JP2017535646A - ビメソゲン化合物及びメソゲン媒体 - Google Patents
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Abstract
本発明は、式(I)[式中、R11、R12、MG11、MG12、X11、X12及びSp1は、請求項1に示す意味を有する]のビメソゲン化合物、液晶媒体における式(I)のビメソゲン化合物の使用、及び特に本発明による液晶媒体を含むフレクソエレクトリック液晶デバイスに関する。
Description
本発明は、式I
[式中、
R11、R12、MG11、MG12及びSp1は、本明細書中で以下に記載の意味を有する]
のビメソゲン化合物、液晶媒体における式Iのビメソゲン化合物の使用及び特に本発明による液晶媒体を含むフレクソエレクトリック液晶デバイスに関する。
R11、R12、MG11、MG12及びSp1は、本明細書中で以下に記載の意味を有する]
のビメソゲン化合物、液晶媒体における式Iのビメソゲン化合物の使用及び特に本発明による液晶媒体を含むフレクソエレクトリック液晶デバイスに関する。
情報を表示するために、液晶ディスプレイ(LCD)が幅広く用いられている。LCDは、直視型ディスプレイだけでなく投影型ディスプレイにも用いられている。ほとんどのディスプレイに用いられている電気光学方式は、依然として、様々な変更が加えられたねじれネマチック(TN)方式である。この方式のほかに、様々な変更が加えられた超ねじれネマチック(STN)方式や、近年では光学補償ベンド(OCB)方式及び電気制御複屈折(ECB)方式、例えば、垂直配向ネマチック(VAN)方式、パターン化ITO垂直配向ネマチック(PVA)方式、高分子安定化垂直配向ネマチック(PSVA)方式及びマルチドメイン垂直配向ネマチック(MVA)方式等の使用がますます増えてきている。これらのいずれの方式においても、基板及び液晶層のそれぞれに実質的に垂直である電界が用いられている。これらの方式のほかに、基板及び液晶層のそれぞれに実質的に平行な電界を用いる電気光学方式、例えばインプレインスイッチング(略してIPS)方式(例えば、独国特許出願公開第4000451号明細書(DE 4000451)及び欧州特許出願公開第0588568号明細書(EP 0588568)に開示されている)及びフリンジ電界スイッチング(FFS)方式のようなものもある。特に、良好な視野角特性及び改善された応答時間を有する後述の電気光学方式は、近年のデスクトップモニタ用のLCD並びにTV用及びマルチメディア用途のディスプレイにもますます使用されてきており、TN−LCDと競合している。
これらのディスプレイに加えて、比較的短いコレステリックピッチを有するコレステリック液晶を使用した新しい表示方式が、いわゆる「フレクソエレクトリック」効果を利用するディスプレイにおける使用に対して提案されている。「液晶」、「メソモルフィック化合物(mesomorphic compound)」又は「メソゲン化合物(mesogenic compound)」(略して「メソゲン」とも呼ばれる)との用語は、温度、圧力及び濃度の適切な条件下でメソ相(mesophase)(ネマチック、スメクチックなど)として、あるいは特にLC相として存在することができる化合物を意味する。非両親媒性メソゲン化合物は、例えば、1つ以上のカラミチックな、バナナ型の又はディスコチックなメソゲン基を含む。
フレクソエレクトリック液晶材料は、従来技術おいて公知である。フレクソエレクトリック効果は、とりわけ、Chandrasekhar,”Liquid Crystals”, 2nd edition, Cambridge University Press (1992)及びP.G. deGennes et al.,”The Physics of Liquid Crystals”, 2nd edition, Oxford Science Publications (1995)に記載されている。
これらのディスプレイにおいて、コレステリック液晶は「均等に位置するらせん(uniformly lying helix)」配列(ULH)で配向しており、この表示方式にもこの名称がつけられている。この目的のために、ネマチック材料と混合されたキラル物質がらせんねじれを誘起し、この材料をコレステリック材料と等価であるキラルネマチック材料へと変形させる。「キラル」との用語は、一般的に、その鏡像に重ね合わせることができない物体を表すために用いられる。「アキラル」(非キラル)な物体は、その鏡像と同一の物体である。「キラルネマチック」及び「コレステリック」との用語は、別段の明示がない限り、本出願では同義的に用いられる。キラル物質により誘起されるピッチ(P0)は、第1近似においては、使用されるキラル物質の濃度(c)と反比例する。この関係の比例定数は、キラル物質のらせんねじり力(HTP)と呼ばれ、等式(1)
HTP≡1/(c・P0) (1)
[式中、
cは、キラル化合物の濃度である]
によって定義される。
HTP≡1/(c・P0) (1)
[式中、
cは、キラル化合物の濃度である]
によって定義される。
均等に位置するらせん組織は、典型的には0.2μmから1μmまでの範囲の、好ましくは1.0μm以下の、特に0.5μm以下の、短いピッチを有するキラルネマチック液晶を使用して実現され、これは、そのらせん軸を伴って、液晶セルの、例えばガラス板などの基板に対して平行に一方向に配向している。この構成では、キラルネマチック液晶のらせん軸は、複屈折板の光軸と同じである。
電界がらせん軸に垂直にこの構造に印加されると、表面安定化強誘電性液晶ディスプレイの場合のように強誘電性液晶のディレクタが回転するのと類似して、光軸がセル面内で回転する。フレクソエレクトリック効果は、典型的には6μsから100μsまでの範囲の高速な応答時間を特徴とする。これはさらに、優れたグレースケール能力を特徴とする。
電界は、光軸におけるチルトにより順応されるディレクタにおけるスプレイベンド構造を誘起する。軸の回転角は、第1近似において電界の強さに正比例及び線形比例する。交差偏光子の間に液晶セルが電力なしの状態で該偏光子の1つの吸収軸に対して22.5°の角度の光軸で配置される場合に、光学効果を最も良好に見ることができる。この22.5°の角度は電界の回転の理想的な角度でもあり、したがって、電界の反転によって光軸は45°回転し、らせん軸の優先方向の相対的配向の適切な選択によって、光軸を一方の偏光子に対して平行から両方の偏光子の間の中心角へと切り替えることができる。光軸の切り替えの合計角度が45°である場合に、最適なコントラストが達成される。この場合、光学リターデーション、すなわち液晶の有効複屈折とセルギャップとの積が波長の4分の1となるように選択されれば、切り替え可能な4分の1波長板としての配置を使用することができる。本明細書において、言及される波長は、別段の明示がない限り、人間の眼の感度が最も高い波長である550nmである。
光軸の回転角(Φ)は、式(2)
[式中、
P0は、コレステリック液晶の非撹乱ピッチであり、
Eは、電界強度であり、かつ
Kは、スプレイ弾性定数(k11)及びベンド弾性定数(k33)の平均〔K=1/2(k11+k33)〕である]
によって良好な近似で与えられ、ここで、
P0は、コレステリック液晶の非撹乱ピッチであり、
Kは、スプレイ弾性定数(k11)及びベンド弾性定数(k33)の平均〔K=1/2(k11+k33)〕である]
によって良好な近似で与えられ、ここで、
この回転角は、フレクソエレクトリックスイッチング素子におけるスイッチング角の半分である。
電気光学効果の応答時間(τ)は、式(3)
τ=[P0/(2π)]2・γ/K (3)
[式中、
γは、らせんの歪みと関連する有効粘性係数である]
によって良好な近似で与えられる。
τ=[P0/(2π)]2・γ/K (3)
[式中、
γは、らせんの歪みと関連する有効粘性係数である]
によって良好な近似で与えられる。
らせんを解く臨界磁場(Ec)が存在し、これは等式(4)
Ec=(π2/P0)・[k22/(ε0・Δε)]1/2 (4)
[式中、
k22は、ねじれ弾性定数であり、
ε0は、真空の誘電率であり、かつ
Δεは、液晶の誘電率異方性である]
から得ることができる。
Ec=(π2/P0)・[k22/(ε0・Δε)]1/2 (4)
[式中、
k22は、ねじれ弾性定数であり、
ε0は、真空の誘電率であり、かつ
Δεは、液晶の誘電率異方性である]
から得ることができる。
しかしこの方式では特に、必要とされる均等な配向を得ることの困難性、一般的な駆動エレクトロニクスとの互換性のない、アドレッシングに必要な好ましくない高い電圧、コントラストを悪化させる、真の暗さではない「オフ状態」、及び特に電気光学特性における顕著なヒステリシスといったいくつかの問題が、依然として解決されていない。
より新しい表示方式、いわゆる均等起立らせん(USH)方式は、広い視野角を提供する他の表示方式(例えばIPS、VAなど)と比較しても、改善された黒色レベルを示しうるため、これを、IPSを継承する代替の方式と考えることができる。
USH方式に向けて、例えばULH方式と同様に、ビメソゲン液晶材料を用いたフレクソエレクトリックスイッチングが提案されている。ビメソゲン化合物は、従来技術から一般に公知である(Hori, K., Iimuro, M., Nakao, A., Toriumi, H., J. Mol. Struc. 2004, 699, 23−29も参照)。「ビメソゲン化合物」との用語は、分子内に2つのメソゲン基を含む化合物を指す。通常のメソゲンと同様に、これらはその構造に依存して多くのメソ相を形成しうる。特に、式Iの化合物がネマチック液晶媒体に添加されると、これは第2のネマチック相を誘起する。
「メソゲン基」との用語は、本明細書において、液晶(LC)相挙動を誘起する能力を有する基を意味する。メソゲン基を含む化合物自体は必ずしもLC相を示す必要はない。それらが他の化合物と混合した場合にのみLC相挙動を示すことも可能である。簡略化のため、以後、「液晶」との用語を、メソゲン材料及びLC材料の双方に対して用いる。
しかし、必要な好ましくない高さの駆動電圧のため、キラルネマチック材料の比較的狭い相範囲のため、及びその不可逆的なスイッチング特性のため、従来技術の材料は現行のLCD駆動スキームでの使用にふさわしくない。
USH方式及びULH方式のディスプレイに向けて、改善された特性を有する新規の液晶媒体が必要である。特に、光学方式に対して複屈折(Δn)を最適化すべきである。本明細書中の複屈折Δnは、等式(5)
Δn=ne−no (5)
[式中、
neは、異常屈折率であり、かつ
noは、常屈折率である]
で定義され、そして平均屈折率nav.は、以下の等式(6)
nav.=[(2no 2+ne 2)/3]1/2 (6)
によって与えられる。
Δn=ne−no (5)
[式中、
neは、異常屈折率であり、かつ
noは、常屈折率である]
で定義され、そして平均屈折率nav.は、以下の等式(6)
nav.=[(2no 2+ne 2)/3]1/2 (6)
によって与えられる。
異常屈折率ne及び常屈折率noは、アッベ屈折計を用いて測定することができる。この場合、Δnは、等式(5)から算出することができる。
さらに、USH方式又はULH方式を利用したディスプレイに関して、液晶媒体の光学リターデーションd*Δn(有効)は、好ましくは、等式(7)
sin2(π・d・Δn/λ)=1 (7)
[式中、
dは、セルギャップであり、かつ
λは、光の波長である]
を満たすようなものであるべきである。この等式(7)の右辺の許容偏差は、±3%である。
sin2(π・d・Δn/λ)=1 (7)
[式中、
dは、セルギャップであり、かつ
λは、光の波長である]
を満たすようなものであるべきである。この等式(7)の右辺の許容偏差は、±3%である。
本出願において包括的に言及される光の波長は、別段の明記がない限り、550nmである。
セルのセルギャップは、好ましくは1μmから20μmまでの範囲であり、特に2.0μmから10μmまでの範囲である。
ULH/USH方式に向けて、誘電率異方性(Δε)は、アドレス電圧の印加の際にらせんが解けるのを防ぐために、できるだけ小さくあるべきである。好ましくは、Δεは、0よりわずかに大きく、極めて好ましくは0.1以上であり、しかし好ましくは10以下であり、より好ましくは7以下であり、最も好ましくは5以下である。本出願において、「誘電的に正」との用語は、Δε>3.0である化合物又は成分に対して用いられ、「誘電的にニュートラル」との用語は、−1.5≦Δε≦3.0である化合物又は成分に対して用いられ、かつ「誘電的に負」との用語は、Δε<−1.5である化合物又は成分に対して用いられる。Δεは、1kHzの周波数において及び20℃において測定される。それぞれの化合物の誘電率異方性は、ネマチックホスト混合物中のそれぞれの個々の化合物の10%の溶液の結果から求められる。ホスト媒体へのそれぞれの化合物の溶解度が10%未満である場合、少なくとも、得られる媒体が十分に安定でその特性を決定できるようになるまで、これらの化合物の濃度を半分に低減させる。しかし、好ましくは、結果の優位性をできるだけ高く保つために、濃度は少なくとも5%に保たれる。試験混合物の容量は、ホメオトロピック配向及びホモジニアス配向の双方を有するセルで決定される。いずれの種類のセルのセルギャップも、約20μmである。印加電圧は1kHzの周波数を有する矩形波で、二乗平均平方根値は典型的には0.5Vから1.0Vまでであるが、常にそれぞれの試験混合物の容量しきい値未満となるように選択される。
Δεは(ε││−ε⊥)で定義され、一方でεav.は(ε││+2ε⊥)/3で定義される。化合物の誘電率は、対象の化合物を添加した際のホスト混合物のそれぞれの値の変化から決定される。値は、100%の対象の化合物の濃度へと外挿される。ホスト混合物は、H.J. Coles et al., J. Appl. Phys. 2006, 99, 034104に開示されており、表に示される組成を有する。
上述のパラメーターに加えて、媒体は好適に広汎な範囲のネマチック相、かなり小さな回転粘度及び少なくとも適度に高度な比抵抗を示す。
フレクソエレクトリックデバイスのための短いコレステリックピッチを有する類似の液晶組成物は、欧州特許第0971016号明細書(EP 0 971 016)、英国特許第2356629号明細書(GB 2 356 629)及びColes, H.J., Musgrave, B., Coles, M.J.,及びWillmott, J., J. Mater. Chem., 11, p.2709−2716 (2001)から公知である。欧州特許第0971016号明細書(EP 0 971 016)は、それ自体高度なフレクソエレクトリック係数を有する、メソゲンエストラジオールを報告している。英国特許第2356629号明細書(GB 2 356 629)には、広範なビメソゲン化合物の一般式を開示するとともに、フレクソエレクトリックデバイスにおける該ビメソゲン化合物の使用を提案している。この文献において、フレクソエレクトリック効果は、純粋なコレステリック液晶化合物中で、及び同族の化合物の混合物中で、ある程度しか調査されてこなかった。これらの化合物のほとんどは、キラル添加剤と、単純な従来のモノメソゲン性材料であるか又はビメソゲンのもののいずれかであるネマチック液晶材料とからなる二元混合物中で用いられた。これらの材料は、キラルネマチック相又はコレステリック相の温度範囲の広さが不十分であること、フレクソエレクトリック比が小さすぎること、回転角が小さいことなど、実用的応用に向けたいくつかの欠点を有している。
非対称的に結合されたビメソゲン化合物は、例えば国際公開第2014/005672号(WO 2014/005672(A))において提案されている。
欧州特許出願公開第0233688号明細書(EP 0 233 688)には、β−アゴニストとして有用なビス(フェニルエタノールアミン)及びビス(フェノキシプロパノールアミン)が開示されている。
Macro Rings. 11. Polynuclear Paracyclophanes’ H. Steinberg, Donald J Cram, JACS, (1952), 74, p.5388−91には、いくつかの化合物が開示されている。
本発明の1つの目的は、高度なスイッチング角及び高速な応答時間を示す改善されたフレクソエレクトリックデバイスを提供することであった。もう1つの目的は、特に機械的せん断プロセスを用いずにディスプレイセルの全領域にわたって良好な均一な配向を実現するフレクソエレクトリックディスプレイにおいて使用するための有利な特性、良好なコントラスト、高度なスイッチング角及び高速な応答時間を低温でも有する液晶材料を提供することであった。こうした液晶材料は、低い融点、広いキラルネマチック相範囲、短い温度非依存性ピッチ長及び高いフレクソエレクトリック係数を示すことが望ましい。本発明の他の目的は、以下の詳細な説明から当業者には直ちに明らかである。
1つの末端アルキル基を使用し、かつ他方を双極子誘起基として保持することにより、混合物の配向の改善及びそれと同時に分子の良好なフレクソエレクトリック特性の維持において、顕著な効果が示される。混合物のホメオトロピック配向品質を改善する材料を用いることによって、キラルな均等に位置するらせん配向の状態となった場合に、配向が改善されることが判明した。
極めて広く受け入れられているフレクソエレクトリシティー理論に基づけば、最大の電気光学的フレクソエレクトリック応答を得るためには、フレクソエレクトリックビメソゲン材料がラテラルな双極子を含むことが望ましい。複数の末端アルキル鎖を有する材料は、分子の長さ全体にわたって双極子を提供するのに役立つ均衡のとれた高い極性を失う。そうではなく、材料は今や1つの末端双極子を有し、この末端アルキルタイプの材料もまた、該材料が使用される液晶系の配向を改善することが判明した。
本発明者らは、驚くべきことに、本発明によるビメソゲン化合物を提供することにより上記目的が達成されうることを見出した。これらの化合物がキラルネマチック液晶混合物中で使用されると、低融点の広いキラルネマチック相がもたらされる。特に、それらは弾性定数k11の比較的高い値、ベンド弾性定数k33の比較的低い値及びフレクソエレクトリック係数の比較的高い値を示す。
したがって本発明は、式I
[式中、
R11及びR12は、それぞれ独立して、H、F、Cl、CN、NCS又は1個から25個までの炭素原子を有する直鎖状アルキル基又は1個から25個までの炭素原子を有する分枝鎖状アルキル基であり、該アルキル基は、置換されていないか、ハロゲン又はCNによって一置換又は多置換されていてよく、ここで、1つ以上の隣接していないCH2基が、各出現において互いに独立して、−O−、−S−、−NH−、−N(CH3)−、−CO−、−COO−、−OCO−、−O−CO−O−、−S−CO−、−CO−S−、−CH=CH−、−CH=CF−、−CF=CF−又は−C≡C−によって置き換えられていてもよいが、但しこの置き換えは、酸素原子が互いに直接結合しないように行われ、好ましくは、F、Cl、CN、1個から25個までの炭素原子を有する直鎖状アルキル基又は1個から25個までの炭素原子を有する分枝鎖状アルキル基であり、該アルキル基は、置換されていないか、ハロゲン又はCNによって一置換又は多置換されていてよく、より好ましくは、極性基であり、最も好ましくは、F、Cl、CN、OCF3、CF3であり、
R11及びR12の少なくとも1つは、アルキル基、すなわち1個から25個までの炭素原子を有する直鎖状アルキル基又は1個から25個までの炭素原子を有する分枝鎖状アルキル基であり、該アルキル基は、置換されていないか、ハロゲン又はCNによって一置換又は多置換されていてよく、ここで、1つ以上の隣接していないCH2基が、各出現において互いに独立して、−O−、−S−、−NH−、−N(CH3)−、−CO−、−COO−、−OCO−、−O−CO−O−、−S−CO−、−CO−S−、−CH=CH−、−CH=CF−、−CF=CF−又は−C≡C−によって置き換えられていてもよいが、但しこの置き換えは、酸素原子が互いに直接結合しないように、好ましくは、1つのCH2基が−CH=CH−、−CH=CF−、−CF=CF−によって置き換えられている極性基に酸素原子が直接結合しないように行われ、ここで、該極性基からは、OCF3及びCF3は除外されるものとし、好ましくは非極性基であり、より好ましくは、置換されていないアルキル、置換されていないアルケニル又は置換されていないアルキニルであり、最も好ましくは、1個から25個までの炭素原子を有する直鎖状アルキル基又は1個から25個までの炭素原子を有する分枝鎖状アルキル基であり、
MG11及びMG12は、それぞれ独立して、メソゲン基であり、
MG11及びMG12の少なくとも1つは、1つ、2つ又はそれを上回る5原子環及び/又は6原子環を含み、2つ又はそれを上回る5原子環及び/又は6原子環を含む場合には、該環の少なくとも2つには、2原子結合基、好ましくは−CO−O−、−O−CO−、−CH2−O−、−O−CH2−、−CF2−O−及び−O−CF2−の結合基の群から選択される2原子結合基が結合していてよく、
Sp1は、1個、3個又は5個から40個までの炭素原子を含むスペーサー基であり、ここで、1つ以上の隣接していない非末端CH2基は、−O−、−S−、−NH−、−N(CH3)−、−CO−、−O−CO−、−S−CO−、−O−COO−、−CO−S−、−CO−O−、−CH(ハロゲン)−、−CH(CN)−、−CH=CH−又は−C≡C−によって置き換えられていてもよいが、但しこの置き換えは、2個の酸素原子が互いに隣接せず、2つの−CH=CH−基が互いに隣接せず、かつ−O−CO−、−S−CO−、−O−COO−、−CO−S−、−CO−O−及び−CH=CH−から選択される2つの基が互いに隣接しないように行われ、好ましくは−(CH2)n−(すなわち、n個の炭素原子を有する1,n−アルキレン)であり、ここで、nは整数であり、好ましくは3から19までの整数であり、より好ましくは3から11までの整数であり、最も好ましくは奇数の整数(すなわち、3、5、7、9又は11)であり、
X11及びX12は、互いに独立して、−CO−O−、−O−CO−、−O−、−CH=CH−、−C≡C−、−CO−S−、−S−CO−、−CS−S−、−S−、−CF2−O−、−O−CF2−、−CF2−CF2−、−CH2−O−、−O−CH2−及び単結合から選択される結合基であり、好ましくは−CO−O−、−O−CO−、−CF2−O−、OCF2又は単結合であり、最も好ましくは単結合又は−CF2−O−、−O−CF2−であるが、
但し、−X11−Sp1−X12−において、2個の酸素原子が互いに隣接せず、2つの−CH=CH−基が互いに隣接せず、かつ−O−CO−、−S−CO−、−O−COO−、−CO−S−、−CO−O−及び−CH=CH−から選択される2つの基が互いに隣接しないことを条件とする]
のビメソゲン化合物に関する。
R11及びR12は、それぞれ独立して、H、F、Cl、CN、NCS又は1個から25個までの炭素原子を有する直鎖状アルキル基又は1個から25個までの炭素原子を有する分枝鎖状アルキル基であり、該アルキル基は、置換されていないか、ハロゲン又はCNによって一置換又は多置換されていてよく、ここで、1つ以上の隣接していないCH2基が、各出現において互いに独立して、−O−、−S−、−NH−、−N(CH3)−、−CO−、−COO−、−OCO−、−O−CO−O−、−S−CO−、−CO−S−、−CH=CH−、−CH=CF−、−CF=CF−又は−C≡C−によって置き換えられていてもよいが、但しこの置き換えは、酸素原子が互いに直接結合しないように行われ、好ましくは、F、Cl、CN、1個から25個までの炭素原子を有する直鎖状アルキル基又は1個から25個までの炭素原子を有する分枝鎖状アルキル基であり、該アルキル基は、置換されていないか、ハロゲン又はCNによって一置換又は多置換されていてよく、より好ましくは、極性基であり、最も好ましくは、F、Cl、CN、OCF3、CF3であり、
R11及びR12の少なくとも1つは、アルキル基、すなわち1個から25個までの炭素原子を有する直鎖状アルキル基又は1個から25個までの炭素原子を有する分枝鎖状アルキル基であり、該アルキル基は、置換されていないか、ハロゲン又はCNによって一置換又は多置換されていてよく、ここで、1つ以上の隣接していないCH2基が、各出現において互いに独立して、−O−、−S−、−NH−、−N(CH3)−、−CO−、−COO−、−OCO−、−O−CO−O−、−S−CO−、−CO−S−、−CH=CH−、−CH=CF−、−CF=CF−又は−C≡C−によって置き換えられていてもよいが、但しこの置き換えは、酸素原子が互いに直接結合しないように、好ましくは、1つのCH2基が−CH=CH−、−CH=CF−、−CF=CF−によって置き換えられている極性基に酸素原子が直接結合しないように行われ、ここで、該極性基からは、OCF3及びCF3は除外されるものとし、好ましくは非極性基であり、より好ましくは、置換されていないアルキル、置換されていないアルケニル又は置換されていないアルキニルであり、最も好ましくは、1個から25個までの炭素原子を有する直鎖状アルキル基又は1個から25個までの炭素原子を有する分枝鎖状アルキル基であり、
MG11及びMG12は、それぞれ独立して、メソゲン基であり、
MG11及びMG12の少なくとも1つは、1つ、2つ又はそれを上回る5原子環及び/又は6原子環を含み、2つ又はそれを上回る5原子環及び/又は6原子環を含む場合には、該環の少なくとも2つには、2原子結合基、好ましくは−CO−O−、−O−CO−、−CH2−O−、−O−CH2−、−CF2−O−及び−O−CF2−の結合基の群から選択される2原子結合基が結合していてよく、
Sp1は、1個、3個又は5個から40個までの炭素原子を含むスペーサー基であり、ここで、1つ以上の隣接していない非末端CH2基は、−O−、−S−、−NH−、−N(CH3)−、−CO−、−O−CO−、−S−CO−、−O−COO−、−CO−S−、−CO−O−、−CH(ハロゲン)−、−CH(CN)−、−CH=CH−又は−C≡C−によって置き換えられていてもよいが、但しこの置き換えは、2個の酸素原子が互いに隣接せず、2つの−CH=CH−基が互いに隣接せず、かつ−O−CO−、−S−CO−、−O−COO−、−CO−S−、−CO−O−及び−CH=CH−から選択される2つの基が互いに隣接しないように行われ、好ましくは−(CH2)n−(すなわち、n個の炭素原子を有する1,n−アルキレン)であり、ここで、nは整数であり、好ましくは3から19までの整数であり、より好ましくは3から11までの整数であり、最も好ましくは奇数の整数(すなわち、3、5、7、9又は11)であり、
X11及びX12は、互いに独立して、−CO−O−、−O−CO−、−O−、−CH=CH−、−C≡C−、−CO−S−、−S−CO−、−CS−S−、−S−、−CF2−O−、−O−CF2−、−CF2−CF2−、−CH2−O−、−O−CH2−及び単結合から選択される結合基であり、好ましくは−CO−O−、−O−CO−、−CF2−O−、OCF2又は単結合であり、最も好ましくは単結合又は−CF2−O−、−O−CF2−であるが、
但し、−X11−Sp1−X12−において、2個の酸素原子が互いに隣接せず、2つの−CH=CH−基が互いに隣接せず、かつ−O−CO−、−S−CO−、−O−COO−、−CO−S−、−CO−O−及び−CH=CH−から選択される2つの基が互いに隣接しないことを条件とする]
のビメソゲン化合物に関する。
第1の好ましい実施形態において、
R11は、1個から25個までの炭素原子を有する直鎖状アルキル基又は1個から25個までの炭素原子を有する分枝鎖状アルキル基であり、かつ、
R12は、H、F、Cl、CN、CF3、OCF3又は1個から25個までの炭素原子を有する直鎖状アルキル基又は1個から25個までの炭素原子を有する分枝鎖状アルキル基であり、該アルキル基は、置換されていないか、ハロゲン又はCNによって一置換又は多置換されていてよく、かつ/又は、
MG11及び/又はMG12は、1つ又はそれを上回る6原子環を含むメソゲン基であり、該環は場合により、F、Cl、CN、OCH3、OCF3により置換されており、該環の少なくとも2つには、2原子結合基が、好ましくは−CO−O−、−O−CO−、−CH2−O−、−O−CH2−、−CF2−O−及び−O−CF2−の結合基の群から選択される2原子結合基が結合していてもよく、かつ/又は、
Sp1は、5個から40個までの炭素原子を含むスペーサー基であり、ここで、1つ以上の隣接していない非末端CH2基は、−O−、−S−、−NH−、−N(CH3)−、−CO−、−O−CO−、−S−CO−、−O−COO−、−CO−S−、−CO−O−、−CH(ハロゲン)−、−CH(CN)−、−CH=CH−又は−C≡C−によって置き換えられていてもよく、かつ/又は、
X11及びX12は、それぞれ互いに独立して、−CH=CH−、−C≡C−、−O−、−CF2−O−、−O−CF2−、−CO−O−、−O−CO−、−O−CO−O−、−S−、−CS−S−、−S−CS−、−CO−S−、−S−CO−、−S−CO−S−及び−S−CS−S−から選択される基又は単結合であり、好ましくは、−O−、−CO−O−、−O−CO−、−S−CO−及び−CO−S−から選択される基又は単結合であり、最も好ましくは、−CO−S−、−S−CO−、−O−CO−又は−CO−O−から選択される基であるが、但し、−X11−Sp1−X12−において、2個の酸素原子が互いに隣接せず、2つの−CH=CH−基が互いに隣接せず、かつ−O−CO−、−S−CO−、−O−COO−、−CO−S−、−CO−O−及び−CH=CH−から選択される2つの基が互いに隣接しないことを条件とする。
R11は、1個から25個までの炭素原子を有する直鎖状アルキル基又は1個から25個までの炭素原子を有する分枝鎖状アルキル基であり、かつ、
R12は、H、F、Cl、CN、CF3、OCF3又は1個から25個までの炭素原子を有する直鎖状アルキル基又は1個から25個までの炭素原子を有する分枝鎖状アルキル基であり、該アルキル基は、置換されていないか、ハロゲン又はCNによって一置換又は多置換されていてよく、かつ/又は、
MG11及び/又はMG12は、1つ又はそれを上回る6原子環を含むメソゲン基であり、該環は場合により、F、Cl、CN、OCH3、OCF3により置換されており、該環の少なくとも2つには、2原子結合基が、好ましくは−CO−O−、−O−CO−、−CH2−O−、−O−CH2−、−CF2−O−及び−O−CF2−の結合基の群から選択される2原子結合基が結合していてもよく、かつ/又は、
Sp1は、5個から40個までの炭素原子を含むスペーサー基であり、ここで、1つ以上の隣接していない非末端CH2基は、−O−、−S−、−NH−、−N(CH3)−、−CO−、−O−CO−、−S−CO−、−O−COO−、−CO−S−、−CO−O−、−CH(ハロゲン)−、−CH(CN)−、−CH=CH−又は−C≡C−によって置き換えられていてもよく、かつ/又は、
X11及びX12は、それぞれ互いに独立して、−CH=CH−、−C≡C−、−O−、−CF2−O−、−O−CF2−、−CO−O−、−O−CO−、−O−CO−O−、−S−、−CS−S−、−S−CS−、−CO−S−、−S−CO−、−S−CO−S−及び−S−CS−S−から選択される基又は単結合であり、好ましくは、−O−、−CO−O−、−O−CO−、−S−CO−及び−CO−S−から選択される基又は単結合であり、最も好ましくは、−CO−S−、−S−CO−、−O−CO−又は−CO−O−から選択される基であるが、但し、−X11−Sp1−X12−において、2個の酸素原子が互いに隣接せず、2つの−CH=CH−基が互いに隣接せず、かつ−O−CO−、−S−CO−、−O−COO−、−CO−S−、−CO−O−及び−CH=CH−から選択される2つの基が互いに隣接しないことを条件とする。
好ましい実施形態のいずれかと異なるか又は同一でありうるもう1つの好ましい実施形態において、
X11及びX12は、互いに異なって、あるいは互いに独立して、上記で定義した結合基であり、好ましくは、−CO−O−、−O−CO−、−CH=CH−、−C≡C−、−O−、−S−CO−、−CO−S−、−S−及び−CO−から選択される結合基又は単結合であり、好ましくは、X11は−CO−O−又は−O−であってかつX12は単結合であるか、あるいは、X11は−CO−O−であってかつX12は−O−であり、最も好ましくは、X11は−CO−O−であってかつX12は単結合である。
X11及びX12は、互いに異なって、あるいは互いに独立して、上記で定義した結合基であり、好ましくは、−CO−O−、−O−CO−、−CH=CH−、−C≡C−、−O−、−S−CO−、−CO−S−、−S−及び−CO−から選択される結合基又は単結合であり、好ましくは、X11は−CO−O−又は−O−であってかつX12は単結合であるか、あるいは、X11は−CO−O−であってかつX12は−O−であり、最も好ましくは、X11は−CO−O−であってかつX12は単結合である。
好ましい実施形態のいずれかと異なるか又は同一でありうるもう1つの好ましい実施形態において、
MG11及びMG12の少なくとも1つは、2つ又はそれを上回る5原子環又は6原子環を含み、該環の少なくとも2つには、2原子結合基、好ましくは−CO−O−、−O−CO−、−CH2−O−、−O−CH2−、−CF2−O−及び−O−CF2−の結合基の群から選択される2原子結合基が結合している。
MG11及びMG12の少なくとも1つは、2つ又はそれを上回る5原子環又は6原子環を含み、該環の少なくとも2つには、2原子結合基、好ましくは−CO−O−、−O−CO−、−CH2−O−、−O−CH2−、−CF2−O−及び−O−CF2−の結合基の群から選択される2原子結合基が結合している。
好ましい実施形態のいずれかと異なるか又は同一でありうるもう1つの好ましい実施形態において、
X11は、−CO−S−、−S−CO−、−CS−S−、−S−CS−、−CO−S−、−S−CO−、−S−CO−S−、−S−CS−S−及び−S−、好ましくは−CO−S−、−S−CO−又は−S−、最も好ましくは−CO−S−及び−S−CO−から選択される基であり、
X12は、X11と独立して、X11に関して与えられた意味の1つを有するか、あるいは、−CO−O−、−O−CO−、−CH=CH−、−C≡C−、−CF2−O−もしくは−O−CF2−及び−O−から選択される結合基又は単結合であり、好ましくは、X12は、−CO−S−又は−S−であり、最も好ましくは−CF2−O−又は−O−CF2−であり、
Sp1は、−(CH2)n−であり、ここで、
nは、1、3又は5から15までの整数であり、最も好ましくは奇数の(すなわち、2で割り切れない)整数であり、最も好ましくは7又は9であるが、但し、X11及びX12の1つが単結合であるかあるいは2原子長を有する基である場合には、nは、偶数の整数であってよく、
ここで、−(CH2)n−中の1つ以上の水素原子は、互いに独立して、場合によりF又はCH3によって置き換えられていてよい。
X11は、−CO−S−、−S−CO−、−CS−S−、−S−CS−、−CO−S−、−S−CO−、−S−CO−S−、−S−CS−S−及び−S−、好ましくは−CO−S−、−S−CO−又は−S−、最も好ましくは−CO−S−及び−S−CO−から選択される基であり、
X12は、X11と独立して、X11に関して与えられた意味の1つを有するか、あるいは、−CO−O−、−O−CO−、−CH=CH−、−C≡C−、−CF2−O−もしくは−O−CF2−及び−O−から選択される結合基又は単結合であり、好ましくは、X12は、−CO−S−又は−S−であり、最も好ましくは−CF2−O−又は−O−CF2−であり、
Sp1は、−(CH2)n−であり、ここで、
nは、1、3又は5から15までの整数であり、最も好ましくは奇数の(すなわち、2で割り切れない)整数であり、最も好ましくは7又は9であるが、但し、X11及びX12の1つが単結合であるかあるいは2原子長を有する基である場合には、nは、偶数の整数であってよく、
ここで、−(CH2)n−中の1つ以上の水素原子は、互いに独立して、場合によりF又はCH3によって置き換えられていてよい。
好ましい実施形態のいずれかと異なるか又は同一でありうるもう1つの好ましい実施形態において、
X11及びX12は、いずれも単結合であり、かつ、
Sp1は、−(CH2)n−であり、ここで、
nは、1、3又は5から15までの整数であり、最も好ましくは奇数の(すなわち、2で割り切れない)整数であり、最も好ましくは7又は9であり、
ここで、−(CH2)n−中の1つ以上の水素原子は、互いに独立して、場合によりF又はCH3によって置き換えられていてよい。
X11及びX12は、いずれも単結合であり、かつ、
Sp1は、−(CH2)n−であり、ここで、
nは、1、3又は5から15までの整数であり、最も好ましくは奇数の(すなわち、2で割り切れない)整数であり、最も好ましくは7又は9であり、
ここで、−(CH2)n−中の1つ以上の水素原子は、互いに独立して、場合によりF又はCH3によって置き換えられていてよい。
式Iの好ましい化合物は、
−X11−Sp1−X12−が、−Sp1−、−Sp1−O−、−O−Sp1−、−O−Sp1−O−、−Sp1−CO−O−、−O−CO−Sp1−、−O−Sp1−CO−O−、−O−CO−Sp1−O−又は−O−CO−Sp1−CO−O−、−CO−O−であり、好ましくは、−Sp1−、−Sp1−O−、−O−Sp1−、−O−Sp1−O−、−Sp1−CO−O−、−O−CO−Sp1−又は−O−CO−Sp1−CO−O−であり、より好ましくは、−Sp1−、−O−Sp1−O−、−Sp1−CO−O−又は−O−CO−Sp1−CO−O−であり、
Sp1が、−(CH2)n−であり、ここで、
nは、1、3又は5から15までの整数であり、最も好ましくは奇数の(すなわち、2で割り切れない)整数であり、最も好ましくは7又は9であり、
ここで、−(CH2)n−中の1つ以上の水素原子は、互いに独立して、場合によりF又はCH3によって置き換えられていてよい化合物である。
−X11−Sp1−X12−が、−Sp1−、−Sp1−O−、−O−Sp1−、−O−Sp1−O−、−Sp1−CO−O−、−O−CO−Sp1−、−O−Sp1−CO−O−、−O−CO−Sp1−O−又は−O−CO−Sp1−CO−O−、−CO−O−であり、好ましくは、−Sp1−、−Sp1−O−、−O−Sp1−、−O−Sp1−O−、−Sp1−CO−O−、−O−CO−Sp1−又は−O−CO−Sp1−CO−O−であり、より好ましくは、−Sp1−、−O−Sp1−O−、−Sp1−CO−O−又は−O−CO−Sp1−CO−O−であり、
Sp1が、−(CH2)n−であり、ここで、
nは、1、3又は5から15までの整数であり、最も好ましくは奇数の(すなわち、2で割り切れない)整数であり、最も好ましくは7又は9であり、
ここで、−(CH2)n−中の1つ以上の水素原子は、互いに独立して、場合によりF又はCH3によって置き換えられていてよい化合物である。
式Iのさらに好ましい化合物は、
MG11及びMG12が、互いに独立して、(部分)式II
−A11−(Z11−A12)k− II
[式中、
Z11は、各出現において互いに独立して、単結合、−COO−、−OCO−、−O−CO−O−、−OCH2−、−CH2O−、−OCF2−、−CF2O−、−CH2CH2−、−(CH2)4−、−CF2CF2−、−CH=CH−、−CF=CF−、−CH=CH−COO−、−OCO−CH=CH−又は−C≡C−であり、これらは、場合により、1つ以上のF、S及び/又はSiで、好ましくは単結合で置換されており、
A11及びA12の1つ以上は、各出現において互いに独立して、5原子環を含み、かつ好ましくは、チオフェン−2,5−ジイル、フラン−2,5−ジイル、チアゾールジイル、チアジアゾールジイルから選択され、該基はいずれも、置換されていないか、F、Cl、CN又は1個から7個までの炭素原子を有するアルキル基又は1個から7個までの炭素原子を有するアルコキシ基又は1個から7個までの炭素原子を有するアルキルカルボニル基又は1個から7個までの炭素原子を有するアルコキシカルボニル基で、一置換、二置換、三置換又は四置換されていてよく、ここで、1個以上の水素原子は、F又はCl、好ましくはF、Cl、CH3又はCF3などによって置換されていてよく、
A11及びA12は、各出現において互いに独立して、1,4−フェニレンであり、ここで、さらに、1つ以上のCH基が、N、トランス−1,4−シクロヘキシレンによって置き換えられていてよく、該トランス−1,4−シクロヘキシレンにおいてさらに、1つ又は2つの隣接していないCH2基が、O及び/又はS、1,4−シクロヘキセニレン、1,4−ビシクロ−(2,2,2)−オクチレン、ピペリジン−1,4−ジイル、ナフタレン−2,6−ジイル、デカヒドロナフタレン−2,6−ジイル、1,2,3,4−テトラヒドロナフタレン−2,6−ジイル、シクロブタン−1,3−ジイル、スピロ[3.3]ヘプタン−2,6−ジイル又はジスピロ[3.1.3.1]デカン−2,8−ジイルによって置き換えられていてよく、該基はいずれも、置換されていないか、F、Cl、CN又は1個から7個までの炭素原子を有するアルキル基又は1個から7個までの炭素原子を有するアルコキシ基又は1個から7個までの炭素原子を有するアルキルカルボニル基又は1個から7個までの炭素原子を有するアルコキシカルボニル基によって一置換、二置換、三置換又は四置換されていてよく、ここで、1個以上の水素原子は、F又はCl、好ましくはF、Cl、CH3又はCF3によって置換されていてよく、かつ、
kは、0、1、2、3又は4であり、好ましくは1、2又は3であり、最も好ましくは1又は2である]
の基である化合物である。
MG11及びMG12が、互いに独立して、(部分)式II
−A11−(Z11−A12)k− II
[式中、
Z11は、各出現において互いに独立して、単結合、−COO−、−OCO−、−O−CO−O−、−OCH2−、−CH2O−、−OCF2−、−CF2O−、−CH2CH2−、−(CH2)4−、−CF2CF2−、−CH=CH−、−CF=CF−、−CH=CH−COO−、−OCO−CH=CH−又は−C≡C−であり、これらは、場合により、1つ以上のF、S及び/又はSiで、好ましくは単結合で置換されており、
A11及びA12の1つ以上は、各出現において互いに独立して、5原子環を含み、かつ好ましくは、チオフェン−2,5−ジイル、フラン−2,5−ジイル、チアゾールジイル、チアジアゾールジイルから選択され、該基はいずれも、置換されていないか、F、Cl、CN又は1個から7個までの炭素原子を有するアルキル基又は1個から7個までの炭素原子を有するアルコキシ基又は1個から7個までの炭素原子を有するアルキルカルボニル基又は1個から7個までの炭素原子を有するアルコキシカルボニル基で、一置換、二置換、三置換又は四置換されていてよく、ここで、1個以上の水素原子は、F又はCl、好ましくはF、Cl、CH3又はCF3などによって置換されていてよく、
A11及びA12は、各出現において互いに独立して、1,4−フェニレンであり、ここで、さらに、1つ以上のCH基が、N、トランス−1,4−シクロヘキシレンによって置き換えられていてよく、該トランス−1,4−シクロヘキシレンにおいてさらに、1つ又は2つの隣接していないCH2基が、O及び/又はS、1,4−シクロヘキセニレン、1,4−ビシクロ−(2,2,2)−オクチレン、ピペリジン−1,4−ジイル、ナフタレン−2,6−ジイル、デカヒドロナフタレン−2,6−ジイル、1,2,3,4−テトラヒドロナフタレン−2,6−ジイル、シクロブタン−1,3−ジイル、スピロ[3.3]ヘプタン−2,6−ジイル又はジスピロ[3.1.3.1]デカン−2,8−ジイルによって置き換えられていてよく、該基はいずれも、置換されていないか、F、Cl、CN又は1個から7個までの炭素原子を有するアルキル基又は1個から7個までの炭素原子を有するアルコキシ基又は1個から7個までの炭素原子を有するアルキルカルボニル基又は1個から7個までの炭素原子を有するアルコキシカルボニル基によって一置換、二置換、三置換又は四置換されていてよく、ここで、1個以上の水素原子は、F又はCl、好ましくはF、Cl、CH3又はCF3によって置換されていてよく、かつ、
kは、0、1、2、3又は4であり、好ましくは1、2又は3であり、最も好ましくは1又は2である]
の基である化合物である。
6員環のみを含む式IIの好ましいメソゲン基の比較的小さい基を、以下に列挙する。簡略化のため、これらの基の中のPheは、1,4−フェニレンであり、PheLは、1つから4つまでの基Lで置換された1,4−フェニレン基であり、ここで、Lは、好ましくは、F、Cl、CN、OH、NO2であるか、あるいは場合により、1個から7個までの炭素原子を有するフッ素化アルキル基又は1個から7個までの炭素原子を有するフッ素化アルコキシ基又は1個から7個までの炭素原子を有するフッ素化アルカノイル基であり、極めて好ましくは、F、Cl、CN、OH、NO2、CH3、C2H5、OCH3、OC2H5、COCH3、COC2H5、COOCH3、COOC2H5、CF3、OCF3、OCHF2、OC2F5であり、特にF、Cl、CN、CH3、C2H5、OCH3、COCH3及びOCF3であり、最も好ましくはF、Cl、CH3、OCH3及びCOCH3であり、かつ、Cycは、1,4−シクロヘキシレンである。この列挙は、以下に示す部分式
及びそれらの鏡像を含み、
ここで、
Cycは、1,4−シクロヘキシレン、好ましくはトランス−1,4−シクロヘキシレンであり、
Pheは、1,4−フェニレンであり、
PheLは、1個、2個もしくは3個のフッ素原子によって置換された、1個もしくは2個の塩素原子によって置換された、又は1個の塩素原子と1個のフッ素原子とによって置換された、1,4−フェニレンであり、かつ、
Zは、部分式IIで与えられるZ11の意味の1つを有し、少なくとも1つは、好ましくは、−COO−、−OCO−、−O−CO−O−、−OCH2−、−CH2O−、−OCF2−又は−CF2O−から選択される。
ここで、
Cycは、1,4−シクロヘキシレン、好ましくはトランス−1,4−シクロヘキシレンであり、
Pheは、1,4−フェニレンであり、
PheLは、1個、2個もしくは3個のフッ素原子によって置換された、1個もしくは2個の塩素原子によって置換された、又は1個の塩素原子と1個のフッ素原子とによって置換された、1,4−フェニレンであり、かつ、
Zは、部分式IIで与えられるZ11の意味の1つを有し、少なくとも1つは、好ましくは、−COO−、−OCO−、−O−CO−O−、−OCH2−、−CH2O−、−OCF2−又は−CF2O−から選択される。
特に好ましいのは、部分式II−1、II−4、II−5、II−7、II−8、II−14、II−15、II−16、II−17、II−18及びII−19である。
上記の好ましい基において、Zは、それぞれ独立して、式Iで与えられたZ11の意味の1つを有する。好ましくは、Zの1つは、−COO−、−OCO−、−CH2−O−、−O−CH2−、−CF2−O−又は−O−CF2−であり、より好ましくは、−COO−、−O−CH2−又は−CF2−O−であり、かつ、他のものは、好ましくは単結合である。
極めて好ましくは、メソゲン基MG11及びMG12の少なくとも1つは、好ましくはこれらの双方とも、それぞれかつ独立して、以下の式IIaから式IInまで(「II i」及び「II l」の2つの参照番号は、混乱を避けるために意図的に省かれている)
ここで、
Lは、各出現において互いに独立して、F又はClであり、好ましくはFであり、かつ、
rは、各出現において互いに独立して、0、1、2又は3であり、好ましくは0、1又は2である。
Lは、各出現において互いに独立して、F又はClであり、好ましくはFである。
非極性基を有する化合物の場合、R11及びR12は、好ましくは、15個までの炭素原子を有するアルキルであるか、又は2個から15個までの炭素原子を有するアルコキシである。
R11又はR12がアルキル基又はアルコキシ基(すなわち、末端CH2基が−O−によって置き換えられている)である場合、該基は、直鎖状でも分枝鎖状でもよい。該基は、好ましくは直鎖状であり、2個、3個、4個、5個、6個、7個又は8個の炭素原子を有し、したがって好ましくは、例えば、エチル、プロピル、ブチル、ペンチル、ヘキシル、ヘプチル、オクチル、エトキシ、プロポキシ、ブトキシ、ペントキシ、ヘキソキシ、ヘプトキシ又はオクトキシであり、さらに、メチル、ノニル、デシル、ウンデシル、ドデシル、トリデシル、テトラデシル、ペンタデシル、ノノキシ、デコキシ、ウンデコキシ、ドデコキシ、トリデコキシ又はテトラデコキシである。
オキサアルキル(すなわち、1つのCH2基が−O−によって置き換えられている)は、好ましくは、例えば、直鎖状の2−オキサプロピル(=メトキシメチル)、2−オキサブチル(=エトキシメチル)又は3−オキサブチル(=2−メトキシエチル)、2−、3−もしくは4−オキサペンチル、2−、3−、4−もしくは5−オキサヘキシル、2−、3−、4−、5−もしくは6−オキサヘプチル、2−、3−、4−、5−、6−もしくは7−オキサオクチル、2−、3−、4−、5−、6−、7−もしくは8−オキサノニル、又は2−、3−、4−、5−、6−、7−、8−もしくは9−オキサデシルである。
末端極性基を有する化合物の場合、R11及びR12は、CN、NO2、ハロゲン、OCH3、OCN、SCN、CORx、COORx、又は1個から4個までの炭素原子を有するモノフッ素化、オリゴフッ素化もしくはポリフッ素化アルキル基、又は1個から4個までの炭素原子を有するモノフッ素化、オリゴフッ素化もしくはポリフッ素化アルコキシ基から選択される。Rxは、場合により、1個から4個までの炭素原子を有するフッ素化アルキルであり、好ましくは1個から3個までの炭素原子を有するフッ素化アルキルである。ハロゲンは、好ましくはF又はClである。
特に好ましくは、式I中のR11及びR12は、H、F、Cl、CN、NO2、OCH3、COCH3、COC2H5、COOCH3、COOC2H5、CF3、C2F5、OCF3、OCHF2及びOC2F5から選択され、特にH、F、Cl、CN、OCH3及びOCF3から選択され、特にH、F、CN及びOCF3から選択される。
さらに、アキラルな分枝基R11及び/又はR12を含む式Iの化合物は、時として、例えば結晶化傾向の低下ゆえに重要となることがある。このタイプの分枝基は、総じて、1つを上回る鎖分枝を含まない。好ましいアキラルな分枝基は、イソプロピル、イソブチル(=メチルプロピル)、イソペンチル(=3−メチルブチル)、イソプロポキシ、2−メチルプロポキシ及び3−メチルブトキシである。
スペーサー基Sp1は、1個、3個又は5個から40個までの炭素原子、特に1個、3個又は5個から25個までの炭素原子、極めて好ましくは1個、3個又は5個から15個までの炭素原子、最も好ましくは5個から15個までの炭素原子を有する、直鎖状又は分枝鎖状のアルキレン基であり、該基中でさらに、1つ以上の隣接していない非末端CH2基は、−O−、−S−、−NH−、−N(CH3)−、−CO−、−O−CO−、−S−CO−、−O−COO−、−CO−S−、−CO−O−、−CH(ハロゲン)−、−CH(CN)−、−CH=CH−又は−C≡C−によって置き換えられていてよい。
「末端」CH2基は、メソゲン基に直接結合している。したがって、「非末端」CH2基は、メソゲン基MG11及びMG12には直接結合していない。
典型的なスペーサー基は、例えば、−(CH2)o−、−(CH2CH2O)p−CH2CH2−であり、ここで、oは、5から40までの、特に5から25までの、極めて好ましくは5から15までの整数であり、かつpは、1から8までの整数であり、特に1、2、3又は4である。
好ましいスペーサー基は、例えば、ペンチレン、ヘキシレン、ヘプチレン、オクチレン、ノニレン、デシレン、ウンデシレン、ドデシレン、オクタデシレン、ジエチレンオキシエチレン、ジメチレンオキシブチレン、ペンテニレン、ヘプテニレン、ノネニレン及びウンデセニレンである。
特に好ましいのは、Spが、5個から15個までの炭素原子を有するアルキレン基を表す、本発明の式Iの化合物である。直鎖状のアルキレン基が、特に好ましい。
奇数個の炭素原子を有する、好ましくは5個、7個、9個、11個、13個又は15個の炭素原子を有する直鎖状のアルキレンであるスペーサー基が好ましく、7個、9個及び11個の炭素原子を有する直鎖状のアルキレンスペーサーが極めて好ましい。
本発明の他の実施形態において、スペーサー基は、偶数個の炭素原子を有する、好ましくは、6個、8個、10個、12個及び14個の炭素原子を有する直鎖状のアルキレンである。この実施形態は、X11及びX12の1つが1つの原子からなり、すなわちX11及びX12の1つが−S−又は−O−であるか、あるいはX11及びX12の1つが3つの原子からなり、すなわちX11及びX12の1つが−S−CO−、−S−CO−S−又は−S−CS−S−であって、かつ他方は1個又は3個の炭素原子からなっていないという場合に、特に好ましい。
式Iにおいて、Spが5個から15個までの炭素原子を有する完全に重水素化されたアルキレンを表す本発明の式Iの化合物が、特に好ましい。重水素化された直鎖状のアルキレン基が、極めて好ましい。部分的に重水素化された直鎖状のアルキレン基が、最も好ましい。
式Iにおいて、メソゲン基R11−MG11−X11−とR12−MG12−X12−とが互いに異なる式Iの化合物が好ましい。他の実施形態において、式Iの化合物において、該式I中のR11−MG11−X11−とR12−MG12−X12−とは、互いに同一である。
アルキレンスペーサー(−CH2)n−は、単なる例示であり、
該アルキレンスペーサー中のnは、示されている通り、3又は5から15までの整数であり、好ましくは5、7又は9である]
の化合物の群から選択される。
R11及びR12は、互いに独立して、該基の好ましい意味を含めて上記で定義される通りであり、好ましくは、R11は、F又はCNであり、好ましくは、R12は、OCF3、CF3、F又はCNであり、より好ましくは、F又はCNであり、最も好ましくは、CNであり、ここで、Lは、各出現において互いに独立して、F、Clであるか、又は好ましくは、F又はClであり、最も好ましくはFである。
特に好ましい化合物は、側位(すなわち、Lのように)に0個、2個又は4個のフッ素原子を有する上記の式の群から選択される。
本発明の好ましい一実施形態において、R11は、OCF3であり、R12は、OCF3、F又はCNであり、好ましくはOCF3又はCNであり、最も好ましくはCNである。
式Iの化合物は、自体公知の方法や、例えばHouben−Weyl, Methoden der organischen Chemie、Thieme−Verlag, Stuttgartのような権威のある有機化学の著作物に記載されている方法にしたがって、あるいは該方法に類似して合成することができる。好ましい製造方法は、以下の合成スキームから得ることができる。
式Iの化合物は、好ましくは以下の包括的な反応スキームにしたがって得ることができる。
Rは、各出現において独立して、R11に関して与えられた意味の1つを有し、かつ第2の出現においては、それとは異なって、該基の好ましい意味を含めてR12に関して与えられた付加的な意味の1つを有することができ、
Lは、F又はClであり、好ましくはFであり、かつ、
逐次反応の条件は、合成例1において例示されている通りである。
Lは、F又はClであり、好ましくはFであり、かつ、
逐次反応の条件は、合成例1において例示されている通りである。
このスキーム(及び以下のすべてのスキーム)に示されているフェニレン部分はいずれも、互いに独立して、場合により、1個、2個もしくは3個の、好ましくは1個もしくは2個のフッ素原子もしくは1個の塩素原子か、又は1個の塩素原子と1個のフッ素原子とを有することができる。
本発明の他の目的は、液晶媒体における式Iのビメソゲン化合物の使用である。
式Iの化合物がネマチック液晶混合物に添加されると、該式Iの化合物は、該ネマチックの下方に相を生成する。これに関連して、ネマチック液晶混合物に対するビメソゲン化合物の影響についての最初の兆候が、Barnes, P.J., Douglas, A.G., Heeks, S.K., Luckhurst, G.R., Liquid Crystals, 1993, Vol.13, No.4, 603−613によって報告されている。この参考文献では、極性の高いアルキルスペーサを有する二量体が例示されているとともに、ネマチックの下方の相が認められており、これがスメクチックの一種であると結論づけられている。
ネマチック相の下方に存在するメソ相の写真による証拠は、Henderson, P.A., Niemeyer, O., Imrie, C.T.によって、Liquid Crystals, 2001, Vol.28, No.3, 463−472に掲載されているが、これについてのさらなる調査は行われていない。
Liquid Crystals, 2005, Vol.32, No.11−12, 1499−1513において、Henderson, P.A., Seddon, J.M.及びImrie, C.Tは、ネマチックの下方の新しい相は、いくつかの特別な例においてスメクチックC相に属することを報告している。最初のネマチックの下方のさらなるネマチック相は、Panov, V.P.、Ngaraj, M.、Vij, J.K.、Panarin, Y.P.、Kohlmeier, A.、Tamba, M.G.、Lewis, R.A.及びMehl, G.H.により、Phys.Rev.Lett. 2010, 105, 1678011−1678014において報告されている。
これに関連して、本発明の新規な式Iのビメソゲン化合物を含む液晶混合物は、新規なメソ相をも示すことができ、該相は第2のネマチック相と定められる。このメソ相は、元来のネマチック液晶相よりも低温で存在しており、これを、本出願によって示される固有の混合物の構想において観察した。
したがって、本発明による式Iのビメソゲン化合物によって、通常は第2のネマチック相を有しないネマチック混合物において該第2のネマチック相を誘起することが可能となる。さらに、式Iの化合物の量を変化させることによって、第2のネマチックの相挙動を必要な温度に調整することが可能となる。
したがって本発明は、式Iの少なくとも1つの化合物を含む液晶媒体に関する。
本発明による混合物のいくつかの好ましい実施形態を、以下に示す。
好ましいのは、メソゲン基MG11及びMG12が、各出現において互いに独立して、1つ、2つ又は3つの6員環を含み、好ましくは2つ又は3つの6員環を含む、式Iの化合物である。
特に好ましいのは、部分式II−1、II−4、II−6、II−7、II−13、II−14、II−15、II−16、II−17及びI−18である。
好ましくは、式I中のR11及びR12は、H、F、Cl、CN、NO2、OCH3、COCH3、COC2H5、COOCH3、COOC2H5、CF3、C2F5、OCF3、OCHF2及びOC2F5から選択され、特にH、F、Cl、CN、OCH3及びOCF3から選択され、殊にH、F、CN及びOCF3から選択される。
典型的なスペーサー基(Sp1)は、例えば−(CH2)o−、−(CH2CH2O)p−CH2CH2−であり、ここで、oは、1、3又は5から40までの整数であり、特に1、3又は5から25までの整数であり、極めて好ましくは5から15までの整数であり、かつpは、1から8までの整数であり、特に1、2、3又は4である。
式Iにおいて、R11−MG11−X11−とR12−MG12−X12−とが同一である式Iの化合物は好ましい。本発明による媒体は、式Iの化合物を、好ましくは1つ、2つ、3つ、4つ又はそれを上回って含むか、好ましくは1つ、2つ又は3つ含む。
液晶媒体中での式Iの化合物の量は、混合物全体の好ましくは1質量%から50質量%までであり、特に5質量%から40質量%までであり、極めて好ましくは10質量%から30質量%までである。
好ましい一実施形態において、本発明による液晶媒体は、英国特許第2356629号明細書(GB 2 356 629)から知られているものあるいはこれに類似するものと同様に、さらに式III
R31−MG31−X31−Sp3−X32−MG32−R32 III
[式中、
R31及びR32は、それぞれ独立して、H、F、Cl、CN、NCS又は1個から25個までの炭素原子を有する直鎖状アルキル基又は1個から25個までの炭素原子を有する分枝鎖状アルキル基であり、該アルキル基は、置換されていないか、ハロゲン又はCNによって一置換又は多置換されていてよく、ここで、1つ以上の隣接していないCH2基が、それぞれ互いに独立して、−O−、−S−、−NH−、−N(CH3)−、−CO−、−COO−、−OCO−、−O−CO−O−、−S−CO−、−CO−S−、−CH=CH−、−CH=CF−、−CF=CF−又は−C≡C−によって置き換えられていてもよいが、但しこの置き換えは、酸素原子が互いに直接結合しないように行われ、
MG31及びMG32は、それぞれ独立して、メソゲン基であり、
Sp3は、5個から40個までの炭素原子を有するスペーサー基であり、ここで、1つ以上の隣接していないCH2基が、−O−、−S−、−NH−、−N(CH3)−、−CO−、−O−CO−、−S−CO−、−O−COO−、−CO−S−、−CO−O−、−CH(ハロゲン)−、−CH(CN)−、−CH=CH−又は−C≡C−によって置き換えられていてもよく、かつ、
X31及びX32は、それぞれ独立して、−O−、−S−、−CO−、−COO−、−OCO−、−O−CO−O−、−CO−NH−、−NH−CO−、−CH2CH2−、−OCH2−、−CH2O−、−SCH2−、−CH2S−、−CH=CH−、−CH=CH−COO−、−OCO−CH=CH−、−C≡C−又は単結合である]
の化合物を1種以上含むが、
但し、式Iの化合物は除外されることを条件とする。
R31−MG31−X31−Sp3−X32−MG32−R32 III
[式中、
R31及びR32は、それぞれ独立して、H、F、Cl、CN、NCS又は1個から25個までの炭素原子を有する直鎖状アルキル基又は1個から25個までの炭素原子を有する分枝鎖状アルキル基であり、該アルキル基は、置換されていないか、ハロゲン又はCNによって一置換又は多置換されていてよく、ここで、1つ以上の隣接していないCH2基が、それぞれ互いに独立して、−O−、−S−、−NH−、−N(CH3)−、−CO−、−COO−、−OCO−、−O−CO−O−、−S−CO−、−CO−S−、−CH=CH−、−CH=CF−、−CF=CF−又は−C≡C−によって置き換えられていてもよいが、但しこの置き換えは、酸素原子が互いに直接結合しないように行われ、
MG31及びMG32は、それぞれ独立して、メソゲン基であり、
Sp3は、5個から40個までの炭素原子を有するスペーサー基であり、ここで、1つ以上の隣接していないCH2基が、−O−、−S−、−NH−、−N(CH3)−、−CO−、−O−CO−、−S−CO−、−O−COO−、−CO−S−、−CO−O−、−CH(ハロゲン)−、−CH(CN)−、−CH=CH−又は−C≡C−によって置き換えられていてもよく、かつ、
X31及びX32は、それぞれ独立して、−O−、−S−、−CO−、−COO−、−OCO−、−O−CO−O−、−CO−NH−、−NH−CO−、−CH2CH2−、−OCH2−、−CH2O−、−SCH2−、−CH2S−、−CH=CH−、−CH=CH−COO−、−OCO−CH=CH−、−C≡C−又は単結合である]
の化合物を1種以上含むが、
但し、式Iの化合物は除外されることを条件とする。
メソゲン基MG31及びMG32は、好ましくは式IIのものが選択される。
R31−MG31−X31−とR32−MG32−X32−とが同一である式IIIの化合物は、特に好ましい。
本発明の他の好ましい実施形態は、R31−MG31−X31−とR32−MG32−X32−とが異なる式IIIの化合物に関する。
特に好ましいのは、メソゲン基MG31及びMG32が1つ、2つ又は3つの6員環を含む式IIIの化合物であり、極めて好ましくは、メソゲン基は、以下に列挙するように式IIから選択される。
式III中のMG31及びMG32に関して、特に好ましいのは、部分式II−1、II−4、II−6、II−7、II−13、II−14、II−15、II−16、II−17及びII−18である。これらの好ましい基において、Zは、それぞれ独立して、式IIにおいて与えられたZ1の意味の1つを有する。好ましくは、Zは、−COO−、−OCO−、−CH2CH2−、−C≡C−又は単結合である。
極めて好ましくは、メソゲン基MG31及びMG32は、式IIaから式IIoまで及びそれらの鏡像から選択される。
非極性基を有する化合物の場合、R31及びR32は、好ましくは、15個までの炭素原子を有するアルキルであるか、又は2個から15個までの炭素原子を有するアルコキシである。R31又はR32がアルキル基又はアルコキシ基(すなわち、末端CH2基が−O−によって置き換えられている)である場合、該基は、直鎖状でも分枝鎖状でもよい。該基は、好ましくは直鎖状であり、2個、3個、4個、5個、6個、7個又は8個の炭素原子を有し、したがって好ましくは、例えば、エチル、プロピル、ブチル、ペンチル、ヘキシル、ヘプチル、オクチル、エトキシ、プロポキシ、ブトキシ、ペントキシ、ヘキソキシ、ヘプトキシ又はオクトキシであり、さらに、メチル、ノニル、デシル、ウンデシル、ドデシル、トリデシル、テトラデシル、ペンタデシル、ノノキシ、デコキシ、ウンデコキシ、ドデコキシ、トリデコキシ又はテトラデコキシである。
オキサアルキル(すなわち、1つのCH2基が−O−によって置き換えられている)は、好ましくは、例えば、直鎖状の2−オキサプロピル(=メトキシメチル)、2−オキサブチル(=エトキシメチル)又は3−オキサブチル(=2−メトキシエチル)、2−、3−もしくは4−オキサペンチル、2−、3−、4−もしくは5−オキサヘキシル、2−、3−、4−、5−もしくは6−オキサヘプチル、2−、3−、4−、5−、6−もしくは7−オキサオクチル、2−、3−、4−、5−、6−、7−もしくは8−オキサノニル、又は2−、3−、4−、5−、6−、7−、8−もしくは9−オキサデシルである。
末端極性基を有する化合物の場合、R31及びR32は、CN、NO2、ハロゲン、OCH3、OCN、SCN、CORx、COORx、又は1個から4個までの炭素原子を有するモノフッ素化、オリゴフッ素化もしくはポリフッ素化アルキル基、又は1個から4個までの炭素原子を有するモノフッ素化、オリゴフッ素化もしくはポリフッ素化アルコキシ基から選択される。Rxは、場合により、1個から4個までの炭素原子を有するフッ素化アルキルであり、好ましくは1個から3個までの炭素原子を有するフッ素化アルキルである。ハロゲンは、好ましくはF又はClである。
特に好ましくは、式III中のR31及びR32は、F、Cl、CN、NO2、OCH3、COCH3、COC2H5、COOCH3、COOC2H5、CF3、C2F5、OCF3、OCHF2及びOC2F5から選択され、特にF、Cl、CN、OCH3及びOCF3から選択される。
式IIIにおけるスペーサー基Sp3に関しては、この目的のために当業者に知られているあらゆる基を使用することができる。スペーサー基Spは、好ましくは、5個から40個までの炭素原子、特に5個から25個までの炭素原子、極めて好ましくは5個から15個までの炭素原子を有する、直鎖状又は分枝鎖状のアルキレン基であり、該基中でさらに、1つ以上の隣接していないCH2基は、−O−、−S−、−NH−、−N(CH3)−、−CO−、−O−CO−、−S−CO−、−O−COO−、−CO−S−、−CO−O−、−CH(ハロゲン)−、−CH(CN)−、−CH=CH−又は−C≡C−によって置き換えられていてよい。
典型的なスペーサー基は、例えば、−(CH2)o−、−(CH2CH2O)p−CH2CH2−、−CH2CH2−S−CH2CH2−又は−CH2CH2−NH−CH2CH2−であり、ここで、oは、5から40までの整数であり、特に5から25までの整数であり、極めて好ましくは5から15までの整数であり、かつpは、1から8までの整数であり、特に1、2、3又は4である。
好ましいスペーサー基は、例えば、ペンチレン、ヘキシレン、ヘプチレン、オクチレン、ノニレン、デシレン、ウンデシレン、ドデシレン、オクタデシレン、ジエチレンオキシエチレン、ジメチレンオキシブチレン、ペンテニレン、ヘプテニレン、ノネニレン及びウンデセニレンである。
Sp3が5個から15個までの炭素原子を有するアルキレンを表す本発明の式IIIの化合物が、特に好ましい。直鎖状のアルキレン基が、特に好ましい。
本発明の他の実施形態において、式IIIのキラル化合物は、式IVのキラル基である少なくとも1つのスペーサー基Sp1を含む。
式IIIにおけるX31及びX32は、好ましくは、−O−、−CO−、−COO−、−OCO−、−O−CO−O−又は単結合を表す。特に好ましいのは、式III−1から式III−4までから選択される以下の化合物:
[式中、
R31、R32は、式IIIにおいて与えられた意味を有し、Z31及びZ31−Iは、Z31と定義され、かつ、Z32及びZ32−Iは、それぞれ、式IIIにおけるZ31及びZ32−Iの逆転の基であり、かつo及びrは、各出現において独立して、該基の好ましい意味を含めて上記で定義される通りであり、ここで、Lは、各出現において互いに独立して、好ましくは、F、Cl、CN、OH、NO2であるか、あるいは、1個から7個までの炭素原子を有する場合によりフッ素化されたアルキル基又は1個から7個までの炭素原子を有する場合によりフッ素化されたアルコキシ基又は1個から7個までの炭素原子を有する場合によりフッ素化されたアルカノイル基であり、極めて好ましくは、F、Cl、CN、OH、NO2、CH3、C2H5、OCH3、OC2H5、COCH3、COC2H5、COOCH3、COOC2H5、CF3、OCF3、OCHF2、OC2F5であり、特にF、Cl、CN、CH3、C2H5、OCH3、COCH3及びOCF3であり、最も好ましくはF、Cl、CH3、OCH3及びCOCH3である]
であるが、
但し、ここから式Iの化合物は除外されるものとする。
R31、R32は、式IIIにおいて与えられた意味を有し、Z31及びZ31−Iは、Z31と定義され、かつ、Z32及びZ32−Iは、それぞれ、式IIIにおけるZ31及びZ32−Iの逆転の基であり、かつo及びrは、各出現において独立して、該基の好ましい意味を含めて上記で定義される通りであり、ここで、Lは、各出現において互いに独立して、好ましくは、F、Cl、CN、OH、NO2であるか、あるいは、1個から7個までの炭素原子を有する場合によりフッ素化されたアルキル基又は1個から7個までの炭素原子を有する場合によりフッ素化されたアルコキシ基又は1個から7個までの炭素原子を有する場合によりフッ素化されたアルカノイル基であり、極めて好ましくは、F、Cl、CN、OH、NO2、CH3、C2H5、OCH3、OC2H5、COCH3、COC2H5、COOCH3、COOC2H5、CF3、OCF3、OCHF2、OC2F5であり、特にF、Cl、CN、CH3、C2H5、OCH3、COCH3及びOCF3であり、最も好ましくはF、Cl、CH3、OCH3及びCOCH3である]
であるが、
但し、ここから式Iの化合物は除外されるものとする。
本発明の好ましい一実施形態において、液晶媒体は、式IIIの、2種から25種までの、好ましくは3種から15種までの化合物からなる。
液晶媒体中での式IIIの化合物の量は、混合物全体の好ましくは10質量%から95質量%までであり、特に15質量%から90質量%までであり、極めて好ましくは20質量%から85質量%までである。
好ましくは、媒体全体中での式III−1a及び/又はIII−1b及び/又はIII−1c及び/又はIII−1e及び又はIII−3a及び/又はIII−3bの化合物の割合は、好ましくは少なくとも70質量%である。
本発明による特に好ましい媒体は、少なくとも1種以上のキラルドーパントを含み、ここで、該キラルドーパントは、それ自体は必ずしも液晶相を示す必要はなく、またそれ自体は必ずしも優れた均等な配向をもたらす必要はない。
特に好ましいのは、
並びにそれぞれの(S,S)エナンチオマー
から選択されるキラルドーパントであり、
ここで、E及びFは、それぞれ独立して、1,4−フェニレン又はトランス−1,4−シクロヘキシレンであり、vは、0又は1であり、Z0は、−COO−、−OCO−、−CH2CH2−又は単結合であり、かつRは、1個から12個までの炭素原子を有するアルキル、1個から12個までの炭素原子を有するアルコキシ又は1個から12個までの炭素原子を有するアルカノイルである。
から選択されるキラルドーパントであり、
ここで、E及びFは、それぞれ独立して、1,4−フェニレン又はトランス−1,4−シクロヘキシレンであり、vは、0又は1であり、Z0は、−COO−、−OCO−、−CH2CH2−又は単結合であり、かつRは、1個から12個までの炭素原子を有するアルキル、1個から12個までの炭素原子を有するアルコキシ又は1個から12個までの炭素原子を有するアルカノイルである。
式VIの化合物及び該化合物の合成は、国際公開第98/00428号(WO 98/00428)に記載されている。以下の表Dに示すように、化合物CD−1が特に好ましい。式Vの化合物及び該化合物の合成は、英国特許第2328207号明細書(GB 2,328,207)に記載されている。
特に好ましいのは、高いらせんねじり力(HTP)を有するキラルドーパントであり、特に国際公開第98/00428号(WO 98/00428)に記載されているものである。
さらに、典型的に使用されるキラルドーパントは、例えば、市販のR/S−5011、CD−1、R/S−811及びCB−15(ドイツ・ダルムシュタット在、Merck KGaA社)である。
上記のキラル化合物R/S−5011及びCD−1並びに式IV及び式Vの化合物は、極めて高いらせんねじり力(HTP)を示し、それゆえ、本発明のために特に有用である。
好ましくは、液晶媒体は、好ましくは上記式IVから選択される1種から5種までの、特に1種から3種までの、極めて好ましくは1種もしくは2種のキラルドーパント、特にCD−1及び/又は式V及び/又はR−5011又はS−5011を含み、極めて好ましくは、キラル化合物は、R−5011、S−5011又はCD−1である。
液晶媒体中のキラル化合物の量は、混合物全体の好ましくは1質量%から20質量%までであり、特に1質量%から15質量%までであり、極めて好ましくは1質量%から10質量%までである。
さらに好ましいのは、以下の式VI
[式中、
R5は、12個までの炭素原子を有するアルキル、12個までの炭素原子を有するアルコキシ、12個までの炭素原子を有するアルケニル又は12個までの炭素原子を有するアルケニルオキシであり、
L1からL4までは、それぞれ独立して、H又はFであり、
Z2は、−COO−、−CH2CH2−又は単結合であり、
mは、1又は2である]
から選択される1種以上の添加剤を含む液晶媒体である。
R5は、12個までの炭素原子を有するアルキル、12個までの炭素原子を有するアルコキシ、12個までの炭素原子を有するアルケニル又は12個までの炭素原子を有するアルケニルオキシであり、
Z2は、−COO−、−CH2CH2−又は単結合であり、
mは、1又は2である]
から選択される1種以上の添加剤を含む液晶媒体である。
液晶媒体は、好ましくは上記式VIaから式VIfまでから、極めて好ましくは式VIfから選択される、好ましくは1種から5種まで、特に1種から3種まで、極めて好ましくは1種又は2種を含む。
液晶媒体中での式VIの適切な添加剤の量は、混合物全体の好ましくは1質量%から20質量%までであり、特に1質量%から15質量%までであり、極めて好ましくは1質量%から10質量%までである。
本発明による液晶媒体は、さらなる添加剤を通常の濃度で含むことができる。これらのさらなる成分の全体の濃度は、混合物全体を基準として0.1%から10%までの範囲であり、好ましくは0.1%から6%までの範囲である。それぞれ使用される個々の化合物の濃度は、好ましくは、0.1%から3%までの範囲である。これらの及び類似の添加剤の濃度は、本出願における液晶成分及び液晶媒体の化合物の濃度の値及び範囲に関して算出に含めない。このことは混合物中で使用される二色性色素の濃度についても当てはまり、ホスト媒体の化合物及び成分のそれぞれの濃度を規定する際には、該二色性色素は算出に含めない。各添加剤の濃度は常に、ドープされた最終的な混合物に対して示される。
本発明による液晶媒体は、数種の化合物からなり、好ましくは3種から30種までの、より好ましくは4種から20種までの、最も好ましくは4種から16種までの化合物からなる。これらの化合物は、従来の方法で混合される。原則として、より少量で使用される化合物の必要量を、より多量に使用される化合物中に溶解させる。温度が、より高濃度で使用される化合物の透明点を上回る場合には、溶解プロセスの完了を観察することが特に容易である。しかし例えば、化合物の例えば均質混合物又は共融混合物であることができるいわゆるプレミックスの使用や、その成分がすぐに使用できる混合物自体であるいわゆるマルチボトルシステムの使用といった他の従来の方法によって媒体を製造することも可能である。
特に好ましい混合物の概念を、以下に示す:(使用される略語は、表Aで説明されている)。
本発明による混合物は、好ましくは以下のものを含む:
− 式Iの1種以上の化合物を、混合物全体の1質量%から50質量%までの範囲の、特に5質量%から40質量%までの範囲の、極めて好ましくは10質量%から30質量%までの範囲の全体の濃度で、
並びに/又は、
− 式IIIの1種以上の化合物を、混合物全体の10質量%から95質量%までの範囲の、特に15質量%から90質量%までの範囲の、極めて好ましくは20質量%から85質量%までの範囲の全体の濃度で、ここで、好ましくは、該化合物は、式III−1aから式III−1eまで及び式III−3aから式III−3bまでから選択され、特に好ましくは、該化合物は、
− N−PGI−ZI−n−Z−GP−N、好ましくはN−PGI−ZI−7−Z−GP−N及び/もしくはN−PGI−ZI−9−Z−GP−Nを、混合物全体を基準として、好ましくは5%を上回る、特に10%から30%までの濃度で、
及び/又は
− F−UIGI−ZI−n−Z−GU−F、好ましくはF−UIGI−ZI−9−Z−GU−Fを、混合物全体を基準として、好ましくは5%を上回る、特に10%から30%までの濃度で、
及び/又は
− F−PGI−O−n−O−PP−N、好ましくはF−PGI−O−9−O−PP−を、混合物全体を基準として、好ましくは1%を上回る、特に1%から20%までの濃度で、
及び/又は
− N−PP−O−n−O−PG−OT、好ましくはN−PP−O−7−O−PG−OTを、混合物全体を基準として、好ましくは5%を上回る、特に5%から30%までの濃度で、
及び/又は
− N−PP−O−n−O−GU−F、好ましくはN−PP−O−9−O−GU−Fを、混合物全体を基準として、好ましくは1%を上回る、特に1%から20%までの濃度で、
及び/又は
− F−PGI−O−n−O−GP−F、好ましくはF−PGI−O−7−O−GP−F及び/又はF−PGI−O−9−O−GP−Fを、混合物全体を基準として、好ましくは1%を上回る、特に1%から20%までの濃度で、
及び/又は
− N−GIGIGI−n−GGG−N、特にN−GIGIGI−9−GGG−Nを、混合物全体を基準として、好ましくは5%を上回る、特に10%から30%までの濃度で、
及び/又は
− N−PGI−n−GP−N、好ましくはN−PGI−9−GP−Nを、混合物全体を基準として、好ましくは5%を上回る、特に15%から50%までの濃度で
含むものとする、
並びに/又は
− 式VIの1種以上の適切な添加剤を、混合物全体の1質量%から20質量%までの範囲の、特に1質量%から15質量%までの範囲の、極めて好ましくは1質量%から10質量%までの範囲の全体の濃度で、ここで、好ましくは、該化合物は、式VIaから式VIfまでから選択され、特に好ましくは、該化合物は、
− PP−n−Nを、混合物全体を基準として、好ましくは1%を上回る、特に1%から20%までの濃度で
含むものとする、
並びに/又は
− 1種以上のキラル化合物を、混合物全体の好ましくは1質量%から20質量%までの範囲の、特に1質量%から15質量%までの範囲の、極めて好ましくは1質量%から10質量%までの範囲の全体の濃度で、ここで、好ましくは、該化合物は、式IV、V及びR−5011又はS−5011から選択され、特に好ましくは、該化合物は、
− R−5011、S−5011又はCD−1を、混合物全体を基準として、好ましくは1%を上回る、特に1%から20%までの濃度で
含むものとする。
− 式Iの1種以上の化合物を、混合物全体の1質量%から50質量%までの範囲の、特に5質量%から40質量%までの範囲の、極めて好ましくは10質量%から30質量%までの範囲の全体の濃度で、
並びに/又は、
− 式IIIの1種以上の化合物を、混合物全体の10質量%から95質量%までの範囲の、特に15質量%から90質量%までの範囲の、極めて好ましくは20質量%から85質量%までの範囲の全体の濃度で、ここで、好ましくは、該化合物は、式III−1aから式III−1eまで及び式III−3aから式III−3bまでから選択され、特に好ましくは、該化合物は、
− N−PGI−ZI−n−Z−GP−N、好ましくはN−PGI−ZI−7−Z−GP−N及び/もしくはN−PGI−ZI−9−Z−GP−Nを、混合物全体を基準として、好ましくは5%を上回る、特に10%から30%までの濃度で、
及び/又は
− F−UIGI−ZI−n−Z−GU−F、好ましくはF−UIGI−ZI−9−Z−GU−Fを、混合物全体を基準として、好ましくは5%を上回る、特に10%から30%までの濃度で、
及び/又は
− F−PGI−O−n−O−PP−N、好ましくはF−PGI−O−9−O−PP−を、混合物全体を基準として、好ましくは1%を上回る、特に1%から20%までの濃度で、
及び/又は
− N−PP−O−n−O−PG−OT、好ましくはN−PP−O−7−O−PG−OTを、混合物全体を基準として、好ましくは5%を上回る、特に5%から30%までの濃度で、
及び/又は
− N−PP−O−n−O−GU−F、好ましくはN−PP−O−9−O−GU−Fを、混合物全体を基準として、好ましくは1%を上回る、特に1%から20%までの濃度で、
及び/又は
− F−PGI−O−n−O−GP−F、好ましくはF−PGI−O−7−O−GP−F及び/又はF−PGI−O−9−O−GP−Fを、混合物全体を基準として、好ましくは1%を上回る、特に1%から20%までの濃度で、
及び/又は
− N−GIGIGI−n−GGG−N、特にN−GIGIGI−9−GGG−Nを、混合物全体を基準として、好ましくは5%を上回る、特に10%から30%までの濃度で、
及び/又は
− N−PGI−n−GP−N、好ましくはN−PGI−9−GP−Nを、混合物全体を基準として、好ましくは5%を上回る、特に15%から50%までの濃度で
含むものとする、
並びに/又は
− 式VIの1種以上の適切な添加剤を、混合物全体の1質量%から20質量%までの範囲の、特に1質量%から15質量%までの範囲の、極めて好ましくは1質量%から10質量%までの範囲の全体の濃度で、ここで、好ましくは、該化合物は、式VIaから式VIfまでから選択され、特に好ましくは、該化合物は、
− PP−n−Nを、混合物全体を基準として、好ましくは1%を上回る、特に1%から20%までの濃度で
含むものとする、
並びに/又は
− 1種以上のキラル化合物を、混合物全体の好ましくは1質量%から20質量%までの範囲の、特に1質量%から15質量%までの範囲の、極めて好ましくは1質量%から10質量%までの範囲の全体の濃度で、ここで、好ましくは、該化合物は、式IV、V及びR−5011又はS−5011から選択され、特に好ましくは、該化合物は、
− R−5011、S−5011又はCD−1を、混合物全体を基準として、好ましくは1%を上回る、特に1%から20%までの濃度で
含むものとする。
式Iのビメソゲン化合物及びこれらを含む液晶媒体は、液晶ディスプレイ、例えばSTN、TN、AMD−TN、温度補償、ゲストホスト、相変化又は表面安定化又はポリマー安定化コレステリック組織(SSCT、PSCT)ディスプレイなどにおいて、特にフレクソエレクトリックデバイスにおいて、能動光学素子及び受動光学素子、例えば偏光子、補償板、反射板、配向層、カラーフィルタ又はホログラフィック素子において、接着剤、異方性機械特性を有する合成樹脂、化粧品、診断法、液晶顔料において、装飾及び保安用途で、非線形光学、光学式情報記憶において、又はキラルドーパントとして使用されることができる。
式Iの化合物及びその得ることができる混合物は、フレクソエレクトリック液晶ディスプレイに特に有用である。それゆえ、本発明のもう1つの目的は、式Iの1種以上の化合物を含む、又は式Iの1種以上の化合物を含む液晶媒体を含む、フレクソエレクトリックディスプレイである。
式Iの本発明のビメソゲン化合物及びそれらの混合物を、それらのコレステリック相において、当業者に公知の方法、例えば表面処理又は電解によって、異なる配向状態へと配向させることができる。例えば、これらを、プラナー(グランジャン)状態へと、フォーカルコニック状態へと、又はホメオトロピック状態へと配向させることができる。強力な双極子モーメントを有する極性基を含む本発明の式Iの化合物をさらに、フレクソエレクトリックスイッチングに供することができ、それにより、該化合物を、電気光学スイッチ又は液晶ディスプレイにおいて使用することができる。
本発明の好ましい実施形態による異なる配向状態の間のスイッチングについて、本発明の式Iの化合物の試料に関して、以下に例示的に詳説する。
この好ましい実施形態によれば、試料は、電極層で、例えばITO層で被覆された2つの平面平行ガラス板を含むセル内に配置され、そしてそのコレステリック相においてプラナー状態へと配向させ、ここで、該プラナー状態では、コレステリックらせんの軸がセル壁に垂直に配向されている。この状態はグランジャン状態としても知られており、また、例えば偏光顕微鏡で観察可能なこの試料の組織はグランジャン組織として知られている。プラナー配向は、例えばセル壁の表面処理により、例えばラビング及び/又はポリイミドなどの配向層の被覆により達成されることができる。
さらに、試料をアイソトロピック相へと加熱し、次いでキラルネマチック−アイソトロピック相転移近傍の温度でキラルネマチック相へと冷却し、そしてセルをラビングすることによっても、配向が高品質であって欠陥をわずかしか有しないグランジャン状態を達成することができる。
プラナー状態では、材料のらせんピッチ及び平均屈折率に依存して、試料は、反射の中心波長で入射光の選択的反射を示す。
例えば10Hzから1kHzまでの周波数及び12Vrms/μmまでの振幅で電極に電界が印加されると、試料はホメオトロピック状態へと切り替えられ、その際、らせんが解かれ、分子が電界と平行に配向し、つまり電極の平面と垂直に配向する。ホメオトロピック状態では、試料は、通常の太陽光で見た場合には透過性であり、交差偏光子の間に配置した場合には黒色に見える。
ホメオトロピック状態において電界が低減又は除去されると、試料は、フォーカルコニック組織となり、その際、分子は、らせん軸が電界と垂直に、つまり電極の平面と平行に配向した、らせん状にねじれた構造を示す。フォーカルコニック状態は、そのプラナー状態において試料に弱い電界のみを印加することによっても達成されることができる。フォーカルコニック状態では、試料は、通常の太陽光で見た場合には散乱し、交差偏光子間では明るく見える。
異なる配向状態における本発明の化合物の試料は、異なる光の透過を示す。それゆえ、それぞれの配向状態及びその配向品質は、印加される電界の強度に依存して試料の光透過を測定することにより制御されることができる。このようにして、特定の配向状態及びこれらの異なる状態間の転移を達成するのに要する電界強度も決定することができる。
本発明の式Iの化合物の試料において、上述のフォーカルコニック状態は多くの無秩序な複屈折小ドメインからなる。好ましくはセルの追加のせん断を伴って、フォーカルコニック組織の核生成のための電界よりも大きな電界を印加することによって、良好に配向された広い領域においてらせん軸が電極の平面に平行である、均等に配向された組織が達成される。キラルネマチック材料の状態に関する文献、例えばP. Rudquist et al., Liq. Cryst. 23(4), 503(1997)によれば、この組織は、均等に位置するらせん(ULH)組織とも呼ばれる。この組織は、本発明の化合物のフレクソエレクトリック特性を特徴付けるために必要である。
ULH組織から出発して、本発明のフレクソエレクトリック化合物及び本発明のフレクソエレクトリック混合物は、電界の印加によってフレクソエレクトリックスイッチングに供されることができる。これにより、セル基板の平面における材料の光軸の回転が引き起こされ、かつ交差偏光子間に材料が配置された際に透過率の変化が生じる。本発明の材料のフレクソエレクトリックスイッチングについて、上記の導入部及び実施例においてさらに詳説する。
フォーカルコニック組織から出発して、例えば10kHzの高周波数の電界を試料に印加しながら、アイソトロピック相からコレステリック相へと徐々に冷却し、かつセルをせん断することによってULH組織を得ることも可能である。化合物が異なると、電界周波数も異なりうる。
式Iのビメソゲン化合物は、巨視的に均一な配向へと容易に整列することができ、また、式Iのビメソゲン化合物によって、液晶媒体において弾性定数k11が高い値になるとともにフレクソエレクトリック係数eが高くなることから、式Iのビメソゲン化合物は、フレクソエレクトリック液晶ディスプレイにおいて特に有用である。
液晶媒体は、好ましくは、1×10−10N未満の、好ましくは2×10−11N未満のk11と、1×10−11C/mを上回る、好ましくは1×10−10C/mを上回るフレクソエレクトリック係数eとを示す。
フレクソエレクトリックデバイスにおける使用以外に、本発明のビメソゲン化合物及びその混合物は、他の種類のディスプレイ並びに他の光学的及び電気光学的用途、例えば光学補償膜又は偏光膜、カラーフィルタ、反射コレステリック体、光学回転及び光学式情報記憶にも適している。
本発明のもう1つの態様は、セル壁がハイブリッド配向状態を示すディスプレイセルに関する。「ハイブリッド配向」との用語、あるいはディスプレイセルにおける又は2つの基板間の液晶材料又はメソゲン材料の配向とは、第1のセル壁に隣接する又は第1の基板上のメソゲン基がホメオトロピック配向を示し、かつ第2のセル壁に隣接する又は第2の基板上のメソゲン基がプラナー配向を示すことを意味する。
「ホメオトロピック配向」との用語、あるいはディスプレイセルにおける又は基板上での液晶材料又はメソゲン材料の配向とは、液晶材料又はメソゲン材料におけるメソゲン基が、セル又は基板のそれぞれの平面に対して実質的に垂直に配向していることを意味する。
「プラナー配向」との用語、あるいはディスプレイセルにおける又は基板上での液晶材料又はメソゲン材料の配向とは、液晶材料又はメソゲン材料におけるメソゲン基が、セル又は基板のそれぞれの平面に対して実質的に平行に配向していることを意味する。
本発明の好ましい一実施形態によるフレクソエレクトリックディスプレイは、2つの平行基板、好ましくは内側表面にインジウムスズ酸化物(ITO)などの透明導電層が被覆されたガラス基板と、該基板間に設けられるフレクソエレクトリック液晶媒体とを含んでおり、該フレクソエレクトリックディスプレイは、該液晶媒体に関し、基板の内側表面の1つがホメオトロピック配向状態を示し、かつ基板の反対側の内側表面がプラナー配向状態を示すことを特徴とする。
プラナー配向は、基板の最上部に施与される、例えばラビングされたポリイミド層やスパッタリングされたSiOx層といった配向層により達成されることができる。
あるいは、つまり追加の配向層を施与せずに、基板を直接ラビングすることも可能である。例えば、ラビングは、ラビング布、例えばベルベット布により、又はラビング布で覆われている平棒で達成されることが可能である。本発明の好ましい一実施形態において、ラビングは、少なくとも1つのラビングローラー、例えば基板全体をブラッシングする高速回転ローラーにより、又は少なくとも2つのローラー間に基板を配置することにより達成され、それぞれの場合において、ローラーの少なくとも1つは場合によりラビング布で覆われている。本発明のもう1つの好ましい実施形態において、ラビングは、好ましくはラビング布で覆われているローラーの周りに、所定の角度で少なくとも部分的に基板を巻き付けることにより達成される。
ホメオトロピック配向は、例えば、基板の最上部に被覆された配向層により達成されることができる。ガラス基板上に用いられる好適な配向層は、例えば、アルキルトリクロロシラン又はレクチンであり、一方でプラスチック基板に対しては、配向手段としてレクチンの薄膜、シリカ又は高チルトポリイミド配向膜が使用されうる。本発明の好ましい一実施形態において、シリカ被覆プラスチック膜が基板として用いられる。
プラナー配向又はホメオトロピック配向を達成するためのさらなる好適な方法は、例えばJ. Cognard, Mol.Cryst.Liq.Cryst. 78, Supplement 1, 1−77 (1981)に記載されている。
ハイブリッド配向状態を有するディスプレイセルを用いることにより、フレクソエレクトリックスイッチングの極めて高いスイッチング角、高速な応答時間及び良好なコントラストを達成することができる。
本発明によるフレクソエレクトリックディスプレイは、ガラス基板の代わりにプラスチック基板を含むこともできる。プラスチック膜基板は、上述のラビングローラーによるラビング処理に特に好適である。
本発明のもう1つの目的は、式Iの化合物がネマチック液晶混合物に添加されると、該式Iの化合物が該ネマチックの下方に相を生成することである。
したがって、本発明による式Iのビメソゲン化合物によって、通常は第2のネマチック相の証拠を示さないネマチック混合物において該第2のネマチック相を誘起することが可能となる。さらに、式Iの化合物の量を変化させることによって、第2のネマチックの相挙動を必要な温度に調整することが可能となる。
これに関する例が示されるとともに、その得ることができる混合物は、フレクソエレクトリック液晶ディスプレイに特に有用である。それゆえ、本発明のもう1つの目的は、第2のネマチック相を示す式Iの1種以上の化合物を含む液晶媒体である。
さらなる詳細がなくとも、当業者であれば、前述の記載を利用して、本発明をその最大限の程度で利用することができるものと考えられる。したがって、以下の例は単なる例示であって、本開示の残りの部分を全くいかようにも限定するものではないと解されるべきである。
別段の明記がない限り、本明細書中で用いられる場合に、本明細書中の用語の複数形は、単数形を含むと解されるべきであり、逆もまた同様である。
本明細書の説明及び特許請求の範囲の全体を通して、「〜を含む(comprise)」及び「〜を含む(contain)」との単語、並びにこれらの単語の変形、例えば「〜を含む(comprising)」及び「〜を含む(comprises)」は、「〜を含むが、これに限定されない」ことを意味し、他の要素を除外することを意図していない(かつ除外しない)。
本出願全体を通して、3つの隣接する原子に結合している炭素原子の結合の角度、例えば、C=CもしくはC=O二重結合における、又は例えばベンゼン環における炭素原子の結合の角度は120°であり、かつ2つの隣接する原子に結合している炭素原子の結合の角度、例えば、C≡CもしくはC≡N三重結合における、又は例えばアリル位C=C=Cにおける炭素原子の結合の角度は180°であると解されるべきであるが、但し、これらの角度が(いくつかの構造式において、これらの角度は正確に表されないこともあるが)、別様に、例えば3原子環、5原子環又は5原子環などの小さい環の一部分などに制限されていない場合に限られる。
本発明の前述の実施形態に対する変更を、本発明の範囲内に依然として含めながら行うことができるものと解されたい。本明細書中に開示されるそれぞれの特徴は、別段の記載がない限り、同じ、均等な又は類似の目的を担う代替的な特徴により置き換えられてもよい。したがって、別段の記載がない限り、開示されるそれぞれの特徴は、包括的な一連の均等な又は類似の特徴の一例にすぎない。
本明細書中に開示される特徴はいずれも、かかる特徴及び/又はステップの少なくともいくつかが互いに排他的である組合せを除いて、いかなる組合せで組合せられてもよい。特に、本発明の好ましい特徴は、本発明のあらゆる態様に適用可能であるとともに、いかなる組合せで用いられてもよい。同様に、必須ではない組合せで記載される特徴は、(組合せてではなく)別個に用いられることができる。
本出願による媒体中でのすべての化合物の全体の濃度は、100%である。
前述の及び以下の例において、別段の記載がない限り、すべての温度は補正なしで摂氏温度で示され、すべての部及びパーセンテージは重量による。
以下の略号は、化合物の液晶相挙動を説明するために用いられる:K=結晶質;N=ネマチック;N2=第2のネマチック;S又はSm=スメクチック;Ch=コレステリック;I=アイソトロピック;Tg=ガラス転移。符号の間の数字は、℃での相転移温度を示す。
本出願において及び特に以下の例において、液晶化合物の構造は、「頭字語(acronym)」とも称される略号により表される。略号から対応する構造への変換は、以下の3つの表Aから表Cまでによって容易である。
すべての基CnH2n+1、CmH2m+1及びClH2l+1は、好ましくはそれぞれn個、m個及びl個の炭素原子を有する直鎖状アルキル基であり、すべての基CnH2n、CmH2m及びClH2lは、好ましくはそれぞれ(CH2)n、(CH2)m及び(CH2)lであり、かつ−CH=CH−は好ましくは、それぞれトランス−ビニレン及びE−ビニレンである。
表Aに、環要素に関して用いられる符号を列挙し、表Bに、結合基に関する符号を列挙し、かつ表Cに、分子の左手側及び右手側の末端基に関する符号を列挙する。
表Dに、例示的な分子構造をそれらのそれぞれのコードとともに列挙する。
好ましくは、本発明による液晶媒体は、式Iの1種以上の化合物に加え、以下の表の式の化合物の群から選択される1種以上の化合物を含む。
表D
この表において、別段の明示的な定義がない限り、nは、3及び5から15までから選択される整数であり、好ましくは3、5、7及び9である。
この表において、別段の明示的な定義がない限り、nは、3及び5から15までから選択される整数であり、好ましくは3、5、7及び9である。
m及びkは、互いに独立して、1から9までの整数であり、好ましくは1から7までの整数であり、より好ましくは3から5までの整数であり、かつ、nは、1から15までの整数であり、好ましくは3から9までの奇数の整数である。
対象の化合物を、以下のスキームにしたがって製造する。
4−シアノ−4’−ヒドロキシビフェニル(20.0g、102.45ミリモル)を、アセトン300mLが入ったフラスコに加える。次いで、炭酸カリウム(29.74g、215.15ミリモル)を加える。この混合物を1時間穏やかに加熱還流し、その後、周囲温度(室温とも呼ばれる)(別段の明示的な記載がない限り、本出願においては20℃である)に冷却する。その後これを、1,7−ジブロモヘプタン(100mL、593.04ミリモル)が入ったフラスコに滴加する。この添加が完了した後、このフラスコを20時間穏やかに加熱還流する。この反応混合物を室温に冷却し、固形物を真空濾過により分離する。フィルターパッドを、アセトン(100mL)で洗浄する。濾液を真空下で濃縮し、その後、40℃〜60℃の石油エーテルの一部(50mL)を加える。形成された固形物を真空濾過により分離し、シリカゲル上でのカラムクロマトグラフィーにより精製し、その際、40℃〜60℃の石油エーテル中の10%酢酸エチルで溶離する。純粋な生成物を白色粉末として得る。
ブタン−2−オン(75.00mL)中の4’−(7−ブロモヘプチルオキシ)−ビフェニル−4−カルボニトリル(2.17g、5.83ミリモル)の溶液を窒素雰囲気下に撹拌し、この溶液に、4−ペンチルフェノール(0.96g、5.83ミリモル)及び炭酸カリウム(1.07g、7.58ミリモル)を加える。この反応混合物を、48時間にわたって80℃に加熱する。この反応混合物を冷却し、固形物を真空濾過により除去する。フィルターパッドを、ブタン−2−オン(100mL)で十分に洗浄する。その後、濾液を真空下で濃縮すると、淡橙色固形物が生じる。この固形物をシリカゲル上でのカラムクロマトグラフィーにより精製し、その際、ジクロロメタン:石油エーテル(1:5の比)で溶離する。生成物を含有する画分を集め、真空下で濃縮する。次いで、この固形物をアセトニトリル(30mL)から再結晶化させると、純粋な生成物が白色粉末として生じる。
対象の化合物を、以下のスキームにしたがって製造する。
3−フルオロ−4−ブロモフェノール(15.0g、78.54ミリモル)及び4−シアノベンゼンボロン酸(11.6g、78.9ミリモル)を、1,4−ジオキサン(300ml)が入った反応フラスコに加える。次いで、炭酸ナトリウム(15.9g、150.0ミリモル)及び水(150ml)を加える。この反応容器を窒素でパージし、その後、パラジウム(dppf)ジクロリド(550.0mg、0.75ミリモル)を加える。この系を、80℃で16時間加熱する。この反応混合物を周囲温度に冷却し、その後、重力濾過し、希塩酸の添加により中和する。次いで、ジクロロメタン(50mL)を加える。有機相を分離し、ブライン、水で洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥させ、濾過し、そして真空下で濃縮乾固する。この粗生成物を、シリカゲル上でのカラムクロマトグラフィーにより精製し、その際、ジクロロメタン中の1%メタノールで溶離する。
ヘプタン酸(8.00g、49.95ミリモル)、ジシクロヘキシルカルボジイミド(10.31g、49.95ミリモル)及びジメチルアミノピリジン(609.86mg、4.99ミリモル)を、周囲温度で、ジクロロメタン80mLが入ったフラスコに装入する。30分間撹拌した後、4’−ヒドロキシビフェニル−4−カルボニトリル(9.75g、49.95ミリモル)を加え、この反応混合物を、周囲温度で100時間撹拌する。次いで、水(20mL)を加え、有機相を分離し、硫酸マグネシウムで乾燥させ、そして真空下で濃縮乾固する。この粗生成物を、シリカゲル上でのカラムクロマトグラフィーにより精製し、その際、酢酸エチル:石油エーテルの混合物(1:1の比)で溶離する。
ヘプタン二酸モノ−(4’−シアノ−2−フルオロビフェニル−4−イル)エステル(10.0g、28.14ミリモル)、ジシクロヘキシルカルボジイミド(5.81g、28.14ミリモル)及びジメチルアミノピリジン(343.60mg、2.81mmol)を、ジクロロメタン(80mL)が入ったフラスコに装入し、30分間撹拌し、その後、4−ペンチルフェノール(4.81mL、28.14ミリモル)を加える。この反応混合物を、周囲温度で18時間撹拌する。次いで、水(20mL)を加える。有機相を分離し、硫酸マグネシウム上で乾燥させ、真空下で蒸発させる。この粗生成物を、シリカゲル上でのカラムクロマトグラフィーにより精製し、その際、ジクロロメタン:石油エーテルで(比を9:1の比まで増加させて)溶離する。生成物を、白色固体として単離する。
対象の化合物を、以下のスキームにしたがって製造する。
3ッ口丸底フラスコに、窒素下に、5−ヘキシン酸メチルエステル(3.84g;30.47ミリモル)、1−ヨード−4−(4−プロピルシクロヘキシル)−ベンゼン(10.0g;30.47ミリモル)、ジイソプロピルアミン(12.85mL;91.40ミリモル)及びトルエン(38mL)を加える。このフラスコを窒素でパージし、ビス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(II)クロリド(320.77mg;0.46ミリモル)及びヨウ化銅(I)(162.46mg;0.85ミリモル)を加える。この反応混合物を、20分間にわたって30℃に加熱し、次いで1時間にわたって40℃に加熱する。この混合物を室温に冷却し、固形物を濾別し、そして酢酸エチルで完全に洗浄する。揮発性物質を、減圧下で除去する。溶離液として石油エーテル:酢酸エチルを用いたシリカゲル上でのカラムクロマトグラフィーの後に、純粋な生成物を得る。
6−[4−(4−プロピルシクロヘキシル)フェニル]−5−ヘキシン酸メチルエステル(5.7g、17.0ミリモル)及び炭素上の白金(1g、炭素に対して5%)を、トルエン17mLが入ったビュッヒ社(Buchi)製オートクレーブに装入する。水素化を、2バール、20℃で一晩行った。この混合物をセライトを通して濾過し、澄明な溶液を得る。これを減圧下で濃縮し、生成物を得る。
6−[4−(4−プロピルシクロヘキシル)フェニル]−ヘキサン酸メチルエステル(12.00g、36.31ミリモル)を、テトラヒドロフラン(100mL)が入ったフラスコに加え、次いで水100mL中の水酸化リチウム(2.61g、108.92ミリモル)を加え、室温で一晩撹拌する。この反応混合物を、濃塩酸で酸性にする。有機相を分離し、水相をジクロロメタンで(30mLで2回)で抽出する。有機層を合一し、硫酸マグネシウム上で乾燥させ、蒸発させる。ジクロロメタン:酢酸エチル(6:4の比)での洗浄により、粗生成物をシリカゲルのパッドに通す。揮発物を真空下に除去し、所望の生成物を得る。
6−[4−(4−プロピルシクロヘキシル)フェニル]−ヘキサン酸(2.0g、6.32ミリモル)、ジシクロヘキシルカルボジイミド(1.30g、6.32ミリモル)及びジメチルアミノピリジン(77.16mg、0.63ミリモル)を、ジクロロメタン50.00mLが入ったフラスコに室温で装入する。この反応混合物を、30分間撹拌する。その後、4−ヒドロキシベンゾニトリル(828.07mg、6.95ミリモル)を加え、室温で16時間撹拌する。水(20mL)を加え、有機相を分離し、硫酸マグネシウム上で乾燥させ、蒸発させる。溶離液として石油エーテル:ジクロロメタン(3:7の比)を使用したシリカゲル上でのカラムクロマトグラフィーによって精製を行い、純粋な生成物を得る。
化合物例4以降
以下の式Iの化合物を、同様に製造する。
以下の式Iの化合物を、同様に製造する。
上記表における材料は総じて、例えば以下の表中に示すもののような公知のより慣用的なビメソゲン化合物と比較して、混合物のスクリーニングにおいて性能の向上を示す。
使用例、混合物例
一般に、逆平行ラビングしたPI配向層を有する厚さ5.6μmのセルを、ホットプレート上に、フレクソエレクトリック混合物がアイソトロピック相にある温度で満たす。
一般に、逆平行ラビングしたPI配向層を有する厚さ5.6μmのセルを、ホットプレート上に、フレクソエレクトリック混合物がアイソトロピック相にある温度で満たす。
このセルを満たした後、示差走査熱量測定(DSC)を用いて、透明点を含めて相転移を測定し、光学的検査によって確認する。光学的相転移の測定のために、FP82ホットステージに接続したMettler FP90ホットステージコントローラーを使用して、このセルの温度を制御する。温度を、周囲温度から毎分摂氏5度の速度で、アイソトロピック相の兆候が観察されるまで上昇させる。Olympus BX51顕微鏡を使用して、交差偏光子によって組織の変化を観察し、それぞれの温度を記録する。
次に、インジウム金属を使用して、このセルのITO電極にワイヤーを取り付ける。このセルを、Linkam TMS93ホットステージコントローラーに接続したLinkam THMS600ホットステージに固定する。このホットステージを、Olympus BX51顕微鏡中の回転ステージに固定する。
このセルを、液晶が完全にアイソトロピックとなるまで加熱する。次に、試料が完全にネマチックとなるまで、電界の印加下にこのセルを冷却する。Tektronix AFG3021B任意波形発生器によって駆動波形を供給し、これをNewtons4th LPA400電力増幅器によって送り、その後セルに印加する。セル応答を、Thorlabs PDA55フォトダイオードでモニタリングする。入力波形及び光学的応答の双方を、Tektronix TDS 2024Bデジタルオシロスコープを使用して測定する。
材料のフレクソ弾性応答を測定するために、光軸のチルトの大きさの変化を、増加する電圧の関数として測定する。これを、以下の等式を用いることにより達成する:
ここで、φは、最初の位置(すなわち、E=0である場合)からの光軸におけるチルトであり、Eは、印加した電界であり、Kは、弾性定数(K1及びK3の平均)であり、eは、フレクソエレクトリック係数(ここで、e=e1+e3)である。印加した電界を、HP 34401Aマルチメーターを使用してモニタリングする。チルト角を、前述の顕微鏡及びオシロスコープを使用して測定する。非撹乱コレステリックピッチであるP0を、コンピュータに接続されたOcean Optics USB4000分光計を使用して測定する。選択的反射バンドを得て、スペクトルデータからピッチを決定する。
以下の例に示す混合物は、USHディスプレイにおける使用に十分に適している。そのために、200nm以下のコレステリックピッチを達成すべく、使用される適切な濃度の1種以上のキラルドーパントを適用しなければならない。
比較混合物例1.0
ホスト混合物H−0
ホスト混合物H−0を製造し、特にその配向特性を実験して調べる。
ホスト混合物H−0
ホスト混合物H−0を製造し、特にその配向特性を実験して調べる。
例えば混合物H−0のような混合物の配向を、550nmの波長で、10μmのセルギャップを有する、逆平行ラビングしたPI配向層を有する試験セルにおいて、プラナー配向について調べる。これらの試料の光学リターデーションを、−60°から+40°までの範囲の様々な入射角について、エリプソメーター機器を使用して測定する。結果を、以下の表にまとめた。
H−0の試料は、垂直観察下で(すなわち0°の入射角で)、25nmの光学リターデーションを示す。このことはすでに、ホモジニアス配向の存在を示している。様々な入射角に関して、リターデーションの値は2nmから55nmまでの範囲である。これらの値は入射角に応じてかなり顕著なばらつきがあるが、入射角の増加に伴ってリターデーションが増加する傾向にあるようである。しかし、リターデーション値の顕著なばらつきは、ホメオトロピック配向がかなり低品質であることを示している。
2%のキラルドーパントR−5011を混合物H−0に加えて混合物H−1を得て、これをその特性について調べる。
混合物H−1を、USH方式に使用することができる。これは、82℃の透明点及び33℃の比較的低い転移温度[T(N2,N)]を有する。これは、35℃で301nmのコレステリックピッチを有する。この混合物のe/Kは、34.8℃の温度で1.9Cm−1N−1である。
混合物例1.0及び1.1
25%の合成例1の化合物を混合物H−0に加えて混合物M−1.0を得て、これもその配向について調べる。
25%の合成例1の化合物を混合物H−0に加えて混合物M−1.0を得て、これもその配向について調べる。
注釈:*)合成例1の化合物
この混合物(M−1.0)を製造して調べる。
この混合物(M−1.0)を製造して調べる。
その配向挙動に関するデータを、上記の表にまとめた。この混合物は、極めて優れたホメオトロピック配向を示す。このことは、垂直入射でのリターデーションが0に近いこと、そしてさらには、リターデーションが入射角の絶対値の増加に伴って正及び負の入射角についてほぼ対称的に増加することによって示されている。
これと、明らかにホモジニアス配向を示す混合物H−0とは、入射角に対するリターデーションの依存性が完全に異なることによって対比される。
2%のキラルドーパントR−5011と10%の合成例1の化合物とを混合物H−0に加えて混合物M−1.1を得て、これをその特性について調べる。
注釈:*)合成例1の化合物
この混合物(M−1.1)を製造して調べる。これは、ULH方式にも十分に適している。これは、77.0℃でネマチック相からアイソトロピック相への転移[T(N,I)]を示す。この混合物(M−1.1)は、USH方式に十分に適している。これは、43℃で313.7nmのコレステリックピッチを有する。この混合物のe/Kは、42.6℃の温度で2.03Cm−1N−1である。
この混合物(M−1.1)を製造して調べる。これは、ULH方式にも十分に適している。これは、77.0℃でネマチック相からアイソトロピック相への転移[T(N,I)]を示す。この混合物(M−1.1)は、USH方式に十分に適している。これは、43℃で313.7nmのコレステリックピッチを有する。この混合物のe/Kは、42.6℃の温度で2.03Cm−1N−1である。
混合物例2.0から混合物例2.2まで
混合物例2.0:混合物M−2.0
25%の合成例2の化合物を混合物H−0に加えて混合物M−2.0を得て、これもその配向について調べる。
混合物例2.0:混合物M−2.0
25%の合成例2の化合物を混合物H−0に加えて混合物M−2.0を得て、これもその配向について調べる。
注釈:*)合成例2の化合物
この混合物(M−2.0)を製造して調べる。
この混合物(M−2.0)を製造して調べる。
その配向挙動に関するデータを、上記の表にまとめた。垂直入射でのリターデーションが極めて0に近いこと、そしてリターデーションが入射角の絶対値の増加に伴って対称的に増加することによって示されているように、この混合物は、極めて良好なほぼ完全なホメオトロピック配向を示す。
混合物例2.1:混合物M−2.1
10%の合成例2の化合物を混合物H−0に加えて混合物M−2.1を得て、これもその配向について調べる。
10%の合成例2の化合物を混合物H−0に加えて混合物M−2.1を得て、これもその配向について調べる。
注釈:*)合成例2の化合物
この混合物(M−2.1)を製造して調べる。
この混合物(M−2.1)を製造して調べる。
その配向挙動に関するデータを、上記の表にまとめた。この混合物は、上記の混合物M−2.0と比較して、同様に良好な、ごくわずかに劣ったホメオトロピック配向を示す。
混合物例2.2:混合物M−2.2
2%のキラルドーパントR−5011と10%の合成例2の化合物とを混合物H−0に加えて混合物M−2.2を得て、これをその特性について調べる。
2%のキラルドーパントR−5011と10%の合成例2の化合物とを混合物H−0に加えて混合物M−2.2を得て、これをその特性について調べる。
注釈:*)合成例2の化合物
この混合物(M−2.2)を製造して調べる。これは、ULH方式にも十分に適している。これは、76.0℃でネマチック相からアイソトロピック相への転移[T(N,I)]を示す。この混合物(M−2.2)は、USH方式に十分に適している。これは、41℃で299nmのコレステリックピッチを有する。この混合物のe/Kは、41.1℃の温度で2.04Cm−1N−1である。
この混合物(M−2.2)を製造して調べる。これは、ULH方式にも十分に適している。これは、76.0℃でネマチック相からアイソトロピック相への転移[T(N,I)]を示す。この混合物(M−2.2)は、USH方式に十分に適している。これは、41℃で299nmのコレステリックピッチを有する。この混合物のe/Kは、41.1℃の温度で2.04Cm−1N−1である。
混合物例3.0及び3.1
25%の合成例3の化合物を混合物H−0に加えて混合物M−3.0を得て、これもその特性について調べる。
25%の合成例3の化合物を混合物H−0に加えて混合物M−3.0を得て、これもその特性について調べる。
注釈:*)合成例3の化合物
この混合物(M−3.0)を製造して調べる。その配向挙動に関するデータを、上記の表にまとめた。この混合物は、良好なホメオトロピック配向を示す。
この混合物(M−3.0)を製造して調べる。その配向挙動に関するデータを、上記の表にまとめた。この混合物は、良好なホメオトロピック配向を示す。
混合物例3.1:混合物M−3.1
2%のキラルドーパントR−5011と10%の合成例3の化合物とを混合物H−0に加えて混合物M−3.1を得て、これをその特性について調べる。
2%のキラルドーパントR−5011と10%の合成例3の化合物とを混合物H−0に加えて混合物M−3.1を得て、これをその特性について調べる。
注釈:*)合成例3の化合物
この混合物(M−3.1)を製造して調べる。これは、ULH方式にも十分に適している。これは、73.2℃でネマチック相からアイソトロピック相への転移[T(N,I)]を示す。この混合物(M−3.1)は、USH方式に十分に適している。これは、38℃で310nmのコレステリックピッチを有する。この混合物のe/Kは、38.6℃の温度で2.14Cm−1N−1である。
この混合物(M−3.1)を製造して調べる。これは、ULH方式にも十分に適している。これは、73.2℃でネマチック相からアイソトロピック相への転移[T(N,I)]を示す。この混合物(M−3.1)は、USH方式に十分に適している。これは、38℃で310nmのコレステリックピッチを有する。この混合物のe/Kは、38.6℃の温度で2.14Cm−1N−1である。
上記の試験を、ホスト混合物H−0において使用した合成例1の化合物に代えて、式Iのいくつかの化合物の各々10%を、2%のR−5011と共に用いて行う。結果を、以下の表に示す。
注釈:*)化合物n:合成例nの化合物
t.b.d.:未確定(to be determined)
コレステリックピッチ(P)は、0.9T(N,I)で示され、かつe/Kは、0.9T(N,I)でのV−1(すなわち、Cm−1N−1)で示される。
t.b.d.:未確定(to be determined)
コレステリックピッチ(P)は、0.9T(N,I)で示され、かつe/Kは、0.9T(N,I)でのV−1(すなわち、Cm−1N−1)で示される。
Claims (11)
- 式I
R11及びR12は、それぞれ独立して、H、F、Cl、CN、NCS又は1個から25個までの炭素原子を有する直鎖状アルキル基又は1個から25個までの炭素原子を有する分枝鎖状アルキル基であり、該アルキル基は、置換されていないか、ハロゲン又はCNによって一置換又は多置換されていてよく、ここで、1つ以上の隣接していないCH2基が、各出現において互いに独立して、−O−、−S−、−NH−、−N(CH3)−、−CO−、−COO−、−OCO−、−O−CO−O−、−S−CO−、−CO−S−、−CH=CH−、−CH=CF−、−CF=CF−又は−C≡C−によって置き換えられていてもよいが、但しこの置き換えは、酸素原子が互いに直接結合しないように行われ、好ましくは、F、Cl、CN、1個から25個までの炭素原子を有する直鎖状アルキル基又は1個から25個までの炭素原子を有する分枝鎖状アルキル基であり、該アルキル基は、置換されていないか、ハロゲン又はCNによって一置換又は多置換されていてよく、より好ましくは、極性基であり、最も好ましくは、F、Cl、CN、OCF3、CF3であり、かつ、
R11及びR12の少なくとも1つは、アルキル基、すなわち1個から25個までの炭素原子を有する直鎖状アルキル基又は1個から25個までの炭素原子を有する分枝鎖状アルキル基であり、該アルキル基は、置換されていないか、ハロゲン又はCNによって一置換又は多置換されていてよく、ここで、1つ以上の隣接していないCH2基が、各出現において互いに独立して、−O−、−S−、−NH−、−N(CH3)−、−CO−、−COO−、−OCO−、−O−CO−O−、−S−CO−、−CO−S−、−CH=CH−、−CH=CF−、−CF=CF−又は−C≡C−によって置き換えられていてもよいが、但しこの置き換えは、酸素原子が互いに直接結合しないように、好ましくは、1つのCH2基が−CH=CH−、−CH=CF−、−CF=CF−によって置き換えられている極性基に酸素原子が直接結合しないように行われ、ここで、該極性基からは、OCF3及びCF3は除外されるものとし、好ましくは非極性基であり、より好ましくは、置換されていないアルキル、置換されていないアルケニル又は置換されていないアルキニルであり、最も好ましくは、1個から25個までの炭素原子を有する直鎖状アルキル基又は1個から25個までの炭素原子を有する分枝鎖状アルキル基であり、
MG11及びMG12は、それぞれ独立して、メソゲン基であり、
MG11及びMG12の少なくとも1つは、1つ、2つ又はそれを上回る5原子環及び/又は6原子環を含み、2つ又はそれを上回る5原子環及び/又は6原子環を含む場合には、該環の少なくとも2つには、2原子結合基、好ましくは−CO−O−、−O−CO−、−CH2−O−、−O−CH2−、−CF2−O−及び−O−CF2−の結合基の群から選択される2原子結合基が結合していてよく、
Sp1は、1個、3個又は5個から40個までの炭素原子を含むスペーサー基であり、ここで、1つ以上の隣接していない非末端CH2基は、−O−、−S−、−NH−、−N(CH3)−、−CO−、−O−CO−、−S−CO−、−O−COO−、−CO−S−、−CO−O−、−CH(ハロゲン)−、−CH(CN)−、−CH=CH−又は−C≡C−によって置き換えられていてもよいが、但しこの置き換えは、2個の酸素原子が互いに隣接せず、2つの−CH=CH−基が互いに隣接せず、かつ−O−CO−、−S−CO−、−O−COO−、−CO−S−、−CO−O−及び−CH=CH−から選択される2つの基が互いに隣接しないように行われ、好ましくは−(CH2)n−(すなわち、n個の炭素原子を有する1,n−アルキレン)であり、ここで、nは整数であり、好ましくは3から19までの整数であり、より好ましくは3から11までの整数であり、最も好ましくは奇数の整数(すなわち、3、5、7、9又は11)であり、
X11及びX12は、互いに独立して、−CO−O−、−O−CO−、−O−、−CH=CH−、−C≡C−、−CF2−O−、−O−CF2−、−CF2−CF2−、−CH2−O−、−O−CH2−、−CO−S−、−S−CO−、−CS−S−、−S−及び単結合から選択される結合基であり、好ましくは−CO−O−、−O−CO−又は単結合であり、最も好ましくは単結合であるが、
但し、−X11−Sp1−X12−において、2個の酸素原子が互いに隣接せず、2つの−CH=CH−基が互いに隣接せず、かつ−O−CO−、−S−CO−、−O−COO−、−CO−S−、−CO−O−及び−CH=CH−から選択される2つの基が互いに隣接しないことを条件とする]
のビメソゲン化合物。 - MG11及びMG12の少なくとも1つは、1つ又は2つの5原子環及び1つ以上の6原子環を含み、該環の少なくとも2つには、場合により2原子基が結合していることを特徴とする、請求項1に記載のビメソゲン化合物。
- MG11及びMG12の双方とも、1つ又は2つの5原子環を含むことを特徴とする、請求項1又は2に記載のビメソゲン化合物。
- R12が、OCF3、CF3、F、Cl及びCNから選択されることを特徴とする、請求項1から3までのいずれか1項に記載のビメソゲン化合物。
- Sp1が−(CH2)o−であり、oは、1、3又は5から15までの整数であることを特徴とする、請求項1から4までのいずれか1項に記載のビメソゲン化合物。
- 液晶媒体における、請求項1から5までのいずれか1項に記載の1種以上のビメソゲン化合物の使用。
- 液晶媒体であって、該液晶媒体が、請求項1から5までのいずれか1項に記載の1種以上のビメソゲン化合物を含むことを特徴とする、液晶媒体。
- 前記液晶媒体がさらに、式III
R31−MG31−X31−Sp3−X32−MG32−R32 III
[式中、
R31及びR32は、それぞれ独立して、H、F、Cl、CN、NCS又は1個から25個までの炭素原子を有する直鎖状アルキル基又は1個から25個までの炭素原子を有する分枝鎖状アルキル基であり、該アルキル基は、置換されていないか、ハロゲン又はCNによって一置換又は多置換されていてよく、ここで、1つ以上の隣接していないCH2基が、それぞれ互いに独立して、−O−、−S−、−NH−、−N(CH3)−、−CO−、−COO−、−OCO−、−O−CO−O−、−S−CO−、−CO−S−、−CH=CH−、−CH=CF−、−CF=CF−又は−C≡C−によって置き換えられていてもよいが、但しこの置き換えは、酸素原子が互いに直接結合しないように行われ、
MG31及びMG32は、それぞれ独立して、メソゲン基であり、
Sp3は、5個から40個までの炭素原子を有するスペーサー基であり、ここで、1つ以上の隣接していないCH2基が、−O−、−S−、−NH−、−N(CH3)−、−CO−、−O−CO−、−S−CO−、−O−COO−、−CO−S−、−CO−O−、−CH(ハロゲン)−、−CH(CN)−、−CH=CH−又は−C≡C−によって置き換えられていてもよく、かつ、
X31及びX32は、それぞれ独立して、−O−、−S−、−CO−、−COO−、−OCO−、−O−CO−O−、−CO−NH−、−NH−CO−、−CH2CH2−、−OCH2−、−CH2O−、−SCH2−、−CH2S−、−CH=CH−、−CH=CH−COO−、−OCO−CH=CH−、−C≡C−又は単結合である]
の化合物の群から選択される1種以上の化合物を含むが、
但し、式Iの化合物は除外されることを条件とすることを特徴とする、請求項7に記載の液晶媒体。 - 液晶デバイスにおける、請求項7又は8に記載の液晶媒体の使用。
- 2種以上の成分を含む液晶媒体を含む液晶デバイスであって、前記2種以上の成分の1つ以上が、請求項1から5までのいずれか1項に記載の式Iのビメソゲン化合物である、前記液晶デバイス。
- 前記液晶デバイスがフレクソエレクトリックデバイスであることを特徴とする、請求項10に記載の液晶デバイス。
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