JPWO2009034867A1 - 液晶性化合物、液晶組成物および液晶表示素子 - Google Patents

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Abstract

熱、光等に安定で、広い温度範囲でネマチック相となり、低粘度、適切な光学異方性、弾性定数K33、負の誘電率異方性を有し、他の液晶性化合物との優れた相溶性をもつ液晶性化合物の提供。熱、光等に安定で、低粘度、適切な光学異方性、適切な負の誘電率異方性、弾性定数K33を有し、しきい値電圧が低く、ネマチック相の上限温度が高く、下限温度が低い上記化合物を含む液晶組成物の提供。短い応答時間、省電力、低駆動電圧、大きなコントラストを有し、広い温度範囲で使用可能な上記組成物を含む液晶表示素子の提供。例えば、トランス-4'-[2,3-ジフロオロ-4-(トランス-4-プロピルシクロヘキシル)フェノキシメチル]-トランス-4-ペンチルビシクロヘキシルのように4つ以上の環を持ち、中央の環が2,3-ジフルオロフェノキシを有する液晶性化合物。該化合物を含む液晶組成物。該液晶組成物を用いる液晶表示素子。

Description

本発明は液晶表示素子用の材料として有用な新規液晶性化合物およびこの化合物を含有する液晶組成物に関する。詳しくは4つ以上の環を持ち、さらに中央の環が2,3−ジフルオロフェノキシである化合物、この化合物を含有する液晶組成物、およびこの液晶組成物を含有する液晶表示素子に関する。
液晶表示パネル、液晶表示モジュール等に代表される液晶表示素子は、液晶性化合物(本発明では、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を意味する。)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が、この液晶表示素子の動作モードとしては、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、VA(vertical alignment)モードまたはPSA(Polymer sustained alignment)モードなどの様々なモードが知られている。
これら動作モードの中でもECBモード、IPSモード、VAモードなどは、液晶分子の垂直配向性を利用した動作モードであり、特にIPSモードおよびVAモードは、TNモード、STNモード等の従来の表示モードの欠点である視野角の狭さを改善可能であることが知られている。
そして、従来からこれら動作モードの液晶表示素子に使用可能な、負の誘電率異方性を有する液晶組成物の成分として、ベンゼン環上のラテラル位の水素がフッ素で置き換えられた液晶性化合物が数多く検討されてきている(例えば、特許文献1〜特許文献5または非特許文献1および2参照。)。
例えば、特許文献1または非特許文献1には、式(ref.1)または式(ref.2)のような3環の化合物が示されている。これらの化合物は液晶相を示す範囲(メソフェース範囲)が狭く、さらにそれを液晶組成物にしたときの透明点が低い。
また、特許文献2には、式(ref.3)のような4環の化合物が示されている。しかし、この化合物の誘電率異方性は十分に負に大きくない。
また、特許文献3には、式(ref.4)または式(ref.5)のような4環の化合物が示されている。しかし、これらの化合物はそれを液晶組成物にしたときの透明点が低い。
さらに、特許文献4には、式(ref.6)のような4環の化合物が示されている。しかし、この化合物の誘電率異方性は十分に負に大きくない。
さらに、特許文献5には、式(ref.7)のような4環の化合物が示されている。しかし、この化合物の誘電率異方性は十分に負に大きくない。
さらに、非特許文献2には、式(ref.8)のような4環の化合物が示されている。しかし、この化合物は液晶性を示す範囲(メソフェース範囲)が狭く、それを液晶組成物にしたときの透明点が低い。さらには誘電率異方性が負ではなく正の値を示す。

Figure 2009034867

独国特許第3906058号明細書 国際公開第89/08687号パンフレット 国際公開第89/08689号パンフレット 特開2002−193853号公報 独国特許第10136751号明細書 Liquid Crystals (1994), 16 (4), 625-641 Liquid Crystals (2004), 31 (8), 1151-1158
したがって、IPSモードおよびVAモード等の動作モードの液晶表示素子であっても、CRTと比較すれば表示素子としてはいまだ問題があり、例えば、応答速度の向上、コントラストの向上、駆動電圧の低下が望まれている。
上述したIPSモード、あるいはVAモードで動作する表示素子は、主として、負の誘電率異方性を有する液晶組成物から構成されているが、上記特性等をさらに向上させるためには、上記液晶組成物に含まれる液晶性化合物が、以下(1)〜(8)で示す特性を有することが必要である。すなわち、
(1)化学的に安定であること、および物理的に安定であること、
(2)高い透明点(液晶相−等方相の転移温度)を有すること、
(3)液晶相(ネマチック相、スメクチック相等)の下限温度、特にネマチック相の下限温度が低いこと、
(4)粘度が小さいこと、
(5)適切な光学異方性を有すること、
(6)負に大きな誘電率異方性を有すること、
(7)適切な弾性定数K33(K33:ベンド弾性定数)を有すること、および
(8)他の液晶性化合物との相溶性に優れること、
である。
(1)のように化学的、物理的に安定な液晶性化合物を含む組成物を表示素子に用いると、電圧保持率を大きくすることができる。
また、(2)および(3)のように、高い透明点、あるいは液晶相の低い下限温度を有する液晶性化合物を含む組成物ではネマチック相の温度範囲を広げることが可能となり、幅広い温度領域で表示素子として使用することが可能となる。
さらに、(4)のように粘度の小さい化合物、(7)において大きな弾性定数K33を有する化合物を含む組成物を表示素子として用いると応答速度を向上することができ、(5)のように適切な光学異方性を有する化合物を含む組成物を用いた表示素子の場合は、表示素子のコントラストの向上を図ることができる。表示素子の設計次第では、光学異方性は小さいものから大きなものまで必要である。最近ではセル厚を薄くすることにより応答速度を改善する手法が検討されており、それに伴い、適切な光学異方性を有する液晶組成物も必要となっている。
加えて、液晶性化合物が負に大きな誘電率異方性を有する場合には、この化合物を含む液晶組成物のしきい値電圧を低くすることができるので、(6)のように負に大きな誘電率異方性を有する化合物を含む組成物を用いた表示素子の場合には、表示素子の駆動電圧を低くし、消費電力も小さくすることができる。さらに(7)において小さな弾性定数K33を有する化合物を含む組成物を表示素子として用いることで表示素子の駆動電圧を小さくすることができ、消費電力も小さくすることができる。
液晶性化合物は、単一の化合物では発揮することが困難な特性を発現させるために、他の多くの液晶性化合物と混合して調製した組成物として用いることが一般的である。したがって、表示素子に用いる液晶性化合物は、(8)のように、他の液晶性化合物等との相溶性が良好であることが好ましい。また、表示素子は、氷点下を含め幅広い温度領域で使用することもあるので、低い温度領域から良好な相溶性を示す化合物であることが好ましい場合もある。
本発明の第一の目的は、熱、光などに対する安定性を有し、広い温度範囲でネマチック相となり、粘度が小さく、適切な光学異方性、および適切な弾性定数K33を有し、さらに、負に大きな誘電率異方性、および他の液晶性化合物との優れた相溶性を有する液晶性化合物を提供することである。
本発明の第二の目的は、熱、光などに対する安定性を有し、粘度が低く、適切な光学異方性、および適切な負の誘電率異方性を有し、適切な弾性定数K33を有し、しきい値電圧が低く、さらに、ネマチック相の上限温度(ネマチック相−等方相の相転移温度)が高く、ネマチック相の下限温度が低いといった諸特性において、少なくとも1つの特性を充足する液晶組成物を提供することである。さらには、少なくとも2つの特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。
本発明の第三の目的は、応答時間が短く、消費電力および駆動電圧が小さく、大きなコントラストを有し、広い温度範囲で使用可能である、上記組成物を含有する液晶表示素子を提供することである。
本発明者らは上記課題に鑑み鋭意研究を行った結果、4つ以上の環を持ち、さらに中央の環が2,3−ジフルオロフェノキシである化合物が、熱、光などに対する安定性、広い温度範囲での液晶相、低粘度、適切な光学異方性、適切な弾性定数K33、負に大きな誘電率異方性、他の液晶性化合物との優れた相溶性といった特性のうち少なくとも1つの特性を有していることを見出した。
また、上記化合物を含有する液晶組成物が、上記特性のほか、しきい値電圧が低い、ネマチック相の上限温度が高い、ネマチック相の下限温度が低いといった特性のうち少なくとも1つの特性を有し、または少なくとも2つの特性に関して適切なバランスを有していることを見出した。
さらには、上記組成物を含有する液晶表示素子が、応答時間が短い、消費電力および駆動電圧が小さい、コントラスト比が大きい、広い温度範囲で使用可能であるといった特性を有することを見いだし、本発明を完成するに到った。
本発明は以下に記す項1から項17である。
1. 式(a)で表される化合物。

Figure 2009034867
(式(a)において、RaおよびRbは独立して、水素、炭素数1〜12のアルキル、炭素数2〜12のアルケニル、炭素数1〜11のアルコキシ、炭素数2〜11のアルコキシアルキル、または炭素数2〜11のアルケニルオキシであり、これらのアルキル、アルケニル、アルコキシ、アルコキシアルキル、またはアルケニルオキシにおいて任意の水素はフッ素で置き換えられていてもよく;
環A、環A、環Aおよび環Aは独立して、1,4−シクロへキシレン、1,4−シクロヘキセニレン、テトラヒドロピラン−2,5−ジイル、ピリミジン−2,5−ジイル、ピリジン−2,5−ジイル、1,4−フェニレン、ナフタレン−2,6−ジイル、デカヒドロナフタレン−2,6−ジイル、または1,2,3,4−テトラヒドロナフタレン−2,6−ジイルであり、これらの環において任意の水素はフッ素で置き換えられていてもよく;
およびZは独立して、単結合、−(CH−、−(CH−、−CH=CH−、−C≡C−、−CHO−、−OCH−、−COO−、−OCO−、−CFO−、または−OCF−であり;
Wは−CH−、−CO−、または−CF−であり;
mおよびnは独立して、0、1、または2であり、mとnの和は1または2である。)
2. 式(a)において、RaおよびRbが独立して、炭素数1〜12のアルキル、炭素数2〜12のアルケニル、炭素数1〜11のアルコキシ、炭素数2〜11のアルコキシアルキル、または炭素数2〜11のアルケニルオキシであり;
環A、環A、環Aおよび環Aが独立して、1,4−シクロへキシレン、1,4−シクロヘキセニレン、テトラヒドロピラン−2,5−ジイル、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、3−フルオロ−1,4−フェニレン、または2,3−ジフルオロ−1,4−フェニレンである項1に記載の化合物。
3. 式(a−1)および式(a−2)のいずれか1つで表される化合物。
Figure 2009034867

(式(a−1)および式(a−2)において、RaおよびRbは独立して、炭素数1〜12のアルキル、炭素数1〜11のアルコキシ、または炭素数2〜12のアルケニルであり;
環A、環A、環Aおよび環Aは独立して、1,4−シクロへキシレン、1,4−フェニレン、2−フルオロ−1,4−フェニレン、または3−フルオロ−1,4−フェニレンであり;
およびZは独立して、単結合、−(CH−、−CH=CH−、−C≡C−、−CHO−、−OCH−、−COO−、または−OCO−であり;
Wは−CH−、−CO−、または−CF−である。)
4. 式(a−1)および式(a−2)において、ZおよびZは独立して、単結合、または−(CH−である項3に記載の化合物。
5. 式(a−1−1)〜式(a−1−6)、および式(a−2−1)〜式(a−2−6)のいずれか1つで表される化合物。

Figure 2009034867

Figure 2009034867

(式(a−1−1)〜式(a−1−6)、および式(a−2−1)〜式(a−2−6)において、RaおよびRbは独立して、炭素数1〜12のアルキル、炭素数1〜11のアルコキシ、または炭素数2〜12のアルケニルであり;
Wは−CH−、−CO−、または−CF−である。)
6. 式(a−1−1)〜式(a−1−6)、および式(a−2−1)〜式(a−2−6)において、Wが−CH−である項5に記載の化合物。
7. 式(a−1−1)〜式(a−1−6)、および式(a−2−1)〜式(a−2−6)において、Wが−CO−である項5に記載の化合物。
8. 式(a−1−1)〜式(a−1−6)、および式(a−2−1)〜式(a−2−6)において、Wが−CF−である項5に記載の化合物。
9. 項1〜8のいずれか1項に記載の化合物から選択される少なくとも1つの化合物である第一成分と、式(e−1)〜式(e−3)で表される化合物群から選択される少なくとも1つの化合物である第二成分とを含有する、誘電率異方性が負である液晶組成物。

Figure 2009034867


(式(e−1)〜式(e−3)において、Ra11、およびRb11は独立して、炭素数1〜10のアルキルであるが、このアルキルにおいて、相隣接しない−CH−は−O−で置き換えられていてもよく、相隣接しない−(CH−は−CH=CH−で置き換えられていてもよく、水素はフッ素で置き換えられていてもよく;
環A11、環A12、環A13、および環A14は、独立して、1,4−シクロへキシレン、1,4−フェニレン、2−フルオロ−1,4−フェニレン、3−フルオロ−1,4−フェニレン、ピリミジン−2,5−ジイル、1,3−ジオキサン−2,5−ジイル、またはテトラヒドロピラン−2,5−ジイルであり;
11、Z12、およびZ13は、独立して、単結合、−(CH−、−CH=CH−、−C≡C−、−COO−、または−CHO−である。)
10. 項5に記載の式(a−1−1)〜式(a−1−6)、および式(a−2−1)〜式(a−2−6)で表される化合物群から選択される少なくとも1つの化合物である第一成分と、項9に記載の式(e−1)〜式(e−3)で表される化合物群から選択される少なくとも1つの化合物である第二成分とを含有する、誘電率異方性が負である液晶組成物。
11. 液晶組成物の全重量に基づいて、第一成分の含有割合が5〜60重量%の範囲であり、第二成分の含有割合が40〜95重量%の範囲である、項10に記載の液晶組成物。
12. 第一成分、および第二成分に加えて、式(g−1)〜式(g−6)で表される化合物群から選択される少なくとも1つの化合物である第三成分を含有する、項9または項10に記載の液晶組成物。
Figure 2009034867
(式(g−1)〜式(g−6)において、Ra21、およびRb21は独立して、水素、または炭素数1〜10のアルキルであるが、このアルキルにおいて、相隣接しない−CH−は−O−で置き換えられていてもよく、相隣接しない−(CH−は−CH=CH−で置き換えられていてもよく、水素はフッ素で置き換えられていてもよく;
環A21、環A22、および環A23は独立して、1,4−シクロへキシレン、1,4−フェニレン、2−フルオロ−1,4−フェニレン、3−フルオロ−1,4−フェニレン、ピリミジン−2,5−ジイル、1,3−ジオキサン−2,5−ジイル、またはテトラヒドロピラン−2,5−ジイルであり;
21、Z22、およびZ23は独立して、単結合、−(CH−、−CH=CH−、−C≡C−、−OCF−、−CFO−、−OCFCHCH−、−CHCHCFO−、−COO−、−OCO−、−OCH−、または−CHO−であり;
、Y、Y、およびYは独立して、フッ素または塩素であり;
q、r、およびsは、独立して0、1、または2であり、q+r+sは1、2、または3であり;
tは0、1、または2である。)
13. 第三成分が、式(h−1)〜式(h−7)で表される化合物群から選択される少なくとも1つの化合物である、項12に記載の液晶組成物。
Figure 2009034867
(式(h−1)〜式(h−7)において、Ra22、およびRb22は、炭素数1〜8の直鎖アルキル、炭素数2〜8の直鎖アルケニル、または炭素数1〜7のアルコキシであり;
24、Z25、およびZ26は、単結合、−(CH−、−COO−、−OCO−、−CHO−、または−OCH−であり;
、およびYは、共にフッ素、または一方がフッ素で他方が塩素である。)
14. 項5に記載の式(a−1−1)〜式(a−1−6)、および式(a−2−1)〜式(a−2−6)で表される化合物群から選択される少なくとも1つの化合物である第一成分と、項9に記載の式(e−1)〜式(e−3)で表される化合物群から選択される少なくとも1つの化合物である第二成分と、項13に記載の式(h−1)〜式(h−7)で表される化合物群から選択される少なくとも1つの化合物である第三成分を含有する、誘電率異方性が負である液晶組成物。
15. 液晶組成物の全重量に基づいて、第一成分の含有割合が5〜60重量%の範囲であり、第二成分の含有割合が20〜75重量%の範囲であり、第三成分の含有割合が20〜75重量%の範囲である、項12〜14のいずれか1項に記載の液晶組成物。
16. 項9〜15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。
17. 液晶表示素子の動作モードが、VAモードまたはIPSモードであり、液晶表示素子の駆動方式がアクティブマトリックス方式である、項16に記載の液晶表示素子。
本発明の液晶性化合物は、熱、光などに対する安定性を有し、広い温度範囲で液晶相を示し、粘度が小さく、適切な光学異方性、および適切な弾性定数K33(K33:ベンド弾性定数)を有し、さらに、負に大きな誘電率異方性、および他の液晶性化合物との優れた相溶性を有している。特に、負に大きな誘電率異方性を有し、ネマチック相の上限温度が高い上、他の液晶性化合物との優れた相溶性を有している点で優れている。
また、本発明の液晶組成物は、粘度が小さく、適切な光学異方性、適切な弾性定数K33、および適切な負の誘電率異方性を有し、しきい値電圧が低く、さらに、ネマチック相の上限温度が高く、ネマチック相の下限温度が低い。特に、適切な負の誘電率異方性を有し、ネマチック相の上限温度が高い点で優れている。
さらに、本発明の液晶表示素子は上記組成物を含有することを特徴とし、応答時間が短く、消費電力および駆動電圧が小さく、コントラスト比が大きく、広い温度範囲で使用可能であり、PCモード、TNモード、STNモード、ECBモード、OCBモード、IPSモード、VAモード、PSAモードなどの表示モードの液晶表示素子に好適に使用することができ、特に、IPSモード、VAモード、およびPSAモードの液晶表示素子に好適に使用することができる。
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。液晶性化合物、液晶組成物、液晶表示素子をそれぞれ化合物、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。ネマチック相の上限温度はネマチック相−等方相の相転移温度であり、そして単に上限温度と略すことがある。ネマチック相の下限温度を単に下限温度と略すことがある。式(a)で表わされる化合物を化合物(a)と略すことがある。式(a)などにおいて、六角形で囲んだA、A、A、Aなどの記号はそれぞれ環A、環A、環A、環Aなどに対応する。百分率で表した化合物の量は組成物の全重量に基づいた重量百分率(重量%)である。以下に本発明をさらに説明する。
〔液晶性化合物(a)〕
本発明の液晶性化合物は、式(a)で示される構造を有する(以下、これら化合物を「化合物(a)」ともいう。)。
Figure 2009034867
式(a)において、RaおよびRbは独立して、水素、炭素数1〜12のアルキル、炭素数2〜12のアルケニル、炭素数1〜11のアルコキシ、炭素数2〜11のアルコキシアルキル、または炭素数2〜11のアルケニルオキシであり、これらのアルキル、アルケニル、アルコキシ、アルコキシアルキル、アルケニルオキシにおいて水素はフッ素で置き換えられていてもよい。
環A、環A、環Aおよび環Aは独立して、1,4−シクロへキシレン、1,4−シクロヘキセニレン、テトラヒドロピラン−2,5−ジイル、ピリミジン−2,5−ジイル、ピリジン−2,5−ジイル、1,4−フェニレン、ナフタレン−2,6−ジイル、デカヒドロナフタレン−2,6−ジイル、または1,2,3,4−テトラヒドロナフタレン−2,6−ジイルであり、これらの環において水素はフッ素で置き換えられていてもよい。
m=2のとき、2つの環Aは同一であっても異なってもよく、n=2のとき、2つの環Aは同一であっても異なってもよい。
およびZは独立して、単結合、−(CH−、−(CH−、−CH=CH−、−C≡C−、−CHO−、−OCH−、−COO−、−OCO−、−CFO−、または−OCF−である。
m=2のとき、2つの環Zは同一であっても異なってもよく、n=2のとき、2つの環Zは同一であっても異なってもよい。
Wは−CH−、−CO−、または−CF−である。
mおよびnは独立して、0、1、または2であり、mとnの和は1または2である。
化合物(a)は、上述のように、4つ以上の環を持ち、さらに中央の環が2,3−ジフルオロフェノキシであり、その2,3−ジフルオロフェノキシの4位で他の環と単結合により結合している。このような構造を有することで、広い温度範囲で液晶相を示し、小さな粘度、適切な光学異方性、負に大きな誘電率異方性、および他の液晶性化合物との優れた相溶性を示す。特に、負に大きな誘電率異方性を有し、ネマチック相の上限温度が高いにもかかわらず、他の液晶性化合物との優れた相溶性を有している点で優れている。
化合物(a)のRa、Rb、環A、環A、環A、環A、Z、Z、W、m、およびnを適切に選択することによって、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(a)における好ましいRa、Rb、環A、環A、環A、環A、Z、Z、W、m、およびnとそれらの種類が、化合物(a)の物性に与える効果を以下に説明する。
式(a)において、RaおよびRbは独立して、水素、炭素数1〜12のアルキル、炭素数2〜12のアルケニル、炭素数1〜11のアルコキシ、炭素数2〜11のアルコキシアルキル、または炭素数2〜11のアルケニルオキシであり、これらのアルキル、アルケニル、アルコキシ、アルコキシアルキル、アルケニルオキシにおいて任意の水素はフッ素で置き換えられていてもよい。
アルキルの具体例としては、−CH、−C、−C、−C、−C11、−C13、−C15、−C17、−C19、−C1021、−C1123および−C1225を挙げることができ;
アルケニルの具体例としては、−CH=CH、−CH=CHCH、−CHCH=CH、−CH=CHC、−CHCH=CHCH、−(CHCH=CH、−CH=CHC、−CHCH=CHC、−(CHCH=CHCH、および−(CHCH=CHを挙げることができ;
アルコキシの具体例としては、−OCH、−OC、−OC、−OC、−OC11、−OC13、−OC15、−OC17、−OC19、−OC1021、および−OC1123を挙げることができ;
アルコキシアルキルの具体例としては、−CHOCH、−CHOC、−CHOC、−(CHOCH、−(CHOC、−(CHOC、−(CHOCH、−(CHOCH、および−(CHOCHを挙げることができ;
アルケニルオキシの具体例としては、−OCHCH=CH、−OCHCH=CHCH、および−OCHCH=CHCを挙げることができる。
また、水素をハロゲンで置き換えたアルキルの具体例としては、−CHF、−CHF、−CF、−(CHF、−CFCHF、−CFCHF、−CHCF、−CFCF、−(CHF、−(CFCF、−CFCHFCF、および−CHFCFCFを挙げることができ;
水素をハロゲンで置き換えたアルケニルの具体例としては、−CH=CHF、−CH=CF、−CF=CHF、−CH=CHCHF、−CH=CHCF、および−(CHCH=CFを挙げることができ;
水素をハロゲンで置き換えたアルコキシの具体例としては、−OCF、−OCHF、−OCHF、−OCFCF、−OCFCHF、−OCFCHF、−OCFCFCF、−OCFCHFCF、および−OCHFCFCFを挙げることができる。
化合物(a)において、RaおよびRbが直鎖であるときは液晶相の温度範囲が広くそして粘度が小さい。RaまたはRbが光学活性基である化合物は、キラルドーパントとして有用である。この化合物を組成物に添加することによって、素子に発生するリバース・ツイスト・ドメイン(Reverse twisted domain)を防止することができる。RaおよびRbが光学活性基でない化合物は組成物の成分として有用である。
RaまたはRbがアルケニルであるとき、好ましい立体配置は二重結合の位置に依存する。アルケニルにおける−CH=CH−の好ましい立体配置は、二重結合の位置に依存する。−CH=CHCH、−CH=CHC、−(CHCH=CHCHおよび−(CHCH=CHCのような奇数位に二重結合をもつアルケニルにおいてはトランス配置が好ましい。−CHCH=CHCH、−(CHCH=CHC、および−(CHCH=CHCHのような偶数位に二重結合をもつアルケニルにおいてはシス配置が好ましい。好ましい立体配置を有するアルケニル化合物は、高い上限温度または液晶相の広い温度範囲を有し、弾性定数比K33/K11(K33:ベンド弾性定数、K11:スプレイ弾性定数)が大きい。
ここでアルケニルは、化合物の安定性の面から、二重結合が隣接したCH=CH−CH=CH−CH−CH−よりも、二重結合が隣接しないCH=CH−CH−CH−CH=CH−の方が好ましい。
好ましいRaおよびRbの例は、−CH、−C、−C、−C、−C11、−C13、−C15、−CH=CH、−CH=CHCH、−CHCH=CH、−CH=CHC、−CHCH=CHCH、−(CHCH=CH、−CH=CHC、−CHCH=CHC、−(CHCH=CHCH、−(CHCH=CH、−OCH、−OC、−OC、−OC、−OC11、−OC13、−CHOCH、−CHOC、−CHOC、−(CHOCH、−(CHOC、−OCHCH=CH、−OCHCH=CHCH、−OCCH=CH、−OCCH=CHCH、−OCCH=CH、および−OCCH=CHCHである。
より好ましいRaおよびRbの例は、−CH、−C、−C、−C、−C11、−CH=CH、−CH=CHCH、−(CHCH=CH、−CH=CHC、−(CHCH=CHCH、−OCH、−OC、−OC、−OC、−CHOCH、−CHOC、−CHOC、−OCHCH=CH、−OCHCH=CHCH、および−OCCH=CHCHである。
最も好ましいRaおよびRbの例は、−CH、−C、−C、−C、−C11、−CH=CH、−CH=CHCH、−(CHCH=CH、−CH=CHC、−(CHCH=CHCH、−OCH、−OC、−OC、および−OCである。
式(a)において、環A、環A、環Aおよび環Aは独立して、1,4−シクロへキシレン、1,4−シクロヘキセニレン、テトラヒドロピラン−2,5−ジイル、ピリミジン−2,5−ジイル、ピリジン−2,5−ジイル、1,4−フェニレン、ナフタレン−2,6−ジイル、デカヒドロナフタレン−2,6−ジイル、または1,2,3,4−テトラヒドロナフタレン−2,6−ジイルであり、これらの環において水素はフッ素で置き換えられていてもよい。
環A、環A、環Aおよび環Aの具体例としては、環(R−1)〜環(R−36)を挙げることができる。

Figure 2009034867
環(R−1)〜環(R−3)および環(R−30)〜環(R−36)には立体異性体としてトランス体とシス体が存在するが、上限温度を高くできるといった観点からトランス体が好ましい。
環A、環A、環Aおよび環Aのいずれかまたは全てが、任意の水素がハロゲンで置き換えられてもよい1,4−フェニレン、ピリミジン−2,5−ジイル、ピリジン−2,5−ジイル、またはナフタレン−2,6−ジイルであるときは光学異方性が大きい。環A、環A、環Aおよび環Aのいずれかまたは全てが、1,4−シクロヘキシレン、1,4−シクロヘキセニレン、または1,2,3,4−テトラヒドロナフタレン−2,6−ジイルであるときは光学異方性が小さい。
少なくとも二つの環が1,4−シクロヘキシレンであるときは、上限温度が高く、光学異方性が小さく、そして粘度が小さい。少なくとも一つの環が1,4−フェニレンのときは、光学異方性が比較的大きく、そして配向秩序パラメーター(orientational order parameter)が大きい。少なくとも二つの環が1,4−フェニレンであるときは、光学異方性が大きく、液晶相の温度範囲が広く、そして上限温度が高い。
環A、環A、環Aおよび環Aのいずれかまたは全てが、環(R−7)〜環(R−9)、環(R−27)〜環(R−29)、環(R−32)、または環(R−35)であるときは誘電率異方性が負に大きい。
環A、環A、環Aおよび環Aのいずれかまたは全てが、環(R−1)〜環(R−3)、環(R−6)〜環(R−12)、または環(R−30)〜環(R−36)であるときは、化合物の安定性が高い。
環A、環A、環Aおよび環Aが、環(R−1)、または環(R−6)〜環(R−9)であるときは、化合物の安定性が高く、液晶相の温度範囲が広く、ネマチック相の上限温度が高いため好ましい。
環A、環A、環Aおよび環Aが、環(R−1)〜環(R−8)であるときは、粘度が小さい。
環A、環A、環Aおよび環Aが、環(R−1)、または環(R−6)〜環(R−8)であるときは、化合物の安定性が高く、液晶相の温度範囲が広く、粘度が小さく、ネマチック相の上限温度が高いため好ましい。
式(a)において、Z、およびZは独立して、単結合、−(CH−、−(CH−、−CH=CH−、−C≡C−、−CHO−、−OCH−、−COO−、−OCO−、−CFO−、または−OCF−である。
好ましいZ、およびZは、単結合、−(CH−であり、より好ましいZ、およびZは単結合である。
、ZおよびZのいずれかまたは全てが単結合、または−(CH−であるときは耐熱性または耐光性に優れる。結合基のいずれかまたは全てが−CH=CH−であるときは液晶相の温度範囲が広く、そして弾性定数比K33/K11(K33:ベンド弾性定数、K11:スプレイ弾性定数)が大きい。結合基のいずれかまたは全てが−CH=CH−、または−C≡C−のときは光学異方性が大きい。
−CH=CH−のような2重結合の立体配置は、メソフェース範囲を広くし、上限温度を高くできるといった観点からトランス体が好ましい。
式(a)において、Wは−CH−、−CO−、または−CF−である。Wが−CH−、−CO−、または−CF−である場合は、液晶相の温度範囲が広く、誘電率異方性が負に大きく、化合物の安定性が高く、他の液晶性化合物との相溶性が良く、それを組成物にしたときのネマチック相の上限温度が高い。特にWが−CH−である場合は、化合物の安定性が高く、誘電率異方性がより負に大きいため好ましい。また、Wが−CO−である場合は、液晶相の温度範囲がより広く、他の液晶性化合物との相溶性が良く、それを組成物にしたときのネマチック相の上限温度が高いため好ましい。さらに、Wが−CF−である場合は、他の液晶性化合物との相溶性がより優れるため好ましい。
式(a)において、mおよびnは独立して、0、1、または2であり、mとnの和は1または2である。mとnの和が1であるときはそれを組成物にしたときのネマチック相の上限温度が高く、mとnの和が2であるときはそれを組成物にしたときのネマチック相の上限温度がより高い。
液晶性化合物がこれら式(a)で示される構造を有する場合には、負に大きな誘電率異方性を有し、広い液晶相を有し、他の液晶性化合物との相溶性が極めてよい。さらに、熱、光などに対する安定性を有し、広い温度範囲でネマチック相となり、粘度が小さく、適切な光学異方性、および適切な弾性定数K33を有している。また、この化合物(a)を含有する液晶組成物は、液晶表示素子が通常使用される条件下で安定であり、低い温度で保管してもこの化合物が結晶(またはスメクチック相)として析出することがない。
化合物(a)の好ましい例は、式(a−1)および式(a−2)のいずれか1つで表される化合物である。このような構造であることにより、化学的に安定となり、広い温度範囲で液晶相を示し、小さな粘度、適切な光学異方性、負に大きな誘電率異方性、適切な弾性定数K33、および他の液晶性化合物との優れた相溶性を示す。さらにそれを組成物にしたとき、ネマチック相の上限温度が高い。特に化学的に安定となり、広い温度範囲で液晶相を示し、他の液晶性化合物との優れた相溶性を示す点で優れている。
Figure 2009034867

式(a−1)および(a−2)において、RaおよびRbは独立して、炭素数1〜12のアルキル、炭素数1〜11のアルコキシ、または炭素数2〜12のアルケニルであり;
環A、環A、環Aおよび環Aは独立して、1,4−シクロへキシレン、1,4−フェニレン、2−フルオロ−1,4−フェニレン、または3−フルオロ−1,4−フェニレンであり;
およびZは独立して、単結合、−(CH−、−CH=CH−、−C≡C−、−CHO−、−OCH−、−COO−、または−OCO−であり;
Wは−CH−、−CO−、または−CF−である。
化合物(a)のより好ましい例は、化合物(a−1−1)〜化合物(a−1−6)および化合物(a−2−1)〜化合物(a−2−6)のいずれか1つで表される化合物である。このような構造であることにより、化学的により安定となり、より広い温度範囲での液晶相、より小さな粘度、適切な光学異方性、負に大きな誘電率異方性、適切な弾性定数K33および他の液晶性化合物との優れた相溶性を示す。さらにそれを組成物にしたとき、ネマチック相の上限温度がより高い。特に、化学的により安定となり、より広い温度範囲での液晶相、より小さな粘度を示す点で優れている。
また、式(a−1−1)〜式(a−1−6)、および式(a−2−1)〜式(a−2−6)において、Wが−CH−である場合は、化合物の安定性がより高く、誘電率異方性がより負に大きいため好ましい。また、Wが−CO−である場合は、液晶相の温度範囲がより広く、他の液晶性化合物との相溶性がより良く、それを組成物にしたときのネマチック相の上限温度がより高いため好ましい。さらに、Wが−CF−である場合は、他の液晶性化合物との相溶性がより優れるため好ましい。

Figure 2009034867

Figure 2009034867

式(a−1−1)〜式(a−1−6)、および式(a−2−1)〜式(a−2−6)において、RaおよびRbは独立して、炭素数1〜12のアルキル、炭素数1〜11のアルコキシ、または炭素数2〜12のアルケニルであり;
Wは−CH−、−CO−、または−CF−である。
以上のように、末端基、環構造および結合基の種類、環の数を適当に選択することにより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、液晶性化合物(a)は、PC、TN、STN、ECB、OCB、IPS、VA、PSAなどの表示モードの液晶表示素子に用いる液晶組成物に好適に適用することができ、IPS、VA、およびPSAなどの表示モードの液晶表示素子に用いる液晶組成物に、特に好適に適用することができる。
この明細書において構造が明らかにされた化合物(a)は有機合成化学における手法を適切に組み合わせることにより合成することができる。出発物に目的の末端基、環構造および結合基を導入する方法は、オーガニックシンセシス(Organic Syntheses, John Wiley & Sons, Inc)、オーガニック・リアクションズ(Organic Reactions, John Wiley & 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。
<結合基Z、またはZの形成>
結合基Z、またはZを形成する方法の一例を示す。結合基を形成するスキームを以下に示す。このスキームにおいて、MSGまたはMSGは1価の有機基である。スキームで用いた複数のMSG(またはMSG)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)〜化合物(1I)は液晶性化合物(a)に相当する。
Figure 2009034867
Figure 2009034867

Figure 2009034867
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Figure 2009034867
Figure 2009034867
Figure 2009034867
Figure 2009034867
<単結合の生成 その1>
一価の有機基MSGを有する有機ハロゲン化合物(a1)を、ブチルリチウム、もしくはマグネシウムで処理して得られた化合物を、ホウ酸トリメチルなどのホウ酸エステルと反応させ、塩酸等の酸で加水分解することによりジヒドロキシボラン誘導体(a2)を得る。ついで、得られた(a2)と一価の有機基MSGを有する有機ハロゲン化合物(a3)とを、例えば、炭酸塩水溶液とテトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(Pd(PPh)の存在下で反応させることにより、化合物(1A)を合成することができる。
また、有機ハロゲン化合物(a1)にn−ブチルリチウムを反応させ、さらに塩化亜鉛を反応させた後、得られた化合物を、例えば、ビストリフェニルホスフィンジクロロパラジウム(PdCl(PPh)触媒の存在下で化合物(a3)と反応させることにより、化合物(1A)を合成することもできる。
<単結合の生成 その2>
有機ハロゲン化合物(a3)と、マグネシウム、もしくはn−ブチルリチウムとを反応させ、または化合物(a5)とn−ブチルリチウムまたはsec−ブチルリチウムを反応させ、グリニャール試薬、あるいはリチウム塩を調製する。これらグリニャール試薬、あるいはリチウム塩とシクロヘキサノン誘導体(a4)とを反応させることにより、対応するアルコール誘導体を合成する。ついで、p−トルエンスルホン酸等の酸触媒を用いて、アルコール誘導体の脱水反応を行うことにより、シクロヘキセン誘導体と単結合した化合物(1B)を合成することができる。また、得られた化合物(1B)を炭素担持パラジウム(Pd/C)のような触媒の存在下で水素化することにより、シクロヘキサン誘導体と単結合した化合物(1C)を合成することができる。なお、シクロヘキサノン誘導体(a4)は、例えば、特開昭59−7122号に記載の方法に従い合成することができる。
<2重結合の生成>
有機ハロゲン化合物(a3)とマグネシウム、もしくはn−ブチルリチウムとを反応させ、グリニャール試薬、あるいはリチウム塩を調製する。これらグリニャール試薬、あるいはリチウム塩と、アルデヒド誘導体(a6)とを反応させることにより、アルコール誘導体を合成する。ついで、p−トルエンスルホン酸等の酸触媒を用いて、得られたアルコール誘導体の脱水反応を行うことにより、対応する2重結合を有する化合物(1D)を合成することができる。
有機ハロゲン化合物(a3)とマグネシウム、もしくはn−ブチルリチウムとを反応させ、グリニャール試薬、あるいはリチウム塩を調製する。これらグリニャール試薬、あるいはリチウム塩と、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、アルデヒド誘導体(a7)を得る。ついで、得られたアルデヒド誘導体(a7)と、ホスホニウム塩(a8)をカリウムt−ブトキシド等の塩基で処理して得られるリンイリドとを反応させ、対応する2重結合を有する化合物(1D)を合成することができる。なお、上記反応では、反応条件によってシス体が生成する場合もあるので、トランス体を得る必要がある場合には、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。
<−(CH−の生成>
化合物(1D)を炭素担持パラジウム(Pd/C)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)を合成することができる。
<−CHO−または−OCH−の生成>
ジヒドロキシボラン誘導体(a2)を過酸化水素(H)等の酸化剤により酸化し、アルコール誘導体(a9)を得る。別途、アルデヒド誘導体(a7)を水素化ホウ素ナトリウムなどの還元剤で還元し、アルコール誘導体(a10)を得る。得られた化合物(a10)を臭化水素酸等でハロゲン化して有機ハロゲン化合物(a11)を得る。このようにして得られた化合物(a9)と化合物(a11)とを炭酸カリウム(KCO)などの存在下反応させることにより化合物(1F)を合成することができる。この方法によって−CHO−を有する化合物も合成することができる。
<−COO−と−OCO−の生成 >
化合物(a1)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誘導体(a12)を得る。カルボン酸誘導体(a12)と、アルコール誘導体(a13)とをDCC(1,3−ジシクロヘキシルカルボジイミド)とDMAP(4−ジメチルアミノピリジン)の存在下で反応させて−COO−を有する化合物(1G)を合成することができる。この方法によって−OCO−を有する化合物も合成することができる。
<−CFO−と−OCF−の生成>
化合物(1G)をローソン試薬のような硫黄化剤で処理して化合物(a14)を得る。化合物(a14)をフッ化水素ピリジン錯体とNBS(N−ブロモスクシンイミド)でフッ素化し、−CFO−を有する化合物(1H)を合成することができる。M. Kuroboshi et al., Chem. Lett., 1992,827.を参照。化合物(1H)は化合物(a14)を(ジエチルアミノ)サルファートリフルオリド(DAST)でフッ素化しても合成される。W. H. Bunnelle et al., J. Org. Chem. 1990, 55, 768.を参照。Peer. Kirsch et al., Anbew. Chem. Int. Ed. 2001, 40, 1480.に記載の方法によってこれらの結合基を生成させることも可能である。この方法によって−OCF2−を有する化合物も合成することができる。
<−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(a1)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(a15
)を得る。ジクロロパラジウム(PdCl)とヨウ化第1銅(CuI)との触媒存在下、化合物(a15)を化合物(a3)と反応させて、化合物(1I)を合成することができる。
〔液晶性化合物(a)の製造方法〕
以下、液晶性化合物(a)、すなわち式(a)で示され、Wが−CO−である液晶性化合物(b3)の製造例を示す。ただし、下記反応経路においてRa、Rb、環A、環A、環A、環A、Z、Z、m、およびnは前記と同一の意味を示す。

Figure 2009034867
カルボン酸誘導体(b1)とフェノール誘導体(b2)をDCCとDMAPの存在下、反応させることで、本発明の液晶性化合物(a)の一例であるエステル基を有する化合物(b3)を製造することができる。
次に、液晶性化合物(a)、すなわち式(a)で示され、Wが−CH−である液晶性化合物(b7)の製造例を示す。ただし、下記反応経路においてRa、Rb、環A、環A、環A、環A、Z、Z、m、およびnは前記と同一の意味を示す。

Figure 2009034867
カルボン酸誘導体(b1)を、濃硫酸等を触媒としてメタノールと反応させることによりメチルエステル誘導体(b4)を得る。得られた化合物(b4)を水素化リチウムアルミニウム(LiAlH)等の還元剤により還元し、アルコール誘導体(b5)を得る。次いで四臭化炭素(CBr)とトリフェニルホスフィン(PhP)により化合物(b5)を臭素化し、化合物(b6)を得る。得られた化合物(b6)とフェノール誘導体(b2)を炭酸カリウム等の塩基の存在下、エーテル化させることにより、本発明の液晶性化合物(a)の一例であるメチレンオキシ基を有する化合物(b7)を製造することができる。
さらに、液晶性化合物(a)、すなわち式(a)で示され、Wが−CH−である液晶性化合物(b3)の製造例を示す。ただし、下記反応経路においてRa、Rb、環A、環A、環A、環A、Z、Z、m、およびnは前記と同一の意味を示す。

Figure 2009034867
カルボン酸誘導体(b1)を、ローソン試薬によりチオエステル誘導体(b8)へ誘導する。次いで得られた化合物(b8)をNBS存在下、HF−Py等でフッ素化することにより、本発明の液晶性化合物(a)の一例であるジフルオロメチレンオキシ基を有する化合物(b9)を製造することができる。
〔液晶組成物〕
以下、本発明の液晶組成物について説明をする。この液晶組成物の成分は、少なくとも一種の液晶性化合物(a)を含むことを特徴とするが、液晶性化合物(a)を2種以上含んでいてもよく、液晶性化合物(a)のみから構成されていてもよい。また本発明の液晶組成物を調製するときには、例えば、液晶性化合物(a)の誘電率異方性を考慮して成分を選択することもできる。上記液晶組成物は、粘度が低く、適切な負の誘電率異方性を有し、適切な弾性定数K33を有し、しきい値電圧が低く、さらに、ネマチック相の上限温度(ネマチック相−等方相の相転移温度)が高く、ネマチック相の下限温度が低い。
〔液晶組成物(1)〕
本発明の液晶組成物は液晶性化合物(a)に加え、第二成分として式(e−1)〜式(e−3)で表される液晶性化合物(以下、化合物(e−1)〜化合物(e−3)ともいう。)の群から選択された少なくとも1つの化合物をさらに含有する組成物が好ましい(以下、液晶組成物(1)ともいう。)。

Figure 2009034867
式(e−1)〜式(e−3)において、Ra11、およびRb11は、独立して、炭素数1〜10のアルキルであり、このアルキルにおいて、相隣接しない−CH−は−O−で置き換えられていてもよく、相隣接しない−(CH−は−CH=CH−で置き換えられていてもよく、水素はフッ素で置き換えられていてもよい。
環A11、環A12、環A13、および環A14は、独立して、1,4−シクロへキシレン、1,4−フェニレン、2−フルオロ−1,4−フェニレン、3−フルオロ−1,4−フェニレン、ピリミジン−2,5−ジイル、1,3−ジオキサン−2,5−ジイル、またはテトラヒドロピラン−2,5−ジイルである。
11、Z12、およびZ13は、独立して、単結合、−CHCH−、−CH=CH−、−C≡C−、−COO−、または−CHO−である
液晶性化合物(a)に、第二成分を含有させることにより、その液晶組成物の粘度を小さくすることができ、ネマチック相の下限温度を低くすることができる。また、化合物(e−1)〜化合物(e−3)の誘電率異方性はほぼ0であるため、それを含む液晶組成物の誘電率異方性を0に近づくように調整することができる。
化合物(e−1)、および化合物(e−2)は、それを含有する液晶組成物の粘度を小さく、電圧保持率を高くすることに有効な化合物である。さらに、化合物(e−3)は、それを含有する液晶組成物のネマチック相の上限温度を高くし、電圧保持率を高くすることに有効な化合物である。
環A11、環A12、環A13、および環A14において、2つ以上の環が1,4−シクロヘキシレンの場合は、それを含有する液晶組成物のネマチック相の上限温度を高くすることができ、2つ以上の環が1,4−フェニレンの場合は、それを含有する組成物の光学異方性を大きくすることができる。
第二成分の中でもより好ましい化合物は、式(2−1)〜式(2−74)で示される化合物である(以下、化合物(2−1)〜化合物(2―74)ともいう。)。これらの化合物においてRa11、およびRb11は、化合物(e−1)〜化合物(e−3)の場合と同一の意味である。


Figure 2009034867



Figure 2009034867


Figure 2009034867



Figure 2009034867

第二成分が化合物(2−1)〜化合物(2−74)である場合には、耐熱性、および耐光性に優れ、より高い電圧保持率を有し、粘度が小さく、ネマチック相の広い液晶組成物を調製することができる。
特に、第一成分が、式(a−1−1)〜式(a−1−6)、および式(a−2−1)〜式(a−2−6)で表される化合物である化合物群から選択される少なくとも1つの化合物であり、第二成分が化合物(e−1)〜化合物(e−3)で表される化合物群から選択される少なくとも1つの化合物である液晶組成物(1)は、耐熱性、および耐光性により優れ、より幅広いネマチック相を有し、より電圧保持率が大きく、より粘度が小さく、そして、適切な弾性定数K33を示す。
本発明の液晶組成物(1)中の第二成分の含有量は特に制限はないが、粘度を低くする観点からは含有量を多くすることが好ましい。ただし第二成分の含有量を多くすると誘電率異方性の絶対値が小さくなるため、液晶組成物のしきい値電圧が高くなる傾向にある。よって、本発明の液晶組成物をVAモードの液晶素子に使用する場合には、液晶組成物(1)中に含まれる液晶性化合物の全重量に対して、第二成分の含有量は40〜95重量%の範囲であり、第一成分の含有量は5〜60重量%の範囲が好ましい。
〔液晶組成物(2)〕
本発明の液晶組成物としては、第一成分および第二成分に加えてさらに、第三成分として式(g−1)〜式(g−6)で表される液晶性化合物(以下、化合物(g−1)〜化合物(g−6)ともいう。)の群から選択される少なくとも1つの化合物を含有させた液晶組成物も好ましい(以下、液晶組成物(2)ともいう)。

Figure 2009034867
式(g−1)〜式(g−6)において、Ra21、およびRb21は、独立して、水素、または炭素数1〜10のアルキルであり、このアルキル中において、相隣接しない−CH−は−O−で置き換えられていてもよく、相隣接しない−(CH−は−CH=CH−で置き換えられていてもよく、水素はフッ素で置き換えられていてもよい。
式(g−1)〜式(g−6)において、環A21、環A22、および環A23は独立して、1,4−シクロへキシレン、1,4−フェニレン、2−フルオロ−1,4−フェニレン、3−フルオロ−1,4−フェニレン、ピリミジン−2,5−ジイル、1,3−ジオキサン−2,5−ジイル、またはテトラヒドロピラン−2,5−ジイルである。
式(g−1)〜式(g−6)において、Z21、Z22、およびZ23は独立して、単結合、−(CH−、−CH=CH−、−C≡C−、−OCF−、−CFO−、−OCFCHCH−、−CHCHCFO−、−COO−、−OCO−、−OCH−、または−CHO−であり、Y、Y、Y、およびYは、独立して、フッ素または塩素である。
式(g−1)〜式(g−6)において、q、r、およびsは、独立して0、1、または2であるが、q+r+sは1、2、または3であり、tは0、1、または2である。
また、q、r、およびsが2または3のとき、複数となる環A21、環A22、環A23、Z21、Z22、およびZ23は、同一であっても異なってもよい。
第三成分をさらに含有する液晶組成物(2)は誘電率異方性が負に大きい。また、液晶組成物のネマチック相の温度範囲が広く、粘度が小さく、誘電率異方性が負に大きく、比抵抗値が大きな液晶組成物が得られ、さらにこれら物性が適切にバランスした液晶組成物が得られる。
また、第三成分の中でも、化合物(g−1)または化合物(g−2)は粘性を低くすることができ、低粘性、耐熱性、および耐光性という観点からは、式(h−1)〜式(h−7)で表される化合物(以下、化合物(h−1)〜化合物(h−7)ともいう。)の群から選択される少なくとも1つの化合物が好ましい。
Figure 2009034867
式(h−1)〜式(h−7)において、Ra22、およびRb22は、炭素数1〜8の直鎖アルキル、炭素数2〜8の直鎖アルケニル、または炭素数1〜7のアルコキシであり、Z24、Z25、およびZ26は、単結合、−(CH−、−CHO−、−OCH−、−COO−、または−OCO−であり、Y、およびYは、共にフッ素、または一方がフッ素で他方が塩素である。
例えば、化合物(h−1)および化合物(h−2)は、それを含有する液晶組成物の粘度を小さくし、しきい値電圧値をより低くすることができ、ネマチック相の下限温度を低くすることができる。化合物(h−2)、(h−3)および化合物(h−4)は、それを含有する液晶組成物のネマチック相の上限温度を下げることなく、しきい値電圧値を低くすることができる。
化合物(h−3)および化合物(h−6)は、光学異方性を大きくすることができ、化合物(h−4)および化合物(h−7)は、光学異方性をより大きくすることができる。
化合物(h−5)、(h−6)および化合物(h−7)は、それを含有する液晶組成物のネマチック相の下限温度を低くすることができる。
第三成分の中でより好ましい化合物は、化合物(3−1)〜化合物(3−118)である。これらの化合物においてRb22、およびRb22は、化合物(h−1)〜化合物(h−7)の場合と同一の意味である。

Figure 2009034867

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Figure 2009034867

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例えば、化合物(g−3)〜化合物(g−6)のような縮合環を有する化合物は、しきい値電圧値を低くすることができ、耐熱性、または耐光性といった観点から、化合物(3−119)〜化合物(3−143)が好ましい。これらの化合物においてRa22、およびRb22は、化合物(g−3)〜化合物(g−6)の場合と同一の意味である。

Figure 2009034867

Figure 2009034867

Figure 2009034867
特に、液晶組成物(2)の中でも、式(a−1−1)〜式(a−1−6)、および式(a−2−1)〜式(a−2−6)である化合物群から選択される少なくとも1つの化合物である第一成分と、式(e−1)〜式(e−3)に記載の化合物から選択される少なくとも1つの化合物である第二成分と、式(h−1)〜(h−7)で表される化合物群から選択される少なくとも1つの化合物である第三成分を含有する液晶組成物は、耐熱性、および耐光性に優れ、ネマチック相の温度範囲が広く、粘度が小さく、電圧保持率が高く、適切な光学異方性、適切な誘電率異方性、適切な弾性定数K33を示す。さらにこれら物性が適切にバランスした液晶組成物という点で好ましい。
本発明の液晶組成物における第三成分の含有量に特に制限はないが、負の誘電率異方性の絶対値を小さくしないといった観点からは、含有量を多くすることが好ましい。
本発明に係る液晶組成物(2)の第一成分、第二成分、および第三成分の含有割合は特に制限はされないが、液晶組成物(2)の全重量に基づいて、液晶性化合物(a)の含有割合が5〜60重量%の範囲、第二成分の含有割合が20〜75重量%の範囲、第三成分の含有割合が20〜75重量%の範囲であることが好ましい。
液晶組成物(2)の第一成分、第二成分、および第三成分の含有割合が上述した範囲にある場合には、耐熱性、耐光性に優れ、ネマチック相の温度範囲が広く、粘度が小さく、電圧保持率が高く、適切な光学異方性、適切な誘電率異方性、適切な弾性定数K33を示す。さらにこれら物性がより適切にバランスした液晶組成物が得られる。
〔液晶組成物の態様等〕
本発明に係る液晶組成物では、第一成分、第二成分、および必要に応じて添加する第三成分を構成する液晶性化合物に加えて、例えば液晶組成物の特性をさらに調整する目的で、さらに他の液晶性化合物を添加して使用する場合がある。また、例えばコストの観点から、本発明の液晶組成物では、第一成分、第二成分、および必要に応じて添加する第三成分を構成する液晶性化合物以外の液晶性化合物は添加せずに使用する場合もある。
また本発明に係る液晶組成物には、さらに、光学活性化合物、色素、消泡剤、紫外線吸収剤、酸化防止剤、重合可能な化合物、重合開始剤等の添加物を添加してもよい。
光学活性化合物を本発明に係る液晶組成物に添加した場合には、液晶にらせん構造を誘起して、ねじれ角を与えることなどができる。
色素を本発明に係る液晶組成物に添加した場合には、液晶組成物をGH(Guest host)モードを有する液晶表示素子に適用することなどが可能となる。
消泡剤を本発明に係る液晶組成物に添加した場合には、液晶組成物の運搬中、あるいは該液晶組成物から液晶表示素子を製造工程中で、発泡を抑制することなどが可能となる。
紫外線吸収剤、あるいは酸化防止剤を本発明に係る液晶組成物に添加した場合には、液晶組成物や該液晶組成物を含む液晶表示素子の劣化を防止することなどが可能となる。例えば、紫外線吸収剤は液晶組成物に紫外線を照射したときに、化合物の分解を抑制し、電圧保持率や比抵抗値の低下を抑制することが可能である。例えば、酸化防止剤は、液晶組成物を加熱したときに化合物の酸化や分解を抑制し、電圧保持率や比抵抗値の低下を抑制することが可能である。
紫外線吸収剤としては、ベンゾフェノン系紫外線吸収剤、ベンゾエート系紫外線吸収剤、トリアゾール系紫外線吸収剤などを挙げることができる。
ベンゾフェノン系紫外線吸収剤の具体例は、2−ヒドロキシ−4−n−オクトキシベンゾフェノンである。
ベンゾエート系紫外線吸収剤の具体例は、2,4−ジ−t−ブチルフェニル−3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシベンゾエートである。
トリアゾール系紫外線吸収剤の具体例は、2−(2−ヒドロキシ−5−メチルフェニル)ベンゾトリアゾール、2−[2−ヒドロキシ−3−(3,4,5,6−テトラヒドロキシフタルイミド−メチル)−5−メチルフェニル]ベンゾトリアゾール、および2−(3−t−ブチル−2−ヒドロキシ−5−メチルフェニル)−5−クロロベンゾトリアゾールである。
酸化防止剤としては、フェノール系酸化防止剤、有機硫黄系酸化防止剤などを挙げることができる。
フェノール系酸化防止剤の具体例は、2,6−ジ−t−ブチル−4−メチルフェノール、2,6−ジ−t−ブチル−4−エチルフェノール、2,6−ジ−t−ブチル−4−プロピルフェノール、2,6−ジ−t−ブチル−4−ブチルフェノール、2,6−ジ−t−ブチル−4−ペンチルフェノール、2,6−ジ−t−ブチル−4−ヘキシルフェノール、2,6−ジ−t−ブチル−4−ヘプチルフェノール、2,6−ジ−t−ブチル−4−オクチルフェノール、2,6−ジ−t−ブチル−4−ノニルフェノール、2,6−ジ−t−ブチル−4−デシルフェノール、2,6−ジ−t−ブチル−4−ウンデシルフェノール、2,6−ジ−t−ブチル−4−ドデシルフェノール、2,6−ジ−t−ブチル−4−トリデシルフェノール、2,6−ジ−t−ブチル−4−テトラデシルフェノール、2,6−ジ−t−ブチル−4−ペンタデシルフェノール、2,2’−メチレンビス(6−t−ブチルー4−メチルフェノール)、4,4’−ブチリデンビス(6−t−ブチル−3−メチルフェノール)、2,6−ジ−t−ブチル−4−(2−オクタデシルオキシカルボニル)エチルフェノール、およびペンタエリスリトールテトラキス[3−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート]である。
有機硫黄系酸化防止剤の具体例は、ジラウリル−3,3’−チオプロピオネート、ジミリスチル−3,3’−チオプロピオネート、ジステアリル−3,3’−チオプロピオネート、ペンタエリスリトールテトラキス(3−ラウリルチオプロピオネート)、および2−メルカプトベンズイミダゾールである。
紫外線吸収剤、酸化防止剤などに代表される添加物の添加量は、本発明の目的を損なわず、かつ添加物を添加する目的を達成できる量の範囲で添加して用いることができる。
例えば、紫外線吸収剤、あるいは酸化防止剤を添加する場合には、その添加割合は、本発明に係る液晶組成物の全重量に基づいて、通常10ppm〜500ppmの範囲、好ましくは30〜300ppmの範囲、より好ましくは40〜200ppmの範囲である。
なお、本発明に係る液晶組成物は、液晶組成物を構成する各化合物の合成工程、液晶組成物の調製工程等において混入する合成原料、副生成物、反応溶媒、合成触媒等の不純物を含んでいる場合もある。
PSA(Polymer sustained alignment)モードの素子に適合させるために重合可能な化合物が組成物に混合される。重合可能な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、ビニルオキシ、プロペニルエーテル、またはエポキシなどの重合可能な基を有する化合物である。特に好ましい例は、アクリレート、またはメタクリレートの誘導体である。重合可能な化合物の好ましい割合は、その効果を得るために、0.05重量%以上であり、不良表示を防ぐために10重量%以下である。さらに好ましい割合は、0.1重量%から2重量%の範囲である。重合可能な化合物は、好ましくは光重合開始剤などの適切な開始剤存在下でUV照射などにより重合される。重合のための適切な条件、開始剤の適切なタイプ、および適切な量は、当業者には既知であり、文献に記載されている。例えば光開始剤であるIrgacure651(登録商標)、Irgacure184(登録商標)、またはDarocure1173(登録商標)(Ciba Geigy AG)がラジカル重合に対して適切である。重合可能な化合物は、好ましくは光重合開始剤を0.1重量%から5重量%の範囲で含む。特に好ましくは、光重合開始剤を1重量%から3重量%の範囲で含む
〔液晶組成物の製造方法〕
本発明に係る液晶組成物は、例えば、各成分を構成する化合物が液体の場合には、それぞれの化合物を混合し振とうさせることにより、また固体を含む場合には、それぞれの化合物を混合し、加熱溶解によってお互い液体にしてから振とうさせることにより調製することができる。また、本発明に係る液晶組成物はその他の公知の方法により調製することも可能である。
〔液晶組成物の特性〕
本発明に係る液晶組成物では、ネマチック相の上限温度を70℃以上とすること、ネマチック相の下限温度は−20℃以下とすることができ、ネマチック相の温度範囲が広い。したがって、この液晶組成物を含む液晶表示素子は広い温度領域で使用することが可能である。
本発明に係る液晶組成物では、組成等を適宜調整することで、光学異方性を0.08〜0.14の範囲、さらには0.05〜0.18の範囲とすることもできる。
また、本発明に係る液晶組成物では、通常、−5.0〜−2.0の範囲の誘電率異方性、好ましくは、−4.5〜−2.5の範囲の誘電率異方性を有する液晶組成物を得ることができる。上述した数値範囲にある液晶組成物は、IPSモード、VAモード、またはPSAモードで動作する液晶表示素子として好適に使用することができる。
〔液晶表示素子〕
本発明に係る液晶性組成物は、PCモード、TNモード、STNモード、OCBモード、またはPSAモード等の動作モードを有し、AM方式で駆動する液晶表示素子だけでなく、PCモード、TNモード、STNモード、OCBモード、VAモード、IPSモード等の動作モードを有しパッシブマトリクス(PM)方式で駆動する液晶表示素子にも使用することができる。
これらAM方式、およびPM方式の液晶表示素子は、反射型、透過型、半透過型、いずれの液晶ディスプレイ等にも適用ができる。
また、本発明に係る液晶組成物は、導電剤を添加させた液晶組成物を用いたDS(dynamic scattering)モード素子や、液晶組成物をマイクロカプセル化して作製したNCAP(nematic curvilinear aligned phase)素子や、液晶組成物中に三次元の網目状高分子を形成させたPD(polymer dispersed)素子、例えばPN(polymer network)素子にも使用できる。
中でも本発明に係る液晶組成物では、上述のような特性を有するので、VAモード、IPSモード、またはPSAモードなどの負の誘電率異方性を有する液晶組成物を利用した動作モードで駆動するAM方式の液晶表示素子に好適に用いることができ、特に、VAモードで駆動するAM方式の液晶表示素子に好適に用いることができる。
なお、TNモード、VAモード等で駆動する液晶表示素子においては、電場の方向は、液晶層に対して垂直である。一方、IPSモード等で駆動する液晶表示素子においては、電場の方向は、液晶層に対して平行である。なお、VAモードで駆動する液晶表示素子の構造は、K. Ohmuro, S. Kataoka, T. Sasaki and Y. Koike, SID '97 Digest of Technical Papers, 28, 845 (1997)に報告されており、IPSモードで駆動する液晶表示素子の構造は、国際公開91/10936号パンフレット(ファミリー:US5576867)に報告されている。
〔液晶性化合物(a)の実施例〕
以下、実施例により本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はこれら実施例によっては制限されない。なお特に断りのない限り、「%」は「重量%」を意味する。
得られた化合物は、H−NMR分析で得られる核磁気共鳴スペクトル、ガスクロマトグラフィー(GC)分析で得られるガスクロマトグラムなどにより同定したので、まず分析方法について説明をする。
H−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。測定は、実施例等で製造したサンプルを、CDCl等のサンプルが可溶な重水素化溶媒に溶解し、室温で、500MHz、積算回数24回の条件で行った。なお、得られ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、mはマルチプレットであることを意味する。また、化学シフトδ値のゼロ点の基準物質としてはテトラメチルシラン(TMS)を用いた。
GC分析:測定装置は、島津製作所製のGC−14B型ガスクロマトグラフを用いた。カラムは、島津製作所製のキャピラリーカラムCBP1−M25−025(長さ25m、内径0.32mm、膜厚0.25μm);固定液相はジメチルポリシロキサン;無極性)を用いた。キャリアーガスとしてはヘリウムを用い、流量は1ml/分に調整した。試料気化室の温度を300℃、検出器(FID)部分の温度を300℃に設定した。
試料はトルエンに溶解して、1重量%の溶液となるように調製し、得られた溶液1μlを試料気化室に注入した。
記録計としては島津製作所製のC−R6A型Chromatopac、またはその同等品を用いた。得られたガスクロマトグラムには、成分化合物に対応するピークの保持時間およびピークの面積値が示されている。
なお、試料の希釈溶媒としては、例えば、クロロホルム、ヘキサンを用いてもよい。また、カラムとしては、Agilent Technologies Inc.製のキャピラリカラムDB−1(長さ30m、内径0.25mm、膜厚0.25μm)、Agilent Technologies Inc.製のHP−1(長さ30m、内径0.32mm、膜厚0.25μm)、Restek Corporation製のRtx−1(長さ30m、内径0.32mm、膜厚0.25μm)、SGE International Pty.Ltd製のBP−1(長さ30m、内径0.32mm、膜厚0.25μm)などを用いてもよい。
ガスクロマトグラムにおけるピークの面積比は成分化合物の割合に相当する。一般には、分析サンプルの成分化合物の重量%は、分析サンプルの各ピークの面積%と完全に同一ではないが、本発明において上述したカラムを用いる場合には、実質的に補正係数は1であるので、分析サンプル中の成分化合物の重量%は、分析サンプル中の各ピークの面積%とほぼ対応している。成分の液晶性化合物における補正係数に大きな差異がないからである。ガスクロクロマトグラムにより液晶組成物中の液晶性化合物の組成比をより正確に求めるには、ガスクロマトグラムによる内部標準法を用いる。一定量正確に秤量された各液晶性化合物成分(被検成分)と基準となる液晶性化合物(基準物質)を同時にガスクロ測定して、得られた被検成分のピークと基準物質のピークとの面積比の相対強度をあらかじめ算出する。基準物質に対する各成分のピーク面積の相対強度を用いて補正すると、液晶組成物中の液晶性化合物の組成比をガスクロ分析からより正確に求めることができる。
〔液晶性化合物等の物性値の測定試料〕
液晶性化合物の物性値を測定する試料としては、化合物そのものを試料とする場合、化合物を母液晶と混合して試料とする場合の2種類がある。
化合物を母液晶と混合した試料を用いる後者の場合には、以下の方法で測定を行う。まず、得られた液晶性化合物15重量%と母液晶85重量%とを混合して試料を作製する。そして、得られた試料の測定値から、下記式に示す外挿法にしたがって、外挿値を計算する。この外挿値をこの化合物の物性値とする。
〈外挿値〉=(100×〈試料の測定値〉−〈母液晶の重量%〉×〈母液晶の測定値〉)/〈液晶性化合物の重量%〉
液晶性化合物と母液晶との割合がこの割合であっても、スメクチック相、または結晶が25℃で析出する場合には、液晶性化合物と母液晶との割合を10重量%:90重量%、5重量%:95重量%、1重量%:99重量%の順に変更をしていき、スメクチック相、または結晶が25℃で析出しなくなった組成で試料の物性値を測定し上記式にしたがって外挿値を求めて、これを液晶性化合物の物性値とする。
測定に用いる母液晶としては様々な種類が存在するが、例えば、母液晶iの組成(重量%)は以下のとおりである。
母液晶i:

Figure 2009034867
〔液晶性化合物等の物性値の測定方法〕
物性値の測定は後述する方法で行った。これら測定方法の多くは、日本電子機械工業会規格(Standard of Electric Industries Association of Japan)EIAJ・ED−2521Aに記載された方法、またはこれを修飾した方法である。また、測定に用いたTN素子またはVA素子には、TFTを取り付けなかった。
測定値のうち、液晶性化合物そのものを試料とした場合は、得られた値を実験データとして記載した。液晶性化合物と母液晶との混合物を試料として用いた場合は、外挿法で得られた値を実験データとして記載した。
相構造および相転移温度(℃):以下(1)、および(2)の方法で測定を行った。
(1)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)に化合物を置き、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、液晶相の種類を特定した。
(2)パーキンエルマー社製走査熱量計DSC−7システム、またはDiamond DSCシステムを用いて、3℃/分速度で昇降温し、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(on set)、相転移温度を決定した。
以下、結晶はCと表し、さらに結晶の区別がつく場合は、それぞれCrまたはCrと表した。また、スメクチック相はSm、ネマチック相はNと表した。液体(アイソトロピック)はIsoと表した。スメクチック相の中で、スメクチックB相、またはスメクチックA相の区別がつく場合は、それぞれSmB、またはSmAと表した。相転移温度の表記として、例えば、「C 50.0 N 100.0 Iso」とは、結晶からネマチック相への相転移温度(CN)が50.0℃であり、ネマチック相から液体への相転移温度(NI)が100.0℃であることを示す。他の表記も同様である。
ネマチック相の上限温度(TNI;℃):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(液晶性化合物と母液晶との混合物)を置き、1℃/分の速度で加熱しながら偏光顕微鏡を観察した。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ネマチック相の上限温度とした。以下、ネマチック相の上限温度を、単に「上限温度」と略すことがある。
低温相溶性:母液晶と液晶性化合物とを、液晶性化合物が、20重量%、15重量%、10重量%、5重量%、3重量%、および1重量%の量となるように混合した試料を作製し、試料をガラス瓶に入れる。このガラス瓶を、0℃、−5℃、−10℃または−20℃のフリーザー中に一定期間保管したあと、結晶もしくはスメクチック相が析出しているかどうか観察をした。
粘度(η;20℃で測定;mPa・s):液晶性化合物と母液晶との混合物を、E型回転粘度計を用いて測定した。
光学異方性(屈折率異方性;25℃で測定;Δn):測定は、25℃の温度下で、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(液晶性化合物と母液晶との混合物)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。
誘電率異方性(Δε;25℃で測定):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枚のガラス基板から、間隔(セルギャップ)が20μmであるVA素子を組み立てた。同様の方法で、ガラス基板にポリイミドの配向膜を調製した。得られたガラス基板の配向膜にラビング処理をした後、2枚のガラス基板の間隔が9μmであり、ツイスト角が80度であるTN素子を組み立てた。
得られたVA素子に試料(液晶組成物、または液晶性化合物と母液晶との混合物)を入れ、0.5V(1kHz、サイン波)を印加して、液晶分子の長軸方向における誘電率(ε‖)を測定した。また、得られたTN素子に試料(液晶組成物、または液晶性化合物と母液晶との混合物)を入れ、0.5V(1kHz、サイン波)を印加して、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。
電圧保持率(VHR;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6μmである。この素子は試料(液晶組成物、または液晶性化合物と母液晶との混合物)を入れたあと紫外線によって重合する接着剤で密閉した。このTN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(%)で表現したものである。
弾性定数(K11、K33;25℃で測定):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である垂直配向セルに試料を入れた。このセルに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。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。
トランス−4’−[2,3−ジフロオロ−4−(トランス−4−プロピルシクロヘキシル)フェノキシメチル]−トランス−4−ペンチルビシクロヘキシル(No.1−1−23)の合成


Figure 2009034867
第1工程
反応器へトランス−4’−ペンチルビシクロヘキシル−トランス−4−カルボン酸(1)100.0g、メタノール300mlおよび95%硫酸1.0gを加え、環留下、2時間攪拌した。GC分析により反応終了を確認後、反応液を室温まで冷却し、トルエン600mlおよび水900mlを加え混合し、その後静置して有機層と水層とに分離させて、有機層への抽出操作を行った。得られた有機層を順次、水、1N水酸化ナトリウム水溶液、飽和重曹水、水で洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥した後、減圧下濃縮して残渣を得た。得られた残渣を、ヘプタンを展開溶媒、シリカゲルを充填剤として用いたカラムクロマトグラフィーによる分取操作で精製し、乾燥させ、トランス−4’−ペンチルビシクロヘキシル−トランス−4−カルボン酸メチルエステル(2)102.5gを得た。化合物(1)からの収率は97.4%であった。
第2工程
水素化リチウムアルミニウム6.4gをTHF 500mlに懸濁した。この懸濁液に化合物(2)100.0gを、3℃から10℃の温度範囲で滴下し、さらにこの温度範囲で2時間攪拌した。GC分析により反応終了を確認後、氷冷下、反応混合物に、順次、酢酸エチル、飽和アンモニア水溶液を加えていき、析出物をセライト濾過により除去した。濾液を酢酸エチルにより抽出した。得られた有機層を、水、飽和食塩水で順次洗浄して、無水硫酸マグネシウムで乾燥した。減圧下濃縮をして、(トランス−4’−ペンチルビシクロヘキシル−トランス−4−イル)メタノール(3)を含む粗製化合物85.3gを得た。得られた粗製化合物は無色固体であった。
第3工程
第2工程で得た粗製化合物85.3g、およびトリフェニルホスフィン133.8gを塩化メチレン400mlに溶解した。この溶液に、四臭化炭素169.1gをTHF300mlに溶解した溶液を、室温下ゆっくりと滴下し、さらに室温下3時間攪拌した。得られた反応混合物に、飽和重曹水、および酢酸エチルを加えて混合し、その後静置して有機層と水層とに分離させて、有機層への抽出操作を行った。得られた有機層を順次、水、飽和食塩水で洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥した後、減圧下濃縮して残渣を得た。残渣は淡黄色の固体であり、この残渣を、n−ヘプタンを展開溶媒、シリカゲルを充填剤として用いたカラムクロマトグラフィーによる分取操作で精製し、トランス−4’−ブロモメチル−トランス−4−ペンチル−ビシクロヘキシル(4)82.3gを得た。得られた化合物(4)は無色固体であった。化合物(2)からの収率は73.6%であった。
第4工程
反応器に1−エトキシ−2,3−ジフルオロ−4−(トランス−4−プロピルシクロヘキシル)ベンゼン(5)50.0g、48%臭化水素酸44.8g、および氷酢酸250mlを加え、環留下、64時間、攪拌した。GC分析により反応終了を確認後、反応混合物を30℃まで冷却し、得られた液に水500mlとトルエン500mlとを加え混合した。その後、静置して有機層と水層の2層に分離させて、有機層への抽出操作を行った。得られた有機層を分取して、食塩水で洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥した。その後、減圧下、溶媒を留去し、得られた残渣をヘプタンからの再結晶により精製し、乾燥させ、2,3−ジフルオロ−4−(トランス−4−プロピルシクロヘキシル)フェノール(6)41.8gを得た。化合物(5)からの収率は92.9%であった。
なお、化合物(5)は特許公報第2811342号に記載されている方法などにより合成することができる。
第5工程
反応器に化合物(4)4.9g、化合物(6)4.0g、リン酸3カリウムn水和物4.8gおよびDMF30mlを仕込み、70℃で5時間、攪拌した。GC分析により反応終了を確認後、反応混合物を30℃まで冷却し、得られた液にトルエン70ml、および水100mlを加え混合した。その後、静置して有機層と水層の2層に分離させて、有機層への抽出操作を行った。得られた有機層を分取して、食塩水で洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥した。その後、減圧下、溶媒を留去し、得られた残渣をヘプタンとトルエンの混合溶媒(混合比ヘプタン:トルエン=4:1)を展開溶媒、シリカゲルを充填剤として用いたカラムクロマトグラフィーによる分取操作で精製した。さらにソルミックスA−11とヘプタンの混合溶媒(体積比 ソルミックスA−11:ヘプタン=1:2)からの再結晶により精製し、乾燥させ、トランス−4’−[2,3−ジフロオロ−4−(トランス−4−プロピルシクロヘキシル)フェノキシメチル]−トランス−4−ペンチルビシクロヘキシル(No.1−1−23)4.0gを得た。化合物(4)からの収率は53.6%であった。
H−NMR分析の化学シフトδ(ppm)は以下の通りであり、得られた化合物が、トランス−4’−[2,3−ジフロオロ−4−(トランス−4−プロピルシクロヘキシル)フェノキシメチル]−トランス−4−ペンチルビシクロヘキシルであることが同定できた。なお、測定溶媒はCDClである。
化学シフトδ(ppm);6.82(t,1H)、6.64(t,1H)、3.78(d,2H)、2.73(tt,1H)、1.93−1.69(m,13H)、1.46−0.80(m,34H).
転移温度は化合物自体の測定値とし、上限温度(TNI)、誘電率異方性(Δε)、および光学異方性(Δn)は、化合物を母液晶(i)に混合した試料の測定値を、上記外挿法に従って換算した外挿値とした、化合物(No.1−1−23)の物性値は以下の通りであった。
相転移温度 :Cr 90.5 SmB 104.3 SmA 128.2 N 234.1 Iso
NI=217.9℃,Δε=−4.5 ,Δn=0.109.
トランス−4’−[2,3−ジフロオロ−4−(トランス−4−プロピルシクロヘキシル)フェノキシメチル]−トランス−4−エチルビシクロヘキシル(No.1−1−8)の合成
Figure 2009034867
化合物(1)の代わりにトランス−4’−エチルビシクロヘキシル−トランス−4−カルボン酸を用い、実施例1に示した手法にのっとり、トランス−4’−[2,3−ジフロオロ−4−(トランス−4−プロピルシクロヘキシル)フェノキシメチル]−トランス−4−エチルビシクロヘキシル(No.1−1−8)を合成した。
H−NMR分析の化学シフトδ(ppm)は以下の通りであり、得られた化合物が、トランス−4’−[2,3−ジフロオロ−4−(トランス−4−プロピルシクロヘキシル)フェノキシメチル]−トランス−4−エチルビシクロヘキシルであることが同定できた。なお、測定溶媒はCDClである。
化学シフトδ(ppm);6.82(t,1H)、6.64(t,1H)、3.78(d,2H)、2.73(tt,1H)、1.93−1.70(m,13H)、1.46−0.80(m,28H).
転移温度は化合物自体の測定値とし、上限温度(TNI)、誘電率異方性(Δε)、および光学異方性(Δn)は、化合物を母液晶(i)に混合した試料の測定値を、上記外挿法に従って換算した外挿値とした、化合物(No.1−1−8)の物性値は以下の通りであった。
相転移温度 :Cr 106.3 N 220.8 Iso
NI=211.9℃, Δε=−5.3, Δn=0.112.
トランス−4’−[2,3−ジフロオロ−4−(トランス−4−ペンチルシクロヘキシル)フェノキシメチル]−トランス−4−プロピルビシクロヘキシル(No.1−1−15)の合成

Figure 2009034867
化合物(1)の代わりにトランス−4’−プロピルビシクロヘキシル−トランス−4−カルボン酸を、化合物(5)の代わりに1−エトキシ−2,3−ジフルオロ−4−(トランス−4−ペンチルシクロヘキシル)ベンゼンを用い、実施例1に示した手法にのっとり、トランス−4’−[2,3−ジフロオロ−4−(トランス−4−ペンチルシクロヘキシル)フェノキシメチル]−トランス−4−プロピルビシクロヘキシル(No.1−1−15)を合成した。
H−NMR分析の化学シフトδ(ppm)は以下の通りであり、得られた化合物が、トランス−4’−[2,3−ジフロオロ−4−(トランス−4−ペンチルシクロヘキシル)フェノキシメチル]−トランス−4−プロピルビシクロヘキシルであることが同定できた。なお、測定溶媒はCDClである。
化学シフトδ(ppm);6.82(t,1H)、6.64(t,1H)、3.78(d,2H)、2.73(tt,1H)、1.93−1.69(m,13H)、1.46−0.80(m,34H).
転移温度は化合物自体の測定値とし、上限温度(TNI)、誘電率異方性(Δε)、および光学異方性(Δn)は、化合物を母液晶(i)に混合した試料の測定値を、上記外挿法に従って換算した外挿値とした、化合物(No.1−1−15)の物性値は以下の通りであった。
相転移温度 :Cr 99.0 N 230.6 Iso
NI=286.6℃, Δε=−6.1, Δn=0.127.
トランス−4−[2,3−ジフルオロ−4−(トランス−4−ビニルシクロヘキシルメトキシ)フェニル]−トランス−4’−プロピルビシクロヘキシル(No.2−1−29)の合成

Figure 2009034867
第1工程
窒素雰囲気下、トルエン200mlへ(トランス−4−ビニルシクロヘキシル)メタノール(7)12.0g、イミダゾール7.6gおよびトリフェニルホスフィン(PhP)29.2gを加え、5℃で攪拌した。そこへヨウ素27.2gを10分割して、5〜10℃の温度範囲で加え、さらに3時間攪拌し、GC分析により反応が終了していることを確認した。得られた反応混合物を濾過により析出物を取り除き、得られた濾液から減圧下、溶媒を留去した。得られた残渣を、ヘプタンを展開溶媒、シリカゲルを充填剤として用いたカラムクロマトグラフィーによる分取操作で精製し、乾燥させ、1−ヨードメチル−トランス−4−ビニルシクロヘキサン(8)15.2gを得た。化合物(7)からの収率は71.0%であった。
なお、化合物(7)は国際公開第2006/093102号パンフレットに記載されている方法などにより合成することができる。
第2工程
窒素雰囲気下、塩化メチレン300mlへトランス−4−(4−エトキシ−2,3−ジフルオロフェニル)−トランス−4’−プロピルビシクロヘキシル(9)30.3gを加え、−40℃で攪拌した。そこへ三臭化ホウ素(BBr)25.0gを加え、その後、0℃で20時間攪拌し、GC分析により反応が終了していることを確認した。得られた反応混合物を、0℃に冷却した水500mlと塩化メチレン300mlとが入った容器中に注ぎ込み、混合した。その後、静置して、有機層と水層とに分離させ抽出操作を行った。得られた有機層を分取し、食塩水で洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥した。その後、減圧下、溶媒を留去し、得られた残渣をヘプタンとトルエンの混合溶媒(体積比 ヘプタン:トルエン=1:1)からの再結晶により精製し、乾燥させ、2,3−ジフルオロ−4−(トランス−4’−プロピルビシクロヘキシル−トランス−4−イル)フェノール(10)27.0gを得た。化合物(9)からの収率は96.5%であった。
なお、化合物(9)は特許公報第2811342号に記載されている方法などにより合成することができる。
第3工程
窒素雰囲気下、DMF10mlに化合物(10)1.7g、および炭酸カリウム(KCO)0.83gを加え、70℃で攪拌した。そこへ化合物(8)3.0gを加え、70℃で、4時間攪拌した。得られた反応混合物を30℃まで冷却し、トルエン30ml、および水30mlを加え混合した。その後、静置して有機層と水層の2層に分離させて、有機層への抽出操作を行った。得られた有機層を分取して、食塩水で洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥した。その後、減圧下、溶媒を留去し、得られた残渣をヘプタンとトルエンの混合溶媒(体積比 ヘプタン:トルエン=4:1)を展開溶媒、シリカゲルを充填剤として用いたカラムクロマトグラフィーによる分取操作で精製した。さらにソルミックスA−11とヘプタンの混合溶媒(体積比 ソルミックスA−11:ヘプタン=1:2)からの再結晶により精製し、乾燥させ、トランス−4−[2,3−ジフルオロ−4−(トランス−4−ビニルシクロヘキシルメトキシ)フェニル]−トランス−4’−プロピルビシクロヘキシル(No.2−1−29)0.9gを得た。化合物(10)からの収率は39.2%であった。
H−NMR分析の化学シフトδ(ppm)は以下の通りであり、得られた化合物が、トランス−4−[2,3−ジフルオロ−4−(トランス−4−ビニルシクロヘキシルメトキシ)フェニル]−トランス−4’−プロピルビシクロヘキシルであることが同定できた。なお、測定溶媒はCDClである。
化学シフトδ(ppm);6.82(t,1H)、6.65(t,1H)、5.82−5.75(m,1H)、4.97(dt,1H)、4.91(dt,1H)、3.81(d,2H)、2.71(tt,1H)、1.95−1.71(m,14H)、1.41(q,2H)、1.35−1.27(m,2H)、1.20−0.95(m,13H)、0.89−0.82(m,5H).
転移温度は化合物自体の測定値とし、上限温度(TNI)、誘電率異方性(Δε)、および光学異方性(Δn)は、化合物を母液晶(i)に混合した試料の測定値を、上記外挿法に従って換算した外挿値とした、化合物(No.2−1−29)の物性値は以下の通りであった。
相転移温度 :Cr 69.9 Cr 80.8 SmB 96.3 SmA 123.1 N 252.6 Iso
NI=215.9℃, Δε=−5.2, Δn=0.114.
トランス−4’−[2,3−ジフロオロ−4−(トランス−4−プロピルシクロヘキシル)フェノキシメチル]−トランス−4−ビニルビシクロヘキシル(No.1−1−29)の合成

Figure 2009034867
化合物(7)の代わりに(トランス−4’−ビニルビシクロヘキシル−トランス−イル)メタノールを、化合物(10)の代わりに化合物(6)を用い、実施例4に示した手法にのっとり、トランス−4’−[2,3−ジフロオロ−4−(トランス−4−プロピルシクロヘキシル)フェノキシメチル]−トランス−4−ビニルビシクロヘキシル(No.1−1−29)を合成した。
H−NMR分析の化学シフトδ(ppm)は以下の通りであり、得られた化合物が、トランス−4’−[2,3−ジフロオロ−4−(トランス−4−プロピルシクロヘキシル)フェノキシメチル]−トランス−4−ビニルビシクロヘキシルであることが同定できた。なお、測定溶媒はCDClである。
化学シフトδ(ppm);6.82(t,1H)、6.64(t,1H)、5.81−5.74(m,1H)、4.95(d,1H)、4.87(d,1H)、3.78(d,2H)、2.73(tt,1H)、1.94−1.76(m,14H)、1.46−1.18(m,7H)、1.10−1.04(m,12H)、0.90(t,3H).
転移温度は化合物自体の測定値とし、上限温度(TNI)、誘電率異方性(Δε)、および光学異方性(Δn)は、化合物を母液晶(i)に混合した試料の測定値を、上記外挿法に従って換算した外挿値とした、化合物(No.1−1−29)の物性値は以下の通りであった。
相転移温度 :Cr 96.1 N 234.8 Iso
NI=211.9℃, Δε=−5.3, Δn=0.115.
トランス−4−{4−[2,3−ジフルオロ−4−(トランス−4−ペンチルシクロヘキシル)フェノキシメチル]フェニル}−トランス−4’−プロピルビシクロヘキシル(No.1−1−399)の合成



Figure 2009034867
アルキルハライド誘導体としてトランス−4’−(4−ブロモメチルフェニル)−トランス−4−プロピルビシクロヘキシル(11)、フェノール誘導体として2,3−ジフルオロ−4−(トランス−4−ペンチルシクロヘキシル)フェノール(12)を選択し、実施例1、または3に示した同様の手法により、トランス−4−{4−[2,3−ジフルオロ−4−(トランス−4−ペンチルシクロヘキシル)フェノキシメチル]フェニル}−トランス−4’−プロピルビシクロヘキシル(No.1−1−399)を合成することができる。
実施例1〜6に示した手法により、対応した出発原料を用いて様々な化合物を合成し、それが目的とする化合物であることを確認した。
トランス−4’−[2,3−ジフロオロ−4−(トランス−4−エトキシシクロヘキシル)フェノキシメチル]−トランス−4−ペンチルビシクロヘキシル(No.1−1−27)


Figure 2009034867
化学シフトδ(ppm);6.80(t,1H)、6.64(t,1H)、3.78(d,2H)、3.55(q,2H)、3.29(tt,1H)、2.73(tt,1H)、2.15(d,2H)、1.95−1.85(m,4H)、1.80−1.67(m,7H)、1.56−0.78(m,29H).
転移温度は化合物自体の測定値とし、上限温度(TNI)、誘電率異方性(Δε)、および光学異方性(Δn)は、化合物を母液晶(i)に混合した試料の測定値を、上記外挿法に従って換算した外挿値とした、化合物(No.1−1−27)の物性値は以下の通りであった。
相転移温度 :Cr 108.4 SmA 112.7 N 223.0 Iso
NI=203.6℃, Δε=−6.1, Δn=0.113.
2,3−ジフルオロ−4−(トランス−4’−ペンチルビシクロヘキシル−トランス−4−イルメトキシ)−4’−ビフェニル(No.1−1−203)

Figure 2009034867
化学シフトδ(ppm);7.41(d,2H)、7.24(d,2H)、7.07(t,1H)、3.85(d,2H)、2.62(t,2H)、1.95(m,2H)、1.79−1.64(m,9H)、1.32−1.21(m,6H)、1.17−0.94(m,14H)、0.89−0.81(m,5H).
転移温度は化合物自体の測定値とし、上限温度(TNI)、誘電率異方性(Δε)、光学異方性(Δn)および粘度(η)は、化合物を母液晶(i)に混合した試料の測定値を、上記外挿法に従って換算した外挿値とした、化合物(No.1−1−203)の物性値は以下の通りであった。
相転移温度 :Cr 111.3 SmA 169.8 N 231.6 Iso
NI=214.6℃, Δε=−4.7, Δn=0.167, η=53.7mPa・s.
4’−ブトキシ−2,3,3’−トリフルオロ−4−(トランス−4’−プロピルビシクロヘキシル−トランス−4−イルメトキシ)−ビフェニル(No.1−1−209)


Figure 2009034867
化学シフトδ(ppm);7.25−7.18(m,2H)、7.05−6.98(m,2H)、6.76(t,1H)、4.07(t,2H)、3.84(d,2H)、1.95(m,2H)、1.85−1.70(m,9H)、1.56−1.49(m,2H)、1.33−1.27(m,2H)、1.15−1.13(m,3H)、1.06−0.94(m,11H)、0.89−0.81(m,5H).
転移温度は化合物自体の測定値とし、上限温度(TNI)、誘電率異方性(Δε)、および光学異方性(Δn)は、化合物を母液晶(i)に混合した試料の測定値を、上記外挿法に従って換算した外挿値とした、化合物(No.1−1−209)の物性値は以下の通りであった。
相転移温度 :Cr 86.8 SmA 179.8 N 235.5 Iso
NI=214.6℃, Δε=−6.1, Δn=0.174.
4’−ブトキシ−2,3,3’−トリフルオロ−4−(トランス−4’−ビニルビシクロヘキシル−トランス−4−イルメトキシ)−ビフェニル(No.1−1−214)

Figure 2009034867
化学シフトδ(ppm);7.26−7.19(m,2H)、7.05−6.99(m,2H)、6.76(t,1H)、5.81−5.74(m,1H)、4.96(d,1H)、4.88(d,1H)、4.07(t,2H)、3.85(d,2H)、1.96−1.78(m,12H)、1.56−1.49(m,2H)、1.12−0.98(m,13H).
転移温度は化合物自体の測定値とし、上限温度(TNI)、誘電率異方性(Δε)、および光学異方性(Δn)は、化合物を母液晶(i)に混合した試料の測定値を、上記外挿法に従って換算した外挿値とした、化合物(No.1−1−214)の物性値は以下の通りであった。
相転移温度 :Cr 91.7 SmA 151.0 N 230.4 Iso
NI=206.6℃, Δε=−6.6, Δn=0.176.
トランス−4−[2,3−ジフルオロ−4−(トランス−4−ペンチルシクロヘキシルメトキシ)フェニル]−トランス−4’−プロピルビシクロヘキシル(No.2−1−23)

Figure 2009034867
化学シフトδ(ppm);6.82(t,1H)、6.64(t,1H)、3.78(d,2H)、2.71(tt,1H)、1.91−1.72(m,13H)、1.44−0.82(m,34H).
転移温度は化合物自体の測定値とし、上限温度(TNI)、誘電率異方性(Δε)、および光学異方性(Δn)は、化合物を母液晶(i)に混合した試料の測定値を、上記外挿法に従って換算した外挿値とした、化合物(No.2−1−23)の物性値は以下の通りであった。
相転移温度 :Cr 77.0 SmB 133.2 SmA 167.7 N 246.2 Iso
NI=268.6℃, Δε=−6.9, Δn=0.141.
2,3−ジフルオロ−4−(トランス−4−ペンチルシクロヘキシルメトキシ)−4’−(トランス−4−プロピルシクロヘキシル)ビフェニル(No.2−1−85)
Figure 2009034867
化学シフトδ(ppm);7.42(d,2H)、7.27(d,2H)、7.07(t,1H)、6.77(t,1H)、3.85(d,2H)、2.50(tt,1H)、1.93−1.77(m,9H)、1.52−1.44(m,2H)、1.39−1.17(m,14H)、1.10−1.03(m,4H)、0.99−0.87(m,8H).
転移温度は化合物自体の測定値とし、上限温度(TNI)、誘電率異方性(Δε)、および光学異方性(Δn)は、化合物を母液晶(i)に混合した試料の測定値を、上記外挿法に従って換算した外挿値とした、化合物(No.2−1−85)の物性値は以下の通りであった。
相転移温度 :Cr(50.7 SmX)76.6 SmC 80.9 N 239.5 Iso
NI=218.6℃, Δε=−5.0, Δn=0.167.
2,3−ジフルオロ−4−(トランス−4−ペンチルシクロヘキシルメトキシ)−4’’−プロピル−[1,1’;4’,1’’]ターフェニルトランス−4−プロピルシクロヘキシル)ビフェニル(No.2−1−143)
Figure 2009034867
化学シフトδ(ppm);7.64(d,2H)、7.55(t,4H)、7.26(d,2H)、7.12(t,1H)、6.79(t,1H)、3.87(d,2H)、2.64(t,2H)、1.94−1.92(m,2H)、1.83−1.78(m,3H)、1.73−1.66(m,2H)、1.33−1.18(m,9H)、1.08(qd,2H)、1.00−0.88(m,8H).
転移温度は化合物自体の測定値とし、上限温度(TNI)、誘電率異方性(Δε)、および光学異方性(Δn)は、化合物を母液晶(i)に混合した試料の測定値を、上記外挿法に従って換算した外挿値とした、化合物(No.2−1−143)の物性値は以下の通りであった。
相転移温度 :Cr 112.0 N 252.4 Iso
NI=232.6℃, Δε=−4.3, Δn=0.247.
実施例1〜7に記載した合成方法と同様の方法により表1〜表56に示す化合物(No.1−1−1)〜化合物(No.1−1−410)および化合物(No.2−1−1)〜化合物(No.2−1−410)を合成することができる。
Figure 2009034867

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4−(4−ペンチルシクロヘキシル)安息香酸2,3−ジフルオロ−4’−プロピルビフェニル−4−イル エステル(No.1−2−263)の合成

Figure 2009034867
窒素雰囲気下、塩化メチレン(CHCl)30mlへ4−(トランス−4−ペンチルシクロヘキシル安息香酸(13)3.3g、2,3−ジフルオロ−4’−プロピルビフェニル−4−オール(14)3.0g、1,3−ジシクロカルボジイミド(DCC)2.6g、および4−ジメチルアミノピリジン(DMAP)0.15gを加え、25℃で20時間攪拌した。GC分析により反応が終了していることを確認後、塩化メチレン20mlおよび水50mlを加え、混合した。その後、静置して有機層と水層の2層に分離させて、有機層への抽出操作を行った。得られた有機層を分取して、水で洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥した。得られた溶液を減圧下、濃縮し、残渣をトルエンを展開溶媒、シリカゲルを充填剤として用いたカラムクロマトグラフィーによる分取操作で精製した。さらにヘプタンとTHFの混合溶媒(体積比 ヘプタン:THF=2:1)からの再結晶により精製し、乾燥させ、4−(トランス−4−ペンチルシクロヘキシル)安息香酸 2,3−ジフルオロ−4’−プロピルビフェニル−4−イル エステル(No.1−2−263)4.6gを得た。化合物(13)からの収率は75.1%であった。
なお、化合物(14)は1−ブロモ−2,3−ジフルオロ−4−メトキシベンゼンを原料として、国際公開第2006/093189号パンフレットに記載されている3−クロロ−2−フルオロ−4’−プロピルビフェニル−4−オールと同様な手法などにより合成することができる。
H−NMR分析の化学シフトδ(ppm)は以下の通りであり、得られた化合物が、4−(トランス−4−ペンチルシクロヘキシル)安息香酸2,3−ジフルオロ−4’−プロピルビフェニル−4−イル エステルであることが同定できた。なお、測定溶媒はCDClである。
化学シフトδ(ppm);8.14(d,2H)、7.46(d,2H)、7.36(d,2H)、7.27(d,2H)、7.21(t,1H)、7.08(t,1H)、2.64(t,2H)、2.57(tt,1H)、1.93−1.89(t,4H)、1.73−1.65(m,2H)、1.49(qt,2H)、1.37−1.22(m,9H)、1.07(qt,2H)、0.98(t,3H)、0.90(t,3H).
転移温度は化合物自体の測定値とし、上限温度(TNI)、誘電率異方性(Δε)、および光学異方性(Δn)は、化合物を母液晶(i)に混合した試料の測定値を、上記外挿法に従って換算した外挿値とした、化合物(No.1−2−263)の物性値は以下の通りであった。
相転移温度 :Cr 122.5 N 289.8 Iso
NI=232.6℃, Δε=−2.0, Δn=0.219.
トランス−4−ペンチルシクロヘキサンカルボン酸2,3−ジフルオロ−4−(トランス−4’−プロピルビシクロヘキシル−トランス−4−イル)フェニルエステル(No.2−2−23)の合成

Figure 2009034867
窒素雰囲気下、塩化メチレン(CHCl)30mlへトランス−4−ペンチルシクロヘキシルカルボン酸(15)2.2g、化合物(10)3.7g、1,3−ジシクロカルボジイミド2.3g、および4−ジメチルアミノピリジン0.14gを加え、25℃で4時間攪拌した。GC分析により反応が終了していることを確認後、塩化メチレン20mlおよび水50mlを加え、混合した。その後、静置して有機層と水層の2層に分離させて、有機層への抽出操作を行った。得られた有機層を分取して、水で洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥した。得られた溶液を減圧下、濃縮し、残渣をトルエンを展開溶媒、シリカゲルを充填剤として用いたカラムクロマトグラフィーによる分取操作で精製した。さらにヘプタンとTHFの混合溶媒(体積比 ヘプタン:THF=2:1)からの再結晶により精製し、乾燥させ、トランス−4−ペンチルシクロヘキサンカルボン酸2,3−ジフルオロ−4−(トランス−4’−プロピルビシクロヘキシル−トランス−4−イル)フェニルエステル(No.2−2−23)3.4gを得た。化合物(15)からの収率は58.8%であった。
H−NMR分析の化学シフトδ(ppm)は以下の通りであり、得られた化合物が、トランス−4−ペンチルシクロヘキサンカルボン酸2,3−ジフルオロ−4−(トランス−4’−プロピルビシクロヘキシル−トランス−4−イル)フェニルエステルであることが同定できた。なお、測定溶媒はCDClである。
化学シフトδ(ppm);6.93(t,1H)、6.80(t,1H)、2.78(tt,1H)、2.52(tt,1H)、2.14(d,2H)、1.89−1.83(m,6H)、1.77−1.72(m,4H)、1.58−1.52(m,2H)、1.46−1.39(m,2H)、1.35−0.93(m,22H)、0.90−0.84(m,8H).
転移温度は化合物自体の測定値とし、上限温度(TNI)、誘電率異方性(Δε)、および光学異方性(Δn)は、化合物を母液晶(i)に混合した試料の測定値を、上記外挿法に従って換算した外挿値とした、化合物(No.2−2−23)の物性値は以下の通りであった。
相転移温度 :Cr 84.5 SmA 187.8 N 310.3 Iso
NI=251.9℃, Δε=−3.2, Δn=0.114.
4−(トランス−4−プロピルシクロヘキシル)安息香酸4’−(トランス−4−エチルシクロヘキシル)−2,3−ジフルオロビフェニル−4−イル エステル(No.2−2−398)の合成

Figure 2009034867
安息香酸として4−(トランス−4−プロピルシクロヘキシル)安息香酸(16)、フェノール誘導体として4’−(トランス−4−エチルシクロヘキシル)−2,3−ジフルオロビフェニル−4−オール(17)を選択し、実施例7、または9に示した同様の手法により、4−(トランス−4−プロピルシクロヘキシル)安息香酸4’−(トランス−4−エチルシクロヘキシル)−2,3−ジフルオロビフェニル−4−イル エステル(No.2−2−398)を合成することができる。
実施例9、10および11に示した手法により、対応した出発原料を用いて様々な化合物を合成し、それが目的とする化合物であることを確認した。
トランス−4’−ペンチルビシクロヘキシル−トランス−4−カルボン酸 2,3−ジフルオロ−4−(トランス−4−プロピルシクロヘキシル)フェニル エステル(No.1−2−23)

Figure 2009034867
化学シフトδ(ppm);6.93(t,1H)、6.80(t,1H)、2.80(tt,1H)、2.50(tt,1H)、2.16(d,2H)、1.86−1.70(m,10H)、1.58−1.41(m,4H)、1.38−0.94(m,22H)、0.91−0.81(m,8H).
転移温度は化合物自体の測定値とし、上限温度(TNI)、誘電率異方性(Δε)、および光学異方性(Δn)は、化合物を母液晶(i)に混合した試料の測定値を、上記外挿法に従って換算した外挿値とした、化合物(No.1−2−23)の物性値は以下の通りであった。
相転移温度 :Cr 55.2 SmC 74.9 SmA 179.6 N 307.2 Iso
NI=255.9℃, Δε=−3.6, Δn=0.114.
トランス−4’−ペンチルビシクロヘキシル−トランス−4−カルボン酸 2,3−ジフルオロ−4−(トランス−4−エトキシシクロヘキシル)フェニル エステル(No.1−2−27)

Figure 2009034867
化学シフトδ(ppm);6.92(t,1H)、6.81(t,1H)、3.55(q,2H)、3.29(tt,1H)、2.81(tt,1H)、2.50(tt,1H)、2.16(d,4H)、1.95−1.82(m,4H)、1.80−1.68(m,4H)、1.59−1.44(m,4H)、1.43−0.92(m,20H)、0.91−0.80(m,5H).
転移温度は化合物自体の測定値とし、上限温度(TNI)、誘電率異方性(Δε)、および光学異方性(Δn)は、化合物を母液晶(i)に混合した試料の測定値を、上記外挿法に従って換算した外挿値とした、化合物(No.1−2−27)の物性値は以下の通りであった。
相転移温度 :Cr 57.0 SmB 161.9 SmC 174.4 N 300.8 Iso
NI=239.3℃, Δε=−3.9, Δn=0.109.
トランス−4’−ペンチルシクロヘキシル−トランス−4−カルボン酸 2,3−ジフルオロ−4−(トランス−4−プロピルシクロヘキシル)フェニル エステル(No.1−2−83)

Figure 2009034867
化学シフトδ(ppm);8.12(d,2H)、7.35(d,2H)、7.01−6.93(m,2H)、2.84(tt,1H)、2.57(tt,1H)、1.92−1.87(m,8H)、1.53−1.44(m,4H)、1.39−1.20(m,14H)、1.13−1.03(m,4H)、0.92−0.89(m,6H).
転移温度は化合物自体の測定値とし、上限温度(TNI)、誘電率異方性(Δε)、および光学異方性(Δn)は、化合物を母液晶(i)に混合した試料の測定値を、上記外挿法に従って換算した外挿値とした、化合物(No.1−2−83)の物性値は以下の通りであった。
相転移温度 :Cr 65.5 Cr 113.0 N 297.9 Iso
NI=243.9℃, Δε=−2.8, Δn=0.154.
2−フルオロ−4−(トランス−4’−ペンチルシクロヘキシル)安息香酸 2,3−ジフルオロ−4−(トランス−4−プロピルシクロヘキシル)フェニル エステル(No.1−2−89)
Figure 2009034867
化学シフトδ(ppm);8.01(t,1H)、7.12(dd,1H)、7.05(dd,1H)、7.01−6.94(m,2H)、2.84(tt,1H)、2.55(tt,1H)、1.93−1.87(m,8H)、1.53−1.41(m,4H)、1.37−1.20(m,14H)、1.13−1.02(m,4H)、0.92−0.89(m,6H).
転移温度は化合物自体の測定値とし、上限温度(TNI)、誘電率異方性(Δε)、および光学異方性(Δn)は、化合物を母液晶(i)に混合した試料の測定値を、上記外挿法に従って換算した外挿値とした、化合物(No.1−2−89)の物性値は以下の通りであった。
相転移温度 :Cr 76.4 Cr 99.9 N 289.9 Iso
NI=227.3℃, Δε=−3.6, Δn=0.149.
4’−ペンチルビフェニル−4−カルボン酸 2,3−ジフルオロ−4−(トランス−4−プロピルシクロヘキシル)フェニル エステル(No.1−2−143)

Figure 2009034867
化学シフトδ(ppm);8.25(d,2H)、7.73(d,2H)、7.58(d,2H)、7.30(d,2H)、7.01−6.97(m,2H)、2.85(tt,1H)、2.67(t,2H)、1.91−1.87(m,4H)、1.68−1.65(m,2H)、1.52−1.45(m,2H)、1.38−1.31(m,7H)、1.25−1.20(m,2H)、1.09(qd,2H)、0.92−0.89(m,6H).
転移温度は化合物自体の測定値とし、上限温度(TNI)、誘電率異方性(Δε)、および光学異方性(Δn)は、化合物を母液晶(i)に混合した試料の測定値を、上記外挿法に従って換算した外挿値とした、化合物(No.1−2−143)の物性値は以下の通りであった。
相転移温度 :Cr 119.0 N 296.8 Iso
NI=243.9℃, Δε=−2.9, Δn=0.220.
トランス−4’−ペンチルビシクロヘキシル−トランス−4−カルボン酸 2,3−ジフルオロ−4−(トランス−4−プロピルシクロヘキシル)フェニル エステル(No.1−2−203)

Figure 2009034867
化学シフトδ(ppm);7.42(d,2H)、7.26(d,2H)、7.16(t,1H)、6.93(t,1H)、2.63(t,2H)、2.54(tt,1H)、2.19(d,2H)、1.88−1.86(m,2H)、1.78−1.64(m,6H)、1.61−1.52(m,2H)、1.32−1.20(m,6H)、1.18−0.96(m、12H)、0.90−0.82(m,5H).
転移温度は化合物自体の測定値とし、上限温度(TNI)、誘電率異方性(Δε)、および光学異方性(Δn)は、化合物を母液晶(i)に混合した試料の測定値を、上記外挿法に従って換算した外挿値とした、化合物(No.1−2−203)の物性値は以下の通りであった。
相転移温度 :Cr 77.3 SmA 147.0 N 307.3 Iso
NI=249.3℃, Δε=−3.2, Δn=0.154.
トランス−4’−プロピルビシクロヘキシル−トランス−4−カルボン酸 4’−ブトキシ−2,3,3’−トリフルオロビフェニル−4−イル エステル(No.1−2−209)

Figure 2009034867

化学シフトδ(ppm);7.26(d,1H)、7.22(d,1H)、7.13(t,1H)、7.02(t,1H)、6.94(t,1H)、4.08(t,2H)、2.54(tt,1H)、2.19(d,2H)、1.88−1.71(m,8H)、1.61−1.52(m,4H)、1.33−1.27(m,2H)、1.16−0.96(m、12H)、0.89−0.82(m,5H).
転移温度は化合物自体の測定値とし、上限温度(TNI)、誘電率異方性(Δε)、および光学異方性(Δn)は、化合物を母液晶(i)に混合した試料の測定値を、上記外挿法に従って換算した外挿値とした、化合物(No.1−2−209)の物性値は以下の通りであった。
相転移温度 :Cr 72.0 SmA 212.3 N 303.2 Iso
NI=244.6℃, Δε=−4.8, Δn=0.167.
4’−ペンチルビフェニル−4−カルボン酸 2,3−ジフルオロ−4’−プロピルビフェニル−4−イル エステル(No.1−2−323)

Figure 2009034867
化学シフトδ(ppm);8.28(d,2H)、7.75(d,2H)、7.59(d,2H)、7.47(d,2H)、7.32−7.28(m,4H)、7.28(t,1H)、7.12(t,1H)、2.69−2.63(m,4H)、1.73−1.64(m,4H)、1.39−1.35(m,4H)、0.99(t,3H)、0.92(t,3H).
転移温度は化合物自体の測定値とし、上限温度(TNI)、誘電率異方性(Δε)、および光学異方性(Δn)は、化合物を母液晶(i)に混合した試料の測定値を、上記外挿法に従って換算した外挿値とした、化合物(No.1−2−323)の物性値は以下の通りであった。
相転移温度 :Cr 132.4 N 291.4 Iso
NI=238.6℃, Δε=−1.9, Δn=0.277.
4−ペンチル安息香酸 2,3−ジフルオロ−4−(トランス−4’−プロピルビシクロヘキシル−トランス−4−イル)フェニル エステルビフェニル−4−イル エステル (No.2−2−203)

Figure 2009034867
化学シフトδ(ppm);8.11(d,2H)、7.32(d,2H)、7.10−6.93(m,2H)、2.82(tt,1H)、2.70(t,2H)、1.92−1.84(m,4H)、1.78−1.73(m,4H)、1.67−1.64(m,2H)、1.47−1.42(m,2H)、1.39−1.28(m,6H)、1.23−0.97(m,9H)、0.92−0.85(m、8H).
転移温度は化合物自体の測定値とし、上限温度(TNI)、誘電率異方性(Δε)、および光学異方性(Δn)は、化合物を母液晶(i)に混合した試料の測定値を、上記外挿法に従って換算した外挿値とした、化合物(No.2−2−203)の物性値は以下の通りであった。
相転移温度 :Cr 117.7 N 302.0 Iso
NI=240.6℃, Δε=−2.6, Δn=0.154.
実施例9、10、11、および12に記載した合成方法と同様の方法により表57〜表112に示す化合物(No.1−2−1)〜化合物(No.1−2−410)および化合物(No.2−2−1)〜化合物(No.2−2−410)を合成することができる。

Figure 2009034867

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4−[ジフルオロ−(トランス−4’−ペンチルビシクロヘキシル−3−エン−4−イル)メトキシ]−2,3−ジフルオロ−4’−プロピルビフェニル(No.1−3−363)の合成

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窒素雰囲気下、トルエン25mlおよびDMF25mlの混合溶媒へ4−ブロモ−4−ブロモジフルオロメチル−トランス−4’−ペンチルビシクロヘキシル(18)10.2g、2,3−ジフルオロ−4’−プロピルビフェニル−4−オール(14)5.4g、水酸化カリウム(KOH)3.7gを加え、111℃で3時間攪拌した。GC分析により反応が終了していることを確認し、反応液を25℃まで冷却した。反応液へトルエン50ml、および水100mlを加え、混合した。その後、静置して有機層と水層の2層に分離させて、有機層への抽出操作を行った。得られた有機層を分取して、水で洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥した。得られた溶液を減圧下、濃縮し、残渣をヘプタンを展開溶媒、シリカゲルを充填剤として用いたカラムクロマトグラフィーによる分取操作で精製した。さらにヘプタンとソルミックスA−11の混合溶媒(体積比 ヘプタン:ソルミックスA−11=2:1)からの再結晶により精製し、乾燥させ、4−[ジフルオロ−(トランス−4’−ペンチルビシクロヘキシル−3−エン−4−イル)メトキシ]−2,3−ジフルオロ−4’−プロピルビフェニル(No.1−3−363)6.3gを得た。化合物(14)からの収率は67.0%であった。
なお、化合物(18)は1−ブロモ−2,3−ジフルオロ−4−メトキシベンゼンを原料として、国際公開第2006/093189号パンフレットに記載されている3−クロロ−2−フルオロ−4’−プロピルビフェニル−4−オールと同様な手法などにより合成することができる。
H−NMR分析の化学シフトδ(ppm)は以下の通りであり、得られた化合物が、4−[ジフルオロ−(トランス−4’−ペンチルビシクロヘキシル−3−エン−4−イル)メトキシ]−2,3−ジフルオロ−4’−プロピルビフェニルであることが同定できた。なお、測定溶媒はCDClである。
化学シフトδ(ppm);7.44(d,2H)、7.27(d,2H)、7.17−7.12(m,2H)、6.42(s,1H)、2.64(t,2H)、2.42−2.37(m,1H)、2.24−2.21(m,2H)、1.93−1.90(m,2H)、1.80−1.65(m,6H)、1.42−1.20(m,8H)、1.18−1.11(m,4H)、1.15−0.95(m,5H)、0.91−0.86(m,5H).
転移温度は化合物自体の測定値とし、上限温度(TNI)、および光学異方性(Δn)は、化合物を母液晶(i)に混合した試料の測定値を、上記外挿法に従って換算した外挿値とした、化合物(No.1−3−363)の物性値は以下の通りであった。
相転移温度 :C 51.2 N 207.9 Iso
NI=188.6℃, Δn=0.154.
4−[ジフルオロ−(トランス−4’−ペンチルビシクロヘキシル−トランス−4−イル)メトキシ]−2,3−ジフルオロ−4’−プロピルビフェニル(No.1−3−203)の合成

Figure 2009034867
トルエン30mlおよびソルミックスA−11 30mlの混合溶媒へ化合物(No.1−3−363)5.7g、および炭素担持パラジウム(Pd/C)0.3gを加え、水素雰囲気下、25℃で5日間、攪拌した。GC分析により反応が終了していることを確認し、反応混合液中の炭素担持パラジウム(Pd/C)を濾過することで、取り除き、濾液をヘプタンを展開溶媒、シリカゲルを充填剤として用いたカラムクロマトグラフィーによる分取操作で精製した。さらにヘプタンとソルミックスA−11の混合溶媒(体積比 ヘプタン:ソルミックスA−11=2:1)からの再結晶により精製し、乾燥させ、4−[ジフルオロ−(トランス−4’−ペンチルビシクロヘキシル−トランス−4−イル)メトキシ]−2,3−ジフルオロ−4’−プロピルビフェニル(No.1−3−203)3.76gを得た。化合物(No.1−3−363)からの収率は65.7%であった。
H−NMR分析の化学シフトδ(ppm)は以下の通りであり、得られた化合物が、4−[ジフルオロ−(トランス−4’−ペンチルビシクロヘキシル−トランス−4−イル)メトキシ]−2,3−ジフルオロ−4’−プロピルビフェニルであることが同定できた。なお、測定溶媒はCDClである。
化学シフトδ(ppm);7.43(d,2H)、7.26(d,2H)、7.13(q,2H)、2.63(t,2H)、2.10−2.06(m,3H)、1.86(d,2H)、1.78−1.65(m,6H)、1.45−1.37(m,2H)、1.33−1.21(m,6H)、1.17−0.95(m,12H)、0.90−0.84(m,5H).
転移温度は化合物自体の測定値とし、上限温度(TNI)、誘電率異方性(Δε)、および光学異方性(Δn)は、化合物を母液晶(i)に混合した試料の測定値を、上記外挿法に従って換算した外挿値とした、化合物(No.1−3−203)の物性値は以下の通りであった。
相転移温度 :Cr 45.3 SmB 65.9 N 265.4 Iso
NI=219.9℃, Δε=−1.55, Δn=0.140.
実施例14、および15に記載した合成方法と同様の方法により表113〜表164に示す化合物(No.1−3−1)〜化合物(No.1−3−390)および化合物(No.2−3−1)〜化合物(No.2−3−390)を合成することができる。

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〔比較例1〕
比較例として3環でありメチレンオキシの結合基をもつ2,3−ジフルオロ−4−(トランス−4−ペンチルシクロヘキシルメトキシ)−4’−プロピルビフェニル(R−1)を合成した。

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H−NMR分析の化学シフトδ(ppm)は以下の通りであり、得られた化合物が、2,3−ジフルオロ−4−(トランス−4−ペンチルシクロヘキシルメトキシ)−4’−プロピルビフェニル(R−1)であることが同定できた。なお、測定溶媒はCDClである。
化学シフトδ(ppm);7.42(d,2H)、7.24(d,2H)、7.07(t,1H)、6.77(t,1H)、3.86(d,2H)、2.63(t,2H)、1.97−1.89(m,2H)、1.87−1.76(m,3H)、1.68(sext,2H)、1.36−1.17(m,9H)、1.13−1.02(m,2H)、1.01−0.86(m,8H).
得られた化合物(R−1)の相転移温度は以下の通りであった。
相転移温度:C 50.4 N 116.8 Iso。
さらに、母液晶i 85重量%と、化合物(R−1)の15重量%を含有する液晶組成物Aを調製した。得られた液晶組成物Aの物性値を測定し、測定値を外挿することで液晶性化合物(R−1)の物性の外挿値を算出した。その値は以下のとおりであった。
上限温度(TNI)=115.3℃;誘電率異方性(Δε)=−6.05;光学異方性(Δn)=0.155;粘度(η)=61.2mPa・s
液晶性化合物(No.1−1−203)の物性
前述した母液晶iとして記載された5つの化合物を混合し、ネマチック相を有する母液晶iを調製した。この母液晶iの物性は以下のとおりであった。
上限温度(TNI)=71.7℃;光学異方性(Δn)=0.137;誘電率異方性(Δε)=11.0。
母液晶i 85重量%と、実施例7で得られた2,3−ジフルオロ−4−(トランス−4’−ペンチルビシクロヘキシル−トランス−4−イルメトキシ)−4’−ビフェニル(No.1−1−203)の15重量%を含有する液晶組成物の物性値は、前述したとおり以下のとおりであった。
上限温度(TNI)=214.6℃;誘電率異方性(Δε)=−4.7;光学異方性(Δn)=0.167;粘度(η)=53.7mPa・s。
このことから液晶性化合物(No.1−1−203)は、上限温度(TNI)が高く、誘電率異方性(Δε)が負に大きく、粘度(η)の低い化合物であることがわかった。
この化合物(R−1)と本発明の化合物(No.1−1−203)を比較することにより、本発明の化合物(No.1−1−203)が広い液晶相、高いネマチック相の上限温度(TNI)、低い粘度(η)を有している点で優れていることがわかった。
〔比較例2〕
比較例として4環でありエステル結合基をもつトランス−4’−ペンチルビシクロヘキシル−トランス−4−カルボン酸4−(トランス−4−プロピルシクロヘキシル)フェニル エステル(R−2)を合成した。

Figure 2009034867
H−NMR分析の化学シフトδ(ppm)は以下の通りであり、得られた化合物が、トランス−4’−ペンチルビシクロヘキシル−トランス−4−カルボン酸4−(トランス−4−プロピルシクロヘキシル)フェニル エステル(R−2)であることが同定できた。なお、測定溶媒はCDClである。
化学シフトδ(ppm);7.18(d,2H)、6.95(d,2H)、2.44(m,2H)、2.17−2.11(m,2H)、1.90−1.81(m,6H)、1.80−1.67(m,4H)、1.57−0.80(m,34H).
得られた化合物(R−1)の相転移温度は以下の通りであった。
相転移温度:Cr 34.1 SmB 227.5 N 303.0 Iso。
母液晶i 85重量%と、得られた化合物(R−1)の15重量%を含有する液晶組成物Cを調製した。得られた液晶組成物Cの誘電率異方性(Δε)を測定し、測定値を外挿することで液晶性化合物(R−2)の誘電率異方性(Δε)の外挿値を算出した。その値は以下のとおりであった。
誘電率異方性(Δε)=−0.49
液晶性化合物(No.1−2−23)の物性
母液晶i 85重量%と、実施例11で得られたトランス−4’−ペンチルビシクロヘキシル−トランス−4−カルボン酸 2,3−ジフルオロ−4−(トランス−4−プロピルシクロヘキシル)フェニル エステル(No.1−2−23)の15重量%を含有する液晶組成物の物性値は、前述したとおり以下のとおりであった。
上限温度(TNI)=255.9℃;誘電率異方性(Δε)=−3.6;光学異方性(Δn)=0.114。
このことから液晶性化合物(No.1−2−23)は、上限温度(TNI)が高く、誘電率異方性(Δε)が負に大きい化合物であることがわかった。
この化合物(R−2)と本発明の化合物(No.1−2−23)を比較すると、本発明の化合物(No.1−2−23)の方が負に大きな誘電率異方性を示す点で優れていることがわかった。
〔比較例3〕
比較例として特許文献5(DE10136751)に記載されている4環でありジフルオロメチレンオキシの結合基をもつトランス−4−{ジフルオロ−[4−(トランス−メチルシクロヘキシル)フェノキシ]メチル}−トランス−4’−ペンチルビシクロヘキシル(R−3)を合成した。

Figure 2009034867
H−NMR分析の化学シフトδ(ppm)は以下の通りであり、得られた化合物が、トランス−4−{ジフルオロ−[4−(トランス−メチルシクロヘキシル)フェノキシ]メチル}−トランス−4’−ペンチルビシクロヘキシル(R−3)であることが同定できた。なお、測定溶媒はCDClである。
化学シフトδ(ppm);7.14(d,2H)、7.06(d,2H)、2.43(tt,1H)、2.08−1.92(m,3H)、1.89−1.67(m,10H)、1.48−0.79(m,30H).
得られた化合物(R−3)の相転移温度は以下の通りであった。
相転移温度:Cr 51.5 SmB 190.7 N 255.5 Iso。
さらに、母液晶i 85重量%と、化合物(R−3)の15重量%を含有する液晶組成物Eを調製した。得られた液晶組成物Eの誘電率異方性(Δε)を測定し、測定値を外挿することで液晶性化合物(R−1)の誘電率異方性(Δε)の外挿値を算出した。その値は以下のとおりであった。
誘電率異方性(Δε)=+0.18
液晶性化合物(No.1−3−203)の物性
母液晶i 85重量%と、実施例14で得られた4−[ジフルオロ−(トランス−4’−ペンチルビシクロヘキシル−3−エン−4−イル)メトキシ]−2,3−ジフルオロ−4’−プロピルビフェニル(No.1−3−203)の15重量%を含有する液晶組成物の物性値は、前述したとおり以下のとおりであった。
上限温度(TNI)=219.9℃;誘電率異方性(Δε)=−1.55;光学異方性(Δn)=0.140。粘度(η);43.7mPa・s
このことから液晶性化合物(No.1−3−203)は、上限温度(TNI)が高く、誘電率異方性(Δε)が負に大きい化合物であることがわかった。
この化合物(R−3)と本発明の化合物(No.1−3−203)を比較することにより、本発明の化合物(No.1−3−203)が広いネマチック相、および負に大きな誘電率異方性(Δε)を有している点で優れていることがわかった。
〔液晶組成物の実施例〕
さらに本発明の代表的な組成物を組成例1〜組成物例12にまとめた。最初に、組成物の成分である化合物とその量(重量%)を示した。化合物は表165の取り決めに従い、左末端基、結合基、環構造、および右末端基の記号によって表示した。1,4−シクロヘキシレンの立体配置はトランスである。末端基の記号がない場合は、末端基が水素であることを意味する。次に組成物の物性値を示した。ここでの物性値は測定値そのままの値である。

Figure 2009034867
特性値の測定は以下の方法にしたがって行った。これら測定方法の多くは、日本電子機械工業会規格(Standard of Electric Industries Association of Japan)EIAJ・ED−2521Aに記載された方法、またはこれを修飾した方法である。
(1)ネマチック相の上限温度(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。以下、ネマチック相の上限温度を「上限温度」と略することがある。
(2)ネマチック相の下限温度(TC;℃)
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、TCを≦−20℃と記載した。以下、ネマチック相の下限温度を「下限温度」と略すことがある。
(3)光学異方性(Δn;25℃で測定)
波長が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測定した。まず、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。そして、偏光の方向がラビングの方向と平行であるときの屈折率(n‖)、および偏光の方向がラビングの方向と垂直であるときの屈折率(n⊥)を測定した。光学異方性の値(Δn)は、
(Δn)=(n‖)−(n⊥)
の式から算出した。
(4)粘度(η;20℃で測定;mPa・s)
測定にはE型粘度計を用いた。
(5)誘電率異方性(Δε;25℃で測定)
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枚のガラス基板から、間隔(セルギャップ)が20μmであるVA素子を組み立てた。同様の方法で、ガラス基板にポリイミドの配向膜を調製した。得られたガラス基板の配向膜にラビング処理をした後、2枚のガラス基板の間隔が9μmであり、ツイスト角が80度であるTN素子を組み立てた。
得られたVA素子に試料(液晶組成物、または液晶性化合物と母液晶との混合物)を入れ、0.5V(1kHz、サイン波)を印加して、液晶分子の長軸方向における誘電率(ε‖)を測定した。また、得られたTN素子に試料(液晶組成物、または液晶性化合物と母液晶との混合物)を入れ、0.5V(1kHz、サイン波)を印加して、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。
この値が負である組成物が、負の誘電率異方性を有する組成物である。
(6)電圧保持率(VHR;25℃と100℃で測定;%)
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)が6μmであるセルに試料を入れてTN素子を作製した。25℃において、このTN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。TN素子に印加した電圧の波形を陰極線オシロスコープで観測し、単位周期(16.7ミリ秒)における電圧曲線と横軸との間の面積を求めた。TN素子を取り除いたあと印加した電圧の波形から同様にして面積を求めた。電圧保持率(%)の値は、
(電圧保持率)=(TN素子がある場合の面積値)/(TN素子がない場合の面積値)×100
の値から算出した。
成分または液晶性化合物の割合(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。組成物は、液晶性化合物などの成分の重量を測定してから混合することによって調製される。したがって、成分の重量%を算出するのは容易である。
[組成例1]
V−H1OB(2F,3F)HH−3 5%
5−H1OB(2F,3F)HH−3 5%
2−HH−3 8%
3−H2H−V 5%
3−HB−O2 12%
5−HB−O2 13%
3−HHB−1 7%
V2−HHB−1 10%
3−H2B(2F,3F)−O2 12%
5−H2B(2F,3F)−O2 13%
3−HBB(2F,3F)−O2 5%
5−HBB(2F,3F)−O2 5%
NI=82.3℃;Δn=0.093;Δε=−2.5.
[組成例2]
5−H1OB(2F,3F)HH−3 5%
3−HH1OB(2F,3F)B(3F)−O4 5%
2−HH−3 5%
2−H2H−3 5%
3−HB−O2 16%
5−HB−O2 16%
V−HHB−1 11%
3−H2B(2F,3F)−O2 13%
5−H2B(2F,3F)−O2 14%
3−HBB(2F,3F)−O2 5%
5−HBB(2F,3F)−O2 5%
NI=71.0℃;Δn=0.097;Δε=−2.9.
[組成例3]
V−H1OB(2F,3F)HH−3 3%
5−H1OB(2F,3F)HH−3 5%
5−H1OB(2F,3F)BH−3 5%
5−H1OB(2F,3F)BB−3 3%
2−H2H−3 10%
3−H2H−V 15%
3−HB−O2 11%
5−HB−O2 11%
3−H2B(2F,3F)−O2 17%
3−HBB(2F,3F)−O2 10%
5−HBB(2F,3F)−O2 10%
NI=82.0℃;TC≦−20℃;Δn=0.100;Δε=−3.4.
[組成例4]
5−HH1OB(2F,3F)H−3 6%
5−HH1OB(2F,3F)B−3 5%
3−H2H−V 17%
3−HB−O2 7%
3−HHB−1 5%
V2−HHB−1 3%
3−HHB−O1 5%
3−H2B(2F,3F)−O2 18%
5−H2B(2F,3F)−O2 19%
3−HBB(2F,3F)−O2 7%
5−HBB(2F,3F)−O2 8%
NI=81.4℃;TC≦−20℃;Δn=0.096;Δε=−3.4.
[組成例5]
5−HHEB(2F,3F)H−3 5%
5−HBEB(2F,3F)H−3 3%
5−HB(3F)EB(2F,3F)H−3 3%
2−H2H−3 5%
3−H2H−V 17%
V−HHB−1 8%
3−HBB−2 5%
3−HB(2F,3F)−O2 10%
3−H2B(2F,3F)−O2 20%
3−HBB(2F,3F)−O2 8%
5−HBB(2F,3F)−O2 10%
3−HBB(2F,3Cl)−O2 3%
3−HBB(2Cl,3F)−O2 3%
NI=87.7℃;TC≦−20℃;Δn=0.103;Δε=−3.4.
[組成例6]
5−BBEB(2F,3F)H−3 5%
5−HHEB(2F,3F)B−3 8%
5−HBEB(2F,3F)B−3 3%
2−H2H−3 5%
3−H2H−V 6%
3−HB−O2 18%
5−HB(2F,3F)−O2 10%
3−H2B(2F,3F)−O2 20%
2−HHB(2F,3F)−1 5%
3−HHB(2F,3F)−O2 10%
5−HHB(2F,3F)−O2 10%
NI=85.7℃;TC≦−20℃;Δn=0.098;Δε=−3.5.
[組成例7]
5−BBEB(2F,3F)B−3 5%
5−HEB(2F,3F)HH−3 5%
5−BEB(2F,3F)HH−3 5%
2−H2H−3 15%
3−H2H−V 5%
3−HHB−3 5%
2−BBB(2F)−3 5%
3−H2B(2F,3F)−O2 20%
5−H2B(2F,3F)−O2 15%
3−HH2B(2F,3F)−O2 10%
5−HH2B(2F,3F)−O2 10%
NI=84.9℃;TC≦−20℃;Δn=0.096;Δε=−3.5.
[組成例8]
5−HChXB(2F,3F)B−3 5%
5−HHXB(2F,3F)B−3 5%
2−H2H−3 6%
3−H2H−V 17%
3−HHEH−3 3%
3−HHEH−5 3%
3−HB(2F,3F)−O2 11%
5−HB(2F,3F)−O2 11%
5−HB(2F,3Cl)−O2 5%
3−HB(2Cl,3F)−O2 5%
5−HHB(2F,3F)−O2 5%
3−HH2B(2F,3F)−O2 12%
5−HH2B(2F,3F)−O2 12%
NI=81.6℃;Δn=0.077;Δε=−3.4.
[組成例9]
3−HH1OB(2F,3F)B(3F)−O4 5%
3−HHEB(2F,3F)B(3F)−O4 5%
3−HB−O2 16%
V−HHB−1 18%
3−H2B(2F,3F)−O2 20%
5−H2B(2F,3F)−O2 20%
3−HH2B(2F,3F)−O2 8%
5−HH2B(2F,3F)−O2 8%
NI=82.5℃;TC≦−20℃;Δn=0.100;Δε=−3.5.
[組成例10]
V−HH1OB(2F,3F)B−3 8%
V−HH1OB(2F,3F)H−3 7%
2−H2H−3 5%
3−H2H−V 17%
3−HBBH−5 3%
1O1−HBBH−4 3%
5−HBB(3F)B−2 3%
V−HB(2F,3F)−O2 7%
5−HB(2F,3F)−O2 7%
3−H2B(2F,3F)−O2 12%
5−H2B(2F,3F)−O2 12%
3−HBB(2F,3F)−O2 8%
5−HBB(2F,3F)−O2 8%
NI=80.7℃;TC≦−20℃;Δn=0.099;Δε=−3.4.
[組成例11]
5−HHEB(2F,3F)H−3 6%
5−HEB(2F,3F)HH−3 5%
2−H2H−3 10%
3−H2H−V 15%
2−BB(3F)B−3 5%
5−HBB(3F)B−2 5%
3−H2B(2F,3F)−O2 16%
5−H2B(2F,3F)−O2 16%
V−HHB(2F,3F)−O2 5%
5−HHB(2F,3F)−O2 6%
5−HBB(2F,3F)−O2 5%
3−HHB(2F,3Cl)−O2 3%
3−HHB(2Cl,3F)−O2 3%
NI=87.3℃;TC≦−20℃;Δn=0.097;Δε=−3.4.
[比較組成例1]
組成例1と比較するために、比較例1で得られた化合物(R−1)およびその類似化合物を含有する比較組成例1を調製した。その特性は下記のとおりであった。
5−H1OB(2F,3F)B−3 (R−1) 5%
5−H1OB(2F,3F)B−O2 5%
2−HH−3 8%
3−H2H−V 5%
3−HB−O2 12%
5−HB−O2 13%
3−HHB−1 7%
V2−HHB−1 10%
3−H2B(2F,3F)−O2 12%
5−H2B(2F,3F)−O2 13%
3−HBB(2F,3F)−O2 5%
5−HBB(2F,3F)−O2 5%
NI=71.5℃;Δn=0.097;Δε=−2.5.
組成例1の組成物は、比較組成例1の組成物と比較して、高いネマチック相の上限温度(NI)を有することが分かった。
[比較組成例2]
組成例2と比較するために、比較例2で得られた化合物(R−2)およびその類似化合物を含有する比較組成例2を調製した。その特性は下記のとおりであった。
3−HHEBH−3 5%
5−HHEBH−3 (R−2) 5%
2−HH−3 5%
2−H2H−3 5%
3−HB−O2 16%
5−HB−O2 16%
V−HHB−1 11%
3−H2B(2F,3F)−O2 13%
5−H2B(2F,3F)−O2 14%
3−HBB(2F,3F)−O2 5%
5−HBB(2F,3F)−O2 5%
Δn=0.092;Δε=−2.3.
組成例2の組成物は、比較組成例2の組成物と比較して、負に大きな誘電率異方性(Δε)を有することが分かった。
液晶表示素子用の材料として使用可能な液晶性化合物であり、この化合物を含有する液晶組成物は液晶表示素子として好適に使用することが出来る。

Claims (17)

  1. 式(a)で表される化合物。
    Figure 2009034867
    (式(a)において、RaおよびRbは独立して、水素、炭素数1〜12のアルキル、炭素数2〜12のアルケニル、炭素数1〜11のアルコキシ、炭素数2〜11のアルコキシアルキル、または炭素数2〜11のアルケニルオキシであり、これらのアルキル、アルケニル、アルコキシ、アルコキシアルキル、またはアルケニルオキシにおいて任意の水素はフッ素で置き換えられていてもよく;
    環A、環A、環Aおよび環Aは独立して、1,4−シクロへキシレン、1,4−シクロヘキセニレン、テトラヒドロピラン−2,5−ジイル、ピリミジン−2,5−ジイル、ピリジン−2,5−ジイル、1,4−フェニレン、ナフタレン−2,6−ジイル、デカヒドロナフタレン−2,6−ジイル、または1,2,3,4−テトラヒドロナフタレン−2,6−ジイルであり、これらの環において任意の水素はフッ素で置き換えられていてもよく;
    およびZは独立して、単結合、−(CH−、−(CH−、−CH=CH−、−C≡C−、−CHO−、−OCH−、−COO−、−OCO−、−CFO−、または−OCF−であり;
    Wは−CH−、−CO−、または−CF−であり;
    mおよびnは独立して、0、1、または2であり、mとnの和は1または2である。)
  2. 式(a)において、RaおよびRbが独立して、炭素数1〜12のアルキル、炭素数2〜12のアルケニル、炭素数1〜11のアルコキシ、炭素数2〜11のアルコキシアルキル、または炭素数2〜11のアルケニルオキシであり;
    環A、環A、環Aおよび環Aが独立して、1,4−シクロへキシレン、1,4−シクロヘキセニレン、テトラヒドロピラン−2,5−ジイル、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、3−フルオロ−1,4−フェニレン、または2,3−ジフルオロ−1,4−フェニレンである請求項1に記載の化合物。
  3. 式(a−1)および式(a−2)のいずれか1つで表される化合物。
    Figure 2009034867

    (式(a−1)および式(a−2)において、RaおよびRbは独立して、炭素数1〜12のアルキル、炭素数1〜11のアルコキシ、または炭素数2〜12のアルケニルであり;
    環A、環A、環Aおよび環Aは独立して、1,4−シクロへキシレン、1,4−フェニレン、2−フルオロ−1,4−フェニレン、または3−フルオロ−1,4−フェニレンであり;
    およびZは独立して、単結合、−(CH−、−CH=CH−、−C≡C−、−CHO−、−OCH−、−COO−、または−OCO−であり;
    Wは−CH−、−CO−、または−CF−である。)
  4. 式(a−1)および式(a−2)において、ZおよびZは独立して、単結合、または−(CH−である請求項3に記載の化合物。
  5. 式(a−1−1)〜式(a−1−6)、および式(a−2−1)〜式(a−2−6)のいずれか1つで表される化合物。

    Figure 2009034867

    Figure 2009034867


    (式(a−1−1)〜式(a−1−6)、および式(a−2−1)〜式(a−2−6)において、RaおよびRbは独立して、炭素数1〜12のアルキル、炭素数1〜11のアルコキシ、または炭素数2〜12のアルケニルであり;
    Wは−CH−、−CO−、または−CF−である。)
  6. 式(a−1−1)〜式(a−1−6)、および式(a−2−1)〜式(a−2−6)において、Wが−CH−である請求項5に記載の化合物。
  7. 式(a−1−1)〜式(a−1−6)、および式(a−2−1)〜式(a−2−6)において、Wが−CO−である請求項5に記載の化合物。
  8. 式(a−1−1)〜式(a−1−6)、および式(a−2−1)〜式(a−2−6)において、Wが−CF−である請求項5に記載の化合物。
  9. 請求項1〜8のいずれか1項に記載の化合物から選択される少なくとも1つの化合物である第一成分と、式(e−1)〜式(e−3)で表される化合物群から選択される少なくとも1つの化合物である第二成分とを含有する、誘電率異方性が負である液晶組成物。
    Figure 2009034867
    (式(e−1)〜式(e−3)において、Ra11、およびRb11は独立して、炭素数1〜10のアルキルであるが、このアルキルにおいて、相隣接しない−CH−は−O−で置き換えられていてもよく、相隣接しない−(CH−は−CH=CH−で置き換えられていてもよく、水素はフッ素で置き換えられていてもよく;
    環A11、環A12、環A13、および環A14は、独立して、1,4−シクロへキシレン、1,4−フェニレン、2−フルオロ−1,4−フェニレン、3−フルオロ−1,4−フェニレン、ピリミジン−2,5−ジイル、1,3−ジオキサン−2,5−ジイル、またはテトラヒドロピラン−2,5−ジイルであり;
    11、Z12、およびZ13は、独立して、単結合、−(CH−、−CH=CH−、−C≡C−、−COO−、または−CHO−である。)
  10. 請求項5に記載の式(a−1−1)〜式(a−1−6)、および式(a−2−1)〜式(a−2−6)で表される化合物群から選択される少なくとも1つの化合物である第一成分と、請求項9に記載の式(e−1)〜式(e−3)で表される化合物群から選択される少なくとも1つの化合物である第二成分とを含有する、誘電率異方性が負である液晶組成物。
  11. 液晶組成物の全重量に基づいて、第一成分の含有割合が5〜60重量%の範囲であり、第二成分の含有割合が40〜95重量%の範囲である、請求項10に記載の液晶組成物。
  12. 第一成分、および第二成分に加えて、式(g−1)〜式(g−6)で表される化合物群から選択される少なくとも1つの化合物である第三成分を含有する、請求項9または10に記載の液晶組成物。
    Figure 2009034867
    (式(g−1)〜式(g−6)において、Ra21、およびRb21は独立して、水素、または炭素数1〜10のアルキルであるが、このアルキルにおいて、相隣接しない−CH−は−O−で置き換えられていてもよく、相隣接しない−(CH−は−CH=CH−で置き換えられていてもよく、水素はフッ素で置き換えられていてもよく;
    環A21、環A22、および環A23は独立して、1,4−シクロへキシレン、1,4−フェニレン、2−フルオロ−1,4−フェニレン、3−フルオロ−1,4−フェニレン、ピリミジン−2,5−ジイル、1,3−ジオキサン−2,5−ジイル、またはテトラヒドロピラン−2,5−ジイルであり;
    21、Z22、およびZ23は独立して、単結合、−(CH−、−CH=CH−、−C≡C−、−OCF−、−CFO−、−OCFCHCH−、−CHCHCFO−、−COO−、−OCO−、−OCH−、または−CHO−であり;
    、Y、Y、およびYは独立して、フッ素または塩素であり;
    q、r、およびsは、独立して0、1、または2であり、q+r+sは1、2、または3であり;
    tは0、1、または2である。)
  13. 第三成分が、式(h−1)〜式(h−7)で表される化合物群から選択される少なくとも1つの化合物である、請求項12に記載の液晶組成物。
    Figure 2009034867
    (式(h−1)〜式(h−7)において、Ra22、およびRb22は、炭素数1〜8の直鎖アルキル、炭素数2〜8の直鎖アルケニル、または炭素数1〜7のアルコキシであり;
    24、Z25、およびZ26は、単結合、−(CH−、−COO−、−OCO−、−CHO−、または−OCH−であり;
    、およびYは、共にフッ素、または一方がフッ素で他方が塩素である。)
  14. 請求項5に記載の式(a−1−1)〜式(a−1−6)、および式(a−2−1)〜式(a−2−6)で表される化合物群から選択される少なくとも1つの化合物である第一成分と、請求項9に記載の式(e−1)〜式(e−3)で表される化合物群から選択される少なくとも1つの化合物である第二成分と、請求項13に記載の式(h−1)〜式(h−7)で表される化合物群から選択される少なくとも1つの化合物である第三成分を含有する、誘電率異方性が負である液晶組成物。
  15. 液晶組成物の全重量に基づいて、第一成分の含有割合が5〜60重量%の範囲であり、第二成分の含有割合が20〜75重量%の範囲であり、第三成分の含有割合が20〜75重量%の範囲である、請求項12〜14のいずれか1項に記載の液晶組成物。
  16. 請求項9〜15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。
  17. 液晶表示素子の動作モードが、VAモードまたはIPSモードであり、液晶表示素子の駆動方式がアクティブマトリックス方式である、請求項16に記載の液晶表示素子。
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