JP7279312B2 - 液晶化合物、液晶組成物及び液晶表示素子 - Google Patents

液晶化合物、液晶組成物及び液晶表示素子 Download PDF

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本発明は、液晶化合物、液晶組成物及び液晶表示素子に関する。
液晶表示素子は、時計、電卓をはじめとして、各種測定機器、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、テレビ、時計、広告表示板等に用いられている。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(ネマチック相、スメクチック相及びブルー相等)を示し、低粘性であり、かつ駆動電圧が低いことが求められる。液晶組成物は、液晶表示素子の要求特性に応じて、誘電率異方性(Δε)及び屈折率異方性(Δn)等が最適な値となるように調製される。
具体的には、機能が互いに異なる数種類から数十種類の液晶化合物を選択し、またそれらの配合比を調整することで、求められる液晶組成物の性能を得る。各液晶化合物の機能は、その基本骨格(分子構造)によっておよそ決まることが知られている。例えば、ベンゼン環の水素原子の一部がフッ素原子で置換された構造を有する液晶化合物は、液晶組成物のΔεを向上させることができる(例えば特許文献1~3)。
特開平08-291288号公報 特開2006-193707号公報 特開2016-222662号公報
一方、液晶表示素子の表示性能を向上させることが要求される場合、高いΔnを示す液晶組成物を用いることが望ましい。この場合、Δnを向上させる機能を有する液晶化合物(すなわちΔnの絶対値が大きい液晶化合物)を配合することが考えられるが、液晶表示素子の他の性能とのバランスを勘案すると、Δnの絶対値が必ずしも大きくない液晶化合物も併用せざるを得ない。したがって、Δnの絶対値が比較的大きくなるような基本骨格を有する液晶化合物のみならず、Δnの絶対値が比較的小さくなるような基本骨格を有する液晶化合物についても、Δnを少しでも向上させることが、液晶組成物全体のΔnを向上させるために重要となる。
そこで、本発明は、液晶化合物のΔnを向上させることを課題とする。
本発明の一側面は、下記一般式(i)で表される液晶化合物である。
Figure 0007279312000001

[式中、
i1は、炭素原子数1~15のアルキル基を表すが、アルキル基中に存在する1個の-CH-又は隣接していない2個以上の-CH-は、-O-、-S-、-COO-、-OCO-、-CO-又は-C≡C-により置き換えられてもよく、
i2は、フッ素原子又は炭素原子数1~15のアルキル基を表すが、アルキル基中に存在する1個の-CH-又は隣接していない2個以上の-CH-は、-O-、-S-、-COO-、-OCO-、-CO-、-CH=CH-又は-C≡C-により置き換えられてもよく、
i1及びAi2は、それぞれ独立して、
(a)1,4-シクロへキシレン基(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-O-又は-S-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(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、
(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であり、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よく、
i1及びZi2は、それぞれ独立して、単結合、-CHCH-、-(CH-、-OCH-、-CHO-、-COO-、-OCO-、-OCF-、-CFO-、-CH=N-N=CH-、-CH=CH-、-CF=CF-又は-C≡C-を表し、
i1は1~4の整数を表し、mi1は0~3の整数を表し、かつni1+mi1は1~4であり、
i1が2~4の整数を表す場合、複数存在するAi1及びZi1は、それぞれ互いに同一であっても異なっていてもよく、mi1が2~3の整数を表す場合、複数存在するAi2及びZi2は、それぞれ互いに同一であっても異なっていてもよい。]
i1は、好ましくは基(a)又は基(b)である。Ai1は、好ましくは基(a)である。Zi1は、好ましくは単結合である。ni1は、好ましくは1である。
本発明の他の一側面は、上記の化合物を含有する液晶組成物である。
本発明の他の一側面は、一対の基板と、一対の基板間に設けられ、上記の液晶組成物からなる液晶層と、を備える液晶表示素子である。
本発明によれば、液晶化合物のΔnを向上させることができる。
一実施形態に係る液晶表示素子の構成を模式的に示す図である。
以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、本明細書において、成分の含有量の単位として記載される「%」は、特段の指定のない限り「質量%」を意味する。
本発明の一実施形態は、下記一般式(i)で表される液晶化合物である。
Figure 0007279312000002
この液晶化合物は、理由は定かではないが、下記式:
Figure 0007279312000003

(*は結合手を表す)
で表される部分構造を有していることにより、化合物の基本骨格(Ri1、Ri2、Ai1、Ai2、Zi1、Zi2、ni1及びmi1を用いて表される構造)が同じ又は類似している場合であっても、比較的高いΔnを示す。
i1は、炭素原子数1~15のアルキル基を表すが、アルキル基中に存在する1個の-CH-又は隣接していない2個以上の-CH-は、-O-、-S-、-COO-、-OCO-、-CO-又は-C≡C-により置き換えられてもよく、好ましくは、炭素原子数1~15の無置換のアルキル基である。Ri1で表されるアルキル基の炭素数は、好ましくは、1~12、1~9、1~6、1~5、1~4、1~3、2~3、又は3である。
i2は、フッ素原子又は炭素原子数1~15のアルキル基を表すが、アルキル基中に存在する1個の-CH-又は隣接していない2個以上の-CH-は、-O-、-S-、-COO-、-OCO-、-CO-、-CH=CH-又は-C≡C-により置き換えられてもよく、好ましくは、フッ素原子、炭素原子数1~15の無置換のアルキル基、又は、当該アルキル基中に存在する1個の-CH-又は隣接していない2個以上の-CH-が-O-で置き換えられた基であり、より好ましくは、炭素原子数1~15の無置換のアルキル基、又は、当該アルキル基中に存在する1個の-CH-又は隣接していない2個以上の-CH-が-O-で置き換えられた基である。Ri2で表されるアルキル基の炭素数は、好ましくは、1~12、1~9、1~6、1~5、1~4、又は1~3である。
i1及びAi2は、それぞれ独立して、
(a)1,4-シクロへキシレン基(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-O-又は-S-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(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、
(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であり、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よい。
i1は、好ましくは基(a)又は基(b)であり、より好ましくは基(a)である。この場合、基(a)は、好ましくは無置換の1,4-シクロへキシレン基であり、基(b)は、好ましくは無置換の1,4-フェニレン基である。
i2における基(a)は、好ましくは無置換の1,4-シクロへキシレン基である。
i2における基(b)は、好ましくは、無置換の1,4-フェニレン基、1,4-フェニレン基中に存在する隣接していない2個の-CH=が-N=に置き換えられた基、又は1,4-フェニレン基中に存在する水素原子の1個若しくは2個がフッ素原子で置換された基であり、より好ましくは、無置換の1,4-フェニレン基、又は1,4-フェニレン基中に存在する水素原子の1個若しくは2個がフッ素原子で置換された基であり、更に好ましくは、無置換の1,4-フェニレン基、3-フルオロ-1,4-フェニレン基、3,5-ジフルオロ-1,4-フェニレン基、又は2,3-ジフルオロ-1,4-フェニレン基である。
i2における基(c)は、好ましくは無置換のナフタレン-2,6-ジイル基である。
i2における基(d)は、好ましくは無置換の1,4-シクロヘキセニレン基である。
i1及びZi2は、それぞれ独立して、単結合、-CHCH-、-(CH-、-OCH-、-CHO-、-COO-、-OCO-、-OCF-、-CFO-、-CH=N-N=CH-、-CH=CH-、-CF=CF-又は-C≡C-を表す。Zi1は、好ましくは単結合又は-CHCH-であり、より好ましくは単結合である。Zi2は、好ましくは、単結合、-CHO-、又は-CFO-であり、より好ましくは単結合である。
i1は、1~4の整数を表す。ni1が2~4の整数を表す場合、複数存在するAi1及びZi1は、それぞれ互いに同一であっても異なっていてもよい。ni1は、1~3又は1~2の整数であってもよく、好ましくは1である。
i1は、0~3の整数を表す。mi1が2~3の整数を表す場合、複数存在するAi2及びZi2は、それぞれ互いに同一であっても異なっていてもよい。mi1は、0~2の整数であってもよく、好ましくは0又は1である。
i1+mi1は、1~4である。ni1+mi1は、1~3であってもよく、好ましくは1又は2である。
一般式(i)で表される液晶化合物は、信頼性の低下を抑制し、光安定性を向上させる観点から、好ましくは下記一般式(ii)で表される液晶化合物である。
Figure 0007279312000004

式中、Ri1、Ri2、Ai1、Ai2、Zi1、Zi2及びmi1は、それぞれ、一般式(i)におけるRi1、Ri2、Ai1、Ai2、Zi1、Zi2及びmi1と同じ意味であり、ni2は0~3の整数を表し、ni2+mi1は0~3である。ni2は、0~2又は0~1の整数であってもよく、好ましくは0である。ni2+mi1は、0~2であってもよく、好ましくは0又は1である。
一般式(i)で表される液晶化合物は、信頼性の低下を更に抑制し、光安定性を更に向上させる観点から、より好ましくは下記一般式(iii)で表される液晶化合物である。
Figure 0007279312000005

式中、Ri1、Ri2、Ai2、Zi2及びmi1は、それぞれ、一般式(i)におけるRi1、Ri2、Ai2、Zi2及びmi1と同じ意味である。
一般式(i)で表される液晶化合物として特に好ましい化合物は、以下のとおり例示される。
Figure 0007279312000006
本発明の他の一実施形態は、上記液晶化合物を含有する液晶組成物である。上記液晶化合物の含有量は、液晶組成物の総量に対して、0.5%以上、1%以上、3%以上、5%以上、8%以上、10%以上、又は15%以上であってよく、30%以下、25%以下、20%以下、15%以下、10%以下、8%以下、又は5%以下であってよい。
液晶組成物は、一般式(II)で表される化合物を1種又は2種以上含有してよい。
Figure 0007279312000007

(式中、RII1は炭素原子数1~10のアルキル基を表し、該アルキル基中の1個又は非隣接の2個以上の-CH-はそれぞれ独立して-CH=CH-、-C≡C-、-O-、-CO-、-COO-又は-OCO-によって置換されていてもよく、
II1及びAII2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-CH-又は隣接していない2個以上の-CH-は-O-に置き換えられてもよい。)及び
(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よい。)
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よく、
II1は単結合、-CHCH-、-(CH-、-OCH-、-CHO-、-COO-、-OCO-、-OCF-、-CFO-、-CH=N-N=CH-、-CH=CH-、-CF=CF-又は-C≡C-を表し、
II1は水素原子、フッ素原子、塩素原子、シアノ基又は炭素原子数1~10のアルキル基を表し、該アルキル基中の1個又は非隣接の2個以上の-CH-はそれぞれ独立して-CH=CH-、-C≡C-、-O-、-CO-、-COO-又は-OCO-によって置換されていてもよく、また、アルキル基中の1個又は2個以上の水素原子はフッ素原子で置換されていてもよく、
II1は1、2、3又は4を表すが、mII1が2、3又は4を表す場合、複数存在するAII1及びZII1は同一であっても異なっていてもよい。)
<一般式(II)で表される化合物の第一態様>
一般式(II)で表される化合物は、誘電率異方性が正のいわゆるp型液晶化合物であって、以下の一般式(J)で示される化合物であってよい。
一般式(II)で表される化合物として、一般式(J)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。これら化合物は誘電的に正の化合物(Δεが2より大きい。)に該当する。
Figure 0007279312000008

(式中、RJ1は炭素原子数1~8のアルキル基を表し、該アルキル基中の1個又は非隣接の2個以上の-CH-はそれぞれ独立して-CH=CH-、-C≡C-、-O-、-CO-、-COO-又は-OCO-によって置換されていてもよく、
J1は、0、1、2、3又は4を表し、
J1、AJ2及びAJ3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-CH-又は隣接していない2個以上の-CH-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よい。)
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、塩素原子、メチル基、トリフルオロメチル基又はトリフルオロメトキシ基で置換されていてもよく、
J1及びZJ2は、それぞれ独立して単結合、-CHCH-、-(CH-、-OCH-、-CHO-、-OCF-、-CFO-、-COO-、-OCO-又は-C≡C-を表し、
J1が2、3又は4であってAJ2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よく、nJ1が2、3又は4であってZJ1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よく、
J1は、水素原子、フッ素原子、塩素原子、シアノ基、トリフルオロメチル基、フルオロメトキシ基、ジフルオロメトキシ基、トリフルオロメトキシ基又は2,2,2-トリフルオロエチル基を表す。)
一般式(J)中、RJ1は、炭素原子数1~8のアルキル基、炭素原子数1~8のアルコキシ基、炭素原子数2~8のアルケニル基又は炭素原子数2~8のアルケニルオキシ基が好ましく、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、炭素原子数2~5のアルケニル基又は炭素原子数2~5のアルケニルオキシ基が好ましく、炭素原子数1~5のアルキル基又は炭素原子数2~5のアルケニル基が更に好ましく、炭素原子数2~5のアルキル基又は炭素原子数2~3のアルケニル基が更に好ましく、炭素原子数3のアルケニル基(プロペニル基)が特に好ましい。
信頼性を重視する場合にはRJ1はアルキル基であることが好ましく、粘性の低下を重視する場合にはアルケニル基であることが好ましい。
また、それが結合する環構造がフェニル基(芳香族)である場合には、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炭素原子数4~5のアルケニル基が好ましく、それが結合する環構造がシクロヘキサン、ピラン及びジオキサンなどの飽和した環構造の場合には、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。ネマチック相を安定化させるためには炭素原子及び存在する場合酸素原子の合計が5以下であることが好ましく、直鎖状であることが好ましい。
アルケニル基としては、式(R1)から式(R5)のいずれかで表される基から選ばれることが好ましい。(各式中の黒点はアルケニル基が結合している環構造中の炭素原子を表す。)
Figure 0007279312000009
J1、AJ2及びAJ3は、それぞれ独立してΔnを大きくすることが求められる場合には芳香族であることが好ましく、応答速度を改善するためには脂肪族であることが好ましく、トランス-1,4-シクロへキシレン基、1,4-フェニレン基、1,4-シクロヘキセニレン基、1,4-ビシクロ[2.2.2]オクチレン基、ピペリジン-1,4-ジイル基、ナフタレン-2,6-ジイル基、デカヒドロナフタレン-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-ジイル基を表すことが好ましく、それらはフッ素原子により置換されていてもよく、下記の構造を表すことがより好ましく、
Figure 0007279312000010

下記の構造を表すことがより好ましい。
Figure 0007279312000011
J1及びZJ2は、それぞれ独立して-CHO-、-OCH-、-CFO-、-CHCH-、-CFCF-又は単結合を表すことが好ましく、-OCH-、-CFO-、-CHCH-又は単結合が更に好ましく、-OCH-、-CFO-又は単結合が特に好ましい。
J1は、フッ素原子又はトリフルオロメトキシ基が好ましく、フッ素原子が好ましい。
J1は、0、1、2又は3が好ましく、0、1又は2が好ましく、Δεの改善に重点を置く場合には0又は1が好ましく、Tniを重視する場合には1又は2が好ましい。
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種類である。またさらに、本発明の別の実施形態では4種類であり、5種類であり、6種類であり、7種類以上である。
液晶組成物において、一般式(J)で表される化合物の含有量は、低温での溶解性、転移温度、電気的な信頼性、複屈折率、プロセス適合性、滴下痕、焼き付き、誘電率異方性などの求められる性能に応じて適宜調整する必要がある。
一般式(J)で表される化合物の含有量は、液晶組成物の総量に対して、1%以上、10%以上、20%以上、30%以上、40%以上、50%以上、55%以上、60%以上、65%以上、70%以上、75%以上、又は80%以上であってよく、95%以下、85%以下、75%以下、65%以下、55%以下、45%以下、35%以下、又は25%以下であってよい。
液晶組成物の粘度を低く保ち、応答速度が速い組成物が必要な場合は上記の下限値を低めに、上限値を低めにすることが好ましい。さらに、液晶組成物のTniを高く保ち、温度安定性の良い組成物が必要な場合は上記の下限値を低めに、上限値を低めにすることが好ましい。また、駆動電圧を低く保つために誘電率異方性を大きくしたいときは、上記の下限値を高めに、上限値を高めにすることが好ましい。
信頼性を重視する場合にはRJ1はアルキル基であることが好ましく、粘性の低下を重視する場合にはアルケニル基であることが好ましい。
一般式(J)で表される化合物としては、一般式(M)で表される化合物及び一般式(K)で表される化合物が好ましい。
液晶組成物は、一般式(M)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。これら化合物は、誘電的に正の化合物(Δεが2より大きい。)に該当する。
Figure 0007279312000012

(式中、RM1は炭素原子数1~8のアルキル基を表し、該アルキル基中の1個又は非隣接の2個以上の-CH-はそれぞれ独立して-CH=CH-、-C≡C-、-O-、-CO-、-COO-又は-OCO-によって置換されていてもよく、
M1は、0、1、2、3又は4を表し、
M1及びAM2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-CH-又は隣接していない2個以上の-CH-は-O-又は-S-に置き換えられてもよい。)及び
(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。)
からなる群より選ばれる基を表し、上記の基(a)及び基(b)上の水素原子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よく、
M1及びZM2はそれぞれ独立して単結合、-CHCH-、-(CH-、-OCH-、-CHO-、-OCF-、-CFO-、-COO-、-OCO-又は-C≡C-を表し、
M1が2、3又は4であってAM2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よく、nM1が2、3又は4であってZM1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よく、
M1及びXM3はそれぞれ独立して水素原子、塩素原子又はフッ素原子を表し、
M2は、水素原子、フッ素原子、塩素原子、シアノ基、トリフルオロメチル基、フルオロメトキシ基、ジフルオロメトキシ基、トリフルオロメトキシ基又は2,2,2-トリフルオロエチル基を表す。)
一般式(M)中、RM1は、炭素原子数1~8のアルキル基、炭素原子数1~8のアルコキシ基、炭素原子数2~8のアルケニル基又は炭素原子数2~8のアルケニルオキシ基が好ましく、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、炭素原子数2~5のアルケニル基又は炭素原子数2~5のアルケニルオキシ基が好ましく、炭素原子数1~5のアルキル基又は炭素原子数2~5のアルケニル基が更に好ましく、炭素原子数2~5のアルキル基又は炭素原子数2~3のアルケニル基が更に好ましく、炭素原子数3のアルケニル基(プロペニル基)が特に好ましい。
信頼性を重視する場合にはRM1はアルキル基であることが好ましく、粘性の低下を重視する場合にはアルケニル基であることが好ましい。
また、それが結合する環構造がフェニル基(芳香族)である場合には、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炭素原子数4~5のアルケニル基が好ましく、それが結合する環構造がシクロヘキサン、ピラン及びジオキサンなどの飽和した環構造の場合には、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。ネマチック相を安定化させるためには炭素原子及び存在する場合酸素原子の合計が5以下であることが好ましく、直鎖状であることが好ましい。
アルケニル基としては、式(R1)から式(R5)のいずれかで表される基から選ばれることが好ましい。(各式中の黒点はアルケニル基が結合している環構造中の炭素原子を表す。)
Figure 0007279312000013
M1及びAM2はそれぞれ独立してΔnを大きくすることが求められる場合には芳香族であることが好ましく、応答速度を改善するためには脂肪族であることが好ましく、トランス-1,4-シクロへキシレン基、1,4-フェニレン基、2-フルオロ-1,4-フェニレン基、3-フルオロ-1,4-フェニレン基、3,5-ジフルオロ-1,4-フェニレン基、2,3-ジフルオロ-1,4-フェニレン基、1,4-シクロヘキセニレン基、1,4-ビシクロ[2.2.2]オクチレン基、ピペリジン-1,4-ジイル基、ナフタレン-2,6-ジイル基、デカヒドロナフタレン-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-ジイル基を表すことが好ましく、下記の構造を表すことがより好ましく、
Figure 0007279312000014

下記の構造を表すことがより好ましい。
Figure 0007279312000015
M1及びZM2はそれぞれ独立して-CHO-、-CFO-、-CHCH-、-CFCF-又は単結合を表すことが好ましく、-CFO-、-CHCH-又は単結合が更に好ましく、-CFO-又は単結合が特に好ましい。
M1は、0、1、2又は3が好ましく、0、1又は2が好ましく、Δεの改善に重点を置く場合には0又は1が好ましく、Tniを重視する場合には1又は2が好ましい。
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種類である。またさらに、本発明の別の実施形態では4種類であり、5種類であり、6種類であり、7種類以上である。
液晶組成物において、一般式(M)で表される化合物の含有量は、低温での溶解性、転移温度、電気的な信頼性、複屈折率、プロセス適合性、滴下痕、焼き付き、誘電率異方性などの求められる性能に応じて適宜調整する必要がある。
式(M)で表される化合物の含有量は、液晶組成物の総量に対して、0%以上、1%以上、10%以上、20%以上、30%以上、40%以上、50%以上、55%以上、60%以上、65%以上、70%以上、75%以上、又は80%以上であってよく、95%以下、85%以下、75%以下、65%以下、55%以下、45%以下、35%以下、又は25%以下であってよい。
液晶組成物の粘度を低く保ち、応答速度が速い組成物が必要な場合は上記の下限値を低めに、上限値を低めにすることが好ましい。さらに、液晶組成物のTniを高く保ち、温度安定性の良い組成物が必要な場合は上記の下限値を低めに、上限値を低めにすることが好ましい。また、駆動電圧を低く保つために誘電率異方性を大きくしたいときは、上記の下限値を高めに、上限値を高めにすることが好ましい。
一般式(M)で表される液晶化合物は、具体的には下記一般式(M-1)及び一般式(M-2)であることが好ましい。
Figure 0007279312000016

(式中、R31は炭素原子数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のアルコキシ基を表し、X31及びX32はそれぞれ独立して水素原子又はフッ素原子を表し、Y31はフッ素原子又はOCFを表し、M31~M33はそれぞれ独立して、トランス-1,4-シクロへキシレン基又は1,4-フェニレン基を表し、該トランス-1,4-シクロへキシレン基中の1つ又は2つの-CH-は酸素原子が直接隣接しないように、-O-で置換されていてもよく、該フェニレン基中の1つ又は2つの水素原子はフッ素原子で置換されていてもよく、n31及びn32はそれぞれ独立して0、1又は2を表し、n41+n42は、1、2又は3を表す。)
一般式(M-1)で表される液晶化合物は、具体的には下記一般式(M-1-a)から一般式(M-1-f)で表される化合物が好ましい。
Figure 0007279312000017

(式中、R31、X31、X32及びY31は一般式(M)中のR31、X31、X32及びY31と同じ意味を表し、X34~X39はそれぞれ独立して水素原子又はフッ素原子を表す。)
一般式(M-2)で表される液晶化合物は、具体的には下記一般式(M-2-a)から一般式(M-2-n)で表される化合物が好ましい。
Figure 0007279312000018

Figure 0007279312000019

(式中、R31、X31、X32及びY31は一般式(M)中のR31、X31、X32及びY31と同じ意味を表し、X34~X39はそれぞれ独立して水素原子又はフッ素原子を表す。)
また、一般式(M)で表される液晶化合物は、具体的には下記一般式(M-3)から一般式(M-26)であることが好ましい。
Figure 0007279312000020

Figure 0007279312000021

(式中、R31、X31、X32及びY31は一般式(M)中のR31、X31、X32及びY31と同じ意味を表し、X34~X39はそれぞれ独立して水素原子又はフッ素原子を表す。)
液晶組成物は、一般式(K)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。これら化合物は誘電的に正の化合物(Δεが2より大きい。)に該当する。
Figure 0007279312000022

(式中、RK1は炭素原子数1~8のアルキル基を表し、該アルキル基中の1個又は非隣接の2個以上の-CH-はそれぞれ独立して-CH=CH-、-C≡C-、-O-、-CO-、-COO-又は-OCO-によって置換されていてもよく、
K1は、0、1、2、3又は4を表し、
K1及びAK2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-CH-又は隣接していない2個以上の-CH-は-O-又は-S-に置き換えられてもよい。)及び
(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。)
からなる群より選ばれる基を表し、上記の基(a)及び基(b)上の水素原子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よく、
K1及びZK2はそれぞれ独立して単結合、-CHCH-、-(CH-、-OCH-、-CHO-、-OCF-、-CFO-、-COO-、-OCO-又は-C≡C-を表し、
K1が2、3又は4であってAK2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よく、nK1が2、3又は4であってZK1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よく、
K1及びXK3はそれぞれ独立して水素原子、塩素原子又はフッ素原子を表し、
K2は、水素原子、フッ素原子、塩素原子、シアノ基、トリフルオロメチル基、フルオロメトキシ基、ジフルオロメトキシ基、トリフルオロメトキシ基又は2,2,2-トリフルオロエチル基を表す。)
一般式(K)中、RK1は、炭素原子数1~8のアルキル基、炭素原子数1~8のアルコキシ基、炭素原子数2~8のアルケニル基又は炭素原子数2~8のアルケニルオキシ基が好ましく、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、炭素原子数2~5のアルケニル基又は炭素原子数2~5のアルケニルオキシ基が好ましく、炭素原子数1~5のアルキル基又は炭素原子数2~5のアルケニル基が更に好ましく、炭素原子数2~5のアルキル基又は炭素原子数2~3のアルケニル基が更に好ましく、炭素原子数3のアルケニル基(プロペニル基)が特に好ましい。
信頼性を重視する場合にはRK1はアルキル基であることが好ましく、粘性の低下を重視する場合にはアルケニル基であることが好ましい。
また、それが結合する環構造がフェニル基(芳香族)である場合には、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炭素原子数4~5のアルケニル基が好ましく、それが結合する環構造がシクロヘキサン、ピラン及びジオキサンなどの飽和した環構造の場合には、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。ネマチック相を安定化させるためには炭素原子及び存在する場合酸素原子の合計が5以下であることが好ましく、直鎖状であることが好ましい。
アルケニル基としては、式(R1)から式(R5)のいずれかで表される基から選ばれることが好ましい。(各式中の黒点はアルケニル基が結合している環構造中の炭素原子を表す。)
Figure 0007279312000023
K1及びAK2はそれぞれ独立してΔnを大きくすることが求められる場合には芳香族であることが好ましく、応答速度を改善するためには脂肪族であることが好ましく、トランス-1,4-シクロへキシレン基、1,4-フェニレン基、2-フルオロ-1,4-フェニレン基、3-フルオロ-1,4-フェニレン基、3,5-ジフルオロ-1,4-フェニレン基、2,3-ジフルオロ-1,4-フェニレン基、1,4-シクロヘキセニレン基、1,4-ビシクロ[2.2.2]オクチレン基、ピペリジン-1,4-ジイル基、ナフタレン-2,6-ジイル基、デカヒドロナフタレン-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-ジイル基を表すことが好ましく、下記の構造を表すことがより好ましく、
Figure 0007279312000024

下記の構造を表すことがより好ましい。
Figure 0007279312000025

K1及びZK2はそれぞれ独立して-CHO-、-CFO-、-CHCH-、-CFCF-又は単結合を表すことが好ましく、-CFO-、-CHCH-又は単結合が更に好ましく、-CFO-又は単結合が特に好ましい。
K1は、0、1、2又は3が好ましく、0、1又は2が好ましく、Δεの改善に重点を置く場合には0又は1が好ましく、Tniを重視する場合には1又は2が好ましい。
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種類である。またさらに、本発明の別の実施形態では4種類であり、5種類であり、6種類であり、7種類以上である。
液晶組成物において、一般式(K)で表される化合物の含有量は、低温での溶解性、転移温度、電気的な信頼性、複屈折率、プロセス適合性、滴下痕、焼き付き、誘電率異方性などの求められる性能に応じて適宜調整する必要がある。
式(K)で表される化合物の含有量は、液晶組成物の総量に対して、1%以上、10%以上、20%以上、30%以上、40%以上、50%以上、55%以上、60%以上、65%以上、70%以上、75%以上、又は80%以上であってよく、95%以下、85%以下、75%以下、65%以下、55%以下、45%以下、35%以下、又は25%以下であってよい。
液晶組成物の粘度を低く保ち、応答速度が速い組成物が必要な場合は上記の下限値を低めに、上限値を低めにすることが好ましい。さらに、液晶組成物のTniを高く保ち、温度安定性の良い組成物が必要な場合は上記の下限値を低めに、上限値を低めにすることが好ましい。また、駆動電圧を低く保つために誘電率異方性を大きくしたいときは、上記の下限値を高めに、上限値を高めにすることが好ましい。
一般式(K)で表される液晶化合物は、具体的には下記一般式(K-1)及び一般式(K-2)であることが好ましい。
Figure 0007279312000026

(式中、R41は炭素原子数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のアルコキシ基を表し、X41及びX42はそれぞれ独立して水素原子又はフッ素原子を表し、Y41はフッ素原子又はOCFを表し、M41~M43はそれぞれ独立して、トランス-1,4-シクロへキシレン基又は1,4-フェニレン基を表し、該トランス-1,4-シクロへキシレン基中の1つ又は2つの-CH-は酸素原子が直接隣接しないように、-O-で置換されていてもよく、該フェニレン基中の1つ又は2つの水素原子はフッ素原子で置換されていてもよく、n41及びn42はそれぞれ独立して0、1又は2を表し、n41+n42は、1、2又は3を表す。)
一般式(K-1)で表される液晶化合物は、具体的には下記一般式(K-1-a)から一般式(K-1-d)で表される化合物が好ましい。
Figure 0007279312000027

(式中、R41、X41、X42及びY41は一般式(K)中のR41、X41、X42及びY41と同じ意味を表し、X44~X49はそれぞれ独立して水素原子又はフッ素原子を表す。)
一般式(K-2)で表される液晶化合物は、具体的には下記一般式(K-2-a)から一般式(K-2-g)で表される化合物が好ましい。
Figure 0007279312000028

(式中、R41、X41、X42及びY41は一般式(K)中のR41、X41、X42及びY41と同じ意味を表し、X44~X49はそれぞれ独立して水素原子又はフッ素原子を表す。)
また、一般式(K)で表される液晶化合物は、具体的には下記一般式(K-3)から一般式(K-5)であることが好ましい。
Figure 0007279312000029

(式中、R41、X41、X42及びY41は一般式(K)中のR41、X41、X42及びY41と同じ意味を表し、X44~X49はそれぞれ独立して水素原子又はフッ素原子を表す。)
<一般式(II)で表される化合物の第二態様>
一般式(II)で表される化合物は、誘電率異方性が負のいわゆるn型液晶化合物であって、以下の一般式(LC1)及び一般式(LC2)で示される化合物を挙げることができる。
一般式(II)で表される化合物として、一般式(N-1)~一般式(N-3)で表される化合物群から選ばれる化合物を1種又は2種以上含有することが好ましい。
Figure 0007279312000030

(式中、RN11、RN12、RN21、RN22、RN31及びRN32はそれぞれ独立して炭素原子数1~8のアルキル基を表し、該アルキル基中の1個又は非隣接の2個以上の-CH-はそれぞれ独立して-CH=CH-、-C≡C-、-O-、-CO-、-COO-又は-OCO-によって置換されていてもよく、
N11、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-CH-又は隣接していない2個以上の-CH-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よい。)
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よく、
N11、ZN12、ZN21、ZN22、ZN31及びZN32はそれぞれ独立して単結合、-CHCH-、-(CH-、-OCH-、-CHO-、-COO-、-OCO-、-OCF-、-CFO-、-CH=N-N=CH-、-CH=CH-、-CF=CF-又は-C≡C-を表し、
N21は水素原子又はフッ素原子を表し、
N31は-CH-又は酸素原子を表し、
N11、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よい。ただし、一般式(N-2)及び一般式(N-3)において一般式(N-1)で表される化合物は除き、また、一般式(N-3)において一般式(N-2)で表される化合物は除く。)
一般式(N-1)、(N-2)及び(N-3)で表される化合物は、誘電的に負の化合物(Δεの符号が負で、その絶対値が2より大きい。)に該当するが、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。
一般式(N-1)、(N-2)及び(N-3)中、RN11、RN12、RN21、RN22、RN31及びRN32はそれぞれ独立して、炭素原子数1~8のアルキル基、炭素原子数1~8のアルコキシ基、炭素原子数2~8のアルケニル基又は炭素原子数2~8のアルケニルオキシ基が好ましく、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、炭素原子数2~5のアルケニル基又は炭素原子数2~5のアルケニルオキシ基が好ましく、炭素原子数1~5のアルキル基又は炭素原子数2~5のアルケニル基が更に好ましく、炭素原子数2~5のアルキル基又は炭素原子数2~3のアルケニル基が更に好ましく、炭素原子数3のアルケニル基(プロペニル基)が特に好ましい。中でも、RN11及びRN12の少なくとも1つ以上がアルケニル基を表す化合物と、一般式(I)で表される化合物とを組み合わせて用いることで、電圧保持率(VHR)の低下を顕著に抑えることができる。同様に、RN21及びRN22の少なくとも1つ以上がアルケニル基を表す化合物と一般式(I)で表される化合物とを組み合わせて用いることで、電圧保持率(VHR)の低下を顕著に抑えることができ、また、RN31及びRN32の少なくとも1つ以上がアルケニル基を表す化合物と、一般式(I)で表される化合物とを組み合わせて用いることで、電圧保持率(VHR)の低下を顕著に抑えることができる。
また、それが結合する環構造がフェニル基(芳香族)である場合には、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炭素原子数4~5のアルケニル基が好ましく、それが結合する環構造がシクロヘキサン、ピラン及びジオキサンなどの飽和した環構造の場合には、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。ネマチック相を安定化させるためには炭素原子及び存在する場合酸素原子の合計が5以下であることが好ましく、直鎖状であることが好ましい。
アルケニル基としては、式(R1)から式(R5)のいずれかで表される基から選ばれることが好ましい。(各式中の黒点は環構造中の炭素原子を表す。)
Figure 0007279312000031
N11、AN12、AN21、AN22、AN31及びAN32はそれぞれ独立してΔnを大きくすることが求められる場合には芳香族であることが好ましく、応答速度を改善するためには脂肪族であることが好ましく、トランス-1,4-シクロへキシレン基、1,4-フェニレン基、2-フルオロ-1,4-フェニレン基、3-フルオロ-1,4-フェニレン基、3,5-ジフルオロ-1,4-フェニレン基、2,3-ジフルオロ-1,4-フェニレン基、1,4-シクロヘキセニレン基、1,4-ビシクロ[2.2.2]オクチレン基、ピペリジン-1,4-ジイル基、ナフタレン-2,6-ジイル基、デカヒドロナフタレン-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-ジイル基を表すことが好ましく、下記の構造を表すことがより好ましく、
Figure 0007279312000032

トランス-1,4-シクロへキシレン基又は1,4-フェニレン基を表すことがより好ましい。
N11、ZN12、ZN21、ZN22、ZN31及びZN32はそれぞれ独立して-CHO-、-CFO-、-CHCH-、-CFCF-又は単結合を表すことが好ましく、-CHO-、-CHCH-又は単結合が更に好ましく、-CHO-又は単結合が特に好ましい。
N21はフッ素原子が好ましい。
N31は酸素原子が好ましい。
N11+nN12、nN21+nN22及びnN31+nN32は1又は2が好ましく、nN11が1でありnN12が0である組み合わせ、nN11が2でありnN12が0である組み合わせ、nN11が1でありnN12が1である組み合わせ、nN11が2でありnN12が1である組み合わせ、nN21が1でありnN22が0である組み合わせ、nN21が2でありnN22が0である組み合わせ、nN31が1でありnN32が0である組み合わせ、nN31が2でありnN32が0である組み合わせ、が好ましい。
式(N-1)で表される化合物の含有量は、液晶組成物の総量に対して、0%以上、1%以上、10%以上、20%以上、30%以上、40%以上、50%以上、55%以上、60%以上、65%以上、70%以上、75%以上、又は80%以上であってよく、95%以下、85%以下、75%以下、65%以下、55%以下、45%以下、35%以下、25%以下、又は20%以下であってよい。
式(N-2)で表される化合物の含有量は、液晶組成物の総量に対して、0%以上、1%以上、10%以上、20%以上、30%以上、40%以上、50%以上、55%以上、60%以上、65%以上、70%以上、75%以上、又は80%以上であってよく、95%以下、85%以下、75%以下、65%以下、55%以下、45%以下、35%以下、25%以下、又は20%以下であってよい。
式(N-3)で表される化合物の含有量は、液晶組成物の総量に対して、0%以上、1%以上、10%以上、20%以上、30%以上、40%以上、50%以上、55%以上、60%以上、65%以上、70%以上、75%以上、又は80%以上であってよく、95%以下、85%以下、75%以下、65%以下、55%以下、45%以下、35%以下、25%以下、又は20%以下であってよい。
液晶組成物の粘度を低く保ち、応答速度が速い組成物が必要な場合は上記の下限値が低く上限値が低いことが好ましい。さらに、液晶組成物のTniを高く保ち、温度安定性の良い組成物が必要な場合は上記の下限値が低く上限値が低いことが好ましい。また、駆動電圧を低く保つために誘電率異方性を大きくしたいときは、上記の下限値を高く上限値が高いことが好ましい。
液晶組成物は、一般式(N-1)として、一般式(i-1)で表される化合物を1種又は2種以上含有することが好ましい。
Figure 0007279312000033

(式中、Ai11、Ai12及びAi13はそれぞれ独立して1,4-シクロへキシレン基又は1,4-フェニレン基を表すが、1,4-シクロへキシレン基中に存在する1個の-CH-又は隣接していない2個以上の-CH-は-O-又は-S-に置き換えられてもよく、1,4-フェニレン基中に存在する1個の水素原子はそれぞれ独立してフッ素原子又は塩素原子に置換されてもよく、Zi1は-OCH-、-CHO-、-CFO-、-OCF-、-CHCH-又は-CFCF-を表し、mi11及びmi12はそれぞれ独立して0又は1を表し、RN11、RN12及びZN12は、それぞれ独立して一般式(N-1)におけるRN11、RN12及びZN12と同じ意味を表す。)
一般式(i-1)で表される化合物は、一般式(i-1A)、一般式(i-1B)又は一般式(i-1C)で表される化合物であることが好ましい。
Figure 0007279312000034

(式中、RN11、RN12、Ai11及びZi1は、それぞれ独立して一般式(i-1)におけるRN11、RN12、Ai11及びZi1と同じ意味を表す。)
Figure 0007279312000035

(式中、RN11、RN12、Ai11、Ai12及びZi1は、それぞれ独立して一般式(i-1)におけるRN11、RN12、Ai11、Ai12及びZi1と同じ意味を表す。)
Figure 0007279312000036

(式中、mi13は1を表し、RN11、RN12、Ai11、Ai12、Ai13、Zi1、Zi2及びmi11は、それぞれ独立的に一般式(i-1)におけるRN11、RN12、Ai11、Ai12、Ai13、Zi1、Zi2及びmi11と同じ意味を表す。)
一般式(i-1A)で表される化合物としては、下記一般式(i-1A-1)~一般式(i-1A-4)で表される化合物が好ましい。
Figure 0007279312000037

(式中、RN11及びRN12は、それぞれ独立して一般式(i-1)におけるRN11及びRN12と同じ意味を表す。)
一般式(i-1B)で表される化合物としては、下記一般式(i-1B-1)~一般式(i-1B-7)で表される化合物であることが好ましい。
Figure 0007279312000038

(式中、RN11及びRN122は、それぞれ独立して一般式(i-1)におけるRN11及びRN12と同じ意味を表す。)
一般式(i-1C)で表される化合物としては、下記一般式(i-1C-1)又は一般式(i-1C-2)で表される化合物であることが好ましい。
Figure 0007279312000039

(式中、RN11及びRN122は、それぞれ独立して一般式(i-1)におけるRN11及びRN12と同じ意味を表す。)
液晶組成物は、一般式(i)で表される化合物を1種又は2種以上含有することが好ましいが、一般式(i-1A)、一般式(i-1B)又は一般式(i-1C)で表される化合物群から選ばれる化合物を1種又は2種以上を含有してもよいし、一般式(i-1A)、一般式(i-1B)又は一般式(i-1C)で表される化合物をそれぞれ1種以上含有してもよい。一般式(i-1A)及び一般式(i-1B)で表される化合物を1種又は2種以上含有することが好ましく、2種から10種含有することがより好ましい。
更に詳述すると、一般式(i-1A)、一般式(i-1B)及び一般式(i-1C)は一般式(i-1A-1)、一般式(i-1B-1)及び一般式(i-1C-1)で表される化合物群から選ばれる化合物を1種又は2種以上含有することが好ましく、一般式(i-1A-1)で表される化合物及び一般式(i-1B-1)で表される化合物の組み合わせであることがより好ましい。
また、液晶組成物は、一般式(LC3)として、一般式(ii)で表される化合物を1種又は2種以上含有することが好ましい。
Figure 0007279312000040

(式中、Aii1、Aii2はそれぞれ独立して1,4-シクロへキシレン基又は1,4-フェニレン基を表すが、1,4-シクロへキシレン基中に存在する1個の-CH-又は隣接していない2個以上の-CH-は-O-又は-S-に置き換えられてもよく、1,4-フェニレン基中に存在する1個の水素原子はそれぞれ独立してフッ素原子又は塩素原子に置換されてもよく、mii1及びmii2はそれぞれ独立して1又は2を表し、RN11及びRN12は、それぞれ独立して一般式(N-1)におけるRN11及びRN12と同じ意味を表す。)
一般式(ii-1)として、一般式(ii-1)で表される化合物を1種又は2種以上含有することが好ましい。
Figure 0007279312000041

(式中、RN11、RN12、Aii1及びmii1は一般式(ii)におけるRN11、RN12、Aii1及びmii1と同じ意味を表す。)
一般式(ii-1)で表される化合物は、一般式(II-2A)又は一般式(II-2B)で表される化合物であることが好ましい。
Figure 0007279312000042

(式中、RN11、RN12及びAii1は一般式(ii)におけるRN11、RN12及びAii1と同じ意味を表す。)
Figure 0007279312000043

(式中、Aii11及びAii11はそれぞれ独立して1,4-シクロへキシレン基又は1,4-フェニレン基を表すが、1,4-シクロへキシレン基中に存在する1個の-CH-又は隣接していない2個以上の-CH-は-O-又は-S-に置き換えられてもよく、1,4-フェニレン基中に存在する1個の水素原子はそれぞれ独立してフッ素原子又は塩素原子に置換されてもよく、RN11及びRN12は一般式(ii)におけるRN11及びRN12と同じ意味を表す。)
一般式(ii-1A)で表される化合物としては、下記一般式(ii-1A-1)及び一般式(ii-1A-2)で表される化合物が好ましい。
Figure 0007279312000044

(式中、RN11及びRN12は、一般式(ii)におけるRN11及びRN12と同じ意味を表す。)
一般式(ii-1B)で表される化合物としては、下記一般式(ii-1B-1)~一般式(ii-1B-3)で表される化合物であることが好ましい。
Figure 0007279312000045

(式中、RN11及びRN12は、一般式(ii)におけるRN11及びRN12と同じ意味を表す。)
液晶組成物は、一般式(ii)で表される化合物を1種又は2種以上含有することが好ましいが、一般式(ii-1A)及び一般式(ii-1B)で表される化合物群から選ばれる化合物を1種又は2種以上を含有してもよいし、一般式(ii-1A)及び一般式(ii-1B)で表される化合物をそれぞれ1種以上含有してもよい。一般式(ii-1A)及び一般式(ii-1B)で表される化合物を2種から10種含有することが好ましい。
更に詳述すると、一般式(ii-1A)は一般式(ii-1A-1)で表される化合物群から選ばれる化合物を1種又は2種以上含有することが好ましく、一般式(ii-1B)は一般式(ii-1B-1)及び一般式(ii-1B-2)で表される化合物群から選ばれる化合物を1種又は2種以上含有することが好ましく、一般式(ii-1A-1)及び一般式(ii-1B-1)で表される化合物の組み合わせであることがより好ましい。
また、一般式(N-1)として、下記一般式(LC3-b)で表される化合物を1種又は2種以上含有することが好ましい。
Figure 0007279312000046

(式中、RN11、RN12、AN11、AN12及びZN11はそれぞれ独立して、一般式(N-1)におけるRN11、RN12、AN11、AN12及びZN11と同じ意味を表し、XLC3b1~XLC3b4は水素原子又はフッ素原子を表すが、XLC3b1及びXLC3b2、又はXLC3b3及びXLC3b4のうちの少なくとも一方の組み合わせは共にフッ素原子を表し、mLC3b1は0又は1を表す。ただし、一般式(LC3-b)において、一般式(i-1)及び一般式(ii)で表される化合物は除く。)
一般式(LC3-b)としては、下記一般式(LC3-b1)~一般式(LC3-b10)を表すことが好ましい。
Figure 0007279312000047

(式中、RN11及びRN12はそれぞれ独立して一般式(N-1)におけるRN11及びRN12と同じ意味を表す。)
N11及びRN12の組み合わせは特に限定されないが、両方がアルキル基を表すもの、両方がアルケニル基を表すもの、いずれか一方がアルキル基を表し、他方がアルケニル基を表すもの、いずれか一方がアルキル基を表し、他方がアルコキシを表すもの、及びいずれか一方がアルキル基をあらわし、他方がアルケニルオキシ基を表すものであることが好ましく、両方がアルキル基を表すもの、及び両方がアルケニル基を表すものであることがより好ましい。
また、一般式(LC3-b)としては、下記一般式(LC3-c)を表すことが好ましい。
Figure 0007279312000048

(式中、RN11及びRN12はそれぞれ独立して一般式(N-1)におけるRN11及びRN12と同じ意味を表す。)
一般式(N-2)で表される化合物は一般式(N-2-1)~(N-2-3)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い。
Figure 0007279312000049

(式中、RN211及びRN22はそれぞれ独立して、一般式(N-2)におけるRN211及びRN22と同じ意味を表す。)
一般式(N-3)で表される化合物は一般式(N-3-1)及び(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。
一般式(N-3-1)で表される化合物は下記の化合物である。
Figure 0007279312000050

(式中、RN31及びRN32はそれぞれ独立して、一般式(N-3)におけるRN31及びRN32と同じ意味を表す。)
<一般式(II)で表される化合物の第三態様>
第四成分は誘電率異方性が0程度である、いわゆる非極性液晶化合物であり、以下の一般式(L)で示される化合物を挙げることができる。
液晶組成物は、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。
Figure 0007279312000051

(式中、RL1及びRL2はそれぞれ独立して炭素原子数1~8のアルキル基を表し、該アルキル基中の1個又は非隣接の2個以上の-CH-はそれぞれ独立して-CH=CH-、-C≡C-、-O-、-CO-、-COO-又は-OCO-によって置換されていてもよく、
L1は0、1、2又は3を表し、
L1、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-CH-又は隣接していない2個以上の-CH-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よい。)
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よく、
L1及びZL2はそれぞれ独立して単結合、-CHCH-、-(CH-、-OCH-、-CHO-、-COO-、-OCO-、-OCF-、-CFO-、-CH=N-N=CH-、-CH=CH-、-CF=CF-又は-C≡C-を表し、
L1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よく、nL1が2又は3であってZL3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よいが、一般式(J)、一般式(N-1)、一般式(N-2)及び一般式(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。
液晶組成物において、一般式(L)で表される化合物の含有量は、低温での溶解性、転移温度、電気的な信頼性、複屈折率、プロセス適合性、滴下痕、焼き付き、誘電率異方性などの求められる性能に応じて適宜調整する必要がある。
式(L)で表される化合物の含有量は、液晶組成物の総量に対して、0%以上、1%以上、10%以上、20%以上、30%以上、40%以上、50%以上、55%以上、60%以上、65%以上、70%以上、75%以上、又は80%以上であってよく、95%以下、85%以下、75%以下、65%以下、55%以下、45%以下、35%以下、又は25%以下であってよい。
液晶組成物の粘度を低く保ち、応答速度が速い組成物が必要な場合は上記の下限値が高く上限値が高いことが好ましい。さらに、液晶組成物のTniを高く保ち、温度安定性の良い組成物が必要な場合は上記の下限値が高く上限値が高いことが好ましい。また、駆動電圧を低く保つために誘電率異方性を大きくしたいときは、上記の下限値を低く上限値が低いことが好ましい。
信頼性を重視する場合にはRL1及びRL2はともにアルキル基であることが好ましく、化合物の揮発性を低減させることを重視する場合にはアルコキシ基であることが好ましく、粘性の低下を重視する場合には少なくとも一方はアルケニル基であることが好ましい。
L1及びRL2は、それが結合する環構造がフェニル基(芳香族)である場合には、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炭素原子数4~5のアルケニル基が好ましく、それが結合する環構造がシクロヘキサン、ピラン及びジオキサンなどの飽和した環構造の場合には、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。ネマチック相を安定化させるためには炭素原子及び存在する場合酸素原子の合計が5以下であることが好ましく、直鎖状であることが好ましい。
アルケニル基としては、式(R1)から式(R5)のいずれかで表される基から選ばれることが好ましい。(各式中の黒点は環構造中の炭素原子を表す。)
Figure 0007279312000052
中でも、RL1及びRL2の少なくとも1つ以上がアルケニル基を表す化合物と、一般式(I)で表される化合物とを組み合わせて用いることで、電圧保持率(VHR)の低下を顕著に抑えることができる。
L1は応答速度を重視する場合には0が好ましく、ネマチック相の上限温度を改善するためには2又は3が好ましく、これらのバランスをとるためには1が好ましい。また、組成物として求められる特性を満たすためには異なる値の化合物を組み合わせることが好ましい。
L1、AL2及びAL3はΔnを大きくすることが求められる場合には芳香族であることが好ましく、応答速度を改善するためには脂肪族であることが好ましく、それぞれ独立してトランス-1,4-シクロへキシレン基、1,4-フェニレン基、2-フルオロ-1,4-フェニレン基、3-フルオロ-1,4-フェニレン基、3,5-ジフルオロ-1,4-フェニレン基、1,4-シクロヘキセニレン基、1,4-ビシクロ[2.2.2]オクチレン基、ピペリジン-1,4-ジイル基、ナフタレン-2,6-ジイル基、デカヒドロナフタレン-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-ジイル基を表すことが好ましく、下記の構造を表すことがより好ましく、
Figure 0007279312000053

トランス-1,4-シクロへキシレン基又は1,4-フェニレン基を表すことがより好ましい。
L1及びZL2は応答速度を重視する場合には単結合であることが好ましい。分子内のハロゲン原子数は0個又は1個が好ましい。
一般式(L)で表される化合物は一般式(L-1)で表される化合物から選ばれる化合物であることが好ましい。
Figure 0007279312000054

(式中、RL1及びRL2はそれぞれ独立して、一般式(L)におけるRL1及びRL2と同じ意味を表す。)
L11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)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。
一般式(L-1)で表される化合物の含有量は、液晶組成物の総量に対して、1%以上、2%以上、3%以上、5%以上、7%以上、10%以上、15%以上、20%以上、25%以上、30%以上、35%以上、40%以上、45%以上、50%以上、又は55%以上であってよく、95%以下、90%以下、85%以下、80%以下、75%以下、70%以下、65%以下、60%以下、55%以下、50%以下、45%以下、40%以下、35%以下、30%以下、又は25%以下である。
液晶組成物の粘度を低く保ち、応答速度が速い組成物が必要な場合は上記の下限値が高く上限値が高いことが好ましい。さらに、液晶組成物のTniを高く保ち、温度安定性の良い組成物が必要な場合は上記の下限値が中庸で上限値が中庸であることが好ましい。また、駆動電圧を低く保つために誘電率異方性を大きくしたいときは、上記の下限値が低く上限値が低いことが好ましい。
一般式(L-1)で表される化合物は、一般式(L-1-1)で表される化合物であることが好ましい。
Figure 0007279312000055

(式中、RL11は水素原子又はメチル基を表し、RL2は一般式(L)中のRL2と同じ意味を表す。)
一般式(L-1-1)で表される化合物は、式(L-1-1.11)~式(L-1-1.13)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-1-1.12)又は式(L-1-1.13)で表される化合物であることが好ましく、特に、式(L-1-1.13)で表される化合物であることが好ましい。
Figure 0007279312000056
また、一般式(L-1-1)で表される化合物は、式(L-1-1.21)から式(L-1-1.24)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-1-1.22)から式(L-1-1.24)で表される化合物であることが好ましい。特に、式(L-1-1.22)で表される化合物は液晶組成物の応答速度を特に改善するため好ましい。また、応答速度よりも高いTniを求めるときは、式(L-1-1.23)又は式(L-1-1.24)で表される化合物を用いることが好ましい。
Figure 0007279312000057
また、一般式(L-1-1)で表される化合物は、式(L-1-1.31)及び式(L-1-1.41)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。
Figure 0007279312000058
また、一般式(L-1)で表される化合物は、一般式(L-1-2)で表される化合物であることが好ましい。
Figure 0007279312000059

(式中R121及びR122はそれぞれ独立して炭素原子数1~8のアルキル基又は炭素原子数1~8のアルコキシ基を表す。)
一般式(L-1-2)で表される化合物は、式(L-1-2.1)から式(L-1-2.12)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-1-2.1)、式(L-1-2.3)又は式(L-1-2.4)で表される化合物であることが好ましい。特に、式(L-1-2.1)で表される化合物は液晶組成物の応答速度を特に改善するため好ましい。また、応答速度よりも高いTniを求めるときは、式(L-1-2.3)、式(L-1-2.4)、式(L-1-2.11)及び式(L-1-2.12)で表される化合物を用いることが好ましい。式(L-1-2.3)、式(L-1-2.4)、式(L-1-2.11)及び式(L-1-2.12)で表される化合物の合計の含有量は、低温での溶解度をよくするために20%以上にすることは好ましくない。
Figure 0007279312000060
また、一般式(L-1)で表される化合物は、一般式(L-1-3)又は(L-1-4)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。
Figure 0007279312000061

(式中、RL2は一般式(L)中のRL2と同じ意味を表す。)
また、一般式(L)で表される化合物は、下記一般式(L-2)から一般式(L-11)で表される化合物であることが好ましい。液晶組成物は、一般式(L)で表される化合物として、一般式(L-2)から一般式(L-11)で表される化合物を1種又は2種以上含有することが好ましい。
Figure 0007279312000062

(式中、RL31及びRL32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、RL32は、炭素原子数1から5のアルキル基、炭素原子数1から5のアルコキシル基、炭素原子数2から5のアルケニル基又は炭素原子数2から5のアルケニルオキシ基を表す。)
一般式(L)で表される化合物は、一般式(L-4)、一般式(L-6)、一般式(L-7)及び一般式(L-8)から選ばれる化合物であることが好ましく、一般式(L-6)、一般式(L-7)及び一般式(L-8)から選ばれる化合物であることが更に好ましく、一般式(L-7)及び一般式(L-8)から選ばれる化合物であることが更に好ましく、一般式(L-6)及び一般式(L-8)から選ばれる化合物であることも好ましい。更に詳述すると、大きなΔnが求められる場合には、一般式(L-6)、一般式(L-8)及び一般式(L-11)から選ばれる化合物であることが好ましい。
また、一般式(L-4)、一般式(L-7)及び一般式(L-8)で表される化合物においては、RL31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、RL32は炭素原子数1から5のアルキル基又は炭素原子数1から5のアルコキシ基であることが好ましく、RL31は炭素原子数2から5のアルケニル基であることが更に好ましく、炭素原子数2又は3のアルケニル基であることが更に好ましく、一般式(L-6)で表される化合物においては、RL31及びRL32はそれぞれ独立して炭素原子数1から5のアルキル基又は炭素原子数2から5のアルケニル基であることが好ましい。
また、一般式(L)で表される化合物として、一般式(L-12)、一般式(L-13)又は一般式(L-14)で表される化合物を1種又は2種以上含有することも好ましい。
Figure 0007279312000063

(式中、RL51及びRL52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のアルコキシ基を表し、XL51及びXL52はそれぞれ独立してフッ素原子又は水素原子を表し、XL51及びXL52のいずれか一つはフッ素原子であり、他の一つは水素原子である。)
また、一般式(L)で表される化合物として、一般式(L-16.1)から一般式(L-16.3)で表される化合物を1種又は2種以上含有してもよい。
Figure 0007279312000064
また、一般式(L)で表される化合物として、一般式(N-001)で表される化合物を1種又は2種以上含有してもよい。
Figure 0007279312000065

(式中、RN1及びRN2はそれぞれ独立して炭素原子数1から8のアルキル基、炭素原子数1から8のアルコキシル基、炭素原子数2から8のアルケニル基又は炭素原子数2から8のアルケニルオキシル基を表し、L及びLはそれぞれ独立して水素原子、フッ素原子、CH又はCFを表す。ただし、L及びLの両方がフッ素原子を表すものを除く。)
N1及びRN2は、炭素原子数1から5のアルキル基を表すことが好ましい。
液晶組成物は、25℃において誘電率異方性(Δε)が正の値を有することが好ましく、25℃における誘電率異方性(Δε)が1.5から20.0であることが好ましく、1.5から18.0がより好ましく、1.5から15.0がより好ましく、1.5から11がさらに好ましく、1.5から8が特に好ましい
誘電率異方性(Δε)が正の値を有する液晶組成物は、一般式(J)で表される化合物及び一般式(L)で表される化合物を含有することが好ましい。より具体的には、一般式(M)で表される化合物及び一般式(L-1)で表される化合物を含有することが好ましく、一般式(M-1)及び/又は一般式(M-2)で表される化合物及び一般式(L-1-1)で表される化合物を含有することが好ましい。
液晶組成物は、一般式(I)で表される化合物、一般式(J)で表される化合物及び一般式(L)で表される化合物の合計の含有量は、組成物中に下限値として、5%以上含有することが好ましく、80%以上含有することが好ましく、85%以上含有することが好ましく、88%以上含有することが好ましく、90%以上含有することが好ましく、92%以上含有することが好ましく、95%以上含有することが好ましく、97%以上含有することが好ましく、98%以上含有することが好ましく、99%以上含有することが好ましく、実質的に他の化合物を含有しないことが好ましい。また、上限値として、90%以下含有することが好ましく、95%以下含有することが好ましく、98%以下含有することが好ましく、99%以下含有することが好ましく、実質的に他の化合物を含有しないことが好ましい。実質的には、製造時に不可避的に生成する不純物等の意図せず含有する化合物を除くという意味である。
液晶組成物は、一般式(I)で表される化合物、一般式(M)で表される化合物及び一般式(L)で表される化合物の合計の含有量は、組成物中に下限値として、5%以上含有することが好ましく、80%以上含有することが好ましく、85%以上含有することが好ましく、88%以上含有することが好ましく、90%以上含有することが好ましく、92%以上含有することが好ましく、95%以上含有することが好ましく、97%以上含有することが好ましく、98%以上含有することが好ましく、99%以上含有することが好ましく、実質的に他の化合物を含有しないことが好ましい。また、上限値として、90%以下含有することが好ましく、95%以下含有することが好ましく、98%以下含有することが好ましく、99%以下含有することが好ましく、実質的に他の化合物を含有しないことが好ましい。
液晶組成物は、一般式(I)で表される化合物、一般式(J)で表される化合物及び一般式(L-1)で表される化合物の合計の含有量は、組成物中に下限値として、5%以上含有することが好ましく、10%以上含有することが好ましく、13%以上含有することが好ましく、15%以上含有することが好ましく、18%以上含有することが好ましく、20%以上含有することが好ましく、23%以上含有することが好ましく、25%以上含有することが好ましく、28%以上含有することが好ましく、30%以上含有することが好ましく、33%以上含有することが好ましく、35%以上含有することが好ましく、38%以上含有することが好ましく、40%以上含有することが好ましい。また、上限値として、95%以下含有することが好ましく、90%以下含有することが好ましく、88%以下含有することが好ましく、85%以下含有することが好ましく、83%以下含有することが好ましく、80%以下含有することが好ましく、78%以下含有することが好ましく、75%以下含有することが好ましく、73%以下含有することが好ましく、70%以下含有することが好ましく、68%以下含有することが好ましく、65%以下含有することが好ましく、63%以下含有することが好ましく、60%以下含有することが好ましく、55%以下含有することが好ましく、50%以下含有することが好ましく、40%以下含有することが好ましい。
液晶組成物は、25℃において誘電率異方性(Δε)が負の値を有することが好ましく、25℃における誘電率異方性(Δε)が-2.0から-8.0であることが好ましく、-2.0から-6.0が好ましく、-2.0から-5.0がより好ましく、-2.5から-4.0が特に好ましい。
誘電率異方性(Δε)が負の値を有する液晶組成物は、一般式(N-1)~一般式(N-3)で表される化合物及び一般式(L)で表される化合物を含有することが好ましい。より具体的には、一般式(N-1)で表される化合物及び一般式(L-1)で表される化合物を含有することが好ましく、一般式(N-1)で表される化合物及び一般式(L-1-1)で表される化合物を含有することが好ましい。
液晶組成物は、一般式(I)で表される化合物、一般式(N-1)~一般式(N-3)で表される化合物及び一般式(L)で表される化合物の合計の含有量は、組成物中に下限値として、5%以上含有することが好ましく、80%以上含有することが好ましく、85%以上含有することが好ましく、88%以上含有することが好ましく、90%以上含有することが好ましく、92%以上含有することが好ましく、95%以上含有することが好ましく、97%以上含有することが好ましく、98%以上含有することが好ましく、99%以上含有することが好ましく、実質的に他の化合物を含有しないことが好ましい。また、上限値として、90%以下含有することが好ましく、95%以下含有することが好ましく、98%以下含有することが好ましく、99%以下含有することが好ましく、実質的に他の化合物を含有しないことが好ましい。
液晶組成物は、一般式(I)で表される化合物、一般式(N-1)で表される化合物及び一般式(L)で表される化合物の合計の含有量は、組成物中に下限値として、5%以上含有することが好ましく、80%以上含有することが好ましく、85%以上含有することが好ましく、88%以上含有することが好ましく、90%以上含有することが好ましく、92%以上含有することが好ましく、95%以上含有することが好ましく、97%以上含有することが好ましく、98%以上含有することが好ましく、99%以上含有することが好ましく、実質的に他の化合物を含有しないことが好ましい。また、上限値として、90%以下含有することが好ましく、95%以下含有することが好ましく、98%以下含有することが好ましく、99%以下含有することが好ましく、実質的に他の化合物を含有しないことが好ましい。
液晶組成物は、一般式(I)で表される化合物、一般式(J)で表される化合物及び一般式(L-1)で表される化合物の合計の含有量は、組成物中に下限値として、5%以上含有することが好ましく、10%以上含有することが好ましく、13%以上含有することが好ましく、15%以上含有することが好ましく、18%以上含有することが好ましく、20%以上含有することが好ましく、23%以上含有することが好ましく、25%以上含有することが好ましく、28%以上含有することが好ましく、30%以上含有することが好ましく、33%以上含有することが好ましく、35%以上含有することが好ましく、38%以上含有することが好ましく、40%以上含有することが好ましい。また、上限値として、95%以下含有することが好ましく、90%以下含有することが好ましく、88%以下含有することが好ましく、85%以下含有することが好ましく、83%以下含有することが好ましく、80%以下含有することが好ましく、78%以下含有することが好ましく、75%以下含有することが好ましく、73%以下含有することが好ましく、70%以下含有することが好ましく、68%以下含有することが好ましく、65%以下含有することが好ましく、63%以下含有することが好ましく、60%以下含有することが好ましく、55%以下含有することが好ましく、50%以下含有することが好ましく、40%以下含有することが好ましい。
液晶組成物は、25℃における屈折率異方性(Δn)が0.08から0.14であるが、0.09から0.13がより好ましく、0.09から0.12が特に好ましい。更に詳述すると、薄いセルギャップに対応する場合は0.10から0.13であることが好ましく、厚いセルギャップに対応する場合は0.08から0.10であることが好ましい。
液晶組成物は、25℃における粘度(η)が10から50mPa・sであるが、10から40mPa・sであることがより好ましく、10から35mPa・sであることが特に好ましい。
液晶組成物は、25℃における回転粘性(γ)が60から130mPa・sであるが、60から110mPa・sであることがより好ましく、60から100mPa・sであることが特に好ましい。
液晶組成物は、ネマチック相-等方性液体相転移温度(Tni)が60℃から120℃であるが、70℃から100℃がより好ましく、70℃から85℃が特に好ましい。
液晶組成物は、上述の化合物以外に、通常のネマチック液晶、スメクチック液晶、コレステリック液晶、酸化防止剤、紫外線吸収剤、赤外線吸収剤、重合性モノマー又は本発明以外の光安定剤(HALS)等を含有してもよい。
例えば、液晶組成物は、通常のネマチック液晶、スメクチック液晶として、25℃における誘電率異方性(Δε)が+2.0から+50.0である液晶化合物を含有してもよく、その含有量は0~50%であるが、1~30%であることが好ましく、3~30%であることが好ましく、5~20%であることが好ましい。
上述した液晶組成物は、液晶表示素子に適用される。以下、図1を適宜参照しながら、一実施形態に係る液晶表示素子を説明する。
図1は、一実施形態に係る液晶表示素子の構成を模式的に示す図である。図1では、説明のために便宜上、各構成要素を離間させて示している。液晶表示素子1は、図1に示すように、対向するように配置された一対の基板(第一基板2及び第二基板3)と、第一基板2と第二基板3との間に設けられた液晶層4とを備えており、液晶層4は前述した液晶組成物からなっている。
第一基板2には、液晶層4側の面に画素電極層5及び配向膜6が形成されている。第二基板3には、液晶層4側に共通電極層7及び配向膜8が形成されている。第一基板2及び第二基板3は、一対の偏光板9,10により挟持されていてもよい。第二基板3の液晶層4側(第二基板3と共通電極層7との間)には、カラーフィルタ11が更に設けられていてもよい。
すなわち、一実施形態に係る液晶表示素子1は、第一偏光板9と、第一基板2と、画素電極層5と、配向膜6と、液晶組成物からなる液晶層4と、配向膜8と、共通電極層7と、カラーフィルタ11と、第二基板3と、第二偏光板10と、がこの順に積層された構成を有している。
第一基板2及び第二基板3は、例えばガラス又はプラスチック等の柔軟性をもつ材料で形成されている。第一基板2及び第二基板3の少なくとも一方は透明な材料で形成されており、他方は透明な材料で形成されていても、金属やシリコン等の不透明な材料で形成されていてもよい。第一基板2及び第二基板3は、周縁領域に配置されたエポキシ系熱硬化性組成物等のシール材及び封止材によって互いに貼り合わされていて、その間には基板間距離を保持するために、例えば、ガラス粒子、プラスチック粒子、アルミナ粒子等の粒状スペーサー、又はフォトリソグラフィー法により形成された樹脂からなるスペーサー柱が配置されていてもよい。
配向膜6,8は、液晶層4を構成する液晶組成物と直接接してホモジニアス配向を誘起する一対の配向膜を構成している。配向膜6,8は、例えばポリイミドで形成されている。
第一偏光板9及び第二偏光板10は、各偏光板の偏光軸を調整して視野角やコントラストが良好になるように調整することができ、それらの透過軸がノーマリブラックモードで作動するように、互いに直行する透過軸を有することが好ましい。特に、第一偏光板9及び第二偏光板10のうちいずれかは、電圧無印加時の液晶分子の配向方向と平行な透過軸を有するように配置されることが好ましい。
カラーフィルタ11は、光の漏れを防止する観点で、ブラックマトリクスを形成することが好ましく、薄膜トランジスタに対応する部分にブラックマトリクス(図示せず)を形成することが好ましい。
ブラックマトリクスは、アレイ基板と反対側の基板にカラーフィルタと共に設置されてもよく、アレイ基板側にカラーフィルタと共に設置されてもよく、ブラックマトリクスがアレイ基板に、カラーフィルタがもう一方の基板にそれぞれ別に設置されてもよい。また、ブラックマトリクスは、カラーフィルタと別に設置されてもよいが、カラーフィルタの各色を重ねることで透過率を低下させるものであってもよい。
第一基板2及び第二基板3は、画素電極層5及び共通電極層7がそれぞれ内側となるように対向させるが、その際にスペーサーを介して、第一基板2及び第二基板3の間隔を調整してもよい。このときは、液晶層4の厚さが、例えば1~100μmとなるように調整するのが好ましい。
偏光板9,10を使用する場合は、コントラストが最大になるように液晶層4の屈折率異方性Δnと液晶層4の厚さとの積を調整することが好ましい。また、二枚の偏光板9,10がある場合は、各偏光板の偏光軸を調整して視野角やコントラトが良好になるように調整することもできる。さらに、視野角を広げるための位相差フィルムも使用することもできる。
液晶表示素子1は、アクティブマトリックス駆動用液晶表示素子であってよい。液晶表示素子1は、好ましくは、TNモード、STNモード、ECBモード、VAモード、IPSモード又はFFSモード用の液晶表示素子である。
以下、実施例を挙げて本発明を更に詳述するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
以下、下記の略語を使用する場合がある。
Me:メチル基
Et:エチル基
DMF:N,N-ジメチルホルムアミド
THF:テトラヒドロフラン
amphos:ジ-t-ブチル(p-ジメチルアミノフェニル)ホスフィン
DMAP:N,N-ジメチル-4-アミノピリジン
DIC:N,N-ジイソプロピルカルボジイミド
MEHQ:4-メトキシフェノール
p-TsOH:p-トルエンスルホン酸
トリル:メチルフェニル
Cr:結晶
N:ネマチック相
Sm:スメクチック相
Iso:等方性液体
(実施例1)
(1-1)
Figure 0007279312000066

4-オキソシクロヘキサン-1-カルボン酸エチル(340.4g、2mol)、エチレングリコール(136.6g、2.2mol)、p-トルエンスルホン酸・一水和物(17.2g、0.1mol)、及びトルエン(1.7L)を混合し、加熱還流させ8時間撹拌した。氷冷下、反応溶液に飽和炭酸水素ナトリウム水溶液(50mL)、飽和食塩水(300mL)及び水(200mL)を加え、酢酸エチルを加えて分液し、水層を酢酸エチルで抽出し、あわせた有機層を飽和食塩水で洗浄し、無水硫酸ナトリウムを加えて乾燥した。溶媒を減圧留去後、蒸留精製(1.8mmHg、沸点118℃)することにより、1,4-ジオキサスピロ[4.5]デカン-8-カルボン酸エチル(195.4g、収率46%)を無色液体として得た。
(1-2)
Figure 0007279312000067

アルゴン雰囲気下、1,4-ジオキサスピロ[4.5]デカン-8-カルボン酸エチル(68.7g、320mmol)のトルエン(350mL)溶液に-78℃で水素化ジイソブチルアルミニウム(1mol/Lヘキサン溶液、420mL、420mmol)を滴下し、-60℃で1時間撹拌した。-60℃でメタノール(350mL)を、続いて氷冷下飽和食塩水を加え、析出した固体をセライトろ過により除去した。酢酸エチルを加え、水層を分離後、酢酸エチルで2回抽出し、有機層をあわせ、飽和食塩水で洗浄し、無水硫酸ナトリウムで乾燥させた。溶媒を減圧留去後、トルエン及びシリカゲル(25g)を加え、シリカゲルカラムクロマトグラフィー(シリカゲル75g、移動相:トルエン)により精製し、1,4-ジオキサスピロ[4.5]デカン-8-カルボアルデヒド(39.5g、収率72%)を無色液体として得た。
(1-3)
Figure 0007279312000068

窒素雰囲気下、1,4-ジオキサスピロ[4.5]デカン-8-カルボン酸エチル(120.3g、560mmol)のトルエン(600mL)溶液に氷冷下、水素化ビス(2-メトキシエトキシ)アルミニウムナトリウム(70%トルエン溶液、215mL、700mmol)を滴下し、室温で4時間撹拌した。放冷後、反応混合物の粘度を低下させるためにトルエン(300mL)を加え、発泡に注意しながら水(300mL)、20%水酸化ナトリウム水溶液(300mL)を加えた。THF(300mL)を加え、水層を分離後、THF/トルエン=2/1で3回抽出し、あわせた有機層を飽和食塩水で洗浄し、無水硫酸ナトリウムを加えて乾燥した。溶媒を減圧留去することにより、(1,4-ジオキサスピロ[4.5]デカン-8-イル)メタノール(90.3g、収率93%)を微黄色液体として得た。
(1-4)
Figure 0007279312000069

空気下、(1,4-ジオキサスピロ[4.5]デカン-8-イル)メタノール(80.0g、465mmol)、よう化銅(4.8g、25mmol)、2,2’-ビピリジン(4.0g、25mmol)、2,2,6,6-テトラメチルピペリジン 1-オキシル(4.0g、25mmol)、アセトニトリル(250mL)の混合物に、1-メチルイミダゾール(4.0g、50mmol)のアセトニトリル(1000mL)溶液を室温で加え、赤色の反応液となった。室温、空気下で一晩撹拌し、得られた緑色の反応液に水、酢酸エチルを加え、水層を分離後、酢酸エチルで1回抽出し、あわせた有機層を飽和食塩水で洗浄し、無水硫酸ナトリウムを加えて乾燥した。溶媒を減圧留去後、カラムクロマトグラフィー(アルミナ80g、移動相:トルエン)により精製し、さらにカラムクロマトグラフィー(シリカゲル70g、移動相:トルエン)より精製することで、1,4-ジオキサスピロ[4.5]デカン-8-カルボアルデヒド(74.9g、収率95%)を赤色液体として得た。
(1-5)
Figure 0007279312000070

窒素雰囲気下、カリウムtert-ブトキシド(188g、1.7mol)のDMF(1300mL)溶液に、氷冷下、亜りん酸ジメチル(185g、1.7mol)、続いてトランス-1-(ブロモメチル)-4-プロピルシクロヘキサン(273g、1.2mol)を加えた。発熱に注意しながら60℃まで昇温し、3時間加熱撹拌した。氷冷下、水(700mL)を加え、水層をトルエンで4回抽出後、あわせた有機層を水で3回、飽和食塩水で1回洗浄し、無水硫酸ナトリウムで乾燥させた。溶媒を減圧留去後、蒸留(1mmHg、沸点105℃)精製を行うことにより、((トランス-4-プロピルシクロヘキシル)メチル)亜りん酸ジメチル(234g、収率76%)を得た。
(1-6)
Figure 0007279312000071

窒素雰囲気下、((4-プロピルシクロヘキシル)メチル)亜りん酸ジメチル(43.2g、174mmol)のトルエン(260mL)溶液に、-60℃でn-ブチルリチウム(1.6mol/Lヘキサン溶液、112mL、174mmol)を滴下し、1.5時間撹拌した。-60℃で1,4-ジオキサスピロ[4.5]デカン-8-カルボアルデヒド(22.8g、134mmol)のトルエン(70mL)溶液を滴下し、2時間撹拌した。
酢酸(50mL、875mmol)を滴下し、室温まで昇温、さらに100℃で3.5時間加熱撹拌した。反応液に飽和塩化アンモニウム水溶液及びトルエンを加え、水層を分離後、トルエンで抽出し、有機層をあわせ、水、飽和炭酸水素ナトリウム水溶液(2回)、飽和食塩水で洗浄し、無水硫酸ナトリウムで乾燥させた。溶媒を減圧留去し、シリカゲルカラムクロマトグラフィー(シリカゲル45g、移動相:トルエン)により精製することで、(E)-8-(2-(トランス-4-プロピルシクロヘキシル)ビニル)-1,4-ジオキサスピロ[4.5]デカン(44.1g)の粗生成物を得た。更なる精製は行わず、次の反応に用いた。
(1-7)
Figure 0007279312000072

大気下、(E)-8-(2-(トランス-4-プロピルシクロヘキシル)ビニル)-1,4-ジオキサスピロ[4.5]デカン(44.1g)、ギ酸(90mL、2.4mol)及びトルエン(130mL)の混合物を70℃で2時間半攪拌した。室温まで冷やした反応液に水及びヘキサンを加え、水層を分離後、ヘキサンで抽出し、有機層をあわせ、水、飽和炭酸水素ナトリウム水溶液(2回)、飽和食塩水で洗浄し、無水硫酸ナトリウムで乾燥させた。溶媒を減圧留去し、これをシリカゲルカラムクロマトグラフィー(シリカゲル60g、移動相:ヘキサン)により精製し、(E)-4-(2-(トランス-4-プロピルシクロヘキシル)ビニル)シクロヘキサン-1-オン(17.2g、2段階で収率52%)を得た。
(1-8)
Figure 0007279312000073

窒素雰囲気下、1-エトキシ-2,3-ジフルオロベンゼン(11.5g、73mmol)のTHF(115mL)溶液に、-40℃でn-ブチルリチウム(1.6mol/Lヘキサン溶液、49mL、76mmol)を滴下し、3時間撹拌した。-40℃で(E)-4-(2-(トランス-4-プロピルシクロヘキシル)ビニル)シクロヘキサン-1-オン(15.0g、60mmol)のTHF(60mL)溶液を滴下し、1時間撹拌、さらに室温に昇温して1.5時間撹拌した。反応液に水(10mL)、10%塩酸、ヘキサンを加え、水層を分離後、ヘキサン/THF=1/2の混合溶媒で抽出し、有機層をあわせ、飽和食塩水(2回)で洗浄し、無水硫酸ナトリウムで乾燥させた。溶媒を減圧留去し、(E)-1-(4-エトキシ-2,3-ジフルオロフェニル)-4-(2-(トランス-4-プロピルシクロヘキシル)ビニル)シクロヘキサン-1-オール(25.9g)を定量的に、黄色固体として得た。
(1-9)
Figure 0007279312000074

窒素雰囲気下、(E)-1-(4-エトキシ-2,3-ジフルオロフェニル)-4-(2-(トランス-4-プロピルシクロヘキシル)ビニル)シクロヘキサン-1-オール(25.4g、62.7mmol)、ピリジン(11.9g、150mmol)のTHF(100mL)溶液に、氷冷下、トリホスゲン(6.7g、23mmol)のTHF(30mL)溶液を滴下し、1時間撹拌した。反応液に水(100mL)を発泡に注意しながら加え、トルエンを加え、水層を分離後、トルエン溶媒で2回抽出し、有機層をあわせ、飽和食塩水(2回)で洗浄し、無水硫酸ナトリウムで乾燥させた。溶媒を減圧留去し、ヘキサン/トルエン=1/1の混合溶媒及びシリカゲル(5g)を加え、これをシリカゲルカラムクロマトグラフィー(シリカゲル10g、移動相:ヘキサン/トルエン=1/1)により精製した。得られた橙色固体をアセトン/エタノール混合溶媒から2回再結晶することにより、(E)-4’-エトキシ-2’,3’-ジフルオロ-4-(2-(トランス-4-プロピルシクロヘキシル)ビニル)-2,3,4,5-テトラヒドロ-1,1’-ビフェニル(11.8g、収率49%)を白色固体として得た。
MS:[388]
相転移温度(℃):Cr 73 N 159 Iso
H-NMR(400MHz/CDCl,TMS):δ(ppm)=6.87(td,1H),6.65(td,1H),5.89(s,1H),5.40(dd,2H),4.10(q,2H),2.36-1.70(m,11H),1.51-0.85(m,16H).
(実施例2)
(2-1)
Figure 0007279312000075

窒素雰囲気下、N-フェニルビス(トリフルオロメタンスルホンイミド)(37.4g、105mmol)のTHF(250mL)溶液に、(E)-4-(2-(トランス-4-プロピルシクロヘキシル)ビニル)シクロヘキサン-1-オン(17.3g、70mmol)のTHF(100mL)溶液を加えた。氷冷下、直ちにカリウムヘキサメチルジシラジド(0.5mol/L トルエン溶液、181mL、91mmol)を滴下し、1時間氷冷下で撹拌した。反応液に飽和炭酸水素ナトリウム水溶液、ヘキサンを加え、水層を分離後、ヘキサンで抽出し、有機層をあわせ、3N水酸化カリウム水溶液(ヘキサメチルジシラザンを除去するため)、2回飽和食塩水で洗浄し、無水硫酸ナトリウムで乾燥させた。溶媒を減圧留去し、シリカゲルカラムクロマトグラフィー(シリカゲル25g、移動相:ヘキサン、50℃)により精製することにより、トリフルオロメタンスルホン酸(E)-4-(2-(トランス-4-プロピルシクロヘキシル)ビニル)シクロヘキサ-1-エン-1-イル(32.4g)の粗生成物を黄色固体として得た。更なる精製は行わず、次の反応に用いた。
(2-2)
Figure 0007279312000076

窒素雰囲気下、トリフルオロメタンスルホン酸(E)-4-(2-(トランス-4-プロピルシクロヘキシル)ビニル)シクロヘキサ-1-エン-1-イル(32.4g)、ジクロロ[1,1‘-ビス(ジフェニルホスフィノ)フェロセン]パラジウム(II) ジクロロメタン付加物(0.43g、0.5mmol)、メチルtert-ブチルエーテル(170mL)を混合し、45℃でメチルマグネシウムブロミド(1mol/L THF溶液、107mL、107mmol)を滴下した。メチルマグネシウムブロミドを追加(30mL、20mL、10mL)しながら45℃で計17時間撹拌した。反応液を氷と10%塩酸の混合物に注ぎ、ヘキサンを加え、水層を分離後、ヘキサンで抽出し、有機層をあわせ、飽和炭酸水素ナトリウム水溶液、飽和食塩水で洗浄し、無水硫酸ナトリウムで乾燥させた。溶媒を減圧留去し、カラムクロマトグラフィー(シリカゲル35g、アルミナ15g、移動相:ヘキサン)、アセトン/メタノール混合溶媒から再結晶、カラムクロマトグラフィー(シリカゲル6g、移動相:ヘキサン)、アセトン/エタノール混合溶媒から2回再結晶することにより、(E)-1-メチル-4-(2-(トランス-4-プロピルシクロヘキシル)ビニル)シクロヘキサ-1-エン(2.2g、2段階で収率13%)を無色液体として得た。
MS:[246]
H-NMR(400MHz/CDCl,TMS):δ(ppm)=5.35(d,3H),4.10(q,2H),2.06-1.63(m,14H),1.35-0.85(m,13H).
(実施例3)
(3-1)
Figure 0007279312000077

窒素雰囲気下、マグネシウム(3.6g、150mmol)とTHF(5mL)の混合物に、p-ブロモトルエン(25.7g、150mmol)のTHF(104mL)溶液を滴下した。60℃で1時間撹拌し、得られた反応液をTHFで300mLに希釈することにより、p-トリルマグネシウムブロミド(0.5mol/L THF溶液)を得た。
窒素雰囲気下、p-トリルマグネシウムブロミド(0.5mol/L THF溶液、74mL、37mmol)に、(E)-4-(2-(トランス-4-プロピルシクロヘキシル)ビニル)シクロヘキサン-1-オン(7.0g、28mmol)のTHF(15mL)溶液を室温で滴下し、4時間撹拌した。氷冷下、反応液に10%塩酸、トルエンを加え、水層を分離後、トルエンで抽出し、有機層をあわせ、飽和炭酸水素ナトリウム水溶液、飽和食塩水で洗浄し、無水硫酸ナトリウムで乾燥させた。溶媒を減圧留去し、(E)-4-(2-(トランス-4-プロピルシクロヘキシル)ビニル)-1-(p-トリル)シクロヘキサン-1-オール(9.8g)を定量的に、緑黄色固体として得た。
(3-2)
Figure 0007279312000078

窒素雰囲気下、(E)-4-(2-(トランス-4-プロピルシクロヘキシル)ビニル)-1-(p-トリル)シクロヘキサン-1-オール(9.8g、28mmol)、ピリジン(5.3g、67mmol)のTHF(40mL)溶液に、氷冷下、トリホスゲン(3.0g、10mmol)のTHF(15mL)溶液を滴下し、1時間撹拌した。反応液に水を発泡に注意しながら加え、トルエンを加え、水層を分離後、トルエン溶媒で2回抽出し、有機層をあわせ、飽和食塩水(2回)で洗浄し、無水硫酸ナトリウムで乾燥させた。溶媒を減圧留去し、シリカゲルカラムクロマトグラフィー(シリカゲル10g、移動相:ヘキサン、50℃)により精製した。得られた固体をアセトン/エタノール混合溶媒から2回再結晶、またヘキサン/エタノール混合溶媒から再結晶した。シリカゲルカラムクロマトグラフィー(シリカゲル10g、移動相:ヘキサン、室温)により精製することで、(E)-4’-メチル-4-(2-(トランス-4-プロピルシクロヘキシル)ビニル)-2,3,4,5-テトラヒドロ-1,1’-ビフェニル(2.2g、収率24%)を白色固体として得た。
MS:[322]
相転移温度(℃):Cr 70 Sm 103 N 165 Iso
H-NMR(400MHz/CDCl,TMS):δ(ppm)=7.27(d,2H),7.10(d,2H),6.06(s,1H),5.40(d,2H),2.45-1.73(m,14H),1.53-0.85(m,13H).
(比較例1)
(1-1)
Figure 0007279312000079

窒素雰囲気下、1-エトキシ-2,3-ジフルオロベンゼン(126.4g、0.80mol)、テトラメチルエチレンジアミン(101.2g、0.87mol)のTHF(750mL)溶液に、-50℃でn-ブチルリチウム(1.6mol/Lヘキサン溶液、500mL、0.80mol)を滴下し、1時間撹拌した。-50℃で1,4-ジオキサスピロ[4.5]デカン-8-オン(113.5g、0.73mol)のTHF(340mL)溶液を滴下し、3時間撹拌、さらに室温に昇温して1時間撹拌した。水、トルエンを加え、水層を分離後、トルエンで抽出し、有機層をあわせ、飽和塩化アンモニウム水溶液、飽和食塩水で洗浄し、無水硫酸ナトリウムで乾燥させた。溶媒を減圧留去し、8-(4-エトキシ-2,3-ジフルオロフェニル)-1,4-ジオキサスピロ[4.5]デカン-8-オール(236.0g)を微黄色固体として得た。更なる精製は行わず、次の反応に用いた。
(1-2)
Figure 0007279312000080

8-(4-エトキシ-2,3-ジフルオロフェニル)-1,4-ジオキサスピロ[4.5]デカン-8-オール(236.0g)、硫酸水素カリウム(27.0g、0.20mol)、トルエン(1300mL)の混合物を、ディーン・スターク装置を使用して12時間加熱還流した。室温まで冷却した反応液を水で洗浄し、有機層を直接カラムクロマトグラフィー(アルミナ120g、移動相:ヘキサン)により精製し、黄色液体を得た。エタノールから再結晶することにより、8-(4-エトキシ-2,3-ジフルオロフェニル)-1,4-ジオキサスピロ[4.5]デカ-7-エン(160.4g、2段階で収率74%)を黄色固体として得た。
(1-3)
Figure 0007279312000081

水素雰囲気(0.5MPa)下、8-(4-エトキシ-2,3-ジフルオロフェニル)-1,4-ジオキサスピロ[4.5]デカ-7-エン(115g、388mmol)、5%Pd/C(40%湿潤品、11.5g)、THF(600mL)の混合物を、室温で5.5時間撹拌した。反応液をセライトろ過し、ろ液を濃縮乾燥することで、8-(4-エトキシ-2,3-ジフルオロフェニル)-1,4-ジオキサスピロ[4.5]デカン(116.4g)を定量的に、白色固体として得た。
(1-4)
Figure 0007279312000082

8-(4-エトキシ-2,3-ジフルオロフェニル)-1,4-ジオキサスピロ[4.5]デカン(116.4g、388mmol)、ギ酸(220mL、5.8mol)、トルエン(350mL)を70℃で4時間撹拌した。反応液に水とトルエンを加え、水層を分離後、トルエンで抽出し、有機層をあわせ、飽和炭酸水素ナトリウム水溶液、飽和食塩水で洗浄し、無水硫酸ナトリウムで乾燥させた。これを直接カラムクロマトグラフィー(シリカゲル25g、アルミナ5g、移動相:トルエン)により精製した。トルエン/ヘキサンの混合溶媒で懸濁洗浄することにより、4-(4-エトキシ-2,3-ジフルオロフェニル)シクロヘキサン-1-オン(93.8g、収率95%)を白色固体として得た。
(1-5)
Figure 0007279312000083

窒素雰囲気下、(メトキシメチル)トリフェニルホスホニウムクロリド(175.2g、511mmol)とTHF(400mL)の混合物に、氷冷下カリウムtert-ブトキシド(59.6g、532mmol)を加え、1時間撹拌した。次に4-(4-エトキシ-2,3-ジフルオロフェニル)シクロヘキサン-1-オン(93.8g、369mmol)のTHF(400mL)溶液を滴下し、3時間氷冷下撹拌した。反応液に水及びメタノールを体積比率が1:2になるように加え、水層をヘキサンで2回抽出し、有機層をあわせ、水・メタノール混合溶媒(1:2)、飽和食塩水で洗浄し、無水硫酸ナトリウムで乾燥させた。溶媒を減圧留去し、1-エトキシ-2,3-ジフルオロ-4-(4-(メトキシメチレン)シクロヘキシル)ベンゼン(104.3g)を定量的に黄色固体として得た。
(1-6)
Figure 0007279312000084

1-エトキシ-2,3-ジフルオロ-4-(4-(メトキシメチレン)シクロヘキシル)ベンゼン(104.3g、369mmol)、THF(300mL)、10%塩酸(200mL、685mmol)の混合物を、70℃で1時間撹拌した。水層を酢酸エチルで2回抽出し、飽和炭酸水素ナトリウム水溶液、飽和食塩水で洗浄し、無水硫酸ナトリウムで乾燥させた。これを減圧乾燥し、4-(4-エトキシ-2,3-ジフルオロフェニル)シクロヘキサン-1-カルボアルデヒド(99.2g)を定量的に微黄色固体として得た。
(1-7)
Figure 0007279312000085

4-(4-エトキシ-2,3-ジフルオロフェニル)シクロヘキサン-1-カルボアルデヒド(99.2g、369mmol)、ピリジン(2mL)及びメタノール(400mL)の混合物に氷冷下、10%水酸化ナトリウム水溶液(40mL、100mmol)を滴下し、メカニカルスターラーを使用して3時間撹拌した。水、THF、トルエンを加え、水層を分離後、トルエンで抽出し、有機層をあわせ、飽和食塩水、飽和炭酸水素ナトリウム水溶液、飽和食塩水で洗浄し、無水硫酸ナトリウムで乾燥させた。これを減圧乾燥し、トランス-4-(4-エトキシ-2,3-ジフルオロフェニル)シクロヘキサン-1-カルボアルデヒド(99.2g、369mmol)を定量的に黄色固体として得た。
(1-8)
Figure 0007279312000086

窒素雰囲気下、トランス-1-(ブロモメチル)-4-プロピルシクロヘキサン(129g、268mmol)とTHF(900mL)の混合物に、氷冷下カリウムtert-ブトキシド(30.0g、268mmol)を加え、10分撹拌した。次にトランス-4-(4-エトキシ-2,3-ジフルオロフェニル)シクロヘキサン-1-カルボアルデヒド(60.0g、223mmol)のTHF(500mL)溶液を滴下し、3時間氷冷下撹拌した。反応液に水及びメタノールを体積比率が1:2になるように加え、水層をヘキサンで2回抽出し、有機層をあわせ、水・メタノール混合溶媒(1:2)、飽和食塩水で洗浄し、無水硫酸ナトリウムで乾燥、溶媒を減圧留去した。
残留していたトリフェニルホスフィン(GCにて7%、38mmol)を除去するため、ヘキサン(600mL)、tert-ブチルヒドロペルオキシド(70%水溶液、7.0g、53mmol)を氷冷下で混合、1時間撹拌した。反応液を水・メタノール混合溶媒(1:2)で4回、飽和食塩水で洗浄し、無水硫酸ナトリウムで乾燥させた。溶媒を減圧留去し、カラムクロマトグラフィー(シリカゲル85g、移動相:ヘキサン)精製することにより、1-エトキシ-2,3-ジフルオロ-トランス-4-(4-(2-(トランス-4-プロピルシクロヘキシル)ビニル)シクロヘキシル)ベンゼン(70.9g、収率81%)を無色液体として得た。
(1-9)
Figure 0007279312000087

窒素雰囲気下、1-エトキシ-2,3-ジフルオロ-トランス-4-(4-(2-(トランス-4-プロピルシクロヘキシル)ビニル)シクロヘキシル)ベンゼン(70.0g、179mmol)、トルエン(280mL)、ベンゼンスルフィン酸ナトリウム(14.7g、90mmol)、10%塩酸(70mL、240mmol)を混合し、2時間加熱還流させた。同量のベンゼンスルフィン酸ナトリウム、10%塩酸を加え、2時間加熱還流することを7回繰り返した。反応液の水層をトルエンで抽出し、有機層をあわせ、飽和食塩水で3回洗浄し、無水硫酸ナトリウムで乾燥させた。溶媒を減圧留去し、ヘキサン、シリカゲル(70g)を加え、これをカラムクロマトグラフィー(シリカゲル30g、移動相:ヘキサン、55℃)精製し、アセトン/エタノール混合溶媒から5回再結晶し、ヘキサンから3回再結晶を行った。カラムクロマトグラフィー(シリカゲル11g、アルミナ18g移動相:ヘキサン、55℃)精製し、ヘキサンから再結晶を行うことで、(E)-1-エトキシ-2,3-ジフルオロ-トランス-4-(4-(2-(トランス-4-プロピルシクロヘキシル)ビニル)シクロヘキシル)ベンゼン(33.8g、収率48%)を白色固体として得た。
MS:[390]
相転移温度(℃):Cr 82 N 192 Iso
H-NMR(400MHz/CDCl,TMS):δ(ppm)=6.84(t,1H),6.66(t,1H),5.34(s,1H),5.33(s,1H),4.09(q,2H),2.73(m,1H),1.93-1.69(m,10H),1.50-0.85(m,19H).
(比較例2)
(2-1)
Figure 0007279312000088

窒素雰囲気下、(メトキシメチル)トリフェニルホスホニウムクロリド(398.0g、1.16mol)とTHF(1L)の混合物に、氷冷下カリウムtert-ブトキシド(135.0g、1.20mol)を加え、1時間撹拌した。次に4-メチルシクロヘキサン-1-オン(100.0g、0.89mol)のTHF(400mL)溶液を滴下し、3時間氷冷下撹拌した。反応液に水及びメタノールを体積比率が1:2になるように加え、水層をヘキサンで2回抽出し、有機層をあわせ、水・メタノール混合溶媒(1:2)で2回、飽和食塩水で洗浄し、無水硫酸ナトリウムで乾燥させた、溶媒を減圧留去した。
残留していたトリフェニルホスフィン(GCにて2%、23mmol)を除去するため、ヘキサン(600mL)、tert-ブチルヒドロペルオキシド(70%水溶液、6.0g、45mmol)を氷冷下で混合、1時間撹拌した。反応液を水・メタノール混合溶媒(1:2)で2回、飽和食塩水で洗浄し、無水硫酸ナトリウムで乾燥させた。直接カラムクロマトグラフィー(シリカゲル95g、移動相:ヘキサン)精製することにより、1-(メトキシメチレン)-4-メチルシクロヘキサン(84.3g、収率67%)を液体として得た。
(2-2)
Figure 0007279312000089

1-(メトキシメチレン)-4-メチルシクロヘキサン(84.3g、0.60mol)、THF(250mL)、10%塩酸(170mL、0.58mol)の混合物を、70℃で1時間撹拌した。水層をトルエンで2回抽出し、飽和炭酸水素ナトリウム水溶液、飽和食塩水で洗浄し、無水硫酸ナトリウムで乾燥させた。これを減圧乾燥し、4-メチルシクロヘキサン-1-カルボアルデヒド(62.0g、収率82%)を黄色液体として得た。
(2-3)
Figure 0007279312000090

4-メチルシクロヘキサン-1-カルボアルデヒド(61.0g、0.48mol)、ピリジン(1.2g)及びメタノール(250mL)の混合物に氷冷下、10%水酸化ナトリウム水溶液(24mL、60mmol)を滴下し、メカニカルスターラーを使用して3時間撹拌した。水、ヘキサンを加え、水層を分離後、ヘキサンで抽出し、有機層をあわせ、飽和塩化アンモニウム水溶液、飽和食塩水で洗浄し、無水硫酸ナトリウムで乾燥させた。これを減圧乾燥し、トランス-4-メチルシクロヘキサン-1-カルボアルデヒド(51.6g、収率85%)を得た。
(2-4)
Figure 0007279312000091

窒素雰囲気下、((4-プロピルシクロヘキシル)メチル)亜りん酸ジメチル(77.0g、310mmol)のトルエン(480mL)溶液に、-60℃でn-ブチルリチウム(1.6mol/Lヘキサン溶液、193mL、310mmol)を滴下し、1.5時間撹拌した。-60℃でトランス-4-メチルシクロヘキサン-1-カルボアルデヒド(31.1g、238mmol)のトルエン(90mL)溶液を滴下し、1時間撹拌した。
酢酸(90mL、1.6mol)を滴下し、室温まで昇温、さらに100℃で2.5時間加熱撹拌した。反応液に10%塩酸及びヘキサンを加え、水層を分離後、ヘキサンで抽出し、有機層をあわせ、水、飽和炭酸水素ナトリウム水溶液、飽和食塩水で洗浄し、無水硫酸ナトリウムで乾燥させた。溶媒を減圧留去し、カラムクロマトグラフィー(シリカゲル60g、移動相:ヘキサン)により精製し、アセトン/メタノール混合溶媒から再結晶、アセトンから再結晶することにより、(E)-トランス-1-メチル-4-(2-(トランス-4-プロピルシクロヘキシル)ビニル)シクロヘキサン(22.8g、収率37%)を白色固体として得た。
MS:[248]
相転移温度(℃):Cr 29 Iso
H-NMR(400MHz/CDCl,TMS):δ(ppm)=5.29(s,1H),5.28(s,1H),1.74-1.66(m,10H),1.31-0.84(m,20H).
(比較例3)
(3-1)
Figure 0007279312000092

窒素雰囲気下、マグネシウム(9.9g、412mmol)とTHF(20mL)の混合物に、p-ブロモエチルベンゼン(68.9g、375mmol)のTHF(173mL)溶液を滴下し2時間撹拌した。ここに4’-プロピル-(1,1’-ビシクロヘキサン)-4-オン(55.5g、250mmol)のTHF(110mL)溶液を滴下し、2時間撹拌した。氷冷下、反応液に10%塩酸、トルエンを加え、水層を分離後、トルエンで抽出し、有機層をあわせ、飽和炭酸水素ナトリウム水溶液、飽和食塩水で洗浄し、無水硫酸ナトリウムで乾燥させた。溶媒を減圧留去し、4-(4-エチルフェニル)-4’-プロピル-(1,1’-ビシクロヘキサン)-4-オール(90.8g)を得た。
(3-2)
Figure 0007279312000093

4-(4-エチルフェニル)-4’-プロピル-(1,1’-ビシクロヘキサン)-4-オール(82.1g、250mmol)、p-トルエンスルホン酸・一水和物(4.8g、25mmol)、トルエン(230mL)を混合し、加熱還流させ4時間撹拌した。室温まで冷却後、トルエン(100mL)及び水(100mL)を加え、有機層を水で洗浄し、無水硫酸ナトリウムを加えて乾燥した。溶媒を減圧留去し、
カラムクロマトグラフィー(アルミナ50g、移動相:ヘキサン)により精製し、ヘキサン/アセトンの混合溶媒から再結晶することにより、4’-エチル-4-(トランス-4-プロピルシクロヘキシル)-2,3,4,5-テトラヒドロ-1,1’-ビフェニル(55.0g)を得た。
MS:[310]
H-NMR(400MHz/CDCl,TMS):δ(ppm)=7.30(d,2H),7.13(d,2H),6.08(s,1H),2.65-1.75(m,12H),1.50-0.86(m,17H).
(比較例4)
トランス,トランス-4-プロピル-4’-(p-トリル)-1,1’-ビシクロヘキサンを用意した。
<Δnの評価>
以下の組成及び物性値を有する母体液晶組成物(LC-1)を調製した。物性値は、いずれも実測値である。
Figure 0007279312000094

n-i(ネマチック相-等方性液体相転移温度):73.8℃
Δε(25℃における誘電率異方性):-2.79
Δn(25℃における屈折率異方性):0.101
γ(25℃における回転粘性係数):118
母体液晶組成物(LC-1)に対して、実施例1で得られた化合物((E)-4’-エトキシ-2’,3’-ジフルオロ-4-(2-(トランス-4-プロピルシクロヘキシル)ビニル)-2,3,4,5-テトラヒドロ-1,1’-ビフェニル)を0%、10%、15%加えた液晶組成物をそれぞれ調製した。これらの液晶組成物のΔnを測定し、測定結果から最小二乗法を用いて、実施例1で得られた化合物が100%である場合の外挿値を求め、この外挿値を実施例1で得られた化合物のΔnとした。また、実施例1で得られた化合物に代えて、比較例1で得られた化合物((E)-1-エトキシ-2,3-ジフルオロ-トランス-4-(4-(2-(トランス-4-プロピルシクロヘキシル)ビニル)シクロヘキシル)ベンゼン)を用い、同様にして比較例1で得られた化合物のΔnを求めた。結果を表1に示す。
Figure 0007279312000095
表1から明らかなように、化合物の基本骨格は同様であっても、所定の部分構造を有する実施例1の化合物のΔnは、所定の部分構造を有しない比較例1の化合物のΔnに比べて高いことが分かる。
母体液晶組成物(LC-1)に対して、実施例2で得られた化合物((E)-1-メチル-4-(2-(トランス-4-プロピルシクロヘキシル)ビニル)シクロヘキサ-1-エン)を0%、10%、15%加えた液晶組成物をそれぞれ調製した。これらの液晶組成物のΔnを測定し、測定結果から最小二乗法を用いて、実施例2で得られた化合物が100%である場合の外挿値を求め、この外挿値を実施例2で得られた化合物のΔnとした。また、実施例2で得られた化合物に代えて、比較例2で得られた化合物((E)-トランス-1-メチル-4-(2-(トランス-4-プロピルシクロヘキシル)ビニル)シクロヘキサン)を用い、同様にして比較例2で得られた化合物のΔnを求めた。結果を表2に示す。
Figure 0007279312000096
表2から明らかなように、化合物の基本骨格は同様であっても、所定の部分構造を有する実施例2の化合物のΔnは、所定の部分構造を有しない比較例2の化合物のΔnに比べて高いことが分かる。
母体液晶組成物(LC-1)に対して、実施例3で得られた化合物((E)-4’-メチル-4-(2-(トランス-4-プロピルシクロヘキシル)ビニル)-2,3,4,5-テトラヒドロ-1,1’-ビフェニル)を0%、10%、15%加えた液晶組成物をそれぞれ調製した。これらの液晶組成物のΔnを測定し、測定結果から最小二乗法を用いて、実施例3で得られた化合物が100%である場合の外挿値を求め、この外挿値を実施例3で得られた化合物のΔnとした。また、実施例3で得られた化合物に代えて、比較例3で得られた化合物(4’-エチル-4-(トランス-4-プロピルシクロヘキシル)-2,3,4,5-テトラヒドロ-1,1’-ビフェニル)、及び比較例4の化合物(トランス,トランス-4-プロピル-4’-(p-トリル)-1,1’-ビシクロヘキサン)を用い、同様にして比較例3,4の各化合物のΔnを求めた。結果を表3に示す。
Figure 0007279312000097
表3から明らかなように、化合物の基本骨格は同様であっても、所定の部分構造を有する実施例3の化合物のΔnは、所定の部分構造を有しない比較例3,4の化合物のΔnに比べて高いことが分かる。
1…液晶表示素子、2…第一基板、3…第二基板、4…液晶層、5…画素電極層、6,8…配向膜、7…共通電極層、9…第一偏光板、10…第二偏光板、11…カラーフィルタ。

Claims (5)

  1. 下記一般式(i)で表される液晶化合物。
    Figure 0007279312000098

    [式中、
    i1は、炭素原子数1~15のアルキル基を表し、
    i2、炭素原子数1~15のアルキル基を表すが、アルキル基中に存在する1個の-CH-又は隣接していない2個以上の-CH-は、-O-により置き換えられてもよく、
    i2、フッ素原子で置換されていてもよい1,4-フェニレン基であり
    i1は、1,4-シクロへキシレン基であり、
    i1は単結合であり、
    i2 は単結合であり
    i1を表し、mi1は0~の整数を表。]
  2. 前記 i2 1,4-フェニレン基である、請求項1に記載の液晶化合物。
  3. 前記 i1 が1である、請求項1又は2に記載の液晶化合物。
  4. 請求項1~3のいずれか一項に記載の液晶化合物を含有する、液晶組成物。
  5. 一対の基板と、
    前記一対の基板間に設けられ、請求項4に記載の液晶組成物からなる液晶層と、を備える液晶表示素子。
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