JP2022134973A - ハイブリッド液晶化合物、そのハイブリッド液晶化合物を含有する液晶組成物、および、その液晶組成物を用いた液晶表示素子 - Google Patents

ハイブリッド液晶化合物、そのハイブリッド液晶化合物を含有する液晶組成物、および、その液晶組成物を用いた液晶表示素子 Download PDF

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Abstract

【課題】応答性、透過性等の性能を向上させることができ、且つ、工程中の組成変化を抑制できる化合物、その化合物を用いた液晶組成物および液晶表示素子の提供。【解決手段】１分子中に２つ以上の炭素数をもつメチレンスペーサーによって区切られた２つの部位から成り、一方の部位は少なくとも２つ以上のフルオロ基を備え、双極子モーメントのベクトル和がその分子軸に対して垂直方向に向かうよう構成されているネガ型であり、もう一方の部位は少なくとも１つ以上のフルオロ基を備え、双極子モーメントのベクトル和はその分子軸に対して水平方向に向かうよう構成されているポジ型であり、ネガ型またはポジ型の機能を有するハイブリッド液晶化合物。【選択図】なし

Description

本発明は、ハイブリッド液晶化合物、そのハイブリッド液晶化合物を含有する液晶組成物、および、その液晶組成物を用いた液晶表示素子に関する。
液晶示素子（ＬＣＤ）は、自動車用パネル、ワードプロセッサー、電子手帳、プリンター、コンピューター、携帯電話、テレビ、広告表示板等に用いられるようになっている。液晶表示方式としては、その代表的なものにＴＮ（ツイステッド・ネマチック）型、ＳＴＮ（スーパー・ツイステッド・ネマチック）型、ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）を用いたＭＶＡ（マルチドメイン・バーティカル・アライメント）型、ＰＳＡ（ポリマー・サステインド・アライメント）型、ＩＰＳ（イン・プレーン・スイッチング）型、ＦＦＳ（フリンジ・フィールド・スイッチング）型等がある。これらの液晶表示素子に用いられる液晶組成物は水分、空気、熱、光などの外的要因に対して安定であること、また、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、低粘性であることが求められている。さらに液晶組成物は個々の表示素子に対して誘電率異方性（Δε）または屈折率異方性（Δｎ）等を要求される値とするなどの観点で、下記特許文献１に示すように、数種類から二十種類程度の化合物から構成されている。
誘電率異方性（Δε）が負の液晶（ネガ型液晶）を用いるＭＶＡ型やＰＳＡ型さらにＦＦＳ型において、負の誘電率異方性を有する液晶組成物の回転粘度が高いことにより、応答速度が遅くなってしまうという課題がある。したがって、従来の化合物に比べてより回転粘度の低い高速応答性の化合物とその化合物を用いた負の誘電率異方性を有する液晶組成物の開発が求められている。
ＩＰＳ型において液晶は常に基板に対して平行に回転し、どの角度から見ても形状は変わらないため、広い視野角を得ることができるという特徴があるが、開口率が低く光透過率が下がるという欠点がある。ＦＦＳ型はＩＰＳ型の広視野角を維持したまま、光透過率を改善した方式である。ＦＦＳ型ＬＣＤに使われる液晶としては、誘電率異方性（Δε）が正の液晶（ポジ型液晶）と負の液晶（ネガ型液晶）の両方を用いることが可能であるが、ネガ型液晶は応答が遅くなるためポジ型液晶が用いられることが多い。また、ポジ型液晶を用いるＦＦＳ型のＲ・Ｇ・Ｂの各色において、コントラストの差が大きい場合には、各画素からの光漏れ量が大きく相違するため、白表示時の色特性に基づいて色調整を実施しても黒表示時には色バランスが崩れるという現象が生じてしまう。これを解決するために、Ｒ・Ｇ・Ｂの少なくとも１つのサブ画素の開口率を小さく調整するなどの方式があるが、透過率が低下する問題がある。ＦＦＳ型において、さらに透過率の低下を改善するために、負の誘電率異方性の化合物を正の誘電率異方性の液晶組成物に添加する方法が下記特許文献２で提案されている。
この方法によって透過率が改善することができるが、正の誘電率異方性の液晶組成物に負の誘電率異方性の化合物を添加すると、添加された分の誘電率異方性が相殺されて、結果として添加後の正の誘電率異方性が減少してしまうことになる。したがって、最終的な液晶組成物に要望される誘電異方性を得るためには、その分、正の誘電率異方性を有する化合物を多く使用する必要がある。正および負の誘電率異方性を有する化合物は、液晶組成物として使用されている誘電率異方性が０付近の非極性の化合物と比較すると粘度（η）、特に直接応答速度と関係する回転粘度（γ１）が高い。したがって、該先行技術のように、正の誘電率異方性の液晶組成物に負の誘電率異方性の化合物を添加する方法は、液晶組成物の粘度および回転粘度を高めてしまい、応答速度が遅くなってしまうという大きな課題がある。このため、正の誘電率異方性の液晶組成物に添加して透過率を改善でき、回転粘度の低い化合物の開発が求められている。
特開２００６－９９０３８号公報 特開２０１４－２１５３４７号公報
上述したように、ネガ型液晶を用いるＭＶＡ型やＰＳＡ型さらにＦＦＳ型においては、回転粘度が低い化合物が求められる。また、ポジ型液晶を用いるＩＰＳ型やＴＮ型やＳＴＮ型においても、同様である。更に、ポジ型液晶を用いるＦＦＳ型においては、回転粘度が低いことに加え、透過率を改善できる化合物が求められる。即ち、この種の化合物を用い液晶組成物および液晶表示素子を構成する際、応答性や透過性等の性能を向上させることができるものが求められる。
他方、化合物の回転粘度においては、一般に、化合物の分子全体の長さを短くするほど、より回転粘度小さくなる傾向がある。この傾向に基づき、分子全体の長さが短い化合物の適用が考えられる。この場合、化合物の沸点が低く蒸気圧も高くなるため、ＬＣＤ製造工程の減圧下で、化合物の分子が蒸発しやすい。このため、工程中に液晶組成物の組成が変化しやすいという問題が生じる。上記化合物においては、この問題を生じさせないことも求められる。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、液晶組成物および液晶表示素子に用いられる化合物であって、上記性能を向上させることができ、且つ、工程中の組成変化を抑制できる化合物、その化合物を含有する液晶組成物、および、その液晶組成物を用いた液晶表示素子の提供を課題とする。
本発明は、前記課題を解決するために、少なくとも炭素原子をもつ所定のスペーサーによって区切られた２つの部位から成り、スペーサーおよび各々の部位の結合部から、各々の部位の末端へ向かう方向に沿った分子軸がそれぞれ規定される化合物を提供する。
本発明の化合物の特徴は、スペーサーが、１分子中に２つ以上の炭素数をもつメチレンスペーサーであり、メチレンスペーサーによって区切られた２つの部位のうちの一方が、少なくとも２つ以上のフルオロ基を備え、一方の部位における双極子モーメントのベクトル和が一方の部位にて規定される分子軸に対して垂直方向に向かうよう構成されており、且つ、一方の部位における誘電率異方性が負となるネガ型であり、メチレンスペーサーによって区切られた２つの部位のうちの他方が、少なくとも１つ以上のフルオロ基を備え、他方の部位における双極子モーメントのベクトル和は他方の部位にて規定される分子軸に対して水平方向に向かうよう構成されており、且つ、他方の部位における誘電率異方性が正となるポジ型であり、液晶組成物に用いられ、ネガ型またはポジ型の機能を有することにある。この特徴を備えた化合物を、ハイブリッド液晶化合物と称呼する。
本発明は、メチレンスペーサーによって区切られた２つの部位から成る前述のハイブリッド液晶化合物であって、より好ましき化合物として、下記一般式（１）又は一般式（２）で表されるハイブリッド液晶化合物を提供する。
Figure 2022134973000001
 （式中、Ｒ１は炭素原子数１から９のアルキル基又はアルコキシ基又は炭素原子数２から９のアルケニル基又はアルケニルオキシ基を表し、Ｒ２はＦ、Ｃｌ、ＯＣＦ３、ＯＣＦ２Ｈ、ＯＣＦＨ２又はＣＦ３を表し、Ｒ３はＦ、又はＨを表し、aおよびｃは０、１、又は２を表し、ｂは０または１を表し、環Ａは、下記の構造式（ａ－１）から構造式（ａ－４）のうちのいずれかを表し、
Figure 2022134973000002
 環Ｂは、下記の構造式（ｂ－１）から構造式（ｂ－６）のうちのいずれかを表し、
Figure 2022134973000003
 Ｚ１は各々独立して－ＣＨ２Ｏ－、－ＯＣＨ２－、－ＣＯＯ－、－ＯＣＯ－、－Ｃ≡Ｃ－又は単結合を表わし、Ｚ２は－ＣＦ２Ｏ－、－ＯＣＦ２－、－ＣＨ２Ｏ－、－ＯＣＨ２－、－ＣＯＯ－、－Ｃ≡Ｃ－又は単結合を表わし、連結基Ｘは、―(ＣＨ２)n―、―Ｏ―(ＣＨ２)ｎ―Ｏ－、―Ｏ―(ＣＨ２)ｎ―、又は―(ＣＨ２)ｎ―Ｏ－を表し、ｎは２から１０を表す。）
Figure 2022134973000004
 （式中、Ｒ１およびＲ４は炭素原子数１から９のアルキル基又はアルコキシ基又は炭素原子数２から９のアルケニル基又はアルケニルオキシ基を表し、aおよびｄは０、１、又は２を表し、ｂは０または１を表し、環Ａは式（１）の環Ａと同じ意味を表し、環Ｃは下記の構造（ｃ－１）から（ｃ－６）のいずれかを表し、
Figure 2022134973000005
 Ｚ１は式（１）のＺ１と同じ意味を表し、Ｚ３は－ＣＦ２Ｏ－、－ＯＣＦ２－、－ＣＨ２Ｏ－、－ＯＣＨ２－、－ＣＯＯ－、－Ｃ≡Ｃ－又は単結合を表わし、連結基Ｘは式（１）の連結基Ｘと同じ意味を表す。）
また、本発明は前述のハイブリッド液晶化合物を一種又は二種以上含有する液晶組成物を提供する。好ましくは、一般式（１）および一般式（２）で表わされるハイブリッド液晶化合物のうち一種又は二種以上含有する液晶組成物を提供する。さらに、本発明は、前記液晶組成物を使用した液晶表示素子を提供する。
本発明のハイブリッド液晶化合物の特徴は、スペーサーが、１分子中に２つ以上の炭素数をもつメチレンスペーサーであり、メチレンスペーサーによって区切られた２つの部位のうちの一方が、少なくとも２つ以上のフルオロ基を備え、一方の部位における双極子モーメントのベクトル和が一方の部位にて規定される分子軸に対して垂直方向に向かうよう構成されており、且つ、一方の部位における誘電率異方性が負となるネガ型であり、メチレンスペーサーによって区切られた２つの部位のうちの他方が、少なくとも1つ以上のフルオロ基を備え、他方の部位における双極子モーメントのベクトル和は他方の部位にて規定される分子軸に対して水平方向に向かうよう構成されており、且つ、他方の部位における誘電率異方性が正となるポジ型であり、液晶組成物に用いられ、ネガ型またはポジ型の機能を有することにある。
ここにおいて、メチレンスペーサーは自由回転が可能であるので、各々の部位は印加した電場に対してある程度独立して応答する。そして、液晶分子が電極に対して略垂直に配向しているネガ型液晶を用いる、ＭＶＡ型、ＰＳＡ型、ＦＦＳ型においては、本発明のハイブリッド液晶化合物のネガ型の部位が応答し、ポジ型の部位はほとんど略垂直のまま動かない。また、液晶分子が電極に対して略水平に配向しているポジ型液晶を用いる、ＩＰＳ型、ＦＦＳ型、ＴＮ型、ＳＴＮ型においては、本発明のハイブリッド液晶化合物のポジ型の部位が応答し、ネガ型の部位はほとんど略平行のまま動かない。
一般的に液晶分子が長くなると応答速度は遅くなる。したがって、分子長の短いベンゼン環やシクロヘキサン環などの環を２つもつ２環系化合物が低粘性で回転粘度の低い高速応答性化合物として用いられている。しかしながら、分子長が短くなり分子量が小さい化合物を用いるとネマチック相上限温度（Ｔｎ－ｉ）が低下してしまうという欠点がある。また、沸点が低くなり蒸気圧が高くなるため、ＬＣＤ製造工程での減圧下で分子が蒸発していまい液晶組成物の組成が変わってしまうという問題が発生する。
本発明のハイブリッド液晶化合物は前述のようにネガ型液晶を用いるＭＶＡ型やＰＳＡ型においても、ポジ型液晶を用いるＩＰＳ型やＦＦＳ型さらにＴＮ型やＳＴＮ型においても、応答するのは２つの部位のうち一方の部位のみであるので、本発明のハイブリッド液晶化合物を用いた液晶組成物の回転粘度が低く応答速度は速くなる。これは応答する部位の長さが分子全体の長さよりも短くなることによる。さらに、ポジ型液晶を用いるＦＦＳ型においてはネガ型の部位が動かないので透過率が高くなる。また、本発明のハイブリッド液晶化合物の沸点は高く蒸気圧も低いので、前述のＬＣＤ製造工程での減圧下で分子が蒸発していまい液晶組成物の組成が変わってしまうという問題は起こらない。
本発明のハイブリッド液晶化合物によれば、液晶組成物に用いられることで、応答性、透過性等の性能を向上させることができ、且つ、工程中の組成変化を抑制できる。本発明の液晶組成物を使用した液晶表示素子は、特に、高速の応答と高い透過率が要求される液晶テレビや高速の応答が要求される液晶モニター用の液晶表示素子の提供に適している。
以下、本発明について具体的に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。本発明のより好ましき化合物の例として、前記一般式（１）に対応する下記の構造式（１－１）から構造式（１－１２）をあげる。
Figure 2022134973000006
 （式中、Ｒ１、Ｒ２および連結基Ｘは、式（１）のＲ１、Ｒ２および連結基Ｘと同じ意味を表す。）
さらに、本発明のより好ましき化合物の例として、前記一般式（２）に対応する下記の構造式（２－１）から構造式（２－９）をあげる。
Figure 2022134973000007
 （式中、Ｒ１、Ｒ４および連結基Ｘは、式（１）のＲ１、Ｒ４および連結基Ｘと同じ意味を表す。）
前記Ｒ１の好ましきは炭素数１～５のアルキル基又はアルケニル基又はアルコキシ基であり、より好ましくはエチル基又はプロピル基又はエテニル基又はプロペニル基又はメトキシ基又はエトキシ基又はプロポキシ基であり、前記Ｒ２の好ましきはＦ又はＯＣＦ３またはＯＣＦ２Ｈであり、前記連結基Ｘの好ましきは、―Ｏ―(ＣＨ２)２―Ｏ－、―Ｏ―(ＣＨ２)４―Ｏ－、―(ＣＨ２)２―、―(ＣＨ２)４―、―(ＣＨ２)６―、―Ｏ―(ＣＨ２)３―、―Ｏ―(ＣＨ２)５―、―(ＣＨ２)３―Ｏ－、―(ＣＨ２)５―Ｏ－である。
本発明の液晶組成物のうちＭＶＡ型やＰＳＡ型やＦＦＳ型に用いられるネガ型液晶組成物は、前述の本発明にかかるハイブリッド液晶化合物を一種又は二種以上含有し、前記化合物に加えて、誘電率異方性（以下、単に「Δε」とも称呼する。）が０付近（概ね－２から＋２程度）の従来公知の液晶化合物およびΔεが－３より強い負のΔεを有する従来公知の液晶化合物を含有することが好ましい。
本発明の液晶組成物のうちＩＰＳ型やＦＦＳ型に用いられるポジ型液晶組成物は、前述の本発明にかかるハイブリッド液晶化合物を一種又は二種以上含有し、前記化合物に加えて、誘電率異方性（以下、単に「Δε」とも称呼する。）が０付近（概ね－２から＋２程度）の従来公知の液晶化合物およびΔεが＋３より強い正のΔεを有する従来公知の液晶化合物を含有することが好ましい。
本発明のネガ型およびポジ型液晶組成物に含有されるΔεが０付近（概ね－２から＋２程度）の従来公知の好ましき液晶化合物の例として、下記の構造式（３－１）から構造式（３－６）をあげる。このうち一種又は二種以上含有されることが好ましい。
Figure 2022134973000008
 （式中、Ｒ５は炭素原子数１から９のアルキル基又は炭素原子数２から９のアルケニル基を表わし、Ｒ６は炭素原子数１から９のアルキル基又はアルコキシ基又は炭素原子数３から９のアルケニル基を表し、さらに好ましきは、Ｒ５はエチル基又はプロピル基又はエテニル基又はプロペニル基を表し、Ｒ６は炭素原子数１から５のアルキル基又はアルコキシ基を表す。）
本発明のネガ型液晶組成物に含有される－３より強い負のΔεを有する化合物の従来公知の好ましき液晶化合物の例として、下記の構造式（４－１）から構造式（４－６）をあげる。このうち一種又は二種以上含有されることが好ましい。
Figure 2022134973000009
 （式中、Ｒ７は炭素原子数１から５のアルキル基又は炭素原子数２から５のアルケニル基を表わし、Ｒ８は炭素原子数１から５のアルキル基を表し、さらに好ましきは、Ｒ７はエチル基又はプロピル基又はエテニル基又はプロペニル基を表し、Ｒ８はメチル基又はエチル基又はプロピル基を表す。）
本発明のポジ型液晶組成物に含有される＋３より強い正のΔεを有する化合物の従来公知の好ましき液晶化合物の例として、下記の構造式（５－１）から構造式（５－１７）をあげる。このうち一種又は二種以上含有されることが好ましい。
Figure 2022134973000010
 （式中、Ｒ９は炭素原子数１から５のアルキル基又は炭素原子数２から５のアルケニル基を表わし、さらに好ましきは、エチル基又はプロピル基又はエテニル基又はプロペニル基を表す。）
本発明のネガ型液晶組成物は、一般式（１）および一般式（２）で表わされるハイブリッド液晶化合物のうち一種又は二種以上、および、Δεが０付近（概ね－２から＋２程度）の構造式（３－１）から構造式（３－６）の化合物のうち一種又は二種以上、および、－３より強い負のΔεを有する構造式（４－１）から構造式（４－６）の化合物のうち一種又は二種以上を含有することが好ましい。
本発明のポジ型液晶組成物は、一般式（１）および一般式（２）で表わされるハイブリッド液晶化合物のうち一種又は二種以上、および、Δεが０付近（概ね－２から＋２程度）の構造式（３－１）から構造式（３－６）の化合物のうち一種又は二種以上、および、＋３より強い正のΔεを有する構造式（５－１）から構造式（５－１７）の化合物のうち一種又は二種以上を含有することが好ましい。
本発明のネガ型液晶組成物を使用した液晶表示素子としては、液晶表示素子が、二枚の基板の間に液晶材料を挟持して液晶を基板に略垂直に配向し、基板に略垂直な電界を印加することにより光学素子や表示素子として使用する垂直配向型のＭＶＡ型とＰＳＡ型および液晶を基板に略平行で電極に略平行に配向するＩＰＳ型とＦＦＳ型であると好ましい。
本発明のポジ型液晶組成物を使用した液晶表示素子としては、液晶表示素子が、二枚の基板の間に液晶材料を挟持して液晶を基板に略平行で一枚の基板上にある電極に略平行に配向するＩＰＳ型とＦＦＳ型であると好ましい。さらに、二枚の基板の間に液晶材料を挟持して液晶を基板に略平行で電極に略平行に配向するＴＮ型であっても好ましい。また、本液晶組成物を使用した液晶表示素子は、高速応答を要求される液晶テレビや液晶モニターや低温で高速の応答が要求される車載用ディスプレイやＰＩＤ（パブリック・インフォメーション・ディスプレイ）への応用に適している。
（実施例１）
式（１－１）においてＲ１＝Ｃ３Ｈ７－、Ｒ２＝―Ｆの化合物の合成
Figure 2022134973000011
 （上記式中、ＤＩＡＤはアゾジカルボン酸ジイソプロピルを表し、ＴＰＰはトリフェニルホスフィンを表す。）
２，３－ジフルオロ－４－（ｔｒａｎｓ－４－プロピルシクロヘキシル）フェノール（５．０４ｇ）、２－（３,４,５－トリフルオロフェニルオキシ）エタノール（１．９３ｇ）及びトリフェニルホスフィン（６．０ｇ）をＴＨＦ（２５ｍＬ）に溶解させ、－１０℃に冷却した。ＤＩＡＤ（４．４ｇ）を、内温が１５℃以上とならない速度で加え、室温にてさらに２時間撹拌した。水（１ｍＬ）を加えて１０分撹拌し、反応液を減圧下濃縮した。ヘキサン（６０ｍＬ）、トルエン（２０ｍＬ）及び７０％ターシャリーブチルヒドロぺルオキシド水溶液（０．８ｇ）を加えて、室温にて１時間撹拌した。析出物を除去し、溶媒を減圧留去した。続いてシリカゲルカラムクロマトグラフィーにより精製し、さらにエタノールから再結晶する事で、式（１－２－１）の化合物を白色固体として４．７ｇ得た。
（実施例２）
式（１－８）においてＲ１＝Ｃ２Ｈ５Ｏ－、Ｒ２＝―Ｆの化合物の合成
（実施例１）と同様にして、式（１－８－１）の化合物を４．５ｇ得た。
Figure 2022134973000012
（実施例３）
式（２－３）においてＲ１＝Ｃ２Ｈ５Ｏ－、Ｒ４＝―Ｃ３Ｈ７の化合物の合成
（実施例１）と同様にして、式（２－３－１）の化合物を４．３ｇ得た。
Figure 2022134973000013
（実施例４）
式（２－４）においてＲ１＝Ｃ２Ｈ５Ｏ－、Ｒ４＝―Ｃ３Ｈ７の化合物の合成
（実施例１）と同様にして、式（２－４－１）の化合物を４．６ｇ得た。
Figure 2022134973000014
（実施例５）
式（２－４－１）の本発明の化合物を用いて、表１のネガ型液晶組成物（１）（以下、単に「組成物（１）」とも称呼する。）を作製した。表１は、液晶組成物が含有する化合物における組成比率を示している。
液晶組成物（１）の物性値は以下の通りであった。誘電率異方性（Δε）および屈折率異方性（Δｎ）は２５℃で測定し、粘度（η２０）および回転粘度（γ１）は２０℃で測定した。
ネマチック相上限温度（Ｔｎ－ｉ）：８０．２℃
誘電率異方性（Δε）：－３．３
屈折率異方性（Δｎ）：０．１１
粘度（η２０）：２０．５ｍＰａ・ｓ
回転粘度（γ１）：１２５ｍＰａ・ｓ
（実施例６）
（実施例５）と同様にして、式（１－２－１）の本発明の化合物を用いて、表２のポジ型液晶組成物（２）（以下、単に「組成物（２）」とも称呼する。）を作製した。
液晶組成物（２）の物性値は以下の通りであった。
ネマチック相上限温度（Ｔｎ－ｉ）：８２．２℃
誘電率異方性（Δε）：６．２
屈折率異方性（Δｎ）：０．１０
粘度（η２０）：１６．７ｍＰａ・ｓ
回転粘度（γ１）：１０３ｍＰａ・ｓ
（比較例１）
（実施例５）の比較例として従来の液晶化合物から成る表１のネガ型液晶組成物（３）（以下、単に「組成物（３）」とも称呼する。）を作製した。
液晶組成物（３）の物性値は以下の通りであった。
ネマチック相上限温度（Ｔｎ－ｉ）：８０．１℃
誘電率異方性（Δε）：－３．３
屈折率異方性（Δｎ）：０．１１
粘度（η２０）：２３．２ｍＰａ・ｓ
回転粘度（γ１）：１４５ｍＰａ・ｓ
（比較例２）
（実施例６）の比較例として従来の液晶化合物から成る表２のネガ型液晶組成物（４）（以下、単に「組成物（４）」とも称呼する。）を作製した。
液晶組成物（４）の物性値は以下の通りであった。
ネマチック相上限温度（Ｔｎ－ｉ）：８２．１℃
誘電率異方性（Δε）：６．２
屈折率異方性（Δｎ）：０．１０
粘度（η２０）：１８．７ｍＰａ・ｓ
回転粘度（γ１）：１１５ｍＰａ・ｓ
実施例（５）の液晶組成物（１）および比較例（１）の組成物（３）は、いずれも液晶テレビ用のＰＳＡ型あるいはＭＶＡ型液晶表示装置に使用されるネガ型液晶組成物に典型的に要求される特性のうち、ネマチック相上限温度（Ｔｎ－ｉ）＝８０℃、誘電率異方性（Δε）＝－３．３、屈折率異方性（Δｎ）＝０．１１に合わせたものである。また、実施例（６）の組成物（２）と比較例（２）の組成物（５）は、ほぼ同じＴｎ－ｉ＝８２℃、Δε＝６．２、およびΔｎ＝０．１０を有するポジ型の液晶組成物である。比較例（２）はＦＦＳ型液晶表示素子の透過率を向上させるために、式（４－１－１）のネガ型の液晶化合物を含有している。
Figure 2022134973000015
Figure 2022134973000016
表１の式（３－１－１）、式（３－１－２）、式（３－１－３）、式（３－６－１）、および、式（３－３－１）の化合物は下記の化合物を示す。
Figure 2022134973000017
表１の式（４－１－１）、式（４－１－２）、式（４－３－１）、式（４－３－２）、式（４－４－１）、式（４－４－２）、式（４－４－３）の化合物は下記の化合物を示す。
Figure 2022134973000018
表２の式（３－１－４）、式（３－１－５）、式（３－３－２）、式（３－３－３）、式（５－２－１）、式（５－１１－１）、式（５－１１－２）、式（５－１２－１）、式（５－１５－１）、式（５－１５－２）の化合物は下記の化合物を示す。
Figure 2022134973000019
実施例（５）のネガ型の液晶組成物（１）の回転粘度（γ１）は式（２－４－１）の本発明の化合物の効果により、１２５ｍＰａ・ｓと比較例（１）の組成物（３）の回転粘度（γ１）１４５ｍＰａ・ｓより明らかに低くなっている。また、実施例（６）のポジ型の液晶組成物（２）の回転粘度は１０３ｍＰａ・ｓと、透過率を向上させるために式（４－１－１）のネガ型の液晶化合物を１０％含有している比較例（２）の組成物（４）の回転粘度１１５ｍＰａ・ｓより低くなっており、尚且つ、実施例（６）の組成物（２）は比較例（２）の組成物（４）と同等の透過率を示した。これらのことから、本発明の液晶化合物およびそれを含有する液晶組成物は、ネガ型液晶を用いるＭＶＡ型、ＰＳＡ型およびＦＦＳ型においても、ポジ型液晶を用いるＦＦＳ型やＩＰＳ型においても、高速応答性に有効であることは明白である。
このように、上述したハイブリッド液晶化合物によれば、液晶組成物に用いられることで、応答性、透過性等の性能を向上させることができる。加えて、上述したハイブリッド液晶化合物の沸点は高く、蒸気圧も低いので、ＬＣＤ製造工程での減圧下で分子が蒸発していまい液晶組成物の組成が変わってしまうという問題は起こらない。即ち、工程中の組成変化を抑制することができる。

Claims (19)

  1. 少なくとも炭素原子をもつ所定のスペーサーによって区切られた２つの部位から成り、前記スペーサーおよび各々の前記部位の結合部から、各々の前記部位の末端へ向かう方向に沿った分子軸がそれぞれ規定される化合物であって、
    前記スペーサーは、
    １分子中に２つ以上の炭素数をもつメチレンスペーサーであり、
    前記メチレンスペーサーによって区切られた２つの前記部位のうちの一方は、
    少なくとも２つ以上のフルオロ基を備え、
    前記一方の部位における双極子モーメントのベクトル和が、前記一方の部位にて規定される前記分子軸に対して垂直方向に向かうよう構成されており、且つ、前記一方の部位における誘電率異方性が負となるネガ型であり、
    前記メチレンスペーサーによって区切られた２つの前記部位のうちの他方は、
    少なくとも１つ以上のフルオロ基を備え、
    前記他方の部位における双極子モーメントのベクトル和が、前記他方の部位にて規定される前記分子軸に対して水平方向に向かうよう構成されており、且つ、前記他方の部位における誘電率異方性が正となるポジ型であり、
    液晶組成物に用いられ、前記ネガ型または前記ポジ型の機能を有することを特徴とする化合物であるハイブリッド液晶化合物。
  2. 前記メチレンスペーサーによって区切られた２つの前記部位から成る前記ハイブリッド液晶化合物として、
    下記の一般式（１）
    Figure 2022134973000020
     （式中、Ｒ１は炭素原子数１から９のアルキル基又はアルコキシ基又は炭素原子数２から９のアルケニル基又はアルケニルオキシ基を表し、Ｒ２はＦ、Ｃｌ、ＯＣＦ３、ＯＣＦ２Ｈ、ＯＣＦＨ２又はＣＦ３を表し、Ｒ３はＦ、又はＨを表し、aおよびｃは０、１、又は２を表し、ｂは０または１を表し、
    環Ａは、下記の構造式（ａ－１）から構造式（ａ－４）のうちのいずれかを表し、
    Figure 2022134973000021
     環Ｂは、下記の構造式（ｂ－１）から構造式（ｂ－６）のうちのいずれかを表し、
    Figure 2022134973000022
     Ｚ１は各々独立して－ＣＨ２Ｏ－、－ＯＣＨ２－、－ＣＯＯ－、－ＯＣＯ－、－Ｃ≡Ｃ－又は単結合を表わし、Ｚ２は－ＣＦ２Ｏ－、－ＯＣＦ２－、－ＣＨ２Ｏ－、－ＯＣＨ２－、－ＣＯＯ－、－Ｃ≡Ｃ－又は単結合を表わし、連結基Ｘは、―(ＣＨ２)n―、―Ｏ―(ＣＨ２)ｎ―Ｏ－、―Ｏ―(ＣＨ２)ｎ―、又は―(ＣＨ２)ｎ―Ｏ－を表し、ｎは２から１０を表す。）で表され、
    ２つの前記部位のうちの前記一方は、
    前記一般式（１）において、前記連結基Ｘが含む前記メチレンスペーサーの一端と結合する原子から前記Ｒ１を末端とする一連の部位であり、
    ２つの前記部位のうちの前記他方は、
    前記一般式（１）において、前記連結基Ｘが含む前記メチレンスペーサーの他端と結合する原子から前記Ｒ２を末端とする一連の部位である請求項１に記載のハイブリッド液晶化合物。
  3. 前記一般式（１）における前記Ｚ１および前記Ｚ２は、
    単結合である請求項２に記載のハイブリッド液晶化合物。
  4. 前記一般式（１）における前記環Ａは、
    前記構造式（ａ－１）のシクロヘキサン環、又は、前記構造式（ａ－２）のベンゼン環であり、
    前記一般式（１）における前記環Ｂは、
    前記構造式（ｂ－１）のシクロヘキサン環、又は、前記構造式（ｂ－２）のベンゼン環である請求項２または請求項３に記載のハイブリッド液晶化合物。
  5. 前記メチレンスペーサーによって区切られた２つの前記部位から成る前記ハイブリッド液晶化合物として、
    下記の一般式（２）
    Figure 2022134973000023
     （式中、Ｒ１およびＲ４は炭素原子数１から９のアルキル基又はアルコキシ基又は炭素原子数２から９のアルケニル基又はアルケニルオキシ基を表し、aおよびｄは０、１、又は２を表し、ｂは０または１を表し、
    環Ａは、下記の構造式（ａ－１）から構造式（ａ－４）のうちのいずれかを表し、
    Figure 2022134973000024
     環Ｃは、下記の構造式（ｃ－１）から構造式（ｃ－６）のうちのいずれかを表し、
    Figure 2022134973000025
     Ｚ１は各々独立して－ＣＨ２Ｏ－、－ＯＣＨ２－、－ＣＯＯ－、－ＯＣＯ－、－Ｃ≡Ｃ－又は単結合を表わし、Ｚ３は－ＣＦ２Ｏ－、－ＯＣＦ２－、－ＣＨ２Ｏ－、－ＯＣＨ２－、－ＣＯＯ－、－Ｃ≡Ｃ－又は単結合を表わし、連結基Ｘは、―(ＣＨ２)n―、―Ｏ―(ＣＨ２)ｎ―Ｏ－、―Ｏ―(ＣＨ２)ｎ―、又は―(ＣＨ２)ｎ―Ｏ－を表し、ｎは２から１０を表す。）で表され、
    ２つの前記部位のうちの前記一方は、
    前記一般式（２）において、前記連結基Ｘが含む前記メチレンスペーサーの一端と結合する原子から前記Ｒ１を末端とする一連の部位であり、
    ２つの前記部位のうちの前記他方は、
    前記一般式（２）において、前記連結基Ｘが含む前記メチレンスペーサーの他端と結合する原子から前記Ｒ４を末端とする一連の部位である請求項１に記載のハイブリッド液晶化合物。
  6. 前記一般式（２）における前記Ｚ１および前記Ｚ３は、
    単結合である請求項５に記載のハイブリッド液晶化合物。
  7. 前記一般式（２）における前記環Ａは、
    前記構造式（ａ－１）のシクロヘキサン環、又は、前記構造式（ａ－２）のベンゼン環であり、
    前記一般式（２）における前記環Ｃは、
    前記構造式（ｃ－１）のシクロヘキサン環、又は、前記構造式（ｃ－２）のベンゼン環である請求項５または請求項６に記載のハイブリッド液晶化合物
  8. 少なくとも、請求項１から請求項７のいずれか一項に記載のハイブリッド液晶化合物を一種又は二種以上含有する液晶組成物。
  9. 下記の構造式（３－１）から構造式（３－６）
    Figure 2022134973000026
     （式中、Ｒ５は炭素原子数１から９のアルキル基又は炭素原子数２から９のアルケニル基を表し、Ｒ６は炭素原子数１から９のアルキル基又はアルコキシ基又は炭素原子数３から９のアルケニル基を表す。）の化合物のうちの一種又は二種以上、および、
    下記の構造式（４－１）から構造式（４－６）
    Figure 2022134973000027
     （式中、Ｒ７は炭素原子数１から５のアルキル基又は炭素原子数２から５のアルケニル基を表わし、Ｒ８は炭素原子数１から５のアルキル基を表す。）の化合物のうちの一種又は二種以上を、
    更に含有する請求項８に記載の液晶組成物。
  10. 前記構造式（３－１）から前記構造式（３－４）における前記Ｒ５は、
    エチル基、プロピル基、エテニル基、又はプロペニル基であり、
    前記構造式（３－５）および前記構造式（３－６）における前記Ｒ５は、
    炭素原子数１から５のアルキル基、又はアルコキシ基であり、
    前記構造式（３－１）から前記構造式（３－６）における前記Ｒ６は、
    炭素原子数１から５のアルキル基、又はアルコキシ基であり、
    前記構造式（４－１）から前記構造式（４－６）における前記Ｒ７は、
    エチル基、プロピル基、エテニル基、又はプロペニル基であり、
    前記構造式（４－１）から前記構造式（４－６）における前記Ｒ８は、
    メチル基、エチル基、又はプロポキシ基である請求項９に記載の液晶組成物。
  11. 誘電率異方性（Δε）が－６．０から－２．０の間である請求項８から請求項１０のいずれか一項に記載の液晶組成物。
  12. 下記の構造式（３－１）から構造式（３－６）
    Figure 2022134973000028
     （式中、Ｒ５は炭素原子数１から９のアルキル基又は炭素原子数２から９のアルケニル基を表し、Ｒ６は炭素原子数１から９のアルキル基又はアルコキシ基又は炭素原子数３から９のアルケニル基を表す。）の化合物のうちの一種又は二種以上、および、
    下記の構造式（５－１）から構造式（５－１７）
    Figure 2022134973000029
     （式中、Ｒ９は炭素原子数１から５のアルキル基又は炭素原子数２から５のアルケニル基を表す。）の化合物のうちの一種又は二種以上を、
    更に含有する請求項８に記載の液晶組成物。
  13. 誘電率異方性（Δε）が１．５から５．０の間である請求項８または請求項１２に記載の液晶組成物。
  14. 誘電率異方性（Δε）が５．１から１５の間である請求項８または請求項１２に記載の液晶組成物。
  15. 請求項８から請求項１４のいずれか一項に記載の液晶組成物を使用した液晶表示素子。
  16. ＭＶＡ（マルチドメイン・バーティカル・アライメント）型、ＰＳＡ（ポリマー・サステインド・アライメント）型、ＩＰＳ（イン・プレーン・スイッチング）型、ＦＦＳ（フリンジ・フィールド・スイッチング）型、又はＴＮ（ツイステッド・ネマチック）型である請求項１５に記載の液晶表示素子。
  17. 請求項１１に記載の液晶組成物を使用した、ＭＶＡ（マルチドメイン・バーティカル・アライメント）型、ＰＳＡ（ポリマー・サステインド・アライメント）型又はＦＦＳ（フリンジ・フィールド・スイッチング）型である液晶表示素子。
  18. 請求項１３に記載の液晶組成物を使用した、ＦＦＳ（フリンジ・フィールド・スイッチング）型である液晶表示素子。
  19. 請求項１４に記載の液晶組成物を使用した、ＩＰＳ（イン・プレーン・スイッチング）型又はＴＮ（ツイステッド・ネマチック）型である液晶表示素子。
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