JPWO2011033937A1 - 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

熱や光等に対する安定性、広い温度範囲でのネマチック相、小さな粘度、大きな光学異方性、適切な弾性定数K33、大きな負の誘電率異方性、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の提供。該化合物を含有する液晶組成物、該組成物を含有する液晶表示素子の提供。式(1−1)で表される液晶性化合物。R1およびR2は独立して、例えば炭素数2〜10のアルケニルであり;環A1は、例えばトランス−1,4−シクロヘキシレンであり;L1およびL2は独立して、水素またはフッ素であり、これらのうち少なくとも1つはフッ素であり;Z1、Z2およびZ3は独立して、例えば単結合である。

Description

本発明は液晶性化合物、液晶組成物および液晶表示素子に関する。さらに詳しくは液晶性化合物であるラテラル位にフッ素を有するフルオロベンゼン誘導体、この化合物を含有したネマチック相を有する液晶組成物、およびこの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、PSA(Polymer sustained alignment)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。
例えばベンゼン環上の水素がフッ素で置き換えられた化合物(A)および(B)が検討されている(特許文献1および2参照)。しかし、このような化合物は、市場要求を満たすほどの高い負の誘電率異方性を有しない。
また、フッ素で置換されたベンゼンを有する化合物(C)が検討されている(特許文献3参照)。しかし、この化合物は、市場要求を満たすほどの高い負の誘電率異方性を有しない。
また、フッ素で置換されたベンゼンを2つ有する、クオターフェニル化合物(D)が検討されている(特許文献4参照)。しかし、この化合物は融点が非常に高く、相溶性に乏しい。また、市場要求を満たすほどの高い負の誘電率異方性を有しない。
また、エチレン結合基と、フッ素で置換されたベンゼンを3つ有する化合物(E)が検討されている(特許文献5参照)。しかし、化合物(E)は融点が高く、相溶性に乏しい。また、市場要求を満たすほどの高い負の誘電率異方性を有しない。
Figure 2011033937
特表平02−503441号公報 国際公開第89/02425号パンフレット 特表2002−193853号公報 欧州特許第1346995号明細書 国際公開第98/23564号パンフレット
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、これらの特性をさらに向上させるためには、この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)高い負の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
(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、および(7)のように大きな弾性定数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。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、大き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高い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)のように高い負の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)のように小さな弾性定数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有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、大きな光学異方性、および適切な弾性定数K33を有し、さらに、高い負の誘電率異方性、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、大きな光学異方性、および高い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、この化合物を含有して、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。
本発明者らはこれらの課題に鑑み鋭意研究を行った結果、ベンゼン環上の水素がフッ素で置き換えられたフェニレンを有する特定構造の中において、フッ素で置換されたベンゼンを3つ有する4環液晶性化合物が、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、大きな光学異方性、および適切な弾性定数K33を有し、さらに、高い負の誘電率異方性、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こと、また、この化合物を含有する液晶組成物が、熱、光などに対する安定性を有し、粘度が小さく、大きな光学異方性、適切な弾性定数K33、および適切な高い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こと、さらに、この組成物を含有する液晶表示素子が、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ることを見いだし、本発明を完成するに到った。
すなわち、本発明は、以下〔1〕〜〔20〕に記載された事項を有している。
〔1〕 式(1−1)で表される化合物。
Figure 2011033937
式(1−1)において、R1およびR2は独立して、水素、炭素数1〜10のアルキル、炭素数2〜10のアルケニル、炭素数1〜9のアルコキシ、炭素数2〜9のアルコキシアルキル、または炭素数2〜9のアルケニルオキシであり;
環Aは、トランス−1,4−シクロへキシレン、1,4−シクロヘキセニレン、1,3−ジオキサン−2,5−ジイル、ピリミジン−2,5−ジイル、またはピリジン−2,5−ジイルであり;
およびLは独立して、水素またはフッ素であり、これらのうち少なくとも1つはフッ素であり;
、ZおよびZは独立して、単結合、−(CH22−、−CH=CH−、−C≡C−、−CH2O−、−OCH2−、−COO−、または−OCO−である。
〔2〕 式(1−2)で表される項〔1〕に記載の化合物。
Figure 2011033937
式(1−2)において、RおよびRは独立して、炭素数1〜10のアルキル、炭素数2〜10のアルケニル、炭素数1〜9のアルコキシ、炭素数2〜9のアルコキシアルキル、または炭素数2〜9のアルケニルオキシであり;
環Aは、トランス−1,4−シクロへキシレン、1,4−シクロヘキセニレンであり;
およびLは独立して、水素またはフッ素であり、これらのうち少なくとも1つはフッ素であり;
は、単結合、−(CH22−、−CH=CH−、−CH2O−、−OCH2−、−COO−、または−OCO−である。
〔3〕 式(1−3)で表される項〔1〕に記載の化合物。
Figure 2011033937
式(1−3)において、RおよびRは独立して、炭素数1〜10のアルキル、炭素数2〜10のアルケニル、炭素数1〜9のアルコキシ、炭素数2〜9のアルコキシアルキル、または炭素数2〜9のアルケニルオキシであり;
環Aは、トランス−1,4−シクロへキシレン、1,4−シクロヘキセニレンであり;
およびLは独立して、水素またはフッ素であり、これらのうち少なくとも1つはフッ素であり;
は、−(CH22−、−CH=CH−、−CH2O−、−OCH2−、−COO−、または−OCO−である。
〔4〕 式(1−4)で表される項〔1〕に記載の化合物。
Figure 2011033937
式(1−4)において、RおよびRは独立して、炭素数1〜10のアルキル、炭素数2〜10のアルケニル、炭素数1〜9のアルコキシ、炭素数2〜9のアルコキシアルキル、または炭素数2〜9のアルケニルオキシであり;
環Aは、トランス−1,4−シクロへキシレン、1,4−シクロヘキセニレンであり;
およびLは独立して、水素またはフッ素であり、これらのうち少なくとも1つはフッ素であり;
は、−(CH22−、−CH=CH−、−CH2O−、−OCH2−、−COO−、または−OCO−である。
〔5〕 式(1−5)および(1−6)のいずれか1つで表される項〔2〕に記載の化合物。

Figure 2011033937
式(1−5)および(1−6)において、RおよびRは独立して、炭素数1〜10のアルキル、炭素数2〜10のアルケニル、炭素数1〜9のアルコキシ、炭素数2〜9のアルコキシアルキル、または炭素数2〜9のアルケニルオキシであり;
は、単結合、−(CH22−、−CH2O−、−OCH2−、−COO−、または−OCO−である。
〔6〕 式(1−7)で表される項〔3〕に記載の化合物。
Figure 2011033937
式(1−7)において、RおよびRは独立して、炭素数1〜10のアルキル、炭素数2〜10のアルケニル、炭素数1〜9のアルコキシ、炭素数2〜9のアルコキシアルキル、または炭素数2〜9のアルケニルオキシであり;
は、−(CH22−、−CH2O−、−OCH2−、−COO−、または−OCO−である。
〔7〕 式(1−8)および(1−9)のいずれか1つで表される項〔4〕に記載の化合物。

Figure 2011033937
式(1−8)および(1−9)において、RおよびRは独立して、炭素数1〜10のアルキル、炭素数2〜10のアルケニル、炭素数1〜9のアルコキシ、炭素数2〜9のアルコキシアルキル、または炭素数2〜9のアルケニルオキシであり;
は、−(CH22−、−CH2O−、−OCH2−、−COO−、または−OCO−である。
〔8〕 式(1−10)で表される項〔2〕に記載の化合物。
Figure 2011033937
式(1−10)において、RおよびRは独立して、炭素数1〜10のアルキル、炭素数2〜10のアルケニル、炭素数1〜9のアルコキシ、炭素数2〜9のアルコキシアルキル、または炭素数2〜9のアルケニルオキシであり;
は、単結合、−(CH22−、−CH2O−、−OCH2−、−COO−、または−OCO−である。
〔9〕 式(1−11)で表される項〔3〕に記載の化合物。
Figure 2011033937
式(1−11)において、RおよびRは独立して、炭素数1〜10のアルキル、炭素数2〜10のアルケニル、炭素数1〜9のアルコキシ、炭素数2〜9のアルコキシアルキル、または炭素数2〜9のアルケニルオキシであり;
は、−(CH22−、−CH2O−、−OCH2−、−COO−、または−OCO−である。
〔10〕 式(1−12)で表される項〔4〕に記載の化合物。
Figure 2011033937
式(1−12)において、RおよびRは独立して、炭素数1〜10のアルキル、炭素数2〜10のアルケニル、炭素数1〜9のアルコキシ、炭素数2〜9のアルコキシアルキル、または炭素数2〜9のアルケニルオキシであり;
は、−(CH22−、−CH2O−、−OCH2−、−COO−、または−OCO−である。
〔11〕 項〔1〕〜〔10〕のいずれか1項に記載の化合物を含有する、液晶組成物。
〔12〕 式(2)、(3)、および(4)のそれぞれで表される化合物の群から選択される少なくとも1つの化合物をさらに含有する、項〔11〕に記載の液晶組成物。
Figure 2011033937
式(2)〜(4)において、Rは独立して、炭素数1〜10のアルキルまたは炭素数2〜10のアルケニルであり、アルキルおよびアルケニルにおいて任意の水素はフッ素で置き換えられてもよく、任意の−CH2−は−O−で置き換えられてもよく;
は、フッ素、塩素、−OCF3、−OCHF2、−CF3、−CHF2、−CH2F、−OCF2CHF2、または−OCF2CHFCF3であり;
環B、環B、および環Bは独立して、1,4−シクロヘキシレン、1,3−ジオキサン−2,5−ジイル、ピリミジン−2,5−ジイル、1−ピラン−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3、5−ジフルオロ−1,4−フェニレンであり;
およびZは独立して、−(CH22−、−(CH24−、−COO−、−CF2O−、−OCF2−、−CH=CH−、−C≡C−、−CHO−、または単結合であり;
およびL10は独立して、水素またはフッ素である。
〔13〕 式(5)で表される化合物の群から選択される少なくとも1つの化合物をさらに含有する、項〔11〕に記載の液晶組成物。
Figure 2011033937
式(5)において、R10は、炭素数1〜10のアルキルまたは炭素数2〜10のアルケニルであり、アルキルおよびアルケニルにおいて、任意の水素はフッ素で置き換えられてもよく、任意の−CH2−は−O−で置き換えられてもよく;
は−C≡Nまたは−C≡C−C≡Nであり;
環C、環C、および環Cは独立して、1,4−シクロヘキシレン、任意の水素がフッ素で置き換えられてもよい1,4−フェニレン、1,3−ジオキサン−2,5−ジイル、1−ピラン−2,5−ジイル、またはピリミジン−2,5−ジイルであり;
は、−(CH22−、−COO−、−CF2O−、−OCF2−、−C≡C−、−CHO−、または単結合であり;
11およびL12は独立して、水素またはフッ素であり;
oは、0、1または2であり、pは0または1であり、o+pは0、1、2または3である。
〔14〕 式(6)、(7)、(8)、(9)、(10)および(11)のそれぞれで表される化合物の群から選択される少なくとも1つの化合物をさらに含有する、項〔11〕に記載の液晶組成物。
Figure 2011033937
式(6)〜(11)において、R11およびR12は独立して、炭素数1〜10のアルキルまたは炭素数2〜10のアルケニルであり、アルキルおよびアルケニルにおいて、任意の水素はフッ素で置き換えられてもよく、任意の−CH2−は−O−で置き換えられてもよく;
環D、環D、環D、および環Dは独立して、1,4−シクロヘキシレン、1,4−シクロヘキセニレン、任意の水素がフッ素で置き換えられてもよい1,4−フェニレン、6−ピラン−2,5−ジイル、またはデカヒドロ−2,6−ナフタレンであり;
10、Z11、Z12、およびZ13は独立して、−(CH22−、−COO−、−CHO−、−OCF−、−OCF(CH22−、または単結合であり;
13およびL14は独立して、フッ素または塩素であり;
q、r、s、t、u、およびvは独立して、0または1であり、r+s+t+uは1または2である。
〔15〕 式(12)、(13)および(14)のそれぞれで表される化合物の群から選択される少なくとも1つの化合物をさらに含有する、項〔11〕に記載の液晶組成物。
Figure 2011033937

式(12)〜(14)において、R13およびR14は独立して、炭素数1〜10のアルキルまたは炭素数2〜10のアルケニルであり、このアルキルおよびアルケニルにおいて、任意の−CH2−は−O−で置き換えられてもよく;
環E、環E、および環Eは独立して、1,4−シクロヘキシレン、ピリミジン−2,5−ジイル、1,4−フェニレン、2−フルオロ−1,4−フェニレン、3−フルオロ−1,4−フェニレン、または2,5−ジフルオロ1,4−フェニレンであり;
14およびZ15は独立して、−C≡C−、−COO−、−(CH22−、−CH=CH−、または単結合である。
〔16〕 式(5)で表される化合物の群から選択される少なくとも1つの化合物をさらに含有する、項〔12〕に記載の液晶組成物。
〔17〕 式(12)、(13)および(14)のそれぞれで表される化合物の群から選択される少なくとも1つの化合物をさらに含有する、項〔14〕に記載の液晶組成物。
〔18〕 少なくとも1つの光学活性化合物および/または重合可能な化合物をさらに含有する、項〔11〕〜〔17〕のいずれか1項に記載の液晶組成物。
〔19〕 少なくとも1つの酸化防止剤および/または紫外線吸収剤をさらに含有する項〔11〕〜〔18〕のいずれか1項に記載の液晶組成物。
〔20〕 項〔11〕〜〔19〕のいずれか1項に記載の液晶組成物を含有する液晶表示素子。
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、そして単に透明点または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(1)で表わされる化合物を化合物(1)と略すことがある。この略記は式(2)などで表される化合物にも適用することがある。式(1)から式(13)において、六角形で囲んだB、D、Eなどの記号はそれぞれ環B、環D、環E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。環B、X、環Cなど複数の同じ記号を同一の式または異なった式に記載したが、これらはそれぞれが同一であってもよいし、または異なってもよい。
「任意の」は、位置だけでなく個数についても任意であることを示すが、個数が0である場合を含まない。任意のAがB、CまたはDで置き換えられてもよいという表現は、任意のAがBで置き換えられる場合、任意のAがCで置き換えられる場合および任意のAがDで置き換えられる場合に加えて、複数のAがB〜Dの少なくとも2つで置き換えられる場合をも含むことを意味する。例えば、任意の−CH−が−O−または−CH=CH−で置き換えられてもよいアルキルには、アルキル、アルケニル、アルコキシ、アルコキシアルキル、アルコキシアルケニル、アルケニルオキシアルキルなどが含まれる。なお、本発明においては、連続する2つの−CH−が−O−で置き換えられて、−O−O−のようになることは好ましくない。そして、アルキルにおける末端の−CH−が−O−で置き換えられることも好ましくない。以下に本発明をさらに説明する。
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、広い温度範囲でネマチック相となり、粘度が小さく、大きな光学異方性、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、高い負の誘電率異方性、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。また、本発明の液晶性化合物は、ネマチック相の上限温度が低下せず、しかも、粘度が大きくなることなく、光学異方性が大きくなる傾向にある点で特に優れている。
また、本発明の液晶組成物は、粘度が小さく、大きな光学異方性、適切な弾性定数K33、および高い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、本発明の液晶組成物は大きな光学異方性を有するため、大きな光学異方性が必要な素子に有効である。
さらに、本発明の液晶表示素子は、この液晶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、または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、または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。
以下、本発明をさらに具体的に説明する。
なお、以下説明中では、特に断りのない限り、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%)を意味する。
〔化合物(1−1)〕
本発明の液晶性化合物は、式(1−1)で示される構造を有する(以下、これら化合物を「化合物(1−1)」ともいう。)。
Figure 2011033937
式(1−1)において、RおよびRは独立して、水素、炭素数1〜10のアルキル、炭素数2〜10のアルケニル、炭素数1〜9のアルコキシ、炭素数2〜9のアルコキシアルキル、または炭素数2〜9のアルケニルオキシである。
環Aは、トランス−1,4−シクロへキシレン、1,4−シクロヘキセニレン、1,3−ジオキサン−2,5−ジイル、ピリミジン−2,5−ジイル、またはピリジン−2,5−ジイルである。
なお、本明細書において1,4−シクロヘキセニレンは環中の二重結合の位置によって化合物構造を区別することが難しい。よって、1,4−シクロヘキセニレンという表記においては、下記2つの化合物構造が許可されるものとする。
Figure 2011033937
また、1,3−ジオキサン−2,5−ジイル等についても、同様である。
およびLは独立して、水素またはフッ素であり、これらのうち少なくとも1つはフッ素であり;
、ZおよびZは独立して、単結合、−(CH22−、−CH=CH−、−C≡C−、−CHO−、−OCH−、−COO−、または−OCO−である。
化合物(1−1)は、2位または3位の水素がフッ素で置き換えられた1,4−フェニレンを3つ有する。このような構造を有することで、小さな粘度、適切な光学異方性、適切な弾性定数K33、高い負の誘電率異方性、および他の液晶性化合物との優れた相溶性を有す。特に、ネマチック相の上限温度が低下せず、しかも、粘度が大きくなることなく、負の誘電率異方性が高い点で特に優れている。
式中、RおよびRは、水素、炭素数1〜10のアルキル、または炭素数2〜10のアルケニル、炭素数1〜9のアルコキシ、炭素数2〜9のアルコキシアルキル、または炭素数2〜9のアルケニルオキシであり、例えば、CH(CH−、−CH−、CH(CHO−、CH−O−(CH−、CH−O−CH−O−、HC=CH−(CH−、CH−CH=CH−CH−またはCH−CH=CH−O−である。
しかし、化合物の安定性を考慮すると、CH−O−O−CH−のような酸素と酸素とが隣接した基や、CH−CH=CH−CH=CH−などの二重結合部位が隣接した基は好ましくない。
これら基中の炭素−炭素結合の鎖は、直鎖であることが好ましい。炭素−炭素結合の鎖が直鎖であると、液晶相の温度範囲を広くすることができ、粘度を小さくすることができる。また、RおよびRのいずれかが光学活性基である場合には、キラルドーパントとして有用であり、該化合物を液晶組成物に添加することにより、液晶表示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。
これらRおよびRとしては、アルキル、アルコキシ、アルコキシアルキルおよびアルケニルが好ましく、アルキル、アルコキシ、またはアルケニルがさらに好ましい。
およびRがアルキル、アルコキシ、またはアルケニルである場合には、液晶性化合物の液晶相の温度範囲を広げることができる。
アルケニルには、アルケニル中の二重結合の位置に依存して、−CH=CH−の好ましい立体配置がある。
−CH=CHCH、−CH=CHC、−CH=CHC、−CH=CHC、−CCH=CHCH、または−CCH=CHCなどのように奇数位に二重結合を有するアルケニルでは、立体配置はトランス配置が好ましい。
一方、−CHCH=CHCH、−CHCH=CHC、−CHCH=CHCなどのように偶数位に二重結合を有するアルケニルでは、立体配置はシス配置が好ましい。上述のような好ましい立体配置を有するアルケニル化合物は、液晶相の温度範囲が広く、大きな弾性定数比K33/K11(K33:ベンド弾性定数、K11:スプレイ弾性定数)を有し、化合物の粘度を小さくすることができ、さらに、この液晶性化合物を液晶組成物に添加すると、ネマチック相の上限温度(TNI)を高くすることができる。
アルキルの具体例としては、−CH、−C、−C、−C、−C11、−C13、−C15、−C17、−C19、またはC1021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、またはOC19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、または(CHOCH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、または(CHCH=CH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、またはOCHCH=CHCを挙げることができる。
およびRの具体例の中でも、−CH、−C、−C、−C、−C11、−OCH、−OC、−OC、−OC、−OC11、−CHOCH、−(CHOCH、−(CHOCH、−CHCH=CH、−CHCH=CHCH、−(CHCH=CH、−CHCH=CHC、−(CHCH=CHCH、−(CHCH=CH、−(CHCH=CHCH、−(CHCH=CHC、−(CHCH=CHC、−OCHCH=CH、−OCHCH=CHCH、−OCHCH=CHCが好ましく、−CH、−C、−C、−OCH、−OC、−OC、−OC、−(CHCH=CH、−(CHCH=CHCH、または(CHCH=CHCがより好ましい。
環Aは、トランス−1,4−シクロへキシレン、1,4−シクロヘキセニレン、1,3−ジオキサン−2,5−ジイル、ピリミジン−2,5−ジイル、またはピリジン−2,5−ジイルである。
これら環の中でも、1,4−シクロヘキセニレン、およびトランス−1,4−シクロへキシレンがより好ましく、トランス−1,4−シクロヘキシレンが最も好ましい。
中でも、これら環のうち少なくとも一つの環が、トランス−1,4−シクロヘキシレンであるときには、粘度を小さくすることができ、さらに、この液晶性化合物を液晶組成物に添加すると、ネマチック相の上限温度(TNI)を高くすることができる。
およびLはそれぞれ独立して水素またはフッ素であるが、これらのうち少なくとも1つはフッ素である。
およびLのうち、1つがフッ素であると、化合物の融点を下げることができるため好ましい。
およびLのうち、すべてがフッ素であると、化合物の誘電率異方性を負に大きくすることができるため最も好ましい。
、ZおよびZは、単結合、−(CH22−、−CH=CH−、−C≡C−、−CHO−、−OCH−、−COO−、または−OCO−である。
、ZおよびZが、単結合、−(CH22−、または−CH=CH−である場合は、化合物の粘度を小さくすることができるため好ましい。Z、ZおよびZが、−COO−、または−OCO−である場合は、化合物のネマチック相の上限温度(TNI)を高くすることができるためより好ましい。さらに、−CHO−、または−OCH−である場合は、化合物の誘電率異方性を負に高くすることができるためさらに好ましい。
化合物の安定性を考慮すると単結合、−(CH22−、−CHO−またはOCH−が好ましく、単結合および−(CH22−がさらに好ましい。また、化合物のネマチック相の上限温度を高くすることを考慮すると、Z、ZおよびZのうち1つが−(CH22−、−CH=CH−、−C≡C−、−CHO−、−OCH−、−COO−、または−OCO−であるときは、残りは単結合であることが好ましく、Z、ZおよびZすべてが単結合であることがさらに好ましい。
、ZおよびZが−CH=CH−の場合には、二重結合に対する他の基の立体配置は、トランス配置が好ましい。このような立体配置であることにより、この液晶性化合物の液晶相の温度範囲を広げることができ、さらに、この液晶性化合物を液晶組成物に添加すると、ネマチック相の上限温度(TNI)を高くすることができる。
また、Z、ZおよびZ中に−CH=CH−が含まれている場合には、液晶相の温度範囲を広げること、弾性定数比K33/K11(K33:ベンド弾性定数、K11:スプレイ弾性定数)を大きくすること、および化合物の粘度を小さくすることができ、さらに、この液晶性化合物を液晶組成物に添加したときにはネマチック相の上限温度(TNI)を高くすることができる。
なお、化合物の物性に大きな差異がないので、化合物(1−1)はH(重水素)、13Cなどの同位体を天然存在比の量より多く含んでもよい。
これら化合物(1−1)では、R、R、環A、Z、Zおよび、Z、LおよびLを適宜選択することにより、誘電率異方性などの物性を所望の物性に調整することが可能である。
化合物(1−1)で表される化合物の中で好ましい化合物として、化合物(1−2)〜(1−12)が挙げられる。
Figure 2011033937
式(1−2)において、RおよびRは独立して、炭素数1〜10のアルキル、炭素数2〜10のアルケニル、炭素数1〜9のアルコキシ、炭素数2〜9のアルコキシアルキル、または炭素数2〜9のアルケニルオキシであり;
環Aは、トランス−1,4−シクロへキシレン、1,4−シクロヘキセニレンであり;
およびLは独立して、水素またはフッ素であり、これらのうち少なくとも1つはフッ素であり;
は、単結合、−(CH22−、−CH=CH−、−CH2O−、−OCH2−、−COO−、または−OCO−である。
Figure 2011033937
式(1−3)において、RおよびRは独立して、炭素数1〜10のアルキル、炭素数2〜10のアルケニル、炭素数1〜9のアルコキシ、炭素数2〜9のアルコキシアルキル、または炭素数2〜9のアルケニルオキシであり;
環Aは、トランス−1,4−シクロへキシレン、1,4−シクロヘキセニレンであり;
およびLは独立して、水素またはフッ素であり、これらのうち少なくとも1つはフッ素であり;
は、−(CH22−、−CH=CH−、−CH2O−、−OCH2−、−COO−、または−OCO−である。
Figure 2011033937
式(1−4)において、RおよびRは独立して、炭素数1〜10のアルキル、炭素数2〜10のアルケニル、炭素数1〜9のアルコキシ、炭素数2〜9のアルコキシアルキル、または炭素数2〜9のアルケニルオキシであり;
環Aは、トランス−1,4−シクロへキシレン、1,4−シクロヘキセニレンであり;
およびLは独立して、水素またはフッ素であり、これらのうち少なくとも1つはフッ素であり;
は、−(CH22−、−CH=CH−、−CH2O−、−OCH2−、−COO−、または−OCO−である。
化合物(1−2)〜(1−4)はフッ素置換ベンゼン3つに加えて、トランス−1,4−シクロへキシレン基または1,4−シクロヘキセニレン基を持ち、化合物全体に対して構造が非対称に結合基を持つため、熱や光に対する安定性を有し、液晶相の下限温度をより低く、ネマチック相の上限温度をより高く、大きな光学異方性および適切な弾性定数K33を有し、粘度を小さくできるという観点でより好ましい。

Figure 2011033937
式(1−5)および(1−6)において、RおよびRは独立して、炭素数1〜10のアルキル、炭素数2〜10のアルケニル、炭素数1〜9のアルコキシ、炭素数2〜9のアルコキシアルキル、または炭素数2〜9のアルケニルオキシであり;
は、単結合、−(CH22−、−CH2O−、−OCH2−、−COO−、または−OCO−である。
Figure 2011033937
式(1−7)において、RおよびRは独立して、炭素数1〜10のアルキル、炭素数2〜10のアルケニル、炭素数1〜9のアルコキシ、炭素数2〜9のアルコキシアルキル、または炭素数2〜9のアルケニルオキシであり;
は、−(CH22−、−CH2O−、−OCH2−、−COO−、または−OCO−である。

Figure 2011033937
式(1−8)および(1−9)において、RおよびRは独立して、炭素数1〜10のアルキル、炭素数2〜10のアルケニル、炭素数1〜9のアルコキシ、炭素数2〜9のアルコキシアルキル、または炭素数2〜9のアルケニルオキシであり;
は、−(CH22−、−CH2O−、−OCH2−、−COO−、または−OCO−である。
化合物(1−8)および(1−9)はフッ素置換ベンゼン3つに加えて、1,4−シクロヘキセニレン基を持ち、化合物全体に対して構造が非対称に結合基を持つため、熱や光に対する安定性を有し、液晶相の下限温度をより低く、ネマチック相の上限温度をより高く、大きな光学異方性および適切な弾性定数K33を有し、粘度を小さくできるという観点でより好ましい。
Figure 2011033937
式(1−10)において、RおよびRは独立して、炭素数1〜10のアルキル、炭素数2〜10のアルケニル、炭素数1〜9のアルコキシ、炭素数2〜9のアルコキシアルキル、または炭素数2〜9のアルケニルオキシであり;
は、単結合、−(CH22−、−CH2O−、−OCH2−、−COO−、または−OCO−である。
Figure 2011033937
式(1−11)において、RおよびRは独立して、炭素数1〜10のアルキル、炭素数2〜10のアルケニル、炭素数1〜9のアルコキシ、炭素数2〜9のアルコキシアルキル、または炭素数2〜9のアルケニルオキシであり;
は、−(CH22−、−CH2O−、−OCH2−、−COO−、または−OCO−である。
Figure 2011033937
式(1−12)において、RおよびRは独立して、炭素数1〜10のアルキル、炭素数2〜10のアルケニル、炭素数1〜9のアルコキシ、炭素数2〜9のアルコキシアルキル、または炭素数2〜9のアルケニルオキシであり;
は、−(CH22−、−CH2O−、−OCH2−、−COO−、または−OCO−である。
化合物(1−11)および(1−12)はフッ素置換ベンゼン3つに加えて、トランス−1,4−シクロへキシレン基を持ち、化合物全体に対して構造が非対称に結合基を持つため、熱や光に対する安定性を有し、液晶相の下限温度をより低く、ネマチック相の上限温度をより高く、大きな光学異方性および適切な弾性定数K33を有し、粘度を小さくできるという観点でより好ましい。
化合物(1−2)〜(1−12)は、高い負の誘電率異方性を有し、熱や光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、適切な光学異方性および適切な弾性定数K33を有する。このうち、Z、ZおよびZが−CH=CH−である化合物は、液晶相の下限温度をより低く、ネマチック相の上限温度をほとんど下げることなく、粘度をより小さくできるという観点で好ましい。また、Z、ZおよびZが−COO−、または−OCO−である化合物は化合物のネマチック相の上限温度を高くすることができるためより好ましい。また、Z、ZおよびZが−(CH−である化合物は、液晶相の下限温度をより低く、相溶性をより高く、粘度をより小さくできるという観点でさらに好ましい。さらに、Z、ZおよびZが−CHO−または−OCH−である化合物は負の誘電率異方性をより高く、粘度をより小さくできるという観点で最も好ましい。
液晶性化合物がこれら化合物(1−2)〜(1−12)で示される構造を有する場合には、高い負の誘電率異方性を有し、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、粘度が小さく、大きな光学異方性、および適切な弾性定数K33を有している。また、この化合物(1−1)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。
したがって、化合物(1−1)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、または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。
〔化合物(1−1)の合成〕
化合物(1−1)は、有機合成化学の合成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、および結合基を導入する方法は、例えば、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、ZまたはZの形成>
結合基Z、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)から(1E)は化合物(1−1)に相当する。
Figure 2011033937
Figure 2011033937
Figure 2011033937
Figure 2011033937
<2重結合の生成>
一価の有機基MSGを有する有機ハロゲン化合物(a1)とマグネシウムとを反応させ、グリニャール試薬を調製する。これら調製した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(a2)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、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、対応する化合物(1A)を合成することができる。
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、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(a3)を得る。ついで、得られたアルデヒド(a3)と、ホスホニウム塩(a4)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(1A)を合成することができる。なお、この反応では、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。
<−(CH22−の生成>
化合物(1A)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(1B)を合成することができる。
<単結合の生成>
有機ハロゲン化合物(a1)とマグネシウム、またはブチルリチウムとを反応させ、グリニャール試薬、またはリチウム塩を調製する。この調製したグリニャール試薬、またはリチウム塩とホウ酸トリメチルなどのホウ酸エステルを反応させ、塩酸など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(a5)を合成する。そのジヒドロキシボラン誘導体(a5)と有機ハロゲン化合物(a6)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)とからなる触媒の存在下で反応させることにより、化合物(1C)を合成することができる。
また、一価の有機基MSGを有する有機ハロゲン化合物(a6)に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(Pd(PPhCl)触媒の存在下で化合物(a1)と反応させることにより、化合物(1C)を合成することもできる。
<−CHO−または−OCH−の生成>
ジヒドロキシボラン誘導体(a5)を過酸化水素等の酸化剤により酸化し、アルコール誘導体(a7)を得る。別途、アルデヒド誘導体(a3)を水素化ホウ素ナトリウムなどの還元剤で還元してアルコール誘導体(a8)を得る。得られたアルコール誘導体(a8)を臭化水素酸等でハロゲン化して有機ハロゲン化合物(a9)を得る。このようにして得られたアルコール誘導体(a8)と有機ハロゲン化合物(a9)とを炭酸カリウムなどの存在下反応させることにより化合物(1D)を合成することができる。
<−COO−と−OCO−の生成>
化合物(a6)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(a10)を得る。カルボン酸誘導体(a10)と、フェノール誘導体(a11)とをDDC(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)の存在下で脱水させて−COO−を有する化合物(1E)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。
<−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(a6)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(a12)を得る。ジクロロパラジウムとハロゲン化銅との触媒存在下、化合物(a12)を化合物(a1)と反応させて、化合物(1F)を合成する。
<環Aの形成>
トランス−1,4−シクロへキシレン、シクロヘキセン−1,4−ジイル、1,3−ジオキサン−2,5−ジイル、ピリミジン−2,5−ジイル、およびピリジン−2,5−ジイルなどの環に関しては出発物が市販されているか、または合成法がよく知られている。
〔化合物(1−1)の製造方法〕
以下、化合物(1−1)の製造例を示す。
Figure 2011033937
まず、ジフルオロベンゼン誘導体(b1)とsec−BuLiとを反応させリチウム塩を調製する。このリチウム塩とカルボニル誘導体(b2)とを反応させて、さらに、p−トルエンスルホン酸等の酸触媒の存在下、得られたアルコール誘導体の脱水反応を行い、Pd/C等の触媒存在下、水素添加反応を行うことにより、化合物(b3)を得る。得られた化合物(b3)をギ酸等で反応させて、カルボニル誘導体(b4)を得る。別途、ジフルオロフェニルボロン酸(b5)とブロモジフルオロベンゼン誘導体(b6)とを炭酸カリウム、Pd(PPhCl等の触媒の存在下、反応させることにより化合物(b7)を得る。
上述の操作で得られた化合物(b7)とsec−BuLiとを反応させリチウム塩を調製する。このリチウム塩とカルボニル誘導体(b4)とを反応させて、さらに、p−トルエンスルホン酸等の酸触媒の存在下、得られたアルコール誘導体の脱水反応を行い、本発明の化合物(1−1)の一例である(b8)を製造することができる。さらに、Pd/C等の触媒存在下、水素添加反応を行うことにより、本発明の化合物(1−1)の一例である(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、少なくとも一種の化合物(1−1)を含むことを特徴とするが、化合物(1−1)を2種以上含んでいてもよく、化合物(1−1)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、化合物(1−1)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。成分を選択した液晶組成物は、粘度が低く、高い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、本発明の式(1)で示される化合物を成分Aとして含む必要がある。この成分Aのみの組成物、または成分Aと本明細書中で特に成分名を示していないその他の成分との組成物でもよいが、この成分Aに以下に示す成分B、C、D、およびEから選ばれた成分を加えることにより種々の特性を有する本発明の液晶組成物が提供できる。
成分Aに加える成分として、式(2)、(3)および(4)からなる群から選ばれた少なくとも1種の化合物からなる成分B、および/または前記式(5)からなる群から選ばれた少なくとも1種の化合物からなる成分C、および/または式(6)、(7)、(8)、(9)、(10)、および(11)からなる群から選ばれた少なくとも1種の化合物からなる成分Dを混合したものが好ましい。さらに式(12)、(13)および(14)からなる群から選ばれた少なくとも1種の化合物からなる成分Eを混合することによりしきい値電圧、液晶相温度範囲、屈折率異方性値、誘電率異方性値および粘度等を調整することができる。
また、本発明に使用される液晶組成物の各成分は、各元素の同位体元素からなる類縁体でもその物理特性に大きな差異がない。
上記成分Bのうち、式(2)で示される化合物の好適例として式(2−1)〜(2−16)を挙げることができ、式(3)で示される化合物の好適例として式(3−1)〜(3−112)を挙げることができ、式(4)で示される化合物の好適例として式(4−1)〜(4−54)を挙げることができる。

Figure 2011033937
Figure 2011033937
Figure 2011033937
Figure 2011033937
Figure 2011033937
Figure 2011033937
Figure 2011033937
Figure 2011033937
(式中、R、X1は前記と同じ意味を表す)
これらの式(2)〜(4)で示される化合物すなわち成分Bは、誘電率異方性値が正であり、熱安定性や化学的安定性が非常に優れているので、TFT用およびPSA用の液晶組成物を調製する場合に用いられる。本発明の液晶組成物における成分Bの含有量は、液晶組成物の全重量に対して1〜99重量%の範囲が適するが、好ましくは10〜97重量%、より好ましくは40〜95重量%である。また式(12)〜(14)で表される化合物(成分E)をさらに含有させることにより粘度調整をすることができる。
式(5)で示される化合物すなわち成分Cのうちの好適例として、式(5−1)〜(5−64)を挙げることができる。
Figure 2011033937
Figure 2011033937
Figure 2011033937
(式中、R10およびX2は前記と同じ意味を表す)
式(5)において、oが2のとき、2つの環Cは、同じであっても、異なっていてもよい。
これらの式(5)で示される化合物すなわち成分Cは、誘電率異方性値が正でその値が非常に大きいのでSTN用、TN用またはPSA用の液晶組成物を調製する場合に主として用いられる。この成分Cを含有させることにより、組成物のしきい値電圧を小さくすることができる。また、粘度の調整、屈折率異方性値の調整および液晶相温度範囲を広げることができる。さらに急峻性の改良にも利用できる。
STNまたはTN用の液晶組成物を調製する場合には、成分Cの含有量は0.1〜99.9重量%の範囲が適用できるが、好ましくは10〜97重量%、より好ましくは40〜95重量%である。また、後述の成分を混合することによりしきい値電圧、液晶相温度範囲、屈折率異方性値、誘電率異方性値及び粘度などを調整できる。
式(6)〜(11)からなる群から選ばれた少なくとも一種の化合物からなる成分Dは、垂直配向モ−ド(VAモ−ド)、高分子支持配向モード(PSAモ−ド)などに用いられる誘電率異方性が負の本発明の液晶組成物を調製する場合に、好ましい成分である。
この式(6)〜(11)で示される化合物(成分D)の好適例として、それぞれ式(6−1)〜(6−6)、(7−1)〜(7−15)、(8−1)、(9−1)〜(9−3)、(10−1)〜(10−11)、および(11−1)〜(11−10)を挙げることができる。
Figure 2011033937
Figure 2011033937
(式中、R11,R12は前記と同じ意味を表す)
これら成分Dの化合物は主として誘電率異方性の値が負であるVAモ−ド、PSAモード用の液晶組成物に用いられる。その含有量を増加させると組成物のしきい値電圧が低くなるが、粘度が大きくなるので、しきい値電圧の要求値を満足している限り含有量を少なくすることが好ましい。しかしながら、誘電率異方性値の絶対値が5程度であるので、含有量が40重量%より少なくなると電圧駆動ができなくなる場合がある。
成分Dのうち式(6)で表される化合物は2環化合物であるので、主としてしきい値電圧の調整、粘度調整または屈折率異方性値の調整の効果がある。また、式(7)および式(8)で表される化合物は3環化合物であるので透明点を高くする、ネマチックレンジを広くする、しきい値電圧を低くする、屈折率異方性値を大きくするなどの効果が得られる。また、式(9)、(10)および(11)はしきい値電圧を低くするなどの効果が得られる。
成分Dの含有量は、VAモ−ド、PSAモード用の組成物を調製する場合には、組成物全量に対して好ましくは40重量%以上、より好ましくは50〜95重量%である。また、成分Dを混合することにより、弾性定数をコントロ−ルし、組成物の電圧透過率曲線を制御することが可能となる。成分Dを誘電率異方性値が正である組成物に混合する場合はその含有量が組成物全量に対して30重量%以下が好ましい。
式(12)、(13)および(14)で表わされる化合物(成分E)の好適例として、それぞれ式(12−1)〜(12−11)、(13−1)〜(13−19)、および(14−1)〜(14−6)を挙げることができる。
Figure 2011033937
Figure 2011033937
(式中、R13およびR14は前記と同じ意味を表す)
式(12)〜(14)で表される化合物(成分E)は、誘電率異方性値の絶対値が小さく、中性に近い化合物である。式(12)で表される化合物は主として粘度調整または屈折率異方性値の調整の効果があり、また式(13)および(14)で表される化合物は透明点を高くするなどのネマチックレンジを広げる効果、または屈折率異方性値の調整の効果がある。
成分Eで表される化合物の含有量を増加させると液晶組成物のしきい値電圧が高くなり、粘度が低くなるので、液晶組成物のしきい値電圧の要求値を満たす限り、含有量は多いほうが望ましい。TFT用、PSA用の液晶組成物を調製する場合に、成分Eの含有量は、組成物全量に対して好ましくは30重量%以上、より好ましくは50重量%以上である。また、TN用、STN用またはPSA用の液晶組成物を調製する場合には、成分Eの含有量は、組成物全量に対して好ましくは30重量%以上、より好ましくは40重量%以上である。
本発明の液晶組成物は、本発明の式(1)で示される化合物の少なくとも1種類を0.1〜99重量%の割合で含有することが、優良な特性を発現せしめるために好ましい。
本発明の液晶組成物の調製は、公知の方法、例えば必要な成分を高温度下で溶解させる方法などにより一般に調製される。また、用途に応じて当業者によく知られている添加物を添加して、例えばつぎに述べるような光学活性化合物、または重合可能な化合物、重合開始剤を含む本発明の液晶組成物、染料を添加したGH型用の液晶組成物を調製することができる。通常、添加物は当該業者によく知られており、文献などに詳細に記載されている。
本発明の液晶組成物は、前述の本発明の液晶組成物にさらに1つ以上の光学活性化合物を含有してもよい。
光学活性化合物として、公知のキラルド−プ剤を添加する。このキラルド−プ剤は液晶のらせん構造を誘起して必要なねじれ角を調整し、逆ねじれを防ぐといった効果を有する。キラルド−プ剤の例として以下の光学活性化合物(Op−1)〜(Op−13)を挙げることができる。
Figure 2011033937
本発明の液晶組成物は、これらの光学活性化合物を添加して、ねじれのピッチを調整することができる。ねじれのピッチはTFT用およびTN用の液晶組成物であれば40〜200μmの範囲に調整するのが好ましい。STN用の液晶組成物であれば6〜20μmの範囲に調整するのが好ましい。また、双安定TN(Bistable TN)モ−ド用の場合は、1.5〜4μmの範囲に調整するのが好ましい。また、ピッチの温度依存性を調整する目的で2つ以上の光学活性化合物を添加してもよい。
本発明の液晶組成物は、メロシアニン系、スチリル系、アゾ系、アゾメチン系、アゾキシ系、キノフタロン系、アントラキノン系、テトラジン系などの二色性色素を添加すれば、GH型用の液晶組成物として使用することもできる。
本発明の液晶組成物は、ネマチック液晶をマイクロカプセル化して作製したNCAPや、液晶中に三次元網目状高分子を形成して作製したポリマ−分散型液晶表示素子(PDLCD)例えばポリマ−ネットワ−ク液晶表示素子(PNLCD)用をはじめ、複屈折制御(ECB)型やDS型用の液晶組成物としても使用できる。
また、本発明の液晶組成物は重合可能な化合物を添加してPSA(Polymer sustained alignment)型用の液晶組成物として使用することもできる。重合可能な化合物の例はアクリレート、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、エポキシ、ビニルケトン、およびオキセタンなどの重合可能な基を有する化合物である。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する。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。例えば光重合開始剤であるIrgacure651(登録商標)、Irgacure184(登録商標)、またはDarocure1173(登録商標)(Ciba Japan K.K.)がラジカル重合に対して適切である。
〔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、例えば光学異方性を0.10〜0.13の範囲に調整する、或いは0.05〜0.18の範囲に調整するなど、任意の範囲に調整することができる。
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。−4.5〜−2.5の範囲の誘電率異方性を有する液晶組成物は、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〕
本発明に係る液晶組成物は、PCモード、TNモード、STNモード、OCBモード、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。
〔化合物(1−1)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32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、quinはクインテット、sexはセクステット、mはマルチプレット、brはブロードであることを意味する。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0.22mm、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280℃、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0.32mm、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この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。
本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の組成は以下のとおりである。
母液晶i:
Figure 2011033937
なお、液晶組成物の物性値を測定する試料としては、液晶組成物そのものを用いた。
〔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、液晶性化合物単体そのものを試料として得られた値と、液晶組成物そのものを試料として得られた値は、そのままの値を実験データとして記載した。化合物を母液晶に混合し試料として得られた場合には、外挿法で得られた値を外挿値とした。
相構造および転移温度(℃)
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、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)、転移温度を決定した。
以下、結晶はCと表した。結晶の区別がつく場合は、それぞれCまたはCと表した。また、スメクチック相はS、ネマチック相はNと表した。液体(アイソトロピック)はI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S、またはSと表した。転移温度の表記として、例えば、「C 50.0 N 100.0 I」とは、結晶からネマチック相への転移温度(CN)が50.0℃であり、ネマチック相から液体への転移温度(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(液晶組成物液晶組成物、または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、−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(バルク粘度;η;20℃で測定;mPa・s)
粘度(バルク粘度)が小さいと応答時間が小さくなるという特徴がある。
測定は、E型回転粘度計を用いた。
粘度(回転粘度;γ1;25℃で測定;mPa・s)
粘度(回転粘度)が小さいと応答時間が小さくなるという特徴がある。
測定はM. Imai et al., Molecular Crystals and Liquid Crystals, Vol. 259, 37 (1995) に記載された方法に従った。2枚のガラス基板の間隔(セルギャップ)が20μmのVA素子に試料(液晶組成物液晶組成物、または液晶性化合物と母液晶との混合物)を入れた。この素子に30ボルトから50ボルトの範囲で1ボルト毎に段階的に印加した。0.2秒の無印加のあと、ただ1つの矩形波(矩形パルス;0.2秒)と無印加(2秒)の条件で印加を繰り返した。この印加によって発生した過渡電流(transient current)のピーク電流(peak current)とピーク時間(peak time)を測定した。これらの測定値とM. Imaiらの論文、40頁の計算式(8)とから回転粘度の値を得た。なお、この計算に必要な誘電率異方性は、下記誘電率異方性で測定した値を用いた。
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なった。主プリズムの表面を一方向にラビングしたあと、試料(液晶組成物液晶組成物、または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)
誘電率異方性は以下の方法によって測定した。
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。
[実施例1]
4−(トランス−4−(2,3−ジフルオロ−4−(ヘキシルオキシ)フェニル)シクロヘキサ−1−エニル)−4’−エトキシ−2,2’,3,3’−テトラフルオロビフェニル(No.27)の合成
Figure 2011033937
第1工程
窒素雰囲気下の反応器へ、1,2−ジフルオロ−3−ヘキシルオキシベンゼン(s−1) 100.0gとTHF 1000mlとを加えて、−74℃まで冷却した。そこへ、1.00M sec−ブチルリチウム,n−ヘキサン、シクロヘキサン溶液 357mlを−74℃から−70℃の温度範囲で滴下し、さらに2時間攪拌した。続いて1,4−ジオキサスピロ[4.5]デカン−8−オン(s−2)を72.9g含んだTHF 500ml溶液を−75℃から−70℃の温度範囲で滴下し、25℃に戻しつつ8時間攪拌した。得られた反応混合物を塩化アンモニウム水溶液 1000mlと酢酸エチル 1000mlとが入った容器中に添加して混合した後、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、水、飽和重曹水、および水で洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥した。その後、減圧下、溶媒を留去した。これに、p−トルエンスルホン酸 4.5g、およびトルエン 300mlを混合し、この混合物を、留出する水を抜きながら2時間加熱還流させた。反応混合物を30℃まで冷却した後、得られた液に水 500mlとトルエン 900mlとを加え混合した後、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、飽和重曹水、および水で洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥した。得られた溶液を、トルエンを展開溶媒とし、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。それを、トルエン 250ml、ソルミックスA−11 250mlとの混合溶媒に溶解させ、さらにPd/Cを0.5g加え、水素雰囲気下、水素を吸収しなくなるまで室温で攪拌した。反応終了後、Pd/Cを除去して、さらに溶媒を留去して、得られた残渣を、トルエンを展開溶媒とし、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、さらにヘプタンからの再結晶により精製し、乾燥させ、8−(2,3−ジフルオロ−4−ヘキシルオキシフェニル)−1,4−ジオキサスピロ[4.5]デカン(s−3) 144.5gを得た。化合物(s−1)からの収率は87.3%であった。
第2工程
化合物(s−3) 144.5g、87%蟻酸 188.0ml、およびトルエン 400mlを混合し、この混合物を、2時間加熱還流させた。反応混合物を30℃まで冷却した後、得られた液に水 500mlとトルエン 1000mlとを加え混合した後、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、飽和重曹水、および水で洗浄し、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、トルエンを展開溶媒とし、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、さらにヘプタンからの再結晶により精製し、乾燥させ、1−(2,3−ジフルオロ−4−ヘキシルオキシフェニル)−シクロヘキサン−4−オン(s−4)123.0gを得た。化合物(s−3)からの収率は97.2%であった。
第3工程
窒素雰囲気下、反応器へ4−ブロモ−2,3−ジフルオロエトキシベンゼン(s−5) 45.2g、2,3−ジフルオロフェニルボロン酸(s−6) 36.1g、炭酸カリウム 79.1g、Pd(PhP)Cl 4.0g、トルエン200ml、ソルミックスA−11 200mlおよび水 200mlを加え、2時間加熱還流させた。反応液を25℃まで冷却後、水 200mlおよびトルエン 200mlへ注ぎ込み、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、得られた残渣を、トルエンとヘプタンの混合溶媒(容量比 トルエン:ヘプタン=2:1)を展開溶媒とし、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からの再結晶により精製し、乾燥させ、4−エトキシ−2,2’,3,3’−テトラフルオロ−1,1’−ビフェニル(s−7) 40.1gを得た。化合物(s−5)からの収率は77.8%であった。
第4工程
窒素雰囲気下の反応器へ、化合物(s−7) 10.0gとTHF 200mlとを加えて、−74℃まで冷却した。そこへ、1.00M sec−ブチルリチウム,n−ヘキサン、シクロヘキサン溶液 44mlを−74℃から−70℃の温度範囲で滴下し、さらに2時間攪拌した。続いて化合物(s−4)を11.5g含んだTHF 100ml溶液を−75℃から−70℃の温度範囲で滴下し、25℃に戻しつつ8時間攪拌した。得られた反応混合物を塩化アンモニウム水溶液 300mlと酢酸エチル 300mlとが入った容器中に添加して混合した後、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、水、飽和重曹水、および水で洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥した。その後、減圧下、溶媒を留去した。これに、p−トルエンスルホン酸 0.67g、およびトルエン 300mlを混合し、この混合物を、留出する水を抜きながら2時間加熱還流させた。反応混合物を30℃まで冷却した後、得られた液に水 300mlとトルエン 500mlとを加え混合した後、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、飽和重曹水、および水で洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥した。得られた溶液を、トルエンを展開溶媒とし、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、酢酸エチルとソルミックスA−11との混合溶媒(容量比 酢酸エチル: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−(トランス−4−(2,3−ジフルオロ−4−(ヘキシルオキシ)フェニル)シクロヘキサ−1−エニル)−4’−エトキシ−2,2’,3,3’−テトラフルオロビフェニル(No.27) 16.3gを得た。化合物(s−7)からの収率は79.5%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−(トランス−4−(2,3−ジフルオロ−4−(ヘキシルオキシ)フェニル)シクロヘキサ−1−エニル)−4’−エトキシ−2,2’,3,3’−テトラフルオロビフェニル(No.27)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);7.07(m,3H),6.91(t,1H),6.81(t,1H),6.71(t,1H),6.12(m,1H),4.17(q,2H),4.02(q,2H),3.22(m,1H),2.70−2.59(m,1H),2.59−2.44(m,2H),2.38−2.30(m,1H),2.08−2.01(m,1H),2.01−1.91(m,1H),1.81(quin,2H),1.51−1.43(m,5H),1.34(m,4H),0.91(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.27)の物性値は以下の通りであった。
転移温度 :C 103.9 N 207.7 I
NI=169.3℃,Δε=−10.55 ,Δn=0.205 .
[実施例2]
4−(トランス−4−(2,3−ジフルオロ−4−(ヘキシルオキシ)フェニル)シクロヘキシル)−4’−エトキシ−2,2’,3,3’−テトラフルオロビフェニル(No.7)の合成
Figure 2011033937
第1工程
トルエン 150ml、ソルミックスA−11 150mlとの混合溶媒に化合物(No.27) 14.4gを溶解させ、さらにラネーニッケルを1.44g加え、水素雰囲気下、水素を吸収しなくなるまで室温で攪拌した。反応終了後、ラネーニッケルを除去して、さらに溶媒を留去して、得られた残渣をヘプタンとトルエンの混合溶媒(容量比 ヘプタン:トルエン=1:2)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、さらに得られた残渣を酢酸エチルとソルミックスA−11の混合溶媒(容量比 酢酸エチル:ソルミックス=1:2)からの再結晶により精製し、乾燥させ、4−(トランス−4−(2,3−ジフルオロ−4−(ヘキシルオキシ)フェニル)シクロヘキシル)−4’−エトキシ−2,2’,3,3’−テトラフルオロビフェニル(No.7)6.1gを得た。化合物(No.27)からの収率は42.3%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−(トランス−4−(2,3−ジフルオロ−4−(ヘキシルオキシ)フェニル)シクロヘキシル)−4’−エトキシ−2,2’,3,3’−テトラフルオロビフェニル(No.7)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);7.11−7.02(m,3H),6.90(td,1H),6.81(td,2H),6.70(td,1H),6.78(td,1H),4.16(q,2H),4.02(t,2H),3.02(m,1H),2.91(m,1H),2.03(m,4H),1.82(quin,2H),1.77−1.62(m,4H),1.51−1.43(m,5H),1.38−1.31(m,4H),0.91(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.7)の物性値は以下の通りであった。
転移温度 :C 116.4 N 239.0 I
NI=175.6℃,Δε=−7.95 ,Δn=0.180 .
[実施例3]
4−(2−(トランス−4−(2,3−ジフルオロ−4−(ヘキシルオキシ)フェニル)シクロヘキシル)エチル)−4’−エトキシ−2,2’,3,3’−テトラフルオロビフェニル(No.267)の合成
Figure 2011033937
第1工程
窒素雰囲気下の反応器へ、4−エトキシ−2,2’,3,3’−テトラフルオロ−1,1’−ビフェニル(s−7) 28.0gとTHF 500mlとを加えて、−74℃まで冷却した。そこへ、1.00M sec−ブチルリチウム,n−ヘキサン、シクロヘキサン溶液 109mlを−74℃から−70℃の温度範囲で滴下し、さらに2時間攪拌した。続いてN,N−ジメチルホルムアミドを8.0g含んだTHF 200ml溶液を−75℃から−70℃の温度範囲で滴下し、25℃に戻しつつ8時間攪拌した。得られた反応混合物を1N HCl水溶液 300mlと酢酸エチル 300mlとが入った容器中に添加して混合した後、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て、飽和重曹水、および水で洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥した。得られた溶液を、トルエンを展開溶媒とし、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、THFとヘプタンとの混合溶媒(容量比 THF:ヘプタン=1:5)からの再結晶により精製し、乾燥させ、4’−エトキシ−2,2’,3,3’−テトラフルオロ−1,1’−ビフェニル−4−カルボアルデヒド(s−8) 28.0gを得た。化合物(s−7)からの収率は90.6%であった。
第2工程
水素化リチウムアルミニウム 0.76gをTHF 100mlに懸濁した。この懸濁液に化合物(s−8) 10.0gを、−20℃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。さらにヘプタンからの再結晶により精製し、乾燥させ、減圧下濃縮をして、(4’−エトキシ−2,2’,3,3’−テトラフルオロ−1,1’−ビフェニル−4−イル)メタノール(s−9) 9.9gを得た。化合物(s−8)からの収率は98.3%であった。
第3工程
窒素雰囲気下、反応器へ化合物(s−9) 9.9g、トルエン 100mlおよびピリジン 0.1mlを加え、45℃で1時間攪拌した。その後、塩化チオニル 2.9mlを45℃から55℃の温度範囲で加え、2時間加熱還流させた。反応液を25℃まで冷却後、水 200mlおよびトルエン 200mlへ注ぎ込み、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、飽和重曹水で2回、水で3回洗浄し、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で濃縮し、得られた残渣を、トルエンとヘプタンとの混合溶媒(容量比 トルエン:ヘプタン=1:1)を展開溶媒とし、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からの再結晶により精製し、乾燥させ、4−クロロメチル−4’−エトキシ−2,2’,3,3’−テトラフルオロ−1,1’−ビフェニル(s−10) 8.6gを得た。化合物(s−9)からの収率は81.6%であった。
第4工程
窒素雰囲気下、反応器へ化合物(s−10) 8.6g、トルエン 100mlおよびトリフェニルホスフィン 14.2gを加え、1時間加熱還流させた。反応液を25℃まで冷却後、析出物をろ過し、トルエンで3回未反応の原料を洗い流した後、得られた白色固体を乾燥させ、((4’−エトキシ−2,2’,3,3’−テトラフルオロ−1,1’−ビフェニル−4−イル)メチル)トリフェニルホスホニウム クロリド(s−11) 11.8gを得た。化合物(s−10)からの収率は75.3%であった。
第5工程
窒素雰囲気下、良く乾燥させたメトキシメチルトリフェニルホスホニウムクロリド 39.8gとTHF 500mlを混合し、−30℃まで冷却した。その後、カリウムt−ブトキシド(t−BuOK) 13.0gを−30℃〜−20℃の温度範囲で、2回に分けて投入した。−20℃で30分攪拌した後、THF 100mlに溶解した化合物(s−4) 30gを−30〜−20℃の温度範囲で滴下した。−10℃で30分攪拌した後、反応液を水 200mlとトルエン 200mlの混合液へ注ぎ込み、混合した後、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、濃縮し得られた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。得られた溶離液を減圧下、濃縮し、2,3−ジフルオロ−1−(ヘキシルオキシ)−4−(4−(メトキシメチレン)シクロヘキシル)ベンゼンを得た。その後、87%蟻酸 38.9g、およびトルエン 200mlを混合し、この混合物を、2時間加熱還流させた。反応混合物を30℃まで冷却した後、得られた液に水 100mlとトルエン 200mlとを加え混合した後、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、飽和重曹水、および水で洗浄し、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、淡黄色固体を得た。この残渣をトルエン100mlに溶解し、7℃に冷却した95%水酸化ナトリウム 0.5gとメタノール 400mlの混合液へ添加し、10℃で2時間攪拌した。その後、2N 水酸化ナトリウム水溶液 200mlを添加し、5℃で2時間攪拌した。得られた反応液を水 500mlとトルエン 500mlの混合液へ注ぎ込み、混合した後、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。その後、減圧下、溶媒を留去し、得られた残渣を濃縮し、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、乾燥させ、トランス−4−(2,3−ジフルオロフェニル−4−ヘキシルオキシ)−シクロヘキサンカルボアルデヒド(s−12)28.8gを得た。化合物(s−4)からの収率は81.6%であった。
第6工程
窒素雰囲気下、良く乾燥させた((4’−エトキシ−2,2’,3,3’−テトラフルオロ−1,1’−ビフェニル−4−イル)メチル)トリフェニルホスホニウム クロリド(s−11) 5.0gとTHF 100mlを混合し、−10℃まで冷却した。その後、カリウムt−ブトキシド(t−BuOK) 0.97gを−10℃〜−5℃の温度範囲で、2回に分けて投入した。−10℃で60分攪拌した後、THF 30mlに溶解した化合物(s−12)2.3gを−10〜−5℃の温度範囲で滴下した。0℃で30分攪拌した後、反応液を水 100mlとトルエン 50mlの混合液へ注ぎ込み、混合した後、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、濃縮し得られた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、溶離液を減圧下、濃縮した。それを、トルエン 150ml、ソルミックスA−11 150mlとの混合溶媒に溶解させ、さらにPd/Cを0.1g加え、水素雰囲気下、水素を吸収しなくなるまで室温で攪拌した。反応終了後、Pd/Cを除去して、さらに溶媒を留去して、得られた残渣を酢酸エチルとソルミックスA−11の混合溶媒(容量比 酢酸エチル:ソルミックス=1:4)からの再結晶により精製し、4−(2−(トランス−4−(2,3−ジフルオロ−4−(ヘキシルオキシ)フェニル)シクロヘキシル)エチル)−4’−エトキシ−2,2’,3,3’−テトラフルオロビフェニル(No.267) 1.4gを得た。化合物(s−12)からの収率は34.0%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−(2−(トランス−4−(2,3−ジフルオロ−4−(ヘキシルオキシ)フェニル)シクロヘキシル)エチル)−4’−エトキシ−2,2’,3,3’−テトラフルオロビフェニル(No.267)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);6.99(m,3H),6.82(m,2H),6.65(t,1H),4.17(q,2H),4.01(t,2H),2.73(m,3H),1.95(m,2H),1.88(m,2H),1.80(quin,2H),1.60(q,2H),1.52−1.42(m,7H),1.42−1,30(m,5H),1.21−1,12(m,2H),0.91(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.267)の物性値は以下の通りであった。
転移温度 :C 109.8 N 184.6 I
NI=165.6℃,Δε=−8.17 ,Δn=0.149 .
[実施例4]
4−(トランス−4−(2,3−ジフルオロ−4−(ヘキシルオキシ)フェネチル)シクロヘキシル)−4’−エトキシ−2,2’,3,3’−テトラフルオロビフェニル(No.67)の合成
Figure 2011033937
第1工程
窒素雰囲気下の反応器へ、2,3−ジフルオロヘキシルオキシベンゼン(s−1) 28.0gとTHF 500mlとを加えて、−74℃まで冷却した。そこへ、1.00M sec−ブチルリチウム,n−ヘキサン、シクロヘキサン溶液 109mlを−74℃から−70℃の温度範囲で滴下し、さらに2時間攪拌した。続いてN,N−ジメチルホルムアミドを8.0g含んだTHF 200ml溶液を−75℃から−70℃の温度範囲で滴下し、25℃に戻しつつ8時間攪拌した。得られた反応混合物を1N HCl水溶液 300mlと酢酸エチル 300mlとが入った容器中に添加して混合した後、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て、飽和重曹水、および水で洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥した。得られた溶液を、トルエンを展開溶媒とし、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、THFとヘプタンとの混合溶媒(容量比 THF:ヘプタン=1:5)からの再結晶により精製し、乾燥させ、2,3−ジフルオロ−4−ヘキシルオキシベンゼンカルボアルデヒド(s−13) 28.0gを得た。化合物(s−1)からの収率は90.6%であった。
第2工程
水素化リチウムアルミニウム 0.76gをTHF 100mlに懸濁した。この懸濁液に化合物(s−13) 10.0gを、−20℃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。さらにヘプタンからの再結晶により精製し、乾燥させ、減圧下濃縮をして、(2,3−ジフルオロ−4−ヘキシルオキシ)ベンジルアルコール(s−14) 9.9gを得た。化合物(s−13)からの収率は98.3%であった。
第3工程
窒素雰囲気下、反応器へ化合物(s−14) 9.9g、トルエン 100mlおよびピリジン 0.1mlを加え、45℃で1時間攪拌した。その後、塩化チオニル 2.9mlを45℃から55℃の温度範囲で加え、2時間加熱還流させた。反応液を25℃まで冷却後、水 200mlおよびトルエン 200mlへ注ぎ込み、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、飽和重曹水で2回、水で3回洗浄し、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で濃縮し、得られた残渣を、トルエンとヘプタンとの混合溶媒(容量比 トルエン:ヘプタン=1:1)を展開溶媒とし、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からの再結晶により精製し、乾燥させ、(4−クロロメチル−2,3−ジフルオロ)ヘキシルオキシベンゼン(s−15) 8.6gを得た。化合物(s−14)からの収率は81.6%であった。
第4工程
窒素雰囲気下、反応器へ化合物(s−15) 8.6g、トルエン 100mlおよびトリフェニルホスフィン 14.2gを加え、1時間加熱還流させた。反応液を25℃まで冷却後、析出物をろ過し、トルエンで3回未反応の原料を洗い流した後、得られた白色固体を乾燥させ、(2,3−ジフルオロ−4−ヘキシルオキシベンジル)トリフェニルホスホニウム クロリド(s−16) 11.8gを得た。化合物(s−15)からの収率は75.3%であった。
第5工程
窒素雰囲気下の反応器へ、4−エトキシ−2,2’,3,3’−テトラフルオロ−1,1’−ビフェニル(s−7) 8.0gとTHF 100mlとを加えて、−74℃まで冷却した。そこへ、1.00M sec−ブチルリチウム,n−ヘキサン、シクロヘキサン溶液 31mlを−74℃から−70℃の温度範囲で滴下し、さらに2時間攪拌した。続いて1,4−ジオキサスピロ[4.5]デカン−8−オン(s−2)を4,9g含んだTHF 50ml溶液を−75℃から−70℃の温度範囲で滴下し、25℃に戻しつつ8時間攪拌した。得られた反応混合物を1N HCl水溶液 100mlと酢酸エチル 100mlとが入った容器中に添加して混合した後、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て、飽和重曹水、および水で洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥した。その後、減圧下、溶媒を留去した。これに、p−トルエンスルホン酸 0.27g、およびトルエン 100mlを混合し、この混合物を、留出する水を抜きながら2時間加熱還流させた。反応混合物を30℃まで冷却した後、得られた液に水 200mlとトルエン 100mlとを加え混合した後、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、飽和重曹水、および水で洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥した。得られた溶液を、トルエンを展開溶媒とし、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。それを、トルエン 100ml、ソルミックスA−11 100mlとの混合溶媒に溶解させ、さらにPd/Cを0.1g加え、水素雰囲気下、水素を吸収しなくなるまで室温で攪拌した。反応終了後、Pd/Cを除去して、さらに溶媒を留去して、得られた残渣を、トルエンを展開溶媒とし、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、さらにヘプタンからの再結晶により精製し、乾燥させ、8−(4’−エトキシ−2,2’,3,3’−テトラフルオロビフェニル−4−イル)−1,4−ジオキサスピロ[4.5]デカン(s−17) 6.5gを得た。化合物(7)からの収率は53.2%であった。
第6工程
化合物(s−17) 6.5g、87%蟻酸 7.3ml、およびトルエン 100mlを混合し、この混合物を、2時間加熱還流させた。反応混合物を30℃まで冷却した後、得られた液に水 100mlとトルエン 100mlとを加え混合した後、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、飽和重曹水、および水で洗浄し、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、トルエンを展開溶媒とし、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、さらにヘプタンからの再結晶により精製し、乾燥させ、4−(4’−エトキシ−2,2’,3,3’−テトラフルオロビフェニル−4−イル)シクロヘキサノン(s−18) 5.8gを得た。化合物(s−17)からの収率は99.5%であった。
第7工程
窒素雰囲気下、良く乾燥させたメトキシメチルトリフェニルホスホニウムクロリド 6.5gとTHF 100mlを混合し、−30℃まで冷却した。その後、カリウムt−ブトキシド(t−BuOK) 2.1gを−30℃〜−20℃の温度範囲で投入した。−20℃で30分攪拌した後、THF 50mlに溶解した化合物(s−18) 5.8gを−30〜−20℃の温度範囲で滴下した。−10℃で30分攪拌した後、反応液を水 200mlとトルエン 200mlの混合液へ注ぎ込み、混合した後、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、濃縮し得られた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。得られた溶離液を減圧下、濃縮した。その後、87%蟻酸 38.9g、およびトルエン 200mlを混合し、この混合物を、2時間加熱還流させた。反応混合物を30℃まで冷却した後、得られた液に水 100mlとトルエン 200mlとを加え混合した後、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、飽和重曹水、および水で洗浄し、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、淡黄色固体を得た。この残渣をトルエン50mlに溶解し、7℃に冷却した95%水酸化ナトリウム 0.5gとメタノール 200mlの混合液へ添加し、10℃で2時間攪拌した。その後、2N 水酸化ナトリウム水溶液 100mlを添加し、5℃で2時間攪拌した。得られた反応液を水 100mlとトルエン 100mlの混合液へ注ぎ込み、混合した後、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。その後、減圧下、溶媒を留去し、得られた残渣を濃縮し、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、乾燥させ、トランス−4−(4’−エトキシ−2,2’,3,3’−テトラフルオロビフェニル−4−イル)シクロヘキサンカルボアルデヒド(s−19)6.0gを得た。化合物(s−18)からの収率は96.1%であった。
第8工程
窒素雰囲気下、良く乾燥させた(2,3−ジフルオロ−4−ヘキシルオキシベンジル)トリフェニルホスホニウム クロリド(s−16) 4.6gとTHF 100mlを混合し、−10℃まで冷却した。その後、カリウムt−ブトキシド(t−BuOK) 1.0gを−10℃〜−5℃の温度範囲で投入した。−10℃で60分攪拌した後、THF 30mlに溶解した化合物(s−19)2.8gを−10〜−5℃の温度範囲で滴下した。0℃で30分攪拌した後、反応液を水 100mlとトルエン 100mlの混合液へ注ぎ込み、混合した後、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、濃縮し得られた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、溶離液を減圧下、濃縮した。それを、トルエン 100ml、ソルミックスA−11 100mlとの混合溶媒に溶解させ、さらにPd/Cを0.1g加え、水素雰囲気下、水素を吸収しなくなるまで室温で攪拌した。反応終了後、Pd/Cを除去して、さらに溶媒を留去して、得られた残渣を酢酸エチルとソルミックスA−11の混合溶媒(容量比 酢酸エチル:ソルミックス=1:4)からの再結晶により精製し、トランス−4−(4−(2,3−ジフルオロ−4−(ヘキシルオキシ)フェネチル)シクロヘキシル)−4’−エトキシ−2,2’,3,3’−テトラフルオロビフェニル(No.67) 1.9gを得た。化合物(s−19)からの収率は42.4%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−(4−(2,3−ジフルオロ−4−(ヘキシルオキシ)フェネチル)シクロヘキシル)−4’−エトキシ−2,2’,3,3’−テトラフルオロビフェニル(No.67)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);7.05(m,3H),6.82(m,2H),6.68(t,1H),4.18(q,2H),4.03(t,2H),2.91(m,1H),2.66(t,2H),1.96(m,4H),1.82(quin,2H),1.58−1.43(m,9H),1.36(m,5H),1.24−1,14(m,2H),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.67)の物性値は以下の通りであった。
転移温度 :C 78.9 N 192.2 I
NI=165.9℃,Δε=−9.87 ,Δn=0.175 .
[実施例5]
トランス−4−(4−((2,3−ジフルオロ−4−(ヘキシルオキシ)フェノキシ)メチル)シクロヘキシル)−4’−エトキシ−2,2’,3,3’−テトラフルオロビフェニル(No.107)の合成
Figure 2011033937
第1工程
窒素雰囲気下の反応器へ、1,2−ジフルオロ−3−ヘキシルオキシベンゼン(s−1) 17.8gとTHF 500mlとを加えて、−74 ℃まで冷却した。そこへ、1.57M n−ブチルリチウム,n−ヘキサン、シクロヘキサン溶液 58.0mlを−74℃から−70℃の温度範囲で滴下し、さらに2時間攪拌した。続いて、ホウ酸トリメチル 9.5gのTHF 50ml溶液に−74℃から−65℃の温度範囲で滴下し、25 ℃に戻しつつ、さらに8時間攪拌した。その後、反応混合物を1N塩酸 100ml氷水 500mlとが入った容器中に注ぎ込み、混合した。酢酸エチル 300mlを加えて、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、水、飽和炭酸水素ナトリウム水溶液、食塩水で順次洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥した。その後、減圧下、溶媒を留去した。それを窒素雰囲気下の反応器へ、酢酸 100mlとともにを加えて、室温下、31%過酸化水素水 10.1mlを25℃から30℃の温度範囲で滴下し、さらに2時間攪拌した。その後、反応混合物を亜硫酸水素ナトリウム水溶液100ml、酢酸エチル300ml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、水、食塩水で順次洗浄し、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、1,2−ジフルオロ−3−ヘキシルオキシフェノール(s−20) 12.8gを得た。化合物(s−1)からの収率は66.6%であった。
第2工程
水素化リチウムアルミニウム 0.20gをTHF 100mlに懸濁した。この懸濁液に化合物(s−19) 3.0gを、−20℃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。さらにヘプタンからの再結晶により精製し、乾燥させ、減圧下濃縮をして、(トランス−4−(4’−エトキシ−2,2’,3,3’−テトラフルオロビフェニル−4−イル)シクロヘキシル)メタノール(s−21) 2.7gを得た。化合物(s−19)からの収率は89.5%であった。
第3工程
窒素雰囲気下、反応器へ化合物(s−21) 2.7g、トルエン 50mlおよびピリジン 0.1mlを加え、45℃で1時間攪拌した。その後、塩化チオニル 0.56mlを45℃から55℃の温度範囲で加え、2時間加熱還流させた。反応液を25℃まで冷却後、水 100mlおよびトルエン 100mlへ注ぎ込み、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、飽和重曹水で2回、水で3回洗浄し、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で濃縮し、得られた残渣を、トルエンとヘプタンとの混合溶媒(容量比 トルエン:ヘプタン=1:1)を展開溶媒とし、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からの再結晶により精製し、乾燥させ、(トランス−4−(4−(クロロメチル)シクロヘキシル)−4’−エトキシ−2,2’,3,3’−テトラフルオロビフェニル(s−22) 2.6gを得た。化合物(s−21)からの収率は91.9%であった。
第4工程
窒素雰囲気下、DMF 100mlに1,2−ジフルオロ−3−ヘキシルオキシフェノール(s−20) 1.8g、およびリン酸三カリウム(KPO) 13.8gを加え、80℃で攪拌した。そこへ化合物(s−22) 2.6gを加え、80℃で、7時間攪拌した。得られた反応混合物を30℃まで冷却し、ろ過によって固形物と分離した後、トルエン 100ml、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(容量比 ヘプタン:トルエン=1:2)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(容量比 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−(4−((2,3−ジフルオロ−4−(ヘキシルオキシ)フェノキシ)メチル)シクロヘキシル)−4’−エトキシ−2,2’,3,3’−テトラフルオロビフェニル(No.107)1.2gを得た。化合物(s−22)からの収率は31.1%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−(4−((2,3−ジフルオロ−4−(ヘキシルオキシ)フェノキシ)メチル)シクロヘキシル)−4’−エトキシ−2,2’,3,3’−テトラフルオロビフェニル(No.107)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);7.05(m,3H),6.81(t,1H),6.63(d,2H),4.17(q,2H),3.98(t,2H),3.84(d,2H),2.93(m,1H),2.07(m,2H),1.99(m,2H),1.92(m,1H),1.79(quin,2H),1.64−1.42(m,7H),1.38−1.24(m,6H),0.91(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.107)の物性値は以下の通りであった。
転移温度 :C 89.3 N 185.2 I
NI=165.6℃,Δε=−9.26 ,Δn=0.179 .
[実施例6]
1−(2,3−ジフルオロ−4−(ヘキシルオキシ)フェネチル)−4−(4−(4−エトキシ−2,3−ジフルオロフェニル)シクロヘキシ−1−エニル)−2,3−ジフルオロベンゼン(No.487)の合成
Figure 2011033937
第1工程
窒素雰囲気下、良く乾燥させた(2,3−ジフルオロ−4−ヘキシルオキシベンジル)トリフェニルホスホニウム クロリド(s−16) 7.5gとTHF 100mlを混合し、−10℃まで冷却した。その後、カリウムt−ブトキシド(t−BuOK) 1.6gを−10℃〜−5℃の温度範囲で投入した。−10℃で60分攪拌した後、THF 30mlに溶解した2,3−ジフルオロベンズアルデヒド(s−23)1.9gを−10〜−5℃の温度範囲で滴下した。0℃で30分攪拌した後、反応液を水 100mlとトルエン 100mlの混合液へ注ぎ込み、混合した後、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、濃縮し得られた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、溶離液を減圧下、濃縮した。それを、トルエン 100ml、ソルミックスA−11 100mlとの混合溶媒に溶解させ、さらにPd/Cを0.1g加え、水素雰囲気下、水素を吸収しなくなるまで室温で攪拌した。反応終了後、Pd/Cを除去して、さらに溶媒を留去して、得られた残渣を酢酸エチルとソルミックスA−11の混合溶媒(容量比 酢酸エチル:ソルミックス=1:4)からの再結晶により精製し、1−(2,3−ジフルオロフェネチル)−2,3−ジフルオロ−4−(ヘキシルオキシ)ベンゼン(s−24) 3.6gを得た。化合物(s−23)からの収率は76.0%であった。
第2工程
窒素雰囲気下の反応器へ、1−(2,3−ジフルオロフェネチル)−2,3−ジフルオロ−4−(ヘキシルオキシ)ベンゼン(s−24) 3.6gとTHF 100mlとを加えて、−74℃まで冷却した。そこへ、1.00M sec−ブチルリチウム,n−ヘキサン、シクロヘキサン溶液 12mlを−74℃から−70℃の温度範囲で滴下し、さらに2時間攪拌した。続いて1−(2,3−ジフルオロ−4−エトキシフェニル)−シクロヘキサン−4−オン(s−25)を2.6g含んだTHF 50ml溶液を−75℃から−70℃の温度範囲で滴下し、25℃に戻しつつ8時間攪拌した。得られた反応混合物を1N HCl水溶液 100mlと酢酸エチル 100mlとが入った容器中に添加して混合した後、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て、飽和重曹水、および水で洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥した。その後、減圧下、溶媒を留去した。これに、p−トルエンスルホン酸 0.19g、およびトルエン 100mlを混合し、この混合物を、留出する水を抜きながら2時間加熱還流させた。反応混合物を30℃まで冷却した後、得られた液に水 200mlとトルエン 100mlとを加え混合した後、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、飽和重曹水、および水で洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥した。得られた溶液を、トルエンを展開溶媒とし、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。さらにさらにソルミックスA−11とヘプタンの混合溶媒(容量比 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、1−(2,3−ジフルオロ−4−(ヘキシルオキシ)フェネチル)−4−(4−(4−エトキシ−2,3−ジフルオロフェニル)シクロヘキシ−1−エニル)−2,3−ジフルオロベンゼン(No.487) 3.1gを得た。化合物(s−24)からの収率は33.8%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、1−(2,3−ジフルオロ−4−(ヘキシルオキシ)フェネチル)−4−(4−(4−エトキシ−2,3−ジフルオロフェニル)シクロヘキシ−1−エニル)−2,3−ジフルオロベンゼン(No.487)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);6.90(t,2H),6.81(t,1H),6.76(t,1H),6.70(t,1H),6.63(td,1H),6.03(m,1H),4.11(q,2H),4.00(t,2H),3.19(m,1H),2.91(m,4H),2.65−2.39(m,3H),2.35−2.26(m,1H),2.04−1.98(m,1H),1.98−1.88(m,1H),1.80(quin,2H),1.45(m,5H),1.34(m,4H),0.91(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.487)の物性値は以下の通りであった。
転移温度 :C 81.8 N 148.1 I
NI=133.9℃,Δε=−9.04 ,Δn=0.174 .
[実施例7]
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。
4’−(4−(2,3−ジフルオロ−4−(ヘキシルオキシ)フェニル)シクロヘキシ−1−エニル)−4−エトキシ−2,2’,3−トリフルオロビフェニル(No.33)
Figure 2011033937
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’−(4−(2,3−ジフルオロ−4−(ヘキシルオキシ)フェニル)シクロヘキシ−1−エニル)−4−エトキシ−2,2’,3−トリフルオロビフェニル(No.33)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);7.31(t,1H),7.26(m,1H),7.20(d,1H),7.06(td,1H),6.90(td,1H),6.80(td,1H),6.70(td,1H),6.29(m,1H),4.17(q,2H),4.02(t,2H),3.18(m,1H),2.66−2.50(m,3H),2.38−2.29(m,1H),2.12−2.04(m,1H),1.99−1.90(m,1H),1.81(quin,2H),1.52−1.43(m,5H),1.34(m,4H),0.91(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.33)の物性値は以下の通りであった。
転移温度 :C 108.9 S 136.2 N 214.2 I
NI=178.6℃,Δε=−8.54 ,Δn=0.219 .
4’−(トランス−4−(2,3−ジフルオロ−4−(ヘキシルオキシ)フェニル)シクロヘキシル)−4−エトキシ−2,2’,3−トリフルオロビフェニル(No.13)
Figure 2011033937
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−(2,3−ジフルオロ−4−(ヘキシルオキシ)フェニル)シクロヘキシル)−4−エトキシ−2,2’,3−トリフルオロビフェニル(No.13)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);7.30(t,1H),7.09(d,1H),7.03(m,2H),6.89(td,1H),6.80(td,1H),6.70(td,1H),4.16(q,2H),4.02(t,2H),2.88(m,1H),2.64(m,1H),2.10−1.96(m,4H),1.81(quin,2H),1.65(m,4H),1.52−1.43(m,5H),1.34(m,4H),0.91(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.13)の物性値は以下の通りであった。
転移温度 :C 101.4 S 121.4 N 232.7 I
NI=170.6℃,Δε=−8.85 ,Δn=0.201 .
4’−(4−(2,3−ジフルオロ−4−(ヘキシルオキシ)フェニル)シクロヘキシ−1−エニル)−4−エトキシ−2,3,3’−トリフルオロビフェニル(No.38)
Figure 2011033937
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’−(4−(2,3−ジフルオロ−4−(ヘキシルオキシ)フェニル)シクロヘキシ−1−エニル)−4−エトキシ−2,3,3’−トリフルオロビフェニル(No.38)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);7.32(t,1H),7.25(d,2H),7.21(d,1H),7.11(t,1H),6.91(t,1H),6.80(t,1H),6.70(t,1H),6.08(m,1H),4.16(q,2H),4.02(t,2H),3.20(m,1H),2.64(m,1H),2.51(m,2H),2.33(m,1H),2.06−1.91(m,2H),1.81(quin,2H),1.52−1.43(m,4H),1.38−1.30(m,4H),0.90(m,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.38)の物性値は以下の通りであった。
転移温度 :C 106.3 N 218.6 I
NI=180.6℃,Δε=−8.64 ,Δn=0.226 .
4’−(トランス−4−(2,3−ジフルオロ−4−(ヘキシルオキシ)フェニル)シクロヘキシル)−4−エトキシ−2,3,3’−トリフルオロビフェニル(No.18)
Figure 2011033937
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−(2,3−ジフルオロ−4−(ヘキシルオキシ)フェニル)シクロヘキシル)−4−エトキシ−2,3,3’−トリフルオロビフェニル(No.18)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);7.30(t,1H),7.09(d,1H),7.03(m,2H),6.89(td,1H),6.80(td,1H),6.70(td,1H),4.16(q,2H),4.02(t,2H),2.88(m,1H),2.64(m,1H),2.10−1.96(m,4H),1.81(quin,2H),1.65(m,4H),1.52−1.43(m,5H),1.34(m,4H),0.91(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.18)の物性値は以下の通りであった。
転移温度 :C 121.0 N 247.2 I
NI=189.6℃,Δε=−7.31 ,Δn=0.193 .
4−ブトキシ−4’−(トランス−4−(4−エトキシ−2,3−ジフルオロフェニル)シクロヘキシルメトキシ)−2,3,3’−トリフルオロビフェニル(No.357)
Figure 2011033937
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−ブトキシ−4’−(トランス−4−(4−エトキシ−2,3−ジフルオロフェニル)シクロヘキシルメトキシ)−2,3,3’−トリフルオロビフェニル(No.357)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);7.25(d,1H),7.21(d,1H),7.03(m,2H),6.85(td,1H),6.78(td,1H),6.68(td,1H),4.13−4.06(m,4H),3.92(d,2H),2.82(tt,1H),2.07(m,2H),1.95(m,2H),1.83(m,2H),1.58−1.48(m,5H),1.44(t,3H),1.34−1.23(m,2H),1.00(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.357)の物性値は以下の通りであった。
転移温度 :C 119.0 N 204.1 I
NI=181.6℃,Δε=−7.95 ,Δn=0.190 .
[実施例8]
実施例1〜7に記載された合成方法と同様の方法により以下に示す、化合物(No.1)〜(No.700)を合成することができる。付記したデータは前記した手法に従い、測定した値である。転移温度は化合物自体の測定値であり、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である。
Figure 2011033937
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Figure 2011033937
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Figure 2011033937
Figure 2011033937
Figure 2011033937
[比較例1]
比較例として、トランス−4−プロピル−トランス−4’−(2,3−ジフルオロエトキシフェニル)−1,1’−ビシクロヘキシル(A)を合成した。
Figure 2011033937
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−プロピル−トランス−4’−(2,3−ジフルオロエトキシフェニル)−1,1’−ビシクロヘキシル(A)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(dd,1H),6.64(dd,1H),4.06(q,2H),2.71(tt,1H),1.89−1.79(m,4H),1.79−1.69(m,4H),1.45−1.26(m,14H),1.20−1.04(m,4H),0.90−0.79(t,3H).
化合物(A)の転移温度は以下の通りであった。
転移温度 :C 66.9 S 79.9 N 185.1 I
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)=74.6℃;粘度(η20)=18.9mPa・s;光学異方性(Δn)=0.087;誘電率異方性(Δε)=−1.3。
この母液晶i 85重量%と、合成したトランス−4−プロピル−トランス−4’−(2,3−ジフルオロエトキシフェニル)−1,1’−ビシクロヘキシル(A)の15重量%とからなる液晶組成物iiを調製した。得られた液晶組成物iiの物性値を測定し、測定値を外挿することで比較例化合物(A)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)=158.7℃;
光学異方性(Δn)=0.114;
誘電率異方性(Δε)=−5.43;
[実施例9]
液晶性化合物(No.27)の物性
母液晶i 85重量%と、実施例1で得られた4−(トランス−4−(2,3−ジフルオロ−4−(ヘキシルオキシ)フェニル)シクロヘキサ−1−エニル)−4’−エトキシ−2,2’,3,3’−テトラフルオロビフェニル(No.27)の15重量%とからなる液晶組成物iiiを調製した。得られた液晶組成物iii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(No.27)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)=169.3℃;
光学異方性(Δn)=0.205;
誘電率異方性(Δε)=−10.55;
このことから液晶性化合物(No.27)は、上限温度(TNI)が高く、光学異方性(Δn)を大きく、誘電率異方性(Δε)を負に高くすることができる化合物であることがわかった。
また、比較例化合物(A)と比較して、上限温度(TNI)が高く、光学異方性(Δn)が大きく、誘電率異方性(Δε)が負に高い化合物であることがわかった。
[比較例2]
比較例として、トランス−4−ペンチル−トランス−4’’−(2,3−ジフルオロエトキシフェニル)−1,1’,4’,1’’−ターシクロヘキシル(C)を合成した。
Figure 2011033937
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−トランス−4’’−(2,3−ジフルオロエトキシフェニル)−1,1’,4’,1’’−ターシクロヘキシル(C)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);6.85(td,1H),6.68(td,1H),4.11(q,2H),2.74(tt,1H),1.93−1.82(m,4H),1.82−1.68(m,8H),1.48−1.37(m,4H),1.37−0.82(m,27H).
化合物(C)の転移温度は以下の通りであった。
転移温度 :C 71.8 S 298.2 N 330.7 I
この母液晶i 97重量%と、合成したトランス−4−ペンチル−トランス−4’’−(2,3−ジフルオロエトキシフェニル)−1,1’,4’,1’’−ターシクロヘキシル(C)の3重量%とからなる液晶組成物ivを調製した。得られた液晶組成物ivの物性値を測定し、測定値を外挿することで比較例化合物(C)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。
光学異方性(Δn)=0.137;
誘電率異方性(Δε)=−1.86;
また、液晶組成物ivの弾性定数K33は11.31 pNであった。
[実施例10]
液晶性化合物(No.13)の物性
母液晶i 95重量%と、実施例7で得られた4’−(トランス−4−(2,3−ジフルオロ−4−(ヘキシルオキシ)フェニル)シクロヘキシル)−4−エトキシ−2,2’,3−トリフルオロビフェニル(No.13)の5重量%とからなる液晶組成物vを調製した。得られた液晶組成物v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(No.13)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。
光学異方性(Δn)=0.201;
誘電率異方性(Δε)=−8.85;
また、液晶組成物vの弾性定数K33は16.00 pNであった。
このことから液晶性化合物(No.13)は、光学異方性(Δn)を大きく、誘電率異方性(Δε)を負に高く、弾性定数K33を大きくすることができる化合物であることがわかった。
また、比較例化合物(C)と比較して、光学異方性(Δn)が大きく、誘電率異方性(Δε)が負に高く、弾性定数K33が大きい化合物であることがわかった。
[比較例3]
比較例として、化合物(D)に類似の4−エトキシ−4’’’−ペンチル−2’’’,3’’’,2,3−テトラフルオロ−1,1’,4’,1’’,4’’,1’’’−クオターフェニル(F)を合成した。
Figure 2011033937
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−エトキシ−4’’’−ペンチル−2’’’,3’’’,2,3−テトラフルオロ−1,1’,4’,1’’,4’’,1’’’−クオターフェニル(F)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);7.50(q,4H),7.14(d,2H),7.09(td,1H),6.92(d,1H),6.78(t,1H),4.17(q,2H),2.42(tt,1H),1.86(m,4H),1.53−1.17(m,13H),1.08−0.98(m,2H),0.89(t,3H).
化合物(F)の転移温度は以下の通りであった。
転移温度 :C 149.8 N 306.7 I
母液晶i 95重量%と、合成した4−エトキシ−4’’’−ペンチル−2’’’,3’’’,2,3−テトラフルオロ−1,1’,4’,1’’,4’’,1’’’−クオターフェニル(F)の5重量%とからなる液晶組成物vを調製した。得られた液晶組成物vの物性値を測定し、測定値を外挿することで比較例化合物(F)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。
誘電率異方性(Δε)=−6.05;
粘度(η)=118.2mPa・s
また、液晶組成物vの弾性定数K33は15.21 pNであった。
[実施例11]
液晶性化合物(No.18)の物性
母液晶i 90重量%と、実施例7で得られた4−エトキシ−2,3−ジフルオロ−4’−[2,3−ジフルオロ−4−(4−ペンチルシクロヘキシル)フェノキシメチル]−1,1’−ビフェニル(No.18)の5重量%とからなる液晶組成物vを調製した。得られた液晶組成物v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(No.)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。
誘電率異方性(Δε)=−7.31;
粘度(η)=105.3 mPa・s
また、液晶組成物vの弾性定数K33は16.03 pNであった。
このことから液晶性化合物(No.18)は、融点が低く、粘度(η)が小さく、誘電率異方性(Δε)を負に高くすることができる化合物であることがわかった。
また、比較例化合物(F)と比較して、誘電率異方性(Δε)が負に高く、融点が低く、粘度(η)が小さく、弾性定数K33が大きい化合物であることがわかった。
[比較例4]
比較例として、化合物(E)に類似の4−エトキシ−2,3,2’’,3’’−テトラフルオロ−4’’−(2,3−ジフルオロ−4−ペンチルフェニルエチル)−1,1’’−ターフェニル(G)を合成した。
Figure 2011033937
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−エトキシ−2,3,2’’,3’’−テトラフルオロ−4’’−(2,3−ジフルオロ−4−ペンチルフェニルエチル)−1,1’’−ターフェニル(G)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);7.60(m,4H),7.15(m,2H),6.97(m,1H),6.83(m,3H),4.18(q,2H),2.99(m,2H),2.62(t,2H),1.64−1.55(m,5H),1.49(t,3H),1.33(m,3H),0.90(t,3H).
化合物(G)の転移温度は以下の通りであった。
転移温度 :C 136.5 N 201.0 I
母液晶i 97重量%と、合成した4−エトキシ−2,3,2’’,3’’−テトラフルオロ−4’’−(2,3−ジフルオロ−4−ペンチルフェニルエチル)−1,1’’−ターフェニル(G)の3重量%とからなる液晶組成物viを調製した。得られた液晶組成物viの物性値を測定し、測定値を外挿することで比較例化合物(G)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)=154.6℃;
誘電率異方性(Δε)=−6.73;
また、液晶組成物viの弾性定数K33は14.57 pNであった。
[実施例12]
液晶性化合物(No.107)の物性
母液晶i 90重量%と、実施例5で得られたトランス−4−(4−((2,3−ジフルオロ−4−(ヘキシルオキシ)フェノキシ)メチル)シクロヘキシル)−4’−エトキシ−2,2’,3,3’−テトラフルオロビフェニル(No.107)の10重量%とからなる液晶組成物viiを調製した。得られた液晶組成物vii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(No.107)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)=165.6℃;
誘電率異方性(Δε)=−9.26;
また、液晶組成物viiの弾性定数K33は16.1 pNであった。
このことから液晶性化合物(No.107)は、融点が低く、上限温度(TNI)が高く、誘電率異方性(Δε)を負に高くすることができる化合物であることがわかった。
また、比較例化合物(G)と比較して、上限温度(TNI)が高く、誘電率異方性(Δε)が負に高く、融点が低く、粘度(η)が小さく、弾性定数K33が大きい化合物であることがわかった。
〔液晶組成物の実施例〕
以下、本発明で得られる液晶組成物を実施例により詳細に説明する。なお、実施例で用いる液晶性化合物は、下記表の定義に基づいて記号により表す。なお、表中、1,4−シクロへキシレンの立体配置はトランス配置である。各化合物の割合(百分率)は、特に断りのない限り、液晶組成物の全重量に基づいた重量百分率(重量%)である。各実施例の最後に得られた液晶組成物の特性値を示す。
なお、各実施例で使用する液晶性化合物の部分に記載した番号は、上述した本発明の第一成分から第三成分に用いる液晶性化合物を示す式番号に対応をしており、式番号を記載せずに、単に「−」と記載をしている場合には、この化合物はこれら成分には対応をしていないその他の化合物であることを意味している。
化合物の記号による表記方法を以下に示す。

Figure 2011033937
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(バルク粘度;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。
このようにして得られた電圧保持率を「VHR−1」として示した。つぎに、このTN素子を100℃、250時間加熱した。このTN素子を25℃に戻したあと、上述した方法と同様の方法により電圧保持率を測定した。この加熱試験をした後に得た電圧保持率を「VHR−2」として示した。なお、この加熱テストは促進試験であり、TN素子の長時間耐久試験に対応する試験として用いた。
[実施例13]
6O−B(2F,3F)ChB(2F,3F)B(2F,3F)−O2
(No.27) 4%
6O−B(2F,3F)HB(2F,3F)B(2F,3F)−O2
(No.7) 4%

3−HH−O1 (12−1) 8%
5−HH−O1 (12−1) 4%
3−HH−4 (12−1) 5%
3−HB(2F,3F)−O2 (6−1) 15%
5−HB(2F,3F)−O2 (6−1) 14%
2−HHB(2F,3F)−1 (7−1) 5%
3−HHB(2F,3F)−1 (7−1) 7%
3−HHB(2F,3F)−O2 (7−1) 14%
5−HHB(2F,3F)−O2 (7−1) 20%
NI=74.4℃;Δn=0.086;η=31.5mPa・s;Δε=−4.6.

[実施例14]
6O−B(2F,3F)ChB(F)B(2F,3F)−O2
(No.33) 4%
6O−B(2F,3F)HB(F)B(2F,3F)−O2
(No.13) 4%

3−HB−O1 (12−5) 10%
3−HH−4 (12−1) 5%
3−HB−V (12−5) 5%
3−HB(2F,3F)−O2 (6−1) 12%
5−HB(2F,3F)−O2 (6−1) 12%
2−HHB(2F,3F)−1 (7−1) 12%
3−HHB(2F,3F)−1 (7−1) 12%
3−HHB(2F,3F)−O2 (7−1) 13%
5−HHB(2F,3F)−O2 (7−1) 5%
3−HHB−1 (13−1) 6%
NI=90.1℃;Δn=0.096;η=44.0mPa・s;Δε=−3.6.

[実施例15]
6O−B(2F,3F)ChB(2F)B(2F,3F)−O2
(No.38) 3%
6O−B(2F,3F)HB(2F)B(2F,3F)−O2
(No.18) 3%
3−HB−O1 (12−5) 15%
3−HH−4 (12−1) 5%
3−HB(2F,3F)−O2 (6−1) 12%
5−HB(2F,3F)−O2 (6−1) 12%
2−HHB(2F,3F)−1 (7−1) 12%
3−HHB(2F,3F)−1 (7−1) 12%
3−HHB(2F,3F)−O2 (7−1) 13%
5−HHB(2F,3F)−O2 (7−1) 7%
6−HEB(2F,3F)−O2 (6−6) 6%
NI=83.1℃;Δn=0.093;η=38.3mPa・s;Δε=−3.8.

[実施例16]
6O−B(2F,3F)O1HB(2F,3F)B(2F,3F)−O2
(No.107) 4%
2O−B(2F,3F)ChB(2F,3F)2B(2F,3F)−O6
(No.487) 4%

3−HH−4 (12−1) 4%
3−HH−V (12−1) 4%
3−H2B(2F,3F)−O2 (6−4) 22%
5−H2B(2F,3F)−O2 (6−4) 22%
5−HHB(2F,3CL)−O2 (7−12) 2%
3−HBB(2F,3F)−O2 (7−7) 9%
5−HBB(2F,3F)−O2 (7−7) 8%
V−HHB−1 (13−1) 6%
3−HHB−3 (13−1) 6%
3−HHEBH−3 (14−6) 3%
3−HHEBH−4 (14−6) 3%
3−HHEBH−5 (14−6) 3%
NI=93.3℃;Δn=0.104;η=33.0mPa・s;Δε=−4.3.

[実施例17]
6O−B(2F,3F)H2B(2F,3F)B(2F,3F)−O2
(No.267) 3%
6O−B(2F,3F)2HB(2F,3F)B(2F,3F)−O2
(No.67) 3%

3−HH−4 (12−1) 12%
3−HH−5 (12−1) 4%
3−HH−V (12−1) 6%
3−HB−O2 (12−5) 12%
3−H2B(2F,3F)−O2 (6−4) 15%
5−H2B(2F,3F)−O2 (6−4) 15%
3−HHB(2F,3CL)−O2 (7−12) 5%
3−HBB(2F,3F)−O2 (7−7) 6%
5−HBB(2F,3F)−O2 (7−7) 9%
3−HHB−1 (13−1) 3%
3−HHB−3 (13−1) 4%
3−HHB−O1 (13−1) 3%
NI=76.3℃;Δn=0.093;η=22.7mPa・s;Δε=−4.2.
上記組成物100部にOp−05を0.25部添加したときのピッチは60.3μmであった。

[実施例18]
6O−B(2F,3F)ChB(2F,3F)B(2F,3F)−O2
(No.27) 3%
6O−B(2F,3F)ChB(F)B(2F,3F)−O2
(No.33) 3%

3−HB−O1 (12−5) 10%
3−HH−4 (12−1) 5%
3−HH−V1 (12−1) 5%
3−HB(2F,3F)−O2 (6−1) 12%
5−HB(2F,3F)−O2 (6−1) 12%
2−HHB(2F,3F)−1 (7−1) 12%
3−HHB(2F,3F)−1 (7−1) 12%
3−HHB(2F,3F)−O2 (7−1) 7%
5−HHB(2F,3F)−O2 (7−1) 13%
3−HHB−1 (13−1) 6%
NI=90.7℃;Δn=0.096;Δε=−3.7;η=40.4mPa・s.

[実施例19]
6O−B(2F,3F)HB(2F,3F)B(2F,3F)−O2
(No.7) 4%
6O−B(2F,3F)HB(F)B(2F,3F)−O2
(No.13) 3%

2−BEB(F)−C (5−14) 5%
3−BEB(F)−C (5−14) 4%
4−BEB(F)−C (5−14) 12%
1V2−BEB(F,F)−C (5−15) 11%
3−HB−O2 (12−5) 10%
3−HH−4 (12−1) 3%
3−HHB−F (3−1) 3%
3−HHB−1 (13−1) 8%
3−HHB−O1 (13−1) 4%
3−HBEB−F (3−37) 4%
3−HHEB−F (3−10) 7%
5−HHEB−F (3−10) 5%
3−H2BTB−2 (13−17) 4%
3−H2BTB−3 (13−17) 4%
3−H2BTB−4 (13−17) 4%
3−HB(F)TB−2 (13−18) 5%
NI=96.1℃;Δn=0.145;Δε=24.0;η=45.0mPa・s.

[実施例20]
6O−B(2F,3F)ChB(2F)B(2F,3F)−O2
(No.38) 4%
6O−B(2F,3F)HB(2F)B(2F,3F)−O2
(No.18) 4%
6O−B(2F,3F)O1HB(2F,3F)B(2F,3F)−O2
(No.107) 4%

1V2−BEB(F,F)−C (5−15) 6%
3−HB−C (5−1) 12%
2−BTB−1 (12−10) 10%
5−HH−VFF (−) 30%
3−HHB−1 (13−1) 4%
VFF−HHB−1 (−) 8%
VFF2−HHB−1 (−) 5%
3−H2BTB−2 (13−17) 5%
3−H2BTB−3 (13−17) 4%
3−H2BTB−4 (13−17) 4%
NI=91.7℃;Δn=0.139;Δε=4.5;η=24.1mPa・s.

[実施例21]
6O−B(2F,3F)O1HB(2F,3F)B(2F,3F)−O2
(No.107) 4%
2O−B(2F,3F)ChB(2F,3F)2B(2F,3F)−O6
(No.487) 4%

2−HB−C (5−1) 5%
3−HB−C (5−1) 12%
3−HB−O2 (12−5) 11%
2−BTB−1 (12−10) 3%
3−HHB−F (3−1) 4%
3−HHB−1 (13−1) 8%
3−HHB−O1 (13−1) 5%
3−HHB−3 (13−1) 14%
5−HHEB−F (3−10) 4%
2−HHB(F)−F (3−2) 7%
3−HHB(F)−F (3−2) 7%
5−HHB(F)−F (3−2) 7%
3−HHB(F,F)−F (3−3) 5%
NI=102.1℃;Δn=0.105;Δε=3.7;η=24.4mPa・s.


[実施例22]
6O−B(2F,3F)H2B(2F,3F)B(2F,3F)−O2
(No.267) 3%
6O−B(2F,3F)2HB(2F,3F)B(2F,3F)−O2
(No.67) 3%

5−HB−CL (2−2) 13%
3−HH−4 (12−1) 12%
3−HH−5 (12−1) 4%
3−HHB−F (3−1) 4%
3−HHB−CL (3−1) 3%
4−HHB−CL (3−1) 4%
3−HHB(F)−F (3−2) 10%
4−HHB(F)−F (3−2) 9%
5−HHB(F)−F (3−2) 9%
7−HHB(F)−F (3−2) 8%
5−HBB(F)−F (3−23) 4%
1O1−HBBH−5 (14−1) 3%
3−HHBB(F,F)−F (4−6) 2%
5−HHBB(F,F)−F (4−6) 3%
3−HH2BB(F,F)−F (4−15) 3%
4−HH2BB(F,F)−F (4−15) 3%
NI=119.4℃;Δn=0.095;Δε=2.7;η=24.3mPa・s.

[実施例23]
6O−B(2F,3F)H2B(2F,3F)B(2F,3F)−O2
(No.267) 4%
6O−B(2F,3F)2HB(2F,3F)B(2F,3F)−O2
(No.67) 4%

5−HB−CL (2−2) 3%
7−HB(F)−F (2−3) 7%
3−HH−4 (12−1) 9%
3−HH−EMe (12−2) 23%
3−HHEB−F (3−10) 5%
5−HHEB−F (3−10) 8%
3−HHEB(F,F)−F (3−12) 10%
4−HGB(F,F)−F (3−103) 5%
5−HGB(F,F)−F (3−103) 6%
2−H2GB(F,F)−F (3−106) 4%
3−H2GB(F,F)−F (3−106) 5%
5−GHB(F,F)−F (3−109) 7%
NI=83.4℃;Δn=0.072;Δε=4.4;η=26.5mPa・s.

Claims (20)

  1. 式(1−1)で表される化合物。
    Figure 2011033937
    式(1−1)において、R1およびR2は独立して、水素、炭素数1〜10のアルキル、炭素数2〜10のアルケニル、炭素数1〜9のアルコキシ、炭素数2〜9のアルコキシアルキル、または炭素数2〜9のアルケニルオキシであり;
    環Aは、トランス−1,4−シクロへキシレン、1,4−シクロヘキセニレン、1,3−ジオキサン−2,5−ジイル、ピリミジン−2,5−ジイル、またはピリジン−2,5−ジイルであり;
    およびLは独立して、水素またはフッ素であり、これらのうち少なくとも1つはフッ素であり;
    、ZおよびZは独立して、単結合、−(CH22−、−CH=CH−、−C≡C−、−CH2O−、−OCH2−、−COO−、または−OCO−である。
  2. 式(1−2)で表される請求項1に記載の化合物。
    Figure 2011033937
    式(1−2)において、RおよびRは独立して、炭素数1〜10のアルキル、炭素数2〜10のアルケニル、炭素数1〜9のアルコキシ、炭素数2〜9のアルコキシアルキル、または炭素数2〜9のアルケニルオキシであり;
    環Aは、トランス−1,4−シクロへキシレン、1,4−シクロヘキセニレンであり;
    およびLは独立して、水素またはフッ素であり、これらのうち少なくとも1つはフッ素であり;
    は、単結合、−(CH22−、−CH=CH−、−CH2O−、−OCH2−、−COO−、または−OCO−である。
  3. 式(1−3)で表される請求項1に記載の化合物。
    Figure 2011033937
    式(1−3)において、RおよびRは独立して、炭素数1〜10のアルキル、炭素数2〜10のアルケニル、炭素数1〜9のアルコキシ、炭素数2〜9のアルコキシアルキル、または炭素数2〜9のアルケニルオキシであり;
    環Aは、トランス−1,4−シクロへキシレン、1,4−シクロヘキセニレンであり;
    およびLは独立して、水素またはフッ素であり、これらのうち少なくとも1つはフッ素であり;
    は、−(CH22−、−CH=CH−、−CH2O−、−OCH2−、−COO−、または−OCO−である。
  4. 式(1−4)で表される請求項1に記載の化合物。
    Figure 2011033937
    式(1−4)において、RおよびRは独立して、炭素数1〜10のアルキル、炭素数2〜10のアルケニル、炭素数1〜9のアルコキシ、炭素数2〜9のアルコキシアルキル、または炭素数2〜9のアルケニルオキシであり;
    環Aは、トランス−1,4−シクロへキシレン、1,4−シクロヘキセニレンであり;
    およびLは独立して、水素またはフッ素であり、これらのうち少なくとも1つはフッ素であり;
    は、−(CH22−、−CH=CH−、−CH2O−、−OCH2−、−COO−、または−OCO−である。
  5. 式(1−5)および(1−6)のいずれか1つで表される請求項2に記載の化合物。

    Figure 2011033937
    式(1−5)および(1−6)において、RおよびRは独立して、炭素数1〜10のアルキル、炭素数2〜10のアルケニル、炭素数1〜9のアルコキシ、炭素数2〜9のアルコキシアルキル、または炭素数2〜9のアルケニルオキシであり;
    は、単結合、−(CH22−、−CH2O−、−OCH2−、−COO−、または−OCO−である。
  6. 式(1−7)で表される請求項3に記載の化合物。
    Figure 2011033937
    式(1−7)において、RおよびRは独立して、炭素数1〜10のアルキル、炭素数2〜10のアルケニル、炭素数1〜9のアルコキシ、炭素数2〜9のアルコキシアルキル、または炭素数2〜9のアルケニルオキシであり;
    は、−(CH22−、−CH2O−、−OCH2−、−COO−、または−OCO−である。
  7. 式(1−8)および(1−9)のいずれか1つで表される請求項4に記載の化合物。

    Figure 2011033937
    式(1−8)および(1−9)において、RおよびRは独立して、炭素数1〜10のアルキル、炭素数2〜10のアルケニル、炭素数1〜9のアルコキシ、炭素数2〜9のアルコキシアルキル、または炭素数2〜9のアルケニルオキシであり;
    は、−(CH22−、−CH2O−、−OCH2−、−COO−、または−OCO−である。
  8. 式(1−10)で表される請求項2に記載の化合物。
    Figure 2011033937
    式(1−10)において、RおよびRは独立して、炭素数1〜10のアルキル、炭素数2〜10のアルケニル、炭素数1〜9のアルコキシ、炭素数2〜9のアルコキシアルキル、または炭素数2〜9のアルケニルオキシであり;
    は、単結合、−(CH22−、−CH2O−、−OCH2−、−COO−、または−OCO−である。
  9. 式(1−11)で表される請求項3に記載の化合物。
    Figure 2011033937
    式(1−11)において、RおよびRは独立して、炭素数1〜10のアルキル、炭素数2〜10のアルケニル、炭素数1〜9のアルコキシ、炭素数2〜9のアルコキシアルキル、または炭素数2〜9のアルケニルオキシであり;
    は、−(CH22−、−CH2O−、−OCH2−、−COO−、または−OCO−である。
  10. 式(1−12)で表される請求項4に記載の化合物。
    Figure 2011033937
    式(1−12)において、RおよびRは独立して、炭素数1〜10のアルキル、炭素数2〜10のアルケニル、炭素数1〜9のアルコキシ、炭素数2〜9のアルコキシアルキル、または炭素数2〜9のアルケニルオキシであり;
    は、−(CH22−、−CH2O−、−OCH2−、−COO−、または−OCO−である。
  11. 請求項1〜10のいずれか1項に記載の化合物を含有する、液晶組成物。
  12. 式(2)、(3)、および(4)のそれぞれで表される化合物の群から選択される少なくとも1つの化合物をさらに含有する、請求項11に記載の液晶組成物。
    Figure 2011033937
    式(2)〜(4)において、Rは独立して、炭素数1〜10のアルキルまたは炭素数2〜10のアルケニルであり、アルキルおよびアルケニルにおいて任意の水素はフッ素で置き換えられてもよく、任意の−CH2−は−O−で置き換えられてもよく;
    は、フッ素、塩素、−OCF3、−OCHF2、−CF3、−CHF2、−CH2F、−OCF2CHF2、または−OCF2CHFCF3であり;
    環B、環B、および環Bは独立して、1,4−シクロヘキシレン、1,3−ジオキサン−2,5−ジイル、ピリミジン−2,5−ジイル、1−ピラン−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3、5−ジフルオロ−1,4−フェニレンであり;
    およびZは独立して、−(CH22−、−(CH24−、−COO−、−CF2O−、−OCF2−、−CH=CH−、−C≡C−、−CHO−、または単結合であり;
    およびL10は独立して、水素またはフッ素である。
  13. 式(5)で表される化合物の群から選択される少なくとも1つの化合物をさらに含有する、請求項11に記載の液晶組成物。
    Figure 2011033937
    式(5)において、R10は、炭素数1〜10のアルキルまたは炭素数2〜10のアルケニルであり、アルキルおよびアルケニルにおいて、任意の水素はフッ素で置き換えられてもよく、任意の−CH2−は−O−で置き換えられてもよく;
    は−C≡Nまたは−C≡C−C≡Nであり;
    環C、環C、および環Cは独立して、1,4−シクロヘキシレン、任意の水素がフッ素で置き換えられてもよい1,4−フェニレン、1,3−ジオキサン−2,5−ジイル、1−ピラン−2,5−ジイル、またはピリミジン−2,5−ジイルであり;
    は、−(CH22−、−COO−、−CF2O−、−OCF2−、−C≡C−、−CHO−、または単結合であり;
    11およびL12は独立して、水素またはフッ素であり;
    oは、0、1または2であり、pは0または1であり、o+pは0、1、2または3である。
  14. 式(6)、(7)、(8)、(9)、(10)および(11)のそれぞれで表される化合物の群から選択される少なくとも1つの化合物をさらに含有する、請求項11に記載の液晶組成物。
    Figure 2011033937
    式(6)〜(11)において、R11およびR12は独立して、炭素数1〜10のアルキルまたは炭素数2〜10のアルケニルであり、アルキルおよびアルケニルにおいて、任意の水素はフッ素で置き換えられてもよく、任意の−CH2−は−O−で置き換えられてもよく;
    環D、環D、環D、および環Dは独立して、1,4−シクロヘキシレン、1,4−シクロヘキセニレン、任意の水素がフッ素で置き換えられてもよい1,4−フェニレン、6−ピラン−2,5−ジイル、またはデカヒドロ−2,6−ナフタレンであり;
    10、Z11、Z12、およびZ13は独立して、−(CH22−、−COO−、−CHO−、−OCF−、−OCF(CH22−、または単結合であり;
    13およびL14は独立して、フッ素または塩素であり;
    q、r、s、t、u、およびvは独立して、0または1であり、r+s+t+uは1または2である。
  15. 式(12)、(13)および(14)のそれぞれで表される化合物の群から選択される少なくとも1つの化合物をさらに含有する、請求項11に記載の液晶組成物。
    Figure 2011033937
    式(12)〜(14)において、R13およびR14は独立して、炭素数1〜10のアルキルまたは炭素数2〜10のアルケニルであり、このアルキルおよびアルケニルにおいて、任意の−CH2−は−O−で置き換えられてもよく;
    環E、環E、および環Eは独立して、1,4−シクロヘキシレン、ピリミジン−2,5−ジイル、1,4−フェニレン、2−フルオロ−1,4−フェニレン、3−フルオロ−1,4−フェニレン、または2,5−ジフルオロ1,4−フェニレンであり;
    14およびZ15は独立して、−C≡C−、−COO−、−(CH22−、−CH=CH−、または単結合である。
  16. 式(5)で表される化合物の群から選択される少なくとも1つの化合物をさらに含有する、請求項12に記載の液晶組成物。
  17. 式(12)、(13)および(14)のそれぞれで表される化合物の群から選択される少なくとも1つの化合物をさらに含有する、請求項14に記載の液晶組成物。
  18. 少なくとも1つの光学活性化合物および/または重合可能な化合物をさらに含有する、請求項11〜17のいずれか1項に記載の液晶組成物。
  19. 少なくとも1つの酸化防止剤および/または紫外線吸収剤をさらに含有する請求項11〜18のいずれか1項に記載の液晶組成物。
  20. 請求項11〜19のいずれか1項に記載の液晶組成物を含有する液晶表示素子。
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