JPWO2015076077A1 - ピペリジン誘導体、液晶組成物および液晶表示素子 - Google Patents

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Abstract

液晶組成物の光分解を防ぐ効果を有し、液晶組成物への高い溶解度を有する化合物、この化合物を含む液晶組成物、この組成物を含む液晶表示素子を提供する。式(1)で表される化合物、この化合物を含む液晶組成物、この組成物を用いた液晶表示素子である。式(1)において、R1、R2、R3、およびR4は独立して、水素または炭素数1から4のアルキルであり;環A1および環A2は独立して、1,4−シクロへキシレン、1,4−フェニレンなどであり;Z1、Z2およびZ3は独立して、単結合、アルキレンなどであり;nは、0、1または2である。

Description

本発明は、ピペリジン誘導体、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、2,2,6,6−テトラメチルピペリジン誘導体、この化合物を含み、誘電率異方性が正の液晶組成物、およびこの組成物を含む液晶表示素子に関する。
液晶表示素子は、パソコン、テレビなどのディスプレイに広く利用されている。この素子は、液晶性化合物の光学的異方性、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、FFS(Fringe Field Switching)モード、PSA(polymer sustained alignment)モードなどが知られている。
このような液晶表示素子では、適切な物性を有する液晶組成物が使われている。液晶表示素子の特性をさらに向上させるには、この組成物に含まれる液晶性化合物が、下記の(1)〜(8)で示す物性を有するのが好ましい。
(1)熱、光などに対する高い安定性
(2)高い透明点
(3)液晶相の低い下限温度
(4)小さな粘度(η)
(5)適切な光学的異方性(Δn)
(6)大きな誘電率異方性(Δε)
(7)適切な弾性定数(K)
(8)他の液晶性化合物との優れた相溶性
液晶性化合物の物性が素子の特性に及ぼす効果は、次のとおりである。(1)のように、熱、光などに対する高い安定性を有する化合物は、素子の電圧保持率を大きくする。これによって、素子の寿命が長くなる。(2)のように、高い透明点を有する化合物は、素子の使用可能な温度範囲を広げる。(3)のように、ネマチック相、スメクチック相などのような液晶相の低い下限温度、特にネマチック相の低い下限温度を有する化合物も、素子の使用可能な温度範囲を広げる。(4)のように、粘度の小さな化合物は、素子の応答時間を短くする。
(5)のように、適切な光学的異方性を有する化合物は、素子のコントラストを向上させる。素子の設計に応じて、大きな光学的異方性または小さな光学的異方性、すなわち適切な光学的異方性を有する化合物が必要である。素子のセルギャップを小さくすることにより応答時間を短くする場合には、大きな光学的異方性を有する化合物が適している。(6)のように大きな誘電率異方性を有する化合物は、素子のしきい値電圧を下げる。これによって、素子の消費電力が小さくなる。一方、小さな誘電率異方性を有する化合物は、組成物の粘度を小さくすることによって、素子の応答時間を短くする。
(7)のように、大きな弾性定数を有する化合物は、素子の応答時間を短くする。小さな弾性定数を有する化合物は、素子のしきい値電圧を下げる。したがって、向上させたい特性に応じて適切な弾性定数が必要になる。(8)のように他の液晶性化合物との優れた相溶性を有する化合物が好ましい。これは、異なった物性を有する液晶性化合物を混合して、組成物の物性を調節するからである。
液晶組成物は、(1)〜(8)の物性の少なくとも1つを有する液晶性化合物を選択し、これらを混合することによって調製される。この組成物には、重合性化合物、重合開始剤、重合禁止剤、光学活性化合物、酸化防止剤、紫外線吸収剤、光安定剤、熱安定剤、消泡剤のような添加物が必要に応じて添加される。これらの中で、光安定剤は、液晶性化合物がバックライトや太陽からの光によって分解されるのを防止する効果がある。この効果によって、素子の高い電圧保持率が維持されるので、素子の寿命を長くなる。ヒンダードアミン系光安定剤(HALS;hindered amine light stabilizer)は、このような目的に適しているが、さらに優れた光安定剤の開発が期待されている。
特開平9−291282号公報 特開2003−226876号公報 特表2004−507607号公報 特開2012−224632号公報
本発明の第一の課題は、液晶組成物の光分解を防ぐ効果を有し、液晶組成物への高い溶解度を有する化合物を提供することである。第二の課題は、この化合物を含み、そしてネマチック相の高い上限温度、ネマチック相の低い下限温度、小さな粘度、適切な光学異方性、大きな誘電率異方性、適切な弾性定数、大きな比抵抗などの物性の少なくとも1つを充足する液晶組成物を提供することである。この課題は、光に対して安定な液晶組成物を提供することでもある。第三の課題は、この組成物を含み、そして素子を使用できる広い温度範囲、短い応答時間、高い電圧保持率、低いしきい値電圧、大きなコントラスト比、および長い寿命を有する液晶表示素子を提供することである。
本発明は、式(1)で表される化合物、この化合物を含む液晶組成物、およびこの組成物を含む液晶表示素子に関する。
Figure 2015076077

式(1)において、R、R、R、およびRは独立して、水素または炭素数1から4のアルキルであり;環Aおよび環Aは独立して、1,4−シクロへキシレン、1,4−シクロヘキセニレン、1,2−フェニレン、1,3−フェニレン、1,4−フェニレン、ナフタレン−1,3−ジイル、ナフタレン−1,4−ジイル、ナフタレン−1,5−ジイル、ナフタレン−1,6−ジイル、ナフタレン−1,7−ジイル、ナフタレン−1,8−ジイル、ナフタレン−2,3−ジイル、ナフタレン−2,6−ジイル、ナフタレン−2,7−ジイル、デカヒドロナフタレン−2,6−ジイル、ジヒドロピラン−2,5−ジイル、テトラヒドロピラン−2,5−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、またはピリジン−2,5−ジイルであり、これらの環において、少なくとも1つの水素は、ハロゲン、炭素数1から5のアルキル、炭素数1から5のアルコキシ、または少なくとも1つの水素がハロゲンで置き換えられた炭素数1から5のアルキルで置き換えられてもよく;Z、ZおよびZは独立して、単結合または炭素数1から10のアルキレンであり、このアルキレンにおいて、少なくとも1つの−CH−は、−O−で置き換えられてもよく、少なくとも1つの−CH−CH−は、−CH=CH−または−CH≡CH−で置き換えられてもよく、これらの基において、少なくとも1つの水素は、フッ素で置き換えられてもよく;nは、0、1または2である。
本発明の第一の長所は、液晶組成物の光分解を防ぐ効果を有し、液晶組成物への高い溶解度を有する化合物である。第二の長所は、この化合物を含み、そしてネマチック相の高い上限温度、ネマチック相の低い下限温度、小さな粘度、適切な光学異方性、大きな誘電率異方性、適切な弾性定数、大きな比抵抗などの物性の少なくとも1つを充足する液晶組成物でもある。この長所は、光に対して安定な液晶組成物を提供することでもある。第三の長所は、この組成物を含み、そして素子を使用できる広い温度範囲、短い応答時間、高い電圧保持率、低いしきい値電圧、大きなコントラスト比、および長い寿命を有する液晶表示素子を提供することである。
この明細書における用語の使い方は次のとおりである。液晶性化合物は、ネマチック相、スメクチック相などの液晶相を有する化合物、および液晶相を有しないが、上限温度、下限温度、粘度、誘電率異方性のような組成物の物性を調節する目的で添加する化合物の総称である。これらの化合物は、1,4−シクロヘキシレンや1,4−フェニレンのような六員環を有し、その分子構造は棒状(rod like)である。このような液晶性化合物を混合することによって液晶組成物が調製される。液晶性化合物の割合(含有量)は、この液晶組成物の重量に基づいた重量百分率(重量%)で表される。この組成物に、重合性化合物、重合開始剤、重合禁止剤、光学活性化合物、酸化防止剤、紫外線吸収剤、光安定剤、熱安定剤、消泡剤のような添加物が必要に応じて添加される。添加物の割合(添加量)は、液晶性化合物の割合と同様に、液晶組成物の重量に基づいた重量百分率(重量%)で表される。重量百万分率(ppm)が用いられることもある。
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。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。透明点は、液晶性化合物における液晶相−等方相の転移温度である。液晶相の下限温度は、液晶性化合物における固体−液晶相(スメクチック相、ネマチック相など)の転移温度である。ネマチック相の上限温度は、液晶組成物におけるネマチック相−等方相の転移温度であり、上限温度と略すことがある。ネマチック相の下限温度を下限温度と略すことがある。
式(1)で表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(8)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。末端基R11の記号を複数の化合物に用いた。これらの化合物において、任意の2つのR11が表す2つの基は、同一であってもよいし、または異なってもよい。例えば、化合物(2)のR11がエチルであり、化合物(3)のR11がエチルであるケースがある。化合物(2)のR11がエチルであり、化合物(3)のR11がプロピルであるケースもある。このルールは、他の末端基、環、結合基などの記号にも適用される。式(8)において、iが2のとき、2つの環Dが存在する。この化合物において、2つの環Dが表す2つの基は、同一であってもよいし、または異なってもよい。このルールは、iが2より大きいときの任意の2つの環Dにも適用される。このルールは、他の環、結合基などの記号にも適用される。
「少なくとも1つの“A”は、“B”で置き換えられてもよい」の表現は、“A”の数が1つのとき、“A”の位置は任意であり、“A”の数が2つ以上のときも、それらの位置は制限なく自由に選択できることを意味する。「少なくとも1つのAが、B、CまたはDで置き換えられてもよい」という表現は、少なくとも1つのAがBで置き換えられた場合、少なくとも1つのAがCで置き換えられた場合、および少なくとも1つのAがDで置き換えられた場合、さらに複数のAがB、C、Dの少なくとも2つで置き換えられた場合を含むことを意味する。例えば、少なくとも1つの−CH−(または−CHCH−)が−O−(または−CH=CH−)で置き換えられてもよいアルキルには、アルキル、アルケニル、アルコキシ、アルコキシアルキル、アルコキシアルケニル、アルケニルオキシアルキルが含まれる。なお、連続する2つの−CH−が−O−で置き換えられて、−O−O−のようになることは好ましくない。アルキルなどにおいて、メチル部分(−CH−H)の−CH−が−O−で置き換えられて−O−Hになることも好ましくない。
2−フルオロ−1,4−フェニレンは、下記の2つの二価基を意味する。化学式において、フッ素は左向き(L)であってもよいし、右向き(R)であってもよい。このルールは、テトラヒドロピラン−2,5−ジイルのような、非対称な環から誘導される二価基にも適用される。
Figure 2015076077
本発明は、下記の項などを包含する。
項1. 式(1)で表される化合物。
Figure 2015076077

式(1)において、R、R、R、およびRは独立して、水素または炭素数1から4のアルキルであり;環Aおよび環Aは独立して、1,4−シクロへキシレン、1,4−シクロヘキセニレン、1,2−フェニレン、1,3−フェニレン、1,4−フェニレン、ナフタレン−1,3−ジイル、ナフタレン−1,4−ジイル、ナフタレン−1,5−ジイル、ナフタレン−1,6−ジイル、ナフタレン−1,7−ジイル、ナフタレン−1,8−ジイル、ナフタレン−2,3−ジイル、ナフタレン−2,6−ジイル、ナフタレン−2,7−ジイル、デカヒドロナフタレン−2,6−ジイル、ジヒドロピラン−2,5−ジイル、テトラヒドロピラン−2,5−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、またはピリジン−2,5−ジイルであり、これらの環において、少なくとも1つの水素は、ハロゲン、炭素数1から5のアルキル、炭素数1から5のアルコキシ、または少なくとも1つの水素がハロゲンで置き換えられた炭素数1から5のアルキルで置き換えられてもよく;Z、ZおよびZは独立して、単結合または炭素数1から10のアルキレンであり、このアルキレンにおいて、少なくとも1つの−CH−は、−O−で置き換えられてもよく、少なくとも1つの−CH−CH−は、−CH=CH−、−CH≡CH−で置き換えられてもよく、これらの基において、少なくとも1つの水素は、フッ素で置き換えられてもよく;nは、0、1または2である。
項2. 項1に記載の式(1)において、R、R、R、およびRが独立して、水素または炭素数1から4のアルキルであり;環Aおよび環Aが独立して、1,4−シクロへキシレン、1,4−シクロヘキセニレン、1,4−フェニレン、少なくとも1つ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、ピリミジン−2,5−ジイル、ピリジン−2,5−ジイル、1,3−ジオキサン−2,5−ジイル、ナフタレン−2,6−ジイル、少なくとも1つの水素がフッ素で置き換えられたナフタレン−2,6−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およびZが独立して、単結合または炭素数1から10のアルキレンであり、このアルキレンにおいて、少なくとも1つの−CH−は、−O−で置き換えられてもよく、少なくとも1つの−CH−CH−は、−CH=CH−で置き換えられてもよく;nが、0、1または2である、項1に記載の化合物。
項3. 項1に記載の式(1)において、R、R、R、およびRが独立して、炭素数1から4のアルキルであり;環Aおよび環Aが独立して、1,4−シクロへキシレン、1,4−シクロヘキセニレン、1,4−フェニレン、少なくとも1つの水素がフッ素で置き換えられた1,4−フェニレン、ナフタレン−2,6−ジイル、または少なくとも1つの水素がフッ素で置き換えられたナフタレン−2,6−ジイルであり;Z、ZおよびZが独立して、単結合または炭素数1から10のアルキレンであり、このアルキレンにおいて、少なくとも1つの−CH−は、−O−で置き換えられてもよく、少なくとも1つの−CH−CH−は、−CH=CH−で置き換えられてもよく;nが、0、1または2である、項1に記載の化合物。
項4. 項1に記載の式(1)において、R、R、R、およびRがメチルであり;環Aおよび環Aが独立して、1,4−シクロへキシレン、1,4−フェニレンまたは少なくとも1つ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およびZが単結合であり、Zが、単結合、−CH−、−CHCH−、−CH=CH−、−OCH−、または−CHO−であり;nが0または1である、項1に記載の化合物。
項5. 項1に記載の式(1)において、R、R、R、およびRがメチルであり;環Aおよび環Aが独立して、1,4−フェニレンまたは2−フルオロ−1,4−フェニレンであり;Z、ZおよびZが、単結合であり;nが0または1である、項1に記載の化合物。
項6. 項1から5のいずれか1項に記載の少なくとも1つの化合物を含有する液晶組成物。
項7. 式(2)から式(4)で表される化合物の群から選択される少なくとも1つの化合物をさらに含有する、項6に記載の液晶組成物。
Figure 2015076077

式(2)から式(4)において、
11およびR12は独立して、炭素数1から10のアルキルまたは炭素数2から10のアルケニルであり、このアルキルまたはアルケニルにおいて、少なくとも1つの−CH−は−O−で置き換えられてもよく、少なくとも1つの水素はフッ素で置き換えられてもよく;
環B、環B、環B、および環Bは独立して、1,4−シクロヘキシレン、1,4−フェニレン、2−フルオロ−1,4−フェニレン、2,5−ジフルオロ−1,4−フェニレン、またはピリミジン−2,5−ジイルであり;
11、Z12およびZ13は独立して、単結合、−CHCH−、−CH=CH−、−C≡C−、または−COO−である。
項8. 式(5)から式(7)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6または7に記載の液晶組成物。
Figure 2015076077

式(5)から式(7)において、
13は炭素数1から10のアルキルまたは炭素数2から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、少なくとも1つの−CH2−は−O−で置き換えられてもよく、少なくとも1つの水素はフッ素で置き換えられてもよく;
11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、少なくとも1つの水素がフッ素で置き換えられてもよい1,4−フェニレン、テトラヒドロピラン−2,5−ジイル、1,3−ジオキサン−2,5−ジイル、またはピリミジン−2,5−ジイルであり;
14、Z15およびZ16は独立して、単結合、−CHCH−、−CH=CH−、−C≡C−、−COO−、−CFO−、−OCF−、−CHO−、または−(CH−であり;
11およびL12は独立して、水素またはフッ素である。
項9. 式(8)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6または7に記載の液晶組成物。
Figure 2015076077

式(8)において、
14は炭素数1から10のアルキルまたは炭素数2から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、少なくとも1つの−CH2−は−O−で置き換えられてもよく、少なくとも1つの水素はフッ素で置き換えられてもよく;
12は−C≡Nまたは−C≡C−C≡Nであり;
環Dは、1,4−シクロヘキシレン、少なくとも1つの水素がフッ素で置き換えられてもよい1,4−フェニレン、テトラヒドロピラン−2,5−ジイル、1,3−ジオキサン−2,5−ジイル、またはピリミジン−2,5−ジイルであり;
17は、単結合、−CHCH−、−C≡C−、−COO−、−CFO−、−OCF−、または−CHO−であり;
13およびL14は独立して、水素またはフッ素であり;
iは、1、2、3、または4である。
項10. 重合性化合物、重合開始剤、重合禁止剤、光学活性化合物、酸化防止剤、紫外線吸収剤、光安定剤、熱安定剤、および消泡剤の少なくとも1つをさらに含有する、項6から9のいずれか1項に記載の液晶組成物。
項11 項6から10のいずれか1項に記載の液晶組成物を少なくとも1つ含有する液晶表示素子。
本発明は、次の項も含む。(a)重合性化合物、重合開始剤、重合禁止剤、光学活性化合物、酸化防止剤、紫外線吸収剤、光安定剤、熱安定剤、消泡剤のような添加物の少なくとも2つをさらに含有する上記の液晶組成物。(b)上記の液晶組成物に重合性化合物を添加して調製した重合性組成物。(c)この重合性組成物を重合させることによって調製した液晶複合体。(d)この液晶複合体を含有する高分子支持配向(PSA)型の液晶表示素子。(e)化合物(1)の光安定剤としての使用。(f)化合物(1)の熱安定剤としての使用。(g)化合物(1)とは異なる光安定剤と化合物(1)とを組み合わせた使用。(h)上記の液晶組成物に光学活性化合物を添加することによって光学活性な組成物としての使用。
本発明の化合物、液晶組成物および液晶表示素子について順に説明する。
1.化合物(1)
本発明の化合物(1)は、2,2,6,6−テトラアルキルピペリジン環を2つ有するので、ヒンダードアミン系光安定剤として有用である。この化合物は、液晶組成物に添加することができる。この化合物は、液晶組成物への高い溶解度を有するからである。液晶組成物は、液晶性化合物の混合物である。化合物(1)は、この液晶性化合物がバックライトや太陽からの光によって分解するのを防止する効果がある。この化合物は、熱安定剤としての効果も有するようである。
液晶表示素子を長時間使用すると、液晶性化合物は、光で分解して分解生成物を生成する傾向がある。この生成物は不純物であるから素子にとっては好ましくない。この不純物は、コントラストの低下、表示むらの発生、画像の焼き付きのような現象を引き起こすからである。この現象は、目視で容易に識別できるうえ、その程度がわずかであっても非常に目立つ。したがって、従来の光安定剤より、1%でも不純物の生成量の少ない光安定剤が好ましい。化合物(1)は、そのような光安定剤である。
化合物(1)の好ましい例について説明をする。化合物(1)における置換基R、環A、結合基Zの好ましい例は、化合物(1)の下位式にも適用される。化合物(1)において、これらの基の種類を適切に組み合わせることによって、物性を任意に調整することが可能である。化合物の物性に大きな差異がないので、化合物(1)は、H(重水素)、13Cなどの同位体を天然存在比の量より多く含んでもよい。
Figure 2015076077
式(1)において、R、R、R、およびRは独立して、水素または炭素数1から4のアルキルである。R、R、R、またはRの好ましい例は、メチルまたはエチルである。さらに好ましい例はメチルである。式(1)には、Rの記号が2つ存在する。2つのRが表す2つの基は同一であってもよいし、または異なってもよい。このルールは、Rなどにも適用される。
式(1)において、環Aおよび環Aは独立して、1,4−シクロへキシレン、1,4−シクロヘキセニレン、1,2−フェニレン、1,3−フェニレン、1,4−フェニレン、ナフタレン−1,3−ジイル、ナフタレン−1,4−ジイル、ナフタレン−1,5−ジイル、ナフタレン−1,6−ジイル、ナフタレン−1,7−ジイル、ナフタレン−1,8−ジイル、ナフタレン−2,3−ジイル、ナフタレン−2,6−ジイル、ナフタレン−2,7−ジイル、デカヒドロナフタレン−2,6−ジイル、ジヒドロピラン−2,5−ジイル、テトラヒドロピラン−2,5−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、またはピリジン−2,5−ジイルである。これらの環において、少なくとも1つの水素は、ハロゲン、炭素数1から5のアルキル、炭素数1から5のアルコキシ、または少なくとも1つの水素がハロゲンで置き換えられた炭素数1から5のアルキルで置き換えられてもよい。
少なくとも1つの水素がハロゲンで置き換えられた1,4−フェニレンの好ましい例は、2−フルオロ−1,4−フェニレン、2−クロロ−1,4−フェニレン、2,3−ジフルオロ−1,4−フェニレン、2−クロロ−3−フルオロ−1,4−フェニレン、2,5−ジフルオロ−1,4−フェニレン、2−クロロ−5−フルオロ−1,4−フェニレン、2−クロロ−6−フルオロ−1,4−フェニレン、または2,6−ジフルオロ−1,4−フェニレンである。少なくとも1つの水素がハロゲンで置き換えられた1,4−フェニレンのさらに好ましい例は、2−フルオロ−1,4−フェニレンまたは2,3−ジフルオロ−1,4−フェニレンである。
少なくとも1つの水素がハロゲンで置き換えられたナフタレン−2,6−ジイルの好ましい例は、1−フルオロ−ナフタレン−2,6−ジイルまたは3−フルオロ−ナフタレン−2,6−ジイルである。
環Aまたは環Aの好ましい例は、1,4−シクロヘキシレン、1,4−フェニレン、少なくとも1つの水素がフッ素または塩素で置き換えられた1,4−フェニレン、2-メチル−1,4−フェニレンおよびナフタレン−2,6−ジイルである。1,4−シクロへキシレンには、シスおよびトランスの立体配置が存在する。高い上限温度の観点から、トランス配置が好ましい。さらに好ましい例は、1,4−シクロヘキシレン、1,4−フェニレンまたは2−フルオロ−1,4−フェニレンである。最も好ましい例は、1,4−フェニレンまたは2−フルオロ−1,4−フェニレンである。
式(1)において、結合基Z、ZおよびZは独立して、単結合または炭素数1から10のアルキレンであり、このアルキレンにおいて、少なくとも1つの−CH−は、−O−で置き換えられてもよく、少なくとも1つの−CH−CH−は、−CH=CH−または−CH≡CH−で置き換えられてもよく、これらの基において少なくとも1つの水素は、フッ素で置き換えられてもよい。
、ZまたはZの好ましい例は、単結合、炭素数1から5のアルキレン、−OCH−、または−CHO−である。さらに好ましい例は、単結合である。
式(1)において、nは、0、1、または2である。nの好ましい例は、0または1である。好ましい例は、1または2でもある。さらに好ましい例は、0である。さらに好ましい例は、1でもある。
上記の好ましい例を参照しながら、置換基R、環A、結合基Zの組み合わせを適切に選択することによって、目的とする物性を有する化合物(1)を得ることができる。化合物(1)の好ましい例は、化合物(1−1)である。
Figure 2015076077

化合物(1−1)において、環Aおよび環Aは独立して、1,4−シクロヘキシレン、1,4−フェニレン、2−フルオロ−1,4−フェニレン、または2,3−ジフルオロ−1,4−フェニレンであり;nは0または1である。この化合物は、2位と6位に4つのメチル基で置換されたピペリジン環を有することを特徴とする。これらのメチル基のあいだに位置するアミノ基(NH)は、立体的な障害をうけるので、反応性が制御されることになる。従って、化合物(1)は、液晶性化合物の光反応によって生成した分解生成物をトラップするのには適している。
化合物(1)のさらに好ましい例は、化合物(1−1−1)、化合物(1−1−2)または化合物(1−1−3)である。
Figure 2015076077
化合物(1)の合成
化合物(1)の合成法について説明する。化合物(1)は、2,2,6,6−テトラアルキルピペリジン−4−オンを出発物に用い、炭素−炭素結合の生成反応を繰り返すことによって合成することができる。合成の手順は、実施例の項に記載した。炭素−炭素結合の生成反応や官能基の変換反応は、「オーガニック・シンセシス」(Organic Syntheses, John Wiley & Sons, Inc.)、「オーガニック・リアクションズ」(Organic Reactions, John Wiley & Sons, Inc.)、「コンプリヘンシブ・オーガニック・シンセシス」(Comprehensive Organic Synthesis, Pergamon Press)、「新実験化学講座」(丸善)などの成書に記載されている。
2.液晶組成物
本発明の液晶組成物は、化合物(1)を成分Aとして含む。化合物(1)は、液晶組成物が光や熱によって分解されるのを防止するのに適している。この組成物は、化合物(1)を成分Aとして含み、下に示す成分B、CおよびDから選択された化合物をさらに含むことが好ましい。成分Bは、化合物(2)〜(4)である。成分Cは化合物(5)〜(7)である。成分Dは、化合物(8)である。この組成物を調製するときには、正または負の誘電率異方性、誘電率異方性の大きさなどを考慮して成分B、CおよびDを選択することが好ましい。成分を適切に選択した組成物は、高い上限温度、低い下限温度、小さな粘度、適切な光学異方性(すなわち、大きな光学異方性または小さな光学異方性)、正または負に大きな誘電率異方性、および適切な弾性定数(すなわち、大きな弾性定数または小さな弾性定数)を有する。
化合物(1)の好ましい割合は、紫外線に対して高い安定性を維持するために、液晶組成物の重量に基づいて約0.01重量%以上であり、液晶組成物へ溶解させるために約5重量%以下である。さらに好ましい割合は約0.05重量%から約2重量%の範囲である。最も好ましい割合は、約0.05重量%から約1重量%の範囲である。
成分Bは、2つの末端基がアルキルなどである化合物である。成分Bの好ましい例として、化合物(2−1)〜(2−11)、化合物(3−1)〜(3−19)、および化合物(4−1)〜(4−7)を挙げることができる。成分Bの化合物において、R11およびR12の定義は、項7記載の式(2)〜(4)の定義と同一である。
Figure 2015076077
成分Bは、誘電率異方性の絶対値が小さいので、中性に近い化合物である。化合物(2)は、主として粘度の調整または光学異方性の調整に効果がある。化合物(3)および(4)は、上限温度を高くすることによってネマチック相の温度範囲を広げる効果、または光学異方性の調整に効果がある。
成分Bの含有量を増加させるにつれて組成物の粘度が小さくなるが、誘電率異方性が小さくなる。そこで、素子のしきい値電圧の要求値を満たす限り、含有量は多いほうが好ましい。したがって、IPS、VAなどのモード用の組成物を調製する場合には、成分Bの含有量は、液晶組成物の重量に基づいて、好ましくは30重量%以上、さらに好ましくは40重量%以上である。
成分Cは、右末端にハロゲンまたはフッ素含有基を有する化合物である。成分Cの好ましい例として、化合物(5−1)〜(5−16)、化合物(6−1)〜(6−113)、化合物(7−1)〜(7−57)を挙げることができる。成分Cの化合物において、R13およびX11の定義は、項8記載の式(5)〜(7)の定義と同一である。
Figure 2015076077
Figure 2015076077
Figure 2015076077
Figure 2015076077
Figure 2015076077
Figure 2015076077
成分Cは、誘電率異方性が正であり、熱、光などに対する安定性が非常に優れているので、IPS、FFS、OCBなどのモード用の組成物を調製する場合に用いられる。成分Cの含有量は、液晶組成物の重量に基づいて1重量%〜99重量%の範囲が適しており、好ましくは10重量%〜97重量%の範囲、さらに好ましくは40重量%〜95重量%の範囲である。成分Cを誘電率異方性が負である組成物に添加する場合、成分Cの含有量は液晶組成物の重量に基づいて30重量%以下が好ましい。成分Cを添加することにより、組成物の弾性定数を調整し、素子の電圧−透過率曲線を調整することが可能となる。
成分Dは、右末端基が−C≡Nまたは−C≡C−C≡Nである化合物(8)である。成分Dの好ましい例として、化合物(8−1)〜(8−64)を挙げることができる。成分Dの化合物において、R14およびX12の定義は、項9記載の式(8)の定義と同一である。
Figure 2015076077
Figure 2015076077
成分Dは、誘電率異方性が正であり、その値が大きいので、TNなどのモード用の組成物を調製する場合に主として用いられる。この成分Dを添加することにより、組成物の誘電率異方性を大きくすることができる。成分Dは、液晶相の温度範囲を広げる、粘度を調整する、または光学異方性を調整する、という効果がある。成分Dは、素子の電圧−透過率曲線の調整にも有用である。
TNなどのモード用の組成物を調製する場合には、成分Dの含有量は、液晶組成物の重量に基づいて1重量%〜99重量%の範囲が適しており、好ましくは10重量%〜97重量%の範囲、さらに好ましくは40重量%〜95重量%の範囲である。成分Dを誘電率異方性が負である組成物に添加する場合、成分Dの含有量は液晶組成物の重量に基づいて30重量%以下が好ましい。成分Dを添加することにより、組成物の弾性定数を調整し、素子の電圧−透過率曲線を調整することが可能となる。
以上に述べた成分B、CおよびDを適切に組み合わせることによって、高い上限温度、低い下限温度、小さな粘度、適切な光学異方性、大きな誘電率異方性、適切な弾性定数、大きな比抵抗などの物性の少なくとも1つを充足する液晶組成物を調製することができる。必要に応じて、成分B、CおよびDとは異なる成分を添加してもよい。そのような成分の例は、2,3−ジフルオロ−1,4−フェニレンを有する化合物である。この化合物は負の誘電率異方性を有する。このような化合物を誘電率異方性が正の組成物に添加することによって、組成物の弾性定数を調整し、素子の電圧−透過率曲線を調製することが可能となる。
このような成分の混合物に化合物(1)を添加することによって、光に対して安定な液晶組成物を調製することができる。液晶組成物の調製は、必要な成分を室温よりも高い温度で溶解させるなどの方法により行われる。用途に応じて、この組成物に添加物を添加してよい。添加物の例は、重合性化合物、重合開始剤、重合禁止剤、光学活性化合物、酸化防止剤、紫外線吸収剤、光安定剤、熱安定剤、消泡剤などである。このような添加物は当業者によく知られており、文献に記載されている。
重合性化合物は、液晶組成物中に重合体を生成させる目的で添加される。電極間に電圧を印加した状態で紫外線を照射して、重合性化合物を重合させることによって、液晶組成物の中に重合体を生成させる。この方法によって、適切なプレチルトが得られるので、応答時間が短縮され、画像の焼き付きが改善された液晶表示素子が得られる。重合性化合物の好ましい例は、アクリレート、メタクリレート、ビニル化合物、ビニルオキシ化合物、プロペニルエーテル、エポキシ化合物(オキシラン、オキセタン)、およびビニルケトンである。さらに好ましい例は、少なくとも1つのアクリロイルオキシを有する化合物および少なくとも1つのメタクリロイルオキシを有する化合物である。さらに好ましい例には、アクリロイルオキシとメタクリロイルオキシの両方を有する化合物も含まれる。
さらに好ましい例は、化合物(M−1)〜(M−12)である。化合物(M−1)〜(M−12)において、R25、R26およびR27は独立して、水素またはメチルであり;u、xおよびyは独立して、0または1であり;vおよびwは独立して、1から10の整数であり;L21、L22、L23、L24、L25、およびL26は独立して、水素またはフッ素である。
Figure 2015076077
重合性化合物は、重合開始剤を添加することによって、速やかに重合させることができる。反応温度を最適化することによって、残存する重合性化合物の量を減少させることができる。光ラジカル重合開始剤の例は、BASF社のダロキュアシリーズからTPO、1173および4265であり、イルガキュアシリーズから184、369、500、651、784、819、907、1300、1700、1800、1850、および2959である。
光ラジカル重合開始剤の追加例は、4−メトキシフェニル−2,4−ビス(トリクロロメチル)トリアジン、2−(4−ブトキシスチリル)−5−トリクロロメチル−1,3,4−オキサジアゾール、9−フェニルアクリジン、9,10−ベンズフェナジン、ベンゾフェノン/ミヒラーズケトン混合物、ヘキサアリールビイミダゾール/メルカプトベンズイミダゾール混合物、1−(4−イソプロピルフェニル)−2−ヒドロキシ−2−メチルプロパン−1−オン、ベンジルジメチルケタール、2−メチル−1−[4−(メチルチオ)フェニル]−2−モルホリノプロパン−1−オン、2,4−ジエチルキサントン/p−ジメチルアミノ安息香酸メチル混合物、ベンゾフェノン/メチルトリエタノールアミン混合物である。
液晶組成物に光ラジカル重合開始剤を添加したあと、電場を印加した状態で紫外線を照射することによって重合を行うことができる。しかし、未反応の重合開始剤または重合開始剤の分解生成物は、素子に画像の焼き付きなどの表示不良を引き起こすかもしれない。これを防ぐために重合開始剤を添加しないまま光重合を行ってもよい。照射する光の好ましい波長は150nm〜500nmの範囲である。さらに好ましい波長は250nm〜450nmの範囲であり、最も好ましい波長は300nm〜400nmの範囲である。
重合性化合物を保管するとき、重合を防止するために重合禁止剤を添加してもよい。重合性化合物は、通常は重合禁止剤を除去しないまま組成物に添加される。重合禁止剤の例は、ヒドロキノン、メチルヒドロキノンのようなヒドロキノン誘導体、4-tert-ブチルカテコール、4-メトキシフェノ−ル、フェノチアジンなどである。
光学活性化合物は、液晶分子にらせん構造を誘起して必要なねじれ角を与えることによって逆ねじれを防ぐ、という効果を有する。光学活性化合物を添加することによって、らせんピッチを調整することができる。らせんピッチの温度依存性を調整する目的で2つ以上の光学活性化合物を添加してもよい。光学活性化合物の好ましい例として、下記の化合物(Op−1)〜(Op−18)を挙げることができる。化合物(Op−18)において、環Jは1,4−シクロへキシレンまたは1,4−フェニレンであり、R28は炭素数1から10のアルキルである。
Figure 2015076077
酸化防止剤は、大きな電圧保持率を維持するために有効である。酸化防止剤の好ましい例として、下記の化合物(AO−1)および(AO−2);IRGANOX 415、IRGANOX 565、IRGANOX 1010、IRGANOX 1035、IRGANOX 3114、およびIRGANOX 1098(商品名:BASF社)を挙げることができる。紫外線吸収剤は、上限温度の低下を防ぐために有効である。紫外線吸収剤の好ましい例は、ベンゾフェノン誘導体、ベンゾエート誘導体、トリアゾール誘導体などである。具体例として下記の化合物(AO−3)および(AO−4);TINUVIN 329、TINUVIN P、TINUVIN 326、TINUVIN 234、TINUVIN 213、TINUVIN 400、TINUVIN 328、およびTINUVIN 99−2(商品名:BASF社);および1,4−ジアザビシクロ[2.2.2]オクタン(DABCO)を挙げることができる。
立体障害のあるアミンのような光安定剤は、大きな電圧保持率を維持するために好ましい。光安定剤の好ましい例として、下記の化合物(AO−5)および(AO−6);TINUVIN 144、TINUVIN 765、およびTINUVIN 770DF(商品名:BASF社)を挙げることができる。さらに好ましい光安定剤は化合物(1)である。熱安定剤も大きな電圧保持率を維持するために有効であり、好ましい例としてIRGAFOS 168(商品名:BASF社)を挙げることができる。消泡剤は、泡立ちを防ぐために有効である。消泡剤の好ましい例は、ジメチルシリコーンオイル、メチルフェニルシリコーンオイルなどである。
Figure 2015076077
化合物(AO−1)において、R29は炭素数1からから20のアルキル、炭素数1から20のアルコキシ、−COOR32、または−CHCHCOOR32であり、ここでR32は炭素数1から20のアルキルである。化合物(AO−2)および(AO−5)において、R30は炭素数1から20のアルキルである。化合物(AO−5)において、R31は水素、メチルまたはO(酸素ラジカル)であり、環Kおよび環Lは1,4−シクロへキシレンまたは1,4−フェニレンであり、xは0、1または2である。
3.液晶表示素子
液晶組成物は、PC、TN、STN、OCB、PSAなどの動作モードを有し、アクティブマトリックス(AM方式)で駆動する液晶表示素子に使用できる。この組成物は、PC、TN、STN、OCB、VA、IPSなど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。これらのAM方式およびPM方式の素子は、反射型、透過型、半透過型のいずれのタイプにも適用ができる。
この組成物は、ネマチック液晶をマイクロカプセル化して作製したNCAP(nematic curvilinear aligned phase)素子、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ー分散型液晶表示素子(PDLCD)、ポリマーネットワーク液晶表示素子(PNLCD)にも使用できる。重合性化合物の添加量が液晶組成物の重量に基づいて0.1重量%から2重量%の範囲であるとき、PSAモードの液晶表示素子が作製される。PSAモードの素子は、アクティブマトリックス、パッシブマトリクスのような駆動方式で駆動させることができる。このような素子は、反射型、透過型、半透過型のいずれのタイプにも適用ができる。重合性化合物の添加量を増やすことによって、高分子分散(polymer dispersed)モードの素子も作製することができる。
実施例により本発明をさらに詳しく説明する。本発明はこれらの実施例によっては制限されない。
1.化合物(1)の実施例
化合物(1)は、実施例に示す手順により合成した。特に記載のないかぎり、反応は窒素雰囲気下で行った。化合物(1)は、実施例1などに示した手順により合成した。合成した化合物は、NMR分析などの方法により同定した。化合物の物性は、下記に記載した方法により測定した。
NMR分析
測定には、ブルカーバイオスピン社製のDRX−500を用いた。H−NMRの測定では、試料をCDClなどの重水素化溶媒に溶解させ、室温で、500MHz、積算回数16回の条件で測定した。テトラメチルシランを内部標準として用いた。19F−NMRの測定では、CFClを内部標準として用い、積算回数24回で行った。核磁気共鳴スペクトルの説明において、sはシングレット、dはダブレット、tはトリプレット、qはカルテット、quinはクインテット、sexはセクステット、mはマルチプレット、brはブロードであることを意味する。
GC分析
測定には、島津製作所製のGC−2010型ガスクロマトグラフを用いた。カラムは、Agilent Technologies Inc.製のキャピラリカラムDB−1(長さ60m、内径0.25mm、膜厚0.25μm)を用いた。キャリアーガスとしてはヘリウムを用い、流量は1ml/分に調整した。試料気化室の温度を300℃、検出器(FID)部分の温度を300℃に設定した。試料はアセトンに溶解して、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。記録計には島津製作所製のGCSolutionシステムなどを用いた。
HPLC分析
測定には、島津製作所製のProminence(LC−20AD;SPD−20A)を用いた。カラムはワイエムシー製のYMC−Pack ODS−A(長さ150mm、内径4.6mm、粒子径5μm)を用いた。溶出液はアセトニトリルと水を適宜混合して用いた。検出器としてはUV検出器、RI検出器、CORONA検出器などを適宜用いた。UV検出器を用いた場合、検出波長は254nmとした。試料はアセトニトリルに溶解して、0.1重量%の溶液となるように調製し、この溶液1μLを試料室に導入した。記録計としては島津製作所製のC−R7Aplusを用いた。
紫外可視分光分析
測定には、島津製作所製のPharmaSpec UV−1700用いた。検出波長は190nmから700nmとした。試料はアセトニトリルに溶解して、0.01mmol/Lの溶液となるように調製し、石英セル(光路長1cm)に入れて測定した。
測定試料
相構造および転移温度(透明点、融点、重合開始温度など)を測定するときには、化合物そのものを試料として用いた。ネマチック相の上限温度、粘度、光学異方性、誘電率異方性などの物性を測定するときには、化合物と母液晶との混合物を試料として用いた。
測定方法
物性の測定は下記の方法で行った。これらの多くは、社団法人電子情報技術産業協会(JEITA;Japan Electronics and Information Technology Industries Association)で審議制定されるJEITA規格(JEITA・ED−2521B)に記載された方法、またはこれを修飾した方法であった。測定に用いたTN素子には、薄膜トランジスター(TFT)を取り付けなかった。
(1) 相構造
偏光顕微鏡を備えた融点測定装置のホットプレート(メトラー社FP−52型ホットステージ)に試料を置き、3℃/分の速度で加熱しながら相状態とその変化を偏光顕微鏡で観察し、相の種類を特定した。
(2) 転移温度(℃)
測定には、パーキンエルマー社製の走査熱量計、Diamond DSCシステムまたはエスエスアイ・ナノテクノロジー社製の高感度示差走査熱量計、X−DSC7000を用いた。試料は、3℃/分の速度で昇降温し、試料の相変化に伴う吸熱ピークまたは発熱ピークの開始点を外挿により求め、転移温度を決定した。化合物の融点、重合開始温度もこの装置を使って測定した。化合物が固体からスメクチック相、ネマチック相などの液晶相に転移する温度を「液晶相の下限温度」と略すことがある。化合物が液晶相から液体に転移する温度を「透明点」と略すことがある。
結晶はCと表した。結晶の種類の区別がつく場合は、それぞれをC、Cのように表した。スメクチック相はS、ネマチック相はNと表した。スメクチック相の中で、スメクチックA相、スメクチックB相、スメクチックC相、またはスメクチックF相の区別がつく場合は、それぞれS、S、S、またはSと表した。液体(アイソトロピック)はIと表した。転移温度は、例えば、「C 50.0 N 100.0 I」のように表記した。これは、結晶からネマチック相への転移温度が50.0℃であり、ネマチック相から液体への転移温度が100.0℃であることを示す。
(3) ネマチック相の上限温度(TNIまたはNI;℃)
偏光顕微鏡を備えた融点測定装置のホットプレートに試料を置き、1℃/分の速度で加熱した。試料の一部がネマチック相から等方性液体に変化したときの温度を測定した。ネマチック相の上限温度を「上限温度」と略すことがある。試料が化合物(1)と母液晶との混合物であるときは、TNIの記号で示した。試料が化合物(1)と成分B、C、Dのような化合物との混合物であるときは、NIの記号で示した。
(4) ネマチック相の下限温度(T;℃)
ネマチック相を有する試料を0℃、−10℃、−20℃、−30℃、および−40℃のフリーザー中に10日間保管したあと、液晶相を観察した。例えば、試料が−20℃ではネマチック相のままであり、−30℃では結晶またはスメクチック相に変化したとき、Tを≦−20℃と記載した。ネマチック相の下限温度を「下限温度」と略すことがある。
(5) 粘度(バルク粘度;η;20℃で測定;mPa・s)
測定には、東京計器株式会社製のE型回転粘度計を用いた。
(6) 光学異方性(屈折率異方性;25℃で測定;Δn)
測定は、波長589nmの光を用い、接眼鏡に偏光板を取り付けたアッベ屈折計により行なった。主プリズムの表面を一方向にラビングしたあと、試料を主プリズムに滴下した。屈折率(n‖)は偏光の方向がラビングの方向と平行であるときに測定した。屈折率(n⊥)は偏光の方向がラビングの方向と垂直であるときに測定した。光学異方性(Δn)の値は、Δn=n‖−n⊥、の式から計算した。
(7) 比抵抗(ρ;25℃で測定;Ωcm)
電極を備えた容器に試料1.0mLを注入した。この容器に直流電圧(10V)を印加し、10秒後の直流電流を測定した。比抵抗は次の式から算出した。(比抵抗)={(電圧)×(容器の電気容量)}/{(直流電流)×(真空の誘電率)}。
(8) 電圧保持率(VHR−1;25℃で測定;%)
測定に用いたTN素子はポリイミド配向膜を有し、そして2枚のガラス基板の間隔(セルギャップ)は5μmであった。この素子は試料を入れたあと紫外線で硬化する接着剤で密閉した。この素子にパルス電圧(5Vで60マイクロ秒)を印加して充電した。減衰する電圧を高速電圧計で16.7ミリ秒のあいだ測定し、単位周期における電圧曲線と横軸との間の面積Aを求めた。面積Bは減衰しなかったときの面積であった。電圧保持率は面積Bに対する面積Aの百分率で表した。
(9) 電圧保持率(VHR−2;80℃で測定;%)
25℃の代わりに、80℃で測定した以外は、上記と同じ手順で電圧保持率を測定した。得られた結果をVHR−2の記号で示した。
誘電率異方性が正の試料と負の試料とでは、物性の測定法が異なることがある。誘電率異方性が正であるときの測定法を、項(10)〜(14)に記載した。
(10) 粘度(回転粘度;γ1;25℃で測定;mPa・s)
測定はM. Imai et al., Molecular Crystals and Liquid Crystals, Vol. 259, 37 (1995) に記載された方法に従った。ツイスト角が0度であり、そして2枚のガラス基板の間隔(セルギャップ)が5μmであるTN素子に試料を入れた。この素子に16Vから19.5Vの範囲で0.5V毎に段階的に印加した。0.2秒の無印加のあと、ただ1つの矩形波(矩形パルス;0.2秒)と無印加(2秒)の条件で印加を繰り返した。この印加によって発生した過渡電流(transient current)のピーク電流(peak current)とピーク時間(peak time)を測定した。これらの測定値とM. Imaiらの論文、40頁の計算式(8)とから回転粘度の値を得た。この計算で必要な誘電率異方性の値は、この回転粘度を測定した素子を用い、下に記載した方法で求めた。
(11) 誘電率異方性(Δε;25℃で測定)
2枚のガラス基板の間隔(セルギャップ)が9μmであり、そしてツイスト角が80度であるTN素子に試料を入れた。この素子にサイン波(10V、1kHz)を印加し、2秒後に液晶分子の長軸方向における誘電率(ε‖)を測定した。この素子にサイン波(0.5V、1kHz)を印加し、2秒後に液晶分子の短軸方向における誘電率(ε⊥)を測定した。誘電率異方性の値は、Δε=ε‖−ε⊥、の式から計算した。
(12) 弾性定数(K;25℃で測定;pN)
測定には横河・ヒューレットパッカード株式会社製のHP4284A型LCRメータを用いた。2枚のガラス基板の間隔(セルギャップ)が20μmである水平配向素子に試料を入れた。この素子に0ボルトから20ボルト電荷を印加し、静電容量および印加電圧を測定した。測定した静電容量(C)と印加電圧(V)の値を「液晶デバイスハンドブックク」(日刊工業新聞社)、75頁にある式(2.98)、式(2.101)を用いてフィッティングし、式(2.99)からK11およびK33の値を得た。次に171頁にある式(3.18)に、先ほど求めたK11およびK33の値を用いてK22を算出した。弾性定数Kは、このようにして求めたK11、K22およびK33の平均値で表した。
(13) しきい値電圧(Vth;25℃で測定;V)
測定には大塚電子株式会社製のLCD5100型輝度計を用いた。光源はハロゲンランプであった。2枚のガラス基板の間隔(セルギャップ)が0.45/Δn(μm)であり、ツイスト角が80度であるノーマリーホワイトモード(normally white mode)のTN素子に試料を入れた。この素子に印加する電圧(32Hz、矩形波)は0Vから10Vまで0.02Vずつ段階的に増加させた。この際に、素子に垂直方向から光を照射し、素子を透過した光量を測定した。この光量が最大になったときが透過率100%であり、この光量が最小であったときが透過率0%である電圧−透過率曲線を作成した。しきい値電圧は透過率が90%になったときの電圧で表した。
(14) 応答時間(τ;25℃で測定;ms)
測定には大塚電子株式会社製のLCD5100型輝度計を用いた。光源はハロゲンランプであった。ローパス・フィルター(Low-pass filter)は5kHzに設定した。2枚のガラス基板の間隔(セルギャップ)が5.0μmであり、ツイスト角が80度であるノーマリーホワイトモード(normally white mode)のTN素子に試料を入れた。この素子に矩形波(60Hz、5V、0.5秒)を印加した。この際に、素子に垂直方向から光を照射し、素子を透過した光量を測定した。この光量が最大になったときが透過率100%であり、この光量が最小であったときが透過率0%であるとみなした。立ち上がり時間(τr:rise time;ミリ秒)は、透過率が90%から10%に変化するのに要した時間である。立ち下がり時間(τf:fall time;ミリ秒)は透過率10%から90%に変化するのに要した時間である。応答時間は、このようにして求めた立ち上がり時間と立ち下がり時間との和で表した。
[実施例1]
1,4−ビス(2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−4−イル)ベンゼン(No.1)の合成
Figure 2015076077

第一工程:
2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−4−オン(2.00g,12.88mmol)、ブロモメチルベンゼン(2.64g,15,43mmol)および炭酸カリウム(3.56g,25.77mmol)の混合物をDMF中70℃で8時間加熱攪拌した。反応混合物を水に注ぎトルエンで抽出した。合わせた有機層を、1N−塩酸水溶液、水、飽和食塩水で洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥した。溶媒を留去し、1−ベンジル−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−4−オン(2.53g,収率80.1%)を得た。
第二工程:
マグネシウム(0.15g,6.25mmol)のTHF懸濁液に、1,4−ジブロモベンゼン(1.34g,5.68mmol)のTHF溶液を50℃以下に液温を保ちながらゆっくり滴下した。得られたグリニャール試薬を氷浴で冷やし、第一工程で得られた1−ベンジル−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−4−オン(2.53g,10.31mmol)のTHF溶液を10℃以下に液温を保ちながらゆっくり滴下した。反応混合物を室温で1時間攪拌したのち、塩化アンモニウム水溶液でクエンチし、トルエンで抽出した。合わせた有機層を水、飽和食塩水で洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥し、溶媒を留去した。残渣をシリカゲルクロマトグラフィーで精製し、4,4’−(1,4−フェニレン)ビス(1−ベンジル−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−4−オール)(4.63g,7.89mmol)を得た。
第三工程:
第二工程で得られた4,4’−(1,4−フェニレン)ビス(1−ベンジル−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−4−オール)(4.63g,7.89mmol)、p−トルエンスルホン酸水和物(0.046g,0.24mmol)およびトルエンをDean−starkコンデンサーを装着した反応器に入れ、3時間還流した。反応混合物を飽和炭酸水素ナトリウム水溶液、水、飽和食塩水で洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥し、溶媒を留去した。残渣をシリカゲルクロマトグラフィーで精製し、1,4−ビス(1−ベンジル−2,2,6,6−テトラメチル−1,2,3,6−テトラヒドロピリジン−4−イル)ベンゼン(3.62g,収率86.1%)を得た。
第四工程:
第三工程で得られた1,4−ビス(1−ベンジル−2,2,6,6−テトラメチル−1,2,3,6−テトラヒドロピリジン−4−イル)ベンゼン(3.62g,6.79mmol)および5%水酸化パラジウム/炭素(0.11g,3wt%)の混合物をトルエン−イソプロピルアルコールの混合溶媒中、水素雰囲気下で18時間攪拌した。反応混合物をろ過し、ろ液の溶媒を留去した。残渣をシリカゲルクロマトグラフィーおよび再結晶で精製し、1,4−ビス(2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−4−イル)ベンゼン(1.34g,収率56%)を得た。
H−NMR(CDCl;δppm):7.17(s,4H)、3.00(tt,2H)、1.77(dd,4H)、1.71−1.59(br,1H)、1.31−1.23(m,16H)、1.15(s,12H)、0.78−0.67(br,1H).
[実施例2]
4,4−(3−フルオロ−[1,1’−ビフェニル]−4,4’−ジイル)ビス(2,2,6,6−テトラメチルピペリジン)(No.23)の合成
Figure 2015076077
第一工程:
1−ブロモ−4−クロロベンゼン(10.0g,52.2mmol)のTHF溶液にn−ブチルリチウム(1.61mol/l,35.7ml,57.5mmol)を−60℃以下に液温を保ちながら滴下した。同温度で1時間攪拌した後、1−ベンジル−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−4−オン(14.1g,57.46mmol)のTHF溶液を滴下した。反応混合物を室温まで戻し、塩化アンモニウム水溶液でクエンチし、トルエンで抽出した。合わせた有機層を水、飽和食塩水で洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥し、溶媒を留去した。残渣をシリカゲルクロマトグラフィーで精製し、1−ベンジル−4−(4−クロロフェニル)−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−4−オール(15.5g,収率82.9%)を得た。
第二工程:
第一工程で得られた1−ベンジル−4−(4−クロロフェニル)−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−4−オール(15.5g,43.3mmol)、p−トルエンスルホン酸水和物(0.16g,0.84mmol)およびトルエンを、Dean−starkコンデンサーを装着した反応器に入れ、3時間還流した。反応混合物を飽和炭酸水素ナトリウム水溶液、水、飽和食塩水で洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥し、溶媒を留去した。残渣をシリカゲルクロマトグラフィーで精製し、1−ベンジル−4−(4−クロロフェニル)−2,2,6,6−テトラメチル−1,2,3,6−テトラヒドロピリジン(12.8g,収率86.9%)を得た。
第三工程:
第二工程で得られた1−ベンジル−4−(4−クロロフェニル)−2,2,6,6−テトラメチル−1,2,3,6−テトラヒドロピリジン(12.8g,37.7mmol)、(3−フルオロフェニル)ボロン酸(5.8g,41.5mmol)、ビス(ジ−tert−ブチル(4−ジメチルアミノフェニル)ホスフィン)ジクロロパラジウム(II)(PdCl(amphos);53.3mg,75.4μmol)、炭酸カリウム(7.81g,56.5mmol)およびテトラブチルアンモニウムブロミド(2.43g,7.54mmol)の混合物を、トルエン−エタノール−水の混合溶媒中、3時間還流した。有機層を水、飽和食塩水で洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥し、溶媒を留去した。残渣をシリカゲルクロマトグラフィーで精製し、1−ベンジル−4−(3’−フルオロ[1,1’−ビフェニル]−4−イル)−2,2,6,6−テトラメチル−1,2,3,6−テトラヒドロピリジン(14.0g,収率93.0%)を得た。
第四工程:
第三工程で得られた1−ベンジル−4−(3’−フルオロ[1,1’−ビフェニル]−4−イル)−2,2,6,6−テトラメチル−1,2,3,6−テトラヒドロピリジン(14.0g,35.0mmol)のTHF溶液にsec−ブチルリチウム(1.01mol/l,38.1ml,38.5mmol)を−60℃以下に液温を保ちながら滴下した。同温度で1時間攪拌した後、1−ベンジル−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−4−オン(8.60g,35.1mmol)のTHF溶液を滴下した。反応混合物を室温まで戻し、塩化アンモニウム水溶液でクエンチし、トルエンで抽出した。合わせた有機層を水、飽和食塩水で洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥し、溶媒を留去した。残渣をシリカゲルクロマトグラフィーで精製し、1−ベンジル−4−(4’−(1−ベンジル−2,2,6,6−テトラメチル−1,2,3,6−テトラヒドロピリジン−4−イル)−3−フルオロ−[1,1’−ビフェニル]−4−イル)−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン(13.6g,収率60.2%)を得た。
第五工程:
第四工程で得られた1−ベンジル−4−(4’−(1−ベンジル−2,2,6,6−テトラメチル−1,2,3,6−テトラヒドロピリジン−4−イル)−3−フルオロ−[1,1’−ビフェニル]−4−イル)−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン(13.6g,21.1mmol)、p−トルエンスルホン酸水和物(0.14g,0.74mmol)、およびトルエンを、Dean−starkコンデンサーを装着した反応器に入れ、3時間還流した。反応混合物を飽和炭酸水素ナトリウム水溶液、水、飽和食塩水で洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥し、溶媒を留去した。残渣をシリカゲルクロマトグラフィーで精製し、4,4−(3−フルオロ−[1,1’−ビフェニル]−4,4’−ジイル)ビス(1−ベンジル−2,2,6,6−テトラメチル−1,2,3,6−テトラヒドロピリジン)(9.5g,収率71.9%)を得た。
第六工程:
第五工程で得られた4,4−(3−フルオロ−[1,1’−ビフェニル]−4,4’−ジイル)ビス(1−ベンジル−2,2,6,6−テトラメチル−1,2,3,6−テトラヒドロピリジン)(5.0g,7.98mmol)および5%水酸化パラジウム/炭素(0.15g,3wt%)の混合物をトルエン−イソプロピルアルコールの混合溶媒中、水素雰囲気下で18時間攪拌した。反応混合物をろ過し、ろ液の溶媒を留去した。残渣をシリカゲルクロマトグラフィーおよび再結晶で精製し、4,4’−(3−フルオロ−[1,1’−ビフェニル]−4,4’−ジイル)ビス(2,2,6,6−テトラメチルピペリジン)(1.6g,収率44.9%)を得た。
H−NMR(CDCl;δppm):7.56−7.52(m,2H)、7.37−7.25(m,5H)、3.47(tt,1H)、3.09(tt,1H)、1.86−1.78(m,4H)、1.40−1.30(m,17H)、1.20(s,12H)、0.83−0.68(br,1H).
[実施例3]
4,4’−ビス(2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−4−イル)−1,1’−ビフェニル(No.22)の合成
Figure 2015076077
第一工程:
マグネシウム(1.64g,67.3mmol)のTHF懸濁液に、4,4’−ジブロモ−1,1’−ビフェニル(10.0g,32.0mmol)のTHF溶液を50℃以下に液温を保ちながらゆっくり滴下した。得られたグリニャール試薬を氷浴で冷やし、1−ベンジル−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−4−オン(16.5g,67.3mmol)のTHF溶液を滴下した。反応混合物を室温で1時間攪拌したのち、塩化アンモニウム水溶液でクエンチし、トルエンで抽出した。合わせた有機層を水、飽和食塩水で洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥し、溶媒を留去した。残渣をシリカゲルクロマトグラフィーで精製し、4,4’−([1,1’−ビフェニル]−4,4’−ジイル)ビス(1−ベンジル−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−4−オール)(14.9g,収率72.6%)を得た。
第二工程:
第一工程で得られた4,4’−([1,1’−ビフェニル]−4,4’−ジイル)ビス(1−ベンジル−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−4−オール)(14.9g,23.1mmol)、p−トルエンスルホン酸水和物(0.044g,0.23mmol)およびトルエンをDean−starkコンデンサーを装着した反応器に入れ、3時間還流した。反応混合物を飽和炭酸水素ナトリウム水溶液、水、飽和食塩水で洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥し、溶媒を留去した。残渣をシリカゲルクロマトグラフィーで精製し、4,4’−ビス(1−ベンジル−2,2,6,6−テトラメチル−1,2,3,6−テトラヒドロピリジン−4−イル)−1,1’−ビフェニル(11.4g,収率81.0%)を得た。
第三工程:
第二工程で得られた1,4−ビス(1−ベンジル−2,2,6,6−テトラメチル−1,2,3,6−テトラヒドロピリジン−4−イル)ベンゼン(11.4g,18.7mmol)および5%水酸化パラジウム/炭素(0.34g,3wt%)の混合物をトルエン−イソプロピルアルコールの混合溶媒中、水素雰囲気下で18時間攪拌した。反応混合物をろ過し、ろ液の溶媒を留去した。残渣をシリカゲルクロマトグラフィーおよび再結晶で精製し、4,4’−ビス(2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−4−イル)−1,1’−ビフェニル(4.5g,収率56%)を得た。
H−NMR(CDCl;δppm):7.53(dd,4H)、7.29(dd,4H)、3.07(tt,2H)、1.81(dd,4H)、1.36−1.26(m,17H)、1.17(s,12H)、0.95−0.50(br,1H).
[実施例4]
1,4−ビス((2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−4−イル)メトキシ)ベンゼン(No.9)の合成
Figure 2015076077
第一工程:
(メトキシメチル)トリフェニルホスホニウム クロライド(400g,1.17mol)のTHF懸濁液に、0℃でカリウムt−ブトキシド(142g,1.25mol)を加えた。反応混合物を0℃で1時間攪拌した後、2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−4−オン(120g,0.77mol)のTHF溶液を0℃で滴下した。反応混合物を5℃で2時間攪拌したのち、水を加えクエンチした。メチルt−ブチルエーテルで抽出した。合わせた有機層を濃縮した。得られた残渣をヘキサンで抽出した。ヘキサンを濃縮し、4−(メトキシメチレン)−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン(141g,収率99.9%)を得た。
第二工程:
第一工程で得られた4−(メトキシメチレン)−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン(141g,0.77mol),30%塩酸(200ml)の混合物をジクロロメタン中、35℃で5時間攪拌した。水酸化ナトリウム水溶液を加えアルカリ性(PH=9−10)にし、ジクロロメタンで抽出した。合わせた有機層を水で洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥し、溶媒を留去し、2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−4−カルボアルデヒド(113g,86.7%)を得た。
第三工程:
水素化ホウ素ナトリウム(27g,0.71mol)のエタノール溶液に、第二工程で得られた2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−4−カルボアルデヒド(113g,0.67mol)のエタノール溶液を室温で加え、終夜攪拌した。反応液にアセトンおよび水を加えクエンチし、酢酸エチルで抽出した。合わせた有機層を水で洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥し、溶媒を留去した。残渣をヘキサンで洗浄し、(2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−4−イル)メタノール(90g,78.4%)を得た。
第四工程:
トリフェニルホスフィン(276g,1.05mol)のジクロロメタン溶液に−20℃で臭素(168g,1.05mol)を滴下した。−10℃で30分攪拌後、第三工程で得られた(2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−4−イル)メタノール(90g,0.53mol)のジクロロメタン溶液を−10℃で滴下した。反応液を室温まで温め、1時間攪拌し、亜硫酸ナトリウムでクエンチした。水を加え、ジクロロメタンで抽出した。合わせた有機層を水で洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥し、溶媒を留去した。得られた残渣をヘキサンで抽出した。抽出液を濃縮し、アルミナカラムで精製することで、4−(ブロモメチル)−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン(110g,収率88.6%)を得た。
第五工程:
水酸化ナトリウム(5g,125mmol)、ヒドロキノン(6g,54.5mmol)の混合物をDMF中110℃で1時間攪拌した。反応混合物に、第四工程で得られた4−(ブロモメチル)−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン(32g,137mmol)のDMF溶液を加え、110℃で2時間攪拌した。水を加え、ヘキサンで抽出した。合わせた有機層を水で洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥し、溶媒を留去した。残渣をアルミナカラムで精製し、1,4−ビス((2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−4−イル)メトキシ)ベンゼン(16g,70.5%)を得た。
H−NMR(CDCl;δppm):6.83(s,4H)、3.72(d,4H)、2.29(ttt,2H)、1.76(dd,4H)、1.70−1.53(br,2H)、1.23(s,12H)、1.13(s,12H)、0.90(dd,4H).
実施例1から4に記載した合成法に準じて、以下の化合物(No.1)〜(No.44)などを合成できる。
Figure 2015076077

Figure 2015076077
2.液晶組成物の実施例
実施例により本発明の液晶組成物を詳細に説明する。本発明はこれらの実施例によっては制限されない。本発明は、実施例5の組成物と実施例6の組成物との混合物を含む。本発明は、実施例の組成物の少なくとも2つを混合した混合物をも含む。実施例における化合物は、下記の表1の定義に基づいて記号により表した。表1において、1,4−シクロヘキシレンに関する立体配置はトランスである。実施例において記号の後にあるかっこ内の番号は化合物の番号に対応する。(−)の記号はその他の液晶性化合物を意味する。液晶性化合物の含有量(百分率)は、液晶組成物の重量に基づいた重量百分率(重量%)である。最後に、液晶組成物の物性値をまとめた。物性は、先に記載した方法にしたがって測定し、測定値を(外挿することなく)そのまま記載した。
Figure 2015076077
[実施例5]
下記の母液晶Mを調製した。
3−HH−V (2−1) 30%
3−HH−V1 (2−1) 5%
3−HB−O1 (2−5) 2%
3−HB−1 (2−5) 3%
4−GHB(F,F)−F (6−109) 6%
3−HHXB(F,F)−F (6−100) 10%
2−HHBB(F,F)−F (7−6) 4%
3−HHBB(F,F)−F (7−6) 7%
4−HHBB(F,F)−F (7−6) 5%
5−HHBB(F,F)−F (7−6) 4%
4−BB(F)B(F,F)XB(F,F)−F
(7−47) 10%
5−BB(F)B(F,F)XB(F,F)−F
(7−47) 7%
4−GB(F)B(F,F)XB(F,F)−F
(7−57) 7%
母液晶Mの特性は、次のとおりであった。NI=109.8℃;Δn=0.109;Δε=11.2;γ1=114.6mPa・s.
光分解生成物の測定
母液晶M(3mg)に光安定剤を添加しないまま、80℃で10分間、紫外線(30mW/cm2)を照射した。光反応によって生成した不純物(分解生成物)の量をガスクロマトグラフィーで測定した。生成量は4.17%であった。次に、母液晶Mに本発明の化合物(No.1)を1000ppmの割合で添加し、組成物(X−1)を得た。この組成物(3mg)に、同一の条件で紫外線を照射した。不純物の生成量は3.29%であった。化合物(No.1)を添加することによって生成量が4.17%から3.29%に減少した。光安定剤を添加しなかったときの生成量を100とすると、化合物(No.1)を添加することによって、生成量の割合は79に減少したことになる。(表2を参照)。この結果から、化合物(No.1)は、紫外線による母液晶の光分解を防止する効果があることが分かった。
〔比較実験1〕
比較の化合物として、ADEKA製のLA−77およびビス(2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−4−イル) テレフタレ−トを選んだ。これらの化合物は、エステル結合を有する点で本発明の化合物とは異なる。まず、ADEKA製のLA−77(1000ppm)を母液晶Mに添加し、組成物(X−2)を得た。この組成物(3mg)に同一の条件で紫外線を照射した。不純物の生成量は3.58%であった。生成量の割合は、86(表2を参照)であるから、光分解を防止する効果があることが分かった。しかしながら、その効果の程度は、化合物(No.1)の79には及ばなかった。次に、ビス(2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−4−イル) テレフタレ−ト(1000ppm)を母液晶Mに添加して組成物(X−3)を得た。この組成物(3mg)に同一の条件で紫外線を照射した。不純物の生成量は3.64%であった。不純物の生成量の割合は87であり、組成物(X−2)と同程度であった。
以上の結果から、本発明の化合物は、液晶組成物の光分解を防ぐために、極めて有用であると結論できる。

Figure 2015076077
表2.紫外線の照射によって生成した不純物
Figure 2015076077
[実施例6]
実施例5と同様にして、母液晶Mに本発明の化合物(No.9)を2000ppmの割合で添加し、組成物(Y−1)を得た。この組成物(3mg)に、同一の条件で紫外線を照射した。不純物の生成量は2.06%であった。母液晶Mに化合物(No.22)を2000ppmの割合で添加し、組成物(Y−2)を得た。この組成物(3mg)に、同一の条件で紫外線を照射した。不純物の生成量は2.79%であった。母液晶Mに化合物(No.23)を2000ppmの割合を添加し、組成物(Y−3)を得た。この組成物(3mg)に、同一の条件で紫外線を照射した。不純物の生成量は2.89%であった。
〔比較実験2〕
比較の化合物として、LA−77(2000ppm)を母液晶Mに添加し、組成物(Y−4)を得た。この組成物(3mg)に、同一の条件で紫外線を照射した。不純物の生成量は3.11%であった。
以上の結果から、本発明の化合物は、液晶組成物の光分解を防ぐために、極めて有用であると結論できる。
Figure 2015076077
表3.紫外線の照射によって生成した不純物
Figure 2015076077
[実施例7]
3−HHXB(F,F)−F (6−100) 13%
2−HHBB(F,F)−F (7−6) 4%
3−HHBB(F,F)−F (7−6) 5%
4−HHBB(F,F)−F (7−6) 4%
5−HHBB(F,F)−F (7−6) 4%
4−GB(F)B(F,F)XB(F,F)−F
(7−57) 7%
3−BB(F)B(F,F)XB(F)−F
(7−46) 4%
3−BB(F)B(F,F)XB(F,F)−F
(7−47) 3%
4−BB(F)B(F,F)XB(F,F)−F
(7−47) 8%
5−BB(F)B(F,F)XB(F,F)−F
(7−47) 6%
3−HH−V (2−1) 30%
4−HH−V1 (2−1) 5%
7−HB−1 (2−5) 3%
3−HHB−O1 (3−1) 4%
上記の組成物に化合物(No.1)を0.1重量%の割合で添加した。
NI=107.2℃;Δn=0.113;Δε=11.0;η=16.0mPa・s.
[実施例8]
3−HHXB(F,F)−F (6−100) 9%
4−GHB(F,F)−F (6−109) 5%
2−HHBB(F,F)−F (7−6) 4%
3−HHBB(F,F)−F (7−6) 6%
4−HHBB(F,F)−F (7−6) 5%
4−GB(F)B(F,F)XB(F,F)−F
(7−57) 7%
4−BB(F)B(F,F)XB(F,F)−F
(7−47) 9%
5−BB(F)B(F,F)XB(F,F)−F
(7−47) 7%
3−HHB−CL (6−1) 3%
3−HH−V (2−1) 29%
3−HH−VFF (2−1) 4%
3−HB−O2 (2−5) 3%
3−HHB−3 (3−1) 3%
5−HBB−2 (3−4) 3%
3−HBBH−1O1 (4−1) 3%
上記の組成物に化合物(No.23)を0.05重量%の割合で添加した。
NI=109.4℃;Δn=0.112;Δε=10.4;η=15.5mPa・s.
[実施例9]
3−HHXB(F,F)−F (6−100) 11%
3−HGB(F,F)−F (6−103) 3%
4−GHB(F,F)−F (6−109) 10%
3−BB(F,F)XB(F,F)−F (6−97) 9%
2−HHBB(F,F)−F (7−6) 4%
3−HHBB(F,F)−F (7−6) 5%
4−HHBB(F,F)−F (7−6) 5%
5−HHBB(F,F)−F (7−6) 5%
4−BB(F)B(F,F)XB(F,F)−F
(7−47) 9%
5−BB(F)B(F,F)XB(F,F)−F
(7−47) 3%
3−HH−V (2−1) 20%
3−HH−V1 (2−1) 5%
3−HHB−1 (3−1) 8%
3−HBB−2 (3−4) 3%
上記の組成物に化合物(No.1)を0.05重量%の割合で添加した。
NI=106.8℃;Δn=0.109;Δε=11.3;η=20.1mPa・s.
[実施例10]
3−HHB(F,F)−F (6−3) 3%
3−HHXB(F,F)−F (6−100) 13%
3−HB(F)B(F,F)−F (6−50) 5%
3−BB(F,F)XB(F,F)−F (6−97) 16%
3−HHBB(F,F)−F (7−6) 3%
4−GBB(F)B(F,F)−F (7−55) 3%
3−HBBXB(F,F)−F (7−31) 8%
3−HBB(F,F)XB(F,F)−F(7−34) 6%
3−HH−V (2−1) 24%
3−HH−V1 (2−1) 7%
V2−BB−1 (2−8) 3%
3−HHEH−3 (3−13) 3%
1−BB(F)B−2V (3−6) 3%
5−HBB(F)B−2 (4−5) 3%
上記の組成物に化合物(No.23)を0.1重量%の割合で添加した。
NI=85.0℃;Δn=0.109;Δε=8.5;η=17.0mPa・s.
[実施例11]
3−HB−CL (5−2) 6%
5−HXB(F,F)−F (5−13) 5%
3−HHB(F,F)−F (6−3) 10%
3−HHEB(F,F)−F (6−12) 9%
3−HHXB(F,F)−F (6−100) 19%
2−HBEB(F,F)−F (6−39) 3%
3−HBEB(F,F)−F (6−39) 3%
3−BBXB(F,F)−F (6−91) 3%
3−BB(F,F)XB(F,F)−F (6−97) 7%
3−dhBB(F,F)XB(F,F)−F(7−50) 4%
3−BB(F)B(F,F)XB(F)B(F,F)−F
(−) 3%
3−HH−V (2−1) 7%
3−HH−V1 (2−1) 10%
5−HH−V (2−1) 7%
3−HHEBH−3 (4−6) 4%
上記の組成物に化合物(No.1)を0.04重量%の割合で添加した。
NI=78.8℃;Δn=0.085;Δε=10.0;η=16.8mPa・s.
[実施例12]
3−GB(F,F)XB(F,F)−F (6−113) 4%
3−BB(F)B(F,F)−CF3 (6−69) 3%
3−BB(F,F)XB(F,F)−F (6−97) 16%
3−HHB(F)B(F,F)−F (7−9) 4%
3−HBBXB(F,F)−F (7−31) 10%
4−GB(F)B(F,F)XB(F,F)−F
(7−57) 4%
5−GB(F)B(F,F)XB(F,F)−F
(7−57) 4%
4−BB(F)B(F,F)XB(F,F)−F
(7−47) 7%
3−HH−V (2−1) 25%
3−HH−O1 (2−1) 3%
1−BB−3 (2−8) 3%
V−HHB−1 (3−1) 11%
5−B(F)BB−2 (3−8) 3%
2−BB(F)B−3 (3−6) 3%
上記の組成物に化合物(No.23)を0.07重量%の割合で添加した。
NI=73.9℃;Δn=0.120;Δε=12.4;η=17.5mPa・s.
[実施例13]
3−HBB(F,F)−F (6−24) 4%
3−GB(F)B(F,F)−F (6) 3%
3−BB(F)B(F,F)−F (6−69) 6%
3−BB(F,F)XB(F,F)−F (6−97) 18%
3−HBBXB(F,F)−F (7−31) 3%
3−BB(F)B(F,F)XB(F,F)−F
(7−47) 3%
4−BB(F)B(F,F)XB(F,F)−F
(7−47) 7%
4−BB(F,F)XB(F)B(F,F)−F
(7−56) 3%
3−HH−V (2−1) 29%
V−HHB−1 (3−1) 11%
2−BB(F)B−2V (3−6) 4%
3−HB(F)HH−5 (4−7) 3%
5−HBBH−3 (4−1) 3%
3−HB(F)BH−3 (4−2) 3%
上記の組成物に化合物(No.1)を0.06重量%の割合で添加した。
NI=80.6℃;Δn=0.124;Δε=9.9;η=20.6mPa・s.
[実施例14]
3−HHXB(F,F)−F (6−100) 10%
4−GHB(F,F)−F (6−109) 10%
3−BB(F,F)XB(F,F)−F (6−97) 6%
2−HHBB(F,F)−F (7−6) 4%
3−HHBB(F,F)−F (7−6) 6%
4−HHBB(F,F)−F (7−6) 5%
5−HHBB(F,F)−F (7−6) 5%
3−GBB(F)B(F,F)−F (7−55) 3%
4−BB(F)B(F,F)XB(F,F)−F
(7−47) 8%
5−BB(F)B(F,F)XB(F,F)−F
(7−47) 3%
3−HH−V (2−1) 19%
2−HH−3 (2−1) 4%
3−HH−4 (2−1) 3%
V2−BB−1 (2−8) 6%
3−HHB−1 (3−1) 5%
5−HBB(F)B−3 (4−5) 3%
上記の組成物に化合物(No.23)を0.12重量%の割合で添加した。
NI=107.1℃;Δn=0.115;Δε=10.6;η=19.2mPa・s.
[実施例15]
5−HB−CL (5−2) 3%
7−HB(F)−F (5−3) 7%
3−HH−4 (2−1) 12%
3−HH−EMe (2−2) 20%
3−HHEB−F (6−10) 8%
5−HHEB−F (6−10) 8%
3−HHEB(F,F)−F (6−12) 10%
4−HHEB(F,F)−F (6−12) 5%
4−HGB(F,F)−F (6−103) 5%
5−HGB(F,F)−F (6−103) 6%
2−H2GB(F,F)−F (6−106) 4%
3−H2GB(F,F)−F (6−106) 5%
5−GHB(F,F)−F (6−109) 7%
上記の組成物に化合物(No.22)を0.1重量%の割合で添加した。
NI=79.2℃;Δn=0.063;Δε=5.7;η=19.2mPa・s.
[実施例16]
5−HB(F)B(F,F)XB(F,F)−F
(7−41) 5%
3−BB(F)B(F,F)XB(F,F)−F
(7−47) 3%
4−BB(F)B(F,F)XB(F,F)−F
(7−47) 7%
5−BB(F)B(F,F)XB(F,F)−F
(7−47) 3%
3−HH−V (2−1) 38%
3−HH−V1 (2−1) 7%
3−HHEH−5 (3−13) 3%
3−HHB−1 (3−1) 4%
V−HHB−1 (3−1) 5%
V2−BB(F)B−1 (3−6) 5%
1V2−BB―F (5−1) 3%
3−BB(F,F)XB(F,F)−F (6−97) 14%
3−HHBB(F,F)−F (7−6) 3%
上記の組成物に化合物(No.22)を0.08重量%の割合で添加した。
NI=80.3℃;Δn=0.107;Δε=7.2;η=14.0mPa・s.
[実施例17]
5−HB−CL (5−2) 5%
7−HB(F)−F (5−3) 7%
3−HH−4 (2−1) 10%
3−HH−EMe (2−2) 20%
3−HHEB−F (6−10) 8%
5−HHEB−F (6−10) 8%
3−HHEB(F,F)−F (6−12) 10%
4−HHEB(F,F)−F (6−12) 5%
4−HGB(F,F)−F (6−103) 5%
5−HGB(F,F)−F (6−103) 6%
2−H2GB(F,F)−F (6−106) 4%
3−H2GB(F,F)−F (6−106) 5%
5−GHB(F,F)−F (6−109) 7%
上記の組成物に化合物(No.9)を0.1重量%の割合で添加した。
NI=77.8℃;Δn=0.064;Δε=5.8;η=19.3mPa・s.
[実施例18]
5−HB(F)B(F,F)XB(F,F)−F
(7−41) 5%
3−BB(F)B(F,F)XB(F,F)−F
(7−47) 3%
4−BB(F)B(F,F)XB(F,F)−F
(7−47) 7%
5−BB(F)B(F,F)XB(F,F)−F
(7−47) 3%
3−HH−V (2−1) 39%
3−HH−V1 (2−1) 6%
3−HHEH−5 (3−13) 3%
3−HHB−1 (3−1) 5%
V−HHB−1 (3−1) 4%
V2−BB(F)B−1 (3−6) 5%
1V2−BB―F (5−1) 3%
3−BB(F,F)XB(F,F)−F (6−97) 14%
3−HHBB(F,F)−F (7−6) 3%
上記の組成物に化合物(No.9)を0.06重量%の割合で添加した。
NI=80.0℃;Δn=0.106;Δε=7.2;η=14.1mPa・s.
化合物(1)は、液晶組成物の光分解を防ぐ効果を有し、液晶組成物への高い溶解度を有する。化合物(1)を含む液晶組成物は、高い上限温度、低い下限温度、小さな粘度、適切な光学異方性、大きな誘電率異方性、適切な弾性定数、大きな比抵抗などの物性の少なくとも1つを充足する。この組成物は、光に対して安定である。この組成物を含む液晶表示素子は、短い応答時間、大きな電圧保持率、大きなコントラスト比、長い寿命などを有するので、液晶プロジェクター、液晶テレビなどに用いることができる。

Claims (11)

  1. 式(1)で表される化合物。
    Figure 2015076077

    式(1)において、R、R、R、およびRは独立して、水素または炭素数1から4のアルキルであり;環Aおよび環Aは独立して、1,4−シクロへキシレン、1,4−シクロヘキセニレン、1,2−フェニレン、1,3−フェニレン、1,4−フェニレン、ナフタレン−1,3−ジイル、ナフタレン−1,4−ジイル、ナフタレン−1,5−ジイル、ナフタレン−1,6−ジイル、ナフタレン−1,7−ジイル、ナフタレン−1,8−ジイル、ナフタレン−2,3−ジイル、ナフタレン−2,6−ジイル、ナフタレン−2,7−ジイル、デカヒドロナフタレン−2,6−ジイル、ジヒドロピラン−2,5−ジイル、テトラヒドロピラン−2,5−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、またはピリジン−2,5−ジイルであり、これらの環において、少なくとも1つの水素は、ハロゲン、炭素数1から5のアルキル、炭素数1から5のアルコキシ、または少なくとも1つの水素がハロゲンで置き換えられた炭素数1から5のアルキルで置き換えられてもよく;Z、ZおよびZは独立して、単結合または炭素数1から10のアルキレンであり、このアルキレンにおいて、少なくとも1つの−CH−は、−O−で置き換えられてもよく、少なくとも1つの−CH−CH−は、−CH=CH−、−CH≡CH−で置き換えられてもよく、これらの基において、少なくとも1つの水素は、フッ素で置き換えられてもよく;nは、0、1または2である。
  2. 請求項1に記載の式(1)において、R、R、R、およびRが独立して、水素または炭素数1から4のアルキルであり;環Aおよび環Aが独立して、1,4−シクロへキシレン、1,4−シクロヘキセニレン、1,4−フェニレン、少なくとも1つ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、ピリミジン−2,5−ジイル、ピリジン−2,5−ジイル、1,3−ジオキサン−2,5−ジイル、ナフタレン−2,6−ジイル、少なくとも1つの水素がフッ素で置き換えられたナフタレン−2,6−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およびZが独立して、単結合または炭素数1から10のアルキレンであり、このアルキレンにおいて、少なくとも1つの−CH−は、−O−で置き換えられてもよく、少なくとも1つの−CH−CH−は、−CH=CH−で置き換えられてもよく;nが、0、1または2である、請求項1に記載の化合物。
  3. 請求項1に記載の式(1)において、R、R、R、およびRが独立して、炭素数1から4のアルキルであり;環Aおよび環Aが独立して、1,4−シクロへキシレン、1,4−シクロヘキセニレン、1,4−フェニレン、少なくとも1つの水素がフッ素で置き換えられた1,4−フェニレン、ナフタレン−2,6−ジイル、または少なくとも1つの水素がフッ素で置き換えられたナフタレン−2,6−ジイルであり;Z、ZおよびZが独立して、単結合または炭素数1から10のアルキレンであり、このアルキレンにおいて、少なくとも1つの−CH−は、−O−で置き換えられてもよく、少なくとも1つの−CH−CH−は、−CH=CH−で置き換えられてもよく;nが、0、1または2である、請求項1に記載の化合物。
  4. 請求項1に記載の式(1)において、R、R、R、およびRがメチルであり;環Aおよび環Aが独立して、1,4−シクロへキシレン、1,4−フェニレンまたは少なくとも1つ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およびZが単結合であり、Zが、単結合、−CH−、−CHCH−、−CH=CH−、−OCH−、または−CHO−であり;nが0または1である、請求項1に記載の化合物。
  5. 請求項1に記載の式(1)において、R、R、R、およびRがメチルであり;環Aおよび環Aが独立して、1,4−フェニレンまたは2−フルオロ−1,4−フェニレンであり;Z、ZおよびZが、単結合であり;nが0または1である、請求項1に記載の化合物。
  6. 請求項1から5のいずれか1項に記載の少なくとも1つの化合物を含有する液晶組成物。
  7. 式(2)から式(4)で表される化合物の群から選択される少なくとも1つの化合物をさらに含有する、請求項6に記載の液晶組成物。
    Figure 2015076077

    式(2)から式(4)において、
    11およびR12は独立して、炭素数1から10のアルキルまたは炭素数2から10のアルケニルであり、このアルキルまたはアルケニルにおいて、少なくとも1つの−CH−は−O−で置き換えられてもよく、少なくとも1つの水素はフッ素で置き換えられてもよく;
    環B、環B、環B、および環Bは独立して、1,4−シクロヘキシレン、1,4−フェニレン、2−フルオロ−1,4−フェニレン、2,5−ジフルオロ−1,4−フェニレン、またはピリミジン−2,5−ジイルであり;
    11、Z12およびZ13は独立して、単結合、−CHCH−、−CH=CH−、−C≡C−、または−COO−である。
  8. 式(5)から式(7)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6または7に記載の液晶組成物。
    Figure 2015076077

    式(5)から式(7)において、
    13は炭素数1から10のアルキルまたは炭素数2から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、少なくとも1つの−CH2−は−O−で置き換えられてもよく、少なくとも1つの水素はフッ素で置き換えられてもよく;
    11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、少なくとも1つの水素がフッ素で置き換えられてもよい1,4−フェニレン、テトラヒドロピラン−2,5−ジイル、1,3−ジオキサン−2,5−ジイル、またはピリミジン−2,5−ジイルであり;
    14、Z15およびZ16は独立して、単結合、−CHCH−、−CH=CH−、−C≡C−、−COO−、−CFO−、−OCF−、−CHO−、または−(CH−であり;
    11およびL12は独立して、水素またはフッ素である。
  9. 式(8)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6または7に記載の液晶組成物。
    Figure 2015076077

    式(8)において、
    14は炭素数1から10のアルキルまたは炭素数2から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、少なくとも1つの−CH2−は−O−で置き換えられてもよく、少なくとも1つの水素はフッ素で置き換えられてもよく;
    12は−C≡Nまたは−C≡C−C≡Nであり;
    環Dは、1,4−シクロヘキシレン、少なくとも1つの水素がフッ素で置き換えられてもよい1,4−フェニレン、テトラヒドロピラン−2,5−ジイル、1,3−ジオキサン−2,5−ジイル、またはピリミジン−2,5−ジイルであり;
    17は、単結合、−CHCH−、−C≡C−、−COO−、−CFO−、−OCF−、または−CHO−であり;
    13およびL14は独立して、水素またはフッ素であり;
    iは、1、2、3、または4である。
  10. 重合性化合物、重合開始剤、重合禁止剤、光学活性化合物、酸化防止剤、紫外線吸収剤、光安定剤、熱安定剤、および消泡剤の少なくとも1つをさらに含有する、請求項6から9のいずれか1項に記載の液晶組成物。
  11. 請求項6から10のいずれか1項に記載の液晶組成物を少なくとも1つ含有する液晶表示素子。
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