1c)で表される基であり、a、b、c、およびdの和が0であり、YおよびYが共にフッ素であり、かつXが−CFであるときは、LおよびLのうち少なくとも1つはフッ素である。
項2. 式(1)において、Rが、炭素数1〜15のアルキル、炭素数2〜15のアルケニル、炭素数1〜14のアルコキシ、または炭素数2〜14のアルケニルオキシであり、これらの基において、少なくとも1つの水素はフッ素で置き換えられてもよく;Xが、フッ素、−C≡N、−N=C=S、−CHF、−CHF、−CF、−(CH−F、−CHCF、−CFCF、−(CH−F、−(CH−CF、−(CF−F、−(CH−F、−(CH−CF、−(CF−F、−(CF−F、−(CF−F、−(CF−F、−OCHF、−OCHF、−OCF、−O−(CH−F、−OCHCF、−OCFCF、−O−(CH−F、−O−(CH−CF、−O−(CF−F、−O(CH−F、−O−(CH−CF、−O−(CF−F、−O−(CF−F、−O−(CF−F、−CH=CHF、−CH=CF、−CF=CHF、−CF=CF、−CH=CHCHF、−CH=CHCF、−CF=CHCF、−CF=CFCF、−(CH−CH=CF、−(CH−CF=CF、−(CH−CH=CHCF、−(CH−CF=CHCF、または−(CH−CF=CFCFである項1に記載の化合物。
項3. 式(1)において、Rが、炭素数1〜10のアルキル、炭素数2〜10のアルケニル、炭素数1〜9のアルコキシ、または炭素数2〜9のアルケニルオキシであり、これらの基において、少なくとも1つの水素はフッ素で置き換えられてもよく;Xが、フッ素、−C≡N、−CF、−CHF、−OCF、−OCHF、−CH=CHCF、−CF=CHCF、または−CF=CFCFである項1に記載の化合物。
項4. 式(1−1)〜(1−8)のいずれか1つで表される項1に記載の化合物。
Figure 0006493678

式(1−1)〜(1−8)において、
は、炭素数1〜10のアルキル、炭素数2〜10のアルケニル、または炭素数1〜9のアルコキシであり;
環A、環A、環A、および環Aは独立して、1,4−シクロへキシレン、1,4−シクロヘキセニレン、1,4−フェニレン、少なくとも1つの水素がフッ素で置き換えられた1,4−フェニレン、テトラヒドロピラン−2,5−ジイル、または1,3−ジオキサン−2,5−ジイル、ナフタレン−2,6−ジイル、または少なくとも1つの水素がフッ素で置き換えられたナフタレン−2,6−ジイルであり;
は、式(1a)または式(1b)で表される基であり;
Figure 0006493678

式(1a)において、
およびYはフッ素であり;
式(1b)において、
、Y、およびYは独立して、水素またはフッ素であり、Y、Y、およびYのうち少なくとも2つはフッ素であり;
式(1−1)〜(1−8)において、
は、式(1c)または式(1d)で表される基であり;
Figure 0006493678

式(1c)および(1d)において、
、L、L、L、およびLは独立して、水素またはフッ素であり;
式(1−1)〜(1−8)において、
、Z、Z、Z、およびZは独立して、単結合、−(CH−、−CHO−、−OCH−、−(CH−、−(CHCFO−、または−OCHCFO−であり、Z、Z、Z、ZおよびZのうち少なくとも1つは−(CH−、−CHO−、−OCH−、−(CH−、−(CHCFO−、または−OCHCFO−であり;
は、フッ素、−CF、−CHF、−OCF、または−OCHFである。
項5. 式(1−9)〜(1−22)のいずれか1つで表される、項1に記載の化合物。
Figure 0006493678

式(1−9)〜(1−22)において、
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;
環A、環A、および環Aは独立して、1,4−シクロへキシレン、1,4−シクロヘキセニレン、1,4−フェニレン、少なくとも1つの水素がフッ素で置き換えられた1,4−フェニレン、テトラヒドロピラン−2,5−ジイル、1,3−ジオキサン−2,5−ジイル、ナフタレン−2,6−ジイル、または少なくとも1つの水素がフッ素で置き換えられたナフタレン−2,6−ジイルであり;
は、−(CH−、−CHO−、−OCH−、−(CH−、−(CHCFO−、または−OCHCFO−であり、
は、フッ素、−CF、または−OCFであり;
、L、L、L、L、Y、およびYは独立して、水素またはフッ素である。
項6. 式(1−23)〜(1−36)のいずれか1つで表される項1に記載の化合物。
Figure 0006493678

式(1−23)〜(1−36)において、R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;Zは、−(CH−、−OCH−、−(CHCFO−、または−OCHCFO−であり;Xは、フッ素、−CF、または−OCFであり;L、L、L、L、L、L、L、L、Y、およびYは独立して、水素またはフッ素である。
項7. 式(1−37)〜(1−48)のいずれか1つで表される項1に記載の化合物。
Figure 0006493678

式(1−37)〜(1−48)において、R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;Xは、フッ素、−CF、または−OCFであり;L1は、水素またはフッ素である。
項8. 項1〜項7のいずれか1項に記載の化合物の少なくとも1つを含有する液晶組成物。
項9. 式(2)〜(4)で表される化合物の群から選択される少なくとも1つの化合物をさらに含有する項8に記載の液晶組成物。
Figure 0006493678

式(2)〜(4)において、
11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1つの水素はフッ素で置き換えられてもよく、少なくとも1つの−CH2−は−O−で置き換えられてもよく;
11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、1,4−フェニレン、2−フルオロ−1,4−フェニレン、2,6−ジフルオロ−1,4−フェニレン、テトラヒドロピラン−2,5−ジイル、1,3−ジオキサン−2,5−ジイル、またはピリミジン−2,5−ジイルであり;
11、Z12およびZ13は独立して、単結合、−CHCH−、−CH=CH−、−C≡C−、−COO−、−CFO−、−OCF−、−CHO−、または−(CH−であり;
11およびL12は独立して、水素またはフッ素である。
項10. 式(5)で表される化合物の群から選択される少なくとも1つの化合物をさらに含有する項8または項9に記載の液晶組成物。
Figure 0006493678

式(5)において、
12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1つの水素はフッ素で置き換えられてもよく、少なくとも1つの−CH2−は−O−で置き換えられてもよく;
12は、−C≡Nまたは−C≡C−C≡Nであり;
環C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、2,6−ジフルオロ−1,4−フェニレン、テトラヒドロピラン−2,5−ジイル、1,3−ジオキサン−2,5−ジイル、またはピリミジン−2,5−ジイルであり;
14は、単結合、−CHCH−、−C≡C−、−COO−、−CFO−、−OCF−、または−CHO−であり;
13およびL14は独立して水素またはフッ素であり;
iは、1、2、3、または4である。
項11. 式(6)〜(12)で表される化合物の群から選択される少なくとも1つの化合物をさらに含有する項8〜項10のいずれか1項に記載の液晶組成物。
Figure 0006493678

式(6)〜(12)において、
13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1つの−CH2−は−O−で置き換えられてもよく;
15は、水素、フッ素、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1つの−CH2−は−O−で置き換えられてもよく、少なくとも1つの水素はフッ素で置き換えられてもよく;
11は水素またはメチルであり;
Xは、−CF−、−O−、または−CHF−であり;
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1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,テトラヒドロピラン−2,5−ジイル、またはデカヒドロナフタレン−2,6−ジイルであり;
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、1,4−フェニレン,テトラヒドロピラン−2,5−ジイル、またはデカヒドロナフタレン−2,6−ジイルであり;
15、Z16、Z17、およびZ18は独立して、単結合、−CHCH−、−COO−、−CHO−、−OCF−、または−OCFCHCH−であり;
15およびL16は独立して、フッ素または塩素であり;
j、k、m、n、p、q、r、およびsは独立して、0または1であり、k、m、n、およびpの和は、1または2であり、q、r、およびsの和は、0、1、2、または3であり、tは、1、2、または3である。
項12. 式(13)〜(15)で表される化合物の群から選択される少なくとも1つの化合物をさらに含有する項8〜項11のいずれか1項に記載の液晶組成物。
Figure 0006493678

式(13)〜(15)において、
16およびR17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、このアルキルまたはアルケニルにおいて、少なくとも1つの−CH2−は−O−で置き換えられてもよく、少なくとも1つの水素はフッ素で置き換えられてもよく;
環E、環E、環E、および環Eは独立して、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、2,5−ジフルオロ−1,4−フェニレン、またはピリミジン−2,5−ジイルであり;
19、Z20、およびZ21は独立して、単結合、−CHCH−、−CH=CH−、−C≡C−、または−COO−である。
項13. 重合可能な化合物、光学活性化合物、酸化防止剤、紫外線吸収剤、光安定剤、熱安定剤、および消泡剤の少なくとも1つをさらに含有する項8〜項12のいずれか1項に記載の液晶組成物。
項14. 項8〜項13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。
本発明の化合物、液晶組成物および液晶表示素子について、順に説明する。
1−1.化合物(1)
本発明の化合物(1)は、末端基として電子求引性の大きな極性基を有し、環として2位および3位の水素がハロゲンで置き換えられた1,4−フェニレン、あるいは3位、4位、および5位の水素のうち少なくとも2つがハロゲンで置き換えられたナフタレン−2,6−ジイルを有しているので、大きな誘電率異方性と、短軸方向の大きな誘電率を併せ持つという特徴を有する。本発明の化合物(1)の好ましい例について説明する。化合物(1)における末端基、環構造、結合基、および置換基の好ましい例は、化合物(1)の下位式にも適用される。
Figure 0006493678

式(1)において、
は、炭素数1〜15のアルキルであり、このアルキルにおいて、少なくとも1つの−CH−は−O−または−S−で置き換えられてもよく、少なくとも1つの−(CH−は−CH=CH−で置き換えられてもよく、これらの基において、少なくとも1つの水素はハロゲンで置き換えられてもよい。
このような末端基Rの例は、アルキル、アルコキシ、アルコキシアルキル、アルコキシアルコキシ、アルキルチオ、アルキルチオアルコキシ、アルケニル、アルケニルオキシ、アルケニルオキシアルキル、アルコキシアルケニル、またはアルケニルチオである。これらの基において、少なくとも1つの水素はハロゲンで置き換えられてもよい。好ましいハロゲンは、フッ素または塩素である。さらに好ましいハロゲンはフッ素である。これらの基は、直鎖または分岐鎖であり、シクロヘキシルのような環状基を含まない。これらの基において分岐鎖よりも直鎖の方が好ましい。
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。−CH=CHCH、−CH=CHC、−CH=CHC、−CH=CHC、−CCH=CHCH、および−CCH=CHCのような奇数位に二重結合をもつアルケニルにおいてはトランス配置が好ましい。−CHCH=CHCH、−CHCH=CHC、および−CHCH=CHCのような偶数位に二重結合をもつアルケニルにおいてはシス配置が好ましい。好ましい立体配置を有するアルケニル化合物は、高い透明点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。
アルキルの例は、−CH、−C、−C、−C、−C11、−C13、−C15、−C17、−C19、−C1021、−C1123、−C1225、−C1327、−C1429、または−C1531である。
アルコキシの例は、−OCH、−OC、−OC、−OC、−OC11、−OC13、−OC15、−OC17、−OC19、−OC1021、−OC1123、−OC1225、−OC1327、または−OC1429である。
アルコキシアルキルの例は、−CHOCH、−CHOC、−CHOC、−(CH−OCH、−(CH−OC、−(CH−OC、−(CH−OCH、−(CH−OCH、または−(CH−OCHである。
アルケニルの例は、−CH=CH、−CH=CHCH、−CHCH=CH、−CH=CHC、−CHCH=CHCH、−(CH−CH=CH、−CH=CHC、−CHCH=CHC、−(CH−CH=CHCH、または−(CH−CH=CHである。
アルケニルオキシの例は、−OCHCH=CH、−OCHCH=CHCH、または−OCHCH=CHCである。
少なくとも1つの水素がハロゲンで置き換えられたアルキルの例は、−CHF、−CHF、−CF、−(CH−F、−CFCHF、−CFCHF、−CHCF、−CFCF、−(CH−F、−(CF−F、−CFCHFCF、−CHFCFCF、−(CH−F、−(CF−F、−(CH−F、−(CF−F、−CHCl、−CHCl、−CCl、−(CH−Cl、−CClCHCl、−CClCHCl、−CHCCl、−CClCCl、−(CH−Cl、−(CCl−Cl、−CClCHClCCl、−CHClCClCCl、−(CH−Cl、−(CCl−Cl、−(CH−Cl、または−(CCl−Clである。
少なくとも1つの水素がハロゲンで置き換えられたアルコキシの例は、−OCHF、−OCHF、−OCF、−O−(CH−F、−OCFCHF、−OCFCHF、−OCHCF、−O−(CH−F、−O−(CF−F、−OCFCHFCF、−OCHFCFCF、−O(CH−F、−O−(CF−F、−O−(CH−F、−O−(CF−F、−OCHCl、−OCHCl、−OCCl、−O−(CH−Cl、−OCClCHCl、−OCClCHCl、−OCHCCl、−O−(CH−Cl、−O−(CCl−Cl、−OCClCHClCCl、−OCHClCClCCl、−O(CH−Cl、−O−(CCl−Cl、−O−(CH−Cl、または−O−(CCl−Clである。
少なくとも1つの水素がハロゲンで置き換えられたアルケニルの例は、−CH=CHF、−CH=CF、−CF=CHF、−CH=CHCHF、−CH=CHCF、−(CH−CH=CF、−CHCH=CHCF、−CH=CHCFCF、−CH=CHCl、−CH=CCl、−CCl=CHCl、−CH=CHCHCl、−CH=CHCCl、−(CH−CH=CCl、−CHCH=CHCCl、または−CH=CHCClCClである。
の好ましい例は、炭素数1〜15のアルキル、炭素数2〜15のアルケニル、または炭素数2〜15のアルコキシである。Rのさらに好ましい例は、炭素数1〜10のアルキルまたは炭素数2〜10のアルケニルである。Rの最も好ましい例は、−CH、−C、−C、−C、−C11、−C13、−C15、−CH=CH、−CH=CHCH、−CHCH=CH、−CH=CHC、−CHCH=CHCH、−(CH−CH=CH、−CH=CHC、−CHCH=CHC、−(CH−CH=CHCH、または−(CH−CH=CHである。
式(1)において、環A、環A、環A、および環Aは独立して、1,4−シクロへキシレン、1,4−シクロヘキセニレン、1,4−フェニレン、テトラヒドロピラン−2,5−ジイル、1,3−ジオキサン−2,5−ジイル、2,6,7−トリオキサビシクロ[2.2.2]オクタン−1,4−ジイル、ピリミジン−2,5−ジイル、ピリジン−2,5−ジイル、ナフタレン−2,6−ジイル、デカヒドロナフタレン−2,6−ジイル、または1,2,3,4−テトラヒドロナフタレン−2,6−ジイルであり、これらの環に直接結合する少なくとも1つの水素はハロゲンで置き換えられてもよい。
環A、環A、環A、または環Aの好ましい例は、1,4−シクロへキシレン、1,4−シクロヘキセニレン、1,4−フェニレン、少なくとも1つの水素がフッ素で置き換えられた1,4−フェニレン、テトラヒドロピラン−2,5−ジイル、1,3−ジオキサン−2,5−ジイル、ナフタレン−2,6−ジイル、または少なくとも1つの水素がフッ素で置き換えられたナフタレン−2,6−ジイルである。1,4−シクロへキシレンには、シスおよびトランスの立体配置が存在する。高い上限温度の観点から、トランス配置が好ましい。少なくとも1つの水素がハロゲンで置き換えられた1,4−フェニレンの好ましい例は、環(A−1)〜(A−17)である。
Figure 0006493678
2−フルオロ−1,4−フェニレン(A−1)は、左右対称ではない。化学式において、フッ素が左末端基の側に位置する場合(左向き)と、右末端基の側に位置する場合(右向き)とが存在する。好ましい2−フルオロ−1,4−フェニレンは、誘電率異方性を大きくするために右向き(A−1)である。このことは、2,6−ジフルオロ−1,4−フェニレンなどにも当てはまる。環(A−1)〜(A−9)がより好ましい。
少なくとも1つの水素がハロゲンで置き換えられた1,4−フェニレンのさらに好ましい例は、2−フルオロ−1,4−フェニレン(A−1)、2,6−ジフルオロ−1,4−フェニレン(A−2)、2−クロロ−6−フルオロ−1,4−フェニレン(A−3)、2,3−ジフルオロ−1,4−フェニレン(A−6)、または2−クロロ−3−フルオロ−1,4−フェニレン(A−7およびA−8)である。少なくとも1つの水素がハロゲンで置き換えられた1,4−フェニレンの最も好ましい例は、2−フルオロ−1,4−フェニレン(A−1)、2,6−ジフルオロ−1,4−フェニレン(A−2)、または2,3−ジフルオロ−1,4−フェニレン(A−6)である。
1,3−ジオキサン−2,5−ジイルは、左右対称ではない。−O−が左末端基の側に位置する場合(左向き;A−18)と、右末端基の側に位置する場合(右向き;A-19)とがある。好ましい1,3−ジオキサン−2,5−ジイルは、誘電率異方性を大きくするために右向き(A−19)である。2,6,7−トリオキサビシクロ[2.2.2]オクタン−1,4−ジイル(A−20およびA−21)、ピリミジン−2,5−ジイル(A−22およびA−23)、またはピリジン−2,5−ジイル(A−24およびA−25)においても、右向き(A−21、A−23、およびA−25)が好ましい。テトラヒドロピラン−2,5−ジイル(A−26およびA−27)においては、大きな誘電率異方性の観点からは右向き(A−27)が好ましく、短軸方向の大きな誘電率の観点からは左向き(A−26)が好ましい。
Figure 0006493678
環A、環A、環A、または環Aのさらに好ましい例は、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、2,6−ジフルオロ−1,4−フェニレン、テトラヒドロピラン−2,5−ジイル、または1,3−ジオキサン−2,5−ジイルである。
式(1)において、Wは、式(1a)または式(1b)で表される基であり、
Figure 0006493678

式(1a)において、YおよびYは独立して、フッ素または塩素であり、式(1b)において、Y、Y、およびYは独立して、水素、フッ素または塩素であり、Y、Y、およびYのうち少なくとも2つはフッ素または塩素である。式(1a)において、YおよびYの好ましい例は、YおよびYの両方がフッ素である、または一方がフッ素であり他方が塩素である組み合わせである。YおよびYのさらに好ましい例は、YおよびYの両方がフッ素である。式(1b)において、Y、Y、およびYの好ましい例は、Y、Y、およびYがすべてフッ素である、Y、Yがフッ素でありYが水素である、YおよびYがフッ素でありYが水素である、YおよびYがフッ素でありYが塩素である、またはYおよびYがフッ素でありYが塩素である組み合わせである。Y、Y、およびYのさらに好ましい例は、Y、Y、およびYがすべてフッ素である、またはYおよびYがフッ素であり、Yが水素である組み合わせである。
式(1)において、Wは、式(1c)または式(1d)で表される基であり;
Figure 0006493678

、L、L、L、およびLは独立して、水素、フッ素、または塩素である。式(1c)において、LおよびLの好ましい例は、LおよびLの両方がフッ素である、一方がフッ素であり、他方が水素である、またはLおよびLの両方が水素である組み合わせである。LおよびLのさらに好ましい例は、LおよびLの両方がフッ素である、または一方がフッ素であり、他方が水素である。式(1d)において、L、L、およびLの好ましい例は、L、L、およびLがすべてフッ素である、LおよびLがフッ素でありLが水素である、LおよびLがフッ素でありLが水素である、Lがフッ素でありLおよびLが水素である、およびL、L、およびLがすべて水素である組み合わせである。L、L、およびLのさらに好ましい例は、L、L、およびLがすべてフッ素である、LおよびLがフッ素でありLが水素である、またはLがフッ素でありLおよびLが水素である組み合わせである。
式(1)において、結合基Z、Z、Z、Z、およびZは独立して、単結合、−(CH−、−CHO−、−OCH−、−COO−、−OCO−、−(CH−、−(CHCFO−、−OCHCFO−、−(CHO−、−O(CH−、または−(CHCOO−であり、aが1のときのZ、bが1のときのZ、cが1のときのZ、dが1のときのZ、およびZのうち少なくとも1つは、−(CH−、−CHO−、−OCH−、−COO−、−OCO−、−(CH−、−(CHCFO−、−OCHCFO−、−(CHO−、−O(CH−、または−(CHCOO−である。Z、Z、Z、Z、またはZの好ましい例は、単結合、−(CH−、−CHO−、−OCH−、−COO−、−(CHCFO−、または−OCHCFO−である。Z、Z、Z、Z、およびZのさらに好ましい例は、単結合、−(CH−、−(CHCFO−、または−OCHCFO−である。
式(1)において、末端基Xは、フッ素、−C≡N、−N=C=S、または少なくとも1つの水素がフッ素で置き換えられた炭素数1〜10のアルキル、少なくとも1つの水素がフッ素で置き換えられた炭素数2〜10のアルケニル、少なくとも1つの水素がフッ素で置き換えられた炭素数1〜9のアルコキシ、または少なくとも1つの水素がフッ素で置き換えられた炭素数2〜9のアルケニルオキシである。Zが−COO−であり、環Wが式(1a)で表される基であり、環Wが式(1c)で表される基であるときは、Xはフッ素、または少なくとも1つの水素がフッ素で置き換えられた炭素数1〜10のアルキル、少なくとも1つの水素がフッ素で置き換えられた炭素数2〜10のアルケニル、少なくとも1つの水素がフッ素で置き換えられた炭素数1〜9のアルコキシ、または少なくとも1つの水素がフッ素で置き換えられた炭素数2〜9のアルケニルオキシである。
少なくとも1つの水素がフッ素で置き換えられたアルキルの例は、−CHF、−CHF、−CF、−(CH−F、−CFCHF、−CFCHF、−CHCF、−CFCF、−(CH−F、−(CF−CF、−CFCHFCF、−CHFCFCF、−(CH−F、−(CF−CF、−(CH−F、または−(CF−CFである。
少なくとも1つの水素がフッ素で置き換えられたアルコキシの例は、−OCHF、−OCHF、−OCF、−O−(CH−F、−OCFCHF、−OCFCHF、−OCHCF、−O−(CH−F、−O−(CF−CF、−OCFCHFCF、−OCHFCFCF、−O−(CH−F、−O−(CF−CF、−O−(CH−F、または−O−(CF−CFである。
少なくとも1つの水素がフッ素で置き換えられたアルケニルの例は、−CH=CHF、−CH=CF、−CF=CHF、−CF=CF、−CH=CHCHF、−CH=CHCF、−CF=CHCF、−CF=CFCF、−(CH−CH=CF、−(CH−CF=CF、−(CH−CH=CHCF、−(CH−CF=CHCF、または−(CH−CF=CFCFである。
の好ましい例は、フッ素、−C≡N、−N=C=S、−CHF、−CHF、−CF、−(CH−F、−CHCF、−CFCF、−(CH−F、−(CH−CF、−(CF−F、−(CH−F、−(CH−CF、−(CF−F、−(CF−F、−(CF−F、−(CF−F、−OCHF、−OCHF、−OCF、−O−(CH−F、−OCHCF、−OCFCF、−O−(CH−F、−O−(CH−CF、−O−(CF−F、−O(CH−F、−O−(CH−CF、−O−(CF−F、−O−(CF−F、−O−(CF−F、−CH=CHF、−CH=CF、−CF=CHF、−CF=CF、−CH=CHCHF、−CH=CHCF、−CF=CHCF、−CF=CFCF、−(CH−CH=CF、−(CH−CF=CF、−(CH−CH=CHCF、−(CH−CF=CHCF、または−(CH−CF=CFCFである。
のさらに好ましい例は、フッ素、−C≡N、−CHF、−CF、−OCHF、−OCF、−CH=CHCF、−CF=CHCF、または−CF=CFCFである。Xの最も好ましい例は、フッ素、−CF、または−OCFである。
式(1)において、a、b、c、およびdは独立して、0または1であり、a、b、c、およびdの和は、0、1、2、または3である。好ましいa、b、c、およびdの組み合せは、(a=b=c=d=0)、(a=1、b=c=d=0)、(c=1、a=b=d=0)、(a=b=1、c=d=0)、(a=c=1、b=d=0)、または(c=d=1、a=b=0)である。さらに好ましいa、b、c、およびdの組み合せは、(a=1、b=c=d=0)、(a=b=1、c=d=0)、または(a=c=1、b=d=0)である。
1−2.化合物(1)の物性
化合物(1)において、R、環A〜環A、W、W、L〜L、Y〜Y、Z〜Z、Xの種類、a、b、c、およびdの組合せを適切に選択することによって、透明点、光学的異方性、誘電率異方性などの物性を任意に調整することが可能である。化合物の物性に大きな差異がないので、化合物(1)は、H(重水素)、13Cなどの同位体を天然存在比の量より多く含んでもよい。Rなどの種類が化合物(1)の物性に及ぼす主要な効果を以下に説明する。
左末端基Rが直鎖であるときは、液晶相の温度範囲が広く、そして粘度が小さい。Rが分岐鎖であるときは、他の液晶性化合物との相溶性がよい。Rが光学活性である化合物は、キラルドーパントとして有用である。この化合物を組成物に添加することによって、液晶表示素子に発生するリバース・ツイスト・ドメイン(reverse twisted domain)を防止することができる。Rが光学活性でない化合物は、組成物の成分として有用である。R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、小さい粘度、高い上限温度または液晶相の広い温度範囲を有する。Rがアルコキシであるときは、高い上限温度を有する。
環A〜環Aのすべてが1,4−シクロヘキシレンであるときは、透明点が高く、粘度が小さい。環A〜環Aの少なくとも1つが、1,4−フェニレンまたは少なくとも1つの水素がハロゲンで置き換えられた1,4−フェニレンであるときは、光学的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)が比較的大きい。環A〜環Aのすべてが、1,4−フェニレン、少なくとも1つの水素がハロゲンで置き換えられた1,4−フェニレン、ピリミジン−2,5−ジイル、ピリジン−2,5−ジイル、またはこれらの組み合わせであるときは、光学的異方性が特に大きい。環A〜環Aの少なくとも1つが、2−フルオロ−1,4−フェニレン、2−クロロ−1,4−フェニレン、2,6−ジフルオロ−1,4−フェニレン、2,6−ジクロロ−1,4−フェニレン、2−クロロ−6−フルオロ−1,4−フェニレン、テトラヒドロピラン−2,5−ジイル、1,3−ジオキサン−2,5−ジイル、2,6,7−トリオキサビシクロ[2.2.2]オクタン−1,4−ジイル、ピリミジン−2,5−ジイル、またはピリジン−2,5−ジイルであるときは、誘電率異方性が大きい。環A〜環Aの少なくとも1つが、2,3−ジフルオロ−1,4−フェニレン、2,3−ジクロロ−1,4−フェニレン、2−クロロ−3−フルオロ−1,4−フェニレン、テトラヒドロピラン−2,5−ジイル、または1,3−ジオキサン−2,5−ジイルであるときは、短軸方向の誘電率が大きい。
が式(1a)で表される基でありYおよびYが共にフッ素であるときは、透明点が高く、化学的安定性が高い。Wが式(1b)で表される基であるときは、光学的異方性が大きい。Wが式(1b)で表される基でありY、Y、およびYがすべてフッ素であるときは、短軸方向の誘電率が特に大きい。
が式(1c)で表される基でありLおよびLが共に水素であるときは、透明点が高い。Wが式(1c)で表される基でありLおよびLの一方がフッ素であるときは、誘電率異方性が比較的大きく、短軸方向の誘電率が大きく、他の液晶性化合物との相溶性が良好である。Wが式(1c)で表される基でありLおよびLの両方がフッ素であるときは、誘電率異方性が特に大きい。Wが式(1d)で表される基であるときは、光学的異方性が大きい。Wが式(1d)で表される基でありL、L、およびLがすべてフッ素であるときは、誘電率異方性が極めて大きい。
結合基Z〜Zが、単結合または−CHCH−であるときは、粘度が小さい。Z〜Zが、−(CH−、−(CHCFO−、−OCHCFO−、−(CHO−、−O(CH−、または−(CHCOO−であるときは、弾性定数(K)が大きい。Z〜Zが、−COO−または−OCO−であるときは、透明点が高い。Z〜Zが、−COO−、−(CHCFO−、−OCHCFO−、または−(CHCOO−であるときは、誘電率異方性が大きい。Z〜Zが、−OCH−、−OCHCFO−、または−O(CH−であるときは、短軸方向の誘電率が大きい。Z〜Zが、単結合、−(CH−、または−(CH−であるときは、化学的安定性が高い。
が、フッ素、−C≡N、−N=C=S、−CF、−CF=CHF、−CH=CHCF、−CF=CHCF、または−CF=CFCFであるときは、誘電率異方性が特に大きい。Xが、−C≡N、−N=C=S、−CH=CHF、−CH=CF、−CF=CHF、−CF=CF、−CH=CHCHF、−CH=CHCF、−CF=CHCF、または−CF=CFCFであるときは、透明点が高く光学的異方性が大きい。Xがフッ素、−OCHF、−OCHF、または−OCFであるときは、他の液晶性化合物との相溶性が良好である。Xがフッ素、−CF、−CFCF、−(CF−F、−(CF−F、−(CF−F、−(CF−F、−(CF−F、−OCF、−OCFCF、−O−(CF−F、−O−(CF−F、−O−(CF−F、または−O−(CF−Fであるときは化学的安定性が高い。
a、b、c、およびdの組合せが(a=b=c=d=0)であるときは、他の液晶性化合物との相溶性が良好であり、粘度が小さい。(a=1、b=c=d=0)であるとき、または(c=1、a=b=d=0)であるときは、他の液晶性化合物との相溶性が良好であり、誘電率異方性が大きく、短軸方向の誘電率が特に大きい。(a=b=1、c=d=0)であるときは透明点が高く、誘電率異方性が大きく、短軸方向の誘電率が大きい。(a=c=1、b=d=0)であるときは、誘電率異方性が大きく、他の液晶性化合物との相溶性が良好である。(a=b=c=1、d=0)であるとき、または(a=1、b=c=d=0)であるときは、透明点が特に高く、誘電率異方性が大きい。
以上のように、環構造、末端基、結合基などの種類を適切に選択することによって目的の物性を有する化合物を得ることができる。したがって、化合物(1)は、PC、TN、STN、ECB、OCB、IPS、FFS、VAのようなモードの液晶表示素子に用いられる液晶組成物の成分として有用である。
1−3.好ましい化合物
化合物(1)の好ましい例としては、式(1−1)〜(1−8)で表される化合物を挙げることができる。
Figure 0006493678

式(1−1)〜(1−8)において、
は、炭素数1〜10のアルキル、炭素数2〜10のアルケニル、または炭素数1〜9のアルコキシであり;
環A、環A、環A、および環Aは独立して、1,4−シクロへキシレン、1,4−シクロヘキセニレン、1,4−フェニレン、少なくとも1つの水素がフッ素で置き換えられた1,4−フェニレン、テトラヒドロピラン−2,5−ジイル、または1,3−ジオキサン−2,5−ジイル、ナフタレン−2,6−ジイル、または少なくとも1つの水素がフッ素で置き換えられたナフタレン−2,6−ジイルであり;
は、式(1a)または式(1b)で表される基であり;
Figure 0006493678

式(1a)において、
およびYはフッ素であり、
式(1b)において、
、Y、およびYは独立して、水素またはフッ素であり、Y、Y、およびYのうち少なくとも2つはフッ素であり;
式(1−1)〜(1−8)において、

は、式(1c)または式(1d)で表される基であり;
Figure 0006493678

式(1c)および(1d)において、
、L、L、L、およびLは独立して、水素またはフッ素であり;
式(1−1)〜(1−8)において、
、Z、Z、Z、およびZは独立して、単結合、−(CH−、−CHO−、−OCH−、−(CH−、−(CHCFO−、または−OCHCFO−であり、Z、Z、Z、ZおよびZのうち少なくとも1つは−(CH−、−CHO−、−OCH−、−(CH−、−(CHCFO−、または−OCHCFO−であり;
は、フッ素、−CF、−CHF、−OCF、または−OCHFである。
化合物(1)のより好ましい例は、式(1−9)〜(1−22)で表される化合物である。
Figure 0006493678

式(1−9)〜(1−22)において、
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;
環A、環A、および環Aは独立して、1,4−シクロへキシレン、1,4−シクロヘキセニレン、1,4−フェニレン、少なくとも1つの水素がフッ素で置き換えられた1,4−フェニレン、テトラヒドロピラン−2,5−ジイル、1,3−ジオキサン−2,5−ジイル、ナフタレン−2,6−ジイル、または少なくとも1つの水素がフッ素で置き換えられたナフタレン−2,6−ジイルであり;
は、−(CH−、−CHO−、−OCH−、−(CH−、−(CHCFO−、または−OCHCFO−であり、
は、フッ素、−CF、または−OCFであり;
、L、L、L、L、Y、およびYは独立して、水素またはフッ素である。
化合物(1)のさらに好ましい例は、式(1−23)〜(1−36)で表される化合物である。
Figure 0006493678

式(1−23)〜(1−36)において、R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;Zは、−(CH−、−OCH−、−(CHCFO−、または−OCHCFO−であり;Xは、フッ素、−CF、または−OCFであり;L、L、L、L、L、L、L、L、Y、およびYは独立して、水素またはフッ素である。
化合物(1)の最も好ましい例は、式(1−37)〜(1−48)で表される化合物である。
Figure 0006493678

式(1−37)〜(1−48)において、R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;Xは、フッ素、−CF、または−OCFであり;L1は、水素またはフッ素である。
1−4.化合物(1)の合成
化合物(1)の合成法について説明する。化合物(1)は有機合成化学の方法を適切に組み合わせることにより合成できる。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。
1−4−1.結合基の生成
化合物(1)における結合基を生成する方法の例は、下記のスキームのとおりである。このスキームにおいて、MSG(またはMSG)は、少なくとも1つの環を有する一価の有機基である。複数のMSG(またはMSG)が表す一価の有機基は、同一であってもよいし、または異なってもよい。化合物(1A)〜(1G)は、化合物(1)または化合物(1)の中間体に相当する。
Figure 0006493678
Figure 0006493678
Figure 0006493678
Figure 0006493678
Figure 0006493678
Figure 0006493678
Figure 0006493678
Figure 0006493678
Figure 0006493678
(I)単結合の生成
アリールホウ酸(21)と化合物(22)を、炭酸塩、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム触媒の存在下で反応させ、化合物(1A)を合成する。この化合物(1A)は、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)パラジウム触媒の存在下で化合物(22)を反応させても合成される。
(II)−CHCH−の生成
化合物(22)をn−ブチルリチウム、次いでDMF(N,N−ジメチルホルムアミド)と反応させてアルデヒド(24)を得る。ホスホニウム塩(25)とカリウムtert−ブトキシドを反応させて発生させたリンイリドを、アルデヒド(24)と反応させて化合物(26)を合成する。化合物(26)をパラジウム炭素触媒の存在下で水素化し、化合物(1B)を合成する。
(III)−OCH−と−CHO−の生成
化合物(24)を水素化ホウ素ナトリウムで還元して化合物(27)を得る。これを臭化水素酸で臭素化して化合物(28)を得る。炭酸カリウムの存在下、化合物(28)と化合物(29)を反応させて、化合物(1C)を合成する。この方法によって−CHO−を有する化合物も合成する。
(IV)−COO−と−OCO−の生成
化合物(23)にn−ブチルリチウムを、次いで二酸化炭素を反応させ、カルボン酸(30)を得る。このカルボン酸(30)とフェノール(31)とをDCC(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(1D)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。
(V)−(CH−の生成
ホスホニウム塩(32)を用い、項(II)の方法に従って、化合物(1E)を合成する。
(VI)−(CHCOO−の生成
アルデヒド(34)に対して、ジエチルホスホノ酢酸エチルおよびカリウムtert−ブトキシドを作用させて化合物(35)を得る。化合物(35)をパラジウム炭素触媒の存在下で水素化し、化合物(36)を得たのち、加水分解する事によってカルボン酸(37)を得る。カルボン酸(37)とフェノール(31)とをDCCとDMAPの存在下で脱水させて化合物(1F)を合成する。
(VII)−(CHCFO−の生成
化合物(1F)をローソン試薬で硫黄化し、化合物(38)を得る。化合物(38)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、−(CHCFO−を有する化合物(1G)を合成する。化合物(1G)は、化合物(39)に対してジフルオロメチル化、臭素化、エーテル化、水素化を順次行うことによっても合成される。
(VIII)−OCHCFO−、の生成
フェノール(31)とブロモジフルオロ酢酸エチルとをNaHの存在下でエーテル化することによって化合物(43)を得る。次に水素化アルミニウムリチウムで還元し、アルコール(44)を得る。塩化パラトルエンスルホニルとDABCO(1,4−ジアザビシクロ[2.2.2]オクタン)を用いトシル化し化合物(45)を得た後に、炭酸カリウムの存在下、化合物(29)と化合物(45)を反応させて、化合物(1H)を合成する。
(IX)−O(CH−と−(CHO−の生成
アルデヒド(46)を用い、項(III)の方法に従って、化合物(1I)を合成する。この方法によって−(CHO−を有する化合物も合成する。
1−4−2.環Aおよび環Aの生成
1,4−シクロヘキシレン、1,4−シクロヘキセニレン、1,4−フェニレン、2−フルオロ−1,4−フェニレン、2,6−ジフルオロ−1,4−フェニレン、テトラヒドロピラン−2,5−ジイル、1,3−ジオキサン−2,5−ジイル、2,6,7−トリオキサビシクロ[2.2.2]オクタン−1,4−ジイル、ピリミジン−2,5−ジイル、ピリジン−2,5−ジイルなどの環に関しては出発物が市販されているか、または合成法がよく知られている。
1−4−3.合成例
化合物(1)を合成する方法の例は、次のとおりである。これらの化合物において、R、環A〜環A、Z〜Z、L、L、Y、Y、a、b、c、およびdの定義は、前記の項1と同一である。
化合物(1)において、Zが−CHCH−である化合物(1−51)は次の方法によって合成できる。公知の方法によって合成される化合物(52)と、カリウムtert−ブトキシドを反応させて発生させたリンイリドを、公知の方法によって合成される化合物(51)と反応させて化合物(53)を合成する。化合物(53)をパラジウム炭素触媒の存在下で水素化することによって化合物(1−51)へと導くことができる。
Figure 0006493678
化合物(1)において、Zが−OCH−である化合物(1−52)は次の方法によって合成できる。公知の方法によって合成される化合物(54)と、公知の方法によって合成される化合物(55)とを、炭酸カリウムの存在下で反応させることによって化合物(1−52)へと導くことができる。
Figure 0006493678
化合物(1)において、Zが−(CHCFO−である化合物(1−53)は次の方法によって合成できる。公知の方法によって合成される化合物(56)にトリスジエチルアミノホスフィンおよびジブロモジフルオロメタンを作用させ、化合物(57)を得る。次に化合物(57)に臭素を作用させて化合物(58)を得たのち、炭酸カリウムの存在下で公知の方法によって合成される化合物(59)と反応させることによって化合物(60)を得る。化合物(60)をパラジウム炭素触媒の存在下で水素化することによって化合物(1−53)へと導くことができる。
Figure 0006493678
化合物(1)において、Zが−OCHCFO−である化合物(1−54)は次の方法によって合成できる。公知の方法によって合成される化合物(61)に水素化ナトリウムおよびブロモジフルオロ酢酸エチルを作用させて化合物(62)を得る。次に水素化アルミニウムリチウムを作用させて化合物(63)を得たのち、塩化パラトルエンスルホニルおよびDABCOを作用させて化合物(64)を得る。公知の方法によって合成される化合物(65)と化合物(64)とを炭酸カリウムの存在下で反応させることによって化合物(1−54)へと導くことができる。
Figure 0006493678
2.組成物
本発明の液晶組成物について説明をする。この組成物は、少なくとも1つの化合物(1)を成分Aとして含む。組成物は、2つ以上の化合物(1)を含んでいてもよい。液晶性化合物の成分が化合物(1)のみであってもよい。組成物は、化合物(1)の少なくとも1つを1〜99重量%の範囲で含有することが、優良な物性を発現させるために好ましい。誘電率異方性が正である組成物において、化合物(1)の好ましい含有量は5〜60重量%の範囲である。誘電率異方性が負である組成物において、化合物(1)の好ましい含有量は30重量%以下である。組成物(1)は、化合物(1)と、本明細書中に記載しなかった種々の液晶性化合物とを含んでもよい。
好ましい組成物は、以下に示す成分B、C、D、およびEから選択された化合物を含有する。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。TFT、IPS、FFSなどのモード用に誘電率異方性が正の組成物を調製するとき、主要な成分は、成分A、BおよびEである。STN、TNなどのモード用に誘電率異方性が正の組成物を調製するとき、主要な成分は、成分A、CおよびEである。VA、PSAなどのモード用に誘電率異方性が負の組成物を調製するとき、主要な成分は、成分DおよびEであり、成分Aは素子の電圧−透過率曲線を調整する目的で添加される。成分を適切に選択した組成物は、高い上限温度、低い下限温度、小さな粘度、適切な光学的異方性、大きな誘電率異方性、および適切な弾性定数を有する。
成分Bは、化合物(2)〜(4)である。成分Cは化合物(5)である。成分Dは、化合物(6)〜(12)である。成分Eは、化合物(13)〜(15)である。これらの成分について、順に説明する。
成分Bは、右末端にハロゲンまたはフッ素含有基を有する化合物である。成分Bの好ましい例として、化合物(2−1)〜(2−16)、化合物(3−1)〜(3−113)、化合物(4−1)〜(4−57)を挙げることができる。これらの化合物において、R11およびX11の定義は、前記の項9と同一である。
Figure 0006493678
Figure 0006493678
Figure 0006493678
Figure 0006493678
Figure 0006493678
Figure 0006493678
成分Bは、誘電率異方性が正であり、熱、光などに対する安定性が非常に優れているので、TFT、IPS、FFSなどのモード用の組成物を調製する場合に用いられる。成分Bの含有量は、組成物の重量に基づいて1〜99重量%の範囲が適するが、好ましくは10〜97重量%の範囲、より好ましくは40〜95重量%の範囲である。この組成物は、化合物(13)〜(15)(成分E)をさらに添加することにより粘度を調整することができる。
成分Cは、右末端基が−C≡Nまたは−C≡C−C≡Nである化合物(5)である。成分Cの好ましい例として、化合物(5−1)〜(5−64)を挙げることができる。これらの化合物(成分C)において、R12およびX12の定義は、前記の項10と同一である。
Figure 0006493678
Figure 0006493678
成分Cは、誘電率異方性が正であり、その値が大きいのでSTNモード用、TNモード用またはPSAモード用の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を添加することにより、組成物の誘電率異方性を大きくすることができる。成分Cは、液晶相の温度範囲を広げる、粘度を調整する、または光学的異方性を調整する、という効果がある。成分Cは、素子の電圧−透過率曲線の調整にも有用である。
STNモード用またはTNモード用の組成物を調製する場合には、成分Cの含有量は、組成物の重量に基づいて1〜99重量%の範囲が適しているが、好ましくは10〜97重量%の範囲、より好ましくは40〜95重量%の範囲である。この組成物は、成分Eを添加することにより液晶相の温度範囲、粘度、光学的異方性、誘電率異方性などを調整できる。
成分Dは、化合物(6)〜(12)である。これらの化合物は、2,3−ジフルオロ−1,4−フェニレンのように、ラテラル位が2つのハロゲンで置換されたベンゼン環を有する。成分Dの好ましい例として、化合物(6−1)〜(6−8)、化合物(7−1)〜(7−17)、化合物(8−1)、化合物(9−1)〜(9−3)、化合物(10−1)〜(10−11)、化合物(11−1)〜(11−3)および化合物(12−1)〜(12−3)を挙げることができる。これらの化合物(成分D)において、R13、R14およびR15の定義は、前記の項11と同一である。
Figure 0006493678
Figure 0006493678
成分Dは、誘電率異方性が負の化合物である。成分Dは、主としてVAモード用またはPSAモード用の組成物を調製する場合に用いられる。成分Dのうち、化合物(6)は2環化合物であるので、主として、粘度の調整、光学的異方性の調整、または誘電率異方性の調整の効果がある。化合物(7)および(8)は3環化合物であるので、上限温度を高くする、光学的異方性を大きくする、または誘電率異方性を大きくするという効果がある。化合物(9)〜(12)は、誘電率異方性を大きくするという効果がある。
VAモード用またはPSAモード用の組成物を調製する場合には、成分Dの含有量は、組成物の重量に基づいて、好ましくは40重量%以上であり、より好ましくは50〜95重量%の範囲である。成分Dを誘電率異方性が正である組成物に添加する場合は、成分Dの含有量が組成物の重量に基づいて30重量%以下が好ましい。成分Dを添加することにより、組成物の素子の電圧−透過率曲線を調整することが可能となる。
成分Eは、2つの末端基がアルキルなどである化合物である。成分Eの好ましい例として、化合物(13−1)〜(13−11)、化合物(14−1)〜(14−19)、および化合物(15−1)〜(15−7)を挙げることができる。これらの化合物(成分E)において、R16およびR17の定義は、前記の項12と同一である。
Figure 0006493678
成分Eは、誘電率異方性の絶対値が小さいので、中性に近い化合物である。化合物(13)は、主として粘度の調整または光学的異方性の調整の効果がある。化合物(14)および(15)は、上限温度を高くすることによってネマチック相の温度範囲を広げる効果、または光学的異方性の調整の効果がある。
成分Eの含有量を増加させると組成物の誘電率異方性が小さくなるが、粘度が小さくなる。そこで、素子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好ましい。したがって、組成物を調製する場合には、成分Eの含有量は、組成物の重量に基づいて、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。
組成物(1)の調製は、必要な成分を高い温度で溶解させるなどの方法により行われる。用途に応じて、この組成物に添加物を添加してよい。添加物の例は、光学活性化合物、重合可能な化合物、重合開始剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、光安定剤、熱安定剤、消泡剤、色素などである。このような添加物は当業者によく知られており、文献に記載されている。
組成物(1)は、少なくとも1つの光学活性化合物をさらに含有してもよい。光学活性化合物は、液晶分子にらせん構造を誘起して必要なねじれ角を与えることによって逆ねじれを防ぐという効果を有する。光学活性化合物の好ましい例として、下記の化合物(Op−1)〜(Op−18)を挙げることができる。
Figure 0006493678

化合物(Op−18)において、環Fは1,4−シクロへキシレンまたは1,4−フェニレンであり、R21は炭素数1〜10のアルキルである。
組成物(1)は、このような光学活性化合物を添加して、らせんピッチを調整する。らせんピッチは、TFTモード用およびTNモード用の組成物であれば40〜200μmの範囲に調整するのが好ましい。STNモード用の組成物であれば6〜20μmの範囲に調整するのが好ましい。BTNモード用の組成物の場合は、1.5〜4μmの範囲に調整するのが好ましい。らせん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。
組成物は、重合可能な化合物を添加することによってPSAモード用に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、ビニル化合物、ビニルオキシ化合物、プロペニルエーテル、エポキシ化合物(オキシラン、オキセタン)、ビニルケトンなどである。重合可能な化合物は、紫外線照射などにより重合する。光重合開始剤などの開始剤を添加してもよい。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。重合可能な化合物の好ましい例として、化合物(M−1)〜(M−12)を挙げることができる。
Figure 0006493678
化合物(M−1)〜(M−12)において、R25、R26およびR27は独立して、水素またはメチルであり;u、xおよびyは独立して、0または1であり;vおよびwは独立して、1〜10の整数であり;L21、L22、L23、L24、L25、およびL26は独立して、水素またはフッ素である。
酸化防止剤は、大きな電圧保持率を維持するために有効である。酸化防止剤の好ましい例として、下記の化合物(AO−1)および(AO−2)、IRGANOX 415、IRGANOX 565、IRGANOX 1010、IRGANOX 1035、IRGANOX 3114、およびIRGANOX 1098(商品名:BASF社)を挙げることができる。紫外線吸収剤は、上限温度の低下を防ぐために有効である。紫外線吸収剤の好ましい例は、ベンゾフェノン誘導体、ベンゾエート誘導体、トリアゾール誘導体などである。具体例として下記の化合物(AO−3)および(AO−4)、TINUVIN 329、TINUVIN P、TINUVIN 326、TINUVIN 234、TINUVIN 213、TINUVIN 400、TINUVIN 328、TINUVIN 99−2(商品名:BASF社)、および1,4−ジアザビシクロ[2.2.2]オクタン(DABCO)を挙げることができる。立体障害のあるアミンのような光安定剤は、大きな電圧保持率を維持するために好ましい。光安定剤の好ましい例として、下記の化合物(AO−5)および(AO−6)、TINUVIN 144、TINUVIN 765、およびTINUVIN 770DF(商品名:BASF社)を挙げることができる。熱安定剤も大きな電圧保持率を維持するために有効であり、好ましい例としてIRGAFOS 168(商品名:BASF社)を挙げることができる。消泡剤は、泡立ちを防ぐために有効である。消泡剤の好ましい例は、ジメチルシリコーンオイル、メチルフェニルシリコーンオイルなどである。
Figure 0006493678
化合物(AO−1)において、R30は炭素数1〜20のアルキル、炭素数1〜20のアルコキシ、−COOR31または−CHCHCOOR31であり、R31は炭素数1〜20のアルキルである。化合物(AO−2)において、R32は炭素数1〜20のアルキルである。化合物(AO−5)において、R32は炭素数1〜20のアルキルであり;R33は水素、メチルまたはO(酸素ラジカル)であり;環Gは1,4−シクロへキシレンまたは1,4−フェニレンであり;zは、1、2、または3である。
組成物(1)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(guest host)モード用に使用することもできる。
3.液晶表示素子
組成物(1)は、PCモード、TNモード、STNモード、OCBモード、PSAモードなどの動作モードを有し、アクティブマトリックス(AM方式)で駆動する液晶表示素子に使用できる。組成物(1)は、PCモード、TNモード、STNモード、OCBモード、VAモード、IPSモードなど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。これらのAM方式およびPM方式の素子は、反射型、透過型、半透過型のいずれのタイプにも適用ができる。
組成物(1)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(nematic curvilinear aligned phase)素子、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ー分散型液晶表示素子(PDLCD)、ポリマーネットワーク液晶表示素子(PNLCD)にも使用できる。
実施例により本発明をさらに詳しく説明する。本発明はこれら実施例によっては制限されない。
1−1.化合物(1)の実施例
化合物(1)は、下記の手順により合成した。合成した化合物は、NMR分析などの方法により同定した。化合物の物性は、下記に記載した方法により測定した。
NMR分析
測定には、ブルカーバイオスピン社製のDRX−500を用いた。H−NMRの測定では、試料をCDClなどの重水素化溶媒に溶解させ、室温で、500MHz、積算回数16回の条件で測定した。テトラメチルシランを内部標準として用いた。19F−NMRの測定では、CFClを内部標準として用い、積算回数24回で行った。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。
測定試料
相構造および転移温度を測定するときには、液晶性化合物そのものを試料として用いた。ネマチック相の上限温度、粘度、光学的異方性、誘電率異方性などの物性を測定するときには、化合物を母液晶に混合して調製した組成物を試料として用いた。
化合物を母液晶と混合した試料を用いる場合には、次のように測定した。化合物15重量%と母液晶85重量%とを混合して試料を調製した。この試料の測定値から、次の式で表される外挿法にしたがって、外挿値を計算し、この値を記載した。〈外挿値〉=(100×〈試料の測定値〉−〈母液晶の重量%〉×〈母液晶の測定値〉)/〈化合物の重量%〉
化合物と母液晶との割合がこの割合であっても、結晶(または、スメクチック相)が25℃で析出する場合には、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、結晶(または、スメクチック相)が25℃で析出しなくなった割合で試料の物性を測定した。なお、特に断りのない限り、化合物と母液晶との割合は、15重量%:85重量%である。
母液晶としては、下記の母液晶(i)を用いた。母液晶(i)の成分の割合を重量%で示す。
Figure 0006493678
測定方法
物性の測定は下記の方法で行った。これらの多くは、社団法人電子情報技術産業協会(Japan Electronics and Information Technology Industries Association;以下、JEITAと略す)で審議制定されるJEITA規格(JEITA・ED−2521B)に記載された方法、またはこれを修飾した方法であった。測定に用いたTN素子には、TFTを取り付けなかった。
(1)相構造
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)転移温度(℃)
測定には、パーキンエルマー社製の示差走査熱量計Diamond DSCシステム、またはエスエスアイ・ナノテクノロジー社製の高感度示差走査熱量計X−DSC7000を用いた。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、転移温度を決定した。化合物が固体からスメクチック相、ネマチック相などの液晶相に転移する温度を「液晶相の下限温度」と略すことがある。化合物が液晶相から等方性液体に転移する温度を「透明点」と略すことがある。
結晶はCと表した。結晶の種類の区別がつく場合は、それぞれCまたはCと表した。スメクチック相はS、ネマチック相はNと表した。スメクチック相の中で、スメクチックA相、スメクチックB相、スメクチックC相、またはスメクチックF相の区別がつく場合は、それぞれS、S、S、またはSと表した。液体(アイソトロピック)はIと表した。転移温度は、例えば、「C 50.0 N 100.0 I」のように表記した。これは、結晶からネマチック相への転移温度が50.0℃であり、ネマチック相から液体への転移温度が100.0℃であることを示す。
(3)低温相溶性
化合物の割合が、20重量%、15重量%、10重量%、5重量%、3重量%、および1重量%となるように母液晶と化合物とを混合した試料を調製し、試料をガラス瓶に入れた。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、結晶またはスメクチック相が析出しているかどうか観察をした。
(4)ネマチック相の上限温度(TNIまたは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。ネマチック相の上限温度を「上限温度」と略すことがある。試料が化合物と母液晶との混合物であるときは、TNIの記号で示した。試料が化合物と成分Bなどとの混合物であるときは、NIの記号で示した。
(5)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、Tを≦−20℃と記載した。ネマチック相の下限温度を「下限温度」と略すことがある。
(6)粘度(バルク粘度;η;20℃で測定;mPa・s)
測定には東京計器株式会社製のE型回転粘度計を用いた。
(7)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。ツイスト角が0°であり、そして2枚のガラス基板の間隔(セルギャップ)が5μmであるTN素子に試料を入れた。この素子に16Vから19.5Vの範囲で0.5V毎に段階的に印加した。0.2秒の無印加のあと、ただ1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。この計算に必要な誘電率異方性の値は、この回転粘度を測定した素子を用い、下に記載した方法で求めた。
(8)光学的異方性(屈折率異方性;25℃で測定;Δn)
測定は、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。光学的異方性(Δn)の値は、Δn=n‖−n⊥、の式から計算した。
(9)短軸方向の誘電率(ε⊥)および誘電率異方性(Δε;25℃で測定)
2枚のガラス基板の間隔(セルギャップ)が9μmであり、そしてツイスト角が80度であるTN素子に試料を入れた。この素子にサイン波(10V、1kHz)を印加し、2秒後に液晶分子の長軸方向における誘電率(ε‖)を測定した。この素子にサイン波(0.5V、1kHz)を印加し、2秒後に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。
(10)弾性定数(K;25℃で測定;pN)
測定には横河・ヒューレットパッカード株式会社製のHP4284A型LCRメータを用いた。2枚のガラス基板の間隔(セルギャップ)が20μmである水平配向素子に試料を入れた。この素子に0ボルトから20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(2.99)からK11およびK33の値を得た。次に171頁にある式(3.18)に、先ほど求めたK11およびK33の値を用いてK22を算出した。弾性定数Kは、このようにして求めたK11、K22、およびK33の平均値で表した。
(11)しきい値電圧(Vth;25℃で測定;V)
測定には大塚電子株式会社製のLCD5100型輝度計を用いた。光源はハロゲンランプである。2枚のガラス基板の間隔(セルギャップ)が約0.45/Δn(μm)であり、ツイスト角が80度であるノーマリーホワイトモード(normally white mode)のTN素子に試料を入れた。この素子に印加する電圧(32Hz、矩形波)は0Vから10Vまで0.02Vずつ段階的に増加させた。この際に、素子に垂直方向から光を照射し、素子を透過した光量を測定した。この光量が最大になったときが透過率100%であり、この光量が最小であったときが透過率0%である電圧−透過率曲線を作成した。しきい値電圧は透過率が90%になったときの電圧で表した。
(12)電圧保持率(VHR−1;25℃で測定;%)
測定に用いたTN素子はポリイミド配向膜を有し、そして2枚のガラス基板の間隔(セルギャップ)は5μmである。この素子は試料を入れたあと紫外線で硬化する接着剤で密閉した。この素子に25℃でパルス電圧(5Vで60マイクロ秒)を印加して充電した。減衰する電圧を高速電圧計で16.7ミリ秒のあいだ測定し、単位周期における電圧曲線と横軸との間の面積Aを求めた。面積Bは減衰しなかったときの面積である。電圧保持率は面積Bに対する面積Aの百分率で表した。
(13)電圧保持率(VHR−2;80℃で測定;%)
電圧保持率(VHR−2)は、80℃で測定した以外はVHR−1と同様の方法で求めた。
原料
ソルミックスA−11(商品名)は、エタノール(85.5%)、メタノール(13.4%)とイソプロパノール(1.1%)の混合物であり、日本アルコール販売(株)から入手した。
[実施例1]
化合物(No.1−2−2)の合成
Figure 0006493678
第1工程
窒素雰囲気下、化合物(T−1)(3.29g)およびTHF(65.0ml)を反応器に入れ、−70℃に冷却した。そこへsec−ブチルリチウム(1.03M;シクロヘキサン、n−ヘキサン溶液;16.5ml)をゆっくりと加え1時間撹拌した。次にDMF(2.19ml)をゆっくりと加え室温に戻しつつ8時間撹拌した。反応混合物を飽和塩化アンモニウム水溶液に注ぎ込み、水層をトルエンで抽出した。一緒にした有機層を食塩水で洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥した。この溶液を減圧下で濃縮し、残渣をシリカゲルクロマトグラフィー(容積比、ヘプタン:トルエン=1:1)で精製して、化合物(T−2)(3.00g;81%)を得た。
第2工程
窒素雰囲気下、化合物(T−3)(7.02g)およびTHF(25.0ml)を反応器に入れ、−30℃に冷却した。そこへカリウムt−ブトキシド(1.55g)をゆっくりと加え、30分間撹拌した。次に化合物(T−1)(3.00g)のTHF(20.0ml)溶液をゆっくりと加え、室温に戻しつつ8時間撹拌した。反応混合物を氷水に注ぎ込み、水層をトルエンで抽出した。一緒にした有機層を食塩水で洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥した。この溶液を減圧下で濃縮し、残渣をシリカゲルクロマトグラフィー(容積比、ヘプタン:トルエン=8:1)で精製して、化合物(T−4)(4.48g;100%)を得た。
第3工程
化合物(T−4)(4.48g)、パラジウムカーボン触媒(5%Pd/CのNXタイプ(50%湿潤品);エヌ・イー・ケムキャット製;0.224g)、トルエン(23.0ml)、およびIPA(23.0ml)を反応器に入れ、水素雰囲気下で8時間撹拌した。濾過により触媒を除去したのち、減圧下で濃縮し、残渣をシリカゲルクロマトグラフィー(ヘプタン)で精製した。さらにソルミックス(登録商標)A−11からの再結晶により精製して、化合物(No.1−2−2)(2.94g;65%)を得た。
化学シフトδ(ppm;CDCl3):7.47−7.42(m,2H)、7.30−7.24(m,2H)、7.13−7.07(m,1H)、6.91−6.85(m,1H)、6.84−6.76(m,2H)、3.00−2.86(m,4H)、2.64(t,J=7.8Hz,2H)、1.74−1.63(m,2H)、0.98(t,J=7.3Hz,3H).
化合物(No.1−2−2)の物性は、次のとおりであった。
転移温度:C 65.8 I.
上限温度(TNI)=1.0℃;光学的異方性(Δn)=0.130;誘電率異方性(Δε)=14.1;短軸方向の誘電率(ε⊥)=9.2;粘度(η)=57.2mPa・s.
[実施例2]
化合物(No.1−2−51)の合成
Figure 0006493678
第1工程
窒素雰囲気下、化合物(T−5)(10.0g)、化合物(T−6)(9.42g)、ジクロロビス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(1.28g)、トリフェニルホスフィン(0.960g)、炭酸カリウム(16.9g)、TBAB(3.93g)、およびIPA(150ml)を反応器に入れて、3時間加熱還流を行った。反応混合物を水に注ぎ込み、水層をトルエンで抽出した。一緒にした有機層を水で洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥した。この溶液を減圧下で濃縮し、残渣をシリカゲルクロマトグラフィー(トルエン)で精製して、化合物(T−7)(9.96g;84%)を得た。
第2工程
窒素雰囲気下、化合物(T−7)(4.95g)、化合物(T−8)(3.00g)、炭酸カリウム(4.59g)、TBAB(1.07g)、およびDMF(30.0ml)を反応器に入れて、115℃で3時間撹拌した。反応混合物を水に注ぎ込み、水層を酢酸エチルで抽出した。一緒にした有機層を食塩水で洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥した。この溶液を減圧下で濃縮し、残渣をシリカゲルクロマトグラフィー(容積比、ヘプタン:トルエン=3:1)で精製した。さらにソルミックス(登録商標)A−11からの再結晶により精製して、化合物(1−2−51)(5.31g;81%)を得た。
化学シフトδ(ppm;CDCl3):7.44−7.39(m,2H)、7.27−7.23(m,2H)、7.14−7.06(m,3H)、6.81−6.75(m,1H)、5.10(s,2H)、2.63(t,J=7.5Hz,2H)、1.73−1.63(m,2H)、0.97(t,J=7.2Hz,3H).
化合物(No.1−2−51)の物性は、次のとおりであった。
転移温度:C 114 I.
上限温度(TNI)=−0.3℃;光学的異方性(Δn)=0.157;誘電率異方性(Δε)=16.1;短軸方向の誘電率(ε⊥)=12.5;粘度(η)=57.2mPa・s.
[実施例3]
化合物(No.1−2−81)の合成
Figure 0006493678
第1工程
窒素雰囲気下、化合物(T−9)(36.5g)、およびDMF(350ml)を反応器に入れ、室温で1時間撹拌した。そこへブロモジフルオロ酢酸エチル(50.0g)のDMF(50.0ml)溶液をゆっくりと加え、室温で1時間撹拌した。反応混合物を氷水に注ぎ込み、水層をジエチルエーテルで抽出した。一緒にした有機層を食塩水で洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥した。この溶液を減圧下で濃縮し、残渣をシリカゲルクロマトグラフィー(容積比、ヘキサン:THF=4:1)で精製して、化合物(T−10)(45.9g;69%)を得た。
第2工程
窒素雰囲気下、水素化アルミニウムリチウム(2.81g)、およびTHF(150ml)を反応器に入れ、0℃に冷却した。そこへ化合物(T−10)(20.0g)のTHF(100ml)溶液をゆっくりと加え、室温にもどしつつ3時間撹拌した。反応混合物を飽和塩化アンモニウム水溶液に注ぎ込み、不溶物を濾過により除去した後、水層を酢酸エチルで抽出した。一緒にした有機層を食塩水で洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥した。この溶液を減圧下で濃縮して、化合物(T−11)(16.9g;100%)を得た。
第3工程
窒素雰囲気下、化合物(T−11)(16.9g)、塩化パラトルエンスルホニル(14.1g)、およびジクロロメタン(150ml)を反応器に入れ、0℃に冷却した。そこへDABCO(33.2g)のジクロロメタン(150ml)溶液をゆっくりと加え、室温に戻しつつ8時間撹拌した。反応混合物を6N塩酸に注ぎ込み、水層をジクロロメタンで抽出した。一緒にした有機層を食塩水で洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥した。この溶液を減圧下で濃縮し、残渣をシリカゲルクロマトグラフィー(容積比、ヘプタン:トルエン=4:6)で精製して、化合物(T−12)(22.9g;81%)を得た。
第4工程
窒素雰囲気下、化合物(T−12)(22.3g)、化合物(T−13)(10.2g)、炭酸カリウム(8.07g)、TBAB(1.88g)、およびDMF(300ml)を反応器に入れて、115℃で4時間撹拌した。反応混合物を水に注ぎ込み、水層をトルエンで抽出した。一緒にした有機層を食塩水で洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥した。この溶液を減圧下で濃縮し、残渣をシリカゲルクロマトグラフィー(容積比、ヘプタン:トルエン=4:1)で精製して、化合物(T−14)(14.5g;71%)を得た。
第5工程
窒素雰囲気下、化合物(T−14)(3.00g)、化合物(T−6)(1.41g)、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0.414g)、炭酸ナトリウム(1.52g)、トルエン(80.0ml)、ソルミックス(登録商標)A−11(60.0ml)、および水(40.0ml)を反応器に入れて、4時間加熱還流を行った。反応混合物を水に注ぎ込み、水層をトルエンで抽出した。一緒にした有機層を水で洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥した。この溶液を減圧下で濃縮し、残渣をシリカゲルクロマトグラフィー(容積比、ヘプタン:トルエン=7:3)で精製した。さらにヘプタンとソルミックス(登録商標)A−11との混合溶媒(容積比、1:2)からの再結晶により精製して、化合物(1−2−81)(1.85g;56%)を得た。
化学シフトδ(ppm;CDCl3):7.45−7.39(m,2H)、7.30−7.24(m,2H)、7.17−7.10(m,1H)、6.97−6.85(m,3H)、4.50(t,J=8.3Hz,2H)、2.63(t,J=7.8Hz,2H)、1.73−1.63(m,2H)、0.97(t,J=7.3Hz,3H).
化合物(No.1−2−81)の物性は、次のとおりであった。
転移温度:C 55.6 I.
上限温度(TNI)=−25.0℃;光学的異方性(Δn)=0.097;誘電率異方性(Δε)=12.8;短軸方向の誘電率(ε⊥)=13.2;粘度(η)=59.4mPa・s.
[実施例4]
化合物(No.1−4−82)の合成
Figure 0006493678
第1工程
化合物(T−15)(2.11g)を用い、実施例3の第5工程と同様の手法により、化合物(No.1−4−82)(2.07g;53%)を得た。
化学シフトδ(ppm;CDCl3):7.45−7.39(m,2H)、7.31−7.25(m,2H)、7.17−7.10(m,1H)、6.97−6.85(m,3H)、4.50(t,J=8.3Hz,2H)、2.51(tt,J=12.1Hz,J=3.1Hz,1H)、1.97−1.84(m,4H)、1.54−1.43(m,2H)、1.41−1.18(m,5H)、1.13−1.01(m,2H)、0.91(t,J=7.4Hz,3H).
化合物(No.1−4−82)の物性は、次のとおりであった。
転移温度:C 74.7 S 80.1 N 123 I.
上限温度(TNI)=88.4℃;光学的異方性(Δn)=0.137;誘電率異方性(Δε)=11.1;短軸方向の誘電率(ε⊥)=9.7;粘度(η)=89.6mPa・s.
[実施例5]
化合物(No.1−2−72)の合成
Figure 0006493678
第1工程
窒素雰囲気下、メトキシメチルトルフェニルホスホニウムクロリド(32.9g)およびTHF(250ml)を反応器に入れ、−30℃に冷却した。そこへカリウムt−ブトキシド(10.3g)をゆっくりと加え、30分間撹拌した。次に化合物(T−2)(20.0g)のTHF(70.0ml)溶液をゆっくりと加え、室温に戻しつつ8時間撹拌した。反応混合物を氷水に注ぎ込み、水層をトルエンで抽出した。一緒にした有機層を食塩水で洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥した。この溶液を減圧下で濃縮し、残渣をシリカゲルクロマトグラフィー(容積比、ヘプタン:酢酸エチル=20:1)で精製して、化合物(T−16)(22.2g;100%)を得た。
第2工程
窒素雰囲気下、化合物(T−3)(22.2g)、ギ酸(67.0ml)、およびトルエン(110ml)を反応器に入れ、3時間加熱還流を行った。反応混合物を氷水に注ぎ込み、水層をトルエンで抽出した。一緒にした有機層を飽和炭酸水素ナトリウム水溶液、水、食塩水で順次洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥した。この溶液を減圧下で濃縮し、残渣をシリカゲルクロマトグラフィー(トルエン)で精製して、化合物(T−17)(19.7g;92%)を得た。
第3工程
窒素雰囲気下、ジブロモジフルオロメタン(30.1g)およびTHF(300ml)を反応器に入れ、0℃に冷却した。そこへトリスジエチルアミノホスフィン(71.1g)のTHF(150ml)溶液をゆっくりと加え、1時間撹拌した。次に化合物(T−17)(19.7g)のTHF(50.0ml)溶液をゆっくりと加え、室温に戻しつつ5時間撹拌した。反応混合物を氷水に注ぎ込み、水層をヘプタンで抽出した。一緒にした有機層を食塩水で洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥した。この溶液を減圧下で濃縮し、残渣をシリカゲルクロマトグラフィー(ヘプタン)で精製して、化合物(T−18)(7.21g;33%)を得た。
第4工程
窒素雰囲気下、化合物(T−18)(7.20g)およびクロロホルム(40.0ml)を反応器に入れ、−10℃に冷却した。そこへ臭素(4.85g)のクロロホルム(20.0ml)溶液をゆっくりと加え室温に戻しつつ1時間撹拌した。反応混合物を水に注ぎ込み、水層をジクロロメタンで抽出した。一緒にした有機層を水、飽和チオ硫酸ナトリウム水溶液、食塩水で順次洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥した。この溶液を減圧下で濃縮し、残渣をシリカゲルクロマトグラフィー(ヘプタン)で精製して、化合物(T−19)(6.00g;55%)を得た。
第5工程
窒素雰囲気下、化合物(T−20)(1.33g)、炭酸カリウム(2.66g)、TBAB(0.413g)、およびDMF(40.0ml)を反応器に入れ、90℃で30分間撹拌した。そこへ化合物(T−19)(3.00g)のDMF(20.0ml)溶液をゆっくりと加え、90℃で2時間撹拌した。反応混合物を氷水に注ぎ込み、水層をトルエンで抽出した。一緒にした有機層を食塩水で洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥した。この溶液を減圧下で濃縮し、残渣をシリカゲルクロマトグラフィー(ヘプタン)で精製して、化合物(T−21)(1.22g;38%)を得た。
第6工程
化合物(T−21)を原料として用い、実施例1の第3工程と同様の手法により、化合物(No.1−2―72)(0.300g;25%)を得た。
化学シフトδ(ppm;CDCl3):7.48−7.43(m,2H)、7.30−7.24(m,2H)、7.18−7.13(m,1H)、7.05−7.00(m,1H)、6.90−6.84(m,2H)、3.03(t,J=7.7Hz,2H)、2.64(t,J=7.9Hz,2H)、2.60−2.49(m,2H)、1.74−1.64(m,2H)、0.98(t,J=7.3Hz,3H).
化合物(No.1−2−72)の物性は、次のとおりであった。
転移温度:C 46.0 I.
上限温度(TNI)=9.7℃;光学的異方性(Δn)=0.117;誘電率異方性(Δε)=21.4;短軸方向の誘電率(ε⊥)=8.5;粘度(η)=59.1mPa・s.
[実施例6]
化合物(No.1−5−62)の合成
Figure 0006493678
第1工程
化合物(T−22)を用い、実施例5の第5工程と同様の手法により、化合物(T−23)(2.19g;62%)を得た。
第2工程
化合物(T−23)を原料として用い、実施例1の第3工程と同様の手法により、化合物(No.1−5―62)(1.79g;82%)を得た。
化学シフトδ(ppm;CDCl3):7.48−7.44(m,2H)、7.38−7.32(m,1H)、7.30−7.25(m,2H)、7.20−7.13(m,3H)、7.10−7.02(m,3H)、3.06(t,J=7.9Hz,2H)、2.64(t,J=7.5Hz,2H)、2.60−2.49(m,2H)、1.74−1.65(m,2H)、0.98(t,J=7.3Hz,3H).
化合物(No.1−5−62)の物性は、次のとおりであった。
転移温度:C 86.8 N 107 I.
上限温度(TNI)=77.7℃;光学的異方性(Δn)=0.170;誘電率異方性(Δε)=19.9;短軸方向の誘電率(ε⊥)=7.7;粘度(η)=76.5mPa・s.
既に記載した化合物(1)の合成法および実施例1〜6に記載した合成手順に従って以下に示す化合物(No.1−1−1)〜(No.1−1−20)、化合物(No.1−2−1)〜(No.1−2−120)、化合物(No.1−3−1)〜(No.1−3−80)、化合物(No.1−4−1)〜(No.1−4−100)、化合物(No.1−5−1)〜(No.1−5−80)、化合物(No.1−6−1)〜(No.1−6−40)、化合物(No.1−7−1)〜(No.1−7−10)、および化合物(No.1−8−1)〜(No.1−8−10)を合成できる。
Figure 0006493678
Figure 0006493678
Figure 0006493678
Figure 0006493678
Figure 0006493678
Figure 0006493678
Figure 0006493678
Figure 0006493678
Figure 0006493678
Figure 0006493678
Figure 0006493678
Figure 0006493678
Figure 0006493678
Figure 0006493678
Figure 0006493678
Figure 0006493678



Figure 0006493678
Figure 0006493678
Figure 0006493678
Figure 0006493678
Figure 0006493678
Figure 0006493678
Figure 0006493678
[比較例1]
比較化合物として、化合物(S−1)を合成した。この化合物は、特開2002−327175号公報に記載されており、本発明の化合物に類似しているからである。
Figure 0006493678
化学シフトδ(ppm;CDCl):7.75(d,J=8.4Hz,2H)、7.68(d,J=8.4Hz,2H)、7.53(d,J=8.1Hz,2H)、7.29(d,J=8.1Hz,2H)、7.02−6.94(m,2H)、2.65(t,J=7.9Hz,2H)、1.75−1.65(m,2H)、0.98(t,J=7.5Hz,3H).
比較化合物(S−1)の物性は、次のとおりであった。
転移温度:C 80.3 I.
上限温度(TNI)=35.0℃;光学的異方性(Δn)=0.144;誘電率異方性(Δε)=19.6;短軸方向の誘電率(ε⊥)=5.2;粘度(η)=19.6mPa・s.
表1.ε⊥の比較
Figure 0006493678
実施例1〜実施例3に示した化合物(No.1−2−2)、化合物(No.1−2−51)、および化合物(No.1−2−81)はいずれも、比較化合物(S−1)と比較して短軸方向の誘電率が大きい。従って本発明の化合物の方が、FFSモードの液晶表示素子に用いられる液晶組成物の透過率を向上させることが出来る、優れた化合物であることが分かった。
[比較例2]
比較化合物として、化合物(S−2)を合成した。この化合物は、特開2002−80452号公報に記載されており、本発明の化合物に類似しているからである。
Figure 0006493678
化学シフトδ(ppm;CDCl):7.81−7.75(m,2H)、7.42−7.33(m,3H)、7.11−7.04(m,1H)、2.89(tt,J=12.4Hz,J=2.9Hz,1H)、1.93−1.84(m,4H)、1.55−1.43(m,2H)、1.41−1.27(m,3H)、1.27−1.19(m,2H)、1.16−1.03(m,2H)、0.91(t,J=7.4Hz,3H).
比較化合物(S−2)の物性は、次のとおりであった。
転移温度:C 53.8 I.
上限温度(TNI)=3.7℃;光学的異方性(Δn)=0.0703;誘電率異方性(Δε)=16.4;短軸方向の誘電率(ε⊥)=7.2;粘度(η)=71.8mPa・s.
表2.ε⊥および粘度の比較
Figure 0006493678
実施例1〜実施例3に示した化合物(No.1−2−2)、化合物(No.1−2−51)、および化合物(No.1−2−81)はいずれも、比較化合物(S−2)と比較して短軸方向の誘電率が大きく、粘度が小さい。従って本発明の化合物の方が、FFSモードの液晶表示素子に用いられる液晶組成物の透過率を向上させつつ、素子の応答時間を短くすることが出来る、優れた化合物であることが分かった。
1−2.組成物の実施例
実施例により本発明の液晶組成物を詳細に説明する。本発明はこれらの実施例によっては制限されない。本発明は、実施例1の組成物と実施例2の組成物との混合物を含む。本発明は、実施例の組成物の少なくとも2つを混合した混合物をも含む。実施例における化合物は、下記の表3の定義に基づいて記号により表した。表3において、1,4−シクロヘキシレンに関する立体配置はトランスである。実施例において記号の後にあるかっこ内の番号は化合物の番号に対応する。(−)の記号はその他の液晶性化合物を意味する。液晶性化合物の割合(百分率)は、液晶組成物の重量に基づいた重量百分率(重量%)である。最後に、組成物の物性値をまとめた。物性は、先に記載した方法にしたがって測定し、測定値を(外挿することなく)そのまま記載した。
Figure 0006493678
[実施例4]
3−BB(2F,3F)2B(F,F)−F (1−2−2) 5%
3−HB−O2 (13−5) 8%
5−HB−CL (2−2) 10%
3−HBB(F,F)−F (3−24) 7%
3−PyB(F)−F (2−15) 10%
5−PyB(F)−F (2−15) 10%
3−PyBB−F (3−80) 10%
4−PyBB−F (3−80) 10%
5−PyBB−F (3−80) 10%
5−HBB(F)B−2 (15−5) 10%
5−HBB(F)B−3 (15−5) 10%
NI=98.9℃;η=42.9mPa・s;Δn=0.193;Δε=8.5.
[実施例5]
3−BB(2F,3F)O1B(F,F)−F (1−2−51) 4%
3−HHB(F,F)−F (3−3) 9%
3−H2HB(F,F)−F (3−15) 8%
4−H2HB(F,F)−F (3−15) 8%
5−H2HB(F,F)−F (3−15) 8%
3−HBB(F,F)−F (3−24) 19%
5−HBB(F,F)−F (3−24) 20%
3−H2BB(F,F)−F (3−27) 10%
5−HHBB(F,F)−F (4−6) 3%
5−HHEBB−F (4−17) 2%
3−HH2BB(F,F)−F (4−15) 3%
1O1−HBBH−4 (15−1) 3%
1O1−HBBH−5 (15−1) 3%
NI=91.9℃;η=35.3mPa・s;Δn=0.116;Δε=9.3.
上記組成物100重量部に、光学活性化合物(Op−05)を0.25重量部添加したときのピッチは65.3μmであった。
[実施例6]
3−BB(2F,3F)O1XB(F,F)−F (1−2−81) 5%
7−HB(F,F)−F (2−4) 3%
3−HB−O2 (13−5) 7%
2−HHB(F)−F (3−2) 8%
3−HHB(F)−F (3−2) 9%
5−HHB(F)−F (3−2) 10%
2−HBB(F)−F (3−23) 9%
3−HBB(F)−F (3−23) 9%
5−HBB(F)−F (3−23) 16%
2−HBB−F (3−22) 4%
3−HBB−F (3−22) 4%
5−HBB−F (3−22) 3%
3−HBB(F,F)−F (3−24) 4%
5−HBB(F,F)−F (3−24) 9%
NI=80.4℃;η=26.2mPa・s;Δn=0.115;Δε=6.0.
[実施例7]
3−BB(2F,3F)2B(F)−F (1−2−9) 4%
2−HB−C (5−1) 5%
3−HB−C (5−1) 12%
3−HB−O2 (13−5) 15%
2−BTB−1 (13−10) 3%
3−HHB−F (3−1) 4%
3−HHB−1 (14−1) 8%
3−HHB−O1 (14−1) 5%
3−HHB−3 (14−1) 12%
3−HHEB−F (3−10) 4%
5−HHEB−F (3−10) 4%
2−HHB(F)−F (3−2) 6%
3−HHB(F)−F (3−2) 6%
5−HHB(F)−F (3−2) 7%
3−HHB(F,F)−F (3−3) 5%
[実施例8]
3−BB(2F,3F)2B(F)−OCF3 (1−2−10) 5%
5−HB−F (2−2) 11%
6−HB−F (2−2) 9%
7−HB−F (2−2) 7%
2−HHB−OCF3 (3−1) 7%
3−HHB−OCF3 (3−1) 7%
4−HHB−OCF3 (3−1) 7%
5−HHB−OCF3 (3−1) 4%
3−HH2B−OCF3 (3−4) 4%
5−HH2B−OCF3 (3−4) 3%
3−HHB(F,F)−OCF2H (3−3) 4%
3−HHB(F,F)−OCF3 (3−3) 4%
3−HH2B(F)−F (3−5) 3%
3−HBB(F)−F (3−23) 10%
5−HBB(F)−F (3−23) 9%
5−HBBH−3 (15−1) 3%
3−HB(F)BH−3 (15−2) 3%
[実施例9]
2O−BB(2F,3F)2B(F,F)−F (1−2−25) 5%
3−HB−CL (2−2) 5%
5−HB−CL (2−2) 4%
3−HHB−OCF3 (3−1) 5%
3−H2HB−OCF3 (3−13) 5%
5−H4HB−OCF3 (3−19) 13%
V−HHB(F)−F (3−2) 5%
3−HHB(F)−F (3−2) 5%
5−HHB(F)−F (3−2) 5%
3−H4HB(F,F)−CF3 (3−21) 8%
5−H4HB(F,F)−CF3 (3−21) 9%
5−H2HB(F,F)−F (3−15) 5%
5−H4HB(F,F)−F (3−21) 7%
2−H2BB(F)−F (3−26) 5%
3−H2BB(F)−F (3−26) 9%
3−HBEB(F,F)−F (3−39) 5%
[実施例10]
1V2−BB(2F,3F)2B(F,F)−CF3 (1−2−24) 3%
5−HB−CL (2−2) 3%
7−HB(F)−F (2−3) 7%
3−HB−O2 (13−5) 8%
3−HH−EMe (13−2) 23%
3−HHEB−F (3−10) 8%
5−HHEB−F (3−10) 7%
3−HHEB(F,F)−F (3−12) 10%
4−HHEB(F,F)−F (3−12) 5%
4−HGB(F,F)−F (3−103) 5%
5−HGB(F,F)−F (3−103) 6%
2−H2GB(F,F)−F (3−106) 4%
3−H2GB(F,F)−F (3−106) 4%
5−GHB(F,F)−F (3−109) 7%
[実施例11]
3−B(2F,3F)B2B(F,F)−F (1−3−1) 4%
3−B(2F,3F)2B(F,F)−F (1−1−1) 3%
3−HB−O2 (13−5) 10%
5−HB−CL (2−2) 11%
3−HBB(F,F)−F (3−24) 7%
3−PyB(F)−F (2−15) 10%
5−PyB(F)−F (2−15) 8%
3−PyBB−F (3−80) 10%
4−PyBB−F (3−80) 8%
5−PyBB−F (3−80) 10%
5−HBB(F)B−2 (15−5) 9%
5−HBB(F)B−3 (15−5) 10%
[実施例12]
3−HBB(2F,3F)2B(F,F)−F (1−4−12) 5%
7−HB(F,F)−F (2−4) 3%
3−HB−O2 (13−5) 7%
2−HHB(F)−F (3−2) 9%
3−HHB(F)−F (3−2) 10%
5−HHB(F)−F (3−2) 9%
2−HBB(F)−F (3−23) 8%
3−HBB(F)−F (3−23) 9%
5−HBB(F)−F (3−23) 13%
2−HBB−F (3−22) 4%
3−HBB−F (3−22) 4%
5−HBB−F (3−22) 4%
3−HBB(F,F)−F (3−24) 5%
5−HBB(F,F)−F (3−24) 10%
[実施例13]
3−GBB(2F,3F)2B(F,F)−F (1−4−42) 5%
5−HB−F (2−2) 12%
6−HB−F (2−2) 9%
7−HB−F (2−2) 7%
2−HHB−OCF3 (3−1) 6%
3−HHB−OCF3 (3−1) 6%
4−HHB−OCF3 (3−1) 6%
5−HHB−OCF3 (3−1) 5%
3−HH2B−OCF3 (3−4) 3%
5−HH2B−OCF3 (3−4) 4%
3−HHB(F,F)−OCF2H (3−3) 4%
3−HHB(F,F)−OCF3 (3−3) 5%
3−HH2B(F)−F (3−5) 3%
3−HBB(F)−F (3−23) 9%
5−HBB(F)−F (3−23) 10%
5−HBBH−3 (15−1) 3%
3−HB(F)BH−3 (15−2) 3%
[実施例14]
3−BB(2F,3F)EB(F,F)−F (1−2−62) 4%
5−HB−CL (2−2) 3%
7−HB(F)−F (2−3) 7%
3−HB−O2 (13−5) 9%
3−HH−EMe (13−2) 22%
3−HHEB−F (3−10) 8%
5−HHEB−F (3−10) 7%
3−HHEB(F,F)−F (3−12) 9%
4−HHEB(F,F)−F (3−12) 5%
4−HGB(F,F)−F (3−103) 5%
5−HGB(F,F)−F (3−103) 6%
2−H2GB(F,F)−F (3−106) 4%
3−H2GB(F,F)−F (3−106) 5%
5−GHB(F,F)−F (3−109) 6%
[実施例15]
3−BB(2F,3F)2XB(F,F)−F (1−2−69) 3%
3−HBB(2F,3F)O1XB(F,F)−F (1−4−82) 3%
3−HB−CL (2−2) 6%
5−HB−CL (2−2) 4%
3−HHB−OCF3 (3−1) 5%
3−H2HB−OCF3 (3−13) 5%
5−H4HB−OCF3 (3−19) 11%
V−HHB(F)−F (3−2) 5%
3−HHB(F)−F (3−2) 5%
5−HHB(F)−F (3−2) 5%
3−H4HB(F,F)−CF3 (3−21) 8%
5−H4HB(F,F)−CF3 (3−21) 8%
5−H2HB(F,F)−F (3−15) 5%
5−H4HB(F,F)−F (3−21) 7%
2−H2BB(F)−F (3−26) 5%
3−H2BB(F)−F (3−26) 10%
3−HBEB(F,F)−F (3−39) 5%
[実施例16]
3−HB(2F,3F)O1B(F,F)−F (1−2−57) 5%
3−HB−O2 (13−5) 10%
5−HB−CL (2−2) 13%
3−HBB(F,F)−F (3−24) 7%
3−PyB(F)−F (2−15) 10%
5−PyB(F)−F (2−15) 10%
3−PyBB−F (3−80) 8%
4−PyBB−F (3−80) 7%
5−PyBB−F (3−80) 10%
5−HBB(F)B−2 (15−5) 10%
5−HBB(F)B−3 (15−5) 10%
本発明の液晶性化合物は、熱、光などに対する高い安定性、高い透明点、液晶相の低い下限温度、小さな粘度、適切な光学的異方性、大きな誘電率異方性、短軸方向の大きな誘電率、適切な弾性定数、他の液晶性化合物との優れた相溶性などの物性の少なくとも1つを充足する。本発明の液晶組成物は、この化合物を含有し、高い上限温度、低い下限温度、小さな粘度、適切な光学的異方性、大きな誘電率異方性、短軸方向の大きな誘電率、適切な弾性定数などの物性の少なくとも1つを充足する。この組成物は、少なくとも2つの物性に関して適切なバランスを有する。本発明の液晶表示素子は、この組成物を含み、素子を使用できる広い温度範囲、短い応答時間、大きな電圧保持率、低いしきい値電圧、大きなコントラスト比、および長い寿命を有する。したがって、パソコン、テレビなどに用いる液晶表示素子に広く利用できる。

Claims (11)

  1. 式(1−1)〜(1−8)のいずれか1つで表される化合物。

    Figure 0006493678

    式(1−1)〜(1−8)において、
    は、炭素数1〜10のアルキル、炭素数2〜10のアルケニル、または炭素数1〜9のアルコキシであり;
    環A、環A、環A、および環Aは独立して、1,4−シクロへキシレン、1,4−シクロヘキセニレン、1,4−フェニレン、少なくとも1つの水素がフッ素で置き換えられた1,4−フェニレン、テトラヒドロピラン−2,5−ジイル、または1,3−ジオキサン−2,5−ジイル、ナフタレン−2,6−ジイル、または少なくとも1つの水素がフッ素で置き換えられたナフタレン−2,6−ジイルであり;
    は、式(1a)または式(1b)で表される基であり;

    Figure 0006493678

    式(1a)において、
    およびYはフッ素であり;
    式(1b)において、
    、Y、およびYは独立して、水素またはフッ素であり、Y、Y、およびYのうち少なくとも2つはフッ素であり;
    式(1−1)〜(1−8)において、
    は、式(1c)または式(1d)で表される基であり;

    Figure 0006493678

    式(1c)および(1d)において、
    、L、L、L、およびL はフッ素であり;
    式(1−1)〜(1−8)において、
    、Z、Z、Z、およびZは独立して、単結合、−(CH−、−CHO−、−OCH−、−(CH−、−(CHCFO−、または−OCHCFO−であり、Z、Z、Z、ZおよびZのうち少なくとも1つは−(CH−、−CHO−、−OCH−、−(CH−、−(CHCFO−、または−OCHCFO−であり;
    は、フッ素、−CF、−CHF、−OCF、または−OCHFである。
  2. 式(1−9)〜(1−22)のいずれか1つで表される請求項1に記載の化合物。

    Figure 0006493678

    式(1−9)〜(1−22)において、
    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;
    環A、環A、および環Aは独立して、1,4−シクロへキシレン、1,4−シクロヘキセニレン、1,4−フェニレン、少なくとも1つの水素がフッ素で置き換えられた1,4−フェニレン、テトラヒドロピラン−2,5−ジイル、1,3−ジオキサン−2,5−ジイル、ナフタレン−2,6−ジイル、または少なくとも1つの水素がフッ素で置き換えられたナフタレン−2,6−ジイルであり;
    は、−(CH−、−CHO−、−OCH−、−(CH−、−(CHCFO−、または−OCHCFO−であり、
    は、フッ素、−CF、または−OCFであり;
    、L、L、L、L はフッ素であり、Y よびYは独立して、水素またはフッ素である。
  3. 式(1−23)〜(1−36)のいずれか1つで表される請求項1に記載の化合物。

    Figure 0006493678

    式(1−23)〜(1−36)において、R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;Zは、−(CH−、−OCH−、−(CHCFO−、または−OCHCFO−であり;Xは、フッ素、−CF、または−OCFであり;L、L、L、L、L はフッ素であり、L、L、L、Y、およびYは独立して、水素またはフッ素である。
  4. 式(1−37)〜(1−48)のいずれか1つで表される請求項1に記載の化合物。

    Figure 0006493678

    式(1−37)〜(1−48)において、R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;Xは、フッ素、−CF、または−OCFであり;L1 はフッ素である。
  5. 請求項1〜のいずれか1項に記載の化合物の少なくとも1つを含有する液晶組成物。
  6. 式(2)〜(4)で表される化合物の群から選択される少なくとも1つの化合物をさらに含有する請求項に記載の液晶組成物。

    Figure 0006493678

    式(2)〜(4)において、
    11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1つの水素はフッ素で置き換えられてもよく、少なくとも1つの−CH2−は−O−で置き換えられてもよく;
    11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、1,4−フェニレン、2−フルオロ−1,4−フェニレン、2,6−ジフルオロ−1,4−フェニレン、テトラヒドロピラン−2,5−ジイル、1,3−ジオキサン−2,5−ジイル、またはピリミジン−2,5−ジイルであり;
    11、Z12およびZ13は独立して、単結合、−CHCH−、−CH=CH−、−C≡C−、−COO−、−CFO−、−OCF−、−CHO−、または−(CH−であり;
    11およびL12は独立して、水素またはフッ素である。
  7. 式(5)で表される化合物の群から選択される少なくとも1つの化合物をさらに含有する請求項またはに記載の液晶組成物。

    Figure 0006493678

    式(5)において、
    12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1つの水素はフッ素で置き換えられてもよく、少なくとも1つの−CH2−は−O−で置き換えられてもよく;
    12は、−C≡Nまたは−C≡C−C≡Nであり;
    環C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、2,6−ジフルオロ−1,4−フェニレン、テトラヒドロピラン−2,5−ジイル、1,3−ジオキサン−2,5−ジイル、またはピリミジン−2,5−ジイルであり;
    14は、単結合、−CHCH−、−C≡C−、−COO−、−CFO−、−OCF−、または−CHO−であり;
    13およびL14は独立して水素またはフッ素であり;
    iは、1、2、3、または4である。
  8. 式(6)〜(12)で表される化合物の群から選択される少なくとも1つの化合物をさらに含有する請求項のいずれか1項に記載の液晶組成物。

    Figure 0006493678

    式(6)〜(12)において、
    13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1つの−CH2−は−O−で置き換えられてもよく;
    15は、水素、フッ素、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1つの−CH2−は−O−で置き換えられてもよく、少なくとも1つの水素はフッ素で置き換えられてもよく;
    11は水素またはメチルであり;
    Xは、−CF−、−O−、または−CHF−であり;
    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1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,テトラヒドロピラン−2,5−ジイル、またはデカヒドロナフタレン−2,6−ジイルであり;
    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、1,4−フェニレン,テトラヒドロピラン−2,5−ジイル、またはデカヒドロナフタレン−2,6−ジイルであり;
    15、Z16、Z17、およびZ18は独立して、単結合、−CHCH−、−COO−、−CHO−、−OCF−、または−OCFCHCH−であり;
    15およびL16は独立して、フッ素または塩素であり;
    j、k、m、n、p、q、r、およびsは独立して、0または1であり、k、m、n、およびpの和は、1または2であり、q、r、およびsの和は、0、1、2、または3であり、tは、1、2、または3である。
  9. 式(13)〜(15)で表される化合物の群から選択される少なくとも1つの化合物をさらに含有する請求項のいずれか1項に記載の液晶組成物。

    Figure 0006493678

    式(13)〜(15)において、
    16およびR17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、このアルキルまたはアルケニルにおいて、少なくとも1つの−CH2−は−O−で置き換えられてもよく、少なくとも1つの水素はフッ素で置き換えられてもよく;
    環E、環E、環E、および環Eは独立して、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、2,5−ジフルオロ−1,4−フェニレン、またはピリミジン−2,5−ジイルであり;
    19、Z20、およびZ21は独立して、単結合、−CHCH−、−CH=CH−、−C≡C−、または−COO−である。
  10. 重合可能な化合物、光学活性化合物、酸化防止剤、紫外線吸収剤、光安定剤、熱安定剤、および消泡剤の少なくとも1つをさらに含有する、請求項のいずれか1項に記載の液晶組成物。
  11. 請求項10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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