JP2017002160A - ジヒドロピラン化合物を含有する液晶組成物および液晶表示素子 - Google Patents

ジヒドロピラン化合物を含有する液晶組成物および液晶表示素子 Download PDF

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Abstract

【課題】ジヒドロピラン化合物を含有し、そしてネマチック相の広い温度範囲、小さな粘度、適切な光学異方性等の、優れた物性充足する液晶組成物の提供。【解決手段】第一成分として式(1)で表される化合物を含有し、そしてネマチック相を有する液晶組成物である。(Ra及びRbはH、アルキル基等;A1〜A3は各々独立に1,4−シクロヘキシレン、1,4−フェニレン等;Gは、式(pr−1)又は(pr−2)で表される二価基;Z1〜Z3は各々独立に単結合、炭素数1〜6のアルキレン等;a及びbは各々独立に0〜3の整数;a及び0≦a+b≦4)【選択図】なし

Description

本発明は、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、ジヒドロピラン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。ジヒドロピラン化合物にも関する。
液晶表示素子において、液晶分子の動作モードに基づいた分類は、PC(phase change)、TN(twisted nematic)、STN(super twisted nematic)、ECB(electrically controlled birefringence)、OCB(optically compensated bend)、IPS(in-plane switching)、VA(vertical alignment)、FFS(fringe field switching)、FPA(field-induced photo-reactive alignment)などのモードである。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は、スタティック(static)、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。TFTの分類は非晶質シリコン(amorphous silicon)および多結晶シリコン(polycrystal silicon)である。後者は製造工程によって高温型と低温型とに分類される。光源に基づいた分類は、自然光を利用する反射型、バックライトを利用する透過型、そして自然光とバックライトの両方を利用する半透過型である。
液晶表示素子はネマチック相を有する液晶組成物を含む。この組成物は適切な物性を有する。この組成物の物性を向上させることによって、良好な特性を有するAM素子を得ることができる。2つの関連を下記の表1にまとめる。組成物の物性を市販されているAM素子に基づいてさらに説明する。ネマチック相の温度範囲は、素子の使用できる温度範囲に関連する。ネマチック相の好ましい上限温度は約70℃以上であり、そしてネマチック相の好ましい下限温度は約−10℃以下である。組成物の粘度は素子の応答時間に関連する。素子で動画を表示するためには短い応答時間が好ましい。1ミリ秒でもより短い応答時間が望ましい。したがって、組成物における小さな粘度が好ましい。低い温度における小さな粘度はより好ましい。
Figure 2017002160
組成物の光学異方性は、素子のコントラスト比に関連する。素子のモードに応じて、大きな光学異方性または小さな光学異方性、すなわち適切な光学異方性が必要である。組成物の光学異方性(Δn)と素子のセルギャップ(d)との積(Δn×d)は、コントラスト比を最大にするように設計される。積の適切な値は動作モードの種類に依存する。小さなセルギャップの素子には大きな光学異方性を有する組成物が好ましい。組成物における大きな誘電率異方性は、素子における低いしきい値電圧、小さな消費電力と大きなコントラスト比に寄与する。したがって、正または負に大きな誘電率異方性が好ましい。組成物における大きな比抵抗は、素子における大きな電圧保持率と大きなコントラスト比とに寄与する。したがって、初期段階において室温だけでなく高い温度でも大きな比抵抗を有する組成物が好ましい。長時間使用したあと、室温だけでなく高い温度でも大きな比抵抗を有する組成物が好ましい。紫外線または熱に対する組成物の安定性は、素子の寿命に関連する。この安定性が高いとき、素子の寿命は長い。このような特性は、液晶プロジェクター、液晶テレビなどに用いるAM素子に好ましい。
高分子支持配向(PSA;polymer sustained alignment)型の液晶表示素子では、重合体を含有する液晶組成物が用いられる。まず、少量の重合性化合物を添加した組成物を素子に注入する。次に、この素子の基板のあいだに電圧を印加しながら、組成物に紫外線を照射する。重合性化合物は重合して、組成物中に重合体の網目構造を生成する。この組成物では、重合体によって液晶分子の配向を制御することが可能になるので、素子の応答時間が短縮され、画像の焼き付きが改善される。重合体のこのような効果は、TN、ECB、OCB、IPS、VA、FFS、FPAのようなモードを有する素子に期待できる。
液晶組成物は、液晶性化合物を混合することによって調製される。これまでに、数多くの液晶性化合物が合成されてきた。新しい液晶性化合物の開発は今でも続けられている。新規な化合物には、従来の化合物にはない優れた物性が期待されるからである。新規な化合物を液晶組成物に添加することによって、組成物における少なくとも2つの物性のあいだで適切なバランスが得られると期待されるからである。
下記の二価基を有する化合物の物性や、この化合物を含有する液晶組成物の報告例は少ない。

Figure 2017002160
国際公開第2006/125526A号は、37頁に下記の化合物(4−12b)を開示する。この化合物は合成中間体である。

Figure 2017002160
特開2011−136914号公報は、段落0257に下記の化合物を開示する。この化合物は合成中間体である。
Figure 2017002160
本発明の組成物の第一成分は、ジヒドロピラン化合物である。この化合物は、構造に依存して、正、負、または中性の誘電率異方性を有する。このような三種類の化合物は構造が類似しているので相溶性が優れる。したがって、誘電率異方性が正と中性の化合物を混合することによって、誘電率異方性が正の組成物を調製できる。誘電率異方性が負と中性の化合物を混合することによって、誘電率異方性が負の組成物を調製できる。この長所を活用しながら、誘電率異方性が正または負の液晶組成物を開発した。
国際公開第2006/125526号 特開2011−136914号公報
本発明の第一の課題は、ジヒドロピラン化合物を含有し、そしてネマチック相の高い上限温度、ネマチック相の低い下限温度、小さな粘度、適切な光学異方性、正または負に大きな誘電率異方性、大きな比抵抗、紫外線または熱に対する高い安定性、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。第二の課題は、この組成物を含み、そして素子を使用できる広い温度範囲、短い応答時間、高い電圧保持率、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。第三の課題は、熱や光に対する高い安定性、高い透明点(またはネマチック相の高い上限温度)、液晶相の低い下限温度、小さな粘度、適切な光学異方性、正に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。類似の化合物と比較して、正に大きな誘電率異方性を有する化合物を提供することである。類似の化合物と比較して、相溶性に優れた化合物を提供することである。
本発明は、第一成分として式(1)で表される化合物、第二成分として式(2)から(4)で表される化合物を含有し、そしてネマチック相を有する液晶組成物、この組成物を含む液晶表示素子などである。式(1)、式(2)から(4)の化学式については、あとの段落で説明する。
本発明の第一の長所は、ジヒドロピラン化合物を含有し、そしてネマチック相の高い上限温度、ネマチック相の低い下限温度、小さな粘度、適切な光学異方性、正または負に大きな誘電率異方性、大きな比抵抗、紫外線または熱に対する高い安定性、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。第二の長所は、この組成物を含み、そして素子を使用できる広い温度範囲、短い応答時間、高い電圧保持率、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。第三の長所は、熱や光に対する高い安定性、高い透明点(またはネマチック相の高い上限温度)、液晶相の低い下限温度、小さな粘度、適切な光学異方性、正に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。類似の化合物と比較して、正に大きな誘電率異方性を有する化合物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」、「液晶組成物」、および「液晶表示素子」の用語をそれぞれ「化合物」、「組成物」、および「素子」と略すことがある。「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。この化合物は、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。「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。「重合性化合物」は、組成物中に重合体を生成させる目的で添加する化合物である。
液晶組成物は、複数の液晶性化合物を混合することによって調製される。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、重合性化合物、重合開始剤、重合禁止剤、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、色素、消泡剤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。重合開始剤または重合禁止剤の割合は、例外的に重合性化合物の重量に基づいて表される。
「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、液晶性化合物と母液晶との混合物また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。「誘電率異方性を上げる」の表現は、誘電率異方性が正である組成物のときは、その値が正に増加することを意味し、誘電率異方性が負である組成物のときは、その値が負に増加することを意味する。
式(1)で表される化合物を化合物(1)と略すことがある。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つの化合物を化合物(1)と略すことがある。「化合物(1)」は、式(1)で表される1つの化合物、2つの化合物の混合物、または3つ以上の化合物の混合物を意味する。これらのルールは、他の式で表される化合物についても適用される。式(2)から(15)において、六角形で囲んだB、C、Dなどの記号はそれぞれ環B、環C、環Dなどの環に対応する。六角形は、シクロヘキサンやベンゼンのような六員環を表す。六角形がナフタレンのような縮合環や、アダマンタンのような架橋環を表すことがある。
成分化合物の化学式において、末端基Rの記号を複数の化合物に用いる。これらの化合物において、任意の2つのRが表す2つの基は同一であってもよく、または異なってもよい。例えば、化合物(1−1)のRがエチルであり、化合物(1−2)のRがエチルであるケースがある。化合物(1−1)のRがエチルであり、化合物(1−2)のRがプロピルであるケースもある。このルールは、R11、Z11などの記号にも適用される。化合物(8)において、iが2のとき、2つの環Dが存在する。この化合物において2つの環Dが表す2つの基は、同一であってもよく、または異なってもよい。iが2より大きいとき、任意の2つの環Dにも適用される。このルールは、他の記号にも適用される。
「少なくとも1つの‘A’」の表現は、‘A’の数が任意であることを意味する。「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。このルールは、「少なくとも1つの‘A’が、‘B’で置き換えられた」の表現にも適用される。「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’で置き換えられた場合、任意の‘A’が‘C’で置き換えられた場合、および任意の‘A’が‘D’で置き換えられた場合、さらに複数の‘A’が‘B’、‘C’、および/または‘D’の少なくとも2つで置き換えられた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、アルコキシ、アルコキシアルキル、アルケニル、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。
ハロゲンはフッ素、塩素、臭素およびヨウ素を意味する。好ましいハロゲンは、フッ素および塩素である。さらに好ましいハロゲンはフッ素である。液晶性化合物のアルキルは直鎖状または分岐状であり、環状アルキルを含まない。直鎖状アルキルは、一般的に分岐状アルキルよりも好ましい。これらのことは、アルコキシ、アルケニルなどの末端基についても同様である。1,4−シクロヘキシレンに関する立体配置は、上限温度を上げるためにシスよりもトランスが好ましい。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、環から水素を2つ除くことによって生成した非対称な二価基にも適用される。

Figure 2017002160
本発明は、下記の項などである。
項1. 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つの化合物および第二成分として式(2)から(4)で表される化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物を含有し、そしてネマチック相を有する液晶組成物。
Figure 2017002160

式(1)において、
およびRは独立して、水素または炭素数1から10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−、−S−、−CO−、または−SiH−で置き換えられてもよく、少なくとも1つの−CHCH−は−CH=CH−または−C≡C−で置き換えられてもよく、これらの一価基において、少なくとも1つの水素はフッ素または塩素で置き換えられてもよく、そしてRは、フッ素、塩素、−C≡N、−NCS、−SF、−CFSF、−C≡C−C≡N、または−C≡C−CFであってもよく;
、A、およびA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、デカヒドロナフタレン−2,6−ジイル、1,2,3,4−テトラヒドロナフタレン−2,6−ジイル、2,6,7−トリオキサビシクロ[2.2.2]オクタン−1,4−ジイル、1,4−フェニレン、ナフタレン−2,6−ジイル、9,10−ジヒドロフェナントレン−2,7−ジイル、9H−キサンテン−2,6−ジイル、またはフルオレン−2,7−ジイルであり、これらの基において、少なくとも1つの−CH−は−O−、−S−、−CO−、または−SiH−で置き換えられてもよく、少なくとも1つの−CHCH−は−CH=CH−または−CH=N−で置き換えられてもよく、これらの二価基において、少なくとも1つの水素は、フッ素、塩素、−C≡N、−CF、−CHF、−CHF、−OCF、−OCHF、または−OCHFで置き換えられてもよく;
Gは、式(pr−1)または(pr−2)で表される二価基であり;

Figure 2017002160

、Z、およびZは独立して、単結合または炭素数1から6のアルキレンであり、このアルキレンにおいて、少なくとも1つの−CH−は−O−、−S−、−CO−、または−SiH−で置き換えられてもよく、1つまたは2つの−CHCH−は、−CH=CH−または−C≡C−で置き換えられてもよく、これらの二価基において、少なくとも1つの水素はフッ素または塩素で置き換えられてもよく;
aおよびbは独立して、0、1、2、または3であり、aおよびbの和は0から4であり;そして

Figure 2017002160

式(2)から(4)において、
11およびR12は独立して、炭素数1から10のアルキルまたは炭素数2から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−CH−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B、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、2,5−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;
11、Z12、およびZ13は独立して、単結合、−COO−、−CHCH−、−CH=CH−、または−C≡C−である。
項2. 第一成分が式(1a)から式(1d)で表される化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物である、項1に記載の液晶組成物。

Figure 2017002160

式(1a)から式(1d)において、
およびRは独立して、炭素数1から10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−で置き換えられてもよく、少なくとも1つの−CHCH−は−CH=CH−または−C≡C−で置き換えられてもよく、これらの一価基において、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、Rはフッ素、塩素、−C≡N、−NCS、−SF、−CFSF、−C≡C−C≡N、または−C≡C−CFであってもよく;
およびAは独立して、1,4−シクロヘキシレン、1,4−フェニレン、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1,4−フェニレンであり;
Gは、式(pr−1)または(pr−2)で表される二価基であり;

Figure 2017002160

、Z、およびZは独立して、単結合または炭素数1から6のアルキレンであり、このアルキレンにおいて、1つの−CH−は−O−または−CO−で置き換えられてもよく、1つの−CHCH−は、−CH=CH−または−C≡C−で置き換えられてもよく、これらの二価基において、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;
aおよびbは独立して、0、1、2、または3であり、aおよびbの和は0から3であ
る。
項3. 第一成分が、式(1a)で表される化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物である、項1または2に記載の液晶組成物。

Figure 2017002160

式(1a)において、
は、炭素数1から10のアルキル、炭素数1から10のアルコキシ、炭素数1から10のアルコキシアルキル、または炭素数2から12のアルケニルであり、Rは水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から10のアルキル、フッ素、塩素、−C≡N、−NCS、−SF、−CFSF、−C≡C−C≡N、または−C≡C−CFであり、このアルキルにおいて、少なくとも1つの−CH−は−O−、−S−、−CO−、または−SiH−で置き換えられてもよく、少なくとも1つの−CHCH−は−CH=CH−、または−C≡C−で置き換えられてもよく、これらの一価基において、少なくとも1つの水素はフッ素または塩素で置き換えられてもよく;
およびAは独立して、1,4−シクロヘキシレン、1,4−フェニレン、または少なくとも1つの水素がフッ素または塩素で置き換えられた1,4−フェニレンであり;
Gは、式(pr−1)または(pr−2)で表される二価基であり;

Figure 2017002160

、Z、およびZは独立して、単結合、−COO−、−CFO−、−OCF−、−CHCH−、または−CH=CH−であり;
およびYは独立して、水素またはフッ素であり;
aおよびbは独立して、0、1、または2であり、aおよびbの和は0から2である。
項4. 第一成分が、式(1b)で表される化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物である、項1または2に記載の液晶組成物。

Figure 2017002160

式(1b)において、
およびRは独立して、炭素数1から10のアルキル、炭素数1から10のアルコキシ、炭素数1から10のアルコキシアルキル、または炭素数2から12のアルケニルであり;
およびAは独立して、1,4−シクロヘキシレン、1,4−フェニレン、または少なくとも1つの水素がフッ素または塩素で置き換えられた1,4−フェニレであり;
およびYは独立して、水素またはフッ素であり;
Gは、式(pr−1)または(pr−2)で表される二価基であり;

Figure 2017002160

、Z、およびZは独立して、単結合、−CHO−、−OCH−、−CHCH−、または−CH=CH−であり;
aおよびbは独立して、0、1、または2であり、aおよびbの和は0から2である。
項5. 第一成分が、式(1c)または(1d)で表される化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物である、項1または2に記載の液晶組成物。

Figure 2017002160

式(1c)および(1d)において、
およびRは独立して、炭素数1から10のアルキル、炭素数1から10のアルコキシ、炭素数1から10のアルコキシアルキル、または炭素数2から12のアルケニルであり;
およびAは独立して、1,4−シクロヘキシレン、1,4−フェニレン、または少なくとも1つの水素がフッ素または塩素で置き換えられた1,4−フェニレンであり;
Gは、式(pr−1)または(pr−2)で表される二価基であり;

Figure 2017002160

、Z、およびZは独立して、単結合、−COO−、−CHCH−、−CH=CH−、または−C≡C−であり;
およびYは独立して、水素またはフッ素であり;
aおよびbは独立して、0、1、または2であり、aおよびbの和は0から2である。
項6. 式(5)から(7)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、項1から5のいずれか1項に記載の液晶組成物。

Figure 2017002160

式(5)から(7)において、
13は炭素数1から10のアルキルまたは炭素数2から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−CH−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、フッ素、塩素、−OCF、−OCHF、−CF、−CHF、−CHF、−OCFCHF、または−OCFCHFCFであり;
環C、環C、および環Cは独立して、1,4−シクロヘキシレン、少なくとも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、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、Z15、およびZ16は独立して、単結合、−COO−、−CFO−、−OCF−、−CHO−、−CHCH−、−CH=CH−、−C≡C−、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7. 式(8)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、項1から6のいずれか1項に記載の液晶組成物。

Figure 2017002160

式(8)において、
14は炭素数1から10のアルキルまたは炭素数2から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−CH−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;
12は−C≡Nまたは−C≡C−C≡Nであり;
環Dは、1,4−シクロヘキシレン、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、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;
17は、単結合、−COO−、−CFO−、−OCF−、−CHO−、−CHCH−、または−C≡C−、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8. 式(9)から(15)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、項1から7のいずれか1項に記載の液晶組成物。

Figure 2017002160

式(9)から(15)において、
15およびR16は独立して、炭素数1から10のアルキルまたは炭素数2から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−CH−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;
17は、水素、フッ素、炭素数1から10のアルキル、または炭素数2から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−CH−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−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Eおよび環E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;
18、Z19、Z20、およびZ21は独立して、単結合、−COO−、−CHO−、−OCF−、−CHCH−、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;
11は、水素またはメチルであり;
Xは、−CHF−または−CF−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9. 項1から8のいずれか1項に記載の液晶組成物を含む液晶表示素子。
項10. 式(1)で表される化合物。

Figure 2017002160

式(1)において、
は水素または炭素数1から10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−、−S−、または−CO−で置き換えられてもよく、少なくとも1つの−CHCH−は−CH=CH−または−C≡C−で置き換えられてもよく、これらの一価基において、少なくとも1つの水素はフッ素または塩素で置き換えられてもよく、Rは水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から10のアルキル、フッ素、塩素、−C≡N、−NCS、−SF、−CFSF、−C≡C−C≡N、または−C≡C−CFであり、このアルキルにおいて、少なくとも1つの−CH−は−O−、−S−、−CO−、または−SiH−で置き換えられてもよく、少なくとも1つの−CHCH−は−CH=CH−、または−C≡C−で置き換えられてもよく、これらの一価基において、少なくとも1つの水素はフッ素または塩素で置き換えられてもよく;
およびA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、デカヒドロナフタレン−2,6−ジイル、1,2,3,4−テトラヒドロナフタレン−2,6−ジイル、2,6,7−トリオキサビシクロ[2.2.2]オクタン−1,4−ジイル、1,4−フェニレン、ナフタレン−2,6−ジイル、9,10−ジヒドロフェナントレン−2,7−ジイル、9H−キサンテン−2,6−ジイル、またはフルオレン−2,7−ジイルであり、これらの基において、少なくとも1つの−CH−は−O−、−S−、−CO−、または−SiH−で置き換えられてもよく、少なくとも1つの−CHCH−は−CH=CH−または−CH=N−で置き換えられてもよく、これらの二価基において、少なくとも1つの水素は、フッ素、塩素、−C≡N、−CF、−CHF、−CHF、−OCF、−OCHF、または−OCHFで置き換えられてもよく;
、Z、およびZは独立して、単結合または炭素数1から6のアルキレンであり、このアルキレンにおいて、少なくとも1つの−CH−は−O−、−S−、−CO−、または−SiH−で置き換えられてもよく、1つまたは2つの−CHCH−は−CH=CH−または−C≡C−で置き換えられてもよく、これらの二価基において、少なくとも1つの水素はフッ素または塩素で置き換えられてもよく;
aおよびbは独立して、0、1、2、または3であり、aおよびbの和は0から4であり;
Gは、式(pr−1)または(pr−2)で表される二価基であり;

Figure 2017002160

は、式(ar−1)または(ar−2)で表される二価基であり;

Figure 2017002160

式(ar−1)および(ar−2)において、Y、Y、およびYは独立して、水素、フッ素、塩素、−CF、−CHF、−CHF、−OCF、−OCHF、または−OCHFである。
項11. 式(1−1)または(1−2)で表される、項10に記載の化合物。

Figure 2017002160

式(1−1)および(1−2)において、
は水素または炭素数1から10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−、−S−、−CO−、または−SiH−で置き換えられてもよく、少なくとも1つの−CHCH−は−CH=CH−または−C≡C−で置き換えられてもよく、これらの一価基において、少なくとも1つの水素はフッ素または塩素で置き換えられてもよく、Rは水素または炭素数1から10のポリフルオロアルキル、炭素数1から10のポリフルオロアルコキシ、炭素数1から10のポリフルオロアルケニル、フッ素、塩素、−C≡N、−NCS、−SF、−CFSF、−C≡C−C≡Nまたは−C≡C−CFであり;
およびA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、テトラヒドロピラン−2,5−ジイル、テトラヒドロ−2H−ピラン−2−オン−3,6−ジイル、1,3−ジオキサン−2,5−ジイル、デカヒドロナフタレン−2,6−ジイル、1,2,3,4−テトラヒドロナフタレン−2,6−ジイル、2,6,7−トリオキサビシクロ[2.2.2]オクタン−1,4−ジイル、1,4−フェニレン、2−フルオロ−1,4−フェニレン、2,3−ジフルオロ−1,4−フェニレン、2,5−ジフルオロ−1,4−フェニレン、2,6−ジフルオロ−1,4−フェニレン、2−クロロ−1,4−フェニレン、2−フルオロ−3−クロロ−1,4−フェニレン、2,3−ジクロロ−1,4−フェニレン、ピリジン−2,5−ジイル、ピリミジン−2,5−ジイル、またはナフタレン−2,6−ジイルであり、これらの基において、少なくとも1つの水素は、フッ素、塩素、−CF、−CHF、−CHF、−OCF、−OCHF、または−OCHFで置き換えられてもよく;
Gは、式(pr−1)または(pr−2)で表される二価基であり;

Figure 2017002160

、Z、およびZは独立して、単結合、−COO−、−OCO−、−CHO−、−OCH−、−CFO−、−OCF−、−CHCH−、−CH=CH−、−CF=CH−、−CH=CF−、−CF=CF−、−C≡C−、−CHCO−、−COCH−、−CHSiH−、−SiHCH−、−(CH−、−(CHCOO−、−(CHOCO−、−OCO(CH−、−COO(CH−、−(CHCFO−、−(CHOCF−、−OCF(CH−、−CFO(CH−、−(CHO−、または−O(CH−であり;
、Y、およびYは独立して、水素、フッ素、塩素、−CF、−CHF、−CHF、−OCF、−OCHF、または−OCHFである。
aおよびbは独立して、0、1、2、または3であり、aおよびbの和は0から4であり;
項12. 式(1−11a)から(1−16a)、式(1−11b)から(1−16b)、式(1−21a)から(1−26a)、および式(1−21b)から(1−26b)のいずれか1つで表される、項10または11に記載の化合物。

Figure 2017002160

Figure 2017002160

式(1−11a)から(1−16a)、式(1−11b)から(1−16b)、式(1−21a)から(1−26a)、および式(1−21b)から(1−26b)において、
は炭素数1から10のアルキルであり、このアルキルにおいて、1つまたは2つの−CH−は−O−または−S−で置き換えられてもよく、1つまたは2つの−CHCH−は−CH=CH−または−C≡C−で置き換えられてもよく、これらの一価基において、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、そしてRは水素または炭素数1から4のポリフルオロアルキル、炭素数1から4のポリフルオロアルコキシ、炭素数1から4のポリフルオロアルケニル、フッ素、塩素、−SF、−CFSF、または−C≡C−CFであり;
11、A12、A21、およびA22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、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、デカヒドロナフタレン−2,6−ジイル、1,2,3,4−テトラヒドロナフタレン−2,6−ジイル、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、2,6−ジフルオロ−1,4−フェニレン、2−クロロ−1,4−フェニレン、ピリジン−2,5−ジイル、ピリミジン−2,5−ジイル、またはナフタレン−2,6−ジイルであり;
11、Z12、Z21、Z22、およびZ31は独立して、単結合、−COO−、−OCO−、−CHO−、−OCH−、−CFO−、−OCF−、−CHCH−、−CH=CH−、−CF=CH−、−CH=CF−、−CF=CF−、−C≡C−、−(CH−、−(CHCOO−、−OCO(CH−、−(CHCFO−、−OCF(CH−、−(CHO−、または−O(CH−であり;
、Y、およびYは独立して、水素、フッ素、または塩素である。
項13. 式(1−11a)から(1−16a)のいずれか1つで表される、項10から12のいずれか1項に記載の化合物。

Figure 2017002160

式(1−11a)から(1−16a)において、
は、炭素数1から10のアルキル、炭素数1から10のアルコキシ、または炭素数2から10のアルケニルであり、Rは、フッ素、−CF、または−OCFであり;
11、A12、A21、およびA22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、または2,6−ジフルオロ−1,4−フェニレンであり;
11、Z12、Z21、Z22、およびZ31は独立して、単結合、−COO−、−OCH−、−CFO−、または−CHCH−であり;
およびYは独立して、水素またはフッ素である。
項14. 式(1−21a)から(1−26a)のいずれか1つで表される、項10から13のいずれか1項に記載の化合物。

Figure 2017002160

式(1−21a)から(1−26a)において、
は、炭素数1から10のアルキル、炭素数1から10のアルコキシ、または炭素数2から10のアルケニルであり、Rは、フッ素、−CF、または−OCFであり;
11、A12、A21、およびA22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、または2,6−ジフルオロ−1,4−フェニレンであり;
11、Z12、Z21、Z22、およびZ31は独立して、単結合、−CHCH−、−COO−、−OCH−、または−CFO−であり;
、Y、およびYは独立して、水素またはフッ素である。
本発明は、次の項も含む。(a) 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、第二成分として式(2)から(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、第三成分として式(5)から(7)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、および第四成分として式(9)から(15)で表される化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物を含有し、そしてネマチック相を有する組成物。(b) 項(a)において、組成物の重量に基づいて、第一成分の割合が5重量%から60重量%の範囲であり、第二成分の割合が30重量%以上であり、第三成分の割合が10重量%から95重量%の範囲であり、第四成分の割合が0重量%から30重量%の範囲であり、そして誘電率異方性が正に大きい、項(a)に記載の組成物。(c) 項(a)において、組成物の重量に基づいて、第一成分の割合が5重量%から60重量%の範囲であり、第二成分の割合が30重量%以上であり、第三成分の割合が50重量%から30重量%の範囲であり、第四成分の割合が40重量%以上であり、そして誘電率異方性が負に大きい、項(a)に記載の組成物。
本発明は、次の項も含む。(d) 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、重合性化合物、重合開始剤および重合禁止剤の少なくとも1つをさらに含有する、上記の組成物。(e) ネマチック相の上限温度が70℃以上であり、波長589nmにおける光学異方性(25℃で測定)が0.07以上であり、そして周波数1kHzにおける誘電率異方性(25℃で測定)が2以上である、上記の組成物。(f) ネマチック相の上限温度が70℃以上であり、波長589nmにおける光学異方性(25℃で測定)が0.08以上であり、そして周波数1kHzにおける誘電率異方性(25℃で測定)が−2以下である、上記の組成物。
本発明は、次の項も含む。(g) 上記の組成物を含み、そしてPC、TN、STN、ECB、OCB、IPS、VA、FFS、FPA、またはPSAのモードを有する素子。(h) 上記の組成物を含むAM素子。(i) 上記の組成物を含む透過型の素子。(j) 上記の組成物を、ネマチック相を有する組成物としての使用。(k) 上記の組成物に光学活性な化合物を添加することによって光学活性な組成物としての使用。
化合物(1)の態様、化合物(1)の合成、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.化合物(1)の態様
1−1.好ましい形態
化合物(1)は、式(pr−1)または(pr−2)で表される二価基を有することを特徴とする。

Figure 2017002160
化合物(1)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、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。化合物(1)は類似の化合物と比較して、大きな誘電率異方性を有するので、素子のしきい値電圧を下げることができる。化合物(1)は、類似の化合物と比較して、他の液晶性化合物との相溶性がよい。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。
化合物(1)の好ましい例について説明をする。化合物(1)における末端基RおよびR、環A、A、およびA、結合基Z、Z、およびZの好ましい例は、化合物(1)の下位式にも適用される。化合物(1)において、これらの基を適切に組み合わせることによって、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。なお、化合物(1)の記号の定義は、項1に記載したとおりである。
Figure 2017002160
式(1)において、RおよびRは独立して、水素または炭素数1から10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−、−S−、−CO−、または−SiH−で置き換えられてもよく、少なくとも1つの−CHCH−は−CH=CH−または−C≡C−で置き換えられてもよく、これらのRおよびRにおいて、少なくとも1つの水素はフッ素または塩素で置き換えられてもよく、そしてRは、フッ素、塩素、−C≡N、または−C≡C−C≡Nであってもよい。
具体的なRまたはRは、水素、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、アシル、アシルアルキル、アシルオキシ、アシルオキシアルキル、アルコキシカルボニル、アルコキシカルボニルアルキル、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、アルキニル、アルキニルオキシ、シラアルキル、またはジシラアルキルである。これらの基において、少なくとも1つの水素はフッ素または塩素で置き換えられてもよい。少なくとも2つの水素はフッ素および塩素で置き換えられてもよい。これらの基において、分岐鎖よりも直鎖の方が好ましい。RまたはRが分岐鎖であっても光学活性であるときは好ましい。好ましいRまたはRは、アルキル、アルコキシ、アルコキシアルキル、またはアルケニルである。Rはこれらの基に加えて、ポリフルオロアルキル、ポリフルオロアルコキシ、ポリフルオロアルケニル、フッ素、塩素、−C≡N、または−C≡C−C≡Nであってもよい。ポリフルオロアルキルの例は、ペルフルオロアルキルを含む。このルールは、ポリフルオロアルコキシなどにも適用される。
アルケニルにおける−CH=CH−の好ましい立体配置は、二重結合の位置に依存する。1−プロペニル、1−ブテニル、1−ペンテニル、1−ヘキセニル、3−ペンテニル、3−ヘキセニルのようなアルケニルにおいてはトランス配置が好ましい。2−ブテニル、2−ペンテニル、2−ヘキセニルのようなアルケニルにおいてはシス配置が好ましい。
好ましいRまたはRは、メチル、エチル、プロピル、ブチル、ペンチル、ヘキシル、ヘプチル、オクチル、メトキシ、エトキシ、プロポキシ、ブトキシ、ペンチルオキシ、ヘキシルオキシ、ヘプチルオキシ、メトキシメチル、メトキシエチル、メトキシプロピル、エトキシメチル、エトキシエチル、エトキシプロピル、プロポキシメチル、ブトキシメチル、ペントキシメチル、ビニル、1−プロペニル、2−プロペニル、1−ブテニル、2−ブテニル、3−ブテニル、1−ペンテニル、2−ペンテニル、3−ペンテニル、4−ペンテニル、2−プロペニルオキシ、2−ブテニルオキシ、2−ペンテニルオキシ、1−プロピニル、または1−ペンテニルである。
さらに好ましいRまたはRは、2−フルオロエチル、3−フルオロプロピル、2,2,2−トリフルオロエチル、2−フルオロビニル、2,2−ジフルオロビニル,2−フルオロ−2−ビニル、3−フルオロ−1−プロペニル、3,3,3−トリフルオロ−1−プロペニル、4−フルオロ−1−プロペニル、または4,4−ジフルオロ−3−ブテニルでもある。
さらに好ましいRまたはRは、−CF、−CHF、−CHF、−CFCF、−CFCHF、−CFCHF、−CHFCF、−CHCF、−CFCFCF、−CFCHFCF、−CHFCFCF、−OCF、−OCHF、−OCHF、−OCFCF、−OCFCHF、−OCFCHF、−OCHFCF、−OCHCF、−OCFCFCF、−OCFCHFCF、−OCHFCFCF、フッ素、塩素、またはC≡Nでもある。
特に好ましいRまたはRは、エチル、プロピル、ブチル、ペンチル、メトキシ、エトキシ、プロポキシ、ブトキシ、ペンチルオキシ、メトキシメチル、エトキシメチル、プロポキシメチル、ビニル、1−プロペニル、2−プロペニル、1−ブテニル、2−ブテニル、3−ブテニル、1−ペンテニル、2−ペンテニル、3−ペンテニル、4−ペンテニル、2−プロペニルオキシ、2−ブテニルオキシ、2−ペンテニルオキシ、−OCF、−OCHF、−OCHF、−OCFCF、−OCFCHF、−OCFCHF、−OCFCFCF、−OCFCHFCF、−OCHFCFCF、フッ素、塩素、またはC≡Nである。最も好ましいRまたはRは、エチル、プロピル、ブチル、ペンチル、メトキシ、エトキシ、プロポキシ、メトキシメチル、ビニル、1−プロペニル、3−ブテニル、3−ペンテニル、−OCF、−OCHF、−CF、−CHF、−CHF、−OCFCHF、−OCFCHFCF、フッ素、またはC≡Nである。
式(1)において、A、A、およびA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、デカヒドロナフタレン−2,6−ジイル、1,2,3,4−テトラヒドロナフタレン−2,6−ジイル、2,6,7−トリオキサビシクロ[2.2.2]オクタン−1,4−ジイル、1,4−フェニレン、ナフタレン−2,6−ジイル、9,10−ジヒドロフェナントレン−2,7−ジイル、9H−キサンテン−2,6−ジイル、またはフルオレン−2,7−ジイルであり、これらの基において、少なくとも1つの−CH−は−O−、−S−、−CO−、または−SiH−で置き換えられてもよく、少なくとも1つの−CHCH−は−CH=CH−または−CH=N−で置き換えられてもよく、これらの二価基において、少なくとも1つの水素は、フッ素、塩素、−C≡N、−CF、−CHF、−CHF、−OCF、−OCHF、または−OCHFで置き換えられてもよい。
「これらの基において、少なくとも1つの−CH−は−O−、−S−、−CO−、または−SiH−で置き換えられてもよく、少なくとも1つの−CHCH−は−CH=CH−または−CH=N−で置き換えられてもよく」の好ましい例は、下記の式(16−1)から(16−50)で表される二価基である。さらに好ましい例は、式(16−1)から(16−4)、式(16−15)、式(16−23)、式(16−27)から(26−29)、式(16−36)、式(16−39)、および式(16−45)で表される二価基である。
Figure 2017002160
Figure 2017002160
「これらの二価基において、少なくとも1つの水素は、フッ素、塩素、−C≡N、−CF、−CHF、−CHF、−OCF、−OCHF、または−OCHFで置き換えられてもよい」の好ましい例は、下記の式(17−1)から(17−77)で表される二価基である。さらに好ましい例は、式(17−1)から(17−4)、式(17−6)、式(17−10)から(17−15)、式(17−54)から(17−59)、および式(17−72)から(17−77)で表される二価基である。
Figure 2017002160
Figure 2017002160
Figure 2017002160
好ましいA、A、またはAは、1,4−シクロヘキシレン、1,4−シクロヘキセニレン、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、1,4−フェニレン、2−フルオロ−1,4−フェニレン、2,3−ジフルオロ−1,4−フェニレン、2,5−ジフルオロ−1,4−フェニレン、2,6−ジフルオロ−1,4−フェニレン、2,3,5−トリフルオロ−1,4−フェニレン、ピリジン−2,5−ジイル、3−フルオロピリジン−2,5−ジイル、ピリミジン−2,5−ジイル、ピリダジン−2,5−ジイル、デカヒドロナフタレン−2,6−ジイル、1,2,3,4−テトラヒドロナフタレン−2,6−ジイル、またはナフタレン−2,6−ジイルである。1,4−シクロヘキシレンおよび1,3−ジオキサン−2,5−ジイルの立体配置はシスよりもトランスが好ましい。
さらに好ましいA、A、またはAは、1,4−シクロヘキシレン、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、1,4−フェニレン、2−フルオロ−1,4−フェニレン、2,3−ジフルオロ−1,4−フェニレン、2,5−ジフルオロ−1,4−フェニレン、2,6−ジフルオロ−1,4−フェニレン、ピリジン−2,5−ジイル、またはピリミジン−2,5−ジイルである。特に好ましいA、A、またはAは、1,4−シクロヘキシレン、1,4−フェニレン、2−フルオロ−1,4−フェニレン、2,3−ジフルオロ−1,4−フェニレン、または2,6−ジフルオロ−1,4−フェニレンである。最も好ましいA、A、またはAは、1,4−シクロヘキシレン、1,4−フェニレン、2−フルオロ−1,4−フェニレン、または2,6−ジフルオロ−1,4−フェニレンである。最も好ましいA、A、またはAは、1,4−シクロヘキシレン、1,4−フェニレン、2−フルオロ−1,4−フェニレン、または2,3−ジフルオロ−1,4−フェニレンでもある。
式(1)において、Gは、式(pr−1)または(pr−2)で表される二価基である。
Figure 2017002160

式(pr−1)で表される二価基を有する化合物は、正に大きな誘電率異方性の観点から好ましい。式(pr−2)で表される二価基を有する化合物は、負に大きな誘電率異方性の観点から好ましい。
式(1)において、Z、Z、およびZは独立して、単結合または炭素数1から6のアルキレンであり、このアルキレンにおいて、少なくとも1つの−CH−は−O−、−S−、−CO−、または−SiH−で置き換えられてもよく、1つまたは2つの−CHCH−は、−CH=CH−または−C≡C−で置き換えられてもよく、これらの二価基において、少なくとも1つの水素はフッ素または塩素で置き換えられてもよい。
好ましいZ、Z、またはZは、単結合、−COO−、−OCO−、−CHO−、−OCH−、−CFO−、−OCF−、−CHCH−、−CH=CH−、−CF=CH−、−CH=CF−、−CF=CF−、−C≡C−、−CHCO−、−COCH−、−CHSiH−、−SiHCH−、−(CH−、−(CHCOO−、−(CHOCO−、−OCO(CH−、−COO(CH−、−(CHCFO−、−(CHOCF−、−OCF(CH−、−CFO(CH−、−(CHO−、または−O(CH−である。−CH=CH−、−CF=CF−、−CH=CH−CHO−、および−OCH−CH=CH−のような結合基の二重結合に関する立体配置はシスよりもトランスが好ましい。
さらに好ましいZ、ZまたはZは、単結合、−COO−、−OCO−、−CHO−、−OCH−、−CFO−、−OCF−、−CH2CH2−、−CH=CH−、−CF=CF−、−C≡C−、および−(CH−である。特に好ましいZ、Z、またはZは、単結合、−CH2CH2−、−COO−、−OCO−、−CFO−、−OCF−、−CH=CH−、および−C≡C−である。最も好ましいZ、Z、またはZは単結合である。
式(1)において、aおよびbは独立して、0、1、2、または3であり、aおよびbの和は0から4である。化合物(1)は、二環から六環を有する。これらの環には1,4−フェニレンのような六員環に加えて縮合環や架橋された六員環も含まれる。このような環も1つの環として数える。化合物(1)が二環を有するときは、他の液晶性化合物との相溶性がよい。化合物(1)が二環または三環を有するときは、粘度が小さい。化合物(1)が三環または四環を有するときは、上限温度が高い。化合物(1)が四環を有するときは、液晶相の温度範囲が広い。
化合物(1)の末端基、環および結合基を適切に選択することによって、光学異方性、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。末端基RおよびR、環A、A、およびA、結合基Z、Z、およびZの種類が、化合物(1)の物性に与える効果を以下に説明する。
1−2.物性
項1に記載された化合物(1)の好ましい例は、項2に記載された化合物(1a)から(1d)である。
Figure 2017002160
化合物(1a)において、Rは、アルキル、アルコキシなどであり、そしてRは、フッ素、−OCF、−C≡Nのような電子吸引性基である。化合物(1a)は正に大きな誘電率異方性を有する。この化合物は、FFSやTNのようなモードの素子のしきい値電圧を下げる成分として適している。化合物(1b)において、RおよびRは、アルキル、アルコキシなどであり、そしてYおよびYは、フッ素、塩素のような電子吸引性基である。化合物(1b)は負に大きな誘電率異方性を有する。この化合物は、VAのようなモードの素子のしきい値電圧を下げるための成分として適している。化合物(1c)においてYおよびYは、水素、フッ素などである。化合物(1c)または(1d)は、誘電率異方性が小さい。この化合物が二環を有するとき、組成物の粘度を下げるための成分として適している。この化合物が四環を有するとき、上限温度を上げるための成分として適している。「大きい」と「小さい」は相対的な表現である。「小さい」の一例は、誘電率異方性が約−1から約+2の範囲である。
これらの化合物において、Rまたは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またはRが分岐鎖であるとき、他の液晶性化合物との相溶性がよい。RまたはRが光学活性基である化合物は、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、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またはRが光学活性基でない化合物は、組成物の成分として有用である。Rまたは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、高い上限温度または液晶相の広い温度範囲を有する。Mol. Cryst. Liq. Cryst., 1985, 131, 109およびMol. Cryst. Liq. Cryst., 1985, 131, 327に詳細な説明がある。
、またはAが、少なくとも1つの水素がフッ素または塩素で置き換えられた1,4−フェニレン、ピリジン−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、誘電率異方性が正に大きい。環が、少なくとも1つの水素がフッ素または塩素で置き換えられてもよい1,4−フェニレン、ピリジン−2,5−ジイル、ピリミジン−2,5−ジイル、またはピリダジン−3,6−ジイルであるとき、光学異方性が大きい。環が、1,4−シクロヘキシレン、1,4−シクロヘキセニレン、または1,3−ジオキサン−2,5−ジイルであるとき、光学異方性が小さい。
少なくとも2つの環が1,4−シクロヘキシレンであるとき、上限温度が高く、光学異方性が小さく、そして粘度が小さい。少なくとも1つの環が1,4−フェニレンのとき、光学異方性が比較的大きく、そして配向秩序パラメーター(orientational order parameter)が大きい。少なくとも2つの環が1,4−フェニレンであるとき、光学異方性が大きく、液晶相の温度範囲が広く、そして上限温度が高い。
結合基Z、Z、またはZが、単結合、−CHO−、−CFO−、−OCF−、−CHCH−、−CH=CH−、−CF=CF−、または−(CH−であるとき、粘度が小さい。結合基が単結合、−OCF−、−CFO−、−CHCH−、または−CH=CH−であるときは粘度がより小さい。結合基が−CH=CH−であるとき、液晶相の温度範囲が広く、そして弾性定数比K33/K11(K33:ベンド弾性定数、K11:スプレイ弾性定数)が大きい。結合基が−C≡C−のとき、光学異方性が大きい。
化合物(1a)において、Z、Z、またはZの好ましい例は、単結合、−COO−、−CFO−、−OCF−、−CHCH−、−CH=CH−、−CF=CF−、または−C≡C−である。さらに好ましい例は、単結合、−COO−、−CFO−、−OCF−、−CHCH−、または−CH=CH−である。最も好ましい例は、単結合である。
化合物(1b)において、Z、Z、またはZの好ましい例は、単結合、−CHO−、−OCH−、−CFO−、−OCF−、−CHCH−、−CH=CH−、−CF=CF−、または−C≡C−である。さらに好ましい例は、単結合、−CHO−、−OCH−、または−CHCH−である。最も好ましい例は、単結合である。
化合物(1c)または(1d)において、Z、ZまたはZの好ましい例は、単結合、−COO−、−CHO−、−OCH−、−CHCH−、−CH=CH−、または−C≡C−である。さらに好ましい例は、単結合、−COO−、−CHCH−、−CH=CH−、または−C≡C−である、最も好ましい例は単結合である。
化合物(1a)においてYおよびYが水素であるとき、この化合物は好ましい。Yが水素であり、Yがフッ素であるとき、この化合物はさらに好ましい。YおよびYがフッ素あるとき、この化合物は大きな誘電率異方性の観点から最も好ましい。式(1b)において、YおよびYがフッ素、塩素、−CF、または−CHF2であるとき、この化合物は好ましい。YおよびYがフッ素または塩素であるとき、この化合物はさらに好ましい。YおよびYがフッ素であるとき、この化合物は最も好ましい。化合物(1c)においてYおよびYが水素であるとき、この化合物は好ましい。Yが水素でありYがフッ素であるとき、この化合物は誘電率異方性値の観点から好ましい。Yがフッ素でありYが水素であるとき、この化合物は他の液晶性化合物に対する相溶性の観点から好ましい。YおよびYが共にフッ素であるとき、この化合物も好ましい。
化合物(1)が環を2つ、または3つ有するときは粘度が小さい。化合物(1)が環を4つ、または5つ有するときは上限温度が高い。以上のように、末端基、環および結合基の種類、環の数を適当に選択することにより目的の物性を有する化合物を得ることができる。したがって、化合物(1)はPC、TN、STN、ECB、OCB、IPS、VAなどの素子に用いられる組成物の成分として有用である。
1−3.化合物(1−1)および(1−2)
誘電率異方性が正である化合物(1)の例は、化合物(1−1)および(1−2)である。Rは、フッ素、−OCF、−C≡Nのような電子吸引性基である。好ましい化合物(1−1)および(1−2)は、化合物(1−11a)から(1−16a)、液晶性化合物(1−11b)から(1−16b)、化合物(1−21a)から(1−26a)、および化合物(1−21b)から(1−26b)である。式(pr−1)で表される二価基を有する化合物は、正に大きな誘電率異方性の観点から式(pr−2)で表される二価基を有する化合物よりも好ましい。化合物(1−11a)、化合物(1−13a)、および化合物(1−16a)は、高い上限温度と大きな誘電率異方性の観点から好ましい。化合物(1−12a)、化合物(1−14a)、および化合物(1−15a)は、優れた相溶性の観点から好ましい。化合物(1−21a)、化合物(1−23a)、および化合物(1−26a)は、高い上限温度と大きな誘電率異方性の観点から好ましい。化合物(1−22a)、化合物(1−24a)、および化合物(1−25a)は、優れた相溶性の観点から好ましい。
2.化合物(1)の合成
化合物(1)の合成法を説明する。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って合成できる。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。
2−1.結合基Zの生成
結合基ZからZを生成する方法に関して、最初にスキームを示す。次に生成(1)から(11)でスキームに記載した反応を説明する。このスキームにおいて、MSG(またはMSG)は少なくとも1つの環を有する1価の有機基である。スキームで用いた複数のMSG(またはMSG)は、同一であってもよいし、または異なってもよい。化合物(1A)から(1K)は化合物(1)に相当する。
Figure 2017002160
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(1)単結合の生成
アリールホウ酸(21)と公知の方法で合成される化合物(22)とを、炭酸塩水溶液中、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウムのような触媒の存在下で反応させて化合物(1A)を合成する。この化合物(1A)は、公知の方法で合成される化合物(23)にn−ブチルリチウムを、次いで塩化亜鉛を反応させ、ジクロロビス(トリフェニルホスフィン)パラジウムのような触媒の存在下で化合物(22)を反応させることによっても合成される。
(2)−COO−と−OCO−の生成
化合物(23)にn−ブチルリチウムを、続いて二酸化炭素を反応させてカルボン酸(24)を得る。化合物(24)と、公知の方法で合成されるフェノール(25)とを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(1B)を合成する。この方法によって−OCO−を有する化合物も合成できる。
(3)−CFO−と−OCF−の生成
化合物(1B)をローソン試薬のような硫黄化剤で処理して化合物(26)を得る。化合物(26)をフッ化水素ピリジン錯体とNBS(N−ブロモスクシンイミド)でフッ素化し、−CFO−を有する化合物(1C)を合成する。M. Kuroboshi et al., Chem. Lett., 1992,827.を参照。化合物(1C)は化合物(26)を(ジエチルアミノ)サルファートリフルオリド(DAST)でフッ素化しても合成される。W. H. Bunnelle et al., J. Org. Chem. 1990, 55, 768.を参照。この方法によって−OCF−を有する化合物も合成できる。Peer. Kirsch et al., Angew. Chem. Int. Ed. 2001, 40, 1480.に記載の方法によってこれらの結合基を生成させることも可能である。
(4)−CH=CH−の生成
化合物(23)をn−ブチルリチウムで処理した後、N,N−ジメチルホルムアミド(DMF)などのホルムアミドと反応させてアルデヒド(28)を得る。公知の方法で合成されるホスホニウム塩(27)をカリウムt−ブトキシドのような塩基で処理して発生させたリンイリドを、アルデヒド(28)に反応させて化合物(1D)を合成する。反応条件によってはシス体が生成するので、必要に応じて公知の方法によりシス体をトランス体に異性化する。
(5)−CHCH−の生成
化合物(1D)をパラジウム炭素のような触媒の存在下で水素化することにより、化合物(1E)を合成する。
(6)−(CH−の生成
ホスホニウム塩(27)の代わりにホスホニウム塩(29)を用い、項(IV)の方法に従って−(CH−CH=CH−を有する化合物を得る。これを接触水素化して化合物(1F)を合成する。
(7)−C≡C−の生成
ジクロロパラジウムとハロゲン化銅との触媒存在下で、化合物(23)に2−メチル−3−ブチン−2−オールを反応させたのち、塩基性条件下で脱保護して化合物(30)を得る。ジクロロパラジウムとハロゲン化銅との触媒存在下、化合物(30)を化合物(22)と反応させて、化合物(1G)を合成する。
(8)−CF=CF−の生成
化合物(23)をn−ブチルリチウムで処理したあと、テトラフルオロエチレンを反応させて化合物(31)を得る。化合物(22)をn−ブチルリチウムで処理したあと化合物(31)と反応させて化合物(1H)を合成する。
(9)−CHO−と−OCH−の生成
化合物(28)を水素化ホウ素ナトリウムなどの還元剤で還元して化合物(32)を得る。これを臭化水素酸などでハロゲン化して化合物(33)を得る。炭酸カリウムなどの存在下で、化合物(33)を化合物(25)と反応させて化合物(1J)を合成する。
(10)−(CHO−と−O(CH−の生成
化合物(32)の代わりに化合物(34)を用いて、項(9)の方法に従って化合物(1K)を合成する。
(11)−CFCF−の生成
J. Am. Chem. Soc., 2001, 123, 5414. に記載された方法に従い、ジケトン(−COCO−)をフッ化水素触媒の存在下、四フッ化硫黄でフッ素化して−(CF22−を有する化合物を得る。
2−2.環Aの生成
1,4−シクロヘキシレン、1,3−ジオキサン−2,5−ジイル、1,4−フェニレン、2−フルオロ−1,4−フェニレン、2,3−ジフルオロ−1,4−フェニレン、ピリジン−2,5−ジイル、ピリミジン−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。そこで、下に示した化合物(64)、(67)および(71)について説明する。

Figure 2017002160
デカヒドロナフタレン−2,6−ジオン(64)はデカヒドロナフタレン−2,6−ジイルを有する化合物の出発物である。化合物(64)は、特開2000−239564号公報に記載された方法に従って、ジオール(63)を酸化ルテニウム存在下で接触水素還元し、さらに酸化クロムで酸化することによって合成する。
Figure 2017002160
2,3−(ビストリフルオロメチル)フェニレンの構造単位は、Org. Lett., 2000, 2 (21), 3345 に記載された方法で合成する。フラン(65)と1,1,1,4,4,4−ヘキサフルオロ−2−ブチンとを高温でディールズ・アルダー型の反応をさせることによってアニリン(66)を合成する。この化合物に、Org. Synth. Coll., Vol. 2, 1943, 355 に記載された方法にしたがい、サンド・マイヤー型反応を行ってヨウ化物(67)を得る。この化合物は一般的な有機合成化学の手法によって化合物(1)に変換する。

Figure 2017002160
2−ジフルオロメチル−3−フルオロフェニレンの構造単位は、次のような方法で合成する。化合物(68)の水酸基を適切な保護基で保護して化合物(69)を得る。Pは保護基を意味する。化合物(69)にs−ブチルリチウムを作用させ、続いてN,N−ジメチルホルムアミド(DMF)を反応させてアルデヒド(70)を得る。この化合物をジエチルアミノサルファートリフルオリド(DAST)でフッ素化し、続いて脱保護してフェノール(71)を得る。この化合物は一般的な有機合成化学の手法によって化合物(1)に変換する。
2−3.化合物(1)を合成する方法
ジヒドロピラン環を生成する方法は、次のとおりである。
Figure 2017002160
上のスキームでは、化合物(1−a)を例にして説明する。化合物(23)から調製したグリニャール試薬をグルタル酸無水物に反応させて化合物(s−1)を得る。これをDCCとDMAPの存在下で脱水縮合させて化合物(s−2)へと誘導する。これにDIBAL−H(水素化ジイソブチルアルミニウムハイドライド)を反応させ化合物(s−3)を得る。化合物(s−3)は五酸化二リンで脱水して化合物(s−4)を得る。これにボラン−THF錯体を作用させた後、30%過酸化水素で処理して化合物(s−5)へと誘導する。化合物(s−5)をデスマーチンペルヨージナン(DMP)で酸化し、化合物(s−6)を得る。
化合物(s−6)にLDA(リチウムジイソプロピルアミド)を作用させた後、トリメチルシリルクロリドを反応させて化合物(s−7)を得る。これに酢酸パラジウム(II)と1,4−ベンゾキノンとを作用させ化合物(s−8)へと誘導する。化合物(s−8)に、前述の化合物(22)から調製したグリニャール試薬を反応させて化合物(s−9)を得る。この化合物を三フッ化ホウ素ジエチルエーテル錯体の存在下、トリエチルシランで還元し、目的とする化合物(1−a)を得る。Gが式(pr−2)で表される二価基である化合物も、この方法によって合成することができる。
3.液晶組成物
3−1.成分化合物
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として含有する。この組成物は、2つまたは3つ以上の化合物(1)を含んでもよい。組成物の成分が化合物(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重量%から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重量%から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。
この組成物は、化合物(1)を成分Aとして含有し、下に示す成分B、C、D、およびEから選択された液晶性化合物をさらに含有することが好ましい。成分Bは、化合物(2)から(4)である。成分Cは化合物(5)から(7)である。成分Dは、化合物(8)である。成分Eは、化合物(9)から(15)である。この組成物は、化合物(2)から(15)とは異なる、その他の液晶性化合物を含んでもよい。この組成物は、その他の液晶性化合物を含まなくてもよい。この組成物を調製するときには、誘電率異方性の正負と大きさとを考慮して成分B、C、D、およびEを選択することが好ましい。成分を適切に選択した組成物は、熱や光に対する高い安定性、高い上限温度、低い下限温度、小さな粘度、適切な光学異方性(すなわち、大きな光学異方性または小さな光学異方性)、大きな誘電率異方性、大きな比抵抗、および適切な弾性定数(すなわち、大きな弾性定数または小さな弾性定数)を有する。
液晶組成物は、正または負に大きな誘電率異方性を有する化合物と小さな誘電率異方性を有する化合物とを混合することによって調製される。化合物(1)は、化合物(1a)から(1d)に分類される。これらの化合物の誘電率異方性の大きさは異なる。そこで、素子のモードに応じてこれらの化合物を使いわけることが好ましい。表2において、化合物(1a)のRがフッ素、−OCFなどであるとき、この化合物は、FFS、PSAなどのモードを有する素子に用いられる。化合物(1a)のRが−C≡Nなどであるとき、この化合物は、TN、STNなどのモードを有する素子に用いられる。化合物(1b)は、VA、PSAなどのモードを有する素子に用いられる。化合物(1c)または(1d)は、化合物(2)から(4)と同様に、いずれのモードの素子に用いることができる。
Figure 2017002160
成分B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Bの好ましい例として、化合物(2−1)から(2−11)、化合物(3−1)から(3−19)、および化合物(4−1)から(4−7)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R12は独立して、炭素数1から10のアルキルまたは炭素数2から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−CH−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い。
Figure 2017002160
成分Bは、小さな誘電率異方性を有する。成分Bは中性に近い。化合物(2)は、粘度を下げるまたは光学異方性を調整する効果がある。化合物(3)および(4)は、上限温度を上げることによってネマチック相の温度範囲を広げる、または光学異方性を調整する効果がある。
成分Bの含有量を増加させるにつれて組成物の粘度は小さくなるが誘電率異方性が小さくなる。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。IPS、VAなどのモード用の組成物を調製する場合には、成分Bの含有量は、液晶組成物の重量に基づいて、好ましくは30重量%以上、さらに好ましくは40重量%以上である。
成分C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Cの好ましい例として、化合物(5−1)から(5−16)、化合物(6−1)から(6−113)、化合物(7−1)から(7−57)を挙げることができる。これらの化合物において、R13は炭素数1から10のアルキルまたは炭素数2から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−CH−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;X11は、フッ素、塩素、−OCF、−OCHF、−CF、−CHF、−CHF、−OCFCHF、または−OCFCHFCFである。

Figure 2017002160
Figure 2017002160
Figure 2017002160
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Figure 2017002160
Figure 2017002160
成分Cは、誘電率異方性が正であり、熱や光に対する安定性が非常に優れているので、IPS、FFS、OCB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Cの含有量は、液晶組成物の重量に基づいて1重量%から99重量%の範囲が適しており、好ましくは10重量%から97重量%の範囲、さらに好ましくは40重量%から95重量%の範囲である。成分Cを誘電率異方性が負である組成物に添加する場合、成分Cの含有量は30重量%以下が好ましい。成分Cを添加することにより、組成物の弾性定数を調整し、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Dは、右末端基が−C≡Nまたは−C≡C−C≡Nである化合物(8)である。成分Dの好ましい例として、化合物(8−1)から(8−64)を挙げることができる。これらの化合物において、R14は炭素数1から10のアルキルまたは炭素数2から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−CH−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;X12は−C≡Nまたは−C≡C−C≡Nである。
Figure 2017002160
Figure 2017002160
成分Dは、誘電率異方性が正であり、その値が大きいので、TNなどのモード用の組成物を調製する場合に用いられる。この成分Dを添加することにより、組成物の誘電率異方性を上げることができる。成分Dは、液晶相の温度範囲を広げる、粘度を調整する、または光学異方性を調整する、という効果がある。成分Dは、素子の電圧−透過率曲線の調整にも有用である。
TNなどの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、液晶組成物の重量に基づいて1重量%から99重量%の範囲が適しており、好ましくは10重量%から97重量%の範囲、さらに好ましくは40重量%から95重量%の範囲である。成分Dを誘電率異方性が負である組成物に添加する場合、成分Dの含有量は30重量%以下が好ましい。成分Dを添加することにより、組成物の弾性定数を調整し、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、化合物(9)から(15)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フェニレンを有する。成分Eの好ましい例として、化合物(9−1)から(9−8)、化合物(10−1)から(10−17)、化合物(11−1)、化合物(12−1)から(12−3)、化合物(13−1)から(13−11)、化合物(14−1)から(14−3)、および化合物(15−1)から(15−3)を挙げることができる。これらの化合物において、R15およびR16は独立して、炭素数1から10のアルキルまたは炭素数2から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−CH−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;R17は、水素、フッ素、炭素数1から10のアルキル、または炭素数2から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−CH−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い。
Figure 2017002160
Figure 2017002160
成分Eは、誘電率異方性が負に大きい。成分Eは、IPS、VA、PSA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Eの含有量を増加させるにつれて組成物の誘電率異方性が負に大きくなるが、粘度が大きくなる。そこで、素子のしきい値電圧の要求値を満たす限り、含有量は少ないほうが好ましい。誘電率異方性が−5程度であることを考慮すると、充分な電圧駆動をさせるには、含有量が40重量%以上であることが好ましい。
成分Eのうち、化合物(9)は二環化合物であるので、粘度を下げる、光学異方性を調整する、または誘電率異方性を上げる効果がある。化合物(10)および(11)は三環化合物であるので、上限温度を上げる、光学異方性を上げる、または誘電率異方性を上げるという効果がある。化合物(12)から(15)は、誘電率異方性を上げるという効果がある。
IPS、VA、PSAなどのモード用の組成物を調製する場合には、成分Eの含有量は、液晶組成物の重量に基づいて、好ましくは40重量%以上であり、さらに好ましくは50重量%から95重量%の範囲である。成分E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Eの含有量は30重量%以下が好ましい。成分Eを添加することにより、組成物の弾性定数を調整し、素子の電圧−透過率曲線を調整することが可能となる。
以上に述べた成分B、C、D、およびEを適切に組み合わせることによって熱や光に対する高い安定性、高い上限温度、低い下限温度、小さな粘度、適切な光学異方性、大きな誘電率異方性、大きな比抵抗、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調製することができる。必要に応じて、成分B、C、D、およびEとは異なる液晶性化合物を添加してもよい。
3−2.添加物
液晶組成物は公知の方法によって調製される。例えば、成分化合物を混合し、そして加熱によって互いに溶解させる。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、重合性化合物、重合開始剤、重合禁止剤、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、色素、消泡剤などである。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。
PSA(polymer sustained alignment;高分子支持配向型)モードを有する液晶表示素子では、組成物が重合体を含有する。重合性化合物は、組成物中に重合体を生成させる目的で添加される。電極間に電圧を印加した状態で紫外線を照射して、重合性化合物を重合させることによって、組成物の中に重合体を生成させる。この方法によって、適切なプレチルトが達成されるので、応答時間が短縮され、画像の焼き付きが改善された素子が作製される。
重合性化合物の好ましい例は、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)、およびビニルケトンである。さらに好ましい例は、少なくとも1つのアクリロイルオキシを有する化合物および少なくとも1つのメタクリロイルオキシを有する化合物である。さらに好ましい例には、アクリロイルオキシとメタクリロイルオキシの両方を有する化合物も含まれる。
さらに好ましい例は、化合物(M−1)から(M−17)である。これらの化合物において、R25からR31は独立して、水素またはメチルであり;s、v、およびxは独立して、0または1であり;tおよびuは独立して、1から10の整数である。L21からL26は独立して、水素またはフッ素であり;L27およびL28は独立して、水素、フッ素、またはメチルである。
Figure 2017002160
重合性化合物は、重合開始剤を添加することによって、速やかに重合させることができる。反応温度を最適化することによって、残存する重合性化合物の量を減少させることができる。光ラジカル重合開始剤の例は、BASF社のダロキュアシリーズからTPO、1173、および4265であり、イルガキュアシリーズから184、369、500、651、784、819、907、1300、1700、1800、1850、および2959である。
光ラジカル重合開始剤の追加例は、4−メトキシフェニル−2,4−ビス(トリクロロメチル)トリアジン、2−(4−ブトキシスチリル)−5−トリクロロメチル−1,3,4−オキサジアゾール、9−フェニルアクリジン、9,10−ベンズフェナジン、ベンゾフェノン/ミヒラーズケトン混合物、ヘキサアリールビイミダゾール/メルカプトベンズイミダゾール混合物、1−(4−イソプロピルフェニル)−2−ヒドロキシ−2−メチルプロパン−1−オン、ベンジルジメチルケタール、2−メチル−1−[4−(メチルチオ)フェニル]−2−モルホリノプロパン−1−オン、2,4−ジエチルキサントン/p−ジメチルアミノ安息香酸メチル混合物、ベンゾフェノン/メチルトリエタノールアミン混合物である。
液晶組成物に光ラジカル重合開始剤を添加したあと、電場を印加した状態で紫外線を照射することによって重合を行うことができる。しかし、未反応の重合開始剤または重合開始剤の分解生成物は、素子に画像の焼き付きなどの表示不良を引き起こすかもしれない。これを防ぐために重合開始剤を添加しないまま光重合を行ってもよい。照射する光の好ましい波長は150nmから500nmの範囲である。さらに好ましい波長は250nmから450nmの範囲であり、最も好ましい波長は300nmから400nmの範囲である。
重合性化合物を保管するとき、重合を防止するために重合禁止剤を添加してもよい。重合性化合物は、通常は重合禁止剤を除去しないまま組成物に添加される。重合禁止剤の例は、ヒドロキノン、メチルヒドロキノンのようなヒドロキノン誘導体、4−t−ブチルカテコール、4−メトキシフェノ−ル、フェノチアジンなどである。
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。光学活性化合物を添加することによって、らせんピッチを調整することができる。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。光学活性化合物の好ましい例として、下記の化合物(Op−1)から(Op−18)を挙げることができる。化合物(Op−18)において、環Jは1,4−シクロヘキシレンまたは1,4−フェニレンであり、R28は炭素数1から10のアルキルである。
Figure 2017002160
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り、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、および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。GH(guest host)モードの素子に適合させるために、アゾ系色素、アントラキノン系色素などのような二色性色素(dichroic dye)が組成物に添加される。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 2017002160
化合物(AO−1)において、R40は炭素数1から20のアルキル、炭素数1から20のアルコキシ、−COOR41、または−CHCHCOOR41であり、ここでR41は炭素数1から20のアルキルである。化合物(AO−2)および(AO−5)において、R42は炭素数1から20のアルキルである。化合物(AO−5)において、R43は水素、メチルまたはO(酸素ラジカル)であり;環Gは1,4−シクロヘキシレンまたは1,4−フェニレンであり;zは、1、2、または3である。
4.液晶表示素子
誘電率異方性が正に大きい液晶組成物は、PC、TN、STN、OCB、PSAなどの動作を有し、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。この組成物は、PC、TN、STN、OCB、VA、IPSなどの動作を有し、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。
誘電率異方性が負に大きい液晶組成物は、VA、IPS、PSAなどの動作モードを有し、AM方式で駆動する液晶表示素子に好適に用いることができる。この組成物は、VAモードを有し、AM方式で駆動する液晶表示素子に、特に好適に用いることができる。
この組成物は、NCAP(nematic curvilinear aligned phase)素子にも適しており、ここでは組成物がマイクロカプセル化されている。この組成物は、ポリマー分散型液晶表示素子(PDLCD)や、ポリマーネットワーク液晶表示素子(PNLCD)にも使用できる。これらの組成物においては、多量の重合性化合物が添加される。一方、重合性化合物の添加量が液晶組成物の重量に基づいて10重量%以下であるとき、PSAモードの液晶表示素子が作製される。好ましい割合は0.1重量%から2重量%の範囲である。さらに好ましい割合は、0.2重量%から1.0重量%の範囲である。PSAモードの素子は、アクティブマトリックス、パッシブマトリクスのような駆動方式で駆動させることができる。このような素子は、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。
実施例(合成例、使用例を含む)により本発明をさらに詳しく説明する。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、使用例1の組成物と使用例2の組成物との混合物を含む。本発明は、使用例の組成物の少なくとも2つを混合することによって調製した組成物をも含む。
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。化合物や組成物の物性、および素子の特性は、下記の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、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。
ガスクロマト分析:測定には、島津製作所製のGC−2010型ガスクロマトグラフを用いた。カラムは、Agilent Technologies Inc.製のキャピラリカラムDB−1(長さ60m、内径0.25mm、膜厚0.25μm)を用いた。キャリアーガスとしてはヘリウム(1ml/分)を用いた。試料気化室の温度を300℃、検出器(FID)部分の温度を300℃に設定した。試料はアセトンに溶解して、1重量%の溶液となるように調製し、得られた溶液1μlを試料気化室に注入した。記録計には島津製作所製のGCSolutionシステムなどを用いた。
HPLC分析:測定には、島津製作所製のProminence(LC−20AD;SPD−20A)を用いた。カラムはワイエムシー製のYMC−Pack ODS−A(長さ150mm、内径4.6mm、粒子径5μm)を用いた。溶出液はアセトニトリルと水を適宜混合して用いた。検出器としてはUV検出器、RI検出器、CORONA検出器などを適宜用いた。UV検出器を用いた場合、検出波長は254nmとした。試料はアセトニトリルに溶解して、0.1重量%の溶液となるように調製し、この溶液1μLを試料室に導入した。記録計としては島津製作所製のC−R7Aplusを用いた。
紫外可視分光分析:測定には、島津製作所製のPharmaSpec UV−1700用いた。検出波長は190nmから700nmとした。試料はアセトニトリルに溶解して、0.01mmol/Lの溶液となるように調製し、石英セル(光路長1cm)に入れて測定した。
測定試料:相構造および転移温度(透明点、融点、重合開始温度など)を測定するときには、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、化合物と母液晶との混合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、次の方法で測定を行った。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、次の式で表わ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。
化合物の誘電率異方性が正のときは、下記の母液晶(i)を用いた。母液晶の成分の割合を重量%で示す。
母液晶(i):

Figure 2017002160
化合物の誘電率異方性が負のときは、下記の母液晶(ii)を用いた。
母液晶(ii):
Figure 2017002160
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(JEITA;Japan Electronics and Information Technology Industries Association)で審議制定されるJEITA規格(JEITA・ED−2521B)に記載されている。これを修飾した方法も用いた。測定に用いたTN素子には、薄膜トランジスタ(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)に試料を置いた。この試料を、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走査熱量計、Diamond DSCシステムまたはエスアイアイ・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。試料は、3℃/分の速度で昇降温し、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。化合物の融点、重合開始温度もこの装置を使って測定した。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、それぞれを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たか否かを観察した。
(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。試料が化合物(1)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(1)と成分B、C、Dのような化合物との混合物であるときは、NIの記号で示した。ネマチック相の上限温度を「上限温度」と略すことがある。
(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ガラス瓶に入れ、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)光学異方性(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。光学異方性(Δn)の値は、Δn=n‖−n⊥、の式から計算した。
(8)比抵抗(ρ;25℃で測定;Ωcm):電極を備えた容器に試料1.0mLを注入した。この容器に直流電圧(10V)を印加し、10秒後の直流電流を測定した。比抵抗は次の式から算出した。(比抵抗)={(電圧)×(容器の電気容量)}/{(直流電流)×(真空の誘電率)}。
(9)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であった。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あいだの面積Aを求めた。面積Bは減衰しなかったときの面積であった。電圧保持率は面積Bに対する面積Aの百分率で表した。
(10)電圧保持率(VHR−2;80℃で測定;%):25℃の代わりに、80℃で測定した以外は、上記の方法で電圧保持率を測定した。得られた結果をVHR−2の記号で示した。
誘電率異方性が正の試料と負の試料とでは、物性の測定法が異なることがある。誘電率異方性が正であるときの測定法は、項(11a)から(15a)に記載した。誘電率異方性が負の場合は、項(11b)から(15b)に記載した。
(11a)粘度(回転粘度;γ1;25℃で測定;mPa・s)
正の誘電率異方性: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度であり、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。この計算で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。
(11b)粘度(回転粘度;γ1;25℃で測定;mPa・s)
負の誘電率異方性:測定は、M. Imai et al., Molecular Crystals and Liquid Crystals, Vol. 259, 37 (1995) に記載された方法に従った。2枚のガラス基板の間隔(セルギャップ)が20μmのVA素子に試料を入れた。この素子に39ボルトから50ボルトの範囲で1ボルト毎に段階的に印加した。0.2秒の無印加のあと、ただ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は、下記の誘電率異方性の項で測定した値を用いた。
(12a)誘電率異方性(Δε;25℃で測定)
正の誘電率異方性: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。
(12b)誘電率異方性(Δε;25℃で測定)
負の誘電率異方性:誘電率異方性の値は、Δε=ε‖−ε⊥、の式から計算した。誘電率(ε‖およびε⊥)は次のように測定した。
1)誘電率(ε‖)の測定:よく洗浄したガラス基板にオクタデシルトリエトキシシラン(0.16mL)のエタノール(20mL)溶液を塗布した。ガラス基板をスピンナーで回転させたあと、150℃で1時間加熱した。2枚のガラス基板の間隔(セルギャップ)が4μmであるVA素子に試料を入れ、この素子を紫外線で硬化する接着剤で密閉した。この素子にサイン波(0.5V、1kHz)を印加し、2秒後に液晶分子の長軸方向における誘電率(ε‖)を測定した。
2)誘電率(ε⊥)の測定:よく洗浄したガラス基板にポリイミド溶液を塗布した。このガラス基板を焼成した後、得られた配向膜にラビング処理をした。2枚のガラス基板の間隔(セルギャップ)が9μmであり、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(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。
(13a)弾性定数(K;25℃で測定;pN)
正の誘電率異方性: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。
(13b)弾性定数(K11およびK33;25℃で測定;pN)
負の誘電率異方性:測定には株式会社東陽テクニカ製のEC−1型弾性定数測定器を用いた。2枚のガラス基板の間隔(セルギャップ)が20μmである垂直配向素子に試料を入れた。この素子に20ボルトから0ボルト電荷を印加し、静電容量および印加電圧を測定した。静電容量(C)と印加電圧(V)の値を、「液晶デバイスハンドブック」(日刊工業新聞社)、75頁にある式(2.98)、式(2.101)を用いてフィッティングし、式(2.100)から弾性定数の値を得た。
(14a)しきい値電圧(Vth;25℃で測定;V)
正の誘電率異方性: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った。2枚のガラス基板の間隔(セルギャップ)が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。
(14b)しきい値電圧(Vth;25℃で測定;V)
負の誘電率異方性: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った。2枚のガラス基板の間隔(セルギャップ)が4μmであり、ラビング方向がアンチパラレルであるノーマリーブラックモード(normally black mode)のVA素子に試料を入れ、この素子を紫外線で硬化する接着剤を用いて密閉した。この素子に印加する電圧(60Hz、矩形波)は0Vから20V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10%になったときの電圧で表した。
(15a)応答時間(τ;25℃で測定;ms)
正の誘電率異方性: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った。ローパス・フィルター(Low-pass filter)は5kHzに設定した。2枚のガラス基板の間隔(セルギャップ)が5.0μm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。この素子に矩形波(60Hz、5V、0.5秒)を印加した。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%であるとみなした。立ち上がり時間(τr:rise time;ミリ秒)は、透過率が90%から10%に変化するのに要した時間である。立ち下がり時間(τf:fall time;ミリ秒)は透過率10%から90%に変化するのに要した時間である。応答時間は、このようにして求めた立ち上がり時間と立ち下がり時間との和で表した。
(15b)応答時間(τ;25℃で測定;ms)
負の誘電率異方性: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った。ローパス・フィルター(Low-pass filter)は5kHzに設定した。2枚のガラス基板の間隔(セルギャップ)が3.2μmであり、ラビング方向がアンチパラレルであるノーマリーブラックモード(normally black mode)のPVA素子に試料を入れた。この素子を紫外線で硬化する接着剤を用いて密閉した。この素子にしきい値電圧を若干超える程度の電圧を1分間印加し、次に5.6Vの電圧を印加しながら23.5mW/cmの紫外線を8分間照射した。この素子に矩形波(60Hz、10V、0.5秒)を印加した。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%であるとみなした。応答時間は透過率90%から10%に変化するのに要した時間(立ち下がり時間;fall time;ミリ秒)で表した。
原料:ソルミックス(登録商標)A−11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。
[合成例1]化合物(1)の合成

Figure 2017002160
[第1工程]
公知の方法で合成した化合物(t−1)5.0gをTHF60mLへ溶解させ、そこへ室温にてプロピルマグネシウムブロミドTHF溶液(1M/L)26.3mLを滴下した。50℃にて30分撹拌した後、室温にて終夜撹拌した。氷冷下飽和塩化マグネシウム水溶液を滴下し、酢酸エチルで抽出した。一緒にした有機層を飽和食塩水で洗浄し、無水硫酸ナトリウムで乾燥した。溶媒を留去し化合物(t−2)を5.9g得た。化合物t−2は精製せず次の反応へ用いた。
[第2工程]
窒素雰囲気下、化合物(t−2)5.9gをジクロロメタン70mLとアセトニトリル70mLとの混合溶媒へ溶解させ、そこへトリエチルシラン3.8gを加えた。この溶液に、−50℃にてトリフルオロボラン−ジエチルエーテル錯体4.0gを滴下し−50℃で30分撹拌した後室温にて1時間撹拌した。反応混合物に飽和炭酸水素ナトリウム水溶液を滴下して反応を停止させた。ジクロロメタンで抽出し、一緒にした有機相を飽和炭酸水素ナトリウム水溶液、飽和食塩水で洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥した。溶媒を減圧下で留去し、残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(ヘプタン:トルエン=6:4、体積比)で精製し、更に再結晶(ソルミックス)にて精製し、化合物(1)1.0gを得た。
H−NMR(CDCl):δ6.72(dd,2H)、6.02(dd,1H)、5.38(dd,1H)、5.26(dd,1H)、3.48−3.23(m,2H)、2.31−2.28(m,1H)、1.31−1.04(m,4H)、0.90(t,3H).
合成例に記載された方法や、「2.化合物(1)の合成」の記載を参考にしながら、以下に示す化合物を合成することが可能である。
Figure 2017002160

Figure 2017002160
Figure 2017002160

Figure 2017002160
2.組成物の実施例
実施例により本発明の組成物を詳細に説明する。本発明は、使用例1の組成物と使用例2の組成物との混合物を含む。本発明は、使用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。使用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。使用例において記号の後にあるかっこ内の番号は、化合物が属する化学式を表す。(−)の記号は化合物(2)から(15)とは異なる、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 2017002160
[組成例1]
3−cxOB(F)B(F,F)XB(F,F)−F (54) 5%
3−HB−O1 (2−5) 15%
3−HB(2F,3F)−O2 (9−1) 12%
5−HB(2F,3F)−O2 (9−1) 12%
2−HHB(2F,3F)−1 (10−1) 12%
3−HHB(2F,3F)−1 (10−1) 12%
3−HHB(2F,3F)−O2 (10−1) 13%
5−HHB(2F,3F)−O2 (10−1) 13%
3−HHB−1 (3−1) 6%
[組成例2]
3−cxOB(F)B(F,F)XB(F,F)−CF3(53) 5%
5−HB−O2 (2−5) 3%
3−H2B(2F,3F)−O2 (9−4) 22%
5−H2B(2F,3F)−O2 (9−4) 22%
2−HHB(2F,3CL)−O2 (10−12) 2%
3−HHB(2F,3CL)−O2 (10−12) 3%
4−HHB(2F,3CL)−O2 (10−12) 2%
5−HHB(2F,3CL)−O2 (10−12) 2%
3−HBB(2F,3F)−O2 (10−7) 9%
5−HBB(2F,3F)−O2 (10−7) 9%
V−HHB−1 (3−1) 6%
3−HHB−3 (3−1) 6%
3−HHEBH−3 (4−6) 3%
3−HHEBH−4 (4−6) 3%
3−HHEBH−5 (4−6) 3%
[組成例3]
3−cxOB(F,F)B(F,F)XB(F,F)−F(52) 5%
3−HB−O1 (2−5) 15%
3−HB(2F,3F)−O2 (9−1) 12%
5−HB(2F,3F)−O2 (9−1) 12%
2−HHB(2F,3F)−1 (10−1) 12%
3−HHB(2F,3F)−1 (10−1) 12%
3−HHB(2F,3F)−O2 (10−1) 13%
5−HHB(2F,3F)−O2 (10−1) 13%
6−HEB(2F,3F)−O2 (9−6) 6%
[組成例4]
3−HCxOB(2F,3F)−O2 5%
3−HB−O2 (2−5) 17%
5−HB−O2 (2−5) 5%
3−H2B(2F,3F)−O2 (9−4) 18%
5−H2B(2F,3F)−O2 (9−4) 19%
3−HHB(2F,3CL)−O2 (10−12) 5%
2−HBB(2F,3F)−O2 (10−7) 3%
3−HBB(2F,3F)−O2 (10−7) 9%
5−HBB(2F,3F)−O2 (10−7) 9%
3−HHB−1 (3−1) 3%
3−HHB−3 (3−1) 4%
3−HHB−O1 (3−1) 3%
[組成例5]
3−CxOBB(2F,3F)−O2 5%
1−BB−3 (2−8) 12%
3−HB−O2 (2−5) 7%
5−HB−O2 (2−5) 5%
3−BB(2F,3F)−O2 (9−3) 10%
5−BB(2F,3F)−O2 (9−3) 7%
2−HH1OB(2F,3F)−O2 (10−5) 14%
3−HH1OB(2F,3F)−O2 (10−5) 22%
5−HBB(2F,3F)−O2 (10−7) 8%
3−HHB−1 (3−1) 5%
3−HHB−O1 (3−1) 3%
5−B(F)BB−2 (3−8) 2%
[使用例6]
3−HHcxO−5 5%
3−HB−O2 (2−5) 10%
5−HB−CL (5−2) 13%
3−HBB(F,F)−F (6−24) 7%
3−PyB(F)−F (5−15) 9%
5−PyB(F)−F (5−15) 9%
3−PyBB−F (6−81) 9%
4−PyBB−F (6−81) 9%
5−PyBB−F (6−81) 9%
5−HBB(F)B−2 (4−5) 10%
5−HBB(F)B−3 (4−5) 10%
[使用例7]
3−cxOB(F)B(F,F)XB(F,F)−F (54) 5%
2−HB−C (8−1) 5%
3−HB−C (8−1) 10%
3−HB−O2 (2−5) 12%
2−BTB−1 (2−10) 3%
3−HHB−F (6−1) 4%
3−HHB−1 (3−1) 8%
3−HHB−O1 (3−1) 5%
3−HHB−3 (3−1) 14%
3−HHEB−F (6−10) 4%
5−HHEB−F (6−10) 4%
2−HHB(F)−F (6−2) 7%
3−HHB(F)−F (6−2) 7%
5−HHB(F)−F (6−2) 7%
3−HHB(F,F)−F (6−3) 5%
[使用例8]
3−cxOB(F)B(F,F)XB(F,F)−CF3(53) 5%
7−HB(F,F)−F (5−4) 3%
3−HB−O2 (2−5) 7%
2−HHB(F)−F (6−2) 9%
3−HHB(F)−F (6−2) 9%
5−HHB(F)−F (6−2) 10%
2−HBB(F)−F (6−23) 9%
3−HBB(F)−F (6−23) 9%
5−HBB(F)−F (6−23) 13%
2−HBB−F (6−22) 4%
3−HBB−F (6−22) 4%
5−HBB−F (6−22) 3%
3−HBB(F,F)−F (6−24) 5%
5−HBB(F,F)−F (6−24) 10%
[使用例9]
3−cxOB(F,F)B(F,F)XB(F,F)−F(52) 2%
5−HB−CL (5−2) 21%
3−HHB−F (6−1) 4%
3−HHB−CL (6−1) 3%
4−HHB−CL (6−1) 4%
3−HHB(F)−F (6−2) 15%
4−HHB(F)−F (6−2) 11%
5−HHB(F)−F (6−2) 11%
7−HHB(F)−F (6−2) 8%
5−HBB(F)−F (6−2) 4%
1O1−HBBH−5 (4−1) 3%
3−HHBB(F,F)−F (7−6) 2%
4−HHBB(F,F)−F (7−6) 3%
5−HHBB(F,F)−F (7−6) 3%
3−HH2BB(F,F)−F (7−15) 3%
4−HH2BB(F,F)−F (7−15) 3%
[使用例10]
3−HCxOB(2F,3F)−O2 5%
3−HHB(F,F)−F (6−3) 9%
3−H2HB(F,F)−F (6−15) 8%
4−H2HB(F,F)−F (6−15) 8%
5−H2HB(F,F)−F (6−15) 8%
3−HBB(F,F)−F (6−24) 18%
5−HBB(F,F)−F (6−24) 18%
3−H2BB(F,F)−F (6−27) 10%
5−HHBB(F,F)−F (7−6) 3%
5−HHEBB−F (7−17) 2%
3−HH2BB(F,F)−F (7−15) 3%
1O1−HBBH−4 (4−1) 4%
1O1−HBBH−5 (4−1) 4%
[使用例11]
3−CxOBB(2F,3F)−O2 4%
3−HB−CL (2−5) 6%
5−HB−CL (2−5) 4%
3−HHB−OCF3 (6−1) 5%
3−H2HB−OCF3 (6−13) 5%
5−H4HB−OCF3 (6−19) 13%
V−HHB(F)−F (6−2) 5%
3−HHB(F)−F (6−2) 5%
5−HHB(F)−F (6−2) 5%
3−H4HB(F,F)−CF3 (6−21) 8%
5−H4HB(F,F)−CF3 (6−21) 8%
5−H2HB(F,F)−F (6−15) 5%
5−H4HB(F,F)−F (6−21) 7%
2−H2BB(F)−F (6−26) 5%
3−H2BB(F)−F (6−26) 10%
3−HBEB(F,F)−F (6−39) 5%
[使用例12]
3−HHcxO−5 5%
7−HB−1 (2−5) 10%
3−HB−O2 (2−5) 5%
5−HB−O2 (2−5) 13%
3−HB(2F,3F)−O2 (9−1) 18%
5−HB(2F,3F)−O2 (9−1) 16%
3−HHB(2F,3CL)−O2 (10−12) 3%
4−HHB(2F,3CL)−O2 (10−12) 3%
5−HHB(2F,3CL)−O2 (10−12) 2%
3−HH1OCro(7F,8F)−5 (13−6) 5%
5−HBB(F)B−2 (4−5) 10%
5−HBB(F)B−3 (4−5) 10%
[使用例13]
3−cxOB(F)B(F,F)XB(F,F)−F (54) 5%
1−BB−3 (2−8) 10%
3−HB−O2 (2−5) 5%
5−HB−O2 (2−5) 5%
3−BB(2F,3F)−O2 (9−3) 18%
2−HH1OB(2F,3F)−O2 (10−5) 20%
3−HH1OB(2F,3F)−O2 (10−5) 14%
5−HBB(2F,3F)−O2 (10−7) 9%
3−HHB−1 (3−1) 8%
5−B(F)BB−2 (3−8) 6%
[使用例14]
3−cxOB(F)B(F,F)XB(F,F)−CF3(53) 5%
3−HB−O1 (2−5) 15%
3−HB(2F,3F)−O2 (9−1) 12%
5−HB(2F,3F)−O2 (9−1) 12%
2−HHB(2F,3F)−1 (10−1) 12%
3−HHB(2F,3F)−1 (10−1) 12%
3−HHB(2F,3F)−O2 (10−1) 13%
5−HHB(2F,3F)−O2 (10−1) 13%
3−HHB−1 (3−1) 6%
[使用例15]
3−cxOB(F,F)B(F,F)XB(F,F)−F(52) 5%
5−HB−O2 (2−5) 3%
3−H2B(2F,3F)−O2 (9−4) 22%
5−H2B(2F,3F)−O2 (9−4) 22%
2−HHB(2F,3CL)−O2 (10−12) 2%
3−HHB(2F,3CL)−O2 (10−12) 3%
4−HHB(2F,3CL)−O2 (10−12) 2%
5−HHB(2F,3CL)−O2 (10−12) 2%
3−HBB(2F,3F)−O2 (10−7) 9%
5−HBB(2F,3F)−O2 (10−7) 9%
V−HHB−1 (3−1) 6%
3−HHB−3 (3−1) 6%
3−HHEBH−3 (4−6) 3%
3−HHEBH−4 (4−6) 3%
3−HHEBH−5 (4−6) 3%
[使用例16]
3−HCxOB(2F,3F)−O2 3%
3−HB−O2 (2−5) 10%
5−HB−CL (5−2) 13%
3−HBB(F,F)−F (6−24) 7%
3−PyB(F)−F (5−15) 10%
5−PyB(F)−F (5−15) 10%
3−PyBB−F (6−80) 9%
4−PyBB−F (6−80) 9%
5−PyBB−F (6−80) 9%
5−HBB(F)B−2 (4−5) 10%
5−HBB(F)B−3 (4−5) 10%
[使用例17]
3−CxOBB(2F,3F)−O2 5%
3−HB−O1 (2−5) 15%
3−HB(2F,3F)−O2 (9−1) 12%
5−HB(2F,3F)−O2 (9−1) 12%
2−HHB(2F,3F)−1 (10−1) 12%
3−HHB(2F,3F)−1 (10−1) 12%
3−HHB(2F,3F)−O2 (10−1) 13%
5−HHB(2F,3F)−O2 (10−1) 13%
6−HEB(2F,3F)−O2 (9−6) 6%
[使用例18]
3−HHcxO−5 5%
2−HB−C (8−1) 5%
3−HB−C (8−1) 10%
3−HB−O2 (2−5) 12%
2−BTB−1 (2−10) 3%
3−HHB−F (6−1) 4%
3−HHB−1 (3−1) 8%
3−HHB−O1 (3−1) 5%
3−HHB−3 (3−1) 14%
3−HHEB−F (6−10) 4%
5−HHEB−F (6−10) 4%
2−HHB(F)−F (6−2) 7%
3−HHB(F)−F (6−2) 7%
5−HHB(F)−F (6−3) 7%
3−HHB(F,F)−F (6−3) 5%
[使用例19]
3−cxOB(F)B(F,F)XB(F,F)−F (54) 5%
3−HB−O2 (2−5) 17%
5−HB−O2 (2−5) 5%
3−H2B(2F,3F)−O2 (6−4) 18%
5−H2B(2F,3F)−O2 (6−4) 19%
3−HHB(2F,3CL)−O2 (10−12) 5%
2−HBB(2F,3F)−O2 (10−7) 3%
3−HBB(2F,3F)−O2 (10−7) 9%
5−HBB(2F,3F)−O2 (10−7) 9%
3−HHB−1 (3−1) 3%
3−HHB−3 (3−1) 4%
3−HHB−O1 (3−1) 3%
[使用例20]
3−cxOB(F)B(F,F)XB(F,F)−CF3(53) 5%
7−HB(F,F)−F (5−4) 3%
3−HB−O2 (2−5) 7%
2−HHB(F)−F (6−2) 9%
3−HHB(F)−F (6−2) 9%
5−HHB(F)−F (6−2) 10%
2−HBB(F)−F (6−23) 9%
3−HBB(F)−F (6−23) 9%
5−HBB(F)−F (6−23) 13%
2−HBB−F (6−22) 4%
3−HBB−F (6−22) 4%
5−HBB−F (6−22) 3%
3−HBB(F,F)−F (6−24) 5%
5−HBB(F,F)−F (6−24) 10%
[使用例21]
3−cxOB(F,F)B(F,F)XB(F,F)−F(52) 5%
1−BB−3 (2−8) 12%
3−HB−O2 (2−5) 7%
5−HB−O2 (2−5) 5%
3−BB(2F,3F)−O2 (9−3) 10%
5−BB(2F,3F)−O2 (9−3) 7%
2−HH1OB(2F,3F)−O2 (10−5) 14%
3−HH1OB(2F,3F)−O2 (10−5) 21%
3−HBB(2F,3F)−O2 (10−7) 9%
3−HHB−1 (3−1) 5%
3−HHB−O1 (3−1) 3%
5−B(F)BB−2 (3−8) 2%
[使用例22]
3−HCxOB(2F,3F)−O2 5%
5−HB−CL (5−2) 20%
3−HHB−F (6−1) 4%
3−HHB−CL (6−1) 3%
4−HHB−CL (6−1) 4%
3−HHB(F)−F (6−2) 15%
4−HHB(F)−F (6−2) 10%
5−HHB(F)−F (6−2) 10%
7−HHB(F)−F (6−2) 8%
5−HBB(F)−F (6−23) 4%
1O1−HBBH−5 (4−1) 3%
3−HHBB(F,F)−F (7−6) 2%
4−HHBB(F,F)−F (7−6) 3%
5−HHBB(F,F)−F (7−6) 3%
3−HH2BB(F,F)−F (7−15) 3%
4−HH2BB(F,F)−F (7−15) 3%
[使用例23]
3−CxOBB(2F,3F)−O2 5%
3−HB−O1 (2−5) 15%
3−HB(2F,3F)−O2 (9−1) 12%
5−HB(2F,3F)−O2 (9−1) 12%
2−HHB(2F,3F)−1 (10−1) 12%
3−HHB(2F,3F)−1 (10−1) 12%
3−HHB(2F,3F)−O2 (10−1) 13%
5−HHB(2F,3F)−O2 (10−1) 13%
3−HHB−1 (3−1) 6%
本発明の液晶組成物は、紫外線および熱に対する高い安定性、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、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、または少なくとも2つの物性に関して適切なバランスを有する。従って、この組成物を含む液晶表示素子は、液晶プロジェクター、液晶テレビなどに用いることができる。

Claims (14)

  1. 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つの化合物および第二成分として式(2)から(4)で表される化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物を含有し、そしてネマチック相を有する液晶組成物。

    Figure 2017002160

    式(1)において、
    およびRは独立して、水素または炭素数1から10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−、−S−、−CO−、または−SiH−で置き換えられてもよく、少なくとも1つの−CHCH−は−CH=CH−または−C≡C−で置き換えられてもよく、これらの一価基において、少なくとも1つの水素はフッ素または塩素で置き換えられてもよく、そしてRは、フッ素、塩素、−C≡N、−NCS、−SF、−CFSF、−C≡C−C≡N、または−C≡C−CFであってもよく;
    、A、およびA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、デカヒドロナフタレン−2,6−ジイル、1,2,3,4−テトラヒドロナフタレン−2,6−ジイル、2,6,7−トリオキサビシクロ[2.2.2]オクタン−1,4−ジイル、1,4−フェニレン、ナフタレン−2,6−ジイル、9,10−ジヒドロフェナントレン−2,7−ジイル、9H−キサンテン−2,6−ジイル、またはフルオレン−2,7−ジイルであり、これらの基において、少なくとも1つの−CH−は−O−、−S−、−CO−、または−SiH−で置き換えられてもよく、少なくとも1つの−CHCH−は−CH=CH−または−CH=N−で置き換えられてもよく、これらの二価基において、少なくとも1つの水素は、フッ素、塩素、−C≡N、−CF、−CHF、−CHF、−OCF、−OCHF、または−OCHFで置き換えられてもよく;
    Gは、式(pr−1)または(pr−2)で表される二価基であり;

    Figure 2017002160

    、Z、およびZは独立して、単結合または炭素数1から6のアルキレンであり、このアルキレンにおいて、少なくとも1つの−CH−は−O−、−S−、−CO−、または−SiH−で置き換えられてもよく、1つまたは2つの−CHCH−は、−CH=CH−または−C≡C−で置き換えられてもよく、これらの二価基において、少なくとも1つの水素はフッ素または塩素で置き換えられてもよく;
    aおよびbは独立して、0、1、2、または3であり、aおよびbの和は0から4であり;そして

    Figure 2017002160

    式(2)から(4)において、
    11およびR12は独立して、炭素数1から10のアルキルまたは炭素数2から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−CH−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B、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、2,5−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;
    11、Z12、およびZ13は独立して、単結合、−COO−、−CHCH−、−CH=CH−、または−C≡C−である。
  2. 第一成分が式(1a)から式(1d)で表される化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物である、請求項1に記載の液晶組成物。

    Figure 2017002160

    式(1a)から式(1d)において、
    およびRは独立して、炭素数1から10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−で置き換えられてもよく、少なくとも1つの−CHCH−は−CH=CH−または−C≡C−で置き換えられてもよく、これらの一価基において、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、Rはフッ素、塩素、−C≡N、−NCS、−SF、−CFSF、−C≡C−C≡N、または−C≡C−CFであってもよく;
    およびAは独立して、1,4−シクロヘキシレン、1,4−フェニレン、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1,4−フェニレンであり;
    Gは、式(pr−1)または(pr−2)で表される二価基であり;

    Figure 2017002160

    、Z、およびZは独立して、単結合または炭素数1から6のアルキレンであり、このアルキレンにおいて、1つの−CH−は−O−または−CO−で置き換えられてもよく、1つの−CHCH−は、−CH=CH−または−C≡C−で置き換えられてもよく、これらの二価基において、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;
    aおよびbは独立して、0、1、2、または3であり、aおよびbの和は0から3であ
    る。
  3. 第一成分が、式(1a)で表される化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物である、請求項1または2に記載の液晶組成物。

    Figure 2017002160

    式(1a)において、
    は、炭素数1から10のアルキル、炭素数1から10のアルコキシ、炭素数1から10のアルコキシアルキル、または炭素数2から12のアルケニルであり、Rは水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から10のアルキル、フッ素、塩素、−C≡N、−NCS、−SF、−CFSF、−C≡C−C≡N、または−C≡C−CFであり、このアルキルにおいて、少なくとも1つの−CH−は−O−、−S−、−CO−、または−SiH−で置き換えられてもよく、少なくとも1つの−CHCH−は−CH=CH−、または−C≡C−で置き換えられてもよく、これらの一価基において、少なくとも1つの水素はフッ素または塩素で置き換えられてもよく;
    およびAは独立して、1,4−シクロヘキシレン、1,4−フェニレン、または少なくとも1つの水素がフッ素または塩素で置き換えられた1,4−フェニレンであり;
    Gは、式(pr−1)または(pr−2)で表される二価基であり;

    Figure 2017002160

    、Z、およびZは独立して、単結合、−COO−、−CFO−、−OCF−、−CHCH−、または−CH=CH−であり;
    およびYは独立して、水素またはフッ素であり;
    aおよびbは独立して、0、1、または2であり、aおよびbの和は0から2である。
  4. 第一成分が、式(1b)で表される化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物である、請求項1または2に記載の液晶組成物。

    Figure 2017002160

    式(1b)において、
    およびRは独立して、炭素数1から10のアルキル、炭素数1から10のアルコキシ、炭素数1から10のアルコキシアルキル、または炭素数2から12のアルケニルであり;
    およびAは独立して、1,4−シクロヘキシレン、1,4−フェニレン、または少なくとも1つの水素がフッ素または塩素で置き換えられた1,4−フェニレであり;
    およびYは独立して、水素またはフッ素であり;
    Gは、式(pr−1)または(pr−2)で表される二価基であり;

    Figure 2017002160

    、Z、およびZは独立して、単結合、−CHO−、−OCH−、−CHCH−、または−CH=CH−であり;
    aおよびbは独立して、0、1、または2であり、aおよびbの和は0から2である。
  5. 第一成分が、式(1c)または(1d)で表される化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物である、請求項1または2に記載の液晶組成物。

    Figure 2017002160

    式(1c)および(1d)において、
    およびRは独立して、炭素数1から10のアルキル、炭素数1から10のアルコキシ、炭素数1から10のアルコキシアルキル、または炭素数2から12のアルケニルであり;
    およびAは独立して、1,4−シクロヘキシレン、1,4−フェニレン、または少なくとも1つの水素がフッ素または塩素で置き換えられた1,4−フェニレンであり;
    Gは、式(pr−1)または(pr−2)で表される二価基であり;

    Figure 2017002160

    、Z、およびZは独立して、単結合、−COO−、−CHCH−、−CH=CH−、または−C≡C−であり;
    およびYは独立して、水素またはフッ素であり;
    aおよびbは独立して、0、1、または2であり、aおよびbの和は0から2である。
  6. 式(5)から(7)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から5のいずれか1項に記載の液晶組成物。

    Figure 2017002160

    式(5)から(7)において、
    13は炭素数1から10のアルキルまたは炭素数2から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−CH−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、フッ素、塩素、−OCF、−OCHF、−CF、−CHF、−CHF、−OCFCHF、または−OCFCHFCFであり;
    環C、環C、および環Cは独立して、1,4−シクロヘキシレン、少なくとも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、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、Z15、およびZ16は独立して、単結合、−COO−、−CFO−、−OCF−、−CHO−、−CHCH−、−CH=CH−、−C≡C−、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(8)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から6のいずれか1項に記載の液晶組成物。

    Figure 2017002160

    式(8)において、
    14は炭素数1から10のアルキルまたは炭素数2から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−CH−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;
    12は−C≡Nまたは−C≡C−C≡Nであり;
    環Dは、1,4−シクロヘキシレン、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、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;
    17は、単結合、−COO−、−CFO−、−OCF−、−CHO−、−CHCH−、または−C≡C−、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(9)から(15)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から7のいずれか1項に記載の液晶組成物。

    Figure 2017002160

    式(9)から(15)において、
    15およびR16は独立して、炭素数1から10のアルキルまたは炭素数2から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−CH−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;
    17は、水素、フッ素、炭素数1から10のアルキル、または炭素数2から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−CH−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−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Eおよび環E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;
    18、Z19、Z20、およびZ21は独立して、単結合、−COO−、−CHO−、−OCF−、−CHCH−、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;
    11は、水素またはメチルであり;
    Xは、−CHF−または−CF−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. 請求項1から8のいずれか1項に記載の液晶組成物を含む液晶表示素子。
  10. 式(1)で表される化合物。

    Figure 2017002160

    式(1)において、
    は水素または炭素数1から10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−、−S−、または−CO−で置き換えられてもよく、少なくとも1つの−CHCH−は−CH=CH−または−C≡C−で置き換えられてもよく、これらの一価基において、少なくとも1つの水素はフッ素または塩素で置き換えられてもよく、Rは水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から10のアルキル、フッ素、塩素、−C≡N、−NCS、−SF、−CFSF、−C≡C−C≡N、または−C≡C−CFであり、このアルキルにおいて、少なくとも1つの−CH−は−O−、−S−、−CO−、または−SiH−で置き換えられてもよく、少なくとも1つの−CHCH−は−CH=CH−、または−C≡C−で置き換えられてもよく、これらの一価基において、少なくとも1つの水素はフッ素または塩素で置き換えられてもよく;
    およびA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、デカヒドロナフタレン−2,6−ジイル、1,2,3,4−テトラヒドロナフタレン−2,6−ジイル、2,6,7−トリオキサビシクロ[2.2.2]オクタン−1,4−ジイル、1,4−フェニレン、ナフタレン−2,6−ジイル、9,10−ジヒドロフェナントレン−2,7−ジイル、9H−キサンテン−2,6−ジイル、またはフルオレン−2,7−ジイルであり、これらの基において、少なくとも1つの−CH−は−O−、−S−、−CO−、または−SiH−で置き換えられてもよく、少なくとも1つの−CHCH−は−CH=CH−または−CH=N−で置き換えられてもよく、これらの二価基において、少なくとも1つの水素は、フッ素、塩素、−C≡N、−CF、−CHF、−CHF、−OCF、−OCHF、または−OCHFで置き換えられてもよく;
    、Z、およびZは独立して、単結合または炭素数1から6のアルキレンであり、このアルキレンにおいて、少なくとも1つの−CH−は−O−、−S−、−CO−、または−SiH−で置き換えられてもよく、1つまたは2つの−CHCH−は−CH=CH−または−C≡C−で置き換えられてもよく、これらの二価基において、少なくとも1つの水素はフッ素または塩素で置き換えられてもよく;
    aおよびbは独立して、0、1、2、または3であり、aおよびbの和は0から4であり;
    Gは、式(pr−1)または(pr−2)で表される二価基であり;

    Figure 2017002160

    は、式(ar−1)または(ar−2)で表される二価基であり;

    Figure 2017002160

    式(ar−1)および(ar−2)において、Y、Y、およびYは独立して、水素、フッ素、塩素、−CF、−CHF、−CHF、−OCF、−OCHF、または−OCHFである。
  11. 式(1−1)または(1−2)で表される、請求項10に記載の化合物。

    Figure 2017002160

    式(1−1)および(1−2)において、
    は水素または炭素数1から10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−、−S−、−CO−、または−SiH−で置き換えられてもよく、少なくとも1つの−CHCH−は−CH=CH−または−C≡C−で置き換えられてもよく、これらの一価基において、少なくとも1つの水素はフッ素または塩素で置き換えられてもよく、Rは水素または炭素数1から10のポリフルオロアルキル、炭素数1から10のポリフルオロアルコキシ、炭素数1から10のポリフルオロアルケニル、フッ素、塩素、−C≡N、−NCS、−SF、−CFSF、−C≡C−C≡Nまたは−C≡C−CFであり;
    およびA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、テトラヒドロピラン−2,5−ジイル、テトラヒドロ−2H−ピラン−2−オン−3,6−ジイル、1,3−ジオキサン−2,5−ジイル、デカヒドロナフタレン−2,6−ジイル、1,2,3,4−テトラヒドロナフタレン−2,6−ジイル、2,6,7−トリオキサビシクロ[2.2.2]オクタン−1,4−ジイル、1,4−フェニレン、2−フルオロ−1,4−フェニレン、2,3−ジフルオロ−1,4−フェニレン、2,5−ジフルオロ−1,4−フェニレン、2,6−ジフルオロ−1,4−フェニレン、2−クロロ−1,4−フェニレン、2−フルオロ−3−クロロ−1,4−フェニレン、2,3−ジクロロ−1,4−フェニレン、ピリジン−2,5−ジイル、ピリミジン−2,5−ジイル、またはナフタレン−2,6−ジイルであり、これらの基において、少なくとも1つの水素は、フッ素、塩素、−CF、−CHF、−CHF、−OCF、−OCHF、または−OCHFで置き換えられてもよく;
    aおよびbは独立して、0、1、2、または3であり、aおよびbの和は0から4であり;
    Gは、式(pr−1)または(pr−2)で表される二価基であり;

    Figure 2017002160

    、Z、およびZは独立して、単結合、−COO−、−OCO−、−CHO−、−OCH−、−CFO−、−OCF−、−CHCH−、−CH=CH−、−CF=CH−、−CH=CF−、−CF=CF−、−C≡C−、−CHCO−、−COCH−、−CHSiH−、−SiHCH−、−(CH−、−(CHCOO−、−(CHOCO−、−OCO(CH−、−COO(CH−、−(CHCFO−、−(CHOCF−、−OCF(CH−、−CFO(CH−、−(CHO−、または−O(CH−であり;
    、Y、およびYは独立して、水素、フッ素、塩素、−CF、−CHF、−CHF、−OCF、−OCHF、または−OCHFである。
  12. 式(1−11a)から(1−16a)、式(1−11b)から(1−16b)、式(1−21a)から(1−26a)、および式(1−21b)から(1−26b)のいずれか1つで表される、請求項10または11に記載の化合物。

    Figure 2017002160

    Figure 2017002160

    式(1−11a)から(1−16a)、式(1−11b)から(1−16b)、式(1−21a)から(1−26a)、および式(1−21b)から(1−26b)において、
    は炭素数1から10のアルキルであり、このアルキルにおいて、1つまたは2つの−CH−は−O−または−S−で置き換えられてもよく、1つまたは2つの−CHCH−は−CH=CH−または−C≡C−で置き換えられてもよく、これらの一価基において、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、そしてRは水素または炭素数1から4のポリフルオロアルキル、炭素数1から4のポリフルオロアルコキシ、炭素数1から4のポリフルオロアルケニル、フッ素、塩素、−SF、−CFSF、または−C≡C−CFであり;
    11、A12、A21、およびA22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、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、デカヒドロナフタレン−2,6−ジイル、1,2,3,4−テトラヒドロナフタレン−2,6−ジイル、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、2,6−ジフルオロ−1,4−フェニレン、2−クロロ−1,4−フェニレン、ピリジン−2,5−ジイル、ピリミジン−2,5−ジイル、またはナフタレン−2,6−ジイルであり;
    11、Z12、Z21、Z22、およびZ31は独立して、単結合、−COO−、−OCO−、−CHO−、−OCH−、−CFO−、−OCF−、−CHCH−、−CH=CH−、−CF=CH−、−CH=CF−、−CF=CF−、−C≡C−、−(CH−、−(CHCOO−、−OCO(CH−、−(CHCFO−、−OCF(CH−、−(CHO−、または−O(CH−であり;
    、Y、およびYは独立して、水素、フッ素、または塩素である。
  13. 式(1−11a)から(1−16a)のいずれか1つで表される、請求項10から12のいずれか1項に記載の化合物。

    Figure 2017002160

    式(1−11a)から(1−16a)において、
    は、炭素数1から10のアルキル、炭素数1から10のアルコキシ、または炭素数2から10のアルケニルであり、Rは、フッ素、−CF、または−OCFであり;
    11、A12、A21、およびA22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、または2,6−ジフルオロ−1,4−フェニレンであり;
    11、Z12、Z21、Z22、およびZ31は独立して、単結合、−COO−、−OCH−、−CFO−、または−CHCH−であり;
    およびYは独立して、水素またはフッ素である。
  14. 式(1−21a)から(1−26a)のいずれか1つで表される、請求項10から13のいずれか1項に記載の化合物。

    Figure 2017002160

    式(1−21a)から(1−26a)において、
    は、炭素数1から10のアルキル、炭素数1から10のアルコキシ、または炭素数2から10のアルケニルであり、Rは、フッ素、−CF、または−OCFであり;
    11、A12、A21、およびA22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、または2,6−ジフルオロ−1,4−フェニレンであり;
    11、Z12、Z21、Z22、およびZ31は独立して、単結合、−CHCH−、−COO−、−OCH−、または−CFO−であり;
    、Y、およびYは独立して、水素またはフッ素である。
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