JP2016121288A - 光学的に等方性の液晶媒体及び光素子 - Google Patents
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Abstract
Description
素子の駆動方式に基づいた分類は、PM(passive matrix)とAM(active matrix)である。PM(passive matrix)はスタティック(static)とマルチプレックス(multiplex)などに分類され、AMはTFT(thin film transistor)、MIM(metal insulator metal)などに分類される。
(1)化学的に安定であること、および物理的に安定であること、
(2)高い透明点(液晶相−等方相の相転移温度)を有すること、
(3)液晶相(ネマチック相、コレステリック相、スメクチック相、ブルー相などの光学的に等方性の液晶相等)の下限温度が低いこと、
(4)他の液晶化合物との相溶性に優れること、
(5)適切な大きさの誘電率異方性を有すること、
(6)適切な大きさの屈折率異方性を有すること、
である。
特に、光学的に等方性の液晶相においては、誘電率異方性と屈折率異方性が共に大きな液晶化合物が駆動電圧低減の観点から好ましい。
また、(2)および(3)のように、高い透明点、あるいは液晶相の低い下限温度を有する液晶化合物を含む液晶組成物ではネマチック相や光学的に等方性の液晶相の温度範囲を広げることが可能となり、幅広い温度範囲で表示素子として使用することができる。液晶化合物は、単一の化合物では発揮することが困難な特性を発現させるために、他の多くの液晶化合物と混合して調製した液晶組成物として用いることが一般的である。したがって、液晶表示素子に用いられる液晶化合物は、(4)のように、他の液晶化合物等との相溶性が良好であることが好ましい。近年は特に表示性能、例えばコントラスト、表示容量、応答時間特性等のより高い液晶表示素子が要求されている。さらに使用される液晶材料には駆動電圧の低い液晶組成物が要求されている。また光学的に等方性の液晶相で駆動させる光素子を低電圧で駆動させるためには、誘電率異方性および屈折率異方性が大きい液晶化合物を用いることが好ましい。
式中、R1が炭素数1〜12のアルキル、炭素数2〜12のアルケニル、炭素数1〜11のアルコキシであり;環A1および環A2が独立して、下記式で表され;
Z1、Z2、およびZ3が独立して、単結合、−(CH2)2−、−COO−、−CF2O−、または−CH=CH−であり;X1は水素、ハロゲン、−CF3、−OCF3、−C≡Nであり;L1、L2、L3およびL4は独立して、水素またはハロゲンであり;iは0、1または2である。
式中、R1Aが炭素数1〜12のアルキルであり;環A2Aが下記式で表され;
X1Aは水素、フッ素、−CF3、−OCF3、−C≡Nであり;L1A、L2A、L3AおよびL4Aは独立して、水素またはフッ素である。
式中、R1Aが炭素数1〜12のアルキルであり;(F)は独立して、水素またはフッ素であり;L3が水素またはフッ素である。
式中、R1Bが炭素数1〜12のアルキルであり;環A1Bおよび環A2Bが独立して、下記式で表され;
X1Bは水素、フッ素、−CF3、−OCF3、−C≡Nであり;L1B、L2B、L3BおよびL4Bは独立して、水素またはフッ素である。
式中、R1Bが炭素数1〜12のアルキルであり;(F)は独立して、水素またはフッ素であり;L3Bが水素またはフッ素である。
ここで、R2は、水素または炭素数1〜12のアルキルであり、このR2中の少なくとも1つの−CH2−は、−O−、−S−、−COO−、−OCO−、−CH=CH−、−CF=CF−または−C≡C−で置き換えられてもよく、このR2の少なくとも1つの水素はハロゲンで置き換えられてもよく;環B1、環B2、環B3、環B4、および環B5は独立して、下記式、1個または2個の水素がフッ素で置き換えられた1,4−フェニレン、または2個の水素がそれぞれフッ素と塩素で置換された1,4−フェニレンであり;
Zb1、Zb2、Zb3、Zb4、Zb5、およびZb6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、このアルキレン中の少なくとも1つの−CH2−は、−O−、−COO−または−CF2O−で置き換えられてもよく;L7、L8およびL9は独立して、水素またはフッ素であり;X2は水素、フッ素、塩素、−CF3、または−OCF3であり、;l1、m1、n1、o1、およびp1は独立して、0または1であり、2≦l1+m1+n1+o1+p1≦3である。
ここで、R2Aは、炭素数1〜12のアルキル、炭素数1〜11のアルコキシ、炭素数2〜12のアルケニル、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炭素数2〜12のアルケニルであり;(F)は独立して、水素、またはフッ素であり;X2Aは、水素、フッ素、塩素、−CF3、または−OCF3である。
式(3)において、R3は水素または炭素数1〜20のアルキルであり、このR3中の少なくとも1つの−CH2−は、−O−、−S−、−COO−、−OCO−、−CH=CH−、−CF=CF−または−C≡C−で置き換えられてもよく、このR3中の少なくとも1つの水素は少なくとも1つはハロゲンで置き換えられてもよく;環Cは下記式または1個以上の水素がフッ素で置換された1,4-フェニレンであり;
Z8、Z9、およびZ10は独立して、単結合、−COO−または−CF2O−であるが、少なくとも1つは−CF2O−であり、;L11、L12、L13、およびL14は独立して、水素またはフッ素であり;X3は水素、ハロゲン、−SF5、または炭素数1〜10のアルキルであり、このX3中の少なくとも1つの−CH2−は、−O−、−S−、−COO−、−OCO−、−CH=CH−、−CF=CF−または−C≡C−で置き換えられてもよく、またこのX3中の少なくとも1つの水素はフッ素で置き換えられてもよい。
ここで、R3Aは独立して、炭素数1〜12のアルキル、炭素数1〜11のアルコキシ、炭素数2〜12のアルケニル、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炭素数2〜12のアルケニルであり;X3Aは水素、フッ素、塩素、−CF3、または−OCF3であり、L11〜L14は独立して水素またはフッ素である。
ここで、R3Aは独立して、炭素数1〜12のアルキル、炭素数1〜11のアルコキシ、炭素数2〜12のアルケニル、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炭素数2〜12のアルケニルであり;X3Aは水素、フッ素、塩素、−CF3、または−OCF3である。
ここで、R4は、炭素数1〜12のアルキル、炭素数1〜11のアルコキシ、炭素数2〜12のアルケニル、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炭素数2〜12のアルケニルであり;環Dは独立して、下記式で表され;
Z11は独立して、単結合、−CH=CH−、−COO−、−OCO−、−CF2O−、または−OCF2−であり;L23およびL24は独立して、水素またはフッ素であり;X4は、水素、フッ素、塩素、−CF3または−OCF3であり;q1は、1、2、3、または4であり、ただしq1が3または4である場合、1つのZ11は−CF2O−または−OCF2−であるが;q1が3の場合は、環Dが1,3−ジオキサン−2,5−ジイルまたはテトラヒドロピラン−2,5−ジイルであることはなく、また、環Dのすべてが、フッ素で置換された1,4−フェニレンであることはない。
ここで、R4Aは独立して、炭素数1〜12のアルキル、炭素数2〜12のアルケニル、炭素数1〜11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2〜12のアルケニルであり、X4Aは水素、フッ素、塩素、−CF3、または−OCF3であり、L15〜L22、L23AおよびL24Aは独立して水素またはフッ素である。
ここで、RKは独立して、水素、ハロゲン、−C≡N、−N=C=O、−N=C=Sまたは炭素数1〜20のアルキルであり、このRK中の少なくとも1つ−CH2−は、−O−、−S−、−COO−、または−OCO−で置き換えられてもよく、このRK中の少なくとも1つの−CH2−CH2−は−CH=CH−、−CF=CF−または−C≡C−で置き換えられてもよく、このRK中の少なくとも1つの水素はハロゲンで置き換えられてもよく;Aは独立して、芳香族性あるいは非芳香族性の3〜8員環、または、炭素数9以上の縮合環であり、これらの環の水素が少なくとも1つはハロゲン、炭素数1〜3のアルキルまたはハロアルキルで置き換えられてもよく、環の−CH2−は−O−、−S−または−NH−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;Bは独立して、水素、ハロゲン、炭素数1〜3のアルキル、炭素数1〜3のハロアルキル、芳香族性または非芳香族性の3〜8員環、または、炭素数9以上の縮合環であり、これらの環の水素が少なくとも1つはハロゲン、炭素数1〜3のアルキルまたはハロアルキルで置き換えられてもよく、−CH2−は−O−、−S−または−NH−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;Zは独立して、単結合、炭素数1から8のアルキレンであり、このZ中の少なくとも1つの−CH2−は−O−、−S−、−COO−、−OCO−、−CSO−、−OCS−、−N=N−、−CH=N−、または−N=CH−で置き換えられてもよく、このZ中の少なくとも1つの−CH2−CH2−は、−CH=CH−、−CF=CF−、または−C≡C−で置き換えられてもよく、Z中の少なくとも1つの水素はハロゲンで置き換えられてもよく;Xは単結合、−COO−、−OCO−、−CH2O−、−OCH2−、−CF2O−、−OCF2−、または−CH2CH2−であり;mKは1〜4の整数である。
ここで、RKは独立して、炭素数3〜10のアルキルであり、環に隣接するこのアルキル中の−CH2−は−O−で置き換えられてもよく、アルキル中またはアルキル中の環に隣接する−CH2−が−O−で置き換えられた基中の少なくとも1つの−CH2−は、−CH=CH−で置き換えられてもよい。
式中、R1Aが炭素数1〜12のアルキルであり;X1Aは水素、フッ素、−CF3、−OCF3、−C≡Nであり;(F)は独立して、水素またはフッ素であり;L1、L2、L3およびL4は独立して、水素またはフッ素である。
式中、R1Aは炭素数1〜12のアルキルであり;X1Bは水素、フッ素、−CF3であり;L1、L2、およびL3は独立して、水素またはフッ素である。
本発明の光学的に等方性の液晶相で駆動される光素子は、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、および低い駆動電圧を有する。
1−1 化合物(1)
本発明の光学的に等方性の液晶相を有する液晶組成物は、アキラル成分Tとキラル剤を含有し、アキラル成分Tは第一成分として、式(1)で表される化合物を含む。本発明の液晶組成物の第1の態様は、第一成分、キラル剤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を含有する組成物である。まず、式(1)で表される化合物について説明する。
式(1)において、
R1は炭素数1〜12のアルキル、炭素数2〜12のアルケニル、炭素数1〜11のアルコキシである。
発明の化合物(1)をさらに詳細に説明する。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極めて安定であり、そして他の液晶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、適切な屈折率異方性、そして適切な誘電率異方性を有する。また、化合物(1)は、誘電率異方性が正に大きい。大きな誘電率異方性を有する化合物は、光学的等方性の液晶組成物の駆動電圧を下げるための成分として有用である。
化合物(1)の好ましい例としては、式(1−1)、(1−2)、(1−11)、(1−12)および(1−13)で表される化合物である。
式(1−1)および(1−2)中、R1Aが炭素数1〜12のアルキルであり;環A2Aが下記式で表され;
X1Aは水素、フッ素、−CF3、−OCF3、−C≡Nであり;L1A、L2A、L3AおよびL4Aは独立して、水素またはフッ素である。
式(1−11)、(1−12)および(1−13)中、R1Bが炭素数1〜12のアルキルであり;環A1Bおよび環A2Bが独立して、下記式で表され;
X1Bは水素、フッ素、−CF3、−OCF3、−C≡Nであり;L1B、L2B、L3BおよびL4Bは独立して、水素またはフッ素である。
式(1−1−1)、(1−1−2)、(1−2−1)、(1−2−2)、(1−11−1)、(1−11−2)、(1−12−1)、(1−12−2)、(1−13−1)、および(1−13−2)において、R1Aが炭素数1〜12のアルキルであり;(F)は独立して、水素またはフッ素であり; L3が水素またはフッ素である。
次に、化合物(1)の合成について説明する。化合物(1)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)などに記載されている。
本発明の液晶組成物の第2の態様は、第一成分として化合物(1)、第二成分として式(2)で表される化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物からなる成分、およびキラル剤とを含有する組成物である。アキラル成分Tとして、化合物(1)と化合物(2)に加えて、さらに他の成分も含有してもよい。
式(2)で表される化合物について説明する。
ここで、R2は、水素または炭素数1〜12のアルキルであり、このR2中の少なくとも1つの−CH2−は、は−O−、−S−、−COO−、−OCO−、−CH=CH−、−CF=CF−または−C≡C−で置き換えられてもよく、このR2中の少なくとも1つの水素は、少なくとも1つはハロゲンで置き換えられてもよい。
環B1、環B2、環B3、環B4、および環B5は、化合物の安定性や誘電率異方性を考慮すると、1,4−フェニレン、1個または2個の水素がフッ素で置換された1,4−フェニレンが好ましい。
本発明に用いられる化合物(2)をさらに詳細に説明する。化合物(2−1)はクロロベンゼン環を有する液晶化合物である。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極めて安定であり、そして他の液晶化合物との相溶性がよい。さらにスメクチック相を発現しにくい。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。したがって組成物においてコレステリック相の温度範囲を広げることが可能となり、幅広い温度範囲で表示素子として使用することができる。さらにこの化合物は誘電率異方性と屈折率異方性が大きいため、コレステリック相で駆動される組成物の駆動電圧を下げの成分、および反射率を上げるための成分として有用である。
式(2)の化合物において、より好ましい化合物は式(2−1)の化合物である。
式(2−1)において、R2、Zb1〜Zb6、m1、n1、o1、p1およびX2は前記式(2)と同様の意味を示し、1≦m1+n1+o1+p1≦2であり、(F)は独立して水素またはフッ素を表す。
ここで、R2Aは、炭素数1〜12のアルキル、炭素数1〜11のアルコキシ、炭素数2〜12のアルケニル、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炭素数2〜12のアルケニルであり、(F)は独立して、水素、またはフッ素であり、X2Aは、水素、フッ素、塩素、または−CF3、−OCF3であり、Zb1〜Zb6の定義は前記と同じである。
これらの式において、R2A、(F)、およびX2Aは前記式(2−1−1)〜(2−1−5)と同じ意味を持つ。
本発明の液晶組成物の第3の態様は、第一成分として化合物(1)、第二成分として式(3)で表される化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物からなる成分、およびキラル剤とを含有する組成物である。アキラル成分Tとして、化合物(1)と化合物(3)に加えて、さらに他の成分も含有してもよい。
式(3)において、R3は水素または炭素数1〜20のアルキルであり、このR3中の少なくとも1つの−CH2−は、少なくとも1つは−O−、−S−、−COO−、−OCO−、−CH=CH−、−CF=CF−または−C≡C−で置き換えられてもよく、このR3中の少なくとも1つの水素はハロゲンで置き換えられてもよい。
屈折率異方性を大きくするためには、1個以上の水素がフッ素で置換された1,4-フェニレンが好ましく、他の液晶化合物との相溶性を向上させるためには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−ジイルが好ましい。
本発明に用いられる化合物(3)をさらに詳細に説明する。化合物(3)は4個のベンゼン環または1個のジオキサン環またはテトラヒドロピラン環と3個のベンゼン環を有し、少なくとも1個の−CF2O−連結基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極めて安定であり、そして他の液晶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。したがって組成物においてコレステリック相の温度範囲を広げることが可能となり、幅広い温度範囲で表示素子として使用することができる。さらにこの化合物は誘電率異方性と屈折率異方性が大きいため、コレステリック相で駆動される組成物の駆動電圧を下げるための成分、および反射率を上げるための成分として有用である。
化合物(3)の好ましい例は、式(3−1)〜(3−5)である。より好ましい例として、式(3−2−1)〜(3−2−8)、(3−3−1)〜(3−3−4)、(3−4−1)〜(3−4−7)、(3−5−1)〜(3−5−6)を挙げることができる。さらに好ましい例として式(3−2−1)〜(3−2−4)、(3−3−1)、(3−3−2)、(3−4−1)〜(3−4−5)、(3−5−1)〜(3−5−3)、(3−5−5)を挙げることができる。最も好ましい例として、式(3−2−1)、(3−2−3)、(3−3−1)、(3−4−1)、(3−4−4)、(3−5−2)を挙げることができる。
本発明の液晶組成物の第4の態様は、第一成分として化合物(1)、第二成分として式(4)で表される化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物からなる成分、およびキラル剤とを含有する組成物である。アキラル成分Tとして、化合物(1)と化合物(4)に加えて、さらに化合物(2)または(3)なども含有してもよい。
式(4)で表される化合物について説明する。
式(4)において、R4は、炭素数1〜12のアルキル、炭素数1〜11のアルコキシ、炭素数2〜12のアルケニル、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炭素数2〜12のアルケニルである。
q1が2以上である時、そのうちの任意の2つの環Dは同じであっても、異なってもよい。q1が3の場合は、環Dが1,3−ジオキサン−2,5−ジイルまたはテトラヒドロピラン−2,5−ジイルであることはなく、また、環Dのすべてが、フッ素で置換された1,4−フェニレンであることはない。屈折率異方性を大きくするためには、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、2,6−ジクロロ−1,4−フェニレン、またはピリミジン−2,5−ジイルが好ましく、他の液晶化合物との相溶性を向上させるためには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−ジイルが好ましい。
化合物(4)は、大きな誘電率異方性を有する組成物の調製に適している。この成分の好ましい含有量は、アキラル成分Tの全重量に対して、誘電率異方性を上げるために約5重量%以上であり、液晶相の下限温度を下げるために約40重量%以下である。さらに好ましい割合は約5〜約30重量%である。特に好ましい割合は約5〜約20重量%である。
化合物(4)の好ましい例は、式(4−1)〜(4−7)である。
式(4−1)〜(4−7)において、R4Aは独立して、炭素数1〜12のアルキル、炭素数1〜12のアルコキシ、炭素数2〜12のアルケニル、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炭素数2〜12のアルケニルであり、X4Aは水素、フッ素、塩素、−CF3、または−OCF3であり、L15〜L24は独立して水素またはフッ素である。
(4−1)〜(4−3)は透明点が高く、5環としては相溶性に優れる。(4−4)〜(4−5)は透明点が高く、(4−6)〜(4-7)は相溶性に優れる。なお、L15〜L24において、フッ素の数が多いほど、誘電率異方性が大きい。
本発明の液晶組成物の第5の態様は、第一成分として化合物(1)、第二成分として式(5)で表される化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物からなる成分、およびキラル剤とを含有する組成物である。アキラル成分Tとして、化合物(1)と化合物(5)に加えて、さらに化合物(2)または(3)なども含有してもよい。
式(5)で表される化合物について説明する。
式(5)において、R7は水素または炭素数1〜12のアルキルであり、このR7中の少なくとも1つの−CH2−は、−O−、−S−、−COO−、−OCO−、−CH=CH−、−CF=CF−または−C≡C−で置き換えられてもよく、このR7中の少なくとも1つの水素はハロゲンで置き換えられてもよい。
本発明に用いられる化合物(5)をさらに詳細に説明する。化合物(5)はジオキサン環と3個のベンゼン環を有する液晶化合物である。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極めて安定であり、そして透明点が高いにも関らず、他の液晶化合物との相溶性が比較的よい。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。したがって組成物において光学的に等方性の液晶相の温度範囲を広げることが可能となり、幅広い温度範囲で表示素子として使用することができる。さらにこの化合物は光学的に等方性の液晶相で駆動される組成物の駆動電圧を下げるための成分として有用である。また、化合物(5)とキラル剤から調製された組成物でブルー相を発現させると、N*相や等方相との共存がない均一なブルー相となりやすい。すなわち、化合物(5)は均一なブルー相を発現させやすい化合物である。
化合物(5)の好ましい例は、式(5−1)〜(5−4)である。より好ましい例は、(5−1)〜(5−3)である。
式(5−1)〜(5−4)において、R7Aは、炭素数1〜12のアルキル、炭素数1〜11のアルコキシ、炭素数2〜12のアルケニル、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炭素数2〜12のアルケニルであり; L26、L28、L29およびL30は独立して、水素またはフッ素であり; X7Aは、水素、フッ素、塩素、−CF3または−OCF3である。
6.1 光学的に等方性の液晶相を有する組成物の組成
本発明の第6の態様は、アキラル成分Tとキラル剤とを含む組成物であり、光学的に等方性の液晶相で駆動される光素子に用いることのできる液晶組成物である。アキラル成分Tは、式(1)を含み、式(2)、式(3)、式(4)または式(5)などで表される化合物も含む。液晶組成物は、光学的等方性の液晶相を発現する組成物である。
式(2)で表される化合物は、良好な相溶性と大きな誘電率異方性と大きな屈折率異方性を有するため、その含有量は、アキラル成分Tの全重量に対して、約0.5〜約90重量%であり、好ましく約は5〜約70重量%、より好ましくは約10〜約50重量%である。
式(3)で表される化合物は、透明点が比較的高く、大きな誘電率異方性と大きな屈折率異方性を有するため、その含有量は、アキラル成分Tの全重量に対して、約0.5〜約90重量%であり、好ましくは約5〜約70重量%、より好ましくは約10〜約50重量%である。
式(4)は、大きな誘電率異方性と大きな屈折率異方性を有するため、その含有量は、アキラル成分Tの全重量に対して、約5重量%以上であり、液晶相の下限温度を下げるために約40重量%以下である。さらに好ましい割合は約5〜約30重量%である。特に好ましい割合は約5〜約20重量%である。
式(5)は、透明点が比較的高く、大きな誘電率異方性を有するため、大きな誘電率異方性を有するため、その含有量は、アキラル成分Tの全重量に対して、約1.0重量%以上であり、液晶相の下限温度を下げるために約50重量%以下である。さらに好ましい割合は約1〜25重量%である。特に好ましい割合は約1〜約15重量%である。
液晶組成物の全重量に対して、キラル剤を約1〜約40重量%含むことが好ましく、約3〜約25重量%含むことがさらに好ましく、約5〜約15重量%含むことが最も好ましい。これらの範囲でキラル剤を含有する液晶組成物は、光学的に等方性の液晶相を有するようになりやすく、好ましい。
光学的に等方性の液晶組成物が含有するキラル剤は光学活性化合物であり、キラル剤としては、ねじり力(Helical Twisting Power)が大きい化合物が好ましい。ねじり力が大きい化合物は所望のピッチを得るために必要な添加量が少なくできるので、駆動電圧の上昇を抑えられ、実用上有利である。具体的には、下記式(K1)〜(K7)で表される化合物が好ましい。
式(K1)〜(K7)中、RKは独立して、水素、ハロゲン、−C≡N、−N=C=O、−N=C=Sまたは炭素数1〜20のアルキルであり、このアルキル中の−CH2−は、少なくとも1つは−O−、−S−、−COO−、または−OCO−で置き換えられてもよく、このアルキル中の−CH2−CH2−は少なくとも1つは−CH=CH−、−CF=CF−または−C≡C−で置き換えられてもよく、このアルキル中の水素は少なくとも1つはハロゲンで置き換えられてもよく; Aは独立して、芳香族性あるいは非芳香族性の3〜8員環、または、炭素数9以上の縮合環であり、これらの環の水素が少なくととも1つはハロゲン、炭素数1〜3のアルキルまたはハロアルキルで置き換えられてもよく、環の−CH2−は−O−、−S−または−NH−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; Bは独立して、水素、ハロゲン、炭素数1〜3のアルキル、炭素数1〜3のハロアルキル、芳香族性または非芳香族性の3〜8員環、または、炭素数9以上の縮合環であり、これらの環の水素が少なくとも1つはハロゲン、炭素数1〜3のアルキルまたはハロアルキルで置き換えられてもよく、−CH2−は−O−、−S−または−NH−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; Zは独立して、単結合、炭素数1から8のアルキレンであり、Z中の少なくとも1つの−CH2−は、−O−、−S−、−COO−、−OCO−、−CSO−、−OCS−、−N=N−、−CH=N−、または−N=CH−で置き換えられてもよく、このZ中の少なくとも1つの−CH2−CH2−は−CH=CH−、−CF=CF−または−C≡C−で置き換えられてもよく、Z中の少なくとも1つの水素はハロゲンで置き換えられてもよく; Xは単結合、−COO−、−OCO−、−CH2O−、−OCH2−、−CF2O−、−OCF2−、または−CH2CH2−であり; mKは1〜4の整数である。
式中、RKは独立して、炭素数3〜10のアルキルであり、環に隣接するこのアルキル中の−CH2−は−O−で置き換えられてもよく、アルキル中またはアルキル中の環に隣接する−CH2−が−O−で置き換えられた基中の−CH2−は、少なくとも1つは−CH=CH−で置き換えられてもよい。。
液晶組成物が光学的に等方性を有するとは、巨視的には液晶分子配列は等方的であるため光学的に等方性を示すが、微視的には液晶秩序が存在することをいう。「液晶組成物が微視的に有する液晶秩序に基づくピッチ(以下では、ピッチと呼ぶことがある)」は700nm以下であることが好ましく、500nm以下であることがさらに好ましく、350nm以下であることが最も好ましい。
また、可視光の光を反射する液晶材料では、表示素子として利用する場合に色味が問題となることがあるが、二色以上の回折光を示さない液晶では、反射波長が低波長シフトするため、狭義のブルー相(プレートレット組織を発現する相)より長いピッチで可視光の反射を消失させることができる。
光学的に等方性の液晶相における電気複屈折はピッチが長くなるほど大きくなるので、その他の光学特性(透過率、回折波長など)の要求を満たす限り、キラル剤の種類と含有量を調整して、ピッチを長く設定することにより、電気複屈折を大きくすることができる。
本発明の光学的に等方性の液晶組成物は、その組成物の特性に影響を与えない範囲で、さらに高分子物質等の他の化合物が添加されてもよい。本発明の液晶組成物は、高分子物質の他にも、たとえば二色性色素、フォトクロミック化合物を含有していてもよい。二色性色素の例としては、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、テトラジン系などが挙げられる。
本発明の第7の態様は、式(1)で表される化合物およびキラル剤を含む液晶組成物と高分子の複合材料であり、光学的に等方性を示すものである。光学的に等方性の液晶相で駆動される光素子に用いることのできる光学的に等方性の高分子/液晶複合材料である。このような高分子/液晶複合材料は例えば、項[17]〜[20]に記載の液晶組成物(液晶組成物CLC)と高分子で構成される。
本発明の複合材料は、光学的に等方性の液晶組成物と、予め重合されて得られた高分子とを混合しても製造できるが、高分子の材料となる低分子量のモノマー、マクロモノマー、オリゴマー等(以下、まとめて「モノマー等」という)と液晶組成物CLCとを混合してから、当該混合物において重合反応を行うことによって、製造されることが好ましい。モノマー等と液晶組成物とを含む混合物を本件明細書では、「重合性モノマー/液晶混合物」と呼ぶ。「重合性モノマー/液晶混合物」には必要に応じて、後述する重合開始剤、硬化剤、触媒、安定剤、二色性色素、またはフォトクロミック化合物等を、本発明の効果を損なわない範囲で含んでもよい。たとえば、本件発明の重合性モノマー/液晶混合物には必要に応じて、重合開始剤を重合性モノマー100重量部に対して0.1〜20重量部含有してもよい。
また、好適な複合材料を得るためには、高分子はメソゲン部位を有するものが好ましく、高分子の原料モノマーとしてメソゲン部位を有する原料モノマーをその一部に、あるいは全部に用いることができる。
メソゲン部位を有する単官能性、または二官能性モノマーは構造上特に限定されないが、例えば下記の式(M1)または式(M2)で表される化合物を挙げることができる。
また、式(M3−2)、式(M3−3)、式(M3−4)、式(M3−7)はラジカル重合で重合するのが好適である。式(M3−1)、式(M3−5)、式(M3−6)はカチオン重合で重合するのが好適である。いずれもリビング重合なので、少量のラジカルあるいはカチオン活性種が反応系内に発生すれば重合は開始する。活性種の発生を加速する目的で重合開始剤を使用できる。活性種の発生には例えば光または熱を使用できる。
化合物の安定性を考慮して、酸素と酸素とが隣接した−CH2−O−O−CH2−よりも、酸素と酸素とが隣接しない−CH2−O−CH2−O−の方が好ましい。硫黄においても同様である。
2−フルオロ−1,4−フェニレンは、3−フルオロ−1,4−フェニレンと構造的に同一であるので、後者は例示しなかった。この規則は、2,5−ジフルオロ−1,4−フェニレンと3,6−ジフルオロ−1,4−フェニレンの関係などにも適用される。
メソゲン部位を有さない重合性のある官能基を持つモノマーとして、例えば、炭素数1〜30の直鎖あるいは分岐アクリレート、炭素数1〜30の直鎖あるいは分岐ジアクリレート、三つ以上の重合性官能基を有するモノマーとしては、グリセロール・プロポキシレート(1PO/OH)トリアクリレート、ペンタエリスリトール・プロポキシレート・トリアクリレート、ペンタエリスリトール・トリアクリレート、トリメチロールプロパン・エトキシレート・トリアクリレート、トリメチロールプロパン・プロポキシレート・トリアクリレート、トリメチロールプロパン・トリアクリレート、ジ(トリメチロールプロパン)テトラアクリレート、ペンタエリスリトール・テトラアクリレート、ジ(ペンタエリスリトール)ペンタアクリレート、ジ(ペンタエリスリトール)ヘキサアクリレート、トリメチロールプロパン・トリアクリレートなどを挙げることができるが、これらに限定されるものではない。
本発明の複合材料を構成する高分子の製造における重合反応は特に限定されず、例えば、光ラジカル重合、熱ラジカル重合、光カチオン重合等が行われる。
本発明の複合材料を構成する高分子の製造において、前記モノマー等および重合開始剤の他にさらに1種または2種以上の他の好適な成分、例えば、硬化剤、触媒、安定剤等を加えてもよい。
本発明の高分子/液晶複合材料中における液晶組成物の含有率は、複合材料が光学的に等方性の液晶相を発現できる範囲であれば、可能な限り高含有率であることが好ましい。液晶組成物の含有率が高い方が、本発明の複合材料の電気複屈折値が大きくなるからである。
本発明の高分子/液晶複合材料は、たとえば二色性色素、フォトクロミック化合物を本発明の効果を損なわない範囲で含有していてもよい。
以下、実施例により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%」を意味する。
本発明の第9の態様は、液晶組成物または高分子/液晶複合材料(以下では、本発明の液晶組成物および高分子/液晶複合材料を総称して液晶媒体と呼ぶことがある)を含む光学的に等方性の液晶相で駆動される光素子である。
電界無印加時には液晶媒体は光学的に等方性であるが、電場を印加すると、液晶媒体は光学的異方性を生じ、電界による光変調が可能となる。
液晶表示素子の構造例としては、図1に示すように、櫛型電極基板の電極が、左側から伸びる電極1と右側から伸びる電極2が交互に配置された構造を挙げることができる。電極1と電極2との間に電位差がある場合、図1に示すような櫛型電極基板上では、1本の電極に注目すると、図面上の上方向と下方向の2つの方向の電界が存在する状態を提供できる。
本発明の第10の態様は、前述の項30に記載の式(1−21)、(1−22)または(1−23)で表される化合物である。
式中、R1Aが炭素数1〜12のアルキルであり;X1Aは水素、フッ素、−CF3、−OCF3、−C≡Nであり;(F)は独立して、水素またはフッ素であり;L1、L2、L3およびL4は独立して、水素またはフッ素である。
式中、R1Aが炭素数1〜12のアルキルであり;X1A’は水素、フッ素、−CF3、−OCF3であり;(F)は独立して、水素またはフッ素であり;L1、L2およびL3は独立して、水素またはフッ素である。
式中、R1Aは炭素数1〜12のアルキルであり;X1Bは水素、フッ素、−CF3であり; L1、L2、およびL3は独立して、水素またはフッ素である。
記録計としては島津製作所製のC−R6A型Chromatopac、またはその同等品を用いた。得られたガスクロマトグラムには、成分化合物に対応するピークの保持時間およびピークの面積値が示されている。
液晶化合物の物性値を測定する試料としては、化合物そのものを試料とする場合、化合物を母液晶と混合して試料とする場合の2種類がある。
物性値の測定は後述する方法で行った。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。また、測定に用いたTN素子には、TFTを取り付けなかった。
(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)に化合物を置き、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、液晶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)、相転移温度を決定した。
ピッチ長は選択反射を用いて測定した(液晶便覧196頁 2000年発行、丸善)。選択反射波長λには、関係式<n>p/λ=1が成立する。ここで<n>は平均屈折率を表し、次式で与えられる。<n>={(n‖ 2+n⊥ 2)/2}1/2。選択反射波長は顕微分光光度計(日本電子(株)、商品名MSV-350)で測定した。得られた反射波長を平均屈折率で除すことにより、ピッチを求めた。可視光より長波長領域に反射波長を有するコレステリック液晶のピッチは、光学活性化合物濃度が低い領域では光学活性化合物の濃度の逆数に比例することから、可視光領域に選択反射波長を有する液晶のピッチ長を数点測定し、直線外挿法により求めた。「光学活性化合物」は本発明におけるキラル剤に相当する。
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。
5−(4−(ジフルオロ((2,3’,4’,5’−テトラフルオロ−[1,1’−ビフェニル]−4−イル)オキシ)メチル)−3,5−ジフルオロフェニル)−4−フルオロ−1−プロピル−1H−インドール(化合物(1−22−1−2))の合成
合成スキームを下図に示す。
窒素雰囲気下、4−フルオロ−1H−インドール(25.0g,185mmol)、水酸化カリウム(51.9g,925mmol)、DMF(250ml)を反応容器に入れて、室温で1時間撹拌した。そこへ、1−ブロモプロパンを加え、50℃で4時間撹拌した。反応混合物を室温に戻した後、純水に注ぎ込み、水層をトルエンで抽出した。一緒にした有機層を純水、飽和食塩水で洗浄した後、硫酸マグネシウムで乾燥させ、エバポレーターで溶媒を留去した。残渣をシリカゲルクロマトフィーで精製して4−フルオロ−1−プロピル−1H−インドール(32.4g,182.8mmol;98.8%)を得た。
窒素雰囲気下、第1工程で得られた4−フルオロ−1−プロピル−1H−インドール(32.4g,182.8mmol)とTHF(150ml)を反応容器に入れて−70℃に冷却した。そこへ、−70℃でsec−ブチルリチウム(1.0M;n−ヘキサン溶液;402.2ml,402.2mmol)を滴下し、−70℃で2時間撹拌した。次いで、−70℃でクロロトリメチルシラン(47.7g,438.8mmol)のTHF(100ml)溶液を滴下し、−70℃で1時間撹拌した。反応混合物を室温に戻した後、純水に注ぎ込み、水層をトルエンで抽出した。一緒にした有機層を純水、飽和食塩水で洗浄した後、硫酸マグネシウムで乾燥させ、エバポレーターで溶媒を留去した。残渣をシリカゲルクロマトフィーで精製して4−フルオロ−1−プロピル−2−(トリメチルシリル)−1H−インドール(36.7g,147.2mmol;80.5%)を得た。
窒素雰囲気下、第2工程で得られた4−フルオロ−1−プロピル−2−(トリメチルシリル)−1H−インドール(20.0g,80.2mmol)、テトラメチルエチレンジアミン(11.2g,96.2mmol)、THF(100ml)を反応容器に入れて−70℃に冷却した。そこへ、−70℃でsec−ブチルリチウム(1.0M;n−ヘキサン溶液;96.2ml,96.2mmol)を滴下し、−70℃で2時間撹拌した。次いで、−70℃でヨウ素(28.5g,112.3mmol)のTHF(100ml)溶液を滴下し、−70℃で1時間撹拌した。反応混合物を室温に戻した後、純水に注ぎ込み、水層をトルエンで抽出した。一緒にした有機層をチオ硫酸ナトリウム水溶液、純水、飽和食塩水で洗浄した後、硫酸マグネシウムで乾燥させ、エバポレーターで溶媒を留去した。残渣をシリカゲルクロマトフィーで精製して4−フルオロ−5−ヨード−1−プロピル−2−(トリメチルシリル)−1H−インドール(GC純度68.7%,25.0g,45.8mmol;57.1%)を得た。
窒素雰囲気下、第3工程で得られた4−フルオロ−5−ヨード−1−プロピル−2−(トリメチルシリル)−1H−インドール(GC純度68.7%,25.0g,45.8mmol)、3,5−ジフルオロフェニルボロン酸(7.6g,48.1mmol)、炭酸カリウム(19.0g,137.3mmol)、テトラブチルアンモニウムブロミド(3.0g,9.2mmol)、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0)(1.7g,1.5mmol)、トルエン(140ml)、ソルミックス(70ml)、および水(70ml)を反応容器に入れて6時間加熱還流した。反応混合物を室温に戻した後、純水に注ぎ込み、水層をトルエンで抽出した。一緒にした有機層を純水、飽和食塩水で洗浄した後、硫酸マグネシウムで乾燥させ、エバポレーターで溶媒を留去した。残渣をシリカゲルクロマトフィーで精製して5−(3,5−ジフルオロフェニル)−4−フルオロ−1−プロピル−2−(トリメチルシリル)−1H−インドール(GC純度57.5%,22.0g,35.0mmol;76.5%)を得た。
窒素雰囲気下、第4工程で得られた5−(3,5−ジフルオロフェニル)−4−フルオロ−1−プロピル−2−(トリメチルシリル)−1H−インドール(GC純度57.5%,7.0g,11.1mmol)、THF(40ml)を入れて、5℃に冷却した。そこへ、テトラブチルアンモニウムフルオリド(1.0M;THF溶液;11.1ml,11.1mmol)を滴下し、室温で5時間攪拌した。反応混合物を純水に注ぎ込み、水層をトルエンで抽出した。一緒にした有機層を純水、飽和食塩水で洗浄した後、硫酸マグネシウムで乾燥させ、エバポレーターで溶媒を留去した。残渣をシリカゲルクロマトフィーで精製して5−(3,5−ジフルオロフェニル)−4−フルオロ−1−プロピル−2−1H−インドール(GC純度67.8%,4.1g,9.6mmol;86.3%)を得た。
窒素雰囲気下、第5工程で得られた5−(3,5−ジフルオロフェニル)−4−フルオロ−1−プロピル−2−1H−インドール(GC純度67.8%,4.1g,9.6mmol)、THF(20ml)を反応容器に入れて−50℃に冷却した。そこへ、−50℃でn−ブチルリチウム(1.65M;n−ヘキサン溶液;6.4ml,10.6mmol)を滴下し、−50℃で1時間撹拌した。次いで、−50℃でジブロモジフルオロメタン(2.6g,12.5mmol)のTHF(5ml)溶液を滴下し、−50℃で1時間撹拌した。反応混合物を室温に戻した後、純水に注ぎ込み、水層をトルエンで抽出した。一緒にした有機層を純水、飽和食塩水で洗浄した後、硫酸マグネシウムで乾燥させ、エバポレーターで溶媒を留去した。残渣をシリカゲルクロマトフィーで精製して5−(4−ブロモジフルオロメチル)−(3,5−ジフルオロフェニル)−4−フルオロ−1−プロピル−2−1H−インドール(GC純度61.3%,5.5g,5.9mmol;61.3%)を得た。
窒素雰囲気下、2,3’,4’,5’−テトラフルオロ−[1,1’−ビフェニル]−4−オール(1.5g,5.9mmol)、炭酸カリウム(1.7g,12.5mmol)、テトラブチルアンモニウムブロミド(0.6g,1.8mmol)、ジオキサン(20ml)を反応容器に入れ、40℃で30分間撹拌した。次いで、第6工程で得られた5−(4−ブロモジフルオロメチル)−(3,5−ジフルオロフェニル)−4−フルオロ−1−プロピル−2−1H−インドール(GC純度61.3%,5.5g,5.9mmol)を加え、95℃で6時間撹拌した。反応混合物を室温に戻した後、純水に注ぎ込み、水層をトルエンで抽出した。一緒にした有機層を純水、飽和食塩水で洗浄した後、硫酸マグネシウムで乾燥させ、エバポレーターで溶媒を留去した。残渣をシリカゲルクロマトフィーおよび再結晶で精製することにより、5−(4−(ジフルオロ((2,3’,4’,5’−テトラフルオロ−[1,1’−ビフェニル]−4−イル)オキシ)メチル)−3,5−ジフルオロフェニル)−4−フルオロ−1−プロピル−1H−インドール(2.2g,3.8mmol;63.5%)を得た。
19F−NMR(δppm;CFCl3):−61.34(d,2F,J=27.8Hz)、−111.96(dt,2F,J=11.1Hz,27.8Hz)、−114.93(dd,1F,J=8.5Hz,10.6Hz)、−125.85(s,1F)、−134.73(dd,2F,J=9.4Hz,21.6Hz)、−161.77(tt,1F,J=6.6Hz,21.6Hz).
転移温度:C 108.9 I;TNI=69.7;η=121.4mPa・s;Δn=0.197;Δε=80.1.
合成例1で得られた化合物(1−22−1−2)のΔεは80.1であり、特許文献15に開示されている化合物(R)のΔεは30.27であった。化合物(1−22−1−2と)は、Δεが大きい点で優れていることが分かった。
19F−NMR(δppm;CFCl3):−62.04(d,2F,J=27.8Hz)、−112.06(dt,2F,J=11.1Hz,27.8Hz)、−125.82(s,1F)、−133.05(dd,2F,J=7.5Hz,21.6Hz)、−163.81(tt,1F,J=6.0Hz,21.6Hz).
転移温度:C 100.3 I;TNI=7.7;η=96.5mPa・s;Δn=0.137;Δε=71.9.
5−(4−(ジフルオロ((2,3’,4’,5’−テトラフルオロ−[1,1’−ビフェニル]−4−イル)オキシ)メチル)−3,5−ジフルオロフェニル)−1−プロピル−1H−インドール(化合物(1−22−1−1))の合成
合成スキームを下図に示す。
19F−NMR(δppm;CFCl3):−61.27(d,2F,J=27.6Hz)、−111.67(dt,2F,J=10.9Hz,27.6Hz)、−115.00(dd,1F,J=8.7Hz,10.5Hz)、−134.76(dd,2F,J=9.0Hz,21.8Hz)、−161.77(tt,1F,J=7.0Hz,21.8Hz).
転移温度:C 108.4 I;TNI=68.4;η=147.5mPa・s;Δn=0.197;Δε=68.1.
1)誘電率異方性が正である試料: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。TN素子に16ボルトから19.5ボルトの範囲で0.5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らの論文の40頁の計算式(8)とから回転粘度の値を得た。この計算で必要な誘電率異方性の値は、この回転粘度の測定で使用した素子にて、下記の誘電率異方性の測定方法で求めた。
1)誘電率異方性が正である組成物:2枚のガラス基板の間隔(ギャップ)が約9μm、ツイスト角が80度の液晶セルに試料を入れた。このセルに20ボルトを印加して、液晶分子の長軸方向における誘電率(ε‖)を測定した。0.5ボルトを印加して、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。
1)誘電率異方性が正である組成物:2枚のガラス基板の間隔(ギャップ)が(0.5/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)の液晶表示素子に試料を入れた。Δnは上記の方法で測定した屈折率異方性の値である。この素子に周波数が32Hzである矩形波を印加した。矩形波の電圧を上昇させ、素子を通過する光の透過率が90%になったときの電圧の値を測定した。
可視光より長波長領域に反射波長を有するコレステリック液晶のピッチは、キラル剤濃度が低い領域ではキラル剤の濃度の逆数に比例することから、可視光領域に選択反射波長を有する液晶のピッチ長を数点測定し、直線外挿法により求めた。
下図に示す液晶化合物を、下記の割合で混合することによりアキラル成分Tに該当する液晶組成物Aを調製した。
構造式の右側に一般式との対応を記した。
液晶組成物A
この液晶組成物Aの相転移温度(℃)はN 74.6−75.0 Iであった。
この液晶組成物A1〜C1の相転移温度(℃)は、
A1:N* 71.1−71.3 BP 72.7 BP+I 73.0 I、
I − BP+I 71.7 BP 69.9 N*
であった。下段は冷却過程で観察される相転移温度であり、冷却過程においてもBPを発現した。
モノマーと液晶組成物の混合物の調製
液晶組成物とモノマーとの混合物として液晶組成物A1を88.8重量%、n−ヘキサデシルアクリレートを6.0重量%、1,4−ジ−(4−(12−(アクリロイルオキシ)ドデシルオキシ)−ベンゾイルオキシ)−2−メチルベンゼン(LCA−12)を4.8重量%、光重合開始剤として2,2’−ジメトキシフェニルアセトフェノンを0.4重量%混合した液晶組成物A1−1M〜C1−1Mを調製した。この液晶組成物A1−1Mの相転移温度(℃)は
A1−1M:N* 43.2−43.4 BP 47.2 BP+I 48.5 I、
I − BP+I 45.5 BP 41.4 N*
であった。下段は冷却過程で観察される相転移温度であり、冷却過程においてもBPを発現した。
液晶組成物A−1Mを配向処理の施されていない櫛型電極基板と対向ガラス基板(非電極付与)の間に狭持し(セル厚8μm)、得られたセルをA1−1M:43.2℃のブルー相まで加熱した。この状態で、紫外光(紫外光強度23mWcm−2(365nm))を1分間照射して、重合反応を行った。
このようにして得られた高分子/液晶複合材料A−1Pは室温まで冷却しても光学的に等方性の液晶相を維持していた。
実施例4で得られた高分子/液晶複合材料A−1Pが狭持されたセルを、図2に示した光学系にセットし、電気光学特性を測定した。光源として偏光顕微鏡(ニコン製 エクリプス LV100POL)の白色光源を用い、セルへの入射角度がセル面に対して垂直となるようにし、櫛型電極の線方向がPolarizerとAnalyzer偏光板に対してそれぞれ45°となるように前記セルを光学系にセットした。室温で印加電圧と透過率の関係を調べた。A−1Pでは、30Vの短形波を印加すると、透過率が76%となり、透過光強度は飽和した。電気光学応答は、rise = 3.6ms、decay = 2.0msを示した。
下図に示す液晶化合物を、下記の割合で混合することにより液晶組成物Fを調製した。液晶組成物Fは化合物(1)を添加しなかった組成物である。構造式の右側に一般式との対応を記した。
この液晶組成物Fの相転移温度(℃)はN 82.5−82.6 Iであった。
N* 73.8−74.1 BP 77.4 I
であった。
モノマーと液晶組成物の混合物の調製
液晶組成物とモノマーとの混合物として液晶組成物F1を88.8重量%、n−ドデシルアクリレートを6.0重量%、1,4−ジ(4−(6−(アクリロイルオキシ)ヘキシルオキシ)ベンゾイルオキシ)−2−メチルベンゼン(LCA−6)を4.8重量%、光重合開始剤として2,2’−ジメトキシフェニルアセトフェノンを0.4重量%混合した液晶組成物F−1Mを調製した。
この液晶組成物F−1Mの相転移温度(℃)は
N* 45.1−45.4 BP 50.9 BP+I 52.2 I、
であった。
液晶組成物F−1Mを配向処理の施されていない櫛型電極基板と対向ガラス基板(非電極付与)の間に狭持し(セル厚10μm)、得られたセルを40.1℃のブルー相まで加熱した。この状態で、紫外光(紫外光強度23mWcm−2(365nm))を1分間照射して、重合反応を行った。
このようにして得られた高分子/液晶複合材料F−1Pは室温まで冷却しても光学的に等方性の液晶相を維持していた。
比較例2で得られた高分子/液晶複合材料F−1Pが狭持されたセルを、図2に示した光学系にセットし、電気光学特性を測定した。光源として偏光顕微鏡(ニコン製 エクリプス LV100POL)の白色光源を用い、セルへの入射角度がセル面に対して垂直となるようにし、櫛型電極の線方向がPolarizerとAnalyzer偏光板に対してそれぞれ45°となるように前記セルを光学系にセットした。室温で印加電圧と透過率の関係を調べた。40.7Vの矩形波を印加すると、透過率が89.7%となり、透過光強度は飽和した。
2・・・電極2
3・・・光源
4・・・偏光子(偏光板)(Polarizer)
5・・・櫛型電極セル
6・・・検光子(偏光板)(Analyzer)
7・・・受光器(Photodetector)
Claims (32)
- アキラル成分Tおよびキラル剤を含有し、光学的に等方性の液晶相を発現する、液晶組成物であって、アキラル成分Tの第一成分として式(1)で表される化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物を含有する、液晶組成物。
式中、R1が炭素数1〜12のアルキル、炭素数2〜12のアルケニル、炭素数1〜11のアルコキシであり;環A1および環A2が独立して、下記式で表され;
Z1、Z2、およびZ3が独立して、単結合、−(CH2)2−、−COO−、−CF2O−、または−CH=CH−であり;X1は水素、ハロゲン、−CF3、−OCF3、−C≡Nであり;L1、L2、L3およびL4は独立して、水素またはハロゲンであり;iは0、1または2である。 - 請求項1に記載の式(1)において、i=0である、請求項1に記載の液晶組成物。
- 請求項1に記載の式(1)において、i=1である、請求項1に記載の液晶組成物。
- アキラル成分Tの全重量に基づいて、第一成分の割合が0.5重量%から50重量%の範囲である請求項1〜7のいずれか1項に記載の液晶組成物。
- アキラル成分Tの第二成分として式(2)で表される化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物をさらに含有する、請求項1〜8のいずれか1項に記載の液晶組成物。
ここで、R2は、水素または炭素数1〜12のアルキルであり、このR2中の少なくとも1つの−CH2−は、−O−、−S−、−COO−、−OCO−、−CH=CH−、−CF=CF−または−C≡C−で置き換えられてもよく、このR2の少なくとも1つの水素はハロゲンで置き換えられてもよく;環B1、環B2、環B3、環B4、および環B5は独立して、下記式、1個または2個の水素がフッ素で置き換えられた1,4−フェニレン、または2個の水素がそれぞれフッ素と塩素で置換された1,4−フェニレンであり;
Zb1、Zb2、Zb3、Zb4、Zb5、およびZb6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、このアルキレン中の少なくとも1つの−CH2−は、−O−、−COO−または−CF2O−で置き換えられてもよく;L7、L8およびL9は独立して、水素またはフッ素であり;X2は水素、フッ素、塩素、−CF3、または−OCF3であり、;l1、m1、n1、o1、およびp1は独立して、0または1であり、2≦l1+m1+n1+o1+p1≦3である。 - アキラル成分Tの第二成分として式(3)で表される化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物をさらに含有する、請求項1〜8のいずれか1項に記載の液晶組成物。
式(3)において、R3は水素または炭素数1〜20のアルキルであり、このR3中の少なくとも1つの−CH2−は、−O−、−S−、−COO−、−OCO−、−CH=CH−、−CF=CF−または−C≡C−で置き換えられてもよく、このR3中の少なくとも1つの水素は少なくとも1つはハロゲンで置き換えられてもよく;環Cは下記式または1個以上の水素がフッ素で置換された1,4-フェニレンであり;
Z8、Z9、およびZ10は独立して、単結合、−COO−または−CF2O−であるが、少なくとも1つは−CF2O−であり、;L11、L12、L13、およびL14は独立して、水素またはフッ素であり;X3は水素、ハロゲン、−SF5、または炭素数1〜10のアルキルであり、このX3中の少なくとも1つの−CH2−は、−O−、−S−、−COO−、−OCO−、−CH=CH−、−CF=CF−または−C≡C−で置き換えられてもよく、またこのX3中の少なくとも1つの水素はフッ素で置き換えられてもよい。 - アキラル成分Tの全重量に基づいて、第一成分の割合が1重量%から30重量%の範囲であり、第2成分のうち式(3−2−3)、(3−2−7)、(3−3−1)、または(3−3−3)で表される化合物の合計割合が5重量%から50重量%の範囲であり、第2成分のうち式(3−4−1)、(3−4−4)、(3−5−2)、または(3−5−5)で表される化合物の合計割合が5重量%から50重量%の範囲である請求項1〜13のいずれか1項に記載の液晶組成物。
- アキラル成分Tの第三成分として、式(4)で表される化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物をさらに含有する、請求項1〜14のいずれか1項に記載の液晶組成物。
ここで、R4は、炭素数1〜12のアルキル、炭素数1〜11のアルコキシ、炭素数2〜12のアルケニル、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炭素数2〜12のアルケニルであり;環Dは独立して、下記式で表され;
Z11は独立して、単結合、−CH=CH−、−COO−、−OCO−、−CF2O−、または−OCF2−であり;L23およびL24は独立して、水素またはフッ素であり;X4は、水素、フッ素、塩素、−CF3または−OCF3であり;q1は、1、2、3、または4であり、ただしq1が3または4である場合、1つのZ11は−CF2O−または−OCF2−であるが;q1が3の場合は、環Dが1,3−ジオキサン−2,5−ジイルまたはテトラヒドロピラン−2,5−ジイルであることはなく、また、環Dのすべてが、フッ素で置換された1,4−フェニレンであることはない。 - キラル剤が、式(K1)〜(K7)のそれぞれで表される化合物の群から選択される少なくとも1つの化合物を含む、請求項1〜16のいずれか1項に記載の液晶組成物。
ここで、RKは独立して、水素、ハロゲン、−C≡N、−N=C=O、−N=C=Sまたは炭素数1〜20のアルキルであり、このRK中の少なくとも1つ−CH2−は、−O−、−S−、−COO−、または−OCO−で置き換えられてもよく、このRK中の少なくとも1つの−CH2−CH2−は−CH=CH−、−CF=CF−または−C≡C−で置き換えられてもよく、このRK中の少なくとも1つの水素はハロゲンで置き換えられてもよく;Aは独立して、芳香族性あるいは非芳香族性の3〜8員環、または、炭素数9以上の縮合環であり、これらの環の水素が少なくとも1つはハロゲン、炭素数1〜3のアルキルまたはハロアルキルで置き換えられてもよく、環の−CH2−は−O−、−S−または−NH−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;Bは独立して、水素、ハロゲン、炭素数1〜3のアルキル、炭素数1〜3のハロアルキル、芳香族性または非芳香族性の3〜8員環、または、炭素数9以上の縮合環であり、これらの環の水素が少なくとも1つはハロゲン、炭素数1〜3のアルキルまたはハロアルキルで置き換えられてもよく、−CH2−は−O−、−S−または−NH−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;Zは独立して、単結合、炭素数1から8のアルキレンであり、このZ中の少なくとも1つの−CH2−は−O−、−S−、−COO−、−OCO−、−CSO−、−OCS−、−N=N−、−CH=N−、または−N=CH−で置き換えられてもよく、このZ中の少なくとも1つの−CH2−CH2−は、−CH=CH−、−CF=CF−、または−C≡C−で置き換えられてもよく、Z中の少なくとも1つの水素はハロゲンで置き換えられてもよく;Xは単結合、−COO−、−OCO−、−CH2O−、−OCH2−、−CF2O−、−OCF2−、または−CH2CH2−であり;mKは1〜4の整数である。 - 液晶組成物の全重量に対して、キラル剤の割合が1重量%から40重量%の範囲である請求項1〜18のいずれか1項に記載の液晶組成物。
- 70から−20℃のいずれかの温度においてキラルネマチック相を示し、この温度範囲の少なくとも一部において螺旋ピッチが700nm以下である、請求項1〜19に記載の液晶組成物。
- 少なくとも1つの酸化防止剤および/または紫外線吸収剤を含む請求項1〜20のいずれか1項に記載の液晶組成物。
- 請求項1〜21のいずれか1項に記載の液晶組成物と、重合性モノマーとを含む混合物。
- 請求項22に記載の混合物を重合して得られる、光学的に等方性の液晶相で駆動される素子に用いられる高分子/液晶複合材料。
- 請求項22に記載の混合物を非液晶等方相または光学的に等方性の液晶相で重合させて得られる、請求項23に記載の高分子/液晶複合材料。
- 一方または両方の面に電極が配置され、基板間に配置された液晶媒体、および電極を介して液晶媒体に電界を印加する電界印加手段を備えた光素子であって、液晶媒体が、請求項1〜21のいずれか1項に記載の液晶組成物または請求項23または24のいずれか1項に記載の高分子/液晶複合材料である光素子。
- 一方または両方の面に電極が配置され、少なくとも一方が透明な一組の基板、基板間に配置された液晶媒体、および基板の外側に配置された偏光板を有し、電極を介して液晶媒体に電界を印加する電界印加手段を備えた光素子であって、液晶媒体が、請求項1〜21のいずれか1項に記載の液晶組成物または請求項23または24のいずれか1項に記載の高分子/液晶複合材料である光素子。
- 一組の基板の少なくとも一方の基板上において、少なくとも2方向に電界を印加できるように電極が構成されている請求項25または26に記載の光素子。
- 互いに平行に配置された一組の基板の一方または両方に、少なくとも2方向に電界を印加できるように電極が構成されている請求項25または26に記載の光素子。
- 電極がマトリックス状に配置されて、画素電極を構成し、各画素がアクティブ素子を備え、このアクティブ素子が薄膜トランジスター(TFT)である請求項25または26に記載の光素子。
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