JP2018177917A - 液晶組成物 - Google Patents
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Abstract
【課題】液晶ディスプレイの応答速度を改善する液晶組成物の提供。【解決手段】第一成分として式（１）で表わされるシクロヘキサン化合物を含有し、第二成分として式（２）で表わされる化合物を含有する液晶組成物。（Ｒ１及びＲ２（ｅ）は、エカトリアル位に置換したアルキル基等；Ｘ（ｅ）はエカトリアル位に置換したハロゲン原子；Ｒ３及びＲ４はＣ数１〜１２のアルキル等；Ｘ１及びＸ２はフッ素等；Ｚ１及びＺ２はメチレンオキシ等）【選択図】なし
Description
本発明は、新規なシクロヘキサン化合物及び該化合物を含有してなる液晶組成物に関するものであり、液晶ディスプレイの応答速度の改良を目的とする。
液晶化合物の特徴である光学異方性（Δｎ）（以下に「Δｎ」ということがある。）や誘電率異方性（Δε）（以下に「Δε」ということがある。）を利用した液晶表示素子は、これまでに多数作られており、時計を始め、電卓、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、ＴＶ等に利用されて来ている。この液晶表示素子に使用される液晶化合物には固有の液晶相が存在し、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。そのなかでも、ネマチック相が最も広く利用されている。また、表示装置に利用されている表示方式及び駆動方式のうち、表示方式としては、これまでに、動的散乱型（ＤＳモード）、ゲスト・ホスト型（ＧＨモード）、ねじれネマチック型（ＴＮモード）、超ねじれネマチック型（ＳＴＮモード）、薄膜トランジスター型（ＴＦＴモード）及び強誘電性液晶型（ＦＬＣ）が開発されて来ている。駆動方式としては、スタティック駆動方式、マルチプレックス駆動方式、アクティブマトリックス駆動方式、及び２周波駆動方式等が採用されて来ている。最近はＴＮ型、ＳＴＮ型およびＴＦＴ型の３種類が主流となっている。いずれの表示素子に用いられる液晶材料も、水分、空気、熱、光等に安定であることが必要であるうえ、室温を中心としてできるだけ広い温度範囲で液晶相を示し、適切な誘電率異方性（Δε）と屈折率異方性（Δｎ）有し、応答速度が速く、低電圧駆動ができる特性が必要となる。この特性を満たすためには、粘度が低く、低いしきい値電圧を有する液晶が必要とされる。現在のところ単一化合物では上記のような条件をすべて満たす物質はなく、数種から、数十種の液晶化合物を混合して要求特性に合致させているのが現状である。さらに、近年の高精細ＴＶ，３Ｄ対応の表示等のため、さらなる応答速度の改良が求められている。
シクロヘキサン化合物を使用した応答性に優れたネマチック液晶組成物についても、多くの提案がなされている。例えば、本発明者は先に特定のシクロヘキサン化合物を混合した液晶組成物が液晶ディスプレイの応答速度を改善することを見出し、特許出願を行っている（特許文献１）。続いて、特定構造のシクロヘキサン化合物を正の誘電異方性を有するネマチック液晶に混合した液晶組成物が液晶ディスプレイの応答速度を特段に改善することを見出し、特許を取得した（特許文献２）。それでもなお、これまでの技術では、応答速度について充分に満足できるものではなかった。
本発明の解決しようとする課題は、液晶ディスプレイの応答速度を改善する液晶組成物を提供することである。
液晶組成物について永年研究してきた本発明者は、母液晶に特定の立体構造を有する低分子化合物を配合した液晶組成物が、応答速度の改善された液晶パネル、特にＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）方式、ＶＡ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）方式、及びＩＰＳ（Ｉｎ−Ｐｌａｎｅ−Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）方式において応答速度の改善された液晶パネルを与えることを見出し、本発明を完成した。
本発明は以下を包含する。
［１］ 第一成分として、下記式（１）
（式（１）中、Ｒ１（ｅ），Ｒ２（ｅ）は、それぞれ同一または異なって、エカトリアル位に置換したＲ，ＲＯＣＯ，ＲＣＯＯを表わし、Ｒはアルキル基、アルケニル基またはアルキニル基を示す。該アルキル基、アルケニル基またはアルキニル基はハロゲン原子又はシアノ基により置換されていてもよく、該アルキル基、アルケニル基またはアルキニル基中のＣＨ２基の一部は、−Ｏ−、−ＣＯ−又は−ＣＯＯ−で置き換えられていてもよい。Ｘ（ｅ）はエカトリアル位に置換したハロゲン原子を表わす。）
で表わされるシクロヘキサン化合物群の少なくとも１種類の化合物を含有し、
第二成分として、式（２）
（式（２）中、
Ｒ３、Ｒ４は独立して水素、炭素数１から１２のアルキル、炭素数１から１２のアルコキシ、炭素数２から１２のアルケニル、炭素数２から１１のアルケニルオキシ、又は任意の水素がフッ素で置換された炭素数２から１２のアルキル又はアルケニルであり、
Ｘ１、Ｘ２は、独立してフッ素又は塩素であり、
Ｚ１、Ｚ２は、独立してメチレンオキシ、カルボニルオキシ、エチレン又は単結合であり、
ｎは、０、１又は２であり、
ｍは、０又は１であり、
ｐは、０、１又は２であり、
ｑは、０、１、２又は３である。）
で表わされる各化合物群の少なくとも１種類の化合物を含有する液晶組成物。
［２］ 第一成分として、痕跡量未満の下記式（３）
（式（３）中、Ｒ１（ｅ），Ｒ２（ｅ）は、それぞれ式（１）中におけるＲ１（ｅ），Ｒ２（ｅ）と同義であり、Ｘ（ａ）はアキシアル位に置換したハロゲン原子を表わす。）
で表わされるシクロヘキサン化合物群の少なくとも１種類の化合物を含有する、［１］に記載の液晶組成物。
［３］ 下記式（４）
（式（１）中、Ｒ１，Ｒ２は、それぞれ同一または異なって、Ｒ，ＲＯＣＯ，ＲＣＯＯを表わし、Ｒはアルキル基、アルケニル基またはアルキニル基を示す。該アルキル基、アルケニル基またはアルキニル基はハロゲン原子又はシアノ基により置換されていてもよく、該アルキル基、アルケニル基またはアルキニル基中のＣＨ２基の一部は、−Ｏ−、−ＣＯ−又は−ＣＯＯ−で置き換えられていてもよい。Ｘ、Ｙは各々独立に同一又は異なるハロゲン原子を表わす。または、Ｘは酸素原子を表わし、Ｙは該酸素原子への直接結合を表わす。）
で表わされるシクロヘキサン化合物群の少なくとも１種類の化合物を更に含む、
［１］又は［２］に記載の液晶組成物。
［４］ 液晶組成物を製造するための、下記式（１）
（式（１）中、Ｒ１（ｅ），Ｒ２（ｅ）は、それぞれ同一または異なって、エカトリアル位に置換したＲ，ＲＯＣＯ，ＲＣＯＯを表わし、Ｒはアルキル基、アルケニル基またはアルキニル基を示す。該アルキル基、アルケニル基またはアルキニル基はハロゲン原子又はシアノ基により置換されていてもよく、該アルキル基、アルケニル基またはアルキニル基中のＣＨ２基の一部は、−Ｏ−、−ＣＯ−又は−ＣＯＯ−で置き換えられていてもよい。Ｘ（ｅ）はエカトリアル位に置換したハロゲン原子を表わす。）
で表わされるシクロヘキサン化合物の使用。
［５］ 液晶セルに［１］乃至［３］のいずれか一項に記載の液晶組成物が封入されている電気光学表示素子。
［６］ ＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）方式、ＶＡ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）方式、又はＩＰＳ（Ｉｎ−Ｐｌａｎｅ−Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）方式の液晶パネルである、［５］に記載の電気光学表示素子
［７］ 電気光学表示素子を製造するための、下記式（１）
（式（１）中、Ｒ１（ｅ），Ｒ２（ｅ）は、それぞれ同一または異なって、エカトリアル位に置換したＲ，ＲＯＣＯ，ＲＣＯＯを表わし、Ｒはアルキル基、アルケニル基またはアルキニル基を示す。該アルキル基、アルケニル基またはアルキニル基はハロゲン原子又はシアノ基により置換されていてもよく、該アルキル基、アルケニル基またはアルキニル基中のＣＨ２基の一部は、−Ｏ−、−ＣＯ−又は−ＣＯＯ−で置き換えられていてもよい。Ｘ（ｅ）はエカトリアル位に置換したハロゲン原子を表わす。）
で表わされるシクロヘキサン化合物の使用。
［１］ 第一成分として、下記式（１）
（式（１）中、Ｒ１（ｅ），Ｒ２（ｅ）は、それぞれ同一または異なって、エカトリアル位に置換したＲ，ＲＯＣＯ，ＲＣＯＯを表わし、Ｒはアルキル基、アルケニル基またはアルキニル基を示す。該アルキル基、アルケニル基またはアルキニル基はハロゲン原子又はシアノ基により置換されていてもよく、該アルキル基、アルケニル基またはアルキニル基中のＣＨ２基の一部は、−Ｏ−、−ＣＯ−又は−ＣＯＯ−で置き換えられていてもよい。Ｘ（ｅ）はエカトリアル位に置換したハロゲン原子を表わす。）
で表わされるシクロヘキサン化合物群の少なくとも１種類の化合物を含有し、
第二成分として、式（２）
（式（２）中、
Ｒ３、Ｒ４は独立して水素、炭素数１から１２のアルキル、炭素数１から１２のアルコキシ、炭素数２から１２のアルケニル、炭素数２から１１のアルケニルオキシ、又は任意の水素がフッ素で置換された炭素数２から１２のアルキル又はアルケニルであり、
Ｘ１、Ｘ２は、独立してフッ素又は塩素であり、
Ｚ１、Ｚ２は、独立してメチレンオキシ、カルボニルオキシ、エチレン又は単結合であり、
ｎは、０、１又は２であり、
ｍは、０又は１であり、
ｐは、０、１又は２であり、
ｑは、０、１、２又は３である。）
で表わされる各化合物群の少なくとも１種類の化合物を含有する液晶組成物。
［２］ 第一成分として、痕跡量未満の下記式（３）
（式（３）中、Ｒ１（ｅ），Ｒ２（ｅ）は、それぞれ式（１）中におけるＲ１（ｅ），Ｒ２（ｅ）と同義であり、Ｘ（ａ）はアキシアル位に置換したハロゲン原子を表わす。）
で表わされるシクロヘキサン化合物群の少なくとも１種類の化合物を含有する、［１］に記載の液晶組成物。
［３］ 下記式（４）
（式（１）中、Ｒ１，Ｒ２は、それぞれ同一または異なって、Ｒ，ＲＯＣＯ，ＲＣＯＯを表わし、Ｒはアルキル基、アルケニル基またはアルキニル基を示す。該アルキル基、アルケニル基またはアルキニル基はハロゲン原子又はシアノ基により置換されていてもよく、該アルキル基、アルケニル基またはアルキニル基中のＣＨ２基の一部は、−Ｏ−、−ＣＯ−又は−ＣＯＯ−で置き換えられていてもよい。Ｘ、Ｙは各々独立に同一又は異なるハロゲン原子を表わす。または、Ｘは酸素原子を表わし、Ｙは該酸素原子への直接結合を表わす。）
で表わされるシクロヘキサン化合物群の少なくとも１種類の化合物を更に含む、
［１］又は［２］に記載の液晶組成物。
［４］ 液晶組成物を製造するための、下記式（１）
（式（１）中、Ｒ１（ｅ），Ｒ２（ｅ）は、それぞれ同一または異なって、エカトリアル位に置換したＲ，ＲＯＣＯ，ＲＣＯＯを表わし、Ｒはアルキル基、アルケニル基またはアルキニル基を示す。該アルキル基、アルケニル基またはアルキニル基はハロゲン原子又はシアノ基により置換されていてもよく、該アルキル基、アルケニル基またはアルキニル基中のＣＨ２基の一部は、−Ｏ−、−ＣＯ−又は−ＣＯＯ−で置き換えられていてもよい。Ｘ（ｅ）はエカトリアル位に置換したハロゲン原子を表わす。）
で表わされるシクロヘキサン化合物の使用。
［５］ 液晶セルに［１］乃至［３］のいずれか一項に記載の液晶組成物が封入されている電気光学表示素子。
［６］ ＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）方式、ＶＡ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）方式、又はＩＰＳ（Ｉｎ−Ｐｌａｎｅ−Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）方式の液晶パネルである、［５］に記載の電気光学表示素子
［７］ 電気光学表示素子を製造するための、下記式（１）
（式（１）中、Ｒ１（ｅ），Ｒ２（ｅ）は、それぞれ同一または異なって、エカトリアル位に置換したＲ，ＲＯＣＯ，ＲＣＯＯを表わし、Ｒはアルキル基、アルケニル基またはアルキニル基を示す。該アルキル基、アルケニル基またはアルキニル基はハロゲン原子又はシアノ基により置換されていてもよく、該アルキル基、アルケニル基またはアルキニル基中のＣＨ２基の一部は、−Ｏ−、−ＣＯ−又は−ＣＯＯ−で置き換えられていてもよい。Ｘ（ｅ）はエカトリアル位に置換したハロゲン原子を表わす。）
で表わされるシクロヘキサン化合物の使用。
本発明に係る液晶組成物は、減粘効率、熱安定性、母液晶との相溶性等の諸特性に優れるため、液晶パネル、特にＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）方式、ＶＡ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）方式、及びＩＰＳ（Ｉｎ−Ｐｌａｎｅ−Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）方式の液晶パネルに応用すると、その応答速度を格段に改善することができる。
本明細書における用語の使い方は次のとおりとする。
「液晶組成物」とは、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の１種又は２種以上の混合物、及び液晶相を有する１種又は２種以上の化合物と１種又は２種以上の液晶相を有さない化合物の混合物を意味する。
「液晶表示素子」とは、液晶表示パネル又は液体表示モジュールを意味する。
「式（１）の化合物」とは、式（１）で表わされる１種又は２種以上の化合物を意味し、２種以上の化合物については化合物群と称する場合もある。また、式（１）の化合物に属する化合物を式（１−１）、式（１−２）等と記載することがあり、さらに式（１−１）の化合物に属する化合物を式（１−１−１）、式（１−１−２）等と記載することがある。なお、式（１）、式（１−１）等と記載せず、式を略し（１）、（１−１）とのみ記載することもある。式（２）以下についても同様である。
「液晶組成物」とは、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の１種又は２種以上の混合物、及び液晶相を有する１種又は２種以上の化合物と１種又は２種以上の液晶相を有さない化合物の混合物を意味する。
「液晶表示素子」とは、液晶表示パネル又は液体表示モジュールを意味する。
「式（１）の化合物」とは、式（１）で表わされる１種又は２種以上の化合物を意味し、２種以上の化合物については化合物群と称する場合もある。また、式（１）の化合物に属する化合物を式（１−１）、式（１−２）等と記載することがあり、さらに式（１−１）の化合物に属する化合物を式（１−１−１）、式（１−１−２）等と記載することがある。なお、式（１）、式（１−１）等と記載せず、式を略し（１）、（１−１）とのみ記載することもある。式（２）以下についても同様である。
１．第一成分
１．１．式（１）の化合物
本発明に係る液晶組成物を構成する第一成分は、下記一般式（１）で表わされるシクロヘキサン化合物である。第一成分は一種の化合物であっても二種以上の化合物の混合物であってもよい。
１．１．式（１）の化合物
本発明に係る液晶組成物を構成する第一成分は、下記一般式（１）で表わされるシクロヘキサン化合物である。第一成分は一種の化合物であっても二種以上の化合物の混合物であってもよい。
（式（１）中、Ｒ１（ｅ），Ｒ２（ｅ）は、それぞれ同一または異なって、エカトリアル位に置換したＲ，ＲＯＣＯ，ＲＣＯＯを表わし、Ｒはアルキル基、アルケニル基またはアルキニル基を示す。該アルキル基、アルケニル基またはアルキニル基はハロゲン原子又はシアノ基により置換されていてもよく、該アルキル基、アルケニル基またはアルキニル基中のＣＨ２基の一部は、−Ｏ−、−ＣＯ−又は−ＣＯＯ−で置き換えられていてもよい。Ｘ（ｅ）はエカトリアル位に置換したハロゲン原子を表わす。）
式（１）の化合物は例えば以下の立体配置を有する。
Ｒの炭素原子数は、液晶表示素子の性能を損なわない限り特に限定されないが、好ましくはＣ１−１２、より好ましくはＣ１−８である。Ｒで表わされる基の例としては、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、ノニル、デシル、ビニル、アリル、ブテニル、エチニル、プロピニル、ブチニル、メトキシメチル、エトキシメチル、プロポキシメチル、ブトキシメチル、メトキシエチル、エトキシエチル、パーフルオロメチル、パーフルオロエチル、パーフルオロプロピル、モノフルオロメチル、ジフルオロメチル、トリフルオロメチル、パーフルオロビニル、パーフルオロアリル、イソプロピル、１−メチルプロピル、２−メチルプロピル、２−ブチルメチル、３−メチルブチル、２−メチルペンチル、３−メチルペンチル、２−エチルヘキシル、２−プロピルペンチル、１−メチルペンチル等が挙げられる。
Ｒ１及びＲ２は、好ましくは非置換のアルキル基、非置換のアルケニル基である。
Ｒ１及びＲ２は、好ましくは非置換のアルキル基、非置換のアルケニル基である。
式（１）で表わされる化合物群の代表的な具体例としては、下記式の化合物が挙げられる。ただし、これらの化合物群に限定されるものではない。
なお、式（１）で表わされる本発明の化合物とはＸ、Ｒ１及びＲ２の位置の異なる複数の立体異性体が存在するが、これらは式（１）の化合物とは区別されなければならない。
式(１)のシクロヘキサン化合物を製造する方法は、特に限定されるものではない。例えば特開２０１２−１８０２８４号公報に記載の方法によって製造することができる。具体的な方法については、後記する実施例においても説明する。
本発明の液晶組成物における式(１)のシクロヘキサン化合物の含有量は、特に制限されるものではなく、目的とする特性が得られるように適宜な量を選択すればよいが、１〜１００質量％、特に５〜９０質量％の範囲から選択するのが好ましい。
１．２．式（３）の化合物
本発明に係る液晶組成物中には、下記式（３）
（式（３）中、Ｒ１（ｅ），Ｒ２（ｅ）は、それぞれ式（１）中におけるＲ１（ｅ），Ｒ２（ｅ）と同義であり、Ｘ（ａ）はアキシアル位に置換したハロゲン原子を表わす。）
で表わされるシクロヘキサン化合物群の少なくとも１種類の化合物が痕跡量未満であることが好ましい。
本発明に係る液晶組成物中には、下記式（３）
（式（３）中、Ｒ１（ｅ），Ｒ２（ｅ）は、それぞれ式（１）中におけるＲ１（ｅ），Ｒ２（ｅ）と同義であり、Ｘ（ａ）はアキシアル位に置換したハロゲン原子を表わす。）
で表わされるシクロヘキサン化合物群の少なくとも１種類の化合物が痕跡量未満であることが好ましい。
式（３）の化合物は例えば以下の立体配置を有する。
Ｒの炭素原子数、Ｒで表わされる基の例、Ｘ、Ｒ１及びＲ２については、式（１）の化合物について上記したとおりである。
「痕跡量未満」とは、所定の分析機器による検出限界未満の量であることをいい、その趣旨は、本発明に係る液晶組成物には式（３）の化合物がまったく含まれないことが好ましいものの、実際には合成経路等による技術的制約や分離精製処理に伴う経済的制約等により、式（３）の化合物が不可避的に液晶組成物中に混在する場合もあるので、そのような場合も本発明の技術的思想の範囲内とする、ということである。例えば、現今の技術的、経済的状況下では、式（３）の化合物が１００ｐｐｍ程度まで混在しても本発明の効果は認められるであろう。
式(１)のシクロヘキサン化合物を製造する際に式（３）の化合物も副生する場合が多いが、慣用の方法によって両者を分離精製することができる。具体的な方法については、後記する実施例においても説明する。
１．３．式（４）の化合物
本発明に係る液晶組成物中には、下記式（４）
（式（１）中、Ｒ１，Ｒ２は、それぞれ同一または異なって、Ｒ，ＲＯＣＯ，ＲＣＯＯを表わし、Ｒはアルキル基、アルケニル基またはアルキニル基を示す。該アルキル基、アルケニル基またはアルキニル基はハロゲン原子又はシアノ基により置換されていてもよく、該アルキル基、アルケニル基またはアルキニル基中のＣＨ２基の一部は、−Ｏ−、−ＣＯ−又は−ＣＯＯ−で置き換えられていてもよい。Ｘ、Ｙは各々独立に同一又は異なるハロゲン原子を表わす。または、Ｘは酸素原子を表わし、Ｙは該酸素原子への直接結合を表わす。）
で表わされるシクロヘキサン化合物群の少なくとも１種類の化合物を更に含むことが好ましい。
本発明に係る液晶組成物中には、下記式（４）
（式（１）中、Ｒ１，Ｒ２は、それぞれ同一または異なって、Ｒ，ＲＯＣＯ，ＲＣＯＯを表わし、Ｒはアルキル基、アルケニル基またはアルキニル基を示す。該アルキル基、アルケニル基またはアルキニル基はハロゲン原子又はシアノ基により置換されていてもよく、該アルキル基、アルケニル基またはアルキニル基中のＣＨ２基の一部は、−Ｏ−、−ＣＯ−又は−ＣＯＯ−で置き換えられていてもよい。Ｘ、Ｙは各々独立に同一又は異なるハロゲン原子を表わす。または、Ｘは酸素原子を表わし、Ｙは該酸素原子への直接結合を表わす。）
で表わされるシクロヘキサン化合物群の少なくとも１種類の化合物を更に含むことが好ましい。
Ｒの炭素原子数、Ｒで表わされる基の例、Ｘ、Ｒ１及びＲ２については、式（１）の化合物について上記したとおりである。
式（４）の化合物は例えば以下の立体配置を有する。
式（４）で表わされる化合物群の代表的な具体例としては、下記式の化合物が挙げられる。ただし、これらの化合物群に限定されるものではない。
式(４)のシクロヘキサン化合物を製造する方法は、特に限定されるものではない。例えば特開２０１２−１８０２８４号公報に記載の方法によって製造することができる。
２．第二成分（母液晶）
本発明に係る液晶組成物を構成する第二成分は、下記一般式（２）で表わされる化合物である。第二成分は一種の化合物であっても二種以上の化合物の混合物であってもよい。
（式（２）中、
Ｒ３、Ｒ４は独立して水素、炭素数１から１２のアルキル、炭素数１から１２のアルコキシ、炭素数２から１２のアルケニル、炭素数２から１１のアルケニルオキシ、又は任意の水素がフッ素で置換された炭素数２から１２のアルキル又はアルケニルであり、
Ｘ１、Ｘ２は、独立してフッ素又は塩素であり、
Ｚ１、Ｚ２は、独立してメチレンオキシ、カルボニルオキシ、エチレン又は単結合であり、
ｎは、０、１又は２であり、
ｍは、０又は１であり、
ｐは、０、１又は２であり、
ｑは、０、１、２又は３である。）
本発明に係る液晶組成物を構成する第二成分は、下記一般式（２）で表わされる化合物である。第二成分は一種の化合物であっても二種以上の化合物の混合物であってもよい。
（式（２）中、
Ｒ３、Ｒ４は独立して水素、炭素数１から１２のアルキル、炭素数１から１２のアルコキシ、炭素数２から１２のアルケニル、炭素数２から１１のアルケニルオキシ、又は任意の水素がフッ素で置換された炭素数２から１２のアルキル又はアルケニルであり、
Ｘ１、Ｘ２は、独立してフッ素又は塩素であり、
Ｚ１、Ｚ２は、独立してメチレンオキシ、カルボニルオキシ、エチレン又は単結合であり、
ｎは、０、１又は２であり、
ｍは、０又は１であり、
ｐは、０、１又は２であり、
ｑは、０、１、２又は３である。）
一般式（２）で表わされる化合物の具体例をいくつか挙げると以下のとおりである。
本発明のシクロヘキサン化合物（第一成分）は、第二成分（母液晶）に配合することにより、本発明の液晶組成物を構成する。配合の方法は特に限定されず、慣用の方法によって行うことができる。
３．応用
本発明の液晶組成物は、液晶セルに封入されて、種々の電気光学表示素子を構成することができる。電気光学表示素子としては、例えば、動的散乱型（ＤＳ）、ゲスト・ホスト型（ＧＨ）、ねじれネマチック型（ＴＮ、超ねじれネマチック型（ＳＴＮ）、薄膜トランジスター型（ＴＦＴ）、薄膜ダイオード型（ＴＦＤ）、強誘電液晶型（ＦＬＣ）、反強誘電液晶型（ＡＦＬＣ）、高分子分散液晶型（ＰＤＬＣ）、垂直配向（ＶＡ）、インプレーンスイッチング（ＩＰＳ）等の種々の表示モードが適用され、また、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、２周波駆動方式等の種々の駆動方式が適用される。特にＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）方式、ＶＡ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）方式、及びＩＰＳ（Ｉｎ−Ｐｌａｎｅ−Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）方式の液晶パネルに応用すると、その応答速度を格段に改善することができる。
本発明の液晶組成物は、液晶セルに封入されて、種々の電気光学表示素子を構成することができる。電気光学表示素子としては、例えば、動的散乱型（ＤＳ）、ゲスト・ホスト型（ＧＨ）、ねじれネマチック型（ＴＮ、超ねじれネマチック型（ＳＴＮ）、薄膜トランジスター型（ＴＦＴ）、薄膜ダイオード型（ＴＦＤ）、強誘電液晶型（ＦＬＣ）、反強誘電液晶型（ＡＦＬＣ）、高分子分散液晶型（ＰＤＬＣ）、垂直配向（ＶＡ）、インプレーンスイッチング（ＩＰＳ）等の種々の表示モードが適用され、また、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、２周波駆動方式等の種々の駆動方式が適用される。特にＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）方式、ＶＡ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）方式、及びＩＰＳ（Ｉｎ−Ｐｌａｎｅ−Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）方式の液晶パネルに応用すると、その応答速度を格段に改善することができる。
本発明のシクロヘキサン化合物を用いてなる電気光学表示素子は、時計、電卓をはじめ、測定器、自動車用計器、複写機、カメラ、ＯＡ機器、携帯用パソコン、携帯電話等の用途に使用することができる。また、それ以外の用途、例えば、調光窓、光シャッタ、偏光交換素子等にも用いることができる。
以下、実施例をもって本発明を更に詳細に説明する。しかしながら、本発明は以下の実施例によってなんら制限を受けるものではない。
以下、実施例をもって本発明を更に詳細に説明する。しかしながら、本発明は以下の実施例によってなんら制限を受けるものではない。
以下に実施例等を参照して本発明を更に詳しく説明するが、本発明は以下の実施例等によってなんら制限を受けるものではない。
尚、パーセンテージは重量パーセントである。温度は全て摂氏温度で示される。
尚、パーセンテージは重量パーセントである。温度は全て摂氏温度で示される。
以下の化合物の表示において、数字でアルキル基の炭素数を表し、Ｈでシクロヘキサン環を表し、Ｋでケト基を表し、Ｆでフルオロ基を表し、Ｖでビニル基を表す場合がある。例示すると以下のとおりである。
１．原料となるアルコールの合成
５００ｍＬ容のナスフラスコに３ＨＫＨ３を３．９７ｇ（１５ｍｍｏｌ）入れ、フラスコ内をアルゴン置換し、メタノール（超脱水、和光純薬工業株式会社製）１９０ｍＬで溶解した。反応系を０℃以下とし、ＮａＢＨ４（キシダ化学株式会社製）の結晶を０．８５ｇ（１．５等量、２２．５ｍｍｏｌ）加えた。３０分後、ＴＬＣで反応の進行を確認し、４０分後にイオン交換水で失活させた。反応系から溶媒を溜去した後、ＣＨ２Ｃｌ２で３回抽出し、得られた抽出液をＮａ２ＳＯ４で乾燥し、ＣＨ２Ｃｌ２を溜去し、真空乾燥を行った。得られた粗生成物をカラムクロマトグラフィー（内径４ｃｍ、シリカゲル１２０ｇを２１ｃｍ高さに充填、ヘキサン：酢酸エチル＝１５：１の混合溶媒を２０ｍＬずつ分注）にて精製し、アキシアル−アルコール（１ａ）（エカトリアル−アルコール（１ｂ）を２％含む）２．０７１ｇ、エカトリアル−アルコール（１ｂ）１．０３９ｇ、両者の混合物０．８６９ｇを得た（合計３．９８ｇ）。
５００ｍＬ容のナスフラスコに３ＨＫＨ３を３．９７ｇ（１５ｍｍｏｌ）入れ、フラスコ内をアルゴン置換し、メタノール（超脱水、和光純薬工業株式会社製）１９０ｍＬで溶解した。反応系を０℃以下とし、ＮａＢＨ４（キシダ化学株式会社製）の結晶を０．８５ｇ（１．５等量、２２．５ｍｍｏｌ）加えた。３０分後、ＴＬＣで反応の進行を確認し、４０分後にイオン交換水で失活させた。反応系から溶媒を溜去した後、ＣＨ２Ｃｌ２で３回抽出し、得られた抽出液をＮａ２ＳＯ４で乾燥し、ＣＨ２Ｃｌ２を溜去し、真空乾燥を行った。得られた粗生成物をカラムクロマトグラフィー（内径４ｃｍ、シリカゲル１２０ｇを２１ｃｍ高さに充填、ヘキサン：酢酸エチル＝１５：１の混合溶媒を２０ｍＬずつ分注）にて精製し、アキシアル−アルコール（１ａ）（エカトリアル−アルコール（１ｂ）を２％含む）２．０７１ｇ、エカトリアル−アルコール（１ｂ）１．０３９ｇ、両者の混合物０．８６９ｇを得た（合計３．９８ｇ）。
アキシアル−アルコール（１ａ） 無色結晶 融点１３４℃
エカトリアル−アルコール（１ｂ） 無色結晶 融点６０℃
エカトリアル−アルコール（１ｂ） 無色結晶 融点６０℃
２．モノフッ素化誘導体の合成
エカトリアル−フッ素化誘導体（４）
５０ｍＬ容のナスフラスコにエカトリアル−アルコール（１ｂ）を１．０７ｇ（４ｍｍｏｌ）入れ、フラスコ内をアルゴン置換し、ＣＨ２Ｃｌ２（超脱水、和光純薬工業株式会社製）１０ｍＬで溶解した。反応系を−７８℃以下冷却後、三フッ化Ｎ，Ｎ−ジエチルアミノ硫黄（ＤＡＳＴ）０．８ｍＬ（１．５等量、６ｍｍｏｌ、和光純薬工業株式会社製）を滴下し、室温まで昇温して撹拌した。１時間後、ＴＬＣで反応の進行を確認し、１時間３０分後に５％ＮａＨＣＯ３水溶液で失活させた。これをＣＨ２Ｃｌ２で３回抽出し、得られた抽出液をＭｇＳＯ４で乾燥し、ＣＨ２Ｃｌ２を溜去し、真空乾燥を行った。得られた粗生成物をカラムクロマトグラフィー（内径４ｃｍ、シリカゲル１２０ｇを２１ｃｍ高さに充填、溶媒としてヘキサンを２０ｍＬずつ分注）にて精製し、アルケン体０．１０６ｇ、エカトリアル−フッ素化誘導体（４）とアキシアル−フッ素化誘導体（５）との混合物０．５９３ｇ（５７％）、エカトリアル−フッ素化誘導体（４）０．２２０ｇ（２０％）を単離した。
エカトリアル−フッ素化誘導体（４）
５０ｍＬ容のナスフラスコにエカトリアル−アルコール（１ｂ）を１．０７ｇ（４ｍｍｏｌ）入れ、フラスコ内をアルゴン置換し、ＣＨ２Ｃｌ２（超脱水、和光純薬工業株式会社製）１０ｍＬで溶解した。反応系を−７８℃以下冷却後、三フッ化Ｎ，Ｎ−ジエチルアミノ硫黄（ＤＡＳＴ）０．８ｍＬ（１．５等量、６ｍｍｏｌ、和光純薬工業株式会社製）を滴下し、室温まで昇温して撹拌した。１時間後、ＴＬＣで反応の進行を確認し、１時間３０分後に５％ＮａＨＣＯ３水溶液で失活させた。これをＣＨ２Ｃｌ２で３回抽出し、得られた抽出液をＭｇＳＯ４で乾燥し、ＣＨ２Ｃｌ２を溜去し、真空乾燥を行った。得られた粗生成物をカラムクロマトグラフィー（内径４ｃｍ、シリカゲル１２０ｇを２１ｃｍ高さに充填、溶媒としてヘキサンを２０ｍＬずつ分注）にて精製し、アルケン体０．１０６ｇ、エカトリアル−フッ素化誘導体（４）とアキシアル−フッ素化誘導体（５）との混合物０．５９３ｇ（５７％）、エカトリアル−フッ素化誘導体（４）０．２２０ｇ（２０％）を単離した。
エカトリアル−フッ素化誘導体（４） 無色油
３．モノフッ素化誘導体の構造決定
エカトリアル−フッ素化誘導体（４）の構造決定は、Ｆｉｇｕｒｅ６（図１）に示したＮＭＲデータに基づいて行った。
１９Ｆ−ＮＭＲでは−１７４ｐｐｍにｄｏｕｂｌｅｔでピークが見られたため、化合物にフッ素が導入されたことが確認できた。また、１３Ｃ−ＮＭＲでは９３．１ｐｐｍにｄｏｕｂｌｅｔ（Ｊ＝１７３Ｈｚ）のフッ素が付加したような炭素のピークが確認されたことから、この化合物にはフッ素が導入されたと考えられる。さらに、１Ｈ−ＮＭＲでは低磁場側の４．３４ｐｐｍに（１Ｈ，ｄｔｄ，Ｊ＝５０，１０．５，４．７Ｈｚ）でピークが観察され、５０Ｈｚという大きな結合定数から同一炭素上にフッ素が存在し、さらにその水素は結合定数からアキシアル配座を取っており、フッ素はエカトリアル配座を取っていると考えられる。以上の結果から、エカトリアル−フッ素化誘導体（４）であると構造を決定した。
エカトリアル−フッ素化誘導体（４）の構造決定は、Ｆｉｇｕｒｅ６（図１）に示したＮＭＲデータに基づいて行った。
１９Ｆ−ＮＭＲでは−１７４ｐｐｍにｄｏｕｂｌｅｔでピークが見られたため、化合物にフッ素が導入されたことが確認できた。また、１３Ｃ−ＮＭＲでは９３．１ｐｐｍにｄｏｕｂｌｅｔ（Ｊ＝１７３Ｈｚ）のフッ素が付加したような炭素のピークが確認されたことから、この化合物にはフッ素が導入されたと考えられる。さらに、１Ｈ−ＮＭＲでは低磁場側の４．３４ｐｐｍに（１Ｈ，ｄｔｄ，Ｊ＝５０，１０．５，４．７Ｈｚ）でピークが観察され、５０Ｈｚという大きな結合定数から同一炭素上にフッ素が存在し、さらにその水素は結合定数からアキシアル配座を取っており、フッ素はエカトリアル配座を取っていると考えられる。以上の結果から、エカトリアル−フッ素化誘導体（４）であると構造を決定した。
（実施例１、実施例２、比較例１）
式（２）の化合物群の内、以下に示す式（２−１）から（２−３）の化合物を均等に混合した。均等に混合とは、この３種類の各化合物を各々同じ重量にて混合したという意味である。「下記表１に示す各化合物」：「前記（２−１）から（２−３）からなる混合物」を２５：７５の重量比で混合した試料をそれぞれ実施例１、実施例２、比較例１とする。
式（２）の化合物群の内、以下に示す式（２−１）から（２−３）の化合物を均等に混合した。均等に混合とは、この３種類の各化合物を各々同じ重量にて混合したという意味である。「下記表１に示す各化合物」：「前記（２−１）から（２−３）からなる混合物」を２５：７５の重量比で混合した試料をそれぞれ実施例１、実施例２、比較例１とする。
上記表１の応答速度は、印加電圧１０Ｖｏｌｔ、周波数６０Ｈｚ、方形波の３００ｍｓｅｃ印加時においてセルギャップ３μｍ垂直勾配セルにて測定した結果である。立ち下がり時間とは、誘電率が電圧オフ時に最大誘電率から５０％変化するまでの時間をいう。表１は、いずれもｍｉｌｌｉｓｅｃｏｎｄ（ｍｓｅｃ）にて表わしている。この時間が短縮されることにより応答速度は改善される。
（実施例３、実施例４、比較例２）
式（２）の化合物群の内、以下の表に示す化合物を以下の表に示す混合割合で混合した。
式（２）の化合物群の内、以下の表に示す化合物を以下の表に示す混合割合で混合した。
「下記表２に示す各化合物」：「表７に示す混合物」を２０：８０の重量比で混合した試料をそれぞれ実施例３、実施例４、比較例２とする。
上記表２の応答速度は、印加電圧１０Ｖ、周波数６０Ｈｚの印加時において、セルギャップ４μｍ、ＴＮセルにて測定した結果である。立ち下がり時間とは、誘電率が電圧オフ時に最大誘電率から５０％変化するまでの時間をいう。表２ではいずれもｍｉｌｌｉｓｅｃｏｎｄ（ｍｓｅｃ）にて表わしている。この時間が短縮されることにより応答速度は改善される。
（実施例５、実施例６）
３ＨＦＨ３（エカトリアル体単独）及び３ＨＦＨ３（エカトリアル体／アキシアル体＝７／３混合物）の２試料を、ギアオーブン中に１００℃にて１時間保存した後の残存率をＨＰＬＣにより確認した。エカトリアル体はアキシアル体に比較して明らかに高い耐熱性を示した。
３ＨＦＨ３（エカトリアル体単独）及び３ＨＦＨ３（エカトリアル体／アキシアル体＝７／３混合物）の２試料を、ギアオーブン中に１００℃にて１時間保存した後の残存率をＨＰＬＣにより確認した。エカトリアル体はアキシアル体に比較して明らかに高い耐熱性を示した。
本発明に係る液晶組成物は、応答速度の改善された液晶パネル、特にＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）方式、ＶＡ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）方式、及びＩＰＳ（Ｉｎ−Ｐｌａｎｅ−Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）方式において応答速度の改善された液晶パネルを与え、産業上の利用性が著しく高いものである。
Claims (7)
- 第一成分として、下記式（１）
（式（１）中、Ｒ１（ｅ），Ｒ２（ｅ）は、それぞれ同一または異なって、エカトリアル位に置換したＲ，ＲＯＣＯ，ＲＣＯＯを表わし、Ｒはアルキル基、アルケニル基またはアルキニル基を示す。該アルキル基、アルケニル基またはアルキニル基はハロゲン原子又はシアノ基により置換されていてもよく、該アルキル基、アルケニル基またはアルキニル基中のＣＨ２基の一部は、−Ｏ−、−ＣＯ−又は−ＣＯＯ−で置き換えられていてもよい。Ｘ（ｅ）はエカトリアル位に置換したハロゲン原子を表わす。）
で表わされるシクロヘキサン化合物群の少なくとも１種類の化合物を含有し、
第二成分として、式（２）
（式（２）中、
Ｒ３、Ｒ４は独立して水素、炭素数１から１２のアルキル、炭素数１から１２のアルコキシ、炭素数２から１２のアルケニル、炭素数２から１１のアルケニルオキシ、又は任意の水素がフッ素で置換された炭素数２から１２のアルキル又はアルケニルであり、
Ｘ１、Ｘ２は、独立してフッ素又は塩素であり、
Ｚ１、Ｚ２は、独立してメチレンオキシ、カルボニルオキシ、エチレン又は単結合であり、
ｎは、０、１又は２であり、
ｍは、０又は１であり、
ｐは、０、１又は２であり、
ｑは、０、１、２又は３である。）
で表わされる各化合物群の少なくとも１種類の化合物を含有する液晶組成物。 - 第一成分として、痕跡量未満の下記式（３）
（式（３）中、Ｒ１（ｅ），Ｒ２（ｅ）は、それぞれ式（１）中におけるＲ１（ｅ），Ｒ２（ｅ）と同義であり、Ｘ（ａ）はアキシアル位に置換したハロゲン原子を表わす。）
で表わされるシクロヘキサン化合物群の少なくとも１種類の化合物を含有する、請求項１に記載の液晶組成物。 - 下記式（４）
（式（１）中、Ｒ１，Ｒ２は、それぞれ同一または異なって、Ｒ，ＲＯＣＯ，ＲＣＯＯを表わし、Ｒはアルキル基、アルケニル基またはアルキニル基を示す。該アルキル基、アルケニル基またはアルキニル基はハロゲン原子又はシアノ基により置換されていてもよく、該アルキル基、アルケニル基またはアルキニル基中のＣＨ２基の一部は、−Ｏ−、−ＣＯ−又は−ＣＯＯ−で置き換えられていてもよい。Ｘ、Ｙは各々独立に同一又は異なるハロゲン原子を表わす。または、Ｘは酸素原子を表わし、Ｙは該酸素原子への直接結合を表わす。）
で表わされるシクロヘキサン化合物群の少なくとも１種類の化合物を更に含む、
請求項１又は２に記載の液晶組成物。 - 液晶組成物を製造するための、下記式（１）
（式（１）中、Ｒ１（ｅ），Ｒ２（ｅ）は、それぞれ同一または異なって、エカトリアル位に置換したＲ，ＲＯＣＯ，ＲＣＯＯを表わし、Ｒはアルキル基、アルケニル基またはアルキニル基を示す。該アルキル基、アルケニル基またはアルキニル基はハロゲン原子又はシアノ基により置換されていてもよく、該アルキル基、アルケニル基またはアルキニル基中のＣＨ２基の一部は、−Ｏ−、−ＣＯ−又は−ＣＯＯ−で置き換えられていてもよい。Ｘ（ｅ）はエカトリアル位に置換したハロゲン原子を表わす。）
で表わされるシクロヘキサン化合物の使用。 - 液晶セルに請求項１乃至３のいずれか一項に記載の液晶組成物が封入されている電気光学表示素子。
- ＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）方式、ＶＡ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）方式、又はＩＰＳ（Ｉｎ−Ｐｌａｎｅ−Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）方式の液晶パネルである、請求項５に記載の電気光学表示素子。
- 電気光学表示素子を製造するための、下記式（１）
（式（１）中、Ｒ１（ｅ），Ｒ２（ｅ）は、それぞれ同一または異なって、エカトリアル位に置換したＲ，ＲＯＣＯ，ＲＣＯＯを表わし、Ｒはアルキル基、アルケニル基またはアルキニル基を示す。該アルキル基、アルケニル基またはアルキニル基はハロゲン原子又はシアノ基により置換されていてもよく、該アルキル基、アルケニル基またはアルキニル基中のＣＨ２基の一部は、−Ｏ−、−ＣＯ−又は−ＣＯＯ−で置き換えられていてもよい。Ｘ（ｅ）はエカトリアル位に置換したハロゲン原子を表わす。）
で表わされるシクロヘキサン化合物の使用。
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