JP2010083771A - エキソオレフィン骨格を有する化合物、液晶組成物、および液晶表示素子 - Google Patents

Abstract

【課題】負の誘電異方性を有し、かつ回転粘度の低い液晶性化合物を提供すること。
【解決手段】例えば下記例示化合物(１)のような新規なエキソオレフィン骨格を有する液晶性化合物、該化合物を含む液晶組成物、及びこの液晶組成物を用いた液晶表示素子。

【選択図】なし

Description

本発明は、新規なエキソオレフィン骨格を有する化合物、液晶組成物、および液晶表示素子に関する。

近年、液晶性化合物を用いた表示素子（液晶表示素子）は極めて広い範囲で利用されるようになっている。液晶表示素子は液晶性化合物の特性である光学（屈折率）異方性（Δｎ）や誘電率異方性（Δε）を利用したものであり、時計、電卓、各種測定機器、自動車用パネル、ワープロ、電子手帳、携帯電話、プリンター、コンピューター、テレビ等に利用され、需要も年々増大している。
液晶性化合物には固体相と液体相との中間に位置する固有の液晶相があり、その相形態はネマチック相、スメクチック相及びコレステリック相に大別される。これらのうち表示素子用、いわゆる駆動用液晶としてはネマチック相が最も広く利用されている。

実際に液晶表示素子として提案されている表示方式としては、散乱型（ＤＳ型）、ゲスト・ホスト型（ＧＨ型）、ねじれネマチック型（ＴＮ型）、超ねじれネマチック型（ＳＴＮ型）、薄膜トランジスター型（ＴＦＴ型）及び強誘電性液晶（ＦＬＣ）等が知られている。
駆動方式としては、スタティック駆動方式、時分割駆動方式、アクティブマトリックス駆動方式及び２周波駆動方式等が知られている。現在広く使用されているアクティブマトリックス駆動方式において、ＴＮ（Ｔｗｉｓｔ Ｎｅｍａｔｉｃ）モードの液晶表示素子は、応答速度及び視野特性に劣るという欠点を有しており、ＴＶ等の視覚特性が重要な用途においては問題となっている。これに対して、ＶＡ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）モードやＩＰＳ（Ｉｎ−ｐｌａｎｅ ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）モードは、視野角が広く、応答時間が短く、コントラストが高い等の長所を有することが知られている。

ＶＡモードは現在大型テレビで最も広く用いられているモードであり、ここで実用されている垂直配向型液晶素子に使用される液晶組成物には、負の誘電異方性を有することが必要である。

負の誘電異方性を有する代表的な化合物として、例えば、特許文献１に記載の液晶材料があるが、応答速度向上の面で、回転粘度をより低くすることが強く求められている。
特開平２−４７２５号公報

本発明の目的は、負の誘電異方性を有し、かつ回転粘度の低い液晶性化合物を提供することである。

本発明者は、鋭意検討の結果、以下の手段により前記課題を解決した。
１. 下記一般式（Ｉ）で表される化合物。

〔一般式（Ｉ）中、
Ｒ_１は、水素原子、炭素数１〜１０のアルキル基、または炭素数２〜１０のアルケニル基を表す。該炭素数１〜１０のアルキル基、または炭素数２〜１０のアルケニル基は、−ＣＨ_２−を含む場合、該−ＣＨ_２−はそれぞれ独立して酸素原子に置き換えられていてもよい。ただし、２個以上の酸素原子が連続して結合することはない。
Ｌ_１は、単結合、−Ｏ−、−Ｏ−ＣＯ−、−Ｏ−ＣＯ−Ｏ−、−ＣＯ−Ｏ−、−Ｓ−、−ＮＣＨ_３−、−ＮＨ−、−ＮＣＨ_３−ＣＯ−、−ＮＨ−ＣＯ−、−ＣＯ−ＮＣＨ_３−、または−ＣＯ−ＮＨ−を表す。
Ｒ_２およびＲ_３は、それぞれ独立して、水素原子、または炭素数１〜１０のアルキル基を表す。〕
２. 前記一般式（Ｉ）において、Ｌ_１が、単結合，−Ｏ−、−Ｏ−ＣＯ−、−Ｏ−ＣＯ−Ｏ−、−ＣＯ−Ｏ−、または−Ｓ−である上記１に記載の化合物。
３. 前記一般式（Ｉ）において、Ｒ_１が、水素原子、または炭素数１〜８のアルキル基である上記１または２に記載の化合物。
４. 前記一般式（Ｉ）において、Ｒ_２およびＲ_３が、水素原子、または炭素数１〜８のアルキル基である上記１〜３のいずれかに記載の化合物。
５. 上記１〜４のいずれかに記載の化合物を含む液晶組成物。
６. 上記５に記載の液晶組成物を含む液晶表示素子。
７. 上記５に記載の液晶組成物を含むＶＡモード用液晶表示素子。

本発明の化合物は、負の誘電率異方性を有し、かつ回転粘度が低く、液晶表示素子の応答速度向上に有効である。

本発明は、下記一般式（Ｉ）で表される化合物に関する。

〔一般式（Ｉ）中、
Ｒ_１は、水素原子、炭素数１〜１０のアルキル基、または炭素数２〜１０のアルケニル基を表す。該炭素数１〜１０のアルキル基、または炭素数２〜１０のアルケニル基は、−ＣＨ_２−を含む場合、該−ＣＨ_２−はそれぞれ独立して酸素原子に置き換えられていてもよい。ただし、２個以上の酸素原子が連続して結合することはない。
Ｌ_１は、単結合、−Ｏ−、−Ｏ−ＣＯ−、−Ｏ−ＣＯ−Ｏ−、−ＣＯ−Ｏ−、−Ｓ−、−ＮＣＨ_３−、−ＮＨ−、−ＮＣＨ_３−ＣＯ−、−ＮＨ−ＣＯ−、−ＣＯ−ＮＣＨ_３−、または−ＣＯ−ＮＨ−を表す。
Ｒ_２およびＲ_３は、それぞれ独立して、水素原子、または炭素数１〜１０のアルキル基を表す。〕

前記一般式（Ｉ）中、Ｒ_１は、水素原子、炭素数１〜８のアルキル基、または炭素数２〜８のアルケニル基であることが好ましく、水素原子、または炭素数１〜８のアルキル基であることがよりに好ましく、水素原子、または炭素数１〜６のアルキル基であることがさらに好ましい。

Ｌ_１は、単結合，−Ｏ−、−Ｏ−ＣＯ−、−Ｏ−ＣＯ−Ｏ−、−ＣＯ−Ｏ−、または−Ｓ−であることが好ましく、単結合，−Ｏ−、−Ｏ−ＣＯ−、−Ｏ−ＣＯ−Ｏ−、または−ＣＯ−Ｏ−であることがさらに好ましく、−Ｏ−であること特に好ましい。

Ｒ_２およびＲ_３は、水素原子、または炭素数１〜８のアルキル基であることが好ましく、水素原子、または炭素数１〜６のアルキル基であることがさらに好ましい。

以下に一般式（Ｉ）で表される化合物の具体例を示すが、これらに限定されるものではない。

一般式（Ｉ）で表される化合物の誘電率異方性（Δε）の値は、２５℃で測定した場合、好ましくは、−３未満であり、より好ましくは−４未満である。誘電率異方性（Δε）は、周波数応答アナライザ（東陽テクニカ社製、１２５５Ｂ、商品名）によって測定することができる。

一般式（Ｉ）で表される化合物の回転粘度は、２５℃で測定した場合、好ましくは、８００以下であり、より好ましくは７００以下である。回転粘度は、液晶物性評価システム６２５４（東洋テクニカ）によって測定することができる。

〔液晶組成物〕
本発明の液晶組成物は、一般式（Ｉ）で表される化合物を含有する。液晶組成物における一般式（Ｉ）で表される化合物の含有量としては好ましくは３質量％以上であり、より好ましくは、５質量％以上である。
一般式（Ｉ）で表される化合物以外に含有することのできるものとしては、公知のＶＡ用液晶化合物などが挙げられる。

〔液晶表示素子〕
本発明の液晶表示素子は、一般式（Ｉ）で表される化合物を含有する液晶組成物を含む。本発明の液晶表示素子はＶＡモード用であることが特に好ましい。

以下、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。

（実施例１）例示化合物（１）の合成
本実施例における反応の概要は次のとおりである。

化合物（ａ）（３７．９ｍｍｏｌ）のテトラヒドロフラン（ＴＨＦ）溶液（１２０ｍＬ）を−６０℃まで冷やし、ｎ−ブチルリチウム（ｎ−ＢｕＬｉ）（１．６Ｍへキサン溶液、３９．８ｍｍｏｌ）を滴下した。その後、２．５時間攪拌し、化合物（ｂ）（３７．９ｍｍｏｌ）のＴＨＦ溶液（６０ｍＬ）を加え、−６０℃で１時間攪拌した。攪拌後、室温に戻し、３時間攪拌した。反応溶液に水、酢酸エチルを加え、有機層洗浄し、有機層を無水硫酸マグネシウムで乾燥後、溶媒を減圧留去して残渣を得た。残渣をヘキサンで煮沸精製を行い、収率６５％で化合物（ｃ）を得た。

化合物（ｃ）（２．５２ｍｍｏｌ）のエタノール溶液（２０ｍＬ）に、塩酸２ｍＬを加え１．５時間還流させた。その後、酢酸エチルを加え、有機層を水で３回洗浄し、有機層を無水硫酸マグネシウムで乾燥後、溶媒を減圧留去して収率９２％で化合物（ｄ）を得た。

化合物（ｄ）（１．２ｍｍｏｌ）および化合物（ｅ）（３．６ｍｍｏｌ）のＴＨＦ溶液（６ｍＬ）に、カリウム−ｔ−ブトキシド（ｔ−ＢｕＯＫ）（３．６ｍｍｏｌ）をゆっくり加え、室温で３時間攪拌した。その後、酢酸エチルを加え、有機層を水で洗浄し、有機層を無水硫酸マグネシウムで乾燥後、溶媒を減圧留去して残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィー（溶出液：へキサン／酢酸エチル＝７／１）にて精製し、例示化合物（１）（収率２２％）を得た。
Ｈ−ｎｍｒスペクトルデータ（重クロロホルム）：１．０−２．６（１９Ｈ，ｍ）、４．０−４．２（２Ｈ，ｍ）、４．６（２Ｈ，ｓ）、５．９（１Ｈ，ｓ）、６．５−６．７（１Ｈ，ｍ）、６．８−６．９（１Ｈ，ｍ）
転移温度は、Ｉｓｏ状態から、降温させると、Ｉｓｏ ６２℃ スメクチック ６０．６℃ Ｃｒと液晶性を発現した。

（実施例２）例示化合物（２）の合成

化合物（ｄ）（１．１７ｍｍｏｌ）および化合物（ｆ）（４．４９ｍｍｏｌ）のＴＨＦ溶液（８ｍＬ）に、ｔ−ＢｕＯＫ（４．３０ｍｍｏｌ）をゆっくり加え、室温で３時間攪拌した。その後、酢酸エチルを加え、有機層を水で洗浄し、有機層を無水硫酸マグネシウムで乾燥後、溶媒を減圧留去して残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィー（溶出液：へキサン／酢酸エチル＝７／１）にて精製し、メタノール（ＭｅＯＨ）での再結晶化で精製を行い、例示化合物（２）（収率１５％）を得た。
Ｈ−ｎｍｒスペクトルデータ（重クロロホルム）：０．７−２．７（２８Ｈ，ｍ）、４．０−４．２（２Ｈ，ｍ）、５．０−５．２（１Ｈ，ｓ）、５．９（１Ｈ，ｓ）、６．６−６．７（１Ｈ，ｍ）、６．８−６．９（１Ｈ，ｍ）
転移温度は、Ｉｓｏ状態から、降温させると、Ｉｓｏ ５０．６℃ Ｎ ４８．７℃ スメクチックと液晶性を発現した。

（実施例３）例示化合物（１）の誘電率異方性測定
実施例１で合成した例示化合物（１）１５質量％と下記組成の液晶組成物（Ａ）８５質量％を含む液晶組成物を調製し、誘電率異方性を周波数応答アナライザ（東陽テクニカ社製、１２５５Ｂ、商品名）を用いて測定温度２５℃で測定した。
例示化合物（１）の誘電率異方性（外挿値）＝−５．４

液晶組成物（Ａ）

（実施例４）例示化合物（１）の回転粘度測定
実施例１で合成した例示化合物（１）１５質量％とＭＬＣ１６０００−１００（メルク社製）８５質量％を含む液晶組成物を調製し、液晶物性評価システム６２５４（東洋テクニカ）を用いて測定温度２５℃で回転粘度を測定した。
例示化合物（１）の回転粘度（外挿値）＝１９８ｍＰａ・ｓ

（実施例５）例示化合物（２）の誘電率異方性測定
実施例２で合成した例示化合物（２）１５質量％と下記組成の液晶組成物（Ａ）８５質量％を含む液晶組成物を調製し、誘電率異方性を周波数応答アナライザ（東陽テクニカ社製、１２５５Ｂ、商品名）を用いて測定温度２５℃で測定した。
例示化合物（２）の誘電率異方性（外挿値）＝−４．８

（実施例６）例示化合物（２）の回転粘度測定
実施例２で合成した例示化合物（２）１５質量％とＭＬＣ１６０００−１００（メルク社製）８５質量％を含む液晶組成物を調製し、液晶物性評価システム６２５４（東洋テクニカ）を用いて測定温度２５℃で回転粘度を測定した。
例示化合物（２）の回転粘度（外挿値）＝５４０ｍＰａ・ｓ

（比較例１）比較化合物（１）の誘電率異方性測定
実施例（３）で用いた例示化合物（１）の替わりに比較化合物（１）を用いた以外は実施例（３）と同じ測定を行い、比較化合物（１）の誘電率異方性の測定を行った。
比較化合物（１）の誘電率異方性（外挿値）＝−５．４

（比較例２）比較化合物（１）の回転粘度測定
実施例（４）で用いた例示化合物（１）の替わりに比較化合物（１）を用いた以外は実施例（４）と同じ測定を行い、比較化合物（１）の回転粘度の測定を行った。
比較化合物（１）の回転粘度（外挿値）＝１０６０ｍＰａ・ｓ

実施例（３）、（４）、（５）および（６）と比較例（１）および（２）の結果を表１にまとめる。

表１から、本発明の化合物は、負の誘電異方性を有する代表的な化合物である比較化合物（１）に対して、誘電率異方性は同等で、かつ、応答速度向上に有効な回転粘度の低下が見られることが分かった。

Claims (7)

1. 下記一般式（Ｉ）で表される化合物。
   

   

   〔一般式（Ｉ）中、
   Ｒ_１は、水素原子、炭素数１〜１０のアルキル基、または炭素数２〜１０のアルケニル基を表す。該炭素数１〜１０のアルキル基、または炭素数２〜１０のアルケニル基は、−ＣＨ_２−を含む場合、該−ＣＨ_２−はそれぞれ独立して酸素原子に置き換えられていてもよい。ただし、２個以上の酸素原子が連続して結合することはない。
   Ｌ_１は、単結合、−Ｏ−、−Ｏ−ＣＯ−、−Ｏ−ＣＯ−Ｏ−、−ＣＯ−Ｏ−、−Ｓ−、−ＮＣＨ_３−、−ＮＨ−、−ＮＣＨ_３−ＣＯ−、−ＮＨ−ＣＯ−、−ＣＯ−ＮＣＨ_３−、または−ＣＯ−ＮＨ−を表す。
   Ｒ_２およびＲ_３は、それぞれ独立して、水素原子、または炭素数１〜１０のアルキル基を表す。〕
2. 前記一般式（Ｉ）において、Ｌ_１が、単結合，−Ｏ−、−Ｏ−ＣＯ−、−Ｏ−ＣＯ−Ｏ−、−ＣＯ−Ｏ−、または−Ｓ−である請求項１に記載の化合物。
3. 前記一般式（Ｉ）において、Ｒ_１が、水素原子、または炭素数１〜８のアルキル基である請求項１または２に記載の化合物。
4. 前記一般式（Ｉ）において、Ｒ_２およびＲ_３が、水素原子、または炭素数１〜８のアルキル基である請求項１〜３のいずれかに記載の化合物。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載の化合物を含む液晶組成物。
6. 請求項５に記載の液晶組成物を含む液晶表示素子。
7. 請求項５に記載の液晶組成物を含むＶＡモード用液晶表示素子。