JP2004263031A

JP2004263031A - テトラヒドロナフタレン誘導体を含有する液晶組成物及び液晶性化合物

Info

Publication number: JP2004263031A
Application number: JP2003053216A
Authority: JP
Inventors: Tatsuro Kawahara; 達郎河原; Sadao Takehara; 貞夫竹原; Tetsuo Kusumoto; 哲生楠本
Original assignee: Dainippon Ink and Chemicals Co Ltd
Current assignee: DIC Corp
Priority date: 2003-02-28
Filing date: 2003-02-28
Publication date: 2004-09-24

Abstract

【課題】新規液晶材料の提供と、それを鍵成分とする、温度範囲が広く絶対値の大きい負の誘電率異方性を有する液晶組成物を提供する。さらにそれを用いて信頼性が高い垂直配向型等の液晶表示素子を提供する。
【解決手段】一般式（１）
【化１】

（式中、Ｒ^ａは炭素原子数２〜７の直鎖状アルキル基を表し、Ｒ^ｂは炭素原子数１〜５の直鎖状アルキル基を表す。）で表される化合物とそれを含有する液晶組成物、及びこれを用いた液晶表示素子。
【選択図】なし

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電気光学的液晶表示材料として有用な、テトラヒドロナフタレン誘導体と、それを含有する誘電率異方性が負でその絶対値が大きい液晶組成物に関し、さらにそれを用いた液晶表示素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示素子は、時計、電卓をはじめとして、家庭用各種電気機器、測定機器、自動車用パネル、ワープロ、電子手帳、プリンター、コンピューター、テレビ等に用いられるようになっている。液晶表示方式としては、その代表的なものにＴＮ（捩れネマチック）型、ＳＴＮ（超捩れネマチック）型、ＤＳ（動的光散乱）型、ＧＨ（ゲスト・ホスト）型、ＩＰＳ（インプレーンスイッチング）型、ＯＣＢ（光学補償複屈折）型、ＥＣＢ（電圧制御複屈折）型、垂直配向（ＶＡ）型、ＣＳＨ（カラースーパーホメオトロピック）型、あるいはＦＬＣ（強誘電性液晶）等を挙げることができる。また駆動方式としても従来のスタティック駆動からマルチプレックス駆動が一般的になり、単純マトリックス方式、最近ではＴＦＴ（薄膜トランジスタ）やＭＩＭにより駆動されるアクティブマトリックス（ＡＭ）方式が主流となっている。
【０００３】
これらの表示方式において、ＩＰＳ型、ＥＣＢ型、ＶＡ型、あるいはＣＳＨ型等は現在汎用のＴＮ型やＳＴＮ型と異なり、誘電率異方性が負の、いわゆるｎ型の液晶材料を用いるという特徴を有する。これらの中で特にＡＭ駆動によるＶＡ型表示は、高速で広視野角の要求される表示素子、例えばテレビ等への応用において、現在最も期待されているものである。
【０００４】
液晶材料としては、これまでにも非常に多種類の化合物が合成されてきており、その表示方式や駆動方式あるいはその用途に応じて使用されているが、上記のＶＡ型等の表示方式に用いられるｎ型の液晶材料についてはそれほど多くの化合物が知られているわけではない。特に、ＡＭ駆動することを考えると、使用可能と言えるｎ型の液晶材料は分子内に２，３−ジフルオロ−１，４−フェニレン基を有する化合物（特許文献１参照）に限られているのが実情である。
【０００５】
ＶＡ型等の表示方式においても通常の表示方式と同様に、低電圧駆動や高速応答に加えて、広い作動温度範囲が要求される。またセル厚等に合わせた適当な屈折率異方性（Δｎ）も要求される。
【０００６】
駆動電圧を低減するためには、液晶材料（組成物として）の誘電率異方性（Δε）の絶対値がなるべく大きいことが必要である。上記ＶＡ表示においてはそのΔεは−３以下であることが好ましい。また、応答の高速化のためには液晶材料の粘性をなるべく小さくすることが必要である。
【０００７】
作動温度範囲としてはネマチック相上限温度（Ｔ_Ｎ−Ｉ）が少なくとも７０℃以上であることが好ましく、ネマチック相下限温度（Ｔ_−Ｎ）が少なくとも−２０℃以下であることが好ましい。
【０００８】
またセルの構成（セル厚や表示モード等）にも依存するが、Δｎは通常０．０８〜０．１０程度が要求されることが多い。
【０００９】
これらの要求特性を単独で満足できるような液晶化合物は存在せず、従って液晶材料は上記の２，３−ジフルオロ−１，４−フェニレン誘導体を主として多くの液晶化合物から調製される液晶組成物（特許文献２参照）が用いられているのが現状である。
【００１０】
ところが、これまで知られている２，３−ジフルオロ−１，４−フェニレン誘導体はそのほとんどが、他の環構造としてトランス−１，４−シクロヘキシレン基及び１，４−フェニレン基を有する化合物であるが、これらは他の液晶化合物との相溶性において必ずしも良好ではないという問題点が存在した。そのために温度範囲の広い液晶組成物、特に低温で長時間保存しても結晶の析出や相分離を生じ難い液晶組成物を調製することは容易でなく、ホモログ（側鎖アルキル基の炭素数だけが異なった同族体）等を加えて、非常に多種の化合物を混合することにより溶解性を高め、組成物の融点を低下させる必要があった。
【００１１】
液晶組成物の融点を低下させるためには、骨格構造の異なる液晶化合物の添加が効果的であることはよく知られている。従って、広い温度範囲を有する液晶組成物の調製を容易とするために、従来化合物とは異なる骨格構造、特に液晶化合物に強い負の誘電率異方性を寄与でき、かつ２，３−ジフルオロ−１，４−フェニレン骨格とは異なる新しい骨格構造、例えばフッ素置換されたナフタレン構造（特許文献３及び特許文献４参照）あるいはテトラヒドロナフタレン構造（特許文献５及び６参照）を含み、他の液晶化合物との相溶性に優れ、その添加により、ｎ型液晶としての特性を損なうことなく、組成物の温度範囲を拡大できるような液晶性化合物が望まれていた。
【００１２】
５，６−ジフルオロ−テトラヒドロナフタレン骨格を有する広範囲な一般式は既に開示されている（引用文献５参照）。しかしながら、本願発明の化合物に関する具体的な記載はなく、本願発明に対して何ら示唆を与えるものとは言い難い。
【特許文献１】
特表平２−５０３４４１号公報
【特許文献２】
特表平１０−１７６１６７号公報
【特許文献３】
独国特許出願公開第１９５２２１６７号明細書
【特許文献４】
特開２００１−３１５９７号公報
【特許文献５】
独国特許出願公開第１９５２２１４５号明細書
【特許文献６】
特開２００１−１９６４８号公報
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明が解決しようとする課題は、従来化合物とは異なる骨格である５，６−ジフルオロ−テトラヒドロナフタレン構造を含み、他の液晶化合物との相溶性に優れる誘電率異方性（Δε）が負の液晶性化合物を提供し、それを鍵成分とするΔεが負で温度範囲の広い液晶組成物を提供し、さらにそれを用いたＶＡ型等の液晶表示素子を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、５，６−ジフルオロテトラヒドロナフタレン骨格を有する化合物が、その絶対値が大きい負のΔεを有し、かつ従来の液晶化合物との相溶性に非常に優れていること、そしてそれを用いることによってＶＡ型等の液晶表示素子において低電圧駆動と高速応答を可能とできるような液晶組成物が調製できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１５】
即ち、一般式（１）
【化６】

（式中、Ｒ^ａは炭素原子数２〜７の直鎖状アルキル基を表し、Ｒ^ｂは炭素原子数１〜５の直鎖状アルキル基を表す。）で表される化合物を１種もしくは２種以上含有し、一般式（５）
【００１６】
【化７】

（式中、Ｒ^ｍは炭素原子数１〜７の直鎖状アルキル基またはアルケニル基を表し、Ｒ^ｎは炭素原子数１〜１２の直鎖状アルキル基、アルケニル基、アルコキシル基またはアルケニルオキシ基を表し、ｍ６は０または１を表し、Ｍｌ及びＭｍはそれぞれ独立的に単結合、−ＣＯＯ−または−ＣＨ_２ＣＨ_２−を表し、Ｇはトランス−１，４−シクロヘキシレン基または１，４−フェニレン基を表す。）で表される化合物の１種もしくは２種以上を含有し、誘電率異方性が−３以下であることを特徴とする液晶組成物を提供し、併せて一般式（１）で表される化合物を提供する。又、本発明においては当該液晶組成物を用いた液晶表示素子を提供する。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本件発明の液晶組成物においては、一般式（１）で表される化合物を含有するが、一般式（１）において、Ｒ^ａは炭素原子数２〜７の直鎖状アルキル基を表すが、エチル基、プロピル基またはペンチル基が好ましく、プロピル基が特に好ましい。Ｒ^ｂは炭素原子数１〜５の直鎖状アルキル基を表すが、エチル基またはプロピル基が好ましく、プロピル基が特に好ましい。
【００１８】
本発明は一般式（５）で表される化合物を含有するが、一般式（５）において、Ｒ^ｍは炭素原子数１〜７の直鎖状アルキル基またはアルケニル基を表すが、炭素原子数２〜７の直鎖状アルキル基、炭素原子数２〜５の１−アルケニル基、または炭素原子数４〜５の３−アルケニル基が好ましく、直鎖状アルキル基としてはエチル基、プロピル基、ブチル基およびペンチル基がより好ましく、１−アルケニル基としてはビニル基及びトランス−１−プロペニル基がより好ましく、３−アルケニル基としては３−ブテニル基、トランス−３−ブテニル基がより好ましい。Ｒ^ｎは炭素原子数１〜１２の直鎖状アルキル基、アルケニル基、アルコキシル基またはアルケニルオキシ基を表すが、炭素原子数１〜７の直鎖状アルキル基、炭素原子数２〜５の１−アルケニル基、炭素原子数４〜５の３−アルケニル基、炭素原子数１〜３の直鎖状アルコキシル基が好ましく、特にＧがトランス−１，４−シクロヘキシレン基を表す場合にはエチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ビニル基、トランス−１−プロペニル基、３−ブテニル基、トランス−３−ペンテニル基、メトキシ基、エトキシ基またはプロポキシ基が好ましく、Ｇが１個のフッ素により置換されていてもよい１，４−フェニレン基の場合、上記に加えてアリルオキシ基及びクロチルオキシ基も好ましい。ｍ６は０または１を表す。Ｍｌ及びＭｍはそれぞれ独立的に単結合、−ＣＯＯ−または−ＣＨ_２ＣＨ_２−を表すが、Ｍｌが存在する場合にはＭｌ及びＭｍの少なくとも一方は単結合が好ましい。環Ｇはトランス−１，４−シクロヘキシレン基または１，４−フェニレン基を表す。
【００１９】
一般式（５）で表される化合物としては以下の（５ａ）〜（５ｍ）の化合物が好ましく、（５ａ）、（５ｂ）、（５ｄ）、（５ｅ）の化合物が特に好ましい。
【化８】

上式中、Ｒ^７及びＲ^８はそれぞれ独立的に炭素原子数２〜７の直鎖状アルキル基、炭素原子数２〜３の１−アルケニル基または炭素原子数４〜５の３−アルケニル基を表し、Ｒ^９は炭素原子数１〜５の直鎖状アルキル基または炭素原子数３〜４の直鎖状２−アルケニル基を表し、Ｒ^１０は炭素原子数１〜３の直鎖状アルキル基または炭素原子数４〜５の３−アルケニル基を表し、Ｒ^１１は炭素原子数１〜３の直鎖状アルキル基または炭素原子数３〜４の直鎖状２−アルケニル基を表す。
【００２０】
本発明の液晶組成物においては一般式（１）の化合物を組成物中に１質量％（以下組成物中の％は質量％を表す）以上５０％以下含有することが好ましく、２％〜４０％含有することがより好ましく、４〜３０％含有することがさらに好ましい。一般式（２）の化合物を１％〜５０％含有することが好ましく、２％〜４０％含有することがより好ましい。
【００２１】
本発明の液晶組成物において、一般式（２）
【化９】

【００２２】
（式中、Ｒ^ｃは炭素原子数１〜７のアルキル基を表し、Ｒ^ｄは炭素原子数１〜７の直鎖状アルキル基、アルコキシル基またはアルケニルオキシ基を表し、ｍ１は０または１を表し、Ｍａ及びＭｂはそれぞれ独立的に単結合、−ＣＨ_２ＣＨ_２−、−ＯＣＦ_２−、−ＣＦ_２Ｏ−、または−ＣＯＯ−を表し、Ｂはトランス−１，４−シクロヘキシレン基あるいは１〜２個のフッ素により置換されていてもよい１，４−フェニレン基を表す。）で表される２，３−ジフルオロ−１，４−フェニレン誘導体の１種もしくは２種以上を含有していても良い。一般式（２）において、Ｒ^ｃは炭素原子数１〜７のアルキル基を表すが、炭素原子数２〜７の直鎖状アルキル基が好ましい。Ｒ^ｄは炭素原子数１〜７の直鎖状アルキル基、アルコキシル基またはアルケニルオキシ基を表すが、炭素原子数１〜５の直鎖状アルキル基、直鎖状アルコキシル基が好ましく、炭素原子数１〜３の直鎖状アルキル基及び炭素原子数１〜３の直鎖状アルコキシル基が特に好ましい。ｍ１は０または１を表す。Ｍａ及びＭｂはそれぞれ独立的に単結合、−ＣＨ_２ＣＨ_２−、−ＯＣＦ_２−、−ＣＦ_２Ｏ−、または−ＣＯＯ−を表すが、一方は単結合であることが好ましく、他方は単結合、−ＣＨ_２ＣＨ_２−または−ＣＯＯ−であることが好ましい。Ｂはトランス−１，４−シクロヘキシレン基、あるいは１〜２個のフッ素により置換されていてもよい１，４−フェニレン基を表すが、調製すべき液晶組成物の屈折率異方性（Δｎ）に応じて、小さいΔｎが要求される場合にはトランス−１，４−シクロヘキシレン基が好ましく、大きいΔｎが要求される場合には１，４−フェニレン基が好ましい。
【００２３】
一般式（２）には非常に多くの化合物が含まれるが、以下の（２ａ）〜（２ｇ）の化合物が好ましい。
【化１０】

【００２４】
上式中、Ｒ^５は炭素原子数１〜７の直鎖状アルキル基を表し、Ｒ^６は炭素原子数１〜５の直鎖状アルキル基または炭素原子数１〜３の直鎖状アルコキシル基を表す。
【００２５】
また、本発明の液晶組成物において、一般式（３ａ）、（３ｂ）、（４ａ）及び（４ｂ）
【化１１】

【００２６】
（式中、Ｒ^ｅ、Ｒ^ｇ、Ｒ^ｉ及びＲ^ｋは炭素原子数１〜７の直鎖状アルキル基を表し、Ｒ^ｆ、Ｒ^ｈ、及びＲ^ｌは炭素原子数１〜７の直鎖状アルキル基、アルコキシル基またはアルケニルオキシ基を表し、Ｒ^ｊは炭素原子数１〜７の直鎖状アルキル基を表し、ｍ２、ｍ３、ｍ４及びｍ５は０または１を表し、Ｍｃ及びＭｄ、Ｍｅ及びＭｆ、Ｍｈ及びＭｉ、Ｍｊ及びＭｋはそれぞれ独立的に単結合、−ＣＨ_２ＣＨ_２−、−ＯＣＦ_２−、−ＣＦ_２Ｏ−または−ＣＯＯ−を表し、Ｃ、Ｄ、Ｅ及びＦはトランス−１，４−シクロヘキシレン基あるいは１〜２個のフッ素により置換されていてもよい１，４−フェニレン基を表す。ただし、（４ａ）において、ｍ４が０の場合、Ｍｉは単結合でないか、あるいはＥは１〜２個のフッ素により置換されていてもよい１，４−フェニレン基を表す。）で表される化合物群から選ばれる１種もしくは２種以上を含有していても良い。
【００２７】
一般式（３ａ）、（３ｂ）、（４ａ）または（４ｂ）において、Ｒ^ｅ、Ｒ^ｇ、Ｒ^ｉ及びＲ^ｋは炭素原子数１〜７の直鎖状アルキル基を表すが、炭素原子数２〜７の直鎖状アルキル基が好ましい。Ｒ^ｆ、Ｒ^ｈ、及びＲ^ｌは炭素原子数１〜７の直鎖状アルキル基、アルコキシル基またはアルケニルオキシ基を表すが、炭素原子数１〜５の直鎖状アルキル基、直鎖状アルコキシル基が好ましく、炭素原子数１〜３の直鎖状アルキル基及び炭素原子数１〜３の直鎖状アルコキシル基が特に好ましい。Ｒ^ｊは炭素原子数１〜７の直鎖状アルキル基を表すが、炭素原子数１〜３の直鎖状アルキル基が好ましい。ｍ２、ｍ３、ｍ４及びｍ５は０または１を表す。Ｍｃ及びＭｄ、Ｍｅ及びＭｆ、Ｍｈ及びＭｉ、Ｍｊ及びＭｋはそれぞれ独立的に単結合、−ＣＨ_２ＣＨ_２−、−ＯＣＦ_２−、−ＣＦ_２Ｏ−または−ＣＯＯ−を表すが、一方は単結合であることが好ましく、他方は単結合、−ＣＨ_２ＣＨ_２−または−ＣＯＯ−であることが好ましい。Ｃ、Ｄ、Ｅ及びＦはトランス−１，４−シクロヘキシレン基あるいは１〜２個のフッ素により置換されていてもよい１，４−フェニレン基を表すが、調製すべき液晶組成物の屈折率異方性（Δｎ）に応じて、小さいΔｎが要求される場合にはトランス−１，４−シクロヘキシレン基が好ましく、大きいΔｎが要求される場合には１，４−フェニレン基が好ましい。
【００２８】
一般式（１）の化合物は一般式（６）
【化１２】

（式中、Ｒ^ｂは一般式（１）と同じ意味を表す。）で表される３−アルキル−５，６−ジフルオロテトラヒドロナフタレン（この化合物は５，６−ジフルオロテトラヒドロナフタレン−３−オンに種々の有機金属反応剤（有機亜鉛反応剤が好ましい）を反応させて、必要に応じて多重結合を還元し、脱水後、再度二重結合を還元して製造することができる。）にアルキルリチウム（ｎ−ブチルリチウム、メチルリチウムが好ましい）を反応させてリチオ化し、得られたフェニルリチウム誘導体を一般式（７）
【００２９】
【化１３】

（式中、Ｒ^ａは一般式（１）と同じ意味を表す。）で表される４−アルキルシクロヘキサノンと反応させ、次いで得られたシクロヘキサノールを脱水し、水素添加後、必要に応じてシクロヘキサン環をトランスに異性化させ、合成することができる。
【００３０】
一般式（１）で表される化合物は本発明者等が初めてその合成に成功し、その特性を明らかにした化合物であるが、前述のように広範な一般式としてこの化合物（１）を包含しうる報告例は存在している。
【００３１】
引用文献５にはこの５，６−ジフルオロ−テトラヒドロナフタレン骨格を有する広範囲な一般式が示されており、その一般式から部分構造を選択することによって化合物（１）を導くことも可能である。しかしながら、本特許は元来スメクチック液晶である強誘電性液晶を目的としたもので、ネマチック液晶についてはほとんど触れられておらず、特に本願発明の化合物（１）の具体的な合成例や、その物性及び電気光学特性の記載は全くなく、その製造方法すら開示されておらず、本願発明に対して何ら示唆を与えるものとは言い難い。
【００３２】
一方、本発明者等による引用文献６には、テトラヒドロヒドロナフタレン骨格を有する一連の化合物がその一般式とともに記載されており、例えば５，６−ジフルオロテトラヒドロナフタレン誘導体では本発明の一般式（１）においてＲ^ａ、Ｒ^ｂがより広く定義された形で記載されている。しかしながら、本公報には５，６−ジフルオロテトラヒドロナフタレン誘導体を用いたΔεが負の液晶組成物の調製例は記載されておらず、また本願発明のごとく５，６−ジフルオロテトラヒドロナフタレン誘導体の中のどの化合物が、温度範囲の広いΔεが負の液晶組成物（ｎ型組成物）の調製に特に好適であるかについては具体的には触れられていない。本願発明に於いては一般式（１）においてＲ^ａが炭素原子数２〜７の直鎖状アルキル基、Ｒ^ｂが炭素原子数１〜５の直鎖状アルキル基である化合物が、特に上記の液晶組成物の調製に有効であることを見いだしたものであり、本発明はこの化合物をも提供する。
【００３３】
本発明はさらに、本発明の液晶組成物を使用した液晶表示素子、特に液晶ＴＶ用等に好適なＶＡモードで表示される液晶表示素子を提供する。
【００３４】
【実施例】
以下に実施例を挙げて本発明を更に詳述するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。また、前述の通り、組成物における％は質量％を表す。
【００３５】
（参考例）３−プロピル−５，６−ジフルオロテトラヒドロナフタレンの合成５，６−ジフルオロテトラヒドロナフタレン−３−オン５４．６５ｇ（この化合物は２，３−ジフルオロフェニル酢酸クロリドに塩化アルミニウムとエチレンを反応させて得られた。）をテトラヒドロフラン（ＴＨＦ）２８０ｍＬに溶解し、これに粉末状亜鉛２９．４２ｇ及びトリメチルシリルクロリド１．５ｍＬを加え窒素雰囲気下攪拌した。臭化アリルを少量加え、反応の開始を確認した後、計５４．４４ｇの臭化アリルを溶媒が穏やかに還流を続ける速度で滴下した。滴下終了後１時間加熱還流させた、室温まで放冷した。不溶物を濾別した後、酢酸エチルを加え、水次いで飽和食塩水で洗滌し、無水硫酸ナトリウムで乾燥させた。減圧下に溶媒を溜去して３−アリル−５，６−ジフルオロテトラヒドロナフタレン−３−オール５７．５９ｇを得た。
この４８．８０ｇ酢酸エチル１５０ｍＬに溶解し、５％パラジウム炭素（５０％含水）９．７６ｇとともにオーツクレーブ中に加え、水素圧０．５ＭＰａで室温下に３時間接触還元した。触媒を濾別した後、溶媒を溜去して３−プロピル−５，６−ジフルオロテトラヒドロナフタレン−３−オール４９．１３ｇを得た。
【００３６】
この４８．８６ｇをトルエン２００ｍＬに溶解し、ｐ−トルエンスルホン酸１水和物２．４７ｇを加え、共沸する水を除去しながら２時間加熱還流させた。室温まで放冷し、水、炭酸ナトリウム水溶液、水、飽和食塩水で順次洗滌し、無水硫酸ナトリウムで乾燥させた。減圧下に溶媒を溜去して３−プロピル−５，６−ジフルオロ−１、２−ジヒドロナフタレン３８．０１ｇを得た。
【００３７】
この２０．８３ｇをエタノール１００ｍＬに溶解し、５％パラジウム炭素（５０％含水）４．１７ｇとともにオーツクレーブ中に加え、水素圧０．５ＭＰａで室温下に３時間接触還元した。触媒を濾別した後、溶媒を溜去して得られた粗生成物をシリカゲルカラムクロマトグラフィー（ヘキサン）で精製して３−プロピル−５，６−ジフルオロテトラヒドロナフタレン１９．２３ｇを得た。
【００３８】
（実施例１）３−プロピル−７−（トランス−４−プロピルシクロヘキシル）−５，６−ジフルオロテトラヒドロナフタレン（１−ａ）の合成
【化１４】

【００３９】
滴下漏斗、温度計および窒素導入管を取り付けた４つ口フラスコに、窒素気流下参考例で得られた３−プロピル−５，６−ジフルオロテトラヒドロナフタレン１５．００ｇをＴＨＦ７５ｍＬに溶解して加えた。ドライアイス−メタノール浴にて−７０℃に冷却、攪拌した。ｎ−ブチルリチウムのヘキサン溶液（１．５７Ｍ）５４．４ｍＬを滴下漏斗より１時間かけて滴下し、滴下終了後さらに３時間−７０℃で攪拌した。そこへ、４−プロピルシクロヘキサノン９．８８ｇのＴＨＦ３５ｍＬ溶液を内温が−７０℃を超えないように滴下し、滴下終了後３時間−７０℃に保った後、ドライアイス−メタノール浴を除き、室温に戻るまで攪拌した。反応混合物に水及び酢酸エチルを加え、有機層を水次いで飽和食塩水で洗滌し、無水硫酸ナトリウムで乾燥させた。減圧下に溶媒を溜去して得られた粗生成物をシリカゲルカラムクロマトグラフィー（ヘキサン／ジクロロメタン＝２／１）で精製してシクロヘキサノール誘導体１９．６０ｇを得た。
【００４０】
この５．０９ｇをトルエン２０ｍＬに溶解し、ｐ−トルエンスルホン酸１水和物０．２０ｇを加え、共沸する水を除去しながら２時間加熱還流させた。室温まで放冷し、水、炭酸ナトリウム水溶液、水、飽和食塩水で順次洗滌し、無水硫酸ナトリウムで乾燥させた。減圧下に溶媒を溜去して３−プロピル−７−（４−プロピルシクロヘキセン−１−イル）−５，６−ジフルオロテトラヒドロナフタレン４．９５ｇを得た。
【００４１】
この４．４０ｇを酢酸エチル２０ｍＬに溶解し、５％パラジウム炭素（５０％含水）０．８８ｇとともにオーツクレーブ中に加え、水素圧０．５ＭＰａで室温下に３時間接触還元した。触媒を濾別した後、溶媒を溜去して得られた粗生成物をシリカゲルカラムクロマトグラフィー（ヘキサン）で精製して３−プロピル−７−（４−プロピルシクロヘキシル）−５，６−ジフルオロテトラヒドロナフタレンのシス／トランス混合物３．１７ｇを得た。
【００４２】
この全量をジクロロメタン５０ｍＬに溶解し、これを−２０℃に冷却した無水塩化アルミニウム２．５４ｇのジクロロメタン５０ｍＬ溶液中に滴下した。−２０℃で６時間攪拌後水１００ｍＬを加え、有機層を水及び飽和食塩水で洗滌し、無水硫酸ナトリウムで乾燥させた。溶媒を溜去して得られた粗生成物をシリカゲルカラムクロマトグラフィー（ヘキサン）で精製し、さらにエタノールから４回再結晶させて３−プロピル−７−（トランス−４−プロピルシクロヘキシル）−５，６−ジフルオロテトラヒドロナフタレン１．５５ｇを得た。
この化合物の融点は７２℃で、単独ではネマチック相を示さなかった。
【００４３】
（実施例２）ｎ型液晶組成物の調製（１）
以下の化合物からなる非極性の標準母体液晶組成物（Ｍ）を調製した。
【化１５】

そのネマチック相上限温度（Ｔ_Ｎ−Ｉ）は１０３．２℃であった。２０℃でその物性値を測定したところ、屈折率異方性（Δｎ）は０．０９８６、誘電率異方性（Δε）は０．０３であった。また、回転粘度は１５．６（ｍＰａ・ｓ）であった。
【００４４】
次にこの（Ｍ）の８０％と実施例１で得られた（１−ａ）の化合物２０％からなる液晶組成物（Ｍ−１）を調製した。
この（Ｍ−１）は８１℃以下でネマチック相を示し、−２０℃で１週間放置しても結晶の析出や相分離は観察されなかった。２０℃においてその物性値を測定したところ、Δｎは０．０９２４、Δεは−０．４８であった。以上から外挿した化合物（１−ａ）のΔｎは０．０７であり、Δεは−２．６と比較的強いｎ型の化合物であることが確認できた。また、この組成物の粘度は２１．３（ｍＰａ・ｓ）で比較的低粘性であった。
【００４５】
（比較例１）
これに対して、（Ｍ）の８０％と一般式（２ａ）で表される化合物（２ａ−１）２０％からなる液晶組成物（Ｒ−１）を調製した。
【化１６】

（Ｒ−１）のネマチック相上限温度（Ｔ_Ｎ−Ｉ）は７１℃で（Ｍ−１）と比較して約１０°も低下してしまった。さらに−２０℃で放置したところ、２４時間で相分離が観察された。２０℃において測定したその物性値は、Δｎが０．０８９８、Δεは−０．８５であった。従って（２ａ−１）の化合物は本発明の（１−ａ）の化合物と比較して、強い（絶対値の大きい）Δεを有するものの、高温域におけるネマチック相温度範囲において劣っていることがわかる。
【００４６】
（比較例２）
（Ｍ）の８０％と一般式（２ｃ）で表される化合物（２ｃ−１）２０％からなる液晶組成物（Ｒ−３）を調製した。
【化１７】

この組成物のネマチック相上限温度（Ｔ_Ｎ−Ｉ）は１０９．５℃であり、（Ｍ−１）と比較して約２８°も高かった。しかしながら−２０℃で放置したところ、３日以内に結晶の析出が観察された。また２０℃で測定した物性値は、Δｎが０．０９９と（Ｍ−１）よりやや大きく、Δεは−０．３７とその絶対値が（Ｍ−１）より小さくなった。
【００４７】
以上から、化合物（２ｃ−１）は本発明の（１−ａ）の化合物と比較して、ほぼ同様の特性を有し、ネマチック相温度範囲がより高温域まで可能であるけれども、従来液晶との相溶性や低温での安定性に於いて劣っていることがわかる。
【００４８】
（実施例３）ｎ型液晶組成物の調製（２）
（Ｍ）の２０％、（１−ａ）の２０％、（２ａ−１）の２０％（２ｃ−１）の２０％、及び一般式（３ｂ）で表される（３ｂ−１）の化合物２０％
【化１８】

からなる液晶組成物（Ｍ−２）を調製した。この（Ｍ−５）は７４℃以下で安定にネマチック相を示し、−２０℃で１週間放置しても結晶の析出や相分離は観察されなかった。２０℃においてその物性値を測定したところ、Δｎは０．１０６、Δεは−３．０６であった。またこの組成物の粘度は３４．０（ｍＰａ・ｓ）で比較的低粘性であり、実用的なｎ型の液晶材料として好適であった。
【００４９】
（実施例４）表示素子の作成
実施例３で得られた液晶組成物（Ｍ−２）を透明電極（片側の電極はジグザグ状に配列）を備え、垂直配向処理を施したセル厚３．５μｍのＶＡ表示用セルに充填し、ＶＡ表示素子を作成した。この素子に電界を印加して２５℃におけるその電気光学特性を測定したところ、暗視野から明視野への閾値電圧（Ｖｔｈ）は３．２Ｖであった。次に５Ｖ印加時の応答時間を測定したところ、立ち上がり時間（τｒ）と立ち下がり時間（τｄ）の和は２４ｍ秒であった。また、この素子の７０℃における電圧保持率（ＨＲ）を測定したところ、８８％であった。同様の条件で測定した非極性の母体液晶（Ｍ）のＨＲが９０％であったので、この値は充分に高いものと判断できる。
【００５０】
【発明の効果】
本発明の液晶化合物の組み合わせによって、絶対値の大きい負の誘電率異方性と広いネマチック温度範囲を有し、かつ好適な屈折率異方性を有する液晶組成物が得られた。この組成物を用いることにより、高温域まで高い電圧保持率を維持できる信頼性に優れた液晶表示素子が提供され、このディスプレイはＶＡ方式やＥＣＢ方式、ＩＰＳ方式等の、特にＶＡ方式のアクティブマトリックス駆動液晶ディスプレイとして非常に実用的である。

Claims

一般式（１）

（式中、Ｒ^ａは炭素原子数２〜７の直鎖状アルキル基を表し、Ｒ^ｂは炭素原子数１〜５の直鎖状アルキル基を表す。）で表される化合物を１種もしくは２種以上含有し、一般式（５）

（式中、Ｒ^ｍは炭素原子数１〜７の直鎖状アルキル基またはアルケニル基を表し、Ｒ^ｎは炭素原子数１〜１２の直鎖状アルキル基、アルケニル基、アルコキシル基またはアルケニルオキシ基を表し、ｍ６は０または１を表し、Ｍｌ及びＭｍはそれぞれ独立的に単結合、−ＣＯＯ−または−ＣＨ_２ＣＨ_２−を表し、環Ｇはトランス−１，４−シクロヘキシレン基または１，４−フェニレン基を表す。）で表される化合物の１種もしくは２種以上を含有し、誘電率異方性が−３以下であることを特徴とする液晶組成物。
一般式（２）

（式中、Ｒ^ｃは炭素原子数１〜７のアルキル基を表し、Ｒ^ｄは炭素原子数１〜７の直鎖状アルキル基、アルコキシル基またはアルケニルオキシ基を表し、ｍ１は０または１を表し、Ｍａ及びＭｂはそれぞれ独立的に単結合、−ＣＨ_２ＣＨ_２−、−ＯＣＦ_２−、−ＣＦ_２Ｏ−、または−ＣＯＯ−を表し、Ｂはトランス−１，４−シクロヘキシレン基あるいは１〜２個のフッ素により置換されていてもよい１，４−フェニレン基を表す。）で表される化合物を１種もしくは２以上含有する請求項１記載の液晶組成物。
一般式（３ａ）、（３ｂ）、（４ａ）及び（４ｂ）

（式中、Ｒ^ｅ、Ｒ^ｇ、Ｒ^ｉ及びＲ^ｋは炭素原子数１〜７の直鎖状アルキル基を表し、Ｒ^ｆ、Ｒ^ｈ、及びＲ^ｌは炭素原子数１〜７の直鎖状アルキル基、アルコキシル基またはアルケニルオキシ基を表し、Ｒ^ｊは炭素原子数１〜７の直鎖状アルキル基を表し、ｍ２、ｍ３、ｍ４及びｍ５は０または１を表し、Ｍｃ及びＭｄ、Ｍｅ及びＭｆ、Ｍｈ及びＭｉ、Ｍｊ及びＭｋはそれぞれ独立的に単結合、−ＣＨ_２ＣＨ_２−、−ＯＣＦ_２−、−ＣＦ_２Ｏ−または−ＣＯＯ−を表し、Ｃ、Ｄ、Ｅ及びＦはトランス−１，４−シクロヘキシレン基あるいは１〜２個のフッ素により置換されていてもよい１，４−フェニレン基を表す。ただし、（４ａ）において、ｍ４が０の場合、Ｍｉは単結合でないか、あるいはＥは１〜２個のフッ素により置換されていてもよい１，４−フェニレン基を表す。）で表される化合物群から選ばれる１種もしくは２種以上を含有する請求項１または２記載の液晶組成物。
一般式（２）で表される化合物を１種もしくは２種以上含有し、一般式（３ａ）、（３ｂ）、（４ａ）または（４ｂ）で表される化合物群から選ばれる１種もしくは２種以上を含有する請求項３記載の液晶組成物。
ネマチック相上限温度（Ｔ_Ｎ−Ｉ）が７０℃以上であり、ネマチック相下限温度（Ｔ_−Ｎ）が−２０℃以下であり、化合物（１）の含有量が１〜５０質量％の範囲である請求項１〜４の何れかに記載の液晶組成物。
一般式（１）で表される化合物

（式中、Ｒ^ａは炭素原子数２〜７の直鎖状アルキル基を表し、Ｒ^ｂは炭素原子数１〜５の直鎖状アルキル基を表す。）
請求項１〜５の何れかに記載の液晶組成物を使用した液晶表示素子。
アクティブマトリックス駆動される請求項７記載の液晶表示素子。
垂直配向モードで表示される請求項８記載の液晶表示素子。