JP6248927B2 - 重合性基を4つ有する化合物、液晶組成物および液晶表示素子 - Google Patents

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Description

本発明は、光または熱により重合可能な基を4つ有する重合性化合物、および重合性化合物を含有する液晶組成物に関する。本発明はまた、この液晶組成物を基板間に封入し、基板に印加する電圧を調整しながら重合性化合物を重合して、液晶分子の配向を固定化する液晶表示素子に関する。
液晶表示素子は、液晶組成物中の液晶分子が有する光学異方性、誘電率異方性などを利用したものである。液晶分子の動作モードに基づいた分類は、PC(phase change)モード、TN(twisted nematic)モード、STN(super twisted nematic)モード、BTN(bistable twisted nematic)モード、ECB(electrically controlled birefringence)モード、OCB(optically compensated bend)モード、IPS(in-plane switching)モード、FFS(fringe field switching)モード、VA(vertical alignment)モードなどである。
液晶組成物に重合体を組み合わせたモードの液晶表示素子が知られている。これが、例えばPSA(polymer sustained alignment)モードまたはPS(polymer stabilized)モードである。このモードの液晶表示素子では、重合性化合物を添加した液晶組成物を表示素子に注入する。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、液晶組成物の中に重合体を生成させる。この方法によって、応答時間が短縮され、画像の焼き付きが改善された液晶表示素子が得られる。
この方法は様々な動作モードの液晶表示素子に適用することができ、PS−TN、PS−IPS、PS−FFS、PSA−VA、PSA−OCBなどのモードが知られている。このようなモードの素子で使用される重合性化合物は、液晶分子を配向させる能力が高いと考えられるが、液晶組成物への溶解度が高いとはいえない。これまでに液晶組成物への溶解度を改善する試みがなされたが、溶解度が向上すると重合反応性が低下する傾向にある。従って、溶解度と重合反応性との間で適切なバランスとを有する重合性化合物の開発が望まれている。
特開2001−233837号公報 特開2003−321430号公報 特開2010−189282号公報 特開2003−307720号公報 特開2004−131704号公報 特開2010−536894号公報 特開2010−537256号公報
本発明の第一の課題は、適切な重合反応性、高い転化率および液晶組成物への良好な溶解度を有する重合性化合物を提供することである。第二の課題は、この化合物を含有し、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、大きな誘電率異方性、適切な弾性定数、大きな比抵抗、および適切なプレチルトのような物性を有する液晶組成物を提供することである。この課題は、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液晶組成物を提供することである。第三の課題は、この組成物を含み、素子を使用できる広い温度範囲、短い応答時間、大きな電圧保持率、低いしきい値電圧、大きなコントラスト比、適切なプレチルト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。
本発明は、式(1)で表される化合物、この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。
Figure 0006248927

[式中、環A、環A、環A、および環Aは独立して、フェニレンまたはシクロへキシレンであり、これらにおいて、少なくとも1つの水素は、炭素数1から10のアルキル、フッ素、−CFH、または−CFで置き換えられてもよく;
、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−、−COO−、−CH=CH−、または−C≡C−で置き換えられてもよく;
、LおよびLは独立して、単結合、−COO−、−CH=CH−、−CH=CH−COO−、−C(CH)=CH−COO−、−CH=C(CH)−COO−、−C(CH)=C(CH)−COO−、−C≡C−、−COCH=CH−、−C(CH)=C(CH)−、−CH=CH−CHO−、−CH=CH−OCH−、または−CO−であり、L、LおよびLのいずれか1つが−COO−のとき、残りのL、LまたはLは、単結合、−CH=CH−、−CH=CH−COO−、−C(CH)=CH−COO−、−CH=C(CH)−COO−、−C(CH)=C(CH)−COO−、−C≡C−、−COCH=CH−、−C(CH)=C(CH)−、−CH=CH−CHO−、−CH=CH−OCH−、または−CO−であり;
sおよびtは独立して0または1であり、sおよびtの和は、0、1または2であり;
、P、P、およびPは重合可能な基であり;
が単結合であり、かつsおよびtが0であるときに、環Aの2位および環Aの2位において置き換えられたアルキル同士が結合して、環を形成してもよい。]
本発明の第一の長所は、適切な重合反応性、高い転化率および液晶組成物への良好な溶解度を有する重合性化合物を提供することである。第二の長所は、この化合物を含有し、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、大きな誘電率異方性、適切な弾性定数、大きな比抵抗、および適切なプレチルトのような物性を有する液晶組成物を提供することである。この長所は、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液晶組成物を提供することである。第三の長所は、この組成物を含み、素子を使用できる広い温度範囲、短い応答時間、大きな電圧保持率、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。
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液晶組成物の成分として有用な化合物の総称である。重合性化合物は、重合によって重合体を与える化合物である。液晶性化合物、重合性化合物、液晶組成物、液晶表示素子をそれぞれ化合物、化合物、組成物、素子と略すことがある。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。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。
式(1)で表わされる化合物を化合物(1)と略すことがある。この略記は式(2)などで表される化合物にも適用することがある。化合物(1)は、式(1)で表わされる1つの化合物または2つ以上の化合物を意味する。式(P−1)で表わされる基を基(P−1)と略すことがある。この略記は式(M−1)などで表される基にも適用することがある。式(1)から(14)において、六角形で囲んだA、B、Cなどの記号はそれぞれ環A、環B、環Cなどに対応する。Rの記号を式(2)、式(3)などの複数の式に使用する。これらの化合物において、任意の2つのRが表わす2つの末端基は、同一であってもよいし、または異なってもよい。式(5)において、qが2のとき、2つの記号Cが1つの式に存在する。この化合物において、2つの記号Cが表わす2つの環は、同一であってもよいし、または異なってもよい。このルールは、R、Yなどの記号にも適用される。液晶組成物中の液晶性化合物の含有量は、液晶性化合物の全重量(重合性化合物と添加物とを含まない液晶組成物の重量)に基づいた重量百分率(重量%)で示す。
「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”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自由に選択できることを意味する。「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で置き換えられる場合、任意のAがCで置き換えられる場合、および任意のAがDで置き換えられる場合、さらに複数のAがB、C、Dの少なくとも2つで置き換えられる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、アルケニル、アルコキシ、アルコキシアルキル、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。
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。構造式において、フッ素は左向きであってもよいし、右向きであってもよい。このルールは、テトラヒドロピラン−2,5−ジイルのような、非対称の二価基にも適用される。
Figure 0006248927

このルールは、下記の三価の六員環にも適用される。
化合物(1)において、環Aおよび環Aは、以下のような三価の六員環で表わされる。LはLまたはLを意味する。
Figure 0006248927

環Aおよび環Aにおいて、六角形を横切る2本の斜線は、六員環上の結合位置を任意に選択できることを意味する。六員環がベンゼン環であるとき、環Aおよび環Aの代表例は、基(N−1)、基(N−2)および基(N−3)である。
Figure 0006248927
化合物(1)において、結合基Z、Z、Z、Z、L、LおよびLのうち、−COO−、−CH=CH−COO−、−C(CH)=CH−COO−、−CH=C(CH)−COO−、−C(CH)=C(CH)−COO−、−COCH=CH−、−CH=CH−CHO−、または−CH=CH−OCH−は、記述された定義の向きに限定されることはなく、−OCO−、−OCO−CH=CH−、−OCO−C(CH)=CH−、−OCO−CH=C(CH)−、−OCO−C(CH)=C(CH)−、−CH=CH−CO−、−OCH−CH=CH−、または−CHO−CH=CH−であってもよい。
本発明は、下記の項1〜項18に記載された内容を包含する。
項1. 式(1)で表わされる化合物。
Figure 0006248927

[式中、環A、環A、環A、および環Aは独立して、フェニレンまたはシクロへキシレンであり、これらにおいて、少なくとも1つの水素は、炭素数1から10のアルキル、フッ素、−CFH、または−CFで置き換えられてもよく;
、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−、−COO−、−CH=CH−、または−C≡C−で置き換えられてもよく;
、LおよびLは独立して、単結合、−COO−、−CH=CH−、−CH=CH−COO−、−C(CH)=CH−COO−、−CH=C(CH)−COO−、−C(CH)=C(CH)−COO−、−C≡C−、−COCH=CH−、−C(CH)=C(CH)−、−CH=CH−CHO−、−CH=CH−OCH−、または−CO−であり、L、LおよびLのいずれか1つが−COO−のとき、残りのL、LまたはLは、単結合、−CH=CH−、−CH=CH−COO−、−C(CH)=CH−COO−、−CH=C(CH)−COO−、−C(CH)=C(CH)−COO−、−C≡C−、−COCH=CH−、−C(CH)=C(CH)−、−CH=CH−CHO−、−CH=CH−OCH−、または−CO−であり;
sおよびtは独立して0または1であり、sおよびtの和は、0、1または2であり;
、P、P、およびPは独立して、重合可能な基であり;
が単結合であり、かつsおよびtが0であるときに、環Aの2位および環Aの2位において置き換えられたアルキル同士が結合して、環を形成してもよい。]
項2. 項1に記載の式(1)において、P、P、P、およびPが、基(P−1)である、項1に記載の化合物。
Figure 0006248927

[基(P−1)中、Mは、水素、フッ素、−CH、または−CFである。]
項3. 式(1−1)から(1−6)のいずれかで表される、項2に記載の化合物。
Figure 0006248927

[式中、Z、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−、−COO−、−CH=CH−、または−C≡C−で置き換えられてもよく;
およびLは独立して、単結合、−COO−、−CH=CH−、−CH=CH−COO−、−C(CH)=CH−COO−、−CH=C(CH)−COO−、−C(CH)=C(CH)−COO−、−C≡C−、−COCH=CH−、−C(CH)=C(CH)−、−CH=CH−CHO−、−CH=CH−OCH−、または−CO−であり、LおよびLのいずれか一方が−COO−のとき、残りのLまたはLは、単結合、−CH=CH−、−CH=CH−COO−、−C(CH)=CH−COO−、−CH=C(CH)−COO−、−C(CH)=C(CH)−COO−、−C≡C−、−COCH=CH−、−C(CH)=C(CH)−、−CH=CH−CHO−、−CH=CH−OCH−、または−CO−であり;
sは0または1であり;
、P、PおよびPは、基(P−1)である。]
Figure 0006248927

[基(P−1)中、Mは、水素、フッ素、−CH、または−CFである。]
項4. 項3に記載の式(1−1)から(1−6)において、sが0である、項3に記載の化合物。
項5. 式(1−a)から(1−f)のいずれかで表される、項2に記載の化合物。
Figure 0006248927

[式中、Z、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−、−COO−、−CH=CH−、または−C≡C−で置き換えられてもよく;
およびLは独立して、単結合、−COO−、−CH=CH−、−CH=CH−COO−、−C(CH)=CH−COO−、−CH=C(CH)−COO−、−C(CH)=C(CH)−COO−、−C≡C−、−COCH=CH−、−C(CH)=C(CH)−、−CH=CH−CHO−、−CH=CH−OCH−、または−CO−であり、LおよびLのいずれか一方が−COO−のとき、残りのLまたはLは、単結合、−CH=CH−、−CH=CH−COO−、−C(CH)=CH−COO−、−CH=C(CH)−COO−、−C(CH)=C(CH)−COO−、−C≡C−、−COCH=CH−、−C(CH)=C(CH)−、−CH=CH−CHO−、−CH=CH−OCH−、または−CO−であり;
sは0または1であり;
式(1−a)から(1−f)のそれぞれの式において、X11、X12、X13、X14、X15、X16、X17、X18、X19、X20、X21、X22、X23、およびX24のうち少なくとも1つは、メチル、フッ素、−CFH、または−CFであり、残りは、水素であり;
、P、PおよびPは、基(P−1)である。]
Figure 0006248927

[基(P−1)中、Mは、水素、フッ素、−CH、または−CFである。]
項6. 項5に記載の式(1−a)から(1−f)において、sが0である、項5に記載の化合物。
項7. 項3に記載の式(1−1)から(1−6)、および項5に記載の式(1−a)〜(1−f)において、Z、Z、Z、およびZが独立して、単結合であり、sが0または1であり、Lが単結合であり、Lが、単結合、−COO−、−CH=CH−、−CH=CH−COO−、−C(CH)=CH−COO−、−CH=C(CH)−COO−、−C(CH)=C(CH)−COO−、−C≡C−、−COCH=CH−、−C(CH)=C(CH)−、−CH=CH−CHO−、−CH=CH−OCH−、または−CO−であり、P、P、PおよびPがCH=CH−COO−またはCH=C(CH)−COO−である、項3または5に記載の化合物。
項8. 項3に記載の式(1−1)から(1−6)、および項5に記載の式(1−a)〜(1−f)において、Z、Z、Z、およびZが独立して、−COO−、−CHO−、−CHCHO−、または−CH=CHO−であり、sが0または1であり、Lが単結合であり、Lが、単結合、−COO−、−CH=CH−、−CH=CH−COO−、−C(CH)=CH−COO−、−CH=C(CH)−COO−、−C(CH)=C(CH)−COO−、−C≡C−、−COCH=CH−、−C(CH)=C(CH)−、−CH=CH−CHO−、−CH=CH−OCH−、または−CO−であり、P、P、PおよびPがCH=CH−COO−またはCH=C(CH)−COO−である、項3または5に記載の化合物。
項9. 項3に記載の式(1−1)から(1−3)、および項5に記載の式(1−a)〜(1−c)において、Z、Z、Z、およびZが、単結合であり、sが0または1であり、Lが単結合であり、Lが、単結合、−COO−、−CH=CH−、または−CH=CHCOO−であり、P、P、PおよびPがCH=CH−COO−またはCH=C(CH)−COO−である、項3または5に記載の化合物。
項10. 項3に記載の式(1−1)から(1−3)、および項5に記載の式(1−a)〜(1−c)において、Z、Z、Z、およびZが独立して、−CHCHO−または−CH=CHO−であり、sが0または1であり、Lが単結合であり、Lが、単結合、−COO−、−CH=CH−、または−CH=CHCOO−であり、P、P、PおよびPがCH=CH−COO−またはCH=C(CH)−COO−である、項3または5に記載の化合物。
項11. 項1〜10のいずれか1項に記載の化合物から得られる重合体。
項12. 項1〜10のいずれか1項に記載の化合物および項11に記載の重合体の群から選択される少なくとも1つを含有する液晶組成物。
項13. 式(2)、(3)および(4)で表される化合物の群から選択される少なくとも1つの化合物をさらに含有する、項12に記載の液晶組成物。
Figure 0006248927

[式中、Rは炭素数1〜10のアルキルまたは炭素数2〜10のアルケニルであり、これらにおいて、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、少なくとも1つの−CH2−は−O−で置き換えられてもよく;
は独立して、フッ素、塩素、−OCF3、−OCHF2、−CF3、−CHF2、−CH2F、−OCF2CHF2、または−OCF2CHFCF3であり;
環B、環Bおよび環Bは独立して、1,4−シクロヘキシレン、1,3−ジオキサン−2,5−ジイル、ピリミジン−2,5−ジイル、テトラヒドロピラン−2,5−ジイル、または少なくとも1つの水素がフッ素で置き換えられてもよい1,4−フェニレンであり;
およびYは独立して、−(CH22−、−(CH24−、−COO−、−CF2O−、−OCF2−、−CH=CH−、−C≡C−、−CHO−、または単結合であり;
およびQは独立して水素またはフッ素である。]
項14. 式(5)で表される化合物の群から選択される少なくとも1つの化合物をさらに含有する、項12または13に記載の液晶組成物。
Figure 0006248927

[式中、Rは炭素数1〜10のアルキルまたは炭素数2〜10のアルケニルであり、これらにおいて、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、少なくとも1つの−CH2−は−O−で置き換えられてもよく;
は−CNまたは−C≡C−CN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、1,3−ジオキサン−2,5−ジイル、テトラヒドロピラン−2,5−ジイル、またはピリミジン−2,5−ジイルであり;
は、−(CH22−、−COO−、−CF2O−、−OCF2−、−C≡C−、−CHO−、または単結合であり;
およびQは独立して水素またはフッ素であり;
qは、0、1または2であり、rは0または1である。]
項15. 式(6)、(7)、(8)、(9)、(10)および(11)で表される化合物の群から選択される少なくとも1つの化合物をさらに含有する、項12に記載の液晶組成物。
Figure 0006248927

[式中、RおよびRは独立して炭素数1〜10のアルキルまたは炭素数2〜10のアルケニルであり、これらにおいて、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、少なくとも1つの−CH2−は−O−で置き換えられてもよく;
環D、環D、環Dおよび環D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−2,6−ナフタレンであり;
、Y、YおよびYは独立して、−(CH22−、−COO−、−CHO−、−OCF−、−OCF(CH22−、または単結合であり;
およびQは独立してフッ素または塩素であり;
j、k、l、m、n、およびpは独立して0または1であり、k、l、m、およびnの和は、1または2である。]
項16. 式(12)、(13)および(14)で表される化合物の群から選択される少なくとも1つの化合物をさらに含有する、項12に記載の液晶組成物。
Figure 0006248927

[式中、RおよびRは独立して炭素数1〜10のアルキルまたは炭素数2〜10のアルケニルであり、これらにおいて、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、少なくとも1つの−CH2−は−O−で置き換えられてもよく;
環E、環Eおよび環Eは独立して、1,4−シクロヘキシレン、ピリミジン−2,5−ジイル、1,4−フェニレン、2−フルオロ−1,4−フェニレン、または2,5−ジフルオロ−1,4−フェニレンであり;
およびYは独立して、−C≡C−、−COO−、−(CH22−、−CH=CH−または単結合である。]
項17. 項16に記載の式(12)、(13)および(14)で表される化合物の群から選択される少なくとも1つの化合物をさらに含有する、項13に記載の液晶組成物。
項18. 項16に記載の式(12)、(13)および(14)で表される化合物の群から選択される少なくとも1つの化合物をさらに含有する、項14に記載の液晶組成物。
項19. 項16に記載の式(12)、(13)および(14)で表される化合物の群から選択される少なくとも1つの化合物をさらに含有する、項15に記載の液晶組成物。
項20. 項12〜19のいずれか1項に記載の液晶組成物を含有する液晶表示素子。
本発明は、次の項(1)〜(7)も含む。(1)光学活性な化合物をさらに含有する上記の組成物。(2)酸化防止剤、紫外線吸収剤、光安定剤、熱安定剤、消泡剤などの添加物をさらに含有する上記の組成物。(3)上記の組成物を含有するAM素子。(4)上記の組成物を含有し、そしてPS−TN、PS−IPS、PS−FFS、PSA−VA、またはPSA−OCBのモードを有する素子。(5)上記の組成物を含有する透過型の素子。(6)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。(7)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。
本発明は、次の項(8)〜(11)も含む。(8)PSAモードを有する液晶表示素子において、式(1)で表わされる化合物と、式(2)、(3)および(4)で表される化合物の群から選択される少なくとも1つの化合物とを含有する組成物の使用。(9)PSAモードを有する液晶表示素子において、式(1)で表わされる化合物と、式(5)で表される化合物の群から選択される少なくとも1つの化合物とを含有する組成物の使用。(10)PSAモードを有する液晶表示素子において、式(1)で表わされる化合物と、式(6)、(7)、(8)、(9)、(10)、および(11)で表される化合物の群から選択される少なくとも1つの化合物とを含有する組成物の使用。(11)PSAモードを有する液晶表示素子において、式(1)で表わされる化合物と、式(12)、(13)および(14)で表される化合物の群から選択される少なくとも1つの化合物とを含有する組成物の使用。
本発明における、化合物、合成法、液晶組成物、重合、液晶表示素子について、順に説明する。
1.化合物(1)
本発明の化合物(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、環構造、結合基、および置換基の好ましい例は、化合物(1)の下位式にも適用される。化合物(1)において、環A〜環A、Z〜Z、L〜L、およびP〜Pの種類を適切に組み合わせることによって、透明点、液晶相の下限温度、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。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。Zなどの種類が化合物(1)の物性に及ぼす主要な効果を以下に説明する。
Figure 0006248927
式(1)において、環A、環A、環A、および環Aは独立して、フェニレンまたはシクロへキシレンであり、これらにおいて、少なくとも1つの水素は、フッ素、炭素数1から10のアルキル、−CFH、または−CFで置き換えられてもよい。
環Aまたは環Aの好ましい例は、基(N−1)、基(N−2)および基(N−3)である。少なくとも1つの水素が、フッ素、−CFH、−CFで置き換えられた、基(N−1)、基(N−2)または基(N−3)も好ましい。環Aまたは環Aのさらに好ましい例は、基(N−2)である。
少なくとも1つの水素が、フッ素、−CFHまたは−CFで置き換えられた、基(N−1)、基(N−2)および基(N−3)の好ましい例は、基(R−1)〜(R−12)である。LはLまたはLを意味する。

Figure 0006248927
環Aおよび環Aの好ましい組み合わせは、基(N−1)および基(N−1)、基(N−2)および基(N−2)、基(N−3)および基(N−3)である。さらに好ましい組み合わせは、基(N−2)および基(N−2)である。
環Aまたは環Aの好ましい例は、1,4−フェニレン、1,3−フェニレン、1,4−シクロヘキシレン、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−メチル−1,4−フェニレン、2−ジフルオロメチル−1,4−フェニレン、または2−トリフルオロメチル−1,4−フェニレンである。さらに好ましい例は、1,4−フェニレン、1,4−シクロヘキシレン、2−フルオロ−1,4−フェニレン、または2,3−ジフルオロ−1,4−フェニレンである。最も好ましい例は、1,4−フェニレンである。
式(1)において、Z、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−、−COO−、−CH=CH−、または−C≡C−で置き換えられてもよい。
、Z、Z、またはZの好ましい例は、単結合、−COO−、−CH−、−CHO−、−(CH−、−(CH−O−、−CH=CH−、−CH=CHO−、−C≡C−、−C≡CO−、−(CH−、−(CH−O−、−(CH−、および−(CH−O−である。さらに好ましい例は、単結合、−CH−、−(CH−O−、−CH=CH−、および−CH=CHO−である。最も好ましい例は、単結合である。
、Z、Z、およびZが、単結合、−CH−、−(CH−、−(CH−O−、−CH=CH−、−CH=CHO−、−CHO−、−(CH−O−、−(CH−、または−(CH−O−であるときは、粘度が小さい。Z、Z、Z、またはZが、単結合、−(CH−、−(CH−O−、−CH=CH−、または−CH=CHO−であるときは、粘度がより小さい。結合基が−CH=CH−、または−CH=CHO−であるときは、液晶相の温度範囲が広く、そして弾性定数が大きい。結合基が−CH=CH−、−CH=CHO−または−C≡C−であるときは、光学異方性が大きい。Z、Z、Z、またはZが、単結合、−CH−、−(CH−、−(CH−O−、−(CH−、または−(CH−O−であるときは、化学的安定性が高い。また、Z、Z、Z、またはZが、−CH=CH−などの二重結合を有する基であるとき、その立体配置はシス型であっても、トランス型であってもよい。
式(1)において、L、LおよびLは独立して、単結合、−COO−、−CH=CH−、−CH=CH−COO−、−C(CH)=CH−COO−、−CH=C(CH)−COO−、−C(CH)=C(CH)−COO−、−C≡C−、−COCH=CH−、−C(CH)=C(CH)−、−CH=CH−CHO−、−CH=CH−OCH−、または−CO−であり、L、LおよびLのいずれか1つが−COO−のとき、残りのL、LまたはLは、単結合、−CH=CH−、−CH=CH−COO−、−C(CH)=CH−COO−、−CH=C(CH)−COO−、−C(CH)=C(CH)−COO−、−C≡C−、−COCH=CH−、−C(CH)=C(CH)−、−CH=CH−CHO−、−CH=CH−OCH−、または−CO−である。
、LまたはLの好ましい例は、単結合、−COO−、−CH=CH−、−C≡C−、−CH=CH−COO−、および−C(CH)=C(CH)−である。さらに好ましい例は、単結合および−CH=CH−である。最も好ましい例は単結合である。
、LまたはLが単結合であるときは、粘度が小さい。L、LまたはLが、−CH=CH−、−CH=CH−COO−、−C≡C−、−COCH=CH−、または−C(CH)=C(CH)−であるときは、液晶相の温度範囲が広く、そして弾性定数が大きい。L、LまたはLが、−CH=CH−、−CH=CH−COO−、−C≡C−、−COCH=CH−、または−C(CH)=C(CH)−であるときは、光学異方性が大きい。L、LまたはLが、単結合であるときは、化学的安定性が高い。L、LまたはLが、−CH=CH−などの二重結合を有する基であるとき、その立体配置はシス型であっても、トランス型であってもよい。
式(1)において、P、P、P、およびPは、重合可能な基である。重合性基の好ましい例は、アクリロイルオキシ基、メタクリロイルオキシ基、アクリルアミド基、メタクリルアミド基、ビニルオキシ基、ビニルカルボニル基、エポキシ基、オキセタニル基、3,4−エポキシシクロヘキシル基、およびマレイミド基である。これらの基において、少なくとも1つの水素はフッ素で置き換えられてもよい。P、P、P、またはPの好ましい例は基(P−1)である。
Figure 0006248927

基(P−1)において、Mは、水素、フッ素、−CH、または−CFである。好ましいMは、水素または−CHである(すなわち、CH=CH−COO−またはCH=C(CH)−COO−である)。
式(1)において、sおよびtは独立して0または1であり、sおよびtの和は0、1または2である。sおよびtの和が0であるときは粘度が小さい。sおよびtの和が1または2であるときは上限温度が高い。
式(1)において、Lが単結合であり、かつsおよびtが0であるときに、環Aの2位および環Aの2位において置き換えられたアルキル同士が結合して、環を形成してもよい。
化合物(1)の好ましい例は、化合物(1−A)または(1−B)である。
Figure 0006248927

化合物(1−A)および(1−B)において、RおよびRは独立して、水素またはアルキルである。Rの炭素数、Rの炭素数、および環Aと環Aとを接続する炭素数の合計は、2から20である。
以上のように、環構造、末端基、結合基などの種類を適切に選択することによって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、PS−TN、PS−IPS、PS−FFS、PSA−VA、PSA−OCBのようなモードを有する液晶表示素子に用いられる液晶組成物の成分として有用である。
化合物(1)の好ましい例は、化合物(1−1)〜(1−6)、および化合物(1−a)〜(1−f)である。さらに好ましい例は、化合物(1−1)、(1−2)、(1−3)、(1−a)、(1−b)、または(1−c)である。最も好ましい例は、化合物(1−1)または(1−a)である。

Figure 0006248927

Figure 0006248927
これらの化合物において、Z、Z、Z、Z、L、L、s、P、P、P、P、X11、X12、X13、X14、X15、X16、X17、X18、X19、X20、X21、X22、X23、およびX24の定義は、前記と同一である。
化合物(1−1)の好ましい例は、化合物(1−1−a)である。
Figure 0006248927

化合物(1−1−a)において、Z、Z、Z、およびZは独立して、単結合、−CHCHO−または−CH=CHO−であり、sは0または1であり、Lは、単結合、−COO−、−CH=CH−、−CH=CH−COO−、または−C≡C−であり、P、P、P、およびPは独立して、CH=CH−COO−またはCH=C(CH)−COO−である。
化合物(1−1)のさらに好ましい例は、化合物(1−1−b)である。
Figure 0006248927

化合物(1−1−b)において、Lは単結合、−COO−、−CH=CH−、または−CH=CH−COO−、であり、sは0または1であり、P、P、P、およびPは独立してCH=CH−COO−またはCH=C(CH)−COO−である。
化合物(1−a)の好ましい例は、化合物(1−a−1)である。
Figure 0006248927

化合物(1−a−1)において、Z、Z、Z、およびZは独立して、単結合、−CHCHO−または−CH=CHO−であり、sは0または1であり、Lは単結合、−COO−、−CH=CH−、−CH=CH−COO−、または−C≡C−であり、X12、X13、X14、X15、X16、X19、X20、X21、X22、およびX23は水素またはフッ素であり、少なくとも1つはフッ素で置き換えられていて、P、P、P、およびPは独立してCH=CH−COO−またはCH=C(CH)−COO−である。
化合物(1−a)のさらに好ましい例は、化合物(1−a−2)である。
Figure 0006248927

化合物(1−a−2)において、Lは単結合、−COO−、−CH=CH−、または−CH=CH−COO−、であり、sは0または1であり、X12、X13、X14、X15、X16、X19、X20、X21、X22、およびX23は水素またはフッ素であり、少なくとも1つはフッ素で置き換えられていて、P、P、P、およびPは独立してCH=CH−COO−またはCH=C(CH)−COO−である。
2.合成法
化合物(1)の合成法を説明する。化合物(1)は、有機合成化学の手法を適切に組み合わせることにより合成できる。出発物質に目的の末端基、環および結合基を導入する方法は、フーベン−ヴァイル(Houben-Wyle, Methoden der Organische Chemie, Georg-Thieme Verlag, Stuttgart)、オーガニック・シンセシス(Organic Syntheses, John Wily & Sons, Inc.)、オーガニック・リアクションズ(Organic Reactions, John Wily & 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Lの生成
化合物(1)における結合基L、LおよびLを生成する方法の例は、下記のスキームのとおりである。このスキームにおいて、MSG(またはMSG)は、少なくとも1つの環を有する一価の有機基である。複数のMSG(またはMSG)が表わす一価の有機基は、同一であってもよいし、または異なってもよい。化合物(1A)〜(1R)は、化合物(1)に相当する。
Figure 0006248927
Figure 0006248927

Figure 0006248927
Figure 0006248927
Figure 0006248927
(I)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。
(II)−COO−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。この化合物(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(N,N−ジメチル−4−アミノピリジン)の存在下で脱水縮合させて化合物(1B)を合成する。
(III)−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tert−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。
(IV)−(CH−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。
(V)−(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(III)の方法に従って反応を行い、−(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。
(VI)−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。
(VII)−CHO−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(31)と反応させて化合物(1J)を合成する。
(VIII)−(CH23−O−の生成
化合物(28)の代わりに化合物(34)を用いて、項(VII)の方法に従って化合物(1K)を合成する。
(IX)−COCH=CH−の生成
水酸化バリウム存在下、化合物(37)と化合物(28)を反応させることにより、化合物(1L)を合成する。
(X)−C(CH)=C(CH)−の生成
亜鉛と四塩化チタンの存在下、化合物(37)と化合物(38)を反応させることにより、化合物(1M)を合成する。
(XI)−CH=CH−COO−の生成
水素化ナトリウムなどの塩基をジエチルホスホノ酢酸エチルに作用させてリンイリドを調製し、このリンイリドをアルデヒド(39)と反応させてエステル(40)を得る。このエステル(40)を水酸化ナトリウムなどの塩基の存在下で加水分解してカルボン酸(41)を得る。この化合物とアルコール(25)とを脱水縮合させて化合物(1N)を合成する。
(XII)−C(CH)=CH−COO−の生成
水素化ナトリウムなどの塩基をジエチルホスホノ酢酸エチルに作用させてリンイリドを調製し、このリンイリドをメチルケトン(37)と反応させてエステル(42)を得る。このエステル(42)を水酸化ナトリウムなどの塩基の存在下で加水分解してカルボン酸(43)を得る。この化合物とアルコール(25)とを脱水縮合させて化合物(1P)を得る。
(XIII)−CH=CH−CHO−の生成
エステル(47)を水素化ジイソブチルアルミニウム(DIBAL)によって還元することによってアルコール(44)を得る。トリフェニルホスフィンの存在下、アルコール(44)とN−ブロモスクシンイミド(NBS)の反応によって臭化物(45)を得る。この化合物と化合物(25)とを脱水縮合させて化合物(1Q)を得る。
(XX)−CO−の生成
化合物(23)にn−ブチルリチウムを、続いてアルデヒド(38)を反応させてアルコール(46)を得る。アルコール(46)とJones試薬などの酸化剤を反応させることによって化合物(1R)を合成する。
2−2.重合可能な基の生成
下記の重合可能な基を生成する方法の例は、下記のスキームのとおりである。このスキームにおいて、MSGは、少なくとも1つの環を有する一価の有機基である。化合物(1S)〜(1X)は、化合物(1)に相当する。
Figure 0006248927

Figure 0006248927
(I)MCH=CM−COO−の生成
およびMがともに−CFではない場合、Mがフッ素であり、Mが−CFではない場合、またはMが−CFであり、Mがフッ素ではない場合は、上のスキームに示したカルボン酸(51)が市販されている。このカルボン酸(51)と化合物(31)をDCCとDMAPの存在下で脱水縮合させて化合物(1S)を合成する。
およびMがともに−CFである場合は、カルボン酸(52)と化合物(31)とをDCCとDMAPの存在下で脱水縮合させて化合物(53)を得る。触媒量のヨウ化銅存在下、化合物(53)と2,2−ジフルオロ−2−(フルオロスルホニル)酢酸メチルとを反応させて化合物(1T)を合成する。
がフッ素であり、Mが−CFである場合は、カルボン酸(54)と化合物(31)をDCCとDMAPの存在下で脱水縮合させて化合物(55)を得る。化合物(55)をDASTなどのフッ素化剤でフッ素化し、化合物(56)を得る。触媒量のヨウ化銅存在下、化合物(56)と2,2−ジフルオロ−2−(フルオロスルホニル)酢酸メチルとを反応させて化合物(1U)を合成する。
が−CFであり、Mがフッ素である場合は、カルボン酸(57)を出発物質に用い、前記の方法に従って化合物(1V)を合成する。
(II)ビニルオキシ基の生成
炭酸カリウムなどの存在下で、化合物(31)と臭化ビニルとを反応させて化合物(1W)を合成する。
(III)エポキシ基の生成
公知の方法で合成されるビニル化合物(58)をメタクロロ過安息香酸(mCPBA)などで酸化して、化合物(1X)を合成する。
2−3.結合基Zの生成
化合物(1)における結合基Z〜Zを生成する方法の例は、下記のスキームのとおりである。このスキームにおいて、MSGは、少なくとも1つの環を有する一価の有機基である。化合物(1Y)は、化合物(1)に相当する。
Figure 0006248927
(I)−CHO−の生成
炭酸カリウムなどの存在下で、公知の方法で合成される化合物(59)と化合物(31)とを反応させて化合物(60)を得る。化合物(60)を水素化リチウムアルミニウムなどの還元剤で還元し、化合物(61)を得る。化合物(61)をデスマーチン試薬などの酸化剤で酸化し、アルデヒド(62)を得る。メチルトリフェニルホスホニウムブロミドをカリウムtert−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(62)に反応させて化合物(63)を得る。
化合物(61)にMCH=CM−COO−を導入する場合は、前記の方法に従って、化合物(61)と化合物(51)の脱水縮合を行う。化合物(61)にビニルオキシ基を導入する場合は、前記の方法に従って、化合物(61)と臭化ビニルとの反応を行う。化合物(63)にエポキシ基を導入する場合は、前記の方法に従って化合物(63)のエポキシ化反応を行う。
(II)−CH=CH−の生成
公知の方法で合成されるホスホニウム塩(64)をカリウムtert−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(38)に反応させて化合物(65)を得る。化合物(65)にMCH=CM−COO−を導入する場合は、前記の方法に従って、化合物(65)と化合物(51)の脱水縮合を行う。化合物(65)にビニルオキシ基を導入する場合は、前記の方法に従って、化合物(65)と臭化ビニルとの反応を行う。化合物(65)にエポキシ基を導入する場合は、前記の方法に従って−CHOHを−CH=CHに変換したあと、エポキシ化反応を行う。
CH=CM−COO−の導入は、次の方法でもよい。炭酸カリウムなどの存在下で、公知の方法で合成されるアルデヒド(66)と酸無水物(67)とカルボン酸ナトリウム(68)とを反応させて化合物(1Y)を合成する。
(III)−CHCH−の生成
化合物(65)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(69)を合成する。このアルコールにMCH=CM−COO−、ビニルオキシ基またはエポキシ基を導入する方法は、前記のとおりである。
2−4.環Aおよび環Aの生成
三価のベンゼン環に関しては出発物質が市販されているか、または合成法がよく知られている。例えば、4-ブロモカテコール(T−1)、5-ブロモレゾルシノール(T−5)、4-ブロモレゾルシノール(T−8)などを出発物として利用できる。
Figure 0006248927
化合物(1)は、類似の化合物に比べ、適切な重合反応性、高い転化率および液晶組成物への高い溶解度を有する。化合物(1)は、これらの少なくとも2つの物性に関して、適切なバランスを有する。したがって、化合物(1)は、PSAモード用の液晶組成物に添加することができる。
3.液晶組成物
本発明の液晶組成物は、少なくとも1つの化合物(1)を成分として含む。この組成物は、化合物(1)とは異なる、その他の重合性化合物をさらに含んでもよい。その他の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。
その他の重合性化合物の追加例は、化合物(M−1)〜(M−12)である。化合物(M−1)〜(M−12)において、R20は水素またはメチルであり;sは0または1であり;tおよびuは独立して、1〜10の整数である。かっこに入れた記号Fは、水素またはフッ素を意味する。
Figure 0006248927
液晶組成物は、少なくとも1つの化合物(1)を含み、液晶性化合物をさらに含んでもよい。PS−TN、PS−IPS、PS−FFS、PSA−VA、PSA−OCBなどのモード用の液晶表示素子を目的とする場合、この組成物は、化合物(1)を成分Aとして含み、下に示す成分B、C、D、およびEから選択された化合物をさらに含むことが好ましい。成分Bは、化合物(2)〜(4)である。成分Cは化合物(5)である。成分Dは、化合物(6)〜(11)である。成分Eは、化合物(12)〜(14)である。このような組成物を調製するときには、正または負の誘電率異方性、誘電率異方性の大きさなどを考慮して成分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、高い上限温度、低い下限温度、小さな粘度、適切な(大きな、または小さな)光学異方性、正または負に大きな誘電率異方性、および適切な(大きな、または小さな)弾性定数を有する。
このような組成物において、化合物(1)、すなわち成分Aの添加量は、液晶性化合物の全重量に基づいて0.05重量%〜20重量%の範囲である。さらに好ましい添加量は、0.1重量%〜10重量%の範囲である。最も好ましい添加量は、0.2重量%〜1重量%の範囲である。化合物(1)とは異なる、その他の重合性化合物の少なくとも1つをさらに添加してもよい。この場合、化合物(1)とその他の重合性化合物の合計の添加量は、上記の範囲内であることが好ましい。その他の重合性化合物を適切に選択することによって、生成する重合体の物性を調整することができる。その他の重合性化合物の例は、先に説明したとおり、アクリレート、メタクリレートなどである。この例には、化合物(M−1)〜(M−12)も含まれる。
成分B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Bの好ましい例として、化合物(2−1)〜(2−16)、化合物(3−1)〜(3−118)、化合物(4−1)〜(4−56)を挙げることができる。
Figure 0006248927
Figure 0006248927
Figure 0006248927
Figure 0006248927
Figure 0006248927
Figure 0006248927
Figure 0006248927

Figure 0006248927
これらの化合物(成分B)において、RおよびX1の定義は、前記と同一である。
成分Bは、誘電率異方性が正であり、熱、光などに対する安定性が非常に優れているので、PS−IPS、PS−FFS、PSA−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Bの含有量は、液晶性化合物の全重量に基づいて1重量%〜99重量%の範囲が適しており、好ましくは10重量%〜97重量%の範囲、さらに好ましくは40重量%〜95重量%の範囲である。この組成物は、化合物(12)〜(14)(成分E)をさらに添加することにより粘度を調整することができる。成分Bを誘電率異方性が負である組成物に添加する場合、成分Bの含有量は液晶性化合物の全重量に基づいて30重量%以下が好ましい。成分B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Cは、右末端基が−C≡Nまたは−C≡C−C≡Nである化合物(5)である。成分Cの好ましい例として、化合物(5−1)〜(5−64)を挙げることができる。
Figure 0006248927
Figure 0006248927
Figure 0006248927
これらの化合物(成分C)において、RおよびX2の定義は、前記と同一である。
成分Cは、誘電率異方性が正であり、その値が大きいのでPS−TNなどのモード用の組成物を調製する場合に主として用いられる。この成分Cを添加することにより、組成物の誘電率異方性を大きくすることができる。成分C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Cは、素子の電圧−透過率曲線の調整にも有用である。
PS−TNなどのモード用の組成物を調製する場合には、成分Cの含有量は、液晶性化合物の全重量に基づいて1重量%〜99重量%の範囲が適しており、好ましくは10重量%〜97重量%の範囲、さらに好ましくは40重量%〜95重量%の範囲である。この組成物は、成分Eを添加することにより液晶相の温度範囲、粘度、光学異方性、誘電率異方性などを調整できる。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の含有量は液晶性化合物の全重量に基づいて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、化合物(6)〜(11)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ベンゼン環を有する。成分Dの好ましい例として、化合物(6−1)〜(6−6)、化合物(7−1)〜(7−15)、化合物(8−1)、化合物(9−1)〜(9−3)、化合物(10−1)〜(10−11)、および化合物(11−1)〜(11−10)を挙げることができる。
Figure 0006248927
Figure 0006248927
これらの化合物(成分D)において、RおよびRの定義は、前記と同一である。
成分Dは、誘電率異方性が負の化合物である。成分Dは、PS−IPS、PS−FFS、PSA−VA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Dの含有量を増加させると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。したがって、誘電率異方性の絶対値が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Dのうち、化合物(6)は2環化合物であるので、主として、粘度の調整、光学異方性の調整、または誘電率異方性の調整の効果がある。化合物(7)および(8)は3環化合物であるので、上限温度を高くする、光学異方性を大きくする、または誘電率異方性を大きくするという効果がある。化合物(9)〜(11)は、誘電率異方性を大きくするという効果がある。
PS−IPS、PS−FFS、PSA−VA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、液晶性化合物の全重量に基づいて、好ましくは40重量%以上であり、さらに好ましくは50重量%〜95重量%の範囲である。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D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Dの含有量が液晶化合物の全重量に基づいて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、2つの末端基がアルキルなどである化合物である。成分Eの好ましい例として、化合物(12−1)〜(12−11)、化合物(13−1)〜(13−19)、および化合物(14−1)〜(14−6)を挙げることができる。
Figure 0006248927
Figure 0006248927
これらの化合物(成分E)において、RおよびRの定義は前記と同一である。
成分Eは、誘電率異方性の絶対値が小さいので、中性に近い化合物である。化合物(12)は、主として粘度の調整または光学異方性の調整の効果がある。化合物(13)および(14)は、上限温度を高くすることによってネマチック相の温度範囲を広げる効果、または光学異方性の調整の効果がある。
成分Eの含有量を増加させると組成物の粘度が小さくなるが、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。したがって、PS−IPS、PSA−VA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、液晶性化合物の全重量に基づいて、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。
液晶組成物の調製は、必要な成分を室温よりも高い温度で溶解させるなどの方法により行われる。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、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。
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)〜(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−シクロへキシレンまたは1,4−フェニレンであり、R24は炭素数1〜10のアルキルである。

Figure 0006248927
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る。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。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 0006248927
化合物(AO−1)において、R25は炭素数1〜20のアルキル、炭素数1〜20のアルコキシ、−COOR26、または−CHCHCOOR26であり;R26は炭素数1〜20のアルキルである。化合物(AO−2)および(AO−5)において、R27は炭素数1〜20のアルキルである。化合物(AO−5)において、環Kおよび環Lは1,4−シクロへキシレンまたは1,4−フェニレンであり、vは0、1、または2であり、R28は水素、メチルまたはOである。
4.重合
化合物(1)は、適切な重合反応性、高い転化率および液晶組成物への高い溶解度を有する。化合物(1)と液晶性化合物とを含有する液晶組成物を重合させることによって重合体を含有する液晶組成物が生成する。化合物(1)は、重合によって液晶組成物の中に重合体を生成するからである。この重合体は、液晶分子にプレチルトを生じさせる効果がある。重合は、液晶組成物が液晶相を示す温度で行うのが好ましい。重合は、熱、光などによって進行する。好ましい反応は光重合である。光重合は、熱重合が併起するのを防ぐために、100℃以下で行うのが好ましい。電場または磁場を印加した状態で重合させてもよい。
化合物(1)の重合反応性および転化率は調整することができる。化合物(1)はラジカル重合に適している。化合物(1)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、残存する化合物(1)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、チバ・スペシャルティ・ケミカルズ(株)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〜500nmの範囲である。さらに好ましい波長は250nm〜450nmの範囲であり、最も好ましい波長は300nm〜400nmの範囲である。
5.液晶表示素子
液晶表示素子における重合体の効果は、次のように解釈される。液晶組成物は、液晶性化合物、重合性化合物などの混合物である。この液晶組成物に電場を印加することによって、液晶分子が電場の方向に配向する。この配向に従って、重合性化合物も同じように配向する。この状態で液晶組成物に紫外線を照射して、重合性化合物を重合させる。この結果、液晶組成物中に重合体のネットワークが生成する。このネットワークの効果によって、液晶分子は電場の方向に配向した状態で安定化される。電場を除去した場合でもこの効果は維持される。したがって、素子の応答時間が短縮されることになる。
液晶組成物の重合は、表示素子の中で行うのが好ましい。一例は次のとおりである。透明電極と配向膜とを備えた二枚のガラス基板を有する表示素子を用意する。化合物(1)、液晶性化合物、添加物などを成分とする液晶組成物を調製する。この組成物を表示素子に注入する。この表示素子に電場を印加しながら紫外線を照射して化合物(1)を重合させる。この重合によって重合体を含有する液晶組成物が生成する。この方法によってPSAモードを有する液晶表示素子を容易に作製することができる。この方法では、配向膜のラビング処理を省略してもよい。なお、電場がない状態で液晶分子を安定化させる方法を採用してもよい。
重合性化合物の添加量が液晶性化合物の全重量に基づいて0.1重量%から2重量%の範囲であるとき、PSAモードの液晶表示素子が作製される。PSAモードの素子は、AM(active matrix)、PM(passive matrix)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。重合性化合物の添加量を増やすことによって、高分子分散(polymer dispersed)モードの素子も作製することができる。
実施例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。
1.化合物(1)の実施例
化合物(1)は、実施例1などに示した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。化合物の物性は、下記に記載した方法により測定した。
NMR分析
測定装置は、DRX−500(ブルカーバイオスピン(株)社製)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、測定は、室温で、500MHz、積算回数16回の条件で行った。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。
HPLC分析
測定装置は、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
測定装置は、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。
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(Japan Electronics and Information Technology Industries Association;以下、JEITAと略す)で審議制定されるJEITA規格(JEITA・ED−2521B)に記載された方法、またはこれを修飾した方法であった。測定に用いたTN素子には、薄膜トランジスター(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)に試料を置き、3℃/分の速度で加熱しながら相状態とその変化を偏光顕微鏡で観察し、相の種類を特定した。
(2)転移温度(℃)
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エスアイ・ナノテクノロジー社製の高感度示差走査熱量計、X−DSC7000を用いて測定した。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。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。
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、Cのように表した。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)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。ネマチック相の上限温度を「上限温度」と略すことがある。試料が化合物と母液晶との混合物であるときは、TNIの記号で示した。試料が化合物と成分B、C、D、またはEとの混合物であるときは、NIの記号で示した。
(4)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。
(5)粘度(バルク粘度;η;20℃で測定;mPa・s)
E型回転粘度計を用いて測定した。
(6)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。
(7)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)}。
(8)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である。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間の面積Aを求めた。面積Bは減衰しなかったときの面積である。電圧保持率は面積Bに対する面積Aの百分率である。
(9)電圧保持率(VHR−2;80℃で測定;%)
25℃の代わりに、80℃で同様に測定して得られた結果をVHR−2の記号で示す。
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。そこで、(10)〜(14)では、誘電率異方性が正であるときの測定法を示す。誘電率異方性が負の場合は、(15)〜(19)に示す。
(10)粘度(回転粘度;γ1;25℃で測定;mPa・s)
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。
(11)誘電率異方性(Δε;25℃で測定)
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。
(12)弾性定数(K;25℃で測定;pN)
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の平均値である。
(13)しきい値電圧(Vth;25℃で測定;V)
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る。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ある。
(14)応答時間(τ;25℃で測定;ms)
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る。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。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ある。
(15)粘度(回転粘度;γ1;25℃で測定;mPa・s)
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30ボルト〜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。
(16)誘電率異方性(Δε;25℃で測定)
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。
(17)弾性定数(K11およびK33;25℃で測定;pN)
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。
(18)しきい値電圧(Vth;25℃で測定;V)
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る。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ある。
(19)応答時間(τ;25℃で測定;ms)
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る。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、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。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)である。
[実施例1]
[1,1’−ビフェニル]−3,3’,4,4’−テトライル テトラキス(2−メチルアクリレート)(化合物1−1−1)を下記のスキームに従って合成した。
Figure 0006248927
第1工程 3,4−ジヒドロキシフェニルボロン酸(T−2)の合成
4−ブロモカテコール(T−1)(18.8g;東京化成工業株式会社製)を乾燥したTHF(200ml)に溶解させ、−70℃まで冷却した。窒素雰囲気下、n−BuLi(72ml)を滴下し、−70℃で2時間撹拌した。次に、ホウ酸トリメチル(15.6g)のTHF溶液を−70℃でゆっくりと滴下し、室温まで昇温して16時間撹拌した。反応終了後、2N−HCl(100ml)を加え、トルエンにて抽出した。抽出液を、水、飽和塩化ナトリウム水溶液にて洗浄した後、無水硫酸マグネシウムで乾燥し、減圧下で濃縮して淡茶色固体を得た。このものを再結晶(容積比で、ヘプタン:トルエン=4:1)することにより、3,4−ジヒドロキシフェニルボロン酸(T−2;9.7g、収率63%)を無色結晶として得た。
第2工程 [1,1’−ビフェニル]−3,3’,4,4’−テトラオール(T−3)の合成
上記の工程で得た化合物(T−2)(9.7g)と化合物(T−1)(12.5g)をイソプロパノール(IPA)に溶解させ、パラジウム炭素(0.38g)および炭酸カリウム(18.4g)を加えて6時間加熱還流した。反応終了後、パラジウム炭素を濾過し、酢酸エチルにて抽出し、飽和炭酸水素ナトリウム水溶液、水、飽和塩化ナトリウム水溶液にて洗浄した。この抽出液を無水硫酸マグネシウムで乾燥し、減圧下で濃縮して淡茶色固体を得た。このものをシリカゲルカラムクロマトグラフィー(容積比で、トルエン:酢酸エチル=20:1)、及び再結晶(容積比で、トルエン:ヘプタン=1:4)することにより、[1,1’−ビフェニル]−3,3’,4,4’−テトラオール(T−3)(12.5g、収率86%)を無色結晶として得た。
第3工程 化合物(1−1−1)の合成
上記の工程で得た化合物(T−3)(12.5g)、メタクリル酸(T−4)(21.7g)およびジメチルアミノピリジン(DMAP)(30.8g)をジクロロメタンに溶解した。この溶液中に氷冷下、ジシクロヘキシルカルボジイミド(DCC)(30.7g)を固体のまま投入し、室温で12時間撹拌した。反応終了後、生じた不溶物をろ過し、ろ液をジクロロメタンにて抽出した。抽出液を、水、飽和塩化ナトリウム水溶液にて洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥し、減圧下で濃縮して無色液体を得た。このものをシリカゲルカラムクロマトグラフィー(容積比で、トルエン:酢酸エチル=20:1)、及び再結晶(容積比で、ヘプタン:エタノール=1:1)することにより、化合物(1−1−1)(15.2g、収率54%)を無色結晶として得た。
H−NMR(δppm;CDCl):7.63(s,2H)、7.57(d,2H)、7.32(d,2H)、6.43(d,4H)、6.18(d,4H)、2.01(s,12H).
化合物(1−1−1)の物性は、次の通りであった。
融点:75℃、重合開始温度:140℃.
[実施例2]
[1,1’−ビフェニル]−2,2’,4,4’−テトライル テトラキス(2−メチルアクリレート)(化合物1−2−1)を下記のスキームに従って合成した。
Figure 0006248927
実施例1に記載の方法と同様にして、5-ブロモレゾルシノール(T−5)(18.8g;東京化成工業株式会社製)およびメタクリル酸(T−4)(9.29g)から[1,1’−ビフェニル]−2,2’,4,4’−テトライル テトラキス(2−メチルアクリレート)(化合物1−2−1)(6.37g、収率13%)を無色結晶として得た。
H−NMR(δppm;CDCl):7.73(d,2H)、7.24(s,2H)、6.96(d,2H)、6.42(d,4H)、6.16(d,4H)、2.00(s,12H).
化合物(1−2−1)の物性は、次の通りであった。
融点:85℃、重合開始温度:133℃.
[実施例3]
[1,1’−ビフェニル]−3,3’,5,5’−テトライル テトラキス(2−メチルアクリレート)(化合物1−3−1)を下記のスキームに従って合成した。
Figure 0006248927
実施例1に記載の方法と同様にして、4-ブロモレゾルシノール(T−8)(18.8g;東京化成工業株式会社製)およびメタクリル酸(T−4)(9.8g)から化合物(1−3−1)(17.6g、収率36%)を無色結晶として得た。
H−NMR(δppm;CDCl):7.47(s,4H)、7.26(s,2H)、6.43(d,4H)、6.19(d,4H)、2.01(s,12H).
[実施例4]
化合物(1−1−31)を下記のスキームに従って合成した。
Figure 0006248927
化合物(T−1)の水酸基をメチル基で保護した化合物(T−11)を出発原料として用い、化合物(1−1−31)を得た。
融点:159.3℃
H−NMR(CDCl;δ ppm):7.40(d,2H),7.37(dd,2H),7.25(d,2H),7.06(s,2H),6.30(d,4H),5.74(d,4H),2.01(d,12H).
[実施例5]
化合物(1−1−55)を下記のスキームに従って合成した。

Figure 0006248927




化合物(T−1)をメチル基で保護した化合物(T−11)を用いて、実施例1の第1工程と同様の操作によって化合物(T−17)を得た。続いて、1−ブロモ−3−フルオロ−4−ヨードベンゼン(T−18)(東京化成工業株式会社製)と化合物(T−17)との反応によって化合物(T−19)を得たのち、2段階にて化合物(1−1−55)を得た。
融点:129.0℃
H−NMR(CDCl;δ ppm):7.53−7.50(m,4H),7.43(dd,1H),7.39−7.34(m,4H),6.32(s,4H),5.76(s,4H),2.03(d,12H).
[実施例6]
化合物(1−1−65)を下記のスキームに従って合成した。
Figure 0006248927
化合物(T−17)および3−ブロモフルオロベンゼン(T−21)(東京化成工業株式会社製)を出発原料として用い、化合物(1−1−65)を得た。
融点:144.3℃
H−NMR(CDCl;δ ppm):7.63(t,1H),7.50(d,1H),7.48(dd,1H),7.44(dd,1H),7.42(d,1H),7.37(dd,1H),7.34(d,1H),7.30(dd,1H),7.26(d,1H),7.21(d,2H),6.32−6.30(m,4H),5.76−5.74(m,4H),2.03(s,9H),2.02(s,3H).
[実施例7]
化合物(1−1−74)を下記のスキームに従って合成した。
Figure 0006248927
化合物(T−17)および化合物(T−27)を出発原料として用い、化合物(1−1−74)を得た。化合物(T−27)については、1−ブロモ−4−ヨードベンゼン(東京化成工業株式会社製)および3−フルオロフェニルボロン酸(東京化成工業株式会社製)とのクロスカップリング反応によって得た。
融点:186.8℃
H−NMR(CDCl;δ ppm):7.74−7.70(m,4H),7.59−7.46(m,7H),7.38(dd,2H),6.35(m,4H),5.78(m,4H),2.06(s,12H).
[実施例8]
化合物(1−1−95)を下記のスキームに従って合成した。
Figure 0006248927
化合物(T−1)を出発原料として用い、化合物(1−1−95)を得た。化合物(T−35)については、化合物(T−1)の水酸基をベンジル基で保護したのち、実施例1の第1工程と同様の操作によって得ることができる。
融点:97.6℃
H−NMR(CDCl;δ ppm):7.54−7.50(m,5H),7.44−7.34(m,4H),6.60(d,2H),6.32−6.27(m,4H),6.03(d,2H),5.76−5.75(m,2H),2.04(s,6H).
[実施例9]
化合物(1−1−115)を下記のスキームに従って合成した。
Figure 0006248927
化合物(T−17)および3−ヨードブロモベンゼン(T−39)(東京化成工業株式会社製)を出発原料として用い、化合物(1−1−115)を得た。
融点:66.6℃
H−NMR(CDCl;δ ppm):8.02(m,1H),7.87(d,2H),7.80(dd,2H),7.75(dd,2H),7.60(t,1H),7.48(d,2H),6.22(d,4H),5.92(m,4H),1.97(s,12H).
実施例1〜9に記載された合成方法と同様の方法により、以下に示す化合物(1−1−1)〜(1−1−116)、化合物(1−2−1)〜(1−2−90)、化合物(1−3−1)〜(1−3−79)、化合物(1−4−1)〜(1−4−46)、化合物(1−5−1)〜(1−5−46)、化合物(1−6−1)〜(1−6−46)、(1−A−1)〜(1−A−16)、および(1−B−1)〜(1−B−16)を合成することができる。
Figure 0006248927
Figure 0006248927
Figure 0006248927
Figure 0006248927
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Figure 0006248927
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Figure 0006248927
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Figure 0006248927
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Figure 0006248927
Figure 0006248927
Figure 0006248927
Figure 0006248927
Figure 0006248927
Figure 0006248927
Figure 0006248927
Figure 0006248927
比較化合物の合成
[比較例1]
[1,1’−ビフェニル]−4,4’−ジイル ビス(2−メタクリレート)(R−1)の合成
Figure 0006248927
第1工程
化合物(T−1)を4−ブロモフェノールに変更した以外は、実施例1と同様に反応を行い、比較化合物(R−1)の無色結晶を得た。
H−NMR(DMSO−d;δ ppm):7.24(d,4H),6.96(d,4H),6.41(d,2H),6.26(d,2H),1.98(s,6H).
比較化合物(R−1)の物性は、次の通りであった。
融点:150℃、重合開始温度:152℃.
[比較例2]
([1,1’−ビフェニル]−4,4’−ジイルビス(オキシ))ビス(エタン−2,1−ジイル)ビス(2−メタクリレート)(R−2)の合成
Figure 0006248927
化合物(S−17)の合成
窒素雰囲気下、化合物(S−15)(100g,0.768mol)、トルエン(300mL)、ピリジン(100mL)の混合物中に、氷冷下、化合物(S−16)(161g,0.845mol)を滴下し、室温で18時間撹拌した。水を加え、40℃で4時間撹拌した後、反応溶液をトルエンで抽出し、有機層を水洗し、無水硫酸マグネシウムで乾燥した。有機溶媒を減圧下で留去し、化合物(S−17)を無色液体(207g)として得た。
化合物(R−2)の合成
窒素雰囲気下、化合物(S−1)(30.0g,0.161mol)、DMF(200mL)の混合物に、水素化ナトリウム(55%)(16.8g,0.386mol)を加え、80℃で1時間撹拌した。反応溶液にBHT(5.000mg、0.0220mmol)とDMF(600mL)を加えた後、化合物(S−17)(110g,0.387mol)を加え、60℃で4時間撹拌した。反応溶液に水を注ぎ、トルエンで抽出し、有機層を水洗し、無水硫酸マグネシウムで乾燥後、有機溶媒を減圧下で留去した。残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(容積比で、トルエン:酢酸エチル=9:1)で精製後、エタノールより再結晶し、比較化合物(R−2)(22.3g)を無色結晶として得た。
H−NMR(DMSO−d;δ ppm):7.47(d,4H),6.98(d,4H),6.15(s,2H),5.60(t,2H),4.52(t,4H),4.26(t,4H),1.96(s,6H).
比較化合物(R−2)の物性は、次の通りであった。
融点:89℃、重合開始温度:184℃.
[比較実験1]
液晶組成物への溶解度の比較
下記の液晶組成物Aに、本発明の重合性化合物(1−1−1)、(1−2−1)、または(1−3−1)を0.3重量%の割合で添加した。この混合物を50℃で30分加熱し、均一な溶液を得た。この溶液を、溶解度−1(室温で2日間)、および溶解度−2(−20℃で10日間)の条件で放置したあと、結晶が析出したか否かを目視により観察した。比較化合物(R−1)または(R−2)についても同様な方法で観察した。表1に結果を示す。表1の記号において、“○”は結晶が析出しなかったことを、“×”は結晶が析出したことを示す。表1から、本発明の重合性化合物は、液晶組成物Aへの溶解度が良好であることが分かる。
なお、液晶組成物Aの成分は以下の通りであった。
3−H2B(2F,3F)−O2 (6−4) 18%
5−H2B(2F,3F)−O2 (6−4) 17%
3−HH1OCro(7F,8F)−5 (10−6) 6%
3−HBB(2F,3F)−O2 (7−7) 10%
4−HBB(2F,3F)−O2 (7−7) 6%
5−HBB(2F,3F)−O2 (7−7) 6%
2−HH−3 (12−1) 14%
3−HH−4 (12−1) 8%
3−HHB−1 (13−1) 5%
3−HHB−3 (13−1) 6%
3−HHB−O1 (13−1) 4%
表1.液晶組成物への溶解度の比較
Figure 0006248927
[比較実験2]
未反応の重合性化合物
上記の液晶組成物Aに、重合性化合物(1−1−1)または(1−3−1)を0.3重量%の割合で添加し、溶解させた。この溶液に、11mW/cmの紫外線を273秒間照射した。紫外線の照射には、HOYA CANDEO OPTRONICS株式会社製の水銀キセノンランプ、EXECURE4000−Dを用いた。得られた溶液に残存する重合性化合物の量をHPLCにより測定した。一方、比較化合物(R−2)についても液晶組成物Aに残存する未反応の重合性化合物の量を同様に測定した。表2に結果を示す。
表2.未反応の重合性化合物
Figure 0006248927
表2から、本発明の重合性化合物は、未反応物の量が比較化合物に比べて少ないことが分かる。したがって、化合物(1)は、重合反応において、高い転化率を有するといえる。表1と表2の結果から、重合性化合物(1−1−1)は、比較化合物より高い転化率を有し、他の液晶性化合物との相溶性に優れている、と結論できる。
2.液晶組成物の実施例
実施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。実施例において記号の後にあるかっこ内の番号は化合物の番号に対応する。(−)の記号はその他の液晶性化合物を意味する。液晶性化合物の含有量(百分率)は、液晶性化合物の全重量に基づいた重量百分率(重量%)である。最後に、液晶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 0006248927
[実施例10]
3−HBB(F,F)XB(F,F)−F (4−38) 10%
4−BB(F)B(F,F)XB(F,F)−F (4−47) 8%
5−BB(F)B(F,F)XB(F,F)−F (4−47) 3%
3−HH−O1 (12−1) 3%
3−HH−V (12−1) 39%
3−HH−V1 (12−1) 6%
V−HHB−1 (13−1) 5%
1−BB(F)B−2V (13−6) 5%
5−HBB(F)B−2 (14−5) 4%
3−HXB(F,F)−F (2−13) 4%
3−HHXB(F,F)−CF3 (3−100) 6%
3−BB(F,F)XB(F,F)−F (3−97) 7%
上記の組成物に基づいて、下記の化合物(1−2−1)を0.3重量%の割合で添加した。
Figure 0006248927


NI=75.6℃;Δn=0.105;Δε=6.7;η=13.6mPa・s.
[実施例11]
5−HB(F)B(F,F)XB(F,F)−F (4−41) 5%
3−BB(F)B(F,F)XB(F,F)−F (4−47) 4%
4−BB(F)B(F,F)XB(F,F)−F (4−47) 7%
3−GB(F)B(F,F)XB(F,F)−F (4−56) 3%
3−HH−V (12−1) 36%
3−HH−V1 (12−1) 7%
3−HHEH−5 (13−13) 3%
3−HHB−1 (13−1) 4%
V−HHB−1 (13−1) 9%
V2−BB(F)B−1 (13−6) 5%
1V2−BB―F (12−8) 3%
3−BB(F,F)XB(F,F)−F (3−97) 6%
3−GB(F,F)XB(F,F)−F (3−118) 5%
3−HHBB(F,F)−F (4−6) 3%
上記の組成物に基づいて、下記の化合物(1−1−1)を0.4重量%の割合で添加した。
Figure 0006248927

NI=85.9℃;Δn=0.106;Δε=7.2;η=15.3mPa・s.
[実施例12]
5−HB−F (2−2) 12%
6−HB−F (2−2) 9%
7−HB−F (2−2) 7%
2−HHB−OCF3 (3−1) 7%
3−HHB−OCF3 (3−1) 7%
4−HHB−OCF3 (3−1) 7%
5−HHB−OCF3 (3−1) 5%
3−HH2B−OCF3 (3−4) 4%
5−HH2B−OCF3 (3−4) 4%
3−HHB(F,F)−OCF2H (3−3) 4%
3−HHB(F,F)−OCF3 (3−3) 5%
3−HH2B(F)−F (3−5) 3%
3−HBB(F)−F (3−23) 10%
5−HBB(F)−F (3−23) 10%
5−HBBH−3 (14−1) 3%
3−HB(F)BH−3 (14−2) 3%
上記の組成物に基づいて、下記の化合物(1−3−1)を0.3重量%の割合で添加した。
Figure 0006248927

NI=85.4℃;Δn=0.092;Δε=4.5;η=15.6mPa・s.
[実施例13]
5−HB−CL (2−2) 11%
3−HH−4 (12−1) 8%
3−HHB−1 (13−1) 5%
3−HHB(F,F)−F (3−3) 8%
3−HBB(F,F)−F (3−24) 20%
5−HBB(F,F)−F (3−24) 15%
3−HHEB(F,F)−F (3−12) 10%
4−HHEB(F,F)−F (3−12) 3%
5−HHEB(F,F)−F (3−12) 3%
2−HBEB(F,F)−F (3−39) 3%
3−HBEB(F,F)−F (3−39) 5%
5−HBEB(F,F)−F (3−39) 3%
3−HHBB(F,F)−F (4−6) 6%
上記の組成物に基づいて、下記の化合物(1−1−1)を0.3重量%の割合で添加した。
Figure 0006248927

NI=80.4℃;Δn=0.103;Δε=8.7;η=23.2mPa・s.
[実施例14]
2−HH−3 (12−1) 7%
3−HH−4 (12−1) 16%
3−HB−O2 (12−5) 12%
3−H2B(2F,3F)−O2 (6−4) 14%
5−H2B(2F,3F)−O2 (6−4) 14%
3−HHB(2F,3CL)−O2 (7−12) 4%
2−HBB(2F,3F)−O2 (7−7) 4%
3−HBB(2F,3F)−O2 (7−7) 9%
5−HBB(2F,3F)−O2 (7−7) 9%
3−HHB−1 (13−1) 4%
3−HHB−3 (13−1) 4%
3−HHB−O1 (13−1) 3%
上記の組成物に基づいて、下記の化合物(1−2−1)を0.4重量%の割合で添加した。
Figure 0006248927

NI=75.2℃;Δn=0.092;Δε=−3.9;η=19.0mPa・s.
[実施例15]
3−HH−V (12−1) 25%
1−BB−3 (12−8) 8%
3−HB−O2 (12−5) 5%
3−BB(2F,3F)−O2 (6−3) 8%
5−BB(2F,3F)−O2 (6−3) 6%
2−HH1OB(2F,3F)−O2 (7−5) 13%
3−HH1OB(2F,3F)−O2 (7−5) 21%
3−HHB−1 (13−1) 5%
3−HHB−O1 (13−1) 3%
2−BB(2F,3F)B−3 (8−1) 6%
上記の組成物に基づいて、下記の化合物(1−1−1)を0.3重量%の割合で添加した。
Figure 0006248927

NI=77.3℃;Δn=0.105;Δε=−3.2;η=15.6mPa・s.
[実施例16]
2−HH−3 (12−1) 19%
7−HB−1 (12−5) 7%
5−HB−O2 (12−5) 8%
3−HB(2F,3F)−O2 (6−1) 15%
5−HB(2F,3F)−O2 (6−1) 15%
5−HBB(2F,3F)−O2 (7−7) 3%
3−HDhB(2F,3F)−O2 (7−3) 5%
3−HH1OCro(7F,8F)−5 (10−6) 5%
3−HHB−1 (13−1) 4%
3−HHB−3 (13−1) 4%
5−HBB(F)B−2 (13−6) 7%
5−HBB(F)B−3 (13−6) 8%
上記の組成物に基づいて、下記の化合物(1−3−1)を0.3重量%の割合で添加した。
Figure 0006248927

NI=76.2℃;Δn=0.100;Δε=−2.5;η=19.8mPa・s.
[実施例17]
1−BB−3 (12−8) 10%
3−HH−V (12−1) 29%
3−BB(2F,3F)−O2 (6−3) 8%
5−BB(2F,3F)−O2 (6−3) 6%
2−HH1OB(2F,3F)−O2 (7−5) 20%
3−HH1OB(2F,3F)−O2 (7−5) 13%
3−HHB−1 (13−1) 8%
5−B(F)BB−2 (13−6) 6%
上記の組成物に基づいて、下記の化合物(1−1−1)を0.4重量%の割合で添加した。
Figure 0006248927

NI=73.4℃;Δn=0.106;Δε=−3.0;η=14.8mPa・s.
[実施例18]
3−HH−V (12−1) 26%
5−HH−V (12−1) 8%
V−HHB−1 (13−1) 12%
V2−HHB−1 (13−1) 4%
1−BB(F)B−2V (13−6) 5%
3−HHXB(F,F)−F (3−100) 10%
3−BB(F,F)XB(F,F)−F (3−97) 7%
3−GB(F,F)XB(F,F)−F (3−118) 7%
3−HBBXB(F,F)−F (4−32) 7%
3−HBB(F,F)XB(F,F)−F (4−38) 5%
3−BB(F)B(F,F)XB(F,F)−F(4−47) 4%
4−GB(F)B(F,F)XB(F,F)−F(4−56) 5%
上記の組成物に基づいて、下記の化合物(1−1−1)を0.3重量%の割合で添加した。
Figure 0006248927

NI=86.4℃;Δn=0.105;Δε=8.5;η=16.2mPa・s.
[実施例19]
1−BB−3 (12−8) 10%
3−HH−V (12−1) 27%
3−HB−O2 (12−5) 2%
3−BB(2F,3F)−O2 (6−3) 8%
5−BB(2F,3F)−O2 (6−3) 6%
2−HH1OB(2F,3F)−O2 (7−5) 20%
3−HH1OB(2F,3F)−O2 (7−5) 13%
3−HHB−1 (13−1) 8%
2−BBB(2F)−5 (13−8) 6%
上記の組成物に基づいて、下記の化合物(1−1−55)を0.3重量%の割合で添加した。
Figure 0006248927

NI=73.3℃;Δn=0.107;Δε=−3.0;η=15.3mPa・s.
[実施例20]
1−BB−3 (12−8) 10%
3−HH−V (12−1) 29%
3−BB(2F,3F)−O2 (6−3) 8%
5−BB(2F,3F)−O2 (6−3) 6%
2−HH1OB(2F,3F)−O2 (7−5) 20%
3−HH1OB(2F,3F)−O2 (7−5) 13%
3−HHB−1 (13−1) 6%
3−HHB−O1 (13−1) 2%
2−BBB(2F)−5 (13−8) 6%
上記の組成物に基づいて、下記の化合物(1−1−53)を0.2重量%の割合で添加した。
Figure 0006248927


NI=74.0℃;Δn=0.106;Δε=−3.0;η=15.0mPa・s.
[実施例21]
5−HB(F)B(F,F)XB(F,F)−F(4−41) 5%
3−BB(F)B(F,F)XB(F,F)−F(4−47) 5%
4−BB(F)B(F,F)XB(F,F)−F(4−47) 5%
5−BB(F)B(F,F)XB(F,F)−F(4−47) 3%
3−HH−V (12−1) 41%
3−HH−V1 (12−1) 7%
3−HHEH−5 (13−13) 3%
3−HHB−1 (13−1) 4%
V−HHB−1 (13−1) 5%
V2−BB(F)B−1 (13−6) 5%
1V2−BB―F (12−8) 3%
3−BB(F,F)XB(F,F)−F (3−97) 11%
3−HHBB(F,F)−F (4−6) 3%
上記の組成物に基づいて、下記の化合物(1−1−72)を0.15重量%の割合で添加した。
Figure 0006248927

NI=82.0℃;Δn=0.105;Δε=6.3;η=11.9mPa・s.
[実施例22]
5−HB(F)B(F,F)XB(F,F)−F(4−41) 5%
3−BB(F)B(F,F)XB(F,F)−F(4−47) 3%
4−BB(F)B(F,F)XB(F,F)−F(4−47) 7%
5−BB(F)B(F,F)XB(F,F)−F(4−47) 3%
3−HH−V (12−1) 41%
3−HH−V1 (12−1) 7%
3−HHEH−5 (13−13) 3%
3−HHB−1 (13−1) 2%
V−HHB−1 (13−1) 5%
V2−BB(F)B−1 (13−6) 5%
1V2−BB―F (12−8) 3%
3−BB(F,F)XB(F,F)−F (3−97) 11%
3−HHBB(F,F)−F (4−6) 5%
上記の組成物に基づいて、下記の化合物(1−1−102)を0.2重量%の割合で添加した。
Figure 0006248927

NI=82.5℃;Δn=0.106;Δε=6.5;η=13.0mPa・s.
[実施例23]
5−HB−CL (2−2) 13%
3−HH−4 (12−1) 8%
3−HHB−1 (13−1) 5%
3−HHB(F,F)−F (3−3) 8%
3−HBB(F,F)−F (3−24) 20%
5−HBB(F,F)−F (3−24) 15%
3−HHEB(F,F)−F (3−12) 10%
4−HHEB(F,F)−F (3−12) 3%
5−HHEB(F,F)−F (3−12) 3%
2−HBEB(F,F)−F (3−39) 3%
3−HBEB(F,F)−F (3−39) 3%
5−HBEB(F,F)−F (3−39) 3%
3−HHBB(F,F)−F (4−6) 6%
上記の組成物に基づいて、下記の化合物(1−1−74)を0.2重量%の割合で添加した。
Figure 0006248927


NI=78.6℃;Δn=0.102;Δε=8.3;η=21.1mPa・s.
[実施例24]
5−HB−CL (2−2) 11%
3−HH−4 (12−1) 10%
3−HHB−1 (13−1) 5%
3−HHB(F,F)−F (3−3) 8%
3−HBB(F,F)−F (3−24) 18%
5−HBB(F,F)−F (3−24) 15%
3−HHEB(F,F)−F (3−12) 10%
4−HHEB(F,F)−F (3−12) 3%
5−HHEB(F,F)−F (3−12) 3%
2−HBEB(F,F)−F (3−39) 3%
3−HBEB(F,F)−F (3−39) 5%
5−HBEB(F,F)−F (3−39) 3%
3−HHBB(F,F)−F (4−6) 6%
上記の組成物に基づいて、下記の化合物(1−1−106)を0.2重量%の割合で添加した。
Figure 0006248927

NI=80.5℃;Δn=0.101;Δε=8.5;η=21.4mPa・s.
[実施例25]
2−HH−3 (12−1) 19%
7−HB−1 (12−5) 7%
5−HB−O2 (12−5) 8%
3−HB(2F,3F)−O2 (6−1) 15%
5−HB(2F,3F)−O2 (6−1) 15%
5−HBB(2F,3F)−O2 (7−7) 1%
4−HBB(2F,3CL)−O2 (7−13) 2%
3−HH1OCro(7F,8F)−5 (10−6) 5%
3−HHB−1 (13−1) 4%
3−HHB−3 (13−1) 4%
5−HBB(F)B−2 (14−5) 7%
5−HBB(F)B−3 (14−5) 8%
3−HDhB(2F,3F)−O2 (7−3) 5%
上記の組成物に基づいて、下記の化合物(1−1−103)を0.2重量%の割合で添加した。
Figure 0006248927

NI=75.3℃;Δn=0.098;Δε=−2.5;η=19.8mPa・s.
[実施例26]
2−HH−3 (12−1) 19%
7−HB−1 (12−5) 7%
5−HB−O2 (12−5) 8%
3−HB(2F,3F)−O2 (6−1) 15%
5−HB(2F,3F)−O2 (6−1) 15%
5−HBB(2F,3F)−O2 (7−7) 3%
3−HH1OCro(7F,8F)−5 (10−6) 5%
3−HHB−1 (13−1) 4%
3−HHB−3 (13−1) 4%
3−HHB−O1 (13−1) 2%
5−HBB(F)B−2 (14−5) 5%
5−HBB(F)B−3 (14−5) 8%
3−HDhB(2F,3F)−O2 (7−3) 5%
上記の組成物に基づいて、下記の化合物(1−1−108)を0.15重量%の割合で添加した。
Figure 0006248927


NI=74.5℃;Δn=0.095;Δε=−2.5;η=18.3mPa・s.
[実施例27]
5−HB(F)B(F,F)XB(F,F)−F(4−41) 5%
3−BB(F)B(F,F)XB(F,F)−F(4−47) 5%
4−BB(F)B(F,F)XB(F,F)−F(4−47) 5%
5−BB(F)B(F,F)XB(F,F)−F(4−47) 3%
3−HH−V (12−1) 41%
3−HH−V1 (12−1) 7%
3−HHEH−5 (13−13) 3%
3−HHB−1 (13−1) 4%
V−HHB−1 (13−1) 5%
V2−BB(F)B−1 (13−6) 5%
1V2−BB―F (12−8) 3%
3−BB(F,F)XB(F,F)−F (3−97) 11%
3−HHBB(F,F)−F (4−6) 3%
上記の組成物に基づいて、下記の化合物(1−1−55)を0.15重量%の割合で添加した。
Figure 0006248927

NI=82.1℃;Δn=0.105;Δε=6.4;η=12.2mPa・s.
[実施例28]
5−HB−CL (2−2) 13%
3−HH−4 (12−1) 8%
3−HHB−1 (13−1) 5%
3−HHB(F,F)−F (3−3) 8%
3−HBB(F,F)−F (3−24) 20%
5−HBB(F,F)−F (3−24) 15%
3−HHEB(F,F)−F (3−12) 10%
4−HHEB(F,F)−F (3−12) 3%
5−HHEB(F,F)−F (3−12) 3%
2−HBEB(F,F)−F (3−39) 3%
3−HBEB(F,F)−F (3−39) 3%
5−HBEB(F,F)−F (3−39) 3%
3−HHBB(F,F)−F (4−6) 6%
上記の組成物に基づいて、下記の化合物(1−1−55)を0.2重量%の割合で添加した。
Figure 0006248927

NI=78.7℃;Δn=0.101;Δε=8.3;η=21.0mPa・s.
[実施例29]
2−HH−3 (12−1) 19%
7−HB−1 (12−5) 7%
5−HB−O2 (12−5) 8%
3−HB(2F,3F)−O2 (6−1) 15%
5−HB(2F,3F)−O2 (6−1) 15%
5−HBB(2F,3F)−O2 (7−7) 1%
4−HBB(2F,3CL)−O2 (7−13) 2%
3−HH1OCro(7F,8F)−5 (10−6) 5%
3−HHB−1 (13−1) 4%
3−HHB−3 (13−1) 4%
5−HBB(F)B−2 (14−5) 7%
5−HBB(F)B−3 (14−5) 8%
3−HDhB(2F,3F)−O2 (7−3) 5%
上記の組成物に基づいて、下記の化合物(1−1−55)を0.2重量%の割合で添加した。
Figure 0006248927

NI=75.2℃;Δn=0.096;Δε=−2.6;η=19.6mPa・s.
本発明の重合性化合物は、適切な重合反応性、高い転化率および液晶組成物への良好な溶解度を有する。本発明の液晶組成物は、この化合物を含有し、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、大きな誘電率異方性、高い比抵抗、適切なプレチルトおよび適切な弾性定数のような物性を有する。この組成物は、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。重合性化合物は重合によって組成物中に重合体を与える。この組成物は、PSAモードを有する液晶表示素子に好適である。この組成物を含む液晶表示素子は、素子を使用できる広い温度範囲、短い応答時間、大きな電圧保持率、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。したがって、この素子はパソコン、テレビなどに用いることができる。

Claims (17)

  1. 式(1)で表わされる化合物。
    Figure 0006248927

    [式中、環A、環A、環A、および環Aは独立して、フェニレンまたはシクロへキシレンであり、これらにおいて、少なくとも1つの水素は、炭素数1から10のアルキル、フッ素、−CFH、または−CFで置き換えられてもよく;
    、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−、−COO−、−CH=CH−、または−C≡C−で置き換えられてもよく;
    、LおよびLは、単結合であり;
    sおよびtは独立して0または1であり、sおよびtの和は、1または2であり;
    、P、P、およびP何れも同じ基(P−1)であり;
    Figure 0006248927

    基(P−1)中、Mは、水素、フッ素、−CH、または−CFである。]
  2. 式(1−1)から(1−6)のいずれかで表される、請求項1に記載の化合物。
    Figure 0006248927

    [式中、Z、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−、−COO−、−CH=CH−、または−C≡C−で置き換えられてもよく;
    およびLは、単結合であり;
    sは1であり;
    、P、PおよびPは、何れも同じ基(P−1)である。]

    Figure 0006248927

    [基(P−1)中、Mは、水素、フッ素、−CH、または−CFである。]
  3. 式(1−a)から(1−f)のいずれかで表される、請求項1に記載の化合物。
    Figure 0006248927

    [式中、Z、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−、−COO−、−CH=CH−、または−C≡C−で置き換えられてもよく;
    およびLは、単結合であり;
    sは1であり;
    式(1−a)から(1−f)のそれぞれの式において、X11、X12、X13、X14、X15、X16、X17、X18、X19、X20、X21、X22、X23、およびX24のうち少なくとも1つは、メチル、フッ素、−CFH、または−CFであり、残りは、水素であり;
    、P、PおよびPは、何れも同じ基(P−1)である。]
    Figure 0006248927

    [基(P−1)中、Mは、水素、フッ素、−CH、または−CFである。]
  4. 請求項2に記載の式(1−1)から(1−6)、および請求項に記載の式(1−a)〜(1−f)において、Z、Z、Z、およびZが独立して、単結合であり、sが1であり、Lが単結合であり、Lが、単結合であり、P、P、PおよびP何れもCH=CH−COO−または何れもCH=C(CH)−COO−である、請求項2または3に記載の化合物。
  5. 請求項2に記載の式(1−1)から(1−6)、および請求項3に記載の式(1−a)〜(1−f)において、Z、Z、Z、およびZが独立して、−COO−、−CHO−、−CHCHO−、または−CH=CHO−であり、sが1であり、Lが単結合であり、Lが、単結合であり、P、P、PおよびP何れもCH=CH−COO−または何れもCH=C(CH)−COO−である、請求項2または3に記載の化合物。
  6. 請求項2に記載の式(1−1)から(1−3)、および請求項3に記載の式(1−a)〜(1−c)において、Z、Z、Z、およびZが、単結合であり、sが1であり、Lが単結合であり、Lが、単結合であり、P、P、PおよびP何れもCH=CH−COO−または何れもCH=C(CH)−COO−である、請求項2または3に記載の化合物。
  7. 請求項2に記載の式(1−1)から(1−3)、および請求項3に記載の式(1−a)〜(1−c)において、Z、Z、Z、およびZが独立して、−CHCHO−または−CH=CHO−であり、sが1であり、Lが単結合であり、Lが、単結合であり、P、P、PおよびP何れもCH=CH−COO−または何れもCH=C(CH)−COO−である、請求項2または3に記載の化合物。
  8. 請求項1〜7のいずれか1項に記載の化合物から得られる重合体。
  9. 請求項1〜7のいずれか1項に記載の化合物および請求項8に記載の重合体の群から選択される少なくとも1つを含有する液晶組成物。
  10. 式(2)、(3)および(4)で表される化合物の群から選択される少なくとも1つの化合物をさらに含有する、請求項9に記載の液晶組成物。
    Figure 0006248927

    [式中、Rは炭素数1〜10のアルキルまたは炭素数2〜10のアルケニルであり、これらにおいて、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、少なくとも1つの−CH2−は−O−で置き換えられてもよく;
    は独立して、フッ素、塩素、−OCF3、−OCHF2、−CF3、−CHF2、−CH2F、−OCF2CHF2、または−OCF2CHFCF3であり;
    環B、環Bおよび環Bは独立して、1,4−シクロヘキシレン、1,3−ジオキサン−2,5−ジイル、ピリミジン−2,5−ジイル、テトラヒドロピラン−2,5−ジイル、または少なくとも1つの水素がフッ素で置き換えられてもよい1,4−フェニレンであり;
    およびYは独立して、−(CH22−、−(CH24−、−COO−、−CF2O−、−OCF2−、−CH=CH−、−C≡C−、−CHO−、または単結合であり;
    およびQは独立して水素またはフッ素である。]
  11. 式(5)で表される化合物の群から選択される少なくとも1つの化合物をさらに含有する、請求項9または10に記載の液晶組成物。
    Figure 0006248927

    [式中、Rは炭素数1〜10のアルキルまたは炭素数2〜10のアルケニルであり、これらにおいて、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、少なくとも1つの−CH2−は−O−で置き換えられてもよく;
    は−C≡Nまたは−C≡C−C≡N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、1,3−ジオキサン−2,5−ジイル、テトラヒドロピラン−2,5−ジイル、またはピリミジン−2,5−ジイルであり;
    は、−(CH22−、−COO−、−CF2O−、−OCF2−、−C≡C−、−CHO−、または単結合であり;
    およびQは独立して水素またはフッ素であり;
    qは、0、1または2であり、rは0または1である。]
  12. 式(6)、(7)、(8)、(9)、(10)および(11)で表される化合物の群から選択される少なくとも1つの化合物をさらに含有する、請求項9に記載の液晶組成物。
    Figure 0006248927

    [式中、RおよびRは独立して炭素数1〜10のアルキルまたは炭素数2〜10のアルケニルであり、これらにおいて、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、少なくとも1つの−CH2−は−O−で置き換えられてもよく;
    環D、環D、環Dおよび環D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−2,6−ナフタレンであり;
    、Y、YおよびYは独立して、−(CH22−、−COO−、−CHO−、−OCF−、−OCF(CH22−、または単結合であり;
    およびQは独立してフッ素または塩素であり;
    j、k、l、m、n、およびpは独立して0または1であり、k、l、m、およびnの和は、1または2である。]
  13. 式(12)、(13)および(14)で表される化合物の群から選択される少なくとも1つの化合物をさらに含有する、請求項9に記載の液晶組成物。
    Figure 0006248927

    [式中、RおよびRは独立して炭素数1〜10のアルキルまたは炭素数2〜10のアルケニルであり、これらにおいて、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、少なくとも1つの−CH2−は−O−で置き換えられてもよく;
    環E、環Eおよび環Eは独立して、1,4−シクロヘキシレン、ピリミジン−2,5−ジイル、1,4−フェニレン、2−フルオロ−1,4−フェニレン、または2,5−ジフルオロ−1,4−フェニレンであり;
    およびYは独立して、−C≡C−、−COO−、−(CH22−、−CH=CH−または単結合である。]
  14. 請求項13に記載の式(12)、(13)および(14)で表される化合物の群から選択される少なくとも1つの化合物をさらに含有する、請求項10に記載の液晶組成物。
  15. 請求項13に記載の式(12)、(13)および(14)で表される化合物の群から選択される少なくとも1つの化合物をさらに含有する、請求項11に記載の液晶組成物。
  16. 請求項13に記載の式(12)、(13)および(14)で表される化合物の群から選択される少なくとも1つの化合物をさらに含有する、請求項12に記載の液晶組成物。
  17. 請求項9〜16のいずれか1項に記載の液晶組成物を含有する液晶表示素子。
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