JP2019194331A - 重合性モノマー、それを用いた液晶組成物及び液晶表示素子 - Google Patents
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Abstract
Description
である。
S11は、単結合又は炭素原子数1〜15のアルキレン基を表し、該アルキレン基中の1つ又は2つ以上の−CH2−は、酸素原子が直接隣接しないように、−O−、−OCO−又は−COO−で置換されてよく、
n11は、0、1又は2を表し、
A11は、下記の基(a)、基(b)及び基(c):
(a) 1,4−シクロヘキシレン基(この基中に存在する1個の−CH2−又は隣接していない2個以上の−CH2−は−O−に置き換えられてもよい。)
(b) 1,4−フェニレン基(この基中に存在する1個の−CH=又は隣接していない2個以上の−CH=は−N=に置き換えられてもよい。)及び
(c) ナフタレン−2,6−ジイル基、1,2,3,4−テトラヒドロナフタレン−2,6−ジイル基又はデカヒドロナフタレン−2,6−ジイル基(ナフタレン−2,6−ジイル基又は1,2,3,4−テトラヒドロナフタレン−2,6−ジイル基中に存在する1個の−CH=又は隣接していない2個以上の−CH=は−N=に置き換えられても良い。)
からなる群より選ばれる基を表し、上記の基(a)、基(b)及び基(c)は、それぞれ独立して、炭素原子数1〜12のアルキル基、炭素原子数1〜12のアルコキシ基、ハロゲン、シアノ基、ニトロ基又はP11−S11−で置換されていても良く、
L10およびL11は、それぞれ独立して、単結合、−OCH2−、−CH2O−、−C2H4−、−OC2H4O−、−COO−、−OCO−、−CH=CRa−COO−、−CH=CRa−OCO−、−COO−CRa=CH−、−OCO−CRa=CH−、−(CH2)z−COO−、−(CH2)z−OCO−、−OCO−(CH2)z−、−COO−(CH2)z−、−CH=CH−、−CF2O−、−OCF2−又は−C≡C−(式中、Raはそれぞれ独立して水素原子又は炭素原子数1〜3のアルキル基を表し、前記式中、zはそれぞれ独立して1〜4の整数を表す。)を表し、
上記一般式(I)の1分子内に少なくとも2以上のP11−S11−を有し、
上記一般式(I)の1分子内に炭素原子数1〜18個のアルキル基を有し、該アルキル基中の1個又は非隣接の2個以上の−CH2−はそれぞれ独立して−O−によって置換されていてもよく、
P11、S11、L10、L11及びA11が複数存在する場合は、それぞれ同一であっても異なっていても良い。)
これにより、液晶分子に対して優れた垂直配向性を付与し、かつ相溶性に優れた液晶組成物を提供する。また、当該液晶組成物は、配向膜を必須とすることなく液晶分子を垂直に配向させることができる。
(a) 1,4−シクロヘキシレン基(この基中に存在する1個の−CH2−又は隣接していない2個以上の−CH2−は−O−に置き換えられてもよい。)
(b) 1,4−フェニレン基(この基中に存在する1個の−CH=又は隣接していない2個以上の−CH=は−N=に置き換えられてもよい。)及び
(c) ナフタレン−2,6−ジイル基、1,2,3,4−テトラヒドロナフタレン−2,6−ジイル基又はデカヒドロナフタレン−2,6−ジイル基(ナフタレン−2,6−ジイル基又は1,2,3,4−テトラヒドロナフタレン−2,6−ジイル基中に存在する1個の−CH=又は隣接していない2個以上の−CH=は−N=に置き換えられても良い。)
上記一般式(I)において、A11は、炭素原子数1〜12のアルキル基、炭素原子数1〜12のアルコキシ基、ハロゲン、シアノ基、ニトロ基又はP11−S11−で置換されていても良い1,4−フェニレン基又はナフタレン−2,6−ジイル基であることが好ましく、炭素原子数1〜12のアルキル基、炭素原子数1〜12のアルコキシ基、ハロゲン、シアノ基、ニトロ基又はP11−S11−で置換されていても良い1,4−フェニレン基であることが更に好ましい。
上記一般式(I)で表される重合性モノマー1分子内に1つ以上有する炭素原子数1〜18個のアルキル基(該アルキル基中の1個又は非隣接の2個以上の−CH2−はそれぞれ独立して−O−によって置換されていてもよい。)の例としては、炭素原子数1〜18個のアルキル基または炭素原子数1〜18個のアルコキシ基であることが好ましく、炭素原子数1〜18個のアルキル基であることがより好ましい。
上記一般式(I)で表される重合性モノマーにおいて、1分子内に1つ以上のアルキル基を備えているとアルキル部位が疎水性である液晶となじみやすく、液晶層側へブラシ状に並び、それに倣って液晶分子が垂直配向するため好ましい。
このうち、上記一般式(I)において、P11はそれぞれ独立して、式(R−1)、式(R−2)、式(R−3)、式(R−4)、式(R−5)または式(R−7)であることが好ましく、式(R−1)、式(R−2)、式(R−3)または式(R−4)であることがより好ましく、式(R−1)であることがより好ましく、アクリル基またはメタクリル基であることが更に好ましく、メタクリル基であることがよりさらに好ましい。
S11は、単結合又は炭素原子数1〜15のアルキレン基を表し、該アルキレン基中の1つ又は2つ以上の−CH2−は、酸素原子が直接隣接しないように、−O−、−OCO−又は−COO−で置換されてよく、
R102、R103、R104、R105、R106、R107、R108およびR109の少なくとも一つは炭素原子数1から18のアルキル基、炭素原子数1から18のアルコキシ基である。但し、複数あるP11およびS11は、それぞれ同一であっても異なっていても良い。)
上記一般式(Ia)において、R102、R103、R106、R107のいずれかが炭素原子数1から18のアルキル基または炭素原子数1から18のアルコキシ基であることが好ましい。また、上記一般式(Ia)において、2つの炭素原子数1〜18個のアルキル基または炭素原子数1から18のアルコキシ基を備えている場合、当該2つのアルキル基の位置の組み合わせは、R102およびR104、R103およびR105、R102およびR103、R106およびR108、R107およびR109、またはR106およびR107の組み合わせが好ましく、R102およびR104、R103およびR105、R106およびR108またはR107およびR109の組み合わせがより好ましい。
上記極性基は、基板や膜、電極、と吸着する吸着部位の役割を備えていることが好ましい。
Si1及びSi3はそれぞれ独立して炭素原子数1〜6のアルキレン基又は単結合を表し、該アルキレン基中の−CH2−は酸素原子が直接隣接しないように−CH=CH−、−C≡C−、−C(=CH2)−、−C(=CHRi3)−、−C(=CRi3 2)−、−O−、−NH−、−C=O−、−COO−又は−OCO−で置換されてもよく、
Si2は炭素原子、窒素原子又はケイ素原子を表し、
Ri2は水素原子、炭素原子数1〜20の直鎖又は分岐のアルキル基を表し、これらの基中の第二級炭素原子は酸素原子が直接隣接しないように−O−、−CH=CH−又は−C≡C−で置換されてもよく、
Pi1は重合性基を表し、
Spi1はスペーサー基又は単結合を表し、
ni1は1〜3の整数を表し、ni2及びni3はそれぞれ独立して0〜2の整数を表すが、Si2が炭素原子又はケイ素原子を表す場合、ni1+ni2+ni3は3であり、Si2が窒素原子を表す場合、ni1+ni2+ni3は2である。Ri3は一般式(i)中のRi3と同じ意味を表し、一般式(K−1)中にRi2、Xi1、Yi1、Si1、Si3、Pi1及びSpi1が複数存在する場合、それらは同一であっても異なっていても良い。)
本発明に係る自発配向性モノマーは、少なくとも一つの極性基と、メソゲン基と、少なくとも一つの重合性基とを備えており、かつ本発明に係る一般式(I)で表される重合性モノマーとは異なる化学構造を備えている。当該極性基はスペーサーを介して、メソゲン基または重合性基と結合してもよい。
Ame1は、2価の6員環芳香族基、2価の6員環複素芳香族基、2価の6員環脂肪族基、2価の6員環複素脂肪族基を表し、これらの環構造中の水素原子はハロゲン原子、又はP11−S11−、及び極性基で置換されていてもよい。また、Zme1及びAme1がそれぞれ複数存在する場合は、それぞれ互いに同一であっても異なっていてもよく、mme1は、1〜5の整数を表し、式(me)中、左端の黒点および右端の黒点は結合手を表す。)
本発明に係る自発配向性モノマーは、一般式(i)、一般式(ii)、一般式(iii)及び一般式(iv)で表される化合物からなる群から選択される1種または2種以上の化合物であることが好ましい。
Ral1は、水素原子、ハロゲン原子、1〜20個の炭素原子を有する直鎖状、分枝状もしくは環状アルキルを示し、ここで当該アルキル基において、1または2つ以上の隣接していないCH2基は、−O−、−S−、−CO−、−CO−O−、−O−CO−、−O−CO−O−によって、Oおよび/またはS原子が互いに直接結合しないように置換されてもよく、さらに1個または2個以上の水素原子は、FまたはClによって置き換えられていてもよい、
Ral2は、以下のいずれかの部分構造を備えた基を表し、
Xal1、Xal2およびXal3はそれぞれ互いに独立して、アルキル基、アクリル基、メタクリル基またはビニル基を示し、
Zal1は、−O−、−S−、−CO−、−CO−O−、−OCO−、−O−CO−O−、−OCH2−、−CH2O−、−SCH2−、−CH2S−、−CF2O−、−OCF2−、−CF2S−、−SCF2−、−(CH2)n al−、−CF2CH2−、−CH2CF2−、−(CF2)n al−、−CH=CH−、−CF=CF−、−C≡C−、−CH=CH−COO−、−OCO−CH=CH−、−(CRal3Ral4)n a1−、−CH(−Spal1−Xal1)−、−CH2CH(−Spal1−Xal1)−、−CH(−Spal1−Xal1)CH(−Spal1−Xal1)−を示し、
Zal2はそれぞれ互いに独立して、単結合、−O−、−S−、−CO−、−CO−O−、−OCO−、−O−CO−O−、−OCH2−、−CH2O−、−SCH2−、−CH2S−、−CF2O−、−OCF2−、−CF2S−、−SCF2−、−(CH2)n1−、−CF2CH2−、−CH2CF2−、−(CF2)n al−、−CH=CH−、−CF=CF−、−C≡C−、−CH=CH−COO−、−OCO−CH=CH−、−(CRal3Ral4)na1−、−CH(−Spal1−Xal1)−、−CH2CH(−Spal1−Xal1)−、−CH(−Spal1−Xal1)CH(−Spal1−Xal1)−を示し、
Lal1、Lal2、Lal3はそれぞれ互いに独立して、水素原子、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子、−CN、−NO2、−NCO、−NCS、−OCN、−SCN、−C(=O)N(Ral3)2、−C(=O)Ral3、3〜15個の炭素原子を有する任意に置換されたシリル基、任意に置換されたアリール基もしくはシクロアルキル基または1〜25個の炭素原子を表すが、ここで、1個もしくは2個以上の水素原子がハロゲン原子(フッ素原子、塩素原子)によって置き換えられていてもよく、
上記Ral3は、1〜12個の炭素原子を有するアルキル基を表し、上記Ral4は、水素原子または1〜12個の炭素原子を有するアルキル基を表し、上記nalは、1〜4の整数を表し、
pal1およびpal2はそれぞれ互いに独立して、0または1を表し、mal1、mal2およびmal3はそれぞれ互いに独立して、0〜3の整数を表し、nal1、nal2およびnal3はそれぞれ互いに独立して、0〜3の整数を表す。)
一般式(ii):
Aii1は、2価の6員環芳香族基、2価の6員環複素芳香族基、2価の6員環脂肪族基、2価の6員環複素脂肪族基を表し、これらの環構造中の水素原子はハロゲン原子、又はPi1−Spi1−、及び一般式Ki1で表される置換基を有する1価の有機基又はRi1で置換されていてもよいが、少なくとも一つはPi1−Spi1−で置換されており、
Zii1及びAii1がそれぞれ複数存在する場合は、それぞれ互いに同一であっても異なっていてもよく、
mii1は、1〜5の整数を表し、
Rii1及びRii2はそれぞれ独立して、水素原子、炭素原子数1〜40の直鎖又は分岐のアルキル基、ハロゲン化アルキル基、又はPi1−Spi1−を表し、該アルキル基中の−CH2−は−CH=CH−、−C≡C−、−O−、−NH−、−COO−又は−OCO−で置換されてもよいが−O−は連続にはならなく、Rii1及びRii2は少なくとも一つは、Ki1で表される置換基を有する1価の有機基を表し、一般式(ii)中に1つ又は2つ以上のPi1−Spi1−を有しており、1つ又は2つ以上のKi1で表される置換基を有する1価の有機基を有しておりかつ1つ又は2つ以上のRi1を有している。ただしKi1が(K−11)の場合は、Zii1は、−CH2−CH2COO−、−OCOCH2―CH2−、−CH2−CH(CH3)COO−、−OCOCH(CH3)―CH2−、−OCH2CH2O−の何れかである)で表される化合物(以下「化合物(ii)」ともいう)
上記Pi1−Spi1−(Pi1は、重合性基を表し、以下の一般式(P−1)〜一般式(P−15)で表される群より選ばれる置換基を表し(式中、右端の黒点は結合手を表す。)、
上記一般式(ii)において、Zii1は、好ましくは、単結合、−CH=CH−、−C≡C−、−COO−、−OCO−、−OCOO−、−OOCO−、−CH=CHCOO−、−OCOCH=CH−、−CH2−CH2COO−、−OCOCH2―CH2−、−CH=C(CH3)COO−、−OCOC(CH3)=CH−、−CH2−CH(CH3)COO−、−OCOCH(CH3)―CH2−、−OCH2CH2O−、又は炭素原子数1〜40の直鎖状又は分岐状のアルキレン基、又は該アルキレン基中の1個又は隣接しない2個以上の−CH2−が−O−で置換された基を表し、より好ましくは、単結合、−COO−、−OCO−、−CH=CHCOO−、−OCOCH=CH−、−CH2−CH2COO−、−OCOCH2―CH2−、−CH=C(CH3)COO−、−OCOC(CH3)=CH−、−CH2−CH(CH3)COO−、−OCOCH(CH3)―CH2−、−OCH2CH2O−、又は炭素原子数1〜40の直鎖状又は分岐状のアルキレン基、又は該アルキレン基中の1個又は隣接しない2個以上の−CH2−が−O−で置単結合、炭素原子数2〜15の直鎖状のアルキレン基、又は該アルキレン基中の1個又は隣接しない2個以上の−CH2−が−O−で置換された基を表し、更に好ましくは、単結合、CH2−CH2COO−、−OCOCH2―CH2−、−CH=C(CH3)COO−、−OCOC(CH3)=CH−、−CH2−CH(CH3)COO−、−OCOCH(CH3)―CH2−、−OCH2CH2O−、又は炭素原子数2のアルキレン基(エチレン基(−CH2CH2−))若しくはエチレン基中の−CH2−の1個が−O−で置換された基(−CH2O−、−OCH2−)、又は炭素原子数3〜13の直鎖状のアルキレン基若しくは該アルキレン基中の1個又は隣接しない2個以上の−CH2−が−O−で置換された基を表す。
Aiii1およびAiii4はそれぞれ独立して、1,4−シクロへキシレン、1,4−シクロヘキセニレン、1,4−フェニレン、ナフタレン−2,6−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、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、ピリミジン−2,5−ジイル、ピリジン−2,5−ジイル、フルオレン−2,7−ジイル、フェナントレン−2,7−ジイル、アントラセン−2,6−ジイル、ペルヒドロシクロペンタ[a]フェナントレン−3,17−ジイル、または2,3,4,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17−テトラデカヒドロシクロペンタ[a]フェナントレン−3,17−ジイルであり、これらの環において、少なくとも1つの水素原子は、フッ素原子、塩素原子、炭素原子数1から12のアルキル基、炭素原子数2から12のアルケニル基、炭素原子数1から11のアルコキシ基、または炭素原子数2から11のアルケニルオキシ基で置換されてもよく、これらの基において、少なくとも1つの水素原子は、フッ素原子または塩素原子で置換されてもよく、
Ziii1は、単結合または炭素原子数1から10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−CH2−は、−O−、−CO−、−COO−、−OCO−、または−OCOO−で置換されてもよく、少なくとも1つの−(CH2)2−は、−CH=CH−または−C≡C−で置換されてもよく、これらの基において、少なくとも1つの水素原子は、ハロゲン原子で置換されてもよく、
Siii1は、単結合または炭素原子数1から10のアルキレン基であり、当該アルキレン基において、少なくとも1つの−CH2−は、−O−、−CO−、−COO−、−OCO−、または−OCOO−で置換されてもよく、少なくとも1つの−(CH2)2−は、−CH=CH−または−C≡C−で置換されてもよく、これらの基において、少なくとも1つの水素は、ハロゲン原子で置換されてもよく,
Kiii1およびKiii2はそれぞれ独立して、水素原子、ハロゲン原子、炭素原子数1〜5のアルキル基、または少なくとも1つの水素原子がハロゲン原子(例えばフッ素原子)で置換された炭素原子数1から5のアルキル基であり、
niii1は0、1、2、3、または4であり,
Riii2は、式(iii−1)または式(iii−2)で表される基であり,
Siii2およびSiii3はそれぞれ独立して、単結合または炭素原子数1から10のアルキレン基であり、当該アルキレン基において、少なくとも1つの−CH2−は、−O−、−NH−、−CO−、−COO−、−OCO−、または−OCOO−で置換されてもよく、少なくとも1つの−(CH2)2−は、−CH=CH−または−C≡C−で置換されてもよく、これらの基において、少なくとも1つの水素原子は、ハロゲン原子で置換されてもよく、
Siii1は、=CH−または=N−であり,
Xiii1は、−OH、−NH2、−OR3、−N(R3)2、式(Xiii1)、−COOH、−SH、−B(OH)2、または−Si(R3)3で表される基であり、ここで、R3は、水素原子または炭素原子数1から10のアルキル基であり、当該アルキル基において、少なくとも1つの−CH2−は、−O−または−CH=CH−で置換されてもよく、これらの基において、少なくとも1つの水素原子は、ハロゲン原子で置換されてもよく、
式(Xiii1):
一般式(iv);
Si1及びSi3はそれぞれ独立して炭素原子数1〜6のアルキレン基又は単結合を表し、該アルキレン基中の−CH2−は酸素原子が直接隣接しないように−CH=CH−、−C≡C−、−(C=CH2)−、−(C=CHRi3)−、−(C=CRi3 2)−、−O−、−NH−、−(C=O)−、−COO−又は−OCO−で置換されてもよく、
Si2は炭素原子、窒素原子又はケイ素原子を表し、
Ri2は水素原子、炭素原子数1〜20の直鎖又は分岐のアルキル基、ハロゲン化アルキル基又はシアノ化アルキル基を表し、これらの基中の第二級炭素原子は酸素原子が直接隣接しないように−O−、−CH=CH−、−C≡C−、−C(=Xi1)−又は−CH(−CN)−で置換されてもよく、
Pi1は重合性基を表し、
Spi1はスペーサー基又は単結合を表し、
ni1は1〜3の整数を表し、ni2及びni3はそれぞれ独立して0〜2の整数を表すが、Si2が炭素原子又はケイ素原子を表す場合、ni1+ni2+ni3は3であり、Si2が窒素原子を表す場合、ni1+ni2+ni3は2である。Ri3は一般式(i)中のRi3と同じ意味を表し、一般式(K−1)中にRi2、Xi1、Yi1、Si1、Si3、Pi1及びSpi1が複数存在する場合、それらは同一であっても異なっていても良い。)
一般式(K−1)中のSi1及びSi3は好ましくは、炭素原子数1〜6の直鎖又は分岐のアルキレン基又は単結合であり、該アルキレン基中の−CH2−は酸素原子が直接隣接しないように−CH=CH−、−(C=CH2)−、−O−、−(C=O)−、−COO−又は−OCO−で置換されてもよく、より好ましくは、単結合、炭素原子数1〜6の直鎖状のアルキレン基、又は該アルキレン基中の−CH2−は酸素原子が直接隣接しないように−O−で置換された基であることが好ましい。Si1及びSi3は、具体的には−(CH2)n−、−O−(CH2)n−、−(CH2)n−O−、−(CH2)n−O−(CH2)m−、−COO−(CH2)n−、−OCO−(CH2)n−を表すことが好ましい(n及びmは、1〜6の整数を表す。)
Si2は炭素原子であることが好ましい。Ri2は好ましくは、水素原子又は炭素原子数1〜10の直鎖又は分岐のアルキル基を表し、該アルキル基中の−CH2−は−O−、−C(=Xi1)−又は−CH(−CN)−で置換されてもよく(ただし−O−は連続にはならない)、好ましくは、水素原子又は炭素原子数1〜7の直鎖又は分岐のアルキル基を表し、該アルキル基中の−CH2−は−O−、−C(=Xi1)−又は−CH(−CN)−で置換(ただし−O−は連続にはならない)されてもよく、より好ましくは、水素原子、炭素原子数1〜3の直鎖アルキル基が好ましい。
RiY1は、破線が単結合を表す場合、水素原子又は炭素原子数1〜10の直鎖又は分岐のアルキル基が好ましく、水素原子又は炭素原子数1〜7のアルキル基が好ましく、水素原子又は炭素原子数1〜3のアルキル基が好ましく、該アルキル基中の第二級炭素原子は酸素原子が直接隣接しないように−O−、−CH=CH−又は−C≡C−で置換されてもよい。具体的には、水素原子を表すことが好ましく、また、耐熱性向上の観点から、炭素原子数1〜3のアルキル基、炭素原子数1〜3のアルコキシ基、−CO−CH3、−CH2−O−CH3を表すことが好ましい。また、RiY1は耐熱性向上の観点からPi1−Spi1−表すことも好ましい。RiY1がPi1−Spi1−を表す場合、一般式(i)で表される化合物が熱により分解してしまうことにより生じる分解物が重合されることから、不純物の増加を防ぐことができ、液晶組成物への悪影響が少なくなると考えられる。Pi1は重合性基を表し、アクリロイル基、メタクリロイル基、又は後述する一般式(P−1)〜(P−15)で表される群より選ばれる置換基を表すことが好ましい。Spi1は好ましくは炭素原子数1〜18の直鎖状アルキレン基又は単結合を表し、より好ましくは炭素原子数2〜15の直鎖状アルキレン基又は単結合を表し、更に好ましくは炭素原子数2〜8の直鎖状アルキレン基又は単結合を表す。
RiY21は、炭素原子数1〜7のアルキル基、ハロゲン化アルキル基又はシアノ化アルキル基が好ましく、炭素原子数1〜3のアルキル基が好ましい。また、RiY21は、Pi1−Spi1−を表すことが好ましい。RiY31及びRiY32は水素原子、炭素原子数1〜5のアルキル基、炭素原子数1〜5のアルコキシ基が好ましく、水素原子又、炭素原子数1〜3のアルキル基、炭素原子数1〜3のアルコキシ基、−CO−CH3、−CH2−O−CH3を表すことが好ましい。また、RiY31及びRiY32の少なくともいずれか一方は、Pi1−Spi1−を表すことが好ましい。
液晶化合物との相溶性、耐熱性を向上させる観点からは、式(Y−1−2)の構造を有することが好ましい。式(Y−1−2)としては、式(Y−1−2a)〜式(Y−1−2f)が好ましい。
液晶組成物の配向性、電圧保持率を向上させる観点からは、式(Y−1−4)の構造を有することが好ましい。式(Y−1−4)としては、式(Y−1−4a)〜式(Y−1−4f)が好ましい。特に、(Y−1−4a)〜(Y−1−4c)の構造は、液晶化合物との相溶性と液晶組成物の配向性のバランスがとれていて好ましい。
また、Yi1は、一般式(Y−2)から選ばれる基を表すことが、好ましい。
一般式(Y−2)は、一般式(Y−2−1)を表すことが好ましい。
また、Yi1は、一般式(Y−3)から選ばれる基を表すことが、耐熱性向上の観点から好ましい。
一般式(Y−3)は、一般式(Y−3−1)〜一般式(Y−3−4)を表すことが好ましい。
より具体的には、一般式(Y−3−1)は一般式(Y−3−11)が好ましい。
また、Yi1は、一般式(Y−4)から選ばれる基を表すことが、耐熱性向上の観点から好ましい。
一般式(Y−4)は、一般式(Y−4−1)〜一般式(Y−4−3b)を表すことが好ましい。
より具体的には、一般式(Y−4−1)は一般式(Y−4−11)が好ましい。
Pi1は以下の式(P−1)〜一般式(P−15)で表される群より選ばれる置換基を表すことが好ましい。取り扱いの簡便性、反応性の点から、式(P−1)〜(P−3)、(P−14)、(P−15)のいずれかの置換基が好ましく、式(P−1)、(P−2)が、さらに好ましい。
また、一般式(K−24)は、一般式(K−24−1)、(K−24−2)、(K−24−3a)、(K−24−3b)、(K−24−4a)、(K−24−4b)(K−24−Y2)、(K−24−Y3)及び(K−24−Y4)から選ばれる基を表すことが好ましい。
RiK1は炭素原子数1〜6の直鎖のアルキレン基が好ましく、炭素原子数1〜3の直鎖のアルキレン基が好ましい。なお、RiY21、RiY31、RiY32、Spi1及びPi1の好ましい基は一般式(Y−1−1)〜(Y−1−4)、(Y−2)〜(Y−4)、一般式(i)中のRiY21、RiY31、RiY32、Spi1、Pi1と同様である。
RK21は炭素原子数1〜5の直鎖又は分岐のアルキル基、ハロゲン化アルキル基又はシアノ化アルキル基を表すことが好ましく、炭素原子数1〜3の直鎖アルキル基又はシアノ化アルキル基を表すことがより好ましい。また、これらのアルキル基中の少なくとも1個以上の第二級炭素原子は酸素原子が直接隣接しないように−O−で置換されていることが好ましい。RK21は具体的には、炭素原子数1〜3のアルキル基、炭素原子数1〜3のアルコキシ基、炭素原子数1〜3のシアノ化アルキル基が好ましい。
一般式(K−26)は、以下の一般式(K−26−1)及び(K−26−2)を表すことが好ましい。
一般式(K−27)は、以下の一般式(K−27−1)を表すことが好ましい。
一般式(K−28)は、以下の一般式(K−28−1)を表すことが好ましい。
なお、Si1、Pi1及びSpi1の好ましい基は、一般式(K−24)中のSi1、Pi1及びSpi1と同様である。
一般式(iv−1)で表される化合物は、以下の一般式(iv―1−1)、(iv−1−2)、(iv−1−3a)、(iv−1−3b)、(iv−1−4)、(iv−1−Y2)、(iv−1−Y3)及び(iv−1−Y4)であることが好ましい。
なお、一般式(iv―1)及び一般式(iv―1−1)、(iv−1−2)、(iv−1−3)中の各符号の好ましい基は、上記一般式(i)、一般式(K−1)及び一般式(K−1−1)〜(K−1−3)中の好ましい基と同様である。
Ri22は炭素原子数1〜6の直鎖のアルキレン基が好ましく、炭素原子数1〜3の直鎖のアルキレン基が好ましい。なお、RiY21、RiY31、RiY32、Spi1及びPi1の好ましい基は一般式(Y−1−1)〜(Y−1−3)、一般式(i)中のRiY21、RiY31、RiY32、Spi1、Pi1と同様である。なお、一般式(iv―2)中の各符号の好ましい基は、上記一般式(iv)、一般式(K−24)中の好ましい基と同様である。
一般式(iv)のより具体的な例としては、下記式(R−1−1)〜(R−6−7)に表すがこれに限られたものではない。
本発明の液晶組成物における自発配向性モノマーの含有量の下限は、0.02質量%が好ましく、0.03質量%が好ましく、0.04質量%が好ましく、0.05質量%が好ましく、0.06質量%が好ましく、0.07質量%が好ましく、0.08質量%が好ましく、0.09質量%が好ましく、0.1質量%が好ましく、0.12質量%が好ましく、0.15質量%が好ましく、0.17質量%が好ましく、0.2質量%が好ましく、0.22質量%が好ましく、0.25質量%が好ましく、0.27質量%が好ましく、0.3質量%が好ましく、0.32質量%が好ましく、0.35質量%が好ましく、0.37質量%が好ましく、0.4質量%が好ましく、0.42質量%が好ましく、0.45質量%が好ましく、0.5質量%が好ましく、0.55質量%が好ましい。本発明の液晶組成物における一般式(I)で表される重合性化合物の含有量の上限は、2.5質量%が好ましく、2.3質量%が好ましく、2.1質量%が好ましく、2質量%が好ましく、1.8質量%が好ましく、1.6質量%が好ましく、1.5質量%が好ましく、1質量%が好ましく、0.95質量%が好ましく、0.9質量%が好ましく、0.85質量%が好ましく、0.8質量%が好ましく、0.75質量%が好ましく、0.7質量%が好ましく、0.65質量%が好ましく、0.6質量%が好ましく、0.55質量%が好ましく、0.5質量%が好ましく、0.45質量%が好ましく、0.4質量%が好ましい。
AN11、AN12、AN21、AN22、AN31及びAN32は、それぞれ独立して
(a) 1,4−シクロヘキシレン基(この基中に存在する1個の−CH2−又は隣接していない2個以上の−CH2−は−O−に置き換えられてもよい。)
(b) 1,4−フェニレン基(この基中に存在する1個の−CH=又は隣接していない2個以上の−CH=は−N=に置き換えられてもよい。)
(c) ナフタレン−2,6−ジイル基、1,2,3,4−テトラヒドロナフタレン−2,6−ジイル基又はデカヒドロナフタレン−2,6−ジイル基(ナフタレン−2,6−ジイル基又は1,2,3,4−テトラヒドロナフタレン−2,6−ジイル基中に存在する1個の−CH=又は隣接していない2個以上の−CH=は−N=に置き換えられても良い。)及び
(d) 1,4−シクロヘキセニレン基
からなる群より選ばれる基を表し、上記の基(a)、基(b)、基(c)及び基(d)はそれぞれ独立してシアノ基、フッ素原子又は塩素原子で置換されていても良く、
ZN11、ZN12、ZN21、ZN22、ZN31及びZN32はそれぞれ独立して単結合、−CH2CH2−、−(CH2)4−、−OCH2−、−CH2O−、−COO−、−OCO−、−OCF2−、−CF2O−、−CH=N−N=CH−、−CH=CH−、−CF=CF−又は−C≡C−を表し、
XN21は水素原子又はフッ素原子を表し、
TN31は−CH2−又は酸素原子を表し、
nN11、nN12、nN21、nN22、nN31及びnN32はそれぞれ独立して0〜3の整数を表すが、nN11+nN12、nN21+nN22及びnN31+nN32はそれぞれ独立して1、2又は3であり、AN11〜AN32、ZN11〜ZN32が複数存在する場合は、それらは同一であっても異なっていても良い。)
一般式(N−1)、(N−2)及び(N−3)で表される化合物は、Δεが負でその絶対値が3よりも大きな化合物であることが好ましい。
より具体的には、一般式(N−1)で表される化合物は一般式(N−1−1)〜(N−1−22)で表される化合物群から選ばれる化合物であることが好ましい。
RN111は炭素原子数1〜5のアルキル基又は炭素原子数2〜5のアルケニル基が好ましく、プロピル基、ペンチル基又はビニル基が好ましい。RN112は炭素原子数1〜5のアルキル基、炭素原子数4〜5のアルケニル基又は炭素原子数1〜4のアルコキシ基が好ましく、エトキシ基又はブトキシ基が好ましい。
RN121は炭素原子数1〜5のアルキル基又は炭素原子数2〜5のアルケニル基が好ましく、エチル基、プロピル基、ブチル基又はペンチル基が好ましい。RN122は炭素原子数1〜5のアルキル基、炭素原子数4〜5のアルケニル基又は炭素原子数1〜4のアルコキシ基が好ましく、メチル基、プロピル基、メトキシ基、エトキシ基又はプロポキシ基が好ましい。
RN131は炭素原子数1〜5のアルキル基又は炭素原子数2〜5のアルケニル基が好ましく、エチル基、プロピル基又はブチル基が好ましい。RN132は炭素原子数1〜5のアルキル基、炭素原子数3〜5のアルケニル基又は炭素原子数1〜4のアルコキシ基が好ましく、1−プロペニル基、エトキシ基、プロポキシ基又はブトキシ基が好ましい。
RN141及びRN142はそれぞれ独立して、炭素原子数1〜5のアルキル基、炭素原子数4〜5のアルケニル基又は炭素原子数1〜4のアルコキシ基が好ましく、メチル基、プロピル基、エトキシ基又はブトキシ基が好ましい。
RN151及びRN152はそれぞれ独立して、炭素原子数1〜5のアルキル基、炭素原子数4〜5のアルケニル基又は炭素原子数1〜4のアルコキシ基が好ましくエチル基、プロピル基又はブチル基が好ましい。
RN1101は炭素原子数1〜5のアルキル基又は炭素原子数2〜5のアルケニル基が好ましく、エチル基、プロピル基、ブチル基、ビニル基又は1−プロペニル基が好ましい。RN1102は炭素原子数1〜5のアルキル基、炭素原子数4〜5のアルケニル基又は炭素原子数1〜4のアルコキシ基が好ましく、エトキシ基、プロポキシ基又はブトキシ基が好ましい。
RN1111は炭素原子数1〜5のアルキル基又は炭素原子数2〜5のアルケニル基が好ましく、エチル基、プロピル基、ブチル基、ビニル基又は1−プロペニル基が好ましい。RN1112は炭素原子数1〜5のアルキル基、炭素原子数4〜5のアルケニル基又は炭素原子数1〜4のアルコキシ基が好ましく、エトキシ基、プロポキシ基又はブトキシ基が好ましい。
RN1121は炭素原子数1〜5のアルキル基又は炭素原子数2〜5のアルケニル基が好ましく、エチル基、プロピル基又はブチル基が好ましい。RN1122は炭素原子数1〜5のアルキル基、炭素原子数4〜5のアルケニル基又は炭素原子数1〜4のアルコキシ基が好ましく、エトキシ基、プロポキシ基又はブトキシ基が好ましい。
RN1131は炭素原子数1〜5のアルキル基又は炭素原子数2〜5のアルケニル基が好ましく、エチル基、プロピル基又はブチル基が好ましい。RN1132は炭素原子数1〜5のアルキル基、炭素原子数4〜5のアルケニル基又は炭素原子数1〜4のアルコキシ基が好ましく、エトキシ基、プロポキシ基又はブトキシ基が好ましい。
RN1141は炭素原子数1〜5のアルキル基又は炭素原子数2〜5のアルケニル基が好ましく、エチル基、プロピル基又はブチル基が好ましい。RN1142は炭素原子数1〜5のアルキル基、炭素原子数4〜5のアルケニル基又は炭素原子数1〜4のアルコキシ基が好ましく、エトキシ基、プロポキシ基又はブトキシ基が好ましい。
RN1151は炭素原子数1〜5のアルキル基又は炭素原子数2〜5のアルケニル基が好ましく、エチル基、プロピル基又はブチル基が好ましい。RN1152は炭素原子数1〜5のアルキル基、炭素原子数4〜5のアルケニル基又は炭素原子数1〜4のアルコキシ基が好ましく、エトキシ基、プロポキシ基又はブトキシ基が好ましい。
RN1161は炭素原子数1〜5のアルキル基又は炭素原子数2〜5のアルケニル基が好ましく、エチル基、プロピル基又はブチル基が好ましい。RN1162は炭素原子数1〜5のアルキル基、炭素原子数4〜5のアルケニル基又は炭素原子数1〜4のアルコキシ基が好ましく、エトキシ基、プロポキシ基又はブトキシ基が好ましい。
RN1171は炭素原子数1〜5のアルキル基又は炭素原子数2〜5のアルケニル基が好ましく、エチル基、プロピル基又はブチル基が好ましい。RN1172は炭素原子数1〜5のアルキル基、炭素原子数4〜5のアルケニル基又は炭素原子数1〜4のアルコキシ基が好ましく、エトキシ基、プロポキシ基又はブトキシ基が好ましい。
RN1181は炭素原子数1〜5のアルキル基又は炭素原子数2〜5のアルケニル基が好ましく、メチル基、エチル基、プロピル基又はブチル基が好ましい。RN1182は炭素原子数1〜5のアルキル基、炭素原子数4〜5のアルケニル基又は炭素原子数1〜4のアルコキシ基が好ましく、エトキシ基、プロポキシ基又はブトキシ基が好ましい。
RN1201及びRN1202はそれぞれ独立して、炭素原子数1〜5のアルキル基又は炭素原子数2〜5のアルケニル基が好ましく、エチル基、プロピル基又はブチル基が好ましい。
RN1211及びRN1212はそれぞれ独立して、炭素原子数1〜5のアルキル基又は炭素原子数2〜5のアルケニル基が好ましく、エチル基、プロピル基又はブチル基が好ましい。
RN1221及びRN1222はそれぞれ独立して、炭素原子数1〜5のアルキル基又は炭素原子数2〜5のアルケニル基が好ましく、エチル基、プロピル基又はブチル基が好ましい。
一般式(N−2−2)で表される化合物は下記の化合物である。
一般式(N−2−3)で表される化合物は下記の化合物である。
一般式(N−3)で表される化合物は一般式(N−3−2)で表される化合物群から選ばれる化合物であることが好ましい。
RN321及びRN322は炭素原子数1〜5のアルキル基又は炭素原子数2〜5のアルケニル基が好ましく、プロピル基又はペンチル基が好ましい。
本発明に係る液晶組成物は、一般式(I)で表される化合物以外に、一般式(L)で表される化合物を1種類又は2種類以上含有することが好ましい。一般式(L)で表される化合物は誘電的にほぼ中性の化合物(Δεの値が−2〜2)に該当する。
nL1は0、1、2又は3を表し、
AL1、AL2及びAL3はそれぞれ独立して
(a) 1,4−シクロヘキシレン基(この基中に存在する1個の−CH2−又は隣接していない2個以上の−CH2−は−O−に置き換えられてもよい。)
(b) 1,4−フェニレン基(この基中に存在する1個の−CH=又は隣接していない2個以上の−CH=は−N=に置き換えられてもよい。)及び
(c) ナフタレン−2,6−ジイル基、1,2,3,4−テトラヒドロナフタレン−2,6−ジイル基又はデカヒドロナフタレン−2,6−ジイル基(ナフタレン−2,6−ジイル基又は1,2,3,4−テトラヒドロナフタレン−2,6−ジイル基中に存在する1個の−CH=又は隣接していない2個以上の−CH=は−N=に置き換えられても良い。)
からなる群より選ばれる基を表し、上記の基(a)、基(b)及び基(c)はそれぞれ独立してシアノ基、フッ素原子又は塩素原子で置換されていても良く、
ZL1及びZL2はそれぞれ独立して単結合、−CH2CH2−、−(CH2)4−、−OCH2−、−CH2O−、−COO−、−OCO−、−OCF2−、−CF2O−、−CH=N−N=CH−、−CH=CH−、−CF=CF−又は−C≡C−を表し、
nL1が2又は3であってAL2が複数存在する場合は、それらは同一であっても異なっていても良く、nL1が2又は3であってZL2が複数存在する場合は、それらは同一であっても異なっていても良いが、一般式(N−1)、(N−2)及び(N−3)で表される化合物を除く。)
一般式(L)で表される化合物は単独で用いてもよいが、組み合わせて使用することもできる。組み合わせることができる化合物の種類に特に制限は無いが、低温での溶解性、転移温度、電気的な信頼性、複屈折率などの所望の性能に応じて適宜組み合わせて使用する。使用する化合物の種類は、例えば本発明の一つの実施形態としては1種類である。あるいは本発明の別の実施形態では2種類であり、3種類であり、4種類であり、5種類であり、6種類であり、7種類であり、8種類であり、9種類であり、10種類以上である。
RL11及びRL12は、直鎖状の炭素原子数1〜5のアルキル基、直鎖状の炭素原子数1〜4のアルコキシ基及び直鎖状の炭素原子数2〜5のアルケニル基が好ましい。
一般式(L−1−1)で表される化合物は、式(L−1−1.1)から式(L−1−1.3)で表される化合物群から選ばれる化合物であることが好ましく、式(L−1−1.2)又は式(L−1−1.3)で表される化合物であることが好ましく、特に、式(L−1−1.3)で表される化合物であることが好ましい。
本発明の組成物の総量に対しての式(L−1−2)で表される化合物の好ましい含有量の下限値は、1%であり、5%であり、10%であり、15%であり、17%であり、20%であり、23%であり、25%であり、27%であり、30%であり、35%である。好ましい含有量の上限値は、本発明の組成物の総量に対して、60%であり、55%であり、50%であり、45%であり、42%であり、40%であり、38%であり、35%であり、33%であり、30%である。
RL13及びRL14は、直鎖状の炭素原子数1〜5のアルキル基、直鎖状の炭素原子数1〜4のアルコキシ基及び直鎖状の炭素原子数2〜5のアルケニル基が好ましい。
RL15及びRL16は、直鎖状の炭素原子数1〜5のアルキル基、直鎖状の炭素原子数1〜4のアルコキシ基及び直鎖状の炭素原子数2〜5のアルケニル基が好ましい。
一般式(L−1)で表される化合物は一般式(L−1−6)で表される化合物群から選ばれる化合物であることが好ましい。
本発明の組成物の総量に対しての式(L−1−6)で表される化合物の好ましい含有量の下限値は、1%であり、5%であり、10%であり、15%であり、17%であり、20%であり、23%であり、25%であり、27%であり、30%であり、35%である。好ましい含有量の上限値は、本発明の組成物の総量に対して、60%であり、55%であり、50%であり、45%であり、42%であり、40%であり、38%であり、35%であり、33%であり、30%である。
RL21は炭素原子数1〜5のアルキル基又は炭素原子数2〜5のアルケニル基が好ましく、RL22は炭素原子数1〜5のアルキル基、炭素原子数4〜5のアルケニル基又は炭素原子数1〜4のアルコキシ基が好ましい。
RL31及びRL32はそれぞれ独立して炭素原子数1〜5のアルキル基、炭素原子数4〜5のアルケニル基又は炭素原子数1〜4のアルコキシ基が好ましい。
RL41は炭素原子数1〜5のアルキル基又は炭素原子数2〜5のアルケニル基が好ましく、RL42は炭素原子数1〜5のアルキル基、炭素原子数4〜5のアルケニル基又は炭素原子数1〜4のアルコキシ基が好ましい。)
一般式(L−4)で表される化合物は単独で使用することもできるが、2以上の化合物を組み合わせて使用することもできる。組み合わせることができる化合物の種類に特に制限は無いが、低温での溶解性、転移温度、電気的な信頼性、複屈折率などの求められる性能に応じて適宜組み合わせて使用する。使用する化合物の種類は、例えば本発明の一つの実施形態としては1種類であり、2種類であり、3種類であり、4種類であり、5種類以上である。
RL51は炭素原子数1〜5のアルキル基又は炭素原子数2〜5のアルケニル基が好ましく、RL52は炭素原子数1〜5のアルキル基、炭素原子数4〜5のアルケニル基又は炭素原子数1〜4のアルコキシ基が好ましい。
RL61及びRL62はそれぞれ独立して炭素原子数1〜5のアルキル基又は炭素原子数2〜5のアルケニル基が好ましく、XL61及びXL62のうち一方がフッ素原子他方が水素原子であることが好ましい。
式中、RL71及びRL72はそれぞれ独立して炭素原子数1〜5のアルキル基、炭素原子数2〜5のアルケニル基又は炭素原子数1〜4のアルコキシ基が好ましく、AL71及びAL72はそれぞれ独立して1,4−シクロヘキシレン基又は1,4−フェニレン基が好ましく、AL71及びAL72上の水素原子はそれぞれ独立してフッ素原子によって置換されていてもよく、ZL71は単結合又は−COO−が好ましく、単結合が好ましく、XL71及びXL72は水素原子が好ましい。
当該その他の重合性化合物としては、一般式(II):
S21は、単結合又は炭素原子数1〜15のアルキレン基を表し、該アルキレン基中の1つ又は2つ以上の−CH2−は、酸素原子が直接隣接しないように、−O−、−OCO−又は−COO−で置換されてよく、
n21は、0、1又は2を表し、
A21は、
(a) 1,4−シクロヘキシレン基(この基中に存在する1個の−CH2−又は隣接していない2個以上の−CH2−は−O−に置き換えられてもよい。)
(b) 1,4−フェニレン基(この基中に存在する1個の−CH=又は隣接していない2個以上の−CH=は−N=に置き換えられてもよい。)及び
(c) ナフタレン−2,6−ジイル基、1,2,3,4−テトラヒドロナフタレン−2,6−ジイル基又はデカヒドロナフタレン−2,6−ジイル基(ナフタレン−2,6−ジイル基又は1,2,3,4−テトラヒドロナフタレン−2,6−ジイル基中に存在する1個の−CH=又は隣接していない2個以上の−CH=は−N=に置き換えられても良い。)
からなる群より選ばれる基を表し、上記の基(a)、基(b)及び基(c)は、それぞれ独立して、炭素原子数1〜12のアルキル基、炭素原子数1〜12のアルコキシ基、ハロゲン、シアノ基、ニトロ基又はP21−S21−で置換されていても良く、
上記一般式(II)の1分子内に少なくとも1以上のP21−S21−を有し、
L21は単結合、−OCH2−、−CH2O−、−C2H4−、−OC2H4O−、−COO−、−OCO−、−CH=CRa−COO−、−CH=CRa−OCO−、−COO−CRa=CH−、−OCO−CRa=CH−、−(CH2)z−COO−、−(CH2)z−OCO−、−OCO−(CH2)z−、−COO−(CH2)z−、−CH=CH−、−CF2O−、−OCF2−又は−C≡C−(式中、Raはそれぞれ独立して水素原子又は炭素原子数1〜3のアルキル基を表し、前記式中、zはそれぞれ独立して1〜4の整数を表す。)を表すが、
P21、S21、及びA21が複数存在する場合は、それぞれ同一であっても異なっていても良いが、但し、一般式(I)で表される化合物を除く。)で表される重合性化合物が好ましい。
前記合計含有量の下限値は、0.02質量%が好ましく、0.03質量%が好ましく、0.04質量%が好ましく、0.05質量%が好ましく、0.06質量%が好ましく、0.07質量%が好ましく、0.08質量%が好ましく、0.09質量%が好ましく、0.1質量%が好ましく、0.15質量%が好ましく、0.2質量%が好ましく、0.25質量%が好ましく、0.3質量%が好ましく、0.35質量%が好ましく、0.4質量%が好ましく、0.5質量%が好ましい。
また、本発明に係る液晶組成物は、配向性を重視する場合は、1種または2種以上の自発配向性モノマーと、1種または2種以上の一般式(I)で表される重合性モノマーと、1種または2種以上の一般式(II)で表される重合性化合物と、を必須に含み、一般式(N−1−1)、一般式(N−1−2)、一般式(N−1−3)または一般式(N−1−4)を含むことが好ましい。
本発明の液晶組成物に含まれる重合性化合物または重合性モノマーおよび自発配向性モノマーを重合させる方法としては、液晶の良好な配向性能を得るためには、適度な重合速度が望ましいので、紫外線又は電子線等の活性エネルギー線を単一又は併用又は順番に照射することによって重合させる方法が好ましい。紫外線を使用する場合、偏光光源を用いても良いし、非偏光光源を用いても良い。また、液晶組成物を2枚の基板間に挟持させた状態で重合を行う場合には、少なくとも照射面側の基板は活性エネルギー線に対して適当な透明性が与えられていなければならない。また、光照射時にマスクを用いて特定の部分のみを重合させた後、電場や磁場又は温度等の条件を変化させることにより、未重合部分の配向状態を変化させて、更に活性エネルギー線を照射して重合させるという手段を用いても良い。特に紫外線露光する際には、液晶組成物に交流電界を印加しながら紫外線露光することが好ましい。印加する交流電界は、周波数10Hzから10kHzの交流が好ましく、周波数60Hzから10kHzがより好ましく、電圧は液晶表示素子の所望のプレチルト角に依存して選ばれる。つまり、印加する電圧により液晶表示素子のプレチルト角を制御することができる。PSVAモードの液晶表示素子においては、配向安定性及びコントラストの観点からプレチルト角を80度から89.9度に制御することが好ましい。
S11は、単結合又は炭素原子数1〜15のアルキレン基を表し、該アルキレン基中の1つ又は2つ以上の−CH2−は、酸素原子が直接隣接しないように、−O−、−OCO−又は−COO−で置換されてよく、
n11は、0、1又は2を表し、
A11は、下記の基(a)、基(b)及び基(c):
(a) 1,4−シクロヘキシレン基(この基中に存在する1個の−CH2−又は隣接していない2個以上の−CH2−は−O−に置き換えられてもよい。)
(b) 1,4−フェニレン基(この基中に存在する1個の−CH=又は隣接していない2個以上の−CH=は−N=に置き換えられてもよい。)及び
(c) ナフタレン−2,6−ジイル基、1,2,3,4−テトラヒドロナフタレン−2,6−ジイル基又はデカヒドロナフタレン−2,6−ジイル基(ナフタレン−2,6−ジイル基又は1,2,3,4−テトラヒドロナフタレン−2,6−ジイル基中に存在する1個の−CH=又は隣接していない2個以上の−CH=は−N=に置き換えられても良い。)
からなる群より選ばれる基を表し、上記の基(a)、基(b)及び基(c)は、それぞれ独立して、炭素原子数1〜12のアルキル基、炭素原子数1〜12のアルコキシ基、ハロゲン、シアノ基、ニトロ基又はP11−S11−で置換されていても良く、
L10およびL11は、それぞれ独立して、単結合、−OCH2−、−CH2O−、−C2H4−、−OC2H4O−、−COO−、−OCO−、−CH=CRa−COO−、−CH=CRa−OCO−、−COO−CRa=CH−、−OCO−CRa=CH−、−(CH2)z−COO−、−(CH2)z−OCO−、−OCO−(CH2)z−、−COO−(CH2)z−、−CH=CH−、−CF2O−、−OCF2−又は−C≡C−(式中、Raはそれぞれ独立して水素原子又は炭素原子数1〜3のアルキル基を表し、前記式中、zはそれぞれ独立して1〜4の整数を表す。)を表し、
上記一般式(I)の1分子内に少なくとも2以上のP11−S11−を有し、
上記一般式(I)の1分子内に炭素原子数1〜18個のアルキル基を有し、該アルキル基中の1個又は非隣接の2個以上の−CH2−はそれぞれ独立して−O−によって置換されていてもよく、
P11、S11、L11及びA11が複数存在する場合は、それぞれ同一であっても異なっていても良い。)
本発明に係る一般式(I)で表される化合物の好ましい形態は上記の通りである。なお、本発明に係る一般式(I)で表される化合物の最も好ましい形態は、即ち、上記一般式(I)において、A11が炭素原子数1〜12のアルキル基、炭素原子数1〜12のアルコキシ基、ハロゲン、シアノ基、ニトロ基又はP11−S11−で置換されていても良い1,4−フェニレン基であり、
L10とL11とは両者とも単結合であり、
R101、R102、R103、R104、R105、R106、R107R108、R109及びR110は、それぞれ独立して、P11−S11−、炭素原子数1から10の直鎖状アルキル基、炭素原子数1から10の直鎖状アルコキシ基、ハロゲン原子又は水素原子のいずれかを表し、
上記一般式(I)表される重合性モノマーの1分子内に少なくとも2以上のP11−S11−を有し、
上記一般式(I)の1分子内に炭素原子数1〜10個のアルキル基(該アルキル基中の1個又は非隣接の2個以上の−CH2−はそれぞれ独立して−O−によって置換されていてもよい)を少なくとも1つ有し、
n11は、0又は1を表し、
P11が上記式(R−1)であり、S11が単結合又は炭素原子数1〜3のアルキレン基であることが特に好ましい。
4−ブロモ−2,6−ジメチルフェノールと4−ブロモ−2,6−ジメチルフェノールとのパラジウム触媒を用いた鈴木カップリング反応を行い(S−1)を得る。次いで、脱アセタール化を行い、メタクリル酸とのエステル化反応により、目的物の(RM−3)を得ることができる。
「RM−3の合成方法」
攪拌装置、冷却器、滴下ロートを備えた反応容器に4−ブロモ−2,6−ジメチルフェノール20g、2mol/l炭酸カリウム水溶液100ml、ジクロロビス[ジ−t−ブチル(p−ジメチルアミノフェノール)ホスフィノ]パラジウム3.5g、THF100mlを仕込み、50℃で攪拌した。4−ベンジルオキシフェニルボロン酸24gのTHF溶液100mlをゆっくり滴下した。そのまま50℃で5時間反応させた。反応終了後、冷却し、酢酸エチル200mlを加え、有機層を水、飽和食塩水で洗浄し、溶媒を留去し、シリカゲルカラムによる精製とヘキサン・酢酸エチルによる再結晶を行い、目的化合物4’−ベンジルオキシ−3,5−ジメチル−4−ビフェノールを26g得た。
13C−NMR(溶媒:重クロロホルム):δ 165.8, 165.1, 150.2, 147.8, 138.4, 138.0, 135.8, 135.5, 130.5, 130.5, 128.0, 128.0, 127.3, 127.3, 127.2, 127.1, 121.7, 121.7, 18.4, 18.3, 16.4, 16.4
融点:111℃
(合成例2)
「RM−4の合成方法」
攪拌装置、冷却器、滴下ロートを備えた反応容器に4−ブロモ−3,5−ジメチルフェノール10g、2mol/l炭酸カリウム水溶液50ml、ジクロロビス[ジ−t−ブチル(p−ジメチルアミノフェノール)ホスフィノ]パラジウム1.8g、THF50 mlを仕込み、50℃で攪拌した。4−ベンジルオキシフェニルボロン酸12gのTHF溶液36mlをゆっくり滴下した。そのまま50 ℃で4時間反応させた。反応終了後、冷却し、酢酸エチル50mlを加え、有機層を水、飽和食塩水で洗浄し、溶媒を留去し、シリカゲルカラムによる精製とヘキサン・酢酸エチルによる洗浄を行い、目的化合物4’−ベンジルオキシ−2,6−ジメチル−4−ビフェノールを13g得た。
13C−NMR(溶媒:重クロロホルム):δ166.4, 166.1, 150.1, 149.9, 138.8, 138.1, 136.3, 136.2, 130.5, 130.5, 128.4, 128.4, 127.5, 127.4, 122.2, 121.9, 120.4, 120.4, 21.3, 21.2, 18.7, 18.7
融点:89℃
(合成例3)
「RM−7の合成方法」
窒素雰囲気下、撹拌装置、冷却器及び温度計を備えた反応容器に、1−ベンジルオキシ−2−ブロモベンゼン25g、トリエチルアミン10g、1−トリメチルシリル−1−プロピン13g、及びN,N−ジメチルホルムアミド250mlを仕込み、触媒としてテトラキストリフェニルホスフィンパラジウム1.5gを室温で加えた後、反応容器を70℃に加熱して7時間撹拌した。放冷した後、水及びトルエンを加えて分液し、水層にトルエンを加えて抽出し、併せた有機層を水及び飽和食塩水にて洗浄した。無水硫酸ナトリウムを加えて乾燥した後、有機溶媒を減圧留去し、残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィーにて精製し、以下の化学式で表される目的化合物18gを得た。
13C−NMR(溶媒:重クロロホルム):δ166.2, 166.1, 150.2, 146.9, 138.0, 137.6, 136.0, 135.7, 132.5, 128.0, 128.0, 127.8, 127.8, 122.1, 121.9, 121.8, 120.7, 120.6, 32.6, 24.1, 18.1, 18.0, 12.8
融点:119℃
(合成例4)
「RM−18の合成方法」
窒素雰囲気下、撹拌装置、冷却器及び温度計を備えた反応容器に、1−ベンジルオキシ−2,6−ジブロモベンゼン30g、トリエチルアミン10g、1−トリメチルシリル−1−プロピン25g、及びN,N−ジメチルホルムアミド300mlを仕込み、触媒としてテトラキストリフェニルホスフィンパラジウム2gを室温で加えた後、反応容器を70℃に加熱して8時間撹拌した。放冷した後、水及びトルエンを加えて分液し、水層にトルエンを加えて抽出し、併せた有機層を水及び飽和食塩水にて洗浄した。無水硫酸ナトリウムを加えて乾燥した後、有機溶媒を減圧留去し、残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィーにて精製し、目的化合物20gを得た。
13C−NMR(溶媒:重クロロホルム):δ166.4, 166.0, 150.2, 146.8, 138.4, 137.6, 136.0, 135.8, 132.5, 132.5, 128.0, 128.0, 127.8, 127.8, 122.1, 121.9, 120.7, 120.6, 32.8, 32.8, 24.3, 24.2, 17.9, 17.9, 12.8, 12.8
融点:125℃
実施例中、測定した特性は以下の通りである。
Δn :20℃における屈折率異方性
η :20℃における粘度(mPa・s)
γ1 :20℃における回転粘性(mPa・s)
Δε :20℃における誘電率異方性
K33 :20℃における弾性定数K33(pN)
<環構造>
<連結構造>
本実施例および比較例における「低温保存性」、「垂直配向性」、「プレチルト角形成」および「応答特性」の評価は以下の方法で行った。
液晶組成物をメンブレンフィルター(Agilent Technologies社製、PTFE 13m−0.2μm)にてろ過を行い、真空減圧条件にて15分間静置し溶存空気の除去を行った。これをアセトンにて洗浄し十分に乾燥させたバイアル瓶に0.5g秤量し、−25℃の環境下に10日間静置した。その後、目視にて析出の有無を観察し、以下の2段階で判定した。
絶縁層上にパターン化された透明な共通電極からなる透明電極層を有し、カラーフィルター層を具備した配向膜を有さない第一の基板(共通電極基板)と、アクティブ素子により駆動される透明画素電極を有する画素電極層を有する配向膜を有さない第二の基板(画素電極基板)とを作製した。第一の基板上に液晶組成物を滴下し、第二の基板上で挟持し、シール材を常圧で110℃2時間の条件で硬化させ、セルギャップ3.2μmの液晶セルを得た。このときの垂直配向性および滴下痕などの配向ムラを、偏光顕微鏡を用いて観察し、以下の4段階で評価した。
B:ごく僅かに配向欠陥が有るも許容できるレベル
C:配向欠陥が有り許容できないレベル
D:配向不良がかなり劣悪
(プレチルト角形成の評価試験)
上記(垂直配向性の評価試験)で使用した液晶セルの初期状態のプレチルト角をシンテック製OPTIPROを用いて測定した。
上記(プレチルト角形成の評価試験)にて使用したセルギャップ3.2μmのセルに、さらに、東芝ライテック社製のUV蛍光ランプを60分間照射した(313nmにおける照度1.7mW/cm2)。これにより得られたセルに対して、応答速度を測定した。応答速度は、6VにおけるVoffを、25℃の温度条件で、AUTRONIC−MELCHERS社のDMS703を用いて測定した。
上記合成例で得られた化合物または下記に示すとおりの化合物と混合比率で液晶組成物を調製し、その組成物をLC−1とした。以下に液晶組成物の構成とその物性値の結果を示した。
LC−1を100質量部としたときに、下記の自発配向性モノマー(P−1)を1.0質量部、式(RM−R1)で表される化合物を0.3質量部添加した重合性化合物を含有する液晶組成物を比較例1とした。
下記に示す自発配向性モノマー(P−2)から(P−35)および重合性モノマー(RM−1)から(RM−15)をそれぞれ下記表3に示す添加量でLC−1に添加した以外は、比較例1と同様にして液晶組成物を調製した。
液晶組成物LC−1を100質量部に対して、自発配向性モノマー(P−1)を1.0質量部、式(RM−R2)で表される化合物を0.3質量部及び式(RM−1)で表される化合物を0.5質量部添加した重合性モノマーを含有する液晶組成物を実施例112とした。
さらに組成物LC−1に代えて、下記に示す通りの化合物及び混合比率で構成される組成物を調製し、調製した液晶組成物をLC−2からLC−8とした。
Claims (13)
- 以下の一般式(I)で表される重合性モノマーと、
前記一般式(I)で表される重合性モノマーとは異なる化学構造を備え、かつ極性基を有する自発配向性モノマーと、を有する液晶組成物。
S11は、単結合又は炭素原子数1〜15のアルキレン基を表し、該アルキレン基中の1つ又は2つ以上の−CH2−は、酸素原子が直接隣接しないように、−O−、−OCO−又は−COO−で置換されてよく、
n11は、0、1又は2を表し、
A11は、下記の基(a)、基(b)及び基(c):
(a) 1,4−シクロヘキシレン基(この基中に存在する1個の−CH2−又は隣接していない2個以上の−CH2−は−O−に置き換えられてもよい。)
(b) 1,4−フェニレン基(この基中に存在する1個の−CH=又は隣接していない2個以上の−CH=は−N=に置き換えられてもよい。)及び
(c) ナフタレン−2,6−ジイル基、1,2,3,4−テトラヒドロナフタレン−2,6−ジイル基又はデカヒドロナフタレン−2,6−ジイル基(ナフタレン−2,6−ジイル基又は1,2,3,4−テトラヒドロナフタレン−2,6−ジイル基中に存在する1個の−CH=又は隣接していない2個以上の−CH=は−N=に置き換えられても良い。)
からなる群より選ばれる基を表し、上記の基(a)、基(b)及び基(c)は、それぞれ独立して、炭素原子数1〜12のアルキル基、炭素原子数1〜12のアルコキシ基、ハロゲン、シアノ基、ニトロ基又はP11−S11−で置換されていても良く、
L10およびL11は、それぞれ独立して、単結合、−OCH2−、−CH2O−、−C2H4−、−OC2H4O−、−COO−、−OCO−、−CH=CRa−COO−、−CH=CRa−OCO−、−COO−CRa=CH−、−OCO−CRa=CH−、−(CH2)z−COO−、−(CH2)z−OCO−、−OCO−(CH2)z−、−COO−(CH2)z−、−CH=CH−、−CF2O−、−OCF2−又は−C≡C−(式中、Raはそれぞれ独立して水素原子又は炭素原子数1〜3のアルキル基を表し、前記式中、zはそれぞれ独立して1〜4の整数を表す。)を表し、
上記一般式(I)の1分子内に少なくとも2以上のP11−S11−を有し、
上記一般式(I)の1分子内に炭素原子数1〜18個のアルキル基を有し、該アルキル基中の1個又は非隣接の2個以上の−CH2−はそれぞれ独立して−O−によって置換されていてもよく、
P11、S11、L11及びA11が複数存在する場合は、それぞれ同一であっても異なっていても良い。) - 前記一般式(I)で表される化合物の1分子内にそれぞれ同一または異なる2つのP11−S11−を有する、請求項1に記載の液晶組成物。
- 前記一般式(I)中、n11は0または1である、請求項1または2のいずれか1項に記載の液晶組成物。
- 前記一般式(I)中、L10およびL11は単結合である、請求項1〜3のいずれか1項に記載の液晶組成物。
- 一般式(N−1)、(N−2)及び(N−3)
AN11、AN12、AN21、AN22、AN31及びAN32は、それぞれ独立して
(a) 1,4−シクロヘキシレン基(この基中に存在する1個の−CH2−又は隣接していない2個以上の−CH2−は−O−に置き換えられてもよい。)
(b) 1,4−フェニレン基(この基中に存在する1個の−CH=又は隣接していない2個以上の−CH=は−N=に置き換えられてもよい。)
(c) ナフタレン−2,6−ジイル基、1,2,3,4−テトラヒドロナフタレン−2,6−ジイル基又はデカヒドロナフタレン−2,6−ジイル基(ナフタレン−2,6−ジイル基又は1,2,3,4−テトラヒドロナフタレン−2,6−ジイル基中に存在する1個の−CH=又は隣接していない2個以上の−CH=は−N=に置き換えられても良い。)及び
(d) 1,4−シクロヘキセニレン基
からなる群より選ばれる基を表し、上記の基(a)、基(b)、基(c)及び基(d)はそれぞれ独立してシアノ基、フッ素原子又は塩素原子で置換されていても良く、
ZN11、ZN12、ZN21、ZN22、ZN31及びZN32は、それぞれ独立して、単結合、−CH2CH2−、−(CH2)4−、−OCH2−、−CH2O−、−COO−、−OCO−、−OCF2−、−CF2O−、−CH=N−N=CH−、−CH=CH−、−CF=CF−又は−C≡C−を表し、
XN21は水素原子又はフッ素原子を表し、
TN31は−CH2−又は酸素原子を表し、
nN11、nN12、nN21、nN22、nN31及びnN32は、それぞれ独立して、0〜3の整数を表すが、nN11+nN12、nN21+nN22及びnN31+nN32は、それぞれ独立して、1、2又は3であり、AN11〜AN32、ZN11〜ZN32が複数存在する場合は、それらは同一であっても異なっていても良い。)で表される化合物から選ばれる化合物を1種類又は2種類以上含有する請求項1〜4のいずれか1項に記載の液晶組成物。 - 一般式(L)
nL1は0、1、2又は3を表し、
AL1、AL2及びAL3は、それぞれ独立して
(a) 1,4−シクロヘキシレン基(この基中に存在する1個の−CH2−又は隣接していない2個以上の−CH2−は−O−に置き換えられてもよい。)
(b) 1,4−フェニレン基(この基中に存在する1個の−CH=又は隣接していない2個以上の−CH=は−N=に置き換えられてもよい。)及び
(c) ナフタレン−2,6−ジイル基、1,2,3,4−テトラヒドロナフタレン−2,6−ジイル基又はデカヒドロナフタレン−2,6−ジイル基(ナフタレン−2,6−ジイル基又は1,2,3,4−テトラヒドロナフタレン−2,6−ジイル基中に存在する1個の−CH=又は隣接していない2個以上の−CH=は−N=に置き換えられても良い。)
からなる群より選ばれる基を表し、上記の基(a)、基(b)及び基(c)は、それぞれ独立して、シアノ基、フッ素原子又は塩素原子で置換されていても良く、
ZL1及びZL2は、それぞれ独立して、単結合、−CH2CH2−、−(CH2)4−、−OCH2−、−CH2O−、−COO−、−OCO−、−OCF2−、−CF2O−、−CH=N−N=CH−、−CH=CH−、−CF=CF−又は−C≡C−を表し、
nL1が2又は3であってAL2が複数存在する場合は、それらは同一であっても異なっていても良く、nL1が2又は3であってZL2が複数存在する場合は、それらは同一であっても異なっていても良いが、一般式(N−1)、一般式(N−2)および一般式(N−3)で表される化合物を除く。)で表される化合物から選ばれる化合物を1種類又は2種類以上含有する請求項1〜5のいずれか1項に記載の液晶組成物。 - 前記極性基は、以下の式(K−1)〜(K−28)からなる群から選択される1種または2種以上である、請求項1〜6のいずれか1項に記載の液晶組成物。
WK1は、メチン基、≡C−CH3、≡C−C2H5、≡C−C3H7、≡C−C4H9、≡C−C5H11、≡C−C6H13または窒素原子を表し、
XK1及びXK2はそれぞれ独立して、−CH2−、酸素原子、−C(=O)−又は硫黄原子を表し、
YK1、YK2及びYK3はそれぞれ独立して、メチン基又は窒素原子を表し、
ZK1は酸素素原子または硫黄原子を表し、ZK2は炭素原子またはケイ素原子を表し、ZK3は酸素原子を表し、ZK4は単結合または二重結合を表す。)
Si1及びSi3はそれぞれ独立して炭素原子数1〜6のアルキレン基又は単結合を表し、該アルキレン基中の−CH2−は酸素原子が直接隣接しないように−CH=CH−、−C≡C−、−C(=CH2)−、−C(=CHRi3)−、−C(=CRi3 2)−、−O−、−NH−、−C=O−、−COO−又は−OCO−で置換されてもよく、
Si2は炭素原子、窒素原子又はケイ素原子を表し、
Ri2は水素原子、炭素原子数1〜20の直鎖又は分岐のアルキル基を表し、これらの基中の第二級炭素原子は酸素原子が直接隣接しないように−O−、−CH=CH−又は−C≡C−で置換されてもよく、
Pi1は重合性基を表し、
Spi1はスペーサー基又は単結合を表し、
ni1は1〜3の整数を表し、ni2及びni3はそれぞれ独立して0〜2の整数を表すが、Si2が炭素原子又はケイ素原子を表す場合、ni1+ni2+ni3は3であり、Si2が窒素原子を表す場合、ni1+ni2+ni3は2である。Ri3は一般式(i)中のRi3と同じ意味を表し、一般式(K−24)中にRi2、Xi1、Yi1、Si1、Si3、Pi1及びSpi1が複数存在する場合、それらは同一であっても異なっていても良い。)
- 請求項1から7のいずれか1項に記載の液晶組成物を用いた液晶表示素子。
- 請求項1から7のいずれか1項に記載の液晶組成物を用いたアクティブマトリックス駆動用液晶表示素子。
- 請求項1から7のいずれか1項に記載の液晶組成物を用いたPSAモード、PSVAモード、PS−IPSモード又はPS−FSSモード用液晶表示素子。
- 一対の基板のうち少なくとも一方の基板表面に配向膜を備えていない液晶表示素子に使用する液晶組成物であって、
2種以上のビフェニル骨格を有する重合性化合物を含む液晶組成物。 - 前記2種以上のビフェニル骨格を有する重合性化合物のそれぞれとは異なる化学構造を備え、かつ極性基を有する自発配向性モノマーを含む、請求項11に記載の液晶組成物。
- 対向に配置された第一の基板および第二の基板と、
前記第一の基板と前記第二の基板との間に充填された液晶層と、
前記第一の基板上に、マトリクス状に配置される複数個のゲートバスライン及びデータバスライン、前記ゲートバスラインとデータバスラインとの交差部に設けられる薄膜トランジスタならびに前記薄膜トランジスタにより駆動される画素電極を画素毎に有する電極層と、
前記第一の基板または前記第二の基板上に形成された共通電極と、
前記第一の基板および前記第二の基板の間に2種以上のビフェニル骨格を有する重合性化合物が硬化された樹脂成分と、を有する、少なくとも一方の基板表面に配向膜を備えていない液晶表示素子。
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