JPWO2011083677A1 - 液晶化合物、液晶組成物および液晶表示素子 - Google Patents

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Abstract

化合物に必要な一般的物性、熱、光などに対する安定性、液晶相の広い温度範囲、高い透明点、他の化合物との良好な相溶性、大きな屈折率異方性、大きな誘電率異方性、および小さな粘度を有する新規液晶性化合物を提供する。化合物(1)とする。例えば、R1は炭素数1〜20のアルキルであり;環A1および環B1は、1,4−シクロヘキシレンまたは1,4−フェニレンであり;Z1およびZ2は、単結合、−CH2CH2−、−CH=CH−、または−C≡C−であり;L1がフッ素であり;L2、Y1、およびY2は、水素、フッ素、または塩素であり;X1は、ハロゲン、−C≡N、または炭素数1〜10のアルキルとする。であり、このアルキルにおいて任意の−CH2−は−O−または−S−に置き換えられてよく、そしてmが1であり、nが0である。

Description

本発明は新規液晶化合物、液晶組成物および液晶表示素子に関する。詳しくは液晶相の広い温度範囲、高い透明点、他の化合物との良好な相溶性、大きな屈折率異方性、大きな誘電率異方性、小さな粘度を有する液晶化合物、およびこの化合物を含有する液晶組成物である。この組成物を使用した液晶表示素子は、幅広い温度範囲において使用可能で、低電圧駆動が可能であり、大きなコントラスト比、および急峻な電気光学特性を得ることができる。
液晶化合物を用いた表示素子は、時計、電卓、パソコンなどのディスプレイに広く利用されている。これらの表示素子は液晶化合物の屈折率異方性、誘電率異方性などを利用したものである。
液晶表示素子において、液晶の動作モードに基づいた分類は、PC(phase change)、TN(twisted nematic)、STN(super twisted nematic)、BTN(Bistable twisted nematic)、ECB(electrically controlled birefringence)、OCB(opticallycompensated bend)、IPS(in-plane switching)、VA(vertical alignment)、PSA(Polymer sustained alignment)などである。素子の駆動方式に基づいた分類は、PM(passive matrix)とAM(active matrix)である。PM(passive matrix)はスタティック(static)とマルチプレックス(multiplex)などに分類され、AMはTFT(thin film transistor)、MIM(metal insulator metal)などに分類される。
液晶表示素子は、適切な物性を有する液晶組成物を含有する。素子の特性を向上させるには、組成物が適切な物性を有するのが好ましい。組成物の成分である液晶化合物に必要な一般的物性は、次のとおりである。
(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−等方相の相転移温度)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)他の化合物との相溶性に優れること、
(5)大きな誘電率異方性を有すること、
(6)大きな屈折率異方性を有すること、
(7)粘度が小さいこと、
である。
(1)のように化学的、物理的に安定な液晶化合物を含む組成物を表示素子に用いると、電圧保持率を高くすることができる。
(2)および(3)のように、高い透明点、または液晶相の低い下限温度を有する化合物を含む組成物はネマチック相の温度範囲が広いので、素子は幅広い温度範囲で使用することができる。
液晶化合物は、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、他の多くの液晶化合物と混合して調製した液晶組成物として用いることが一般的である。したがって、素子に用いる液晶化合物は、(4)のように、他の化合物との相溶性が良好であることが好ましい。
近年は、コントラスト、表示容量、応答時間特性などのような表示性能に優れた液晶表示素子が要求されている。例えば、素子の駆動電圧を下げるためには、組成物のしきい値電圧の低下を可能とする液晶化合物が必要である。
しきい値電圧(Vth)はよく知られているように、下式により示される(H.J.Deuling, et al.,Mol.Cryst.Liq.Cryst., 27, 81 (1975)を参照)。

th=π(K/εΔε)1/2

上式において、Kは弾性定数、εは真空の誘電率である。この式から判るように、しきい値電圧(Vth)を低下させるには、誘電率異方性(Δε)を大きくするか、または弾性定数(K)を小さくするかの2通りの方法が考えられる。しかし、現在の技術では弾性定数をコントロールするのが容易ではないので、通常は誘電率異方性の大きな化合物を用いて要求に対処している。このような事情から(5)のように大きな誘電率異方性を有する液晶化合物の開発が盛んに行われている。
さらに、良好な表示性能を得るためにはそれを構成する液晶表示素子のセルの厚みと使用される組成物の屈折率異方性(Δn)の値は一定であることが好ましい ( E.Jakeman, et al., Pyhs.Lett., 39A. 69 (1972 )を参照 )。また、素子の応答速度は用いられるセルの厚みの二乗に反比例する。そのことから、動画などの表示にも応用できる高速応答可能な素子を製造するには、大きな屈折率異方性を有する組成物を用いなくてはならない。したがって(6)のように大きな屈折率異方性を有する液晶化合物が要求されている。
また、素子の応答速度は液晶組成物の粘度と相関関係にある。よって高速応答可能な素子を製造するには、粘度が小さい組成物を用いなければならない。したがって(7)のように粘度が小さい液晶化合物が求められる。
これまでに、大きな誘電率異方性、大きな屈折率異方性、および小さな粘度を有する液晶化合物として、正の誘電率異方性を有するジフルオロスチルベン誘導体が種々合成されている。例えば、特許文献1〜6には2環の化合物が示されている。しかし、これらは透明点が十分に高くないので、それを組成物にしたとき素子として使用できる温度範囲が十分に広くない。
また、特許文献3〜6には3環の化合物が示されており、特許文献4には化合物(S−1)、(S−2)などが示されている。しかし、これらは誘電率異方性が十分に大きくないうえ、他の化合物との相溶性が十分ではないものが多い。
Figure 2011083677
特開平6−329566号公報 英国特許第1215270号明細書 米国特許第6565932号明細書 国際公開第2006/133783パンフレット 特許第2598830号公報 特許第2505907号公報
本発明の第一の目的は、化合物に必要な一般的物性、熱、光などに対する安定性、液晶相の広い温度範囲、高い透明点、他の化合物との良好な相溶性、大きな屈折率異方性、大きな誘電率異方性、および小さな粘度を有する液晶化合物を提供することである。第二の目的は、この化合物を含有し、液晶相の広い温度範囲、大きな屈折率異方性、低いしきい値電圧、および小さな粘度を有する液晶組成物を提供することである。第三の目的は、この組成物を含有し、使用できる広い温度範囲、短い応答時間、小さな消費電力、大きなコントラスト比、および低い駆動電圧を有する液晶表示素子を提供することである。
本発明は、以下のような液晶化合物、液晶組成物、および液晶組成物を含有する液晶表示素子などを提供する。また、以下に、式(1)で表わされる化合物における末端基、環、結合基などに関して好ましい例も述べる。
[1] 式(1)で表される化合物。
Figure 2011083677

この式において、Rは炭素数1〜20のアルキルであり、このアルキルにおいて任意の−CH−は−O−または−S−に置き換えられてよく、そしてこれらの基において任意の−CHCH−は−CH=CH−に置き換えられてもよく;環Aは、1,4−シクロヘキシレン、1,3−ジオキサン−2,5−ジイル、テトラヒドロピラン−2,5−ジイル、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、または任意の水素がハロゲンに置き換えられた1,4−フェニレンであり;環Bは1,4−フェニレン、3−フルオロ−1,4−フェニレン、3,5−ジフルオロ−1,4−フェニレン、3−クロロ−1,4−フェニレン、または3−クロロ−5−フルオロ−1,4−フェニレンであり;ZおよびZは、独立して単結合、−CHCH−、−CH=CH−、または−C≡C−であり;L1、L、Y、およびY2は独立して、水素、フッ素、または塩素であり;Xは水素、ハロゲン、−C≡N、−N=C=S、−SF、または炭素数1〜10のアルキルであり、このアルキルにおいて任意の−CH−は−O−または−S−に置き換えられてよく、これらの基において任意の−CHCH−はは−CH=CH−に置き換えられてもよく、そして任意の水素はハロゲンに置き換えられてもよく;mは1または2であり;nは0または1であり;そしてmが1であり、nが0である場合、Lはフッ素である。
[2] 式(1)において、Rが炭素数1〜20のアルキル、炭素数2〜20のアルケニル、炭素数1〜19のアルコキシ、炭素数2〜19のアルケニルオキシ、または炭素数1〜19のアルキルチオであり;Xが、水素、ハロゲン、−C≡N、−N=C=S、−SF、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のアルケニルオキシ、炭素数2〜9のチオアルキル、−CHF、−CHF、−CF、−(CH−F、−CFCHF、−CFCHF、−CHCF、−CFCF、−(CH−F、−(CF−F、−CFCHFCF、−CHFCFCF、−(CH−F、−(CF−F、−(CH−F、−(CF−F、−OCHF、−OCHF、−OCF、−O−(CH−F、−OCFCHF、−OCFCHF、−OCHCF、−O−(CH−F、−O−(CF−F、−OCFCHFCF、−OCHFCFCF、−O(CH−F、−O−(CF−F、−O−(CH−F、−O−(CF−F、−CH=CHF、−CH=CF、−CF=CHF、−CH=CHCHF、−CH=CHCF、−(CH−CH=CF、−CHCH=CHCF、または−CH=CHCFCFである項[1]に記載の化合物。
[3] 式(1)において、Rが炭素数1〜12のアルキル、炭素数2〜12のアルケニル、炭素数1〜12のアルコキシ、または炭素数2〜12のアルケニルオキシであり、ZおよびZが独立して、単結合、−CHCH−、または−CH=CH−であり、Xが、フッ素、塩素、−C≡N、−CF、−CHF、−CHF、−OCF、−OCHF、または−OCHFである項[1]に記載の化合物。
[4] 式(1)において、Rが炭素数1〜12のアルキル、炭素数2〜12のアルケニル、炭素数1〜12のアルコキシであり、ZおよびZが独立して、単結合または−CHCH−であり、Xが、フッ素、塩素、−CF、または−OCFである項[1]に記載の化合物。
[5] 式(1−1)〜(1−4)のいずれか1つで表される項[1]に記載の化合物。
Figure 2011083677

これらの式において、Rは炭素数1〜12のアルキルまたは炭素数2〜12のアルケニルであり;環Aおよび環A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、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、または任意の水素がハロゲンに置き換えられた1,4−フェニレンであり;L1、L、Y1、Y、Y、およびYは独立して、水素、フッ素、または塩素であり;Xは、フッ素、塩素、−CF、または−OCFである。
[6] 式(1−5)〜(1−33)のいずれか1つで表される項[1]に記載の化合物。
Figure 2011083677

Figure 2011083677

Figure 2011083677

Figure 2011083677

これらの式において、Rは炭素数1〜12のアルキルであり;L1、L2、L、L、L、Y、Y、Y、およびYは独立して、水素、塩素、またはフッ素であり;Xは、フッ素、塩素、−CF、または−OCFである。
[7] 式(1−34)〜(1−38)のいずれか1つで表される項[1]に記載の化合物。
Figure 2011083677

これらの式において、Rは炭素数1〜12のアルキルであり;L1、L2、L、L、L、Y、およびYは独立して、水素またはフッ素であり;Xは、フッ素、−CF、または−OCFである。
[8] 1成分として、項[1]〜[7]のいずれか1項に記載の化合物を少なくとも1つ含有し、2成分以上からなる液晶組成物。
[9] 式(2)、(3)および(4)で表される化合物の群から選択される少なくとも1つの化合物を1成分として含有する、項[8]に記載の液晶組成物。
Figure 2011083677

これらの式において、Rは炭素数1〜10のアルキルまたは炭素数2〜10のアルケニルであり、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、そしてこれらの基において任意の−CH2−は−O−で置き換えられてもよく;Xは、フッ素、塩素、−OCF3、−OCHF2、−CF3、−CHF2、−CH2F、−OCF2CHF2、または−OCF2CHFCF3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、1,3−ジオキサン−2,5−ジイル、ピリミジン−2,5−ジイル、テトラヒドロピラン−2,5−ジイル、1,4−フェニレン、または任意の水素がフッ素で置き換えられた1,4−フェニレンであり;Z、Z、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;LおよびLは独立して、水素またはフッ素である。
[10] 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1成分として含有する、項[8]に記載の液晶組成物。
Figure 2011083677

この式において、Rは炭素数1〜10のアルキルまたは炭素数2〜10のアルケニルであり、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、そしてこれらの基において任意の−CH2−は−O−で置き換えられてもよく;Xは−C≡Nまたは−C≡C−C≡Nであり;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−フェニレン、任意の水素がフッ素で置き換えられた1,4−フェニレン、1,3−ジオキサン−2,5−ジイル、テトラヒドロピラン−2,5−ジイル、またはピリミジン−2,5−ジイルであり;Zは−(CH22−、−COO−、−CF2O−、−OCF2−、−C≡C−、−CHO−、または単結合であり;LおよびLは独立して、水素またはフッ素であり;rおよびsは独立して、0または1である。
[11] 式(6)、(7)、(8)、(9)、および(10)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1成分として含有する、項[8]に記載の液晶組成物。
Figure 2011083677

これらの式において、RおよびRは独立して、炭素数1〜10のアルキルまたは炭素数2〜10のアルケニルであり、この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、そしてこれらの基において任意の−CH2−は−O−で置き換えられてもよく;環E、環E、環E、および環E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、1,4−フェニレン、任意の水素がフッ素で置き換えられた1,4−フェニレン、テトラヒドロピラン−2,5−ジイル、またはデカヒドロナフタレン−2,6−ジイルであり;Z、Z、Z、およびZ10は独立して、−(CH22−、−COO−、−CHO−、−OCF−、−OCF−(CH22−、または単結合であり;L10およびL11は独立して、フッ素または塩素であり;t、u、x、y、およびzは独立して、0または1であり、uとxとyとzとの和は1またはである。
[12] 式(11)、(12)および(13)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1成分として含有する、項[8]に記載の液晶組成物。
Figure 2011083677

これらの式において、RおよびRは独立して、炭素数1〜10のアルキルまたは炭素数2〜10のアルケニルであり、この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、そしてこれらの基において任意の−CH2−は−O−で置き換えられてもよく;環F、環F、および環F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;Z11およびZ12は独立して、−C≡C−、−COO−、−(CH22−、−CH=CH−、または単結合である。
[13] 項[10]記載の式(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[9]に記載の液晶組成物。
[14] 項[12]記載の式(11)、(12)および(13)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[9]に記載の液晶組成物。
[15] 項[12]記載の式(11)、(12)および(13)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[10]に記載の液晶組成物。
[16] 項[12]記載の式(11)、(12)および(13)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。
[17] 少なくとも1つの光学活性化合物をさらに含有する、項[8]〜[16]のいずれか1項に記載の液晶組成物。
[18] 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[8]〜[17]のいずれか1項に記載の液晶組成物。
[19] 項[8]〜[18]のいずれか1項に記載の液晶組成物を含有する液晶表示素子。
本発明における用語の使い方は次のとおりである。液晶化合物は、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A、B、Cなどの記号はそれぞれ環A、環B、環Cなどに対応する。環A、Y、Bなど複数の同じ記号を同じ式または異なった式に記載したが、これらのうちの任意の2つは同じでもよいし、異なってもよい。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。
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、任意のAがDで置き換えられる場合、および少なくとも2つのAがB〜Dの少なくとも2つで置き換えられる場合を含む。例えば、任意の−CH−が−O−に、任意の−CHCH−が−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。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。アルキルなどの末端CHの−CH−が−O−で置き換えられて、−O−Hのようになることも好ましくない。以下に本発明をさらに説明する。
本発明の液晶化合物は、化合物に必要な一般的物性、熱、光などに対する安定性、液晶相の広い温度範囲、高い透明点、他の化合物との良好な相溶性、大きな屈折率異方性、大きな誘電率異方性、および小さな粘度を有する。本発明の液晶組成物は、ネマチック相の高い上限温度、ネマチック相の低い下限温度、小さな粘度、適切な大きさの屈折率異方性および低いしきい値電圧を有する。本発明の液晶表示素子は、この組成物を含有し、そして使用できる広い温度範囲、短い応答時間、小さな消費電力、大きなコントラスト比、および低い駆動電圧を有する。
1−1.本発明の化合物
本発明の第1の態様は、式(1)で表される化合物に関する。
Figure 2011083677

式(1)において、Rは炭素数1〜20のアルキルであり、このアルキルにおいて任意の−CH−は−O−または−S−に置き換えられてよく、これらの基において任意の−CHCH−は−CH=CH−に置き換えられてもよい。例えば、CH−(CH−において、任意の−CH−を−O−または−S−で、任意の−CHCH−を−CH=CH−で置き換えた基は、CH−(CH−O−、CHO−(CH−、CHOCHO−、CH−(CH−S−、CHS−(CH−、CHSCHS−、CH=CH−(CH−、CHCH=CHCH−、CH=CHCHO−などである。
このようなRは、アルキル、アルコキシ、アルコキシアルキル、アルコキシアルコキシ、チオアルキル、チオアルキルアルコキシ、アルケニル、アルケニルオキシ、アルケニルオキシアルキル、アルコキシアルケニルなどである。これらの基において、直鎖でも分岐でもよく、分岐よりも直鎖の方が好ましい。Rが分岐の基であっても光学活性であるときは好ましい。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、−CH=CHC、−CH=CHC、−CCH=CHCH、および−CCH=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=CHC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する。Mol. Cryst. Liq. Cryst., 1985, 131, 109およびMol. Cryst. Liq. Cryst., 1985, 131, 327に詳細な説明がある。
アルキルは、−CH、−C、−C、−C、−C11、−C13、−C15、−C17、−C19、−C1021、−C1123、−C1225、−C1327、−C1429、−C1531などである。
アルコキシは、−OCH、−OC、−OC、−OC、−OC11、−OC13および−OC15、−OC17、−OC19、−OC1021、−OC1123、−OC1225、−OC1327、−OC1429などである。
アルコキシアルキルは、−CHOCH、−CHOC、−CHOC、−(CH−OCH、−(CH−OC、−(CH−OC、−(CH−OCH、−(CH−OCH、−(CH−OCHなどである。
アルケニルは、−CH=CH、−CH=CHCH、−CHCH=CH、−CH=CHC、−CHCH=CHCH、−(CH−CH=CH、−CH=CHC、−CHCH=CHC、−(CH−CH=CHCH、−(CH−CH=CHなどである。
アルケニルオキシは、−OCHCH=CH、−OCHCH=CHCH、−OCHCH=CHCなどである。
好ましいRは、炭素数1〜15のアルキル、または炭素数2〜15のアルケニルである。また、より好ましいRは、−CH、−C、−C、−C、−C11、−C13、−C15、−C17、−C19、−C1021−C1123、−C1225、−C1327、−C1429、−C1531、−CH=CH、−CH=CHCH、−CHCH=CH、−CH=CHC、−CHCH=CHCH、−(CH−CH=CH、−CH=CHC、−CHCH=CHC、−(CH−CH=CHCH、および−(CH−CH=CHである。
式(1)において、環Aは、1,4−シクロヘキシレン(14−1)、1,3−ジオキサン−2,5−ジイル(14−2)、テトラヒドロピラン−2,5−ジイル(14−3)、ピリミジン−2,5−ジイル(14−4)、ピリジン−2,5−ジイル(14−5)、1,4−フェニレン(14−6)、または任意の水素がハロゲンに置き換えられた1,4−フェニレンである。任意の水素がハロゲンに置き換えられた1,4−フェニレンは、式(14−7)〜(14−24)などである。好ましい例は、式(14−7)〜(14−18)である。
Figure 2011083677
好ましい環Aは、1,4−シクロヘキシレン(14−1)、1,3−ジオキサン−2,5−ジイル(14−2)、テトラヒドロピラン−2,5−ジイル(14−3)、ピリミジン−2,5−ジイル(14−4)、ピリジン−2,5−ジイル(14−5)、1,4−フェニレン(14−6)、3−フルオロ−1,4−フェニレン(14−7)(14−8)、2,3−ジフルオロ−1,4−フェニレン(14−9)、2,5−ジフルオロ−1,4−フェニレン(14−11)、3,5−ジフルオロ−1,4−フェニレン(14−10)、2,6−ジフルオロ−1,4−フェニレン(14−12)、2−クロロ−1,4−フェニレン(14−13)、2−クロロ−1,4−フェニレン(14−14)、および3−クロロ−5−フルオロ−1,4−フェニレン(14−18)である。
より好ましい環Aは、1,4−シクロヘキシレン、1,4−フェニレン、3−フルオロ−1,4−フェニレン、および3,5−ジフルオロ−1,4−フェニレンである。
式(1)において、環Bは1,4−フェニレン(14−6)、3−フルオロ−1,4−フェニレン(14−7)、3,5−ジフルオロ−1,4−フェニレン(14−10)、3−クロロ−1,4−フェニレン(14−14)、または3−クロロ−5−フルオロ−1,4−フェニレン(14−18)である。
好ましい環Bは、1,4−フェニレン、3−フルオロ−1,4−フェニレン、および3,5−ジフルオロ−1,4−フェニレンである。より好ましい環Bは、1,4−フェニレンおよび3−フルオロ−1,4−フェニレンである。
式(1)において、ZおよびZは独立して、単結合、−CHCH−、−CH=CH−、または−C≡C−である。
ここで、−CH=CH−の二重結合に関する立体配置はシスよりもトランスが好ましい。好ましいZまたはZは、単結合、−CHCH−、および−CH=CH−である。より好ましいZまたはZは単結合である。
式(1)において、L1、L、Y、およびY2は独立して、水素、フッ素、または塩素である。そしてmが1であり、nが0である場合、LおよびLのうち少なくとも1つはフッ素である。好ましいL1、L、Y、またはY2は、水素またはフッ素である。
式(1)において、Xは水素、ハロゲン、−C≡N、−N=C=S、−SF、または炭素数1〜10のアルキルであり、このアルキルにおいて任意の−CH−は−O−または−S−に置き換えられてよく、任意の−CHCH−は−CH=CH−に置き換えられてもよく、そして、炭素数1〜10のアルキル、このアルキルにおいて任意の−CH−が、−O−または−S−に置き換えられた基、および任意の−CHCH−を−CH=CH−に置き換えられた基において、任意の水素はハロゲンに置き換えられてもよい。
このようなXは、アルキル、アルコキシ、アルコキシアルキル、アルコキシアルコキシ、チオアルキル、チオアルキルアルコキシ、アルケニル、アルケニルオキシ、アルケニルオキシアルキル、アルコキシアルケニルなどであり、これらのハロゲン化された基である。これらの基において、直鎖でも分岐でもよく、分岐よりも直鎖の方が好ましい。
任意の水素がハロゲンに置き換えられたアルキルは、−CHF、−CHF、−CF、−(CH−F、−CFCHF、−CFCHF、−CHCF、−CFCF、−(CH−F、−(CF−F、−CFCHFCF、−CHFCFCF、−(CH−F、−(CF−F、−(CH−F、−(CF−Fなどである。
任意の水素がハロゲンに置き換えられたアルコキシは、−OCHF、−OCHF、−OCF、−O−(CH−F、−OCFCHF、−OCFCHF、−OCHCF、−O−(CH−F、−O−(CF−F、−OCFCHFCF、−OCHFCFCF、−O−(CH−F、−O−(CF−F、−O−(CH−F、−O−(CF−Fなどである。
任意の水素がハロゲンに置き換えられたアルケニルは、−CH=CHF、−CH=CF、−CF=CHF、−CH=CHCHF、−CH=CHCF、−(CH−CH=CF、−CHCH=CHCF、−CH=CHCFCFなどである。
は、水素、フッ素、塩素、−C≡N、−N=C=S、−SF、−CH、−C、−C、−C、−C11、−C13、−C15、−C17、−C19、−C1021、−CHF、−CHF、−CF、−(CH−F、−CFCHF、−CFCHF、−CHCF、−CFCF、−(CH−F、−(CF−F、−CFCHFCF、−CHFCFCF、−(CH−F、−(CF−F、−(CH−F、−(CF−F、−OCH、−OC、−OC、−OC、−OC11、−OCHF、−OCHF、−OCF、−O−(CH−F、−OCFCHF、−OCFCHF、−OCHCF、−O−(CH−F、−O−(CF−F、−OCFCHFCF、−OCHFCFCF、−O(CH−F、−O−(CF−F、−O−(CH−F、−O−(CF−F、−CH=CH、−CH=CHCH、−CHCH=CH、−CH=CHC、−CHCH=CHCH、−(CH−CH=CH、−CH=CHC、−CHCH=CHC、−(CH−CH=CHCH、−(CH−CH=CH、−CH=CHF、−CH=CF、−CF=CHF、−CH=CHCHF、−CH=CHCF、−(CH−CH=CF、−CHCH=CHCF、−CH=CHCFCFなどである。
好ましいXは、フッ素、塩素、−C≡N、−CF、−CHF、−CHF、−OCF、−OCHF、または−OCHFである。より好ましいXは、フッ素、−CF、または−OCFである。
式(1)において、mは1または2であり、nは0または1である。つまり、mおよびnの組み合わせは、式(1−1)のように(m=1,n=0)、式(1−2)のように(m=2,n=0)、式(1−3)のように(m=1,n=1)、および式(1−4)のように(m=2,n=1)である。mおよびnの好ましい組み合わせは、式(1−1)のように(m=1,n=0)、および式(1−2)のように(m=2,n=0)である。
Figure 2011083677
1−2.本発明の化合物の性質およびその調整方法
化合物(1)をさらに詳細に説明する。化合物(1)はジオフルオロエチレン結合基を有する3環、4環、あるいは5環の化合物である。この化合物は、素子が通常使用される条件下において物理的および化学的に安定であり、そして他の化合物との相溶性がよい。この化合物を含有する組成物は素子が通常使用される条件下で安定である。この組成物を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。特に4環および5環化合物は、液晶相の温度範囲が広く透明点が高い。したがって組成物においてネマチック相の温度範囲を広げることが可能となり、幅広い温度範囲で素子として使用することができる。この化合物は大きな屈折率異方性を有する。よって大きな屈折率異方性を有する組成物を提供することが可能であり、高い表示性能を示す素子を作成するのに適している。また、この化合物は大きな誘電率異方性を有するので、組成物のしきい値電圧を下げるための成分として有用である。さらにこの化合物は粘度が小さく、粘度の小さい組成物を提供することができるので、高速応答可能な素子を製造するのに適している。
化合物(1)のmおよびnの組み合わせ、環A、環B、左末端基R、右末端基X、側方基L、L、Y、およびY、および結合基ZおよびZの種類を適切に選択することによって、透明点、屈折率異方性、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。この組み合わせや種類が化合物(1)の物性に与える効果を以下に説明する。
mおよびnの組み合わせが、式(1−1)のように(m=1,n=0)であるときは、他の化合物との相溶性が良好であり、誘電率異方性が大きく、粘度が小さい。式(1−2)のように(m=2,n=0)であるときは、液晶相の温度範囲が広く、透明点が高く、屈折率異方性が大きく、誘電率異方性が大きく、粘度が小さい。式(1−3)のように(m=1,n=1)であるときは、他の化合物との相溶性が良好であり、誘電率異方性が大きい。式(1−4)のように(m=2,n=1)であるときは透明点が高く、誘電率異方性が極めて大きく、屈折率異方性が極めて大きい。
環Aが1,4−シクロヘキシレンである時は、他の化合物との相溶性が良好で、粘度が小さい。環Aが1,3−ジオキサン−2,5−ジイルである時は、誘電率異方性が大きい。環Aがテトラヒドロピラン−2,5−ジイルである時は、他の化合物との相溶性が良好である。環Aがピリミジン−2,5−ジイルまたはピリジン−2,5−ジイルである時は、透明点が高く、屈折率異方性が大きく、誘電率異方性が大きい。環Aが1,4−フェニレンまたは任意の水素がハロゲンに置き換えられた1,4−フェニレンである時は、他の化合物との相溶性が良好で、屈折率異方性が大きく、粘度が小さい。
環Bが1,4−フェニレンである時は、透明点が高く、屈折率異方性が大きい。環Bが3−フルオロ−1,4−フェニレンである時は、他の化合物との相溶性が良好であり、誘電率異方性が大きい。環Bが3,5−ジフルオロ−1,4−フェニレンである時は、誘電率異方性が大きい。環Bが3−クロロ−1,4−フェニレンまたは3−クロロ−5−フルオロ−1,4−フェニレンである時は、他の化合物との相溶性が良好であり、誘電率異方性が大きい。
左末端基R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。Rが分岐鎖であるときは他の化合物との相溶性がよい。R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。R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。R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。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する。
右末端基Xが、フッ素、塩素、−C≡N、−N=C=S、−SF、−CF、−CHF、−CHF、−OCF、−OCHF、または−OCHFであるときは、誘電率異方性が大きい。Xが、−C≡N、−N=C=S、またはアルケニルであるときは、屈折率異方性が大きい。Xが、フッ素、−CF、−OCF、またはアルキルであるときは、化学的に安定である。
側方基Lがフッ素であり、Lが水素であるときは、他の化合物との相溶性が良好である。LおよびLが共にフッ素であるときは、誘電率異方性が大きい。Lがフッ素であり、Lが塩素であるときは、他の化合物との相溶性が良好であり、誘電率異方性が大きい。側方基Yがフッ素であり、Yが水素であるときは、他の化合物との相溶性が良好である。YおよびYが共にフッ素である時は誘電率異方性が大きい。YおよびYが共に水素である時は、透明点が高く、屈折率異方性が大きく、粘度が小さい。
結合基ZおよびZが、単結合または−CHCH−であるときは、粘度が小さく化学的に安定である。ZおよびZ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。結合基が−C≡C−のときは、透明点が高く、屈折率異方性が大きい。
以上のように、環、末端基、結合基などの種類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、化合物(1)はPC、TN、STN、ECB、OCB、IPS、VAなどの素子に用いられる組成物の成分として有用である。
1−3.化合物(1)の好ましい例
好ましい化合物(1)は、化合物(1−1)〜(1−4)である。より好ましい化合物(1)は、化合物(1−5)〜(1−33)である。さらに好ましい化合物(1)は、化合物(1−34)〜(1−38)である。
Figure 2011083677

これらの式において、Rは炭素数1〜12のアルキル、または炭素数2〜12のアルケニルであり、;環Aおよび環A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、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、または任意の水素がハロゲンに置き換えられた1,4−フェニレンであり;L1、L、Y1、Y、Y、およびYは独立して、水素、フッ素、または塩素であり;Xは、フッ素、塩素、−CF、または−OCFである。
Figure 2011083677
Figure 2011083677
Figure 2011083677
Figure 2011083677

これらの式において、Rは炭素数1〜12のアルキルであり;L1、L2、L、L、L、Y、Y、Y、およびYは独立して、水素、塩素またはフッ素であり;Xは、フッ素、塩素、−CF、または−OCFである。
Figure 2011083677

これらの式において、Rは炭素数1〜12のアルキルであり;L1、L2、L、L、L、Y、およびYは独立して、水素またはフッ素であり;Xは、フッ素、−CF、または−OCFである。
1−4.化合物(1)の合成
次に、化合物(1)の合成について説明する。化合物(1)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、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)などに記載されている。
1−4−1.結合基ZおよびZを生成する方法
化合物(1)における結合基ZおよびZを生成する方法の一例は、下記のスキームのとおりである。このスキームにおいて、MSGまたはMSGは少なくとも一つの環を有する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、同じでもよいし、異なってもよい。化合物(1A)〜(1D)は、化合物(1)に相当する。
Figure 2011083677
次に、化合物(1)における結合基ZおよびZについて、各種の結合の生成方法について、以下の(I)〜(IV)項で説明する。
(I)単結合の生成
アリールホウ酸(15)と公知の方法で合成される化合物(16)とを、炭酸塩水溶液とテトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウムのような触媒の存在下で反応させて化合物(1A)を合成する。この化合物(1A)は、公知の方法で合成される化合物(17)にn−ブチルリチウムを、次いで塩化亜鉛を反応させ、ジクロロビス(トリフェニルホスフィン)パラジウムのような触媒の存在下で化合物(16)を反応させることによっても合成される。
(II)−CH=CH−の生成
化合物(16)をn−ブチルリチウムで処理した後、N,N−ジメチルホルムアミド(DMF)などのホルムアミドと反応させてアルデヒド(18)を得る。公知の方法で合成されるホスホニウム塩(19)をカリウムtert−ブトキシドのような塩基で処理して発生させたリンイリドを、アルデヒド(18)に反応させて化合物(1B)を合成する。反応条件によってはシス体が生成するので、必要に応じて公知の方法によりシス体をトランス体に異性化する。
(III)−(CH−の生成
化合物(1B)をパラジウム炭素のような触媒の存在下で水素化することにより、化合物(1C)を合成する。
(IV)−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(17)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(20)を得る。ジクロロビストリフェニルホスフィンパラジウムとハロゲン化銅との触媒存在下、化合物(20)を化合物(16)と反応させて、化合物(1D)を合成する。
1−4−2.環Aおよび環Bを合成する方法
1,4−シクロヘキシレン、1,3−ジオキサン−2,5−ジイル、テトラヒドロピラン−2,5−ジイル、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、3−フルオロ−1,4−フェニレン、3,5−ジフルオロ−1,4−フェニレン、3−クロロ−1,4−フェニレン、3−クロロ−5−フルオロ−1,4−フェニレン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。
1−4−3.化合物(1)を合成する方法
式(1)で表される化合物を合成する方法は複数あるが、ここにその例を示す。式(1)において、Lがフッ素である場合には、以下の方法で合成できる。フルオロベンゼン誘導体(21)に対して、n−BuLiあるいはsec−BuLiを作用させた後、ヨウ素と反応させることにより、フルオロヨードベンゼン誘導体(22)を得る。ヨードトリフルオロエチレンと亜鉛粉末から調整される有機亜鉛試薬と(22)とを、テトラキストリフェニルホスフィンパラジウムのような触媒存在下で反応させることにより、トリフルオロエチレン誘導体(23)に導く。公知の方法で合成される臭素化物(24)にn−BuLiを作用させた後、(23)と反応させることによって化合物(1−39)を合成することができる。
Figure 2011083677

これらの式において、環A、環B、Z、Z、L、Y、Y、R、X1、m、およびnは、項[1]と同じ定義である。
およびLが共に水素である化合物(1)は、以下の方法で合成できる。公知の方法で合成されるヨウ素化物(25)と、ヨードトリフルオロエチレンと亜鉛粉末から調整される有機亜鉛試薬とを、テトラキストリフェニルホスフィンパラジウムのような触媒存在下で反応させることにより、トリフルオロエチレン誘導体(26)に導く。臭素化物(24)にn−BuLiを作用させた後、(26)と反応させることによって化合物(1−40)を合成することができる。
Figure 2011083677

これらの式において、環A、環B、Z、Z、Y、Y、R、X1、m、およびnは、項[1]と同じ定義である。
およびLが共に水素である化合物(1)は、以下の方法でも合成できる。公知の方法で合成される臭素化物(27)に対して、n−BuLiを作用させた後、テトラフルオロエチレンと反応させることにより、トリフルオロエチレン誘導体(26)に導く。上記と同様の手法により、化合物(1−40)を合成することができる。
Figure 2011083677

これらの式において、環A、環B、Z、Z、Y、Y、R、X1、m、およびnは、項[1]と同じ定義である。
2.本発明の組成物
本発明の第2の態様は、化合物(1)を含有する組成物であり、好ましくは、液晶表示素子に用いることのできる液晶組成物である。この組成物は、少なくとも2成分からなる。まず、この組成物は化合物(1)を成分Aとして含む必要がある。他の成分として、この組成物は、成分Aと本明細書に記載されていない液晶化合物を含有してもよいし、以下に示す成分B、C、D、およびEから選ばれた化合物を含有してもよい。成分Aの含有量は、優良な特性を発現させるために約0.1〜約99重量%が好ましい。
成分Bは、化合物(2)、(3)および(4)からなる群から選択された少なくとも1つの化合物である。成分Cは、化合物(5)からなる群から選択された少なくとも1つの化合物である。成分Dは、化合物(6)、(7)、(8)、(9)、(10)からなる群から選択された少なくとも1つの化合物である。
成分Eは、化合物(11)、(12)および(13)からなる群から選択された少なくとも1つの化合物である。この成分Eを混合することにより、組成物のしきい値電圧、液晶相温度範囲、屈折率異方性、誘電率異方性、粘度などを調整することができる。
液晶組成物の成分である化合物は、天然に存在する元素の代わりに、同位体元素に富んだ化合物であってもよい。例えば、水素が重水素で置き換えられた類縁体でも、その物理特性に大きな差異がない。
成分Bのうちで、好ましい化合物(2)は、化合物(2−1)〜(2−16)である、好ましい化合物(3)は、化合物(3−1)〜(3−112)である。好ましい化合物(4)は、化合物(4−1)〜(4−52)である。
Figure 2011083677
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Figure 2011083677
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これらの式において、RおよびXは前記と同じ定義である。
成分Bは、誘電率異方性が正であり、熱安定性や化学的安定性が非常に優れているので、TFT用の組成物を調製する場合に用いられる。この組成物の粘度を調整するには、成分Eをさらに含有させるのが好ましい。成分Bの含有量は、組成物の全重量に対して約1〜約99重量%の範囲が適するが、好ましくは約10〜約97重量%、より好ましくは約40〜約95重量%である。
好ましい化合物(5)は、化合物(5−1)〜(5−62)である。
Figure 2011083677
Figure 2011083677
Figure 2011083677

これらの式において、RおよびXは前記と同じ定義である。
化合物(5)すなわち成分Cは、誘電率異方性が正でその値が非常に大きいのでSTN,TN用の組成物を調製する場合に主として用いられる。この成分Cは、組成物のしきい値電圧を小さくすることができる。この成分Cは、粘度の調整、屈折率異方性の調整および液晶相の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。
成分Cの含有量は、STNまたはTN用の組成物を調製する場合には、組成物全重量に対して約0.1〜約99.9重量%の範囲、好ましくは約10〜約97重量%の範囲、より好ましくは約40〜約95重量%の範囲である。また、後述の成分をさらに混合することによりしきい値電圧、液晶相の温度範囲、屈折率異方性、誘電率異方性、粘度などを調整できる。
化合物(6)〜(10)からなる群から選択された少なくとも一つの化合物からなる成分Dは、VA素子などに用いられる誘電率異方性が負の組成物を調製する場合に好ましい。
好ましい化合物(6)〜(10)は、化合物(6−1)〜(6−5)、化合物(7−1)〜(7−11)、化合物(8−1)、および化合物(10−1)〜(10−11)である。
Figure 2011083677

これらの式において、RおよびRは前記と同じ定義である。
成分Dは、主として誘電率異方性が負であるVA素子用の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。誘電率異方性の絶対値が5程度であるので、低電圧駆動させるには、含有量は約40重量%以上が好ましい。
成分Dのうちで、化合物(6)は2環化合物であるので、主としてしきい値電圧の調整、粘度の調整または屈折率異方性の調整に効果がある。また、化合物(7)および(8)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、屈折率異方性を大きくするなどの効果がある。
成分Dの含有量は、VA素子用の組成物を調製する場合には、組成物の全重量に対して好ましくは約40重量%以上であり、より好ましくは約50〜約95重量%の範囲である。また、成分Dを混合することにより、弾性定数または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の全重量に対して約30重量%以下が好ましい。
好ましい化合物(11)、(12)および(13)は、化合物(11−1)〜(11−11)、化合物(12−1)〜(12−18)、および化合物(13−1)〜(13−6)である。
Figure 2011083677
Figure 2011083677

これらの式において、RおよびRは前記と同じ定義である。
化合物(11)〜(13)、すなわち成分Eは、誘電率異方性の絶対値が小さく、中性に近い化合物である。化合物(11)は主として粘度の調整または屈折率異方性の調整をする効果があり、また化合物(12)および(13)は透明点を高くするなどのネマチック相の範囲を広げる効果、または屈折率異方性を調整する効果がある。
成分Eの含有量を増加させると組成物のしきい値電圧が高くなり、粘度が小さくなるので、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用の組成物を調製する場合に、成分Eの含有量は、組成物の全重量に対して好ましくは30重量%以上、より好ましくは約50重量%以上である。また、STNまたはTN用の組成物を調製する場合には、成分Eの含有量は、組成物の全重量に対して好ましくは約30重量%以上、より好ましくは約40重量%以上である。
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。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よい。例えば、つぎに述べるような光学活性化合物を含む組成物、染料を添加したGH型用の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。
組成物は、さらに1つ以上の光学活性化合物を含有してもよい。
光学活性化合物は、公知のキラルド−プ剤などである。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。好ましいキラルド−プ剤は、以下の光学活性化合物(Op−1)〜(Op−13)である。
Figure 2011083677
組成物に添加された光学活性化合物は、ねじれのピッチを調整する。ねじれのピッチはTFT用およびTN用の組成物であれば約40〜約200μmの範囲に調整するのが好ましい。STN用の組成物であれば約6〜約20μmの範囲に調整するのが好ましい。また、双安定TN(Bistable TN)素子用の場合は、約1.5〜約4μmの範囲に調整するのが好ましい。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。
組成物に、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型用の組成物として使用することもできる。
3.本発明の素子
本発明の第3の態様は、化合物(1)を含有する組成物を用いた液晶表示素子である。この素子の例は、先の背景技術の項で記載したような動作モードを有する素子である。別の例としては、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、ポリマ−ネットワ−ク液晶表示素子(PNLCD)のような、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)である。実施例には、比較的単純な構造を有する素子が示されている。
[[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%」をである。
得られた化合物は、1H−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。
1H−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、実施例などで合成したサンプルを、CDCl3など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)の内部標準に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300℃、検出器(FID)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%の溶液を調製し、この溶液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。
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%と完全に同じではないが、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。
[測定試料]
化合物の物性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場合には、以下の方法で測定を行った。まず、得られた化合物15重量%と母液晶85重量%とを混合して試料を調整した。そして、得られた試料の測定値から、下記の式に示す外挿法にしたがって、外挿値を計算した。この外挿値をこの化合物の物性値とした。
〈外挿値〉=(100×〈試料の測定値〉−〈母液晶の重量%〉×〈母液晶の測定値〉)/〈化合物の重量%〉
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、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を測定し、上記の式にしたがって外挿値を求めて、これを化合物の物性値とした。
測定に用いる母液晶としては様々な種類が存在する。例えば、母液晶Aを用いることができる。母液晶Aの組成(重量%)は以下のとおりである。
母液晶A:
Figure 2011083677
[測定方法]
化合物の物性の測定は以下の方法で行った。これらの多くは、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素子には、TFTを取り付けなかった。
物性値のうち、化合物そのものを試料とした場合は、測定値をデータとして記載した。化合物と母液晶との混合物を試料として用いた場合は、測定値から外挿法で算出した値をデータとして記載した。相構造および相転移温度の測定には、化合物をそのまま試料として用いた。その他の測定には、試料として化合物と母液晶Aとの混合物を用いた。
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)に試料を置き、3℃/分の速度で加熱しながら相状態とその変化を偏光顕微鏡で観察し、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C1またはC2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A相、スメクチックB相、スメクチックC相、またはスメクチックF相の区別がつく場合は、それぞれS、S、S、またはSと表した。相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またはNI;℃):偏光顕微鏡を備えた融点測定装置のホットプレート(メトラー社FP−52型ホットステージ)に、試料を置き、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:母液晶と化合物とを、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調製し、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、結晶また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):E型回転粘度計を用いて測定した。
屈折率異方性(Δn;25℃で測定):波長589nmの光を用い、接眼鏡に偏光板を取り付けたアッベ屈折計により行なった。主プリズムの表面を一方向にラビングしたあと、試料(を主プリズムに滴下した。屈折率(n‖)は偏光の方向がラビングの方向と平行であるときに測定した。屈折率(n⊥)は偏光の方向がラビングの方向と垂直であるときに測定した。屈折率異方性(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):2枚のガラス基板の間隔(ギャップ)が約9μm、ツイスト角が80度のTN素子に試料を入れた。このセルに20ボルトを印加して、液晶分子の長軸方向における誘電率(ε‖)を測定した。0.5ボルトを印加して、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。
(E)−4−[1,2−ジフルオロ−2−(3,4,5−トリフルオロフェニル)ビニル]−3−フルオロ−4’−プロピルビフェニル(1−1−1)の合成
Figure 2011083677
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[化合物(T−2)の合成]
窒素雰囲気下の反応器へ、3−フルオロ−4’−プロピルビフェニル(T−1) 23.1gとTHF 250mlとを加えて、−74℃まで冷却した。そこへ、1.06M sec−ブチルリチウム,シクロヘキサン,n−ヘキサン溶液 122mlを−74℃から−70℃の温度範囲で滴下し、さらに2時間攪拌した。続いてヨウ素 35.6gのTHF 200ml溶液を−75℃から−70℃の温度範囲で滴下し、室温に戻しつつ6時間攪拌した。得られた反応混合物を氷水 500mlに注ぎ込み、混合した。トルエン 400mlを加え有機層と水層とに分離させ抽出操作を行い、得られた有機層をチオ硫酸ナトリウム水溶液、水で順次洗浄して、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、残渣をカラムクロマトグラフィー(シリカゲル;ヘプタン)により精製した。さらにソルミックスA−11からの再結晶により精製し、3−フルオロ−4−ヨード−4’−プロピルビフェニル(T−2) 25.4gを得た。化合物(T−1)からの収率は69%であった。
[化合物(T−3)の合成]
窒素雰囲気下の反応器へ、亜鉛粉末 3.85gとDMF 20mlとを加えて、0℃に冷却した。そこへ、ヨードトリフルオロエチレン 9.17gのDMF 10ml溶液を0℃から10℃の温度範囲で滴下し、室温に戻しつつ4時間攪拌した。続いて化合物(T−2) 10.0gおよびテトラキストリフェニルホスフィンパラジウム 0.679gを加え、100℃で2時間攪拌した。反応液を室温まで冷却した後、氷水 50mlに注ぎ込み、混合した。トルエン 100mlを加え有機層と水層とに分離させ抽出操作を行い、得られた有機層を水で洗浄して、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、残渣をカラムクロマトグラフィー(シリカゲル;ヘプタン)により精製し、3−フルオロ−4’−プロピル−4−(1,2,2−トリフルオロビニル)ビフェニル(T−3) 7.47gを得た。化合物(T−2)からの収率は86%であった。
[化合物(1−1−1)の合成]
窒素雰囲気下の反応器へ、1−ブロモ−3,4,5−トリフルオロベンゼン 10.7gとジエチルエーテル 150mlとを加えて、−50℃まで冷却した。そこへ、1.57M n−ブチルリチウム,n−ヘキサン溶液 30.7mlを−50℃から−45℃の温度範囲で滴下し、さらに1時間攪拌した。続いて−74℃に冷却した後、化合物(T−3) 7.47gのジエチルエーテル 20ml溶液を−74℃から−70℃の温度範囲で滴下し、室温に戻しつつ4時間攪拌した。得られた反応混合物を氷水 200mlに注ぎ込み、混合した。トルエン 200mlを加え有機層と水層とに分離させ抽出操作を行い、得られた有機層を1N塩酸、飽和炭酸水素ナトリウム水溶液、水で順次洗浄して、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、残渣をカラムクロマトグラフィー(シリカゲル;ヘプタン)による分取操作で精製した。さらにヘプタン/ソルミックスA−11の混合溶媒からの再結晶により精製し、(E)−4−[1,2−ジフルオロ−2−(3,4,5−トリフルオロフェニル)ビニル]−3−フルオロ−4’−プロピルビフェニル(1−1−1) 3.75gを得た。化合物(T−3)からの収率は36%であった。
1H−NMR分析の化学シフトは以下のとおりであり、得られた化合物が、(E)−4−[1,2−ジフルオロ−2−(3,4,5−トリフルオロフェニル)ビニル]−3−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。
化学シフトδ(ppm;CDCl3);7.58(dd,J=7.80Hz,J=7.65Hz,1H),7.53(d,J=8.15Hz,2H),7.50−7.37(m,4H),7.29(d,J=8.10Hz,2H),2.65(t,J=7.85Hz,2H),1.75−1.64(m,2H),0.98(t,7.45Hz,3H).
得られた化合物(1−1−1)の相転移温度は以下のとおりであった。
相転移温度 :C 66.2 S 95.2 N 116 I 。
[化合物(1−1−1)の物性]
前述した母液晶Aの物性は以下のとおりであった。
上限温度(TNI)=71.7℃;屈折率異方性(Δn)=0.137;誘電率異方性(Δε)=11.0。
母液晶A 85重量%と、実施例1で得られた(E)−4−[1,2−ジフルオロ−2−(3,4,5−トリフルオロフェニル)ビニル]−3−フルオロ−4’−プロピルビフェニル(1−1−1)の15重量%とからなる組成物Bを調製した。得られた組成物Bの物性を測定し、測定値を外挿することで化合物(1−1−1)の物性値を算出した。その結果は以下のとおりであった。
上限温度(TNI)=90.4℃;屈折率異方性(Δn)=0.250;誘電率異方性(Δε)=21.0;粘度(η)=49.5mPa・s。
これらのことから化合物(1−1−1)は、他の化合物との相溶性が良好で、屈折率異方性が大きく、誘電率異方性が大きく、粘度が小さい化合物であることがわかった。
(E)−4−[1,2−ジフルオロ−2−(3,4,5−トリフルオロフェニル)ビニル]−3,5−ジフルオロ−4’−プロピルビフェニル(1−1−11)の合成
Figure 2011083677
Figure 2011083677
[化合物(T−5)の合成]
窒素雰囲気下の反応器へ、3,5−ジフルオロ−4’−プロピルビフェニル(T−4) 18.0gとTHF 200ml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−ヘキサン溶液 56.4mlを−74℃から−70℃の温度範囲で滴下し、さらに1時間攪拌した。続いてヨウ素 24.6gのTHF 150ml溶液を−75℃から−70℃の温度範囲で滴下し、室温に戻しつつ6時間攪拌した。得られた反応混合物を氷水 400mlに注ぎ込み、混合した。トルエン 300mlを加え有機層と水層とに分離させ抽出操作を行い、得られた有機層をチオ硫酸ナトリウム水溶液、水で順次洗浄して、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、残渣をカラムクロマトグラフィー(シリカゲル;ヘプタン)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3,5−ジフルオロ−4−ヨード−4’−プロピルビフェニル(T−5) 21.4gを得た。化合物(T−4)からの収率は77%であった。
[化合物(T−6)の合成]
化合物(T−5) 10.0gを原料として用い、実施例1の化合物(T−3)の合成と同様の手法により、3,5−ジフルオロ−4’−プロピル−4−(1,2,2−トリフルオロビニル)ビフェニル(T−6) 6.69gを得た。化合物(T−5)からの収率は77%であった。
[化合物(1−1−11)の合成]
化合物(T−6)を原料として用い、実施例1の化合物(No.1−1−1)の合成と同様の手法により、(E)−4−[1,2−ジフルオロ−2−(3,4,5−トリフルオロフェニル)ビニル]−3,5−ジフルオロ−4’−プロピルビフェニル(1−1−11) 3.71gを得た。化合物(T−6)からの収率は41%であった。
1H−NMR分析の化学シフトは以下のとおりであり、得られた化合物が、(E)−4−[1,2−ジフルオロ−2−(3,4,5−トリフルオロフェニル)ビニル]−3,5−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。
化学シフトδ(ppm;CDCl3);7.51(d,J=8.10Hz,2H),7.45(dd,J=8.45Hz,J=6.70Hz,2H),7.30(d,J=8.10Hz,2H),7.23(d,J=9.10Hz,2H),2.65(t,J=7.80Hz,2H),1.74−1.64(m,2H),0.98(t,7.45Hz,3H).
得られた化合物(1−1−11)の相転移温度は以下のとおりであった。
相転移温度 :C 69.7 I 。
[化合物(1−1−11)の物性]
母液晶A 85重量%と、実施例3で得られた(E)−4−[1,2−ジフルオロ−2−(3,4,5−トリフルオロフェニル)ビニル]−3,5−ジフルオロ−4’−プロピルビフェニル(No.1−1−11)の15重量%とからなる組成物Cを調製した。得られた組成物Cの物性を測定し、測定値を外挿することで化合物(1−1−11)の物性値を算出した。その結果は以下のとおりであった。
上限温度(TNI)=49.7℃;屈折率異方性(Δn)=0.210;誘電率異方性(Δε)=28.3;粘度(η)=63.2mPa・s。
これらのことから化合物(1−1−11)は、他の化合物との相溶性が良好であり、屈折率異方性が大きく、誘電率異方性が大きい化合物であることがわかった。
(E)−1−[1,2−ジフルオロ−2−(3,4,5−トリフルオロフェニル)ビニル]−2−フルオロ−4−(4−プロピルシクロヘキシル)ベンゼン(1−1−21)の合成
Figure 2011083677
Figure 2011083677
[化合物(T−8)の合成]
1−フルオロ−3−(4−プロピルシクロヘキシル)ベンゼン(T−7) 30.0gを原料として用い、実施例1の化合物(T−2)の合成と同様の手法により、1−フルオロ−2−ヨード−5−(4−プロピルシクロヘキシル)ベンゼン(T−8) 36.3gを得た。化合物(T−7)からの収率は77%であった。
[化合物(T−9)の合成]
化合物(T−8) 6.00gを原料として用い、実施例1の化合物(T−3)の合成と同様の手法により、2−フルオロ−4−(4−プロピルシクロヘキシル)−1−(1,2,2−トリフルオロビニル)ベンゼン(T−9) 5.05gを得た。化合物(T−8)からの収率は97%であった。
[化合物(1−1−21)の合成]
化合物(T−9)2.50gを原料として用い、実施例1の化合物(1−1−1)の合成と同様の手法により、(E)−1−[1,2−ジフルオロ−2−(3,4,5−トリフルオロフェニル)ビニル]−2−フルオロ−4−(4−プロピルシクロヘキシル)ベンゼン(No.1−1−21) 1.51gを得た。化合物(T−9)からの収率は44%であった。
1H−NMR分析の化学シフトは以下のとおりであり、得られた化合物が、(E)−1−[1,2−ジフルオロ−2−(3,4,5−トリフルオロフェニル)ビニル]−2−フルオロ−4−(4−プロピルシクロヘキシル)ベンゼンであることが同定できた。
化学シフトδ(ppm;CDCl3);7.47−7.37(m,3H),7.09(d,J=8.10Hz,1H),7.02(d,J=11.7Hz,1H),2.51(tt,J=9.10Hz,J=3.15Hz,1H),1.95−1.85(m,4H),1.50−1.39(m,2H),1.39−1.26(m,3H),1.26−1.19(m,2H),1.11−1.00(m,2H),0.91(t,J=7.40Hz,3H).
得られた化合物(1−1−21)の相転移温度は以下のとおりであった。
相転移温度 :C 63.5 N 111 I 。
[化合物(1−1−21)の物性]
母液晶A 85重量%と、実施例5で得られた(E)−1−[1,2−ジフルオロ−2−(3,4,5−トリフルオロフェニル)ビニル]−2−フルオロ−4−(4−プロピルシクロヘキシル)ベンゼン(1−1−21)の15重量%とからなる組成物Dを調製した。得られた組成物Dの物性を測定し、測定値を外挿することで化合物(1−1−21)の物性値を算出した。その結果は以下のとおりであった。
上限温度(TNI)=89.7℃;屈折率異方性(Δn)=0.177;誘電率異方性(Δε)=19.4;粘度(η)=41.4mPa・s。
これらのことから化合物(1−1−21)は、他の化合物との相溶性が良好で、誘電率異方性が大きく、粘度が小さい化合物であることがわかった。
(E)−1−(1,2−ジフルオロ−2−[3−フルオロ−4−(トリフルオロメチル)フェニル]ビニル)−2−フルオロ−4−(4−プロピルシクロヘキシル)ベンゼン(1−1−25)の合成
Figure 2011083677
Figure 2011083677
[化合物(1−1−25)の合成]
窒素雰囲気下の反応器へ、4−ブロモ−2−フルオロ−1−(トリフルオロメチル)ベンゼン 2.28gとジエチルエーテル 70mlとを加えて、−70℃まで冷却した。そこへ、1.57M n−ブチルリチウム,n−ヘキサン溶液 7.10mlを−70℃から−65℃の温度範囲で滴下し、さらに1時間攪拌した。続いて、化合物(T−9) 2.68gのジエチルエーテル 10ml溶液を−70℃から−65℃の温度範囲で滴下し、室温に戻しつつ4時間攪拌した。得られた反応混合物を氷水 100mlに注ぎ込み、混合した。トルエン 100mlを加え有機層と水層とに分離させ抽出操作を行い、得られた有機層を1N塩酸、飽和炭酸水素ナトリウム水溶液、水で順次洗浄して、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、残渣をカラムクロマトグラフィー(シリカゲル;ヘプタン)による分取操作で精製した。さらにヘプタン/ソルミックスA−11の混合溶媒からの再結晶により精製し、(E)−1−(1,2−ジフルオロ−2−[3−フルオロ−4−(トリフルオロメチル)フェニル]ビニル)−2−フルオロ−4−(4−プロピルシクロヘキシル)ベンゼン(1−1−25) 2.24gを得た。化合物(T−9)からの収率は57%であった。
1H−NMR分析の化学シフトは以下のとおりであり、得られた化合物が、(E)−1−(1,2−ジフルオロ−2−[3−フルオロ−4−(トリフルオロメチル)フェニル]ビニル)−2−フルオロ−4−(4−プロピルシクロヘキシル)ベンゼンであることが同定できた。
化学シフトδ(ppm;CDCl3);7.72−7.57(m,3H),7.46(dd,J=7.65Hz,J=7.65Hz,1H),7.10(d,J=8.05Hz,1H),7.04(d,J=11.7Hz,1H),2.52(tt,J=9.15Hz,J=3.15Hz,1H),1.96−1.85(m,4H),1.50−1.38(m,2H),1.38−1.26(m,3H),1.26−1.19(m,2H),1.12−1.01(m,2H),0.91(t,J=7.30Hz,3H).
得られた化合物(1−1−25)の相転移温度は以下のとおりであった。
相転移温度 :C 104 N 125 I 。
[化合物(1−1−25)の物性]
母液晶A 85重量%と、実施例7で得られた(E)−1−(1,2−ジフルオロ−2−[3−フルオロ−4−(トリフルオロメチル)フェニル]ビニル)−2−フルオロ−4−(4−プロピルシクロヘキシル)ベンゼン(1−1−25)の15重量%とからなる組成物Eを調製した。得られた組成物Eの物性を測定し、測定値を外挿することで化合物(1−1−25)の物性値を算出した。その結果は以下のとおりであった。
上限温度(TNI)=95℃;屈折率異方性(Δn)=0.190;誘電率異方性(Δε)=22.1;粘度(η)=52.9mPa・s。
これらのことから化合物(1−1−25)は、他の化合物との相溶性が良好で、誘電率異方性が大きい化合物であることがわかった。
(E)−4−[1,2−ジフルオロ−2−(3,4,5−トリフルオロフェニル)ビニル]−3−フルオロ−4’−(4−プロピルシクロヘキシル)ビフェニル(1−2−16)の合成
Figure 2011083677
Figure 2011083677
[化合物(T−11)の合成]
3−フルオロ−4−ヨード−4’−(4−プロピルシクロヘキシル)ビフェニル(T−10) 5.00gを原料として用い、実施例1の化合物(T−3)の合成と同様の手法により、3−フルオロ−4’−(4−プロピルシクロヘキシル)−4−(1,2,2−トリフルオロビニル)ビフェニル(T−11) 3.79gを得た。化合物(T−10)からの収率は85%であった。
[化合物(1−2−16)の合成]
化合物(T−11)3.79gを原料として用い、実施例1の化合物(1−1−1)の合成と同様の手法により、(E)−4−[1,2−ジフルオロ−2−(3,4,5−トリフルオロフェニル)ビニル]−3−フルオロ−4’−(4−プロピルシクロヘキシル)ビフェニル(No.1−2−16) 1.18gを得た。化合物(T−11)からの収率は24%であった。
1H−NMR分析の化学シフトは以下のとおりであり、得られた化合物が、(E)−4−[1,2−ジフルオロ−2−(3,4,5−トリフルオロフェニル)ビニル]−3−フルオロ−4’−(4−プロピルシクロヘキシル)ビフェニルであることが同定できた。
化学シフトδ(ppm;CDCl3);7.61−7.52(m,3H),7.49−7.37(m,4H),7.32(d,J=9.00Hz,2H),2.53(tt,J=12.2Hz,J=3.15Hz,1H),1.97−1.85(m,4H),1.55−1.43(m,2H),1.41−1.27(m,3H),1.27−1.19(m,2H),1.14−1.02(m,2H),0.91(t,J=7.40Hz,3H).
得られた化合物(1−2−16)の相転移温度は以下のとおりであった。
相転移温度 :C 88.8 S 138 N 286 I 。
[化合物(1−2−16)の物性]
母液晶A 85重量%と、実施例9で得られた(E)−4−[1,2−ジフルオロ−2−(3,4,5−トリフルオロフェニル)ビニル]−3−フルオロ−4’−(4−プロピルシクロヘキシル)ビフェニル(1−2−16)の15重量%とからなる組成物Fを調製した。得られた組成物Fの物性を測定し、測定値を外挿することで化合物(1−2−16)の物性値を算出した。その結果は以下のとおりであった。
上限温度(TNI)=200℃;屈折率異方性(Δn)=0.270;誘電率異方性(Δε)=17.2;粘度(η)=80.9mPa・s。
これらのことから化合物(1−2−16)は、他の化合物との相溶性が良好で、透明点が非常に高く、誘電率異方性および屈折率異方性が大きい化合物であることがわかった。
(E)−4−[1,2−ジフルオロ−2−(3−フルオロ−4’−プロピルビフェニル−4−イル) ビニル]−2,3’,4’,5’−テトラフルオロビフェニル(1−3−1)の合成
Figure 2011083677
Figure 2011083677
[化合物(1−3−1)の合成]
窒素雰囲気下の反応器へ、4−ブロモ−2,3’,4’,5’−テトラフルオロビフェニル 4.84gとジエチルエーテル 130mlとを加えて、−50℃まで冷却した。そこへ、1.57M n−ブチルリチウム,n−ヘキサン溶液 8.90mlを−50℃から−45℃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(T−3) 3.11gのジエチルエーテル 20ml溶液を−70℃から−65℃の温度範囲で滴下し、室温に戻しつつ1時間攪拌した。得られた反応混合物を氷水 150mlに注ぎ込み、混合した。トルエン 150mlを加え有機層と水層とに分離させ抽出操作を行い、得られた有機層を1N塩酸、飽和炭酸水素ナトリウム水溶液、水で順次洗浄して、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、残渣をカラムクロマトグラフィー(シリカゲル;ヘプタン)による分取操作で精製した。さらにトルエン/ソルミックスA−11の混合溶媒からの再結晶により精製し、(E)−4−[1,2−ジフルオロ−2−(3−フルオロ−4’−プロピルビフェニル−4−イル) ビニル]−2,3’,4’,5’−テトラフルオロビフェニル(1−3−1) 2.76gを得た。化合物(T−3)からの収率は52%であった。
1H−NMR分析の化学シフトは以下のとおりであり、得られた化合物が、(E)−4−[1,2−ジフルオロ−2−(3−フルオロ−4’−プロピルビフェニル−4−イル) ビニル]−2,3’,4’,5’−テトラフルオロビフェニルであることが同定できた。
化学シフトδ(ppm;CDCl3);7.68−7.57(m,3H),7.54(dd,J=8.10Hz,2H),7.51−7.45(m,2H),7.41(d,J=11.9Hz,1H),7.30(d,J=8.10Hz,2H),7.27−7.22(m,2H),2.65(t,J=7.85Hz,2H),1.75−1.65(m,2H),0.98(t,7.40Hz,3H).
得られた化合物(1−3−1)の相転移温度は以下のとおりであった。
相転移温度 :C 151 SA 182 N 276 I 。
[化合物(1−3−1)の物性]
母液晶A 97重量%と、実施例11で得られた(E)−4−[1,2−ジフルオロ−2−(3−フルオロ−4’−プロピルビフェニル−4−イル) ビニル]−2,3’,4’,5’−テトラフルオロビフェニル(1−3−1)の3重量%とからなる組成物Gを調製した。得られた組成物Gの物性を測定し、測定値を外挿することで化合物(1−3−2)の物性値を算出した。その結果は以下のとおりであった。
上限温度(TNI)=182℃;屈折率異方性(Δn)=0.370;誘電率異方性(Δε)=28.5;粘度(η)=93.9mPa・s。
これらのことから化合物(1−3−1)は、屈折率異方性が非常に大きく、透明点が高く、誘電率異方性が大きい化合物であることがわかった。
実施例1、3、5、7、9、および11、さらに記載した合成法をもとに、以下に示す化合物(1−1−1)〜(1−1−40)、(1−2−1)〜(1−2−40)、(1−3−1)〜(1−3−14)および(1−4−1)〜(1−4−6)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、求めた値である。上限温度(TNI)、誘電率異方性(Δε)、屈折率異方性(Δn)、粘度(η)は、実施例2、4、6、8、10、および12に記載したように化合物を母液晶Aに混合した試料の物性の測定値から、外挿法によって算出した物性値である。
Figure 2011083677
Figure 2011083677
Figure 2011083677
Figure 2011083677
Figure 2011083677
[比較例1]
比較例としてWO2006/133783A1に掲載されている、(E)−4−[1,2−ジフルオロ−2−(3,4,5−トリフルオロフェニル)ビニル]−4’−プロピルビフェニル(S−1−1)を合成した。
Figure 2011083677
1H−NMR分析の化学シフトは以下のとおりであり、得られた化合物が、(E)−4−[1,2−ジフルオロ−2−(3,4,5−トリフルオロフェニル)ビニル]−4’−プロピルビフェニルであることが同定できた。
化学シフトδ(ppm;CDCl3);7.80(d,J=8.45Hz,2H),7.70(d,8.40Hz,2H),7.56(d,J=8.10Hz,2H),7.43(dd,J=8.85Hz,J=6.60Hz,2H),7.29(d,J=8.05Hz,2H),2.65(t,J=7.85Hz,2H),1.74−1.65(m,2H),0.98(t,7.35Hz,3H).
得られた比較化合物(S−1−1)の相転移温度は以下のとおりであった。
相転移温度:C 88.2 S 185 N 188 I 。
母液晶A 90重量%と、比較化合物(S−1−1)の10重量%とからなる組成物Hを調製した。得られた組成物Hの物性を測定し、測定値を外挿することで比較化合物(S−1−1)の物性値を算出した。その結果は以下のとおりであった。
上限温度(TNI)=143℃;屈折率異方性(Δn)=0.317;誘電率異方性(Δε)=18.6;粘度(η)=32.9mPa・s。
比較化合物(S−1−1)と実施例に示した化合物(1−1−1)、(1−1−11)、(1−1−21)、(1−1−25)、(1−2−16)、および(1−3−1)とを比較する。まず、それぞれの相転移温度を比較すると化合物(1−1−1)、(1−1−11)、および(1−1−21)の方が融点が低い。それぞれの相溶性を比較すると、(S−1−1)は母液晶Aに10%しか加えることができないのに対し、(1−1−1)、(1−1−11)、(1−1−21)、(1−1−25)、および(1−2−16)は母液晶Aに15%加えることができる。よって、本発明の化合物の方が、他の化合物との相溶性が良好であり、より低温でも使用できる優れた化合物であるといえる。また、化合物(1−2−16)、および(1−3−1)の方が透明点が高い。よって、本発明の化合物の方が幅広い温度範囲で使用可能な優れた化合物であるといえる。
次に、比較化合物(S−1−1)と、化合物(1−1−1)、(1−1−11)、(1−1−21)、(1−1−25)、(1−2−16)、および(1−3−1)との物性値を比較すると、化合物(1−1−1)、(1−1−11)、(1−1−21)、(1−1−25)、および(1−3−1)の方が誘電率異方性が大きい。よって本発明の化合物の方が、組成物のしきい値電圧を低下させる事のできる優れた化合物であるといえる。
比較化合物(S−1−1)と本発明の化合物(1−1−1)との相違は、式(1)における側方基Lが水素であるか、フッ素であるかの違いのみである。しかしながら、それらの融点および母液晶Aに対する相溶性は大きく異なる。この結果は、ジフルオロスチルベン誘導体において側方基Lがフッ素であることが、他の化合物との相溶性向上に効果的である事を示唆している。
[比較例2]
さらに比較例としてWO2006/133783A1に掲載されている、(E)−1−(1,2−ジフルオロ−2−[4−(トリフルオロメトキシ)フェニル]ビニル)−4−(5−ペンチルテトラヒドロピラン−2−イル)ベンゼン(S−2)を合成した。
Figure 2011083677
1H−NMR分析の化学シフトは以下のとおりであり、得られた化合物が、(E)−1−(1,2−ジフルオロ−2−[4−(トリフルオロメトキシ)フェニル]ビニル)−4−(5−ペンチルテトラヒドロピラン−2−イル)ベンゼンであることが同定できた。
化学シフトδ(ppm;CDCl3);7.79(d,J=8.80Hz,2H),7.73(d,J=8.30Hz,2H) ,7.44(d,J=8.25Hz,2H),7.29(d,J=8.80Hz,2H),4.32(dd,J=11.4Hz,J=1.90Hz,1H),4.11(dq,J=11.3Hz,J=2.00Hz,1H),3.23(t,J=11.2Hz,1H),2.01(m,1H),1.90(m,1H),1.74−1.53(m,3H),1.41−1.24(m,6H),1.24−1.10(m,2H),0.90(t,J=7.10Hz,3H).
得られた比較化合物(S−2)の相転移温度は以下のとおりであった。
相転移温度:C 43.8 S 111 S 221 N 226 I 。
母液晶A 85重量%と、比較化合物(S−2)の15重量%とからなる組成物Iを調製した。得られた組成物Iの物性を測定し、測定値を外挿することで比較化合物(S−2)の物性の外挿値を算出した。その結果は以下のとおりであった。
上限温度(TNI)=174℃;誘電率異方性(Δε)=8.93;屈折率異方性(Δn)=0.210;粘度(η)=25.6mPa・s。
比較化合物(S−2)と、化合物(1−1−1)、(1−1−11)、(1−1−21)、(1−1−25)、(1−2−16)、および(1−3−1)との物性値を比較すると、本願のこれら化合物の方が誘電率異方性が大きい。よって本発明の化合物の方が、組成物のしきい値電圧を低下させる事のできる優れた化合物であるといえる。
さらに本発明の代表的な組成物を[組成例1]〜[組成例14]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1の取り決めに従い、左末端基、結合基、環、および右末端基の記号によって表示した。1,4−シクロヘキシレンおよび1,3−ジオキサン−2,5−ジイル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。各実施例で使用する化合物の部分に記載した番号は、上述した本発明の化合物を示す式番号に対応をしている。次に組成物の物性(測定値)を示した。
Figure 2011083677
組成物における特性値の測定は下記の方法にしたがって行うことができる。それらの多くは、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。測定に用いたTN素子には、TFTを取り付けなかった。
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。ネマチック相の上限温度を「上限温度」と略すことがある。
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℃と記載する。ネマチック相の下限温度を「下限温度」と略すことがある。
粘度(バルク粘度;η;20℃で測定;mPa・s):測定にはE型回転粘度計を用いた。
粘度(回転粘度;γ1;25℃で測定;mPa・s):
1)誘電率異方性が正である試料:測定はM. Imai et al., Molecular Crystals and Liquid Crystals, Vol. 259, 37 (1995) に記載された方法に従った。ツイスト角が0°であり、そして2枚のガラス基板の間隔(セルギャップ)が5μmであるTN素子に試料を入れた。TN素子に16ボルトから19.5ボルトの範囲で0.5ボルト毎に段階的に印加した。0.2秒の無印加のあと、ただ1つの矩形波(矩形パルス;0.2秒)と無印加(2秒)の条件で印加を繰り返した。この印加によって発生した過渡電流(transient current)のピーク電流(peak current)とピーク時間(peak time)を測定した。これらの測定値とM. Imaiらの論文、40頁の計算式(8)とから回転粘度の値を得た。この計算で必要な誘電率異方性の値は、この回転粘度の測定で使用した素子にて、下記の誘電率異方性の測定方法で求めた。
2)誘電率異方性が負である試料:測定はM. Imai et al., Molecular Crystals and Liquid Crystals, Vol. 259, 37 (1995) に記載された方法に従った。2枚のガラス基板の間隔(セルギャップ)が20μmのVA素子に試料を入れた。この素子に30ボルトから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。この計算に必要な誘電率異方性は、下記の誘電率異方性で測定した値を用いた。
屈折率異方性(Δn;25℃で測定):測定は、波長589nmの光を用い、接眼鏡に偏光板を取り付けたアッベ屈折計により行なった。主プリズムの表面を一方向にラビング(rubbing)したあと、試料を主プリズムに滴下した。屈折率(n‖)は偏光の方向がラビングの方向と平行であるときに測定した。屈折率(n⊥)は偏光の方向がラビングの方向と垂直であるときに測定した。屈折率異方性の値は、Δn=n‖−n⊥、の式から計算した。試料が組成物のときはこの方法によって屈折率異方性を測定した。
誘電率異方性(Δε;25℃で測定):
1)誘電率異方性が正である組成物:2枚のガラス基板の間隔(ギャップ)が約9μm、ツイスト角が80度の液晶セルに試料を入れた。このセルに20ボルトを印加して、液晶分子の長軸方向における誘電率(ε‖)を測定した。0.5ボルトを印加して、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。
2)誘電率異方性が負である組成物:ホメオトロピック配向に処理した液晶セルに試料を入れ、0.5ボルトを印加して誘電率(ε‖)を測定した。ホモジニアス配向に処理した液晶セルに試料を入れ、0.5ボルトを印加して誘電率(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。
しきい値電圧(Vth;25℃で測定;V):試料が化合物のときは、化合物を適切な組成物に混合したあとしきい値電圧を測定した。化合物のしきい値電圧は外挿値である。1)誘電率異方性が正である組成物:2枚のガラス基板の間隔(ギャップ)が(0.5/Δn)μmであり、ツイスト角が80度である、ノーマリーホワイトモード(normally white mode)の液晶表示素子に試料を入れた。Δnは上記の方法で測定した屈折率異方性の値である。この素子に周波数が32Hzである矩形波を印加した。矩形波の電圧を上昇させ、素子を通過する光の透過率が90%になったときの電圧の値を測定した。
2)誘電率異方性が負である組成物:2枚のガラス基板の間隔(ギャップ)が約9μmであり、ホメオトロピック配向に処理したノーマリーブラックモード(normally black mode)の液晶表示素子に試料を入れた。この素子に周波数が32Hzである矩形波を印加した。矩形波の電圧を上昇させ、素子を通過する光の透過率10%になったときの電圧の値を測定した。
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の百分率である。
らせんピッチ(20℃で測定;μm):らせんピッチの測定には、カノのくさび型セル法を用いた。カノのくさび型セルに試料を注入し、セルから観察されるディスクリネーションラインの間隔(a;単位はμm)を測定した。らせんピッチ(P)は、式P=2・a・tanθから算出した。θは、くさび型セルにおける2枚のガラス板の間の角度である。
成分の割合(百分率)は、成分の全重量に基づいた重量百分率(重量%)である。
[組成例1]
3−BB(F)CF=CFB(F,F)−F (1−1−1) 7%
3−BB(F,F)CF=CFB(F,F)−F (1−1−11) 5%
3−BEB(F)−C (5−14) 4%
4−BEB(F)−C (5−14) 12%
1V2−BEB(F,F)−C (5−15) 16%
3−HB−O2 (11−5) 10%
3−HH−4 (11−1) 3%
3−HHB−F (3−1) 3%
3−HHB−1 (12−1) 8%
3−HHB−O1 (12−1) 4%
3−HBEB−F (3−37) 4%
3−HHEB−F (3−10) 7%
3−H2BTB−2 (12−16) 4%
3−H2BTB−3 (12−16) 4%
3−H2BTB−4 (12−16) 4%
3−HB(F)TB−2 (12−17) 5%
NI=80.6℃;Δn=0.154;Δε=28.3;Vth=1.05V;η=36.6mPa・sec.
[組成例2]
3−HB(F)CF=CFB(F,F)−F (1−1−21) 7%
3−HB(F)CF=CFB(F)−CF3 (1−1−25) 5%
2−HB−C (5−1) 5%
3−HB−C (5−1) 12%
3−HB−O2 (11−5) 15%
2−BTB−1 (11−10) 3%
3−HHB−F (3−1) 4%
3−HHB−1 (12−1) 8%
3−HHB−3 (12−1) 14%
3−HHEB−F (3−10) 4%
5−HHEB−F (3−10) 4%
3−HHB(F)−F (3−2) 7%
5−HHB(F)−F (3−2) 7%
3−HHB(F,F)−F (3−3) 5%
NI=96.8℃;Δn=0.111;Δε=6.3;Vth=2.09V;η=19.8mPa・sec.
[組成例3]
3−BB(F)CF=CFB(F,F)−F (1−1−1) 4%
3−HB(F)CF=CFB(F,F)−F (1−1−21) 4%
3−BEB(F)−C (5−14) 8%
V−HB−C (5−1) 8%
1V−HB−C (5−1) 8%
3−HB−O2 (11−5) 3%
3−HH−2V (11−1) 14%
3−HH−2V1 (11−1) 7%
V2−HHB−1 (12−1) 15%
3−HHB−1 (12−1) 5%
3−HHEB−F (3−10) 7%
3−H2BTB−2 (12−16) 6%
3−H2BTB−3 (12−16) 6%
3−H2BTB−4 (12−16) 5%
NI=102.7℃;Δn=0.140;Δε=9.0;Vth=2.21V;η=17.9mPa・sec.
上記組成物100重量部に光学活性化合物(Op−5)を0.25重量部添加したときのピッチは61.2μmであった。
[組成例4]
3−BB(F,F)CF=CFB(F,F)−F (1−1−11) 5%
3−HB(F)CF=CFB(F)−CF3 (1−1−25) 5%
5−BEB(F)−C (5−14) 5%
V−HB−C (5−1) 11%
5−PyB−C (5−9) 6%
4−BB−3 (11−8) 11%
3−HH−2V (11−1) 10%
5−HH−V (11−1) 5%
V−HHB−1 (12−1) 3%
V2−HHB−1 (12−1) 15%
3−HHB−1 (12−1) 9%
1V2−HBB−2 (12−4) 10%
3−HHEBH−3 (13−6) 5%
NI=89.0℃;Δn=0.129;Δε=7.2;Vth=1.88V;η=21.2mPa・sec.
[組成例5]
3−BB(F)CF=CFB(F,F)−F (1−1−1) 5%
3−HB(F)CF=CFB(F)−CF3 (1−1−25) 5%
1V2−BEB(F,F)−C (5−15) 6%
3−HB−C (5−1) 8%
2−BTB−1 (11−10) 10%
5−HH−VFF (11−1) 30%
3−HHB−1 (12−1) 4%
VFF−HHB−1 (12−1) 8%
VFF2−HHB−1 (12−1) 11%
3−H2BTB−2 (12−16) 5%
3−H2BTB−3 (12−16) 4%
3−H2BTB−4 (12−16) 4%
NI=86.3℃;Δn=0.139;Δε=7.4;Vth=2.03V.
[組成例6]
3−BB(F,F)CF=CFB(F,F)−F (1−1−11) 4%
3−HB(F)CF=CFB(F,F)−F (1−1−21) 3%
5−HB−CL (2−2) 16%
3−HH−4 (11−1) 12%
3−HH−5 (11−1) 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) 5%
1O1−HBBH−5 (13−1) 3%
3−HHBB(F,F)−F (4−6) 2%
4−HHBB(F,F)−F (4−6) 3%
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=112.9℃;Δn=0.097;Δε=5.0;Vth=2.19V;η=20.9mPa・sec.
[組成例7]
3−BB(F)B(F)CF=CFB(F,F)−F
(1−2−1) 3%
3−BB(F)CF=CFB(F)B(F,F)−F
(1−3−1) 3%
3−HHB(F,F)−F (3−3) 9%
3−H2HB(F,F)−F (3−15) 8%
4−H2HB(F,F)−F (3−15) 8%
5−H2HB(F,F)−F (3−15) 8%
3−HBB(F,F)−F (3−24) 21%
5−HBB(F,F)−F (3−24) 20%
3−H2BB(F,F)−F (3−27) 8%
5−HHBB(F,F)−F (4−6) 3%
5−HH2BB−F (4−13) 2%
3−HH2BB(F,F)−F (4−15) 3%
1O1−HBBH−5 (13−1) 4%
[組成例8]
3−HB(F)B(F,F)CF=CFB(F)−OCF3
(1−2−17) 5%
5−HB(F)B(F)CF=CFB(F)B(F,F)−F
(1−4−2) 3%
5−HB−F (2−2) 12%
6−HB−F (2−2) 9%
7−HB−F (2−2) 7%
2−HHB−OCF3 (3−1) 7%
3−HHB−OCF3 (3−1) 7%
4−HHB−OCF3 (3−1) 7%
5−HHB−OCF3 (3−1) 5%
3−HH2B−OCF3 (3−4) 4%
5−HH2B−OCF3 (3−4) 4%
3−HHB(F,F)−OCF2H (3−3) 4%
3−HHB(F,F)−OCF3 (3−3) 5%
3−HH2B(F)−F (3−5) 3%
3−HBB(F)−F (3−23) 5%
5−HBB(F)−F (3−23) 7%
5−HBBH−3 (13−1) 3%
3−HB(F)BH−3 (13−2) 3%
[組成例9]
3−BB(F)CF=CFB(F,F)−F (1−1−1) 3%
3−BB(F)B(F)CF=CFB(F,F)−F
(1−2−1) 3%
5−HB−CL (2−2) 8%
3−HH−4 (11−1) 8%
3−HHB−1 (12−1) 2%
3−HHB(F,F)−F (3−3) 8%
3−HBB(F,F)−F (3−24) 20%
5−HBB(F,F)−F (3−24) 15%
3−HHEB(F,F)−F (3−12) 10%
4−HHEB(F,F)−F (3−12) 3%
5−HHEB(F,F)−F (3−12) 3%
2−HBEB(F,F)−F (3−39) 3%
3−HBEB(F,F)−F (3−39) 5%
5−HBEB(F,F)−F (3−39) 3%
3−HHBB(F,F)−F (4−6) 6%
[組成例10]
3−BB(F,F)CF=CFB(F,F)−F (1−1−11) 4%
3−BB(F)CF=CFB(F)B(F,F)−F
(1−3−1) 4%
3−HB−CL (2−2) 3%
5−HB−CL (2−2) 4%
3−HHB−OCF3 (3−1) 5%
3−H2HB−OCF3 (3−13) 5%
5−H4HB−OCF3 (3−19) 15%
V−HHB(F)−F (3−2) 5%
3−HHB(F)−F (3−2) 5%
5−HHB(F)−F (3−2) 5%
3−H4HB(F,F)−CF3 (3−21) 8%
5−H4HB(F,F)−CF3 (3−21) 10%
5−H2HB(F,F)−F (3−15) 5%
5−H4HB(F,F)−F (3−21) 7%
2−H2BB(F)−F (3−26) 5%
3−H2BB(F)−F (3−26) 5%
3−HBEB(F,F)−F (3−39) 5%
[組成例11]
3−HB(F)CF=CFB(F,F)−F (1−1−21) 5%
3−HB(F)B(F,F)CF=CFB(F)−OCF3
(1−2−17) 5%
5−HB−CL (2−2) 7%
7−HB(F,F)−F (2−4) 3%
3−HH−4 (11−1) 10%
3−HH−5 (11−1) 5%
3−HB−O2 (11−5) 15%
3−HHB−1 (12−1) 8%
3−HHB−O1 (12−1) 5%
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) 6%
3−H2HB(F,F)−F (3−15) 5%
4−H2HB(F,F)−F (3−15) 5%
[組成例12]
3−BB(F)CF=CFB(F,F)−F (1−1−1) 5%
3−BB(F,F)CF=CFB(F,F)−F (1−1−11) 5%
5−HB−CL (2−2) 3%
7−HB(F)−F (2−3) 7%
3−HH−4 (11−1) 9%
3−HH−EMe (11−2) 23%
3−HHEB−F (3−10) 8%
5−HHEB−F (3−10) 8%
3−HHEB(F,F)−F (3−12) 10%
4−HHEB(F,F)−F (3−12) 5%
5−HGB(F,F)−F (3−103) 6%
2−H2GB(F,F)−F (3−106) 4%
5−GHB(F,F)−F (3−109) 7%
NI=81.2℃;Δn=0.080;Δε=6.8;η=21.7mPa・sec.
[組成例13]
3−HB(F)CF=CFB(F,F)−F (1−1−21) 5%
3−HB(F)CF=CFB(F)−CF3 (1−1−25) 5%
3−HB−O2 (11−5) 10%
5−HB―CL (2−2) 13%
3−HBB(F,F)−F (3−24) 7%
3−PyB(F)−F (2−15) 10%
5−PyB(F)−F (2−15) 10%
3−PyBB−F (3−80) 10%
4−PyBB−F (3−80) 10%
5−PyBB−F (3−80) 10%
5−HBB(F)B−3 (13−5) 10%
NI=85.3℃;Δn=0.184;Δε=9.7;Vth=1.52V;η=38.6mPa・sec.
[組成例14]
3−BB(F)CF=CFB(F)B(F,F)−F
(1−3−1) 5%
5−HB(F)B(F)CF=CFB(F)B(F,F)−F
(1−4−2) 4%
3−HH−V (11−1) 25%
3−BB(F,F)XB(F,F)−F (3−97) 18%
3−HHB−1 (12−1) 2%
2−HBB−F (3−22) 3%
3−HBB−F (3−22) 4%
3−HHB−CL (3−1) 6%
1−BB(F)B−2V (12−6) 6%
2−BB(F)B−2V (12−6) 6%
3−BB(F)B−2V (12−6) 3%
2−HHB(F,F)−F (3−3) 4%
3−HHB(F,F)−F (3−3) 4%
4−BB(F)B(F,F)XB(F,F)−F (4−46) 10%
本発明は、化合物に必要な一般的物性、熱、光などに対する安定性、液晶相の広い温度範囲、高い透明点、他の化合物との良好な相溶性、大きな屈折率異方性、大きな誘電率異方性、および小さな粘度を有する新規液晶性化合物を提供する。また、この液晶性化合物を成分として、その化合物を構成する環、置換基、結合基などを適当に選択することにより、望ましい特性を有する新たな液晶組成物を提供する。さらに、この液晶組成物を用いた液晶表示素子は、時計、電卓、パソコンなどのディスプレイに広く利用することができる。

Claims (19)

  1. 式(1)で表される化合物。
    Figure 2011083677

    この式において、Rは炭素数1〜20のアルキルであり、このアルキルにおいて任意の−CH−は−O−または−S−に置き換えられてよく、そしてこれらの基において任意の−CHCH−は−CH=CH−に置き換えられてもよく;環A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、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、または任意の水素がハロゲンに置き換えられた1,4−フェニレンであり;環Bは独立して、1,4−フェニレン、3−フルオロ−1,4−フェニレン、3,5−ジフルオロ−1,4−フェニレン、3−クロロ−1,4−フェニレン、または3−クロロ−5−フルオロ−1,4−フェニレンであり;ZおよびZは独立して、単結合、−CHCH−、−CH=CH−、または−C≡C−であり;L1、L、Y、およびY2は独立して、水素、フッ素、または塩素であり;Xは、水素、ハロゲン、−C≡N、−N=C=S、−SF、または炭素数1〜10のアルキルであり、このアルキルにおいて、任意の−CH−は、−O−または−S−に置き換えられてよく、任意の−CHCH−は−CH=CH−に置き換えられてもよく、そしてこれらの基において任意の水素はハロゲンに置き換えられてもよく;mは1または2であり;nは0または1であり;そしてmが1であり、nが0である場合、Lはフッ素である。
  2. 式(1)において、Rが、炭素数1〜20のアルキル、炭素数2〜20のアルケニル、炭素数1〜19のアルコキシ、炭素数2〜19のアルケニルオキシ、または炭素数1〜19のアルキルチオであり;Xが、水素、ハロゲン、−C≡N、−N=C=S、−SF、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のアルケニルオキシ、炭素数1〜9のチオアルキル、−CHF、−CHF、−CF、−(CH−F、−CFCHF、−CFCHF、−CHCF、−CFCF、−(CH−F、−(CF−F、−CFCHFCF、−CHFCFCF、−(CH−F、−(CF−F、−(CH−F、−(CF−F、−OCHF、−OCHF、−OCF、−O−(CH−F、−OCFCHF、−OCFCHF、−OCHCF、−O−(CH−F、−O−(CF−F、−OCFCHFCF、−OCHFCFCF、−O(CH−F、−O−(CF−F、−O−(CH−F、−O−(CF−F、−CH=CHF、−CH=CF、−CF=CHF、−CH=CHCHF、−CH=CHCF、−(CH−CH=CF、−CHCH=CHCF、または−CH=CHCFCFである請求項1に記載の化合物。
  3. 式(1)において、Rが、炭素数1〜12のアルキル、炭素数2〜12のアルケニル、炭素数1〜12のアルコキシ、または炭素数2〜12のアルケニルオキシであり;ZおよびZが独立して、単結合、−CHCH−、または−CH=CH−であり;Xが、フッ素、塩素、−C≡N、−CF、−CHF、−CHF、−OCF、−OCHF、または−OCHFである請求項1に記載の化合物。
  4. 式(1)において、Rが、炭素数1〜12のアルキル、炭素数2〜12のアルケニル、または炭素数1〜12のアルコキシであり;ZおよびZが独立して、単結合または−CHCH−であり、Xが、フッ素、塩素、−CF、または−OCFである請求項1に記載の化合物。
  5. 式(1−1)〜(1−4)のいずれか1つで表される請求項1に記載の化合物。
    Figure 2011083677

    これらの式において、Rは炭素数1〜12のアルキルまたは炭素数2〜12のアルケニルであり;環Aおよび環A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、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、または任意の水素がハロゲンに置き換えられた1,4−フェニレンであり;L1、L、Y1、Y、Y、およびYは独立して、水素、フッ素、または塩素であり;Xは、フッ素、塩素、−CF、または−OCFである。
  6. 式(1−5)〜(1−33)のいずれか1つで表される請求項1に記載の化合物。
    Figure 2011083677

    Figure 2011083677

    Figure 2011083677

    Figure 2011083677

    これらの式において、Rは炭素数1〜12のアルキルであり;L1、L2、L、L、L、Y、Y、Y、およびYは独立して、水素、塩素、またはフッ素であり;Xは、フッ素、塩素、−CF、または−OCFである。
  7. 式(1−34)〜(1−38)のいずれか1つで表される請求項1に記載の化合物。
    Figure 2011083677

    これらの式において、Rは炭素数1〜12のアルキルであり;L1、L2、L、L、L、Y、およびYは独立して、水素またはフッ素であり;Xは、フッ素、−CF、または−OCFである。
  8. 1成分として、請求項1〜7のいずれか1項に記載の化合物を少なくとも1つ含有し、2成分以上からなる液晶組成物。
  9. 式(2)、(3)および(4)で表される化合物の群から選択される少なくとも1つの化合物を1成分として含有する、請求項8に記載の液晶組成物。
    Figure 2011083677

    これらの式において、Rは炭素数1〜10のアルキルまたは炭素数2〜10のアルケニルであり、この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、そしてこれらの基において任意の−CH2−は−O−で置き換えられてもよく;Xは、フッ素、塩素、−OCF3、−OCHF2、−CF3、−CHF2、−CH2F、−OCF2CHF2、または−OCF2CHFCF3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、1,3−ジオキサン−2,5−ジイル、ピリミジン−2,5−ジイル、テトラヒドロピラン−2,5−ジイル、1,4−フェニレン、または任意の水素がフッ素で置き換えられた1,4−フェニレンであり;Z、Z、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;LおよびLは独立して、水素またはフッ素である。
  10. 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1成分として含有する、請求項8に記載の液晶組成物。
    Figure 2011083677

    この式において、Rは炭素数1〜10のアルキルまたは炭素数2〜10のアルケニルであり、この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、そしてこれらの基において任意の−CH2−は−O−で置き換えられてもよく;Xは−C≡Nまたは−C≡C−C≡Nであり;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−フェニレン、任意の水素がフッ素で置き換えられた1,4−フェニレン、1,3−ジオキサン−2,5−ジイル、テトラヒドロピラン−2,5−ジイル、またはピリミジン−2,5−ジイルであり;Zは−(CH22−、−COO−、−CF2O−、−OCF2−、−C≡C−、−CHO−、または単結合であり;LおよびLは独立して、水素またはフッ素であり;rおよびsは独立して、0または1である。
  11. 式(6)、(7)、(8)、(9)、および(10)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1成分として含有する、請求項8に記載の液晶組成物。
    Figure 2011083677

    これらの式において、RおよびRは独立して、炭素数1〜10のアルキルまたは炭素数2〜10のアルケニルであり、この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、そしてこれらの基において任意の−CH2−は−O−で置き換えられてもよく;環E、環E、環E、および環E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、1,4−フェニレン、任意の水素がフッ素で置き換えられた1,4−フェニレン、テトラヒドロピラン−2,5−ジイル、またはデカヒドロナフタレン−2,6−ジイルであり;Z、Z、Z、およびZ10は独立して、−(CH22−、−COO−、−CHO−、−OCF−、−OCF−(CH22−、または単結合であり;L10およびL11は独立して、フッ素または塩素であり;t、u、x、y、およびzは独立して、0または1であり、uとxとyとzとの和は1または2である。
  12. 式(11)、(12)および(13)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1成分として含有する、請求項8に記載の液晶組成物。
    Figure 2011083677

    これらの式において、RおよびRは独立して、炭素数1〜10のアルキルまたは炭素数2〜10のアルケニルであり、この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、そしてこれらの基において任意の−CH2−は−O−で置き換えられてもよく;環F、環F、および環F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;Z11およびZ12は独立して、−C≡C−、−COO−、−(CH22−、−CH=CH−、または単結合である。
  13. 請求項10記載の式(5)で表される化合物の群から選択される少なくとも1つの化合物をさらに含有する、請求項9に記載の液晶組成物。
  14. 請求項12記載の式(11)、(12)および(13)で表される化合物の群から選択される少なくとも1つの化合物をさらに含有する、請求項9に記載の液晶組成物。
  15. 請求項12記載の式(11)、(12)および(13)で表される化合物の群から選択される少なくとも1つの化合物をさらに含有する、請求項10に記載の液晶組成物。
  16. 請求項12記載の式(11)、(12)および(13)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。
  17. 少なくとも1つの光学活性化合物をさらに含有する、請求項8〜16のいずれか1項に記載の液晶組成物。
  18. 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8〜17のいずれか1項に記載の液晶組成物。
  19. 請求項8〜18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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