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JP5637135B2 - 5環液晶性化合物、液晶組成物および液晶表示素子 - Google Patents

5環液晶性化合物、液晶組成物および液晶表示素子 Download PDF

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Description

本発明は液晶表示素子用の材料として有用な新規液晶性化合物およびこの化合物を含有する液晶組成物に関する。詳しくは低い粘度、他の液晶性化合物との良好な相溶性を持ち、加えて適切な大きさの屈折率異方性および誘電率異方性を有し、液晶表示素子に使用した場合には急峻な電気光学特性を得ることができる新規液晶性化合物、およびこの化合物を含有する液晶組成物ならびにこの液晶組成物を含有する液晶表示素子に関する。
液晶性化合物(本願において、液晶性化合物なる用語は、液晶相を有する化合物および液晶相を有さないが液晶組成物の構成成分として有用である化合物の総称として用いられる。)を用いた表示素子は、時計、電卓、ワ−プロなどのディスプレイに広く利用されている。これらの表示素子は液晶性化合物の屈折率異方性、誘電率異方性などを利用したものである。
液晶相には、ネマチック液晶相、スメクチック液晶相、コレステリック液晶相があるが、ネマチック液晶相を利用したものが最も広く用いられている。また表示方式としては動的散乱(DS)型、配向相変形(DAP)型、ゲスト/ホスト(GH)型、ねじれネマチック(TN)型、超ねじれネマチック(STN)型、薄膜トランジスタ(TFT)型、垂直配向(VA)型、インプレ−ンスイッチング(IPS)型、高分子支持配向(PSA)型などがある。
上述した各モードで動作する表示素子は、液晶組成物から構成されているが、上記特性などをさらに向上させるためには、液晶組成物に含まれる液晶性化合物が、高い透明点、高い弾性定数K33(K33:ベンド弾性定数)を有することが必要である。さらに、薄膜トランジスタ方式の液晶表示素子などの、高い絶縁性(比抵抗)を要求される液晶組成物の構成要素として用いられる液晶性化合物には、高い安全性を要求される。
そして、従来からこれら動作モードの液晶表示素子に使用可能な、高い透明点、大きな弾性定数K33を有する液晶組成物の成分として、ベンゼン環上の水素がフッ素で置き換えられた液晶性化合物が数多く検討されてきている(特許文献1〜3参照。)。
例えばシクロヘキサン環とベンゼン環で構成された化合物(A)および(B)が検討されている(特許文献1参照)。しかし、このような化合物は、市場要求を満たすほどの十分に高い透明点、高い弾性定数K33を有しない。また、ネマチック相の温度範囲も充分に広くない。
また、ベンゼン環上の水素がメチルで置き換えられた化合物(C)が検討されている(特許文献2参照)。しかし、この化合物は、市場要求を満たすほどの十分に高い透明点、大きな弾性定数K33を有しない。
また、ベンゼン環上の水素がフッ素で置き換えられた化合物(D)が検討されている(特許文献3参照)。しかし、市場要求を満たすほどの十分に高い透明点、大きな弾性定数K33を有しない。
Figure 0005637135
特開平4−501581号公報 米国特許第5310501号明細書 特開2002−193853号公報
上述した各モードで動作する表示素子は、液晶組成物から構成されているが、これらの特性をさらに向上させるためには、この液晶組成物に含まれる液晶性化合物が、以下(1)〜(8)で示す特性を有することが必要である。すなわち、
(1)化学的に安定であること、および物理的に安定であること
(2)高い透明点(液晶相−等方相の転移温度)を有すること
(3)液晶相(ネマチック相、スメクチック相等)の下限温度、特にネマチック相の下限温度が低いこと
(4)粘度が小さいこと
(5)適切な光学異方性を有すること
(6)適切な誘電率異方性を有すること
(7)高い弾性定数K33(K33:ベンド弾性定数)を有すること
(8)他の液晶性化合物との相溶性に優れること
である。
(1)のように化学的、物理的に安定な液晶性化合物を含む組成物を表示素子に用いると、電圧保持率を大きくすることができる。
また、(2)および(3)のように、高い透明点、あるいは液晶相の低い下限温度を有する液晶性化合物を含む組成物では、ネマチック相の温度範囲を広げることが可能となり、幅広い温度領域で表示素子として使用することが可能となる。
さらに、(4)のように粘度の小さい化合物、および(7)のように大きな弾性定数K33を有する化合物を含む組成物を表示素子として用いると応答速度を向上することができ、(5)のように適切な光学異方性を有する化合物を含む組成物を用いた表示素子の場合は、表示素子のコントラストの向上を図ることができる。素子の設計次第では、光学異方性は小さいものから大きなものまで必要である。最近ではセル厚を薄くすることにより応答速度を改善する手法が検討されており、それに伴い、大きな光学異方性を有する液晶組成物も必要となっている。一方、反射型表示素子等の場合その構成から小さな光学異方性を有する液晶組成物も重要である。
加えて、液晶性化合物が適切な誘電率異方性を有する場合には、この化合物を含む液晶組成物のしきい値電圧を低くすることができるので、(6)のように適切な誘電率異方性を有する化合物を含む組成物を用いた表示素子の場合には、表示素子の駆動電圧を低くし、消費電力も小さくすることができる。さらに(7)のように大きな弾性定数K33を有する化合物を含む組成物を表示素子として用いることで表示素子のコントラスト比を大きくすることができる。
液晶性化合物は、単一の化合物では発揮することが困難な特性を発現させるために、他の多くの液晶性化合物と混合して調製した組成物として用いることが一般的である。したがって、表示素子に用いる液晶性化合物は、(8)のように、他の液晶性化合物等との相溶性が良好であることが好ましい。また、表示素子は、氷点下を含め幅広い温度領域で使用することもあるので、低い温度領域から良好な相溶性を有す化合物であることが好ましい場合もある。
本発明の第一の目的は、熱、光などに対する安定性を有し、広い温度範囲でネマチック相となり、粘度が小さく、適切な、特に比較的小さな光学異方性、大きな弾性定数K33、および適切な、特に比較的大きな誘電率異方性を有する液晶性化合物を提供することである。
本発明の第二の目的は、熱、光などに対する安定性を有し、広い温度範囲でネマチック相となり、粘度が小さく、適切な、特に比較的小さな光学異方性、大きな弾性定数K33、およびネマチックレンジの広い、他の液晶性化合物との優れた相溶性を有する液晶性化合物を提供することである。
本発明の第三の目的は、熱、光などに対する安定性を有し、粘度が小さく、適切な、特に比較的小さな光学異方性、および適切な、特に比較的大きな誘電率異方性を有し、大きな弾性定数K33を有し、しきい値電圧が低く、さらに、この化合物を含有して、ネマチック相の上限温度(ネマチック相−等方相の相転移温度)が高く、ネマチック相の下限温度が低い液晶組成物を提供することである。
本発明の第四の目的は、応答時間が短く、消費電力および駆動電圧が小さく、大きなコントラストを有し、広い温度範囲で使用可能である、上記組成物を含有する液晶表示素子を提供することである。
本発明者はこれらの課題に鑑み鋭意研究を行った結果、シクロヘキサン環とベンゼン環を適切な配置で有する5環液晶性化合物が、熱、光などに対する安定性を有し、広い温度範囲でネマチック相となり、粘度が小さく、適切な光学異方性、および大きな弾性定数K33を有し、さらに、適切な、特に比較的大きな誘電率異方性、および他の液晶性化合物との優れた相溶性を有していること、また、この化合物を含有する液晶組成物が、熱、光などに対する安定性を有し、粘度が小さく、適切な、特に比較的小さな光学異方性、大きな弾性定数K33、および適切な誘電率異方性を有し、しきい値電圧が低く、さらに、ネマチック相の上限温度が高く、ネマチック相の下限温度が低いこと、さらに、この組成物を含有する液晶表示素子が、応答時間が短く、消費電力および駆動電圧が小さく、コントラスト比が大きく、広い温度範囲で使用可能であることを見いだし、本発明を完成するに到った。
すなわち、本発明は、以下〔1〕〜〔23〕などに記載された事項を有している。
〔1〕 式(1−1)で表される化合物。
Figure 0005637135

式(1−1)において、R1は、水素、炭素数1〜10のアルキル、炭素数2〜10のアルケニル、炭素数1〜9のアルコキシ、炭素数2〜9のアルコキシアルキル、または炭素数2〜9のアルケニルオキシであり;
は、水素、炭素数1〜10のアルキル、炭素数2〜10のアルケニル、炭素数1〜9のアルコキシ、炭素数2〜9のアルコキシアルキル、または炭素数2〜9のアルケニルオキシ、ハロゲン、−C≡N、−SF、−CF、−CHF、−CHF、−OCF、−OCHF、または−OCHFであり;
環Aおよび環Aは独立して、1,4−フェニレン、2−フルオロ−1,4−フェニレン、3−フルオロ−1,4−フェニレン、3,5−ジフルオロ−1,4−フェニレン、トランス−1,4−シクロへキシレン、1,4−シクロヘキセニレン、テトラヒドロピラン−2,5−ジイル、テトラヒドロピラン−3,6−ジイル、1,3−ジオキサン−2,5−ジイル、または1,3−ジオキサン−3,6−ジイルであり;
Qは水素またはフッ素であり;
mおよびnは独立して、0、1、2または3であり、m+nは3である。
〔1〕 式(1−2)で表される項〔1〕に記載の化合物。
Figure 0005637135

式(1−2)において、RおよびRは独立して、水素、炭素数1〜10のアルキル、炭素数2〜10のアルケニル、炭素数1〜9のアルコキシ、炭素数2〜9のアルコキシアルキル、または炭素数2〜9のアルケニルオキシであり;
環Aおよび環Aは独立して、1,4−フェニレン、2−フルオロ−1,4−フェニレン、3−フルオロ−1,4−フェニレン、3,5−ジフルオロ−1,4−フェニレン、トランス−1,4−シクロへキシレン、1,4−シクロヘキセニレン、テトラヒドロピラン−2,5−ジイル、テトラヒドロピラン−3,6−ジイル、1,3−ジオキサン−2,5−ジイル、または1,3−ジオキサン−3,6−ジイルであり;
mおよびnは独立して、0、1、2または3であり、m+nは3である。
〔1〕 式(1−3)または(1−4)で表される項〔1〕に記載の化合物。
Figure 0005637135

式(1−3)および(1−4)において、Rは、炭素数1〜10のアルキル、炭素数2〜10のアルケニル、炭素数1〜9のアルコキシ、炭素数2〜9のアルコキシアルキル、または炭素数2〜9のアルケニルオキシであり;
は炭素数1〜10のアルキル、炭素数2〜10のアルケニル、炭素数1〜9のアルコキシ、炭素数2〜9のアルコキシアルキル、または炭素数2〜9のアルケニルオキシ、フッ素、塩素、−C≡N、−CF、または−OCFであり;
環Aおよび環Aは独立して、トランス−1,4−シクロへキシレン、1,4−シクロヘキセニレン、テトラヒドロピラン−2,5−ジイル、または1,3−ジオキサン−2,5−ジイルであり;
、X、X、X、X、およびXは独立して、水素またはフッ素であり;
およびXのうち少なくとも1つはフッ素であり、XおよびXのうち少なくとも1つはフッ素である。
〔1〕 式(1−5)〜(1−9)のいずれか1つで表される項〔1〕に記載の化合物。
Figure 0005637135

式(1−5)〜(1−9)において、RおよびRは独立して、炭素数1〜10のアルキル、炭素数2〜10のアルケニル、炭素数1〜9のアルコキシ、炭素数2〜9のアルコキシアルキル、または炭素数2〜9のアルケニルオキシであり;
環Aおよび環Aは独立して、トランス−1,4−シクロへキシレン、1,4−シクロヘキセニレン、またはテトラヒドロピラン−2,5−ジイルであり;
、Y、およびYは独立して、水素またはフッ素であり;
式(1−5)、(1−6)、および(1−8)において、YおよびYのうち少なくとも1つはフッ素であり;
式(1−7)において、Y、Y、およびYのうち少なくとも1つはフッ素であり、YおよびYのうち少なくとも1つは水素である。
〔1〕 式(1−10)および(1−11)のいずれか1つで表される項〔1〕に記載の化合物。
Figure 0005637135

式(1−10)および(1−11)において、Rは、炭素数1〜10のアルキル、炭素数2〜10のアルケニル、炭素数1〜9のアルコキシ、炭素数2〜9のアルコキシアルキル、または炭素数2〜9のアルケニルオキシであり;
は、フッ素、塩素、−C≡N、−CF、または−OCFであり;
、X、X、X、X、およびXは独立して、水素またはフッ素であり;
およびXのうち少なくとも1つはフッ素であり、XおよびXのうち少なくとも1つはフッ素である。
〔1〕 式(1−12)および(1−13)のいずれか1つで表される項〔1〕に記載の化合物。
Figure 0005637135

式(1−12)および(1−13)において、Rは、炭素数1〜10のアルキル、炭素数2〜10のアルケニル、炭素数1〜9のアルコキシ、炭素数2〜9のアルコキシアルキル、または炭素数2〜9のアルケニルオキシであり;
はフッ素、塩素、−C≡N、−CF、または−OCFであり;
、X、X、X、X、およびXは独立して、水素またはフッ素であり;
およびXのうち少なくとも1つはフッ素であり、XおよびXのうち少なくとも1つはフッ素である。
〔1〕 式(1−14)および(1−15)のいずれか1つで表される項〔1〕に記載の化合物。
Figure 0005637135

式(1−14)および(1−15)において、RおよびRは独立して、炭素数1〜10のアルキル、炭素数2〜10のアルケニル、炭素数1〜9のアルコキシ、炭素数2〜9のアルコキシアルキル、または炭素数2〜9のアルケニルオキシであり;
、L、L、およびLは独立して、水素またはフッ素であり、LおよびLのうち少なくとも1つはフッ素であり、LおよびLのうち少なくとも1つはフッ素である。
〔1〕 式(1−16)および(1−17)のいずれか1つで表される項〔1〕に記載の化合物。
Figure 0005637135

式(1−16)および(1−17)において、RおよびRは独立して、炭素数1〜10のアルキル、炭素数2〜10のアルケニル、炭素数1〜9のアルコキシ、炭素数2〜9のアルコキシアルキル、または炭素数2〜9のアルケニルオキシであり;
、L、L、およびLは独立して、水素またはフッ素であり、LおよびLのうち少なくとも1つはフッ素であり、LおよびLのうち少なくとも1つはフッ素である。
〔1〕 式(1−18)〜(1−19)のいずれか1つで表される項〔1〕に記載の化合物。
Figure 0005637135

式(1−18)および(1−19)において、RおよびRは独立して、炭素数1〜10のアルキル、炭素数2〜10のアルケニル、炭素数1〜9のアルコキシ、炭素数2〜9のアルコキシアルキル、または炭素数2〜9のアルケニルオキシであり;
、LおよびLは独立して、水素またはフッ素であり;
式(1−18)において、LおよびLのうち少なくとも1つはフッ素であり;
式(1−19)において、LおよびLのうち少なくとも1つはフッ素である。
〔1〕 式(1−20)で表される項〔1〕に記載の化合物。
Figure 0005637135

式(1−20)において、RおよびRは独立して、炭素数1〜10のアルキル、炭素数2〜10のアルケニル、炭素数1〜9のアルコキシ、炭素数2〜9のアルコキシアルキル、または炭素数2〜9のアルケニルオキシである。
〔1〕 式(1−21)で表される項〔1〕に記載の化合物。
Figure 0005637135

式(1−28)において、RおよびRは独立して、炭素数1〜10のアルキル、炭素数2〜10のアルケニル、炭素数1〜9のアルコキシ、炭素数2〜9のアルコキシアルキル、または炭素数2〜9のアルケニルオキシである。
〔1〕 式(1−22)〜(1−37)のいずれか1つで表される項〔1〕に記載の化合物。
Figure 0005637135

式(1−22)〜(1−37)において、Rは、炭素数1〜10のアルキル、炭素数2〜10のアルケニル、炭素数1〜9のアルコキシ、炭素数2〜9のアルコキシアルキル、または炭素数2〜9のアルケニルオキシである。
〔1〕 式(1−38)〜(1−53)のいずれか1つで表される項〔1〕に記載の化合物。
Figure 0005637135

式(1−38)〜(1−53)において、Rは、炭素数1〜10のアルキル、炭素数2〜10のアルケニル、炭素数1〜9のアルコキシ、炭素数2〜9のアルコキシアルキル、または炭素数2〜9のアルケニルオキシである。
〔1〕 第一成分および第二成分を含有し、第一成分が、項〔1〕〜〔13〕のいずれか1項に記載の化合物から選択された少なくとも1つである、液晶組成物。
〔1〕 第二成分として、式(2)、(3)、および(4)で表される化合物の群から選択される少なくとも1つの化合物を含有する、項〔14〕に記載の液晶組成物。
Figure 0005637135

式(2)〜(4)において、R10は、炭素数1〜10のアルキルまたは炭素数2〜10のアルケニルであり、このアルキルおよびアルケニルにおいて、任意の水素はフッ素で置き換えられてもよく、任意の−CH2−は−O−で置き換えられてもよく;
は、フッ素、塩素、−OCF3、−OCHF2、−CF3、−CHF2、−CH2F、−OCF2CHF2、または−OCF2CHFCF3であり;
環B、環B、および環Bは独立して、1,4−シクロヘキシレン、1,3−ジオキサン−2,5−ジイル、ピリミジン−2,5−ジイル、1−ピラン−2,5−ジイル、または任意の水素がフッ素で置き換えられてもよい1,4−フェニレンであり;
およびZは独立して、−(CH22−、−(CH24−、−COO−、−CF2O−、−OCF2−、−CH=CH−、−C≡C−、−CHO−、または単結合であり;
およびLは独立して、水素またはフッ素である。
式(4)において、環Bおよび環Bが共に2,3−ジフルオロ−1,4−フェニレンであるとき、環Bは1−ピラン−2,5−ジイルではなく、環Bおよび環Bが共に2,3−ジフルオロ−1,4−フェニレンでありZが単結合のとき、環Bは1−ピラン−2,5−ジイルではない。
〔1〕 第二成分として、式(5)で表される化合物の群から選択される少なくとも1つの化合物を含有する、項〔14〕に記載の液晶組成物。
Figure 0005637135

式(5)において、R11は、炭素数1〜10のアルキルまたは炭素数2〜10のアルケニルであり、このアルキルおよびアルケニルにおいて、任意の水素はフッ素で置き換えられてもよく、任意の−CH2−は−O−で置き換えられてもよく;
は−C≡Nまたは−C≡C−C≡Nであり;
環C、環C、および環Cは独立して、1,4−シクロヘキシレン、任意の水素がフッ素で置き換えられてもよい1,4−フェニレン、1,3−ジオキサン−2,5−ジイル、1−ピラン−2,5−ジイル、またはピリミジン−2,5−ジイルであり;
は、−(CH22−、−COO−、−CF2O−、−OCF2−、−C≡C−、−CHO−、または単結合であり;
10およびL11は独立して、水素またはフッ素であり;
oは、0、1または2であり、pは0または1であり、o+pは2以下である。
〔1〕 第二成分として、式(6)、(7)および(8)で表される化合物の群から選択される少なくとも1つの化合物を含有する、項〔14〕に記載の液晶組成物。
Figure 0005637135

式(6)〜(8)において、R12およびR13は独立して、炭素数1〜10のアルキルまたは炭素数2〜10のアルケニルであり、このアルキルおよびアルケニルにおいて、任意の−CH2−は−O−で置き換えられてもよく;
環E、環E、および環Eは独立して、1,4−シクロヘキシレン、ピリミジン−2,5−ジイル、1,4−フェニレン、2−フルオロ−1,4−フェニレン、3−フルオロ−1,4−フェニレン、または2,5−ジフルオロ1,4−フェニレンであり;
およびZは独立して、−C≡C−、−COO−、−(CH22−、−CH=CH−、または単結合である。
〔1〕 項〔16〕に記載の式(5)で表される化合物の群から選択される少なくとも1つの化合物をさらに含有する、項〔15〕に記載の液晶組成物。
〔1〕 項〔17〕に記載の式(6)、(7)および(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〔15〕に記載の液晶組成物。
〔1〕 項〔17〕に記載の式(6)、(7)および(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〔16〕に記載の液晶組成物。
〔1〕 少なくとも1つの光学活性化合物および/または重合可能な化合物をさらに含有する、項〔14〕〜〔20〕のいずれか1項に記載の液晶組成物。
〔1〕 少なくとも1つの酸化防止剤および/または紫外線吸収剤をさらに含有する項〔14〕〜〔20〕のいずれか1項に記載の液晶組成物。
〔1〕 項〔14〕〜〔22〕のいずれか1項に記載の液晶組成物を含有する液晶表示素子。
この明細書における用語の使い方は次のとおりである。液晶性化合物は、ネマチック相、スメクチック相などの液晶相を有する化合物および液晶相を有しないが液晶組成物の成分として有用な化合物の総称である。液晶性化合物、液晶組成物、液晶表示素子をそれぞれ化合物、組成物、素子と略すことがある。液晶表示素子は液晶表示パネルおよび液晶表示モジュールの総称である。ネマチック相の上限温度はネマチック相−等方相の相転移温度であり、そして単に透明点または上限温度と略すことがある。ネマチック相の下限温度を単に下限温度と略すことがある。式(1)で表わされる化合物を化合物(1)と略すことがある。この略記は式(2)などで表される化合物にも適用することがある。式(1)から式(13)において、六角形で囲んだA、B、C、Eなどの記号はそれぞれ環A、環B、環C、環Eなどに対応する。百分率で表した化合物の量は組成物の全重量に基づいた重量百分率(重量%)である。環A、、R、Y、など複数の同じ記号を同一の式または異なった式に記載したが、これらのうちの任意の2つは同じであってもよいし、異なっていてもよい。
「任意の」は、位置だけでなく個数についても任意であることを示すが、個数が0である場合を含まない。任意のAがB、CまたはDで置き換えられてもよいという表現は、任意のAがBで置き換えられる場合、任意のAがCで置き換えられる場合および任意のAがDで置き換えられる場合に加えて、複数のAがB〜Dの少なくとも2つで置き換えられる場合をも含むことを意味する。例えば、任意の−CH−が−O−または−CH=CH−で置き換えられてもよいアルキルには、アルキル、アルケニル、アルコキシ、アルコキシアルキル、アルコキシアルケニル、アルケニルオキシアルキルなどが含まれる。なお、本発明においては、連続する2つの−CH−が−O−で置き換えられて、−O−O−のようになることは好ましくない。そして、アルキルにおける末端の−CH−が−O−で置き換えられることも好ましくない。以下に本発明をさらに説明する。
本発明の液晶性化合物の一つ目の特徴として、熱、光などに対する安定性を有し、広い温度範囲でネマチック相となり、粘度が小さく、適切な、特に比較的小さな光学異方性、および適切な弾性定数K33(K33:ベンド弾性定数)を有し、さらに、適切な、特に比較的大きな正の誘電率異方性を有している。
本発明の液晶性化合物の二つ目の特徴として、熱、光などに対する安定性を有し、広い温度範囲でネマチック相となり、粘度が小さく、適切な、特に比較的小さな光学異方性、および大きな弾性定数K33(K33:ベンド弾性定数)を有し、さらに、ネマチックレンジが広く、他の液晶性化合物との優れた相溶性を有している。
また、本発明の液晶性化合物は、ネマチックレンジが広く、大きな弾性定数K33を持つ点で優れている。しかも、粘度が大きくなることなく、誘電率異方性が大きくなる傾向にある点で特に優れている。
また、本発明の液晶組成物は、粘度が小さく、大きな光学異方性、適切な弾性定数K33、および高い負の誘電率異方性を有し、しきい値電圧が低く、さらに、ネマチック相の上限温度が高く、ネマチック相の下限温度が低い。特に、本発明の液晶組成物は大きな光学異方性を有するため、大きな光学異方性が必要な素子に有効である。
さらに、本発明の液晶表示素子は、この液晶組成物を含有することを特徴とし、応答時間が短く、消費電力および駆動電圧が小さく、コントラスト比が大きく、広い温度範囲で使用可能であり、PCモード、TNモード、STNモード、ECBモード、OCBモード、IPSモード、PSAモードなどの表示モードの液晶表示素子に好適に使用することができ、特に、IPSモード、またはPSAモードの液晶表示素子に好適に使用することができる。
以下、本発明をさらに具体的に説明する。
なお、以下説明中では、特に断りのない限り、百分率で表した化合物の量は組成物の全重量に基づいた重量百分率(重量%)を意味する。
〔液晶性化合物(1−1)〕
本発明の液晶性化合物は、式(1−1)で示される構造を有する(以下、これら化合物を「化合物(1−1)」ともいう。)。
Figure 0005637135
式(1−1)において、R1は、水素、炭素数1〜10のアルキル、炭素数2〜10のアルケニル、炭素数1〜9のアルコキシ、炭素数2〜9のアルコキシアルキル、または炭素数2〜9のアルケニルオキシであり;
は、水素、炭素数1〜10のアルキル、炭素数2〜10のアルケニル、炭素数1〜9のアルコキシ、炭素数2〜9のアルコキシアルキル、または炭素数2〜9のアルケニルオキシ、ハロゲン、−C≡N、−SF、−CF、−CHF、−CHF、−OCF、−OCHF、または−OCHFであり;
環Aおよび環Aは独立して、1,4−フェニレン、2−フルオロ−1,4−フェニレン、3−フルオロ−1,4−フェニレン、3,5−ジフルオロ−1,4−フェニレン、トランス−1,4−シクロへキシレン、1,4−シクロヘキセニレン、テトラヒドロピラン−2,5−ジイル、テトラヒドロピラン−3,6−ジイル、1,3−ジオキサン−2,5−ジイル、または1,3−ジオキサン−3,6−ジイルであり;
Qは水素またはフッ素であり;
mおよびnは独立して、0、1、2または3であり、m+nは3である。
化合物(1−1)は、1,4−フェニレン、トランス−1,4−シクロへキシレン、などからなる環構造を5つ有する。このような構造を有することで、適切な光学異方性、大きな弾性定数K33、適切な誘電率異方性、および他の液晶性化合物との優れた相溶性を有す。特に、ネマチック相の上限温度が高く、しかも、弾性定数K33が大きいことで特に優れている。
式中、Rは、水素、炭素数1〜10のアルキル、または炭素数2〜10のアルケニル、炭素数1〜9のアルコキシ、炭素数2〜9のアルコキシアルキル、炭素数2〜9のアルケニルオキシであり、Rは水素、炭素数1〜10のアルキル、炭素数2〜10のアルケニル、炭素数1〜9のアルコキシ、炭素数2〜9のアルコキシアルキル、炭素数2〜9のアルケニルオキシ、ハロゲン、−C≡N、−SF、−CF、−CHF、−CHF、−OCF、−OCHF、または−OCHFであり、例えば、CH(CH−、−CH−、CH(CHO−、CH−O−(CH−、CH−O−CH−O−、HC=CH−(CH−、CH−CH=CH−CH−、またはCH−CH=CH−O−、−F、Clである。
しかし、化合物の安定性を考慮すると、CH−O−O−CH−のような酸素と酸素とが隣接した基や、CH−CH=CH−CH=CH−などの二重結合部位が隣接した基は好ましくない。
これら基中の炭素−炭素結合の鎖は、直鎖であることが好ましい。炭素−炭素結合の鎖が直鎖であると、液晶相の温度範囲を広くすることができ、粘度を小さくすることができる。また、RおよびRのいずれかが光学活性基である場合には、キラルドーパントとして有用であり、該化合物を液晶組成物に添加することにより、液晶表示素子に発生するリバース・ツイスト・ドメイン(reverse twisted domain)を防止することができる。
これらRとしては、アルキル、アルコキシ、アルコキシアルキル、およびアルケニルが好ましく、アルキル、アルコキシ、またはアルケニルがさらに好ましい。Rとしてはアルキル、アルコキシ、アルコキシアルキル、アルケニル、フッ素、塩素、−C≡N、−CF、および−OCFが好ましく、アルキル、フッ素、−CF、−OCFがさらに好ましい。
が、アルキル、アルコキシ、またはアルケニルであり、Rがアルキル、アルコキシ、アルケニル、フッ素、−CF、または−OCFである場合には、液晶性化合物の液晶相の温度範囲を広げることができる。
アルケニルには、アルケニル中の二重結合の位置に依存して、−CH=CH−の好ましい立体配置がある。
−CH=CHCH、−CH=CHC、−CH=CHC、−CH=CHC、−CCH=CHCH、−CCH=CHCなどのように奇数位に二重結合を有するアルケニルでは、立体配置はトランス配置が好ましい。
一方、−CHCH=CHCH、−CHCH=CHC、−CHCH=CHCなどのように偶数位に二重結合を有するアルケニルでは、立体配置はシス配置が好ましい。上述のような好ましい立体配置を有するアルケニル化合物は、液晶相の温度範囲が広く、大きな弾性定数比K33/K11(K33:ベンド弾性定数、K11:スプレイ弾性定数)を有し、化合物の粘度を小さくすることができ、さらに、この液晶性化合物を液晶組成物に添加すると、ネマチック相の上限温度(TNI)を高くすることができる。
アルキルの具体例としては、−CH、−C、−C、−C、−C11、−C13、−C15、−C17、−C19、またはC1021を挙げることができ;
アルコキシの具体例としては、−OCH、−OC、−OC、−OC、−OC11、−OC13、−OC15、−OC17、またはOC19を挙げることができ;
アルコキシアルキルの具体例としては、−CHOCH、−CHOC、−CHOC、−(CHOCH、−(CHOC、−(CHOC、−(CHOCH、−(CHOCH、または(CHOCHを挙げることができ;
アルケニルの具体例としては、−CH=CH、−CH=CHCH、−CHCH=CH、−CH=CHC、−CHCH=CHCH、−(CHCH=CH、−CH=CHC、−CHCH=CHC、−(CHCH=CHCH、または(CHCH=CHを挙げることができ;
アルケニルオキシの具体例としては、−OCHCH=CH、−OCHCH=CHCH、またはOCHCH=CHCを挙げることができる。
およびRの具体例の中でも、ネマチックレンジを広くするためには、−CH、−C、−C、−C、−C11、−OCH、−OC、−OC、−OC、−OC11、−CHOCH、−(CHOCH、−(CHOCH、−CHCH=CH、−CHCH=CHCH、−(CHCH=CH、−CHCH=CHC、−(CHCH=CHCH、−(CHCH=CH、−(CHCH=CHCH、−(CHCH=CHC、−(CHCH=CHC、−OCHCH=CH、−OCHCH=CHCH、−OCHCH=CHCが好ましく、−CH、−C、−C、−OCH、−OC、−OC、−OC、−(CHCH=CH、−(CHCH=CHCH、または(CHCH=CHCがより好ましい。
さらに、誘電率異方性を大きくするためには、Rは、−CH、−C、−C、−C、−C11、−OCH、−OC、−OC、−OC、−OC11、−CHOCH、−(CHOCH、−(CHOCH、−CHCH=CH、−CHCH=CHCH、−(CHCH=CH、−CHCH=CHC、−(CHCH=CHCH、−(CHCH=CH、−(CHCH=CHCH、−(CHCH=CHC、−(CHCH=CHC、−OCHCH=CH、−OCHCH=CHCH、−OCHCH=CHCが好ましく、−CH、−C、−C、−OCH、−OC、−OC、−OC、−(CHCH=CH、−(CHCH=CHCH、または(CHCH=CHCがより好ましい。Rは、F、Cl、SF、CN、CF、またはOCFが好ましく、F、CF、またはOCFがより好ましい。
環Aおよび環Aは独立して、1,4−フェニレン、2−フルオロ−1,4−フェニレン、3−フルオロ−1,4−フェニレン、3,5−ジフルオロ−1,4−フェニレン、トランス−1,4−シクロへキシレン、1,4−シクロヘキセニレン、テトラヒドロピラン−2,5−ジイル、テトラヒドロピラン−3,6−ジイル、1,3−ジオキサン−2,5−ジイル、または1,3−ジオキサン−3,6−ジイルであり、mが2または3であるときの任意の2つの環Aは同じであっても、異なっていてもよく、nが2または3であるときの任意の2つの環Aは同じであっても、異なっていてもよい。
これら環の中でも、ネマチックレンジを広くするためには、1,4−シクロヘキセニレン、およびトランス−1,4−シクロへキシレンがより好ましく、トランス−1,4−シクロヘキシレンが最も好ましい。また、誘電率異方性を大きくするためには、2−フルオロ−1,4−フェニレン、3−フルオロ−1,4−フェニレン、3,5−ジフルオロ−1,4−フェニレンが好ましく、3,5−ジフルオロ−1,4−フェニレンが最も好ましい。
中でも、これら環のうち少なくとも一つの環が、トランス−1,4−シクロヘキシレンであるときには、粘度を小さくすることができ、さらに、この液晶性化合物を液晶組成物に添加すると、ネマチック相の上限温度(TNI)を高くすることができる。
なお、化合物の物性に大きな差異がないので、化合物(1−1)はH(重水素)、13Cなどの同位体を天然存在比の量より多く含んでもよい。
これら化合物(1−1)では、R、R、環A、および環Aを適宜選択することにより、誘電率異方性などの物性を所望の物性に調整することが可能である。
化合物(1−1)の好ましい化合物の例として、化合物(1−2)〜(1−53)が挙げられる。
Figure 0005637135
式(1−2)において、RおよびRは独立して、水素、炭素数1〜10のアルキル、炭素数2〜10のアルケニル、炭素数1〜9のアルコキシ、炭素数2〜9のアルコキシアルキル、または炭素数2〜9のアルケニルオキシであり;
環Aおよび環Aは独立して、1,4−フェニレン、2−フルオロ−1,4−フェニレン、3−フルオロ−1,4−フェニレン、3,5−ジフルオロ−1,4−フェニレン、トランス−1,4−シクロへキシレン、1,4−シクロヘキセニレン、テトラヒドロピラン−2,5−ジイル、テトラヒドロピラン−3,6−ジイル、1,3−ジオキサン−2,5−ジイル、または1,3−ジオキサン−3,6−ジイルであり;
mおよびnは独立して、0、1、2または3であり、m+nは3である。
化合物(1−2)は、3−フルオロフェニレン、およびトランス−1,4−シクロへキシレンを持ち、化合物全体に対して構造が非対称であるため、ネマチック相の上限温度をほとんど下げることなく、低い粘度を有し、相溶性に優れ、熱や光に対する安定性を有し、液晶相の下限温度をより低く、ネマチック相の上限温度をより高く、大きな弾性定数K33を有し、適切な、特に比較的大きな光学異方性を有するという観点でより好ましい。
Figure 0005637135
式(1−3)および(1−4)において、Rは、炭素数1〜10のアルキル、炭素数2〜10のアルケニル、炭素数1〜9のアルコキシ、炭素数2〜9のアルコキシアルキル、または炭素数2〜9のアルケニルオキシであり;
は炭素数1〜10のアルキル、炭素数2〜10のアルケニル、炭素数1〜9のアルコキシ、炭素数2〜9のアルコキシアルキル、または炭素数2〜9のアルケニルオキシ、フッ素、塩素、−C≡N、−CF、または−OCFであり;
環Aおよび環Aは独立して、トランス−1,4−シクロへキシレン、1,4−シクロヘキセニレン、テトラヒドロピラン−2,5−ジイル、1,3−ジオキサン−2,5−ジイルであり;
、X、X、X、X、およびXは独立して、水素またはフッ素であり;
およびXのうち少なくとも1つはフッ素であり、XおよびXのうち少なくとも1つはフッ素である。
化合物(1−3)および(1−4)は、2つのフッ素置換フェニレン、トランス−1,4−シクロへキシレン、および1,4−シクロヘキセニレンを持ち、化合物全体に対して構造が非対称であるため、ネマチック相の上限温度をほとんど下げることなく、低い粘度を有し、相溶性に優れ、熱や光に対する安定性を有し、液晶相の下限温度をより低く、大きな弾性定数K33を有し、適切な、特に比較的大きな光学異方性を有し、フッ素の数が3以下であるときは、ネマチック相の上限温度をより高く、フッ素の数が3以上であるときは誘電率異方性を正に大きくできるという観点でより好ましい。
Figure 0005637135
式(1−5)〜(1−9)において、RおよびRは独立して、炭素数1〜10のアルキル、炭素数2〜10のアルケニル、炭素数1〜9のアルコキシ、炭素数2〜9のアルコキシアルキル、または炭素数2〜9のアルケニルオキシであり;
環Aおよび環Aは独立して、トランス−1,4−シクロへキシレン、1,4−シクロヘキセニレン、またはテトラヒドロピラン−2,5−ジイルであり;
、Y、およびYは独立して、水素またはフッ素であり;
式(1−5)、(1−6)、および(1−8)において、YおよびYのうち少なくとも1つはフッ素であり;
式(1−7)において、Y、Y、およびYのうち少なくとも1つはフッ素であり、YおよびYのうち少なくとも1つは水素である。
化合物(1−5)〜(1−9)はフッ素置換フェニレンおよびトランス−1,4−シクロへキシレンを持ち、化合物全体に対して構造が非対称であるため、相溶性に優れ、熱や光に対する安定性を有し、液晶相の下限温度をより低く、ネマチック相の上限温度をより高く、適切な光学異方性、および大きな弾性定数K33を有し、粘度を小さくできるという観点でより好ましい。
Figure 0005637135
式(1−10)および(1−11)において、Rは、炭素数1〜10のアルキル、炭素数2〜10のアルケニル、炭素数1〜9のアルコキシ、炭素数2〜9のアルコキシアルキル、または炭素数2〜9のアルケニルオキシであり;
は、フッ素、塩素、−C≡N、−CF、または−OCFであり;
、X、X、X、X、およびXは独立して、水素またはフッ素であり;
およびXのうち少なくとも1つはフッ素であり、XおよびXのうち少なくとも1つはフッ素である。
化合物(1−10)および(1−11)は、2つのフッ素置換フェニレン、トランス−1,4−シクロへキシレン、および1,4−シクロヘキセニレンを持ち、化合物全体に対して構造が非対称であるため、ネマチック相の上限温度をほとんど下げることなく、低い粘度を有し、相溶性に優れ、熱や光に対する安定性を有し、液晶相の下限温度をより低く、ネマチック相の上限温度をより高く、大きな弾性定数K33を有し、適切な、特に比較的大きな光学異方性を有し、誘電率異方性を正に大きくできるという観点でより好ましい。
Figure 0005637135
式(1−12)および(1−13)において、Rは、炭素数1〜10のアルキル、炭素数2〜10のアルケニル、炭素数1〜9のアルコキシ、炭素数2〜9のアルコキシアルキル、または炭素数2〜9のアルケニルオキシであり;
は、フッ素、塩素、−C≡N、−CF、または−OCFであり;
、X、X、X、X、およびXは独立して、水素またはフッ素であり;
およびXのうち少なくとも1つはフッ素であり、XおよびXのうち少なくとも1つはフッ素である。
化合物(1−12)および(1−13)は、2つのフッ素置換フェニレンおよびトランス−1,4−シクロへキシレンを持ち、化合物全体に対して構造が非対称であるため、ネマチック相の上限温度をほとんど下げることなく、低い粘度を有し、相溶性に優れ、熱や光に対する安定性を有し、液晶相の下限温度をより低く、ネマチック相の上限温度をより高く、大きな弾性定数K33を有し、適切な、特に比較的大きな光学異方性を有し、誘電率異方性を正に大きくできるという観点でより好ましい。
Figure 0005637135
式(1−14)および(1−15)において、RおよびRは、炭素数1〜10のアルキル、炭素数2〜10のアルケニル、炭素数1〜9のアルコキシ、炭素数2〜9のアルコキシアルキル、または炭素数2〜9のアルケニルオキシであり;
、L、L、およびLは独立して、水素またはフッ素であり、LおよびLのうち少なくとも1つはフッ素であり、LおよびLのうち少なくとも1つはフッ素である。
化合物(1−14)および(1−15)は2つのフッ素置換フェニレン、トランス−1,4−シクロへキシレン、および1,4−シクロヘキセニレンを持ち、化合物全体に対して構造が非対称であるため、ネマチック相の上限温度をほとんど下げることなく、低い粘度を有し、相溶性に優れ、熱や光に対する安定性を有し、液晶相の下限温度をより低く、ネマチック相の上限温度をより高く、大きな弾性定数K33を有し、光学異方性を大きくできるという観点でより好ましい。
Figure 0005637135
式(1−16)および(1−17)において、RおよびRは、炭素数1〜10のアルキル、炭素数2〜10のアルケニル、炭素数1〜9のアルコキシ、炭素数2〜9のアルコキシアルキル、または炭素数2〜9のアルケニルオキシであり;
、L、L、およびLは独立して、水素またはフッ素であり、LおよびLのうち少なくとも1つはフッ素であり、LおよびLのうち少なくとも1つはフッ素である。
化合物(1−16)および(1−17)はフッ素置換フェニレンおよびトランス−1,4−シクロへキシレンを持ち、化合物全体に対して構造が非対称であるため、相溶性に優れ、熱や光に対する安定性を有し、液晶相の下限温度をより低く、ネマチック相の上限温度をより高く、適切な光学異方性、および大きな弾性定数K33を有し、粘度を小さくできるという観点でより好ましい。
Figure 0005637135
式(1−18)および(1−19)において、RおよびRは、炭素数1〜10のアルキル、炭素数2〜10のアルケニル、炭素数1〜9のアルコキシ、炭素数2〜9のアルコキシアルキル、または炭素数2〜9のアルケニルオキシであり;
、LおよびLは独立して、水素またはフッ素であり;
式(1−18)において、LおよびLのうち少なくとも1つはフッ素であり;
式(1−19)において、LおよびLのうち少なくとも1つはフッ素である。
化合物(1−18)および(1−19)は、フッ素置換フェニレンおよびトランス−1,4−シクロへキシレンを持ち、化合物全体に対して構造がより非対称であるため、相溶性に優れ、熱や光に対する安定性を有し、液晶相の下限温度をより低く、ネマチック相の上限温度をより高く、大きな弾性定数K33を有し、光学異方性を大きくできるという観点でより好ましい。
Figure 0005637135
式(1−20)において、RおよびRは独立して、炭素数1〜10のアルキル、炭素数2〜10のアルケニル、炭素数1〜9のアルコキシ、炭素数2〜9のアルコキシアルキル、または炭素数2〜9のアルケニルオキシである。
化合物(1−20)は1つのフッ素置換フェニレン、トランス−1,4−シクロへキシレン、および1,4−シクロヘキセニレンを持ち、化合物全体に対して構造が非対称であるため、ネマチック相の上限温度をほとんど下げることなく、低い粘度を有し、相溶性に優れ、液晶相の下限温度をより低く、ネマチック相の上限温度をより高く、適切な光学異方性、および大きな弾性定数K33を有し、粘度を小さくできるという観点でより好ましい。
Figure 0005637135
式(1−21)において、RおよびRは独立して、炭素数1〜10のアルキル、炭素数2〜10のアルケニル、炭素数1〜9のアルコキシ、炭素数2〜9のアルコキシアルキル、または炭素数2〜9のアルケニルオキシである。
化合物(1−21)は1つのフッ素置換フェニレンおよびトランス−1,4−シクロへキシレンを持ち、化合物全体に対して構造が対称的であるため、液晶相の下限温度をより低く、ネマチック相の上限温度をより高く、適切な光学異方性、および大きな弾性定数K33を有し、粘度を小さくできるという観点でより好ましい。
Figure 0005637135
式(1−22)〜(1−37)において、Rは、炭素数1〜10のアルキル、炭素数2〜10のアルケニル、炭素数1〜9のアルコキシ、炭素数2〜9のアルコキシアルキル、または炭素数2〜9のアルケニルオキシである。
化合物(1−22)〜(1−37)は、フッ素置換フェニレン、2つのトランス−1,4−シクロへキシレン、および1つの1,4−シクロヘキセニレンを持ち、化合物全体に対して構造が非対称であり、分子長軸に対して極性基が置換しているため、相溶性に優れ、ネマチック相の上限温度をほとんど下げることなく、低い粘度を有し、熱や光に対する安定性を有し、液晶相の下限温度をより低く、ネマチック相の上限温度をより高く、大きな弾性定数K33を有し、光学異方性をより大きく、誘電率異方性を正に大きくできるという観点でさらに好ましい。
Figure 0005637135
式(1−38)〜(1−53)において、Rは、炭素数1〜10のアルキル、炭素数2〜10のアルケニル、炭素数1〜9のアルコキシ、炭素数2〜9のアルコキシアルキル、または炭素数2〜9のアルケニルオキシである。
化合物(1−38)〜(1−53)は2つのフッ素置換フェニレンおよび3つのトランス−1,4−シクロへキシレンを持ち、化合物全体に対して構造が非対称であり、分子長軸に対して極性基が置換しているため、熱や光に対する安定性を有し、液晶相の下限温度をより低く、ネマチック相の上限温度をより高く、大きな弾性定数K33を有し、適切な光学異方性を有し、誘電率異方性を正に大きくできるという観点でさらに好ましい。
液晶性化合物がこれら化合物(1−10)〜(1−53)で示される構造を有する場合には、他の液晶性化合物との相溶性が極めてよい。さらに、熱、光などに対する安定性を有し、粘度が小さく、大きな光学異方性、および大きな弾性定数K33を有している。また、この化合物(1−1)を含有する液晶組成物は、液晶表示素子が通常使用される条件下で安定であり、低い温度で保管してもこの化合物が結晶(またはスメクチック相)として析出することがない。
したがって、化合物(1−1)は、PC、TN、STN、ECB、OCB、IPS、PSAなどの表示モードの液晶表示素子に用いる液晶組成物に好適に適用することができる。
〔化合物(1−1)の合成〕
化合物(1−1)は、有機合成化学の合成手法を適切に組み合わせることにより合成することができる。出発物に目的の末端基、環、および結合基を導入する方法は、例えば、オーガニックシンセシス(Organic Syntheses, John Wiley & Sons, Inc)、オーガニック・リアクションズ(Organic Reactions, John Wiley & Sons, Inc)、コンプリヘンシブ・オーガニック・シンセシス(Comprehensive Organic Synthesis, Pergamon Press)、新実験化学講座(丸善)などの成書に記載されている。
<環Aまたは環Aの形成>
トランス−1,4−シクロへキシレン、シクロヘキセン−1,4−ジイル、1,3−ジオキサン−2,5−ジイル、テトラヒドロピラン−2,5−ジイル、1,4−フェニレン、2−フルオロ−1,4−フェニレン、3−フルオロ−1,4−フェニレン、2,3−ジフルオロ−1,4−フェニレン、ピリミジン−2,5−ジイル、およびピリジン−2,5−ジイルなどの環に関しては出発物が市販されているか、または合成法がよく知られている。
〔化合物(1−1)の合成方法〕
以下、化合物(1−1)、すなわち一般式(1−1)で示される液晶性化合物の合成例を示す。
Figure 0005637135
まず、化合物(b1)とn−BuLiとを反応させリチウム塩を調製する。このリチウム塩とカルボニル誘導体(b2)とを反応させて、さらに、p−トルエンスルホン酸等の酸触媒の存在下、得られたアルコール誘導体の脱水反応を行い、シクロヘキセン誘導体(b3)を得る。この化合物(b3)を、Pd/C等の触媒存在下、水素添加反応を行うことにより、化合物(b4)を得る。別途、化合物(b4)とn−BuLiとを反応させリチウム塩を調製する。このリチウム塩とカルボニル誘導体(b5)とを反応させて、さらに、p−トルエンスルホン酸等の酸触媒の存在下、得られたアルコール誘導体の脱水反応を行い、シクロヘキセン誘導体を得る。これを、Pd/C等の触媒存在下、水素添加反応を行うことにより、化合物(b6)を得る。得られた化合物(b6)をギ酸等で反応させて、カルボニル誘導体(b7)を得る。
上述の操作で得られた化合物(b3)とsec−BuLiとを反応させリチウム塩を調製する。このリチウム塩とカルボニル誘導体(b7)とを反応させて、さらに、p−トルエンスルホン酸等の酸触媒の存在下、得られたアルコール誘導体の脱水反応を行い、本発明の液晶性化合物(1−1)の一例である(b8)を、さらに、Pd/C等の触媒存在下、水素添加反応を行うことにより、本発明の液晶性化合物(1−1)の一例である(b9)を合成することができる。
〔液晶組成物〕
以下、本発明の液晶組成物について説明をする。この液晶組成物の成分は、少なくとも一種の液晶性化合物(1−1)を含むことを特徴とするが、液晶性化合物(1−1)を2種以上含んでいてもよい。また本発明の液晶組成物を調製するときには、例えば、液晶性化合物(1−1)の誘電率異方性を考慮して成分を選択することもできる。成分を選択した液晶組成物は、粘度が低く、高い負の誘電率異方性を有し、適切な弾性定数K33を有し、しきい値電圧が低く、さらに、ネマチック相の上限温度(ネマチック相−等方相の相転移温度)が高く、ネマチック相の下限温度が低い。
〔液晶組成物(1)〕
本発明の液晶組成物は、第一成分として、本発明の式(1−1)で示される化合物からなる成分Aを含む必要がある。この組成物は、第二成分として、本明細書に記載していない液晶化合物を含んでもよいし以下に示す成分B、C、またはDを含んでもよい。
第二成分として、式(2)、(3)および(4)からなる群から選ばれた少なくとも1種の化合物からなる成分B、および/または前記式(5)からなる群から選ばれた少なくとも1種の化合物からなる成分Cを混合したものが好ましい。さらに式(6)、(7)および(8)からなる群から選ばれた少なくとも1種の化合物からなる成分Dを混合することによりしきい値電圧、液晶相温度範囲、屈折率異方性値、誘電率異方性値、および粘度等を調整することができる。
また、本発明に使用される液晶組成物の各成分は、各元素の同位体元素からなる類縁体でもその物理特性に大きな差異がない。
上記成分Bのうち、式(2)で示される化合物の好適例として式(2−1)〜(2−16)を挙げることができ、式(3)で示される化合物の好適例として式(3−1)〜(3−112)を挙げることができ、式(4)で示される化合物の好適例として式(4−1)〜(4−54)を挙げることができる。
Figure 0005637135
Figure 0005637135
Figure 0005637135
Figure 0005637135
Figure 0005637135
Figure 0005637135
Figure 0005637135
Figure 0005637135
式中、R10、およびXは前記と同じ意味を表す。
これらの式(2)〜(4)で示される化合物すなわち成分Bは、誘電率異方性値が正であり、熱安定性や化学的安定性が非常に優れているので、TFT用およびPSA用の液晶組成物を調製する場合に用いられる。本発明の液晶組成物における成分Bの含有量は、液晶組成物の全重量に対して1〜99重量%の範囲が適するが、好ましくは10〜97重量%、より好ましくは40〜95重量%である。また、式(6)〜(8)で表される化合物(成分D)をさらに含有させることにより粘度調整をすることができる。
式(5)で示される化合物すなわち成分Cのうちの好適例として、式(5−1)〜(5−64)を挙げることができる。
Figure 0005637135
Figure 0005637135
Figure 0005637135
式中、R11およびXは前記と同じ意味を表す。
式(5)において、oが2のときの2つの環Cは、同じであっても、異なっていてもよい。
これらの式(5)で示される化合物すなわち成分Cは、誘電率異方性値が正でその値が非常に大きいのでSTN,TN用、PSA用の液晶組成物を調製する場合に主として用いられる。この成分Cを含有させることにより、組成物のしきい値電圧を小さくすることができる。また、粘度の調整、屈折率異方性値の調整、および液晶相温度範囲を広げることができる。さらに急峻性の改良にも利用できる。
STNまたはTN用の液晶組成物を調製する場合には、成分Cの含有量は0.1〜99.9重量%の範囲が適用できるが、好ましくは10〜97重量%、より好ましくは40〜95重量%である。また、後述の成分を混合することによりしきい値電圧、液晶相温度範囲、屈折率異方性値、誘電率異方性値及び粘度などを調整できる。
式(6)、(7)および(8)で表わされる化合物(成分D)の好適例として、それぞれ式(6−1)〜(6−11)、(7−1)〜(7−19)、および(8−1)〜(8−6)を挙げることができる。
Figure 0005637135
Figure 0005637135
式中、R12およびR13は前記と同じ意味を表す)
式(6)〜(8)で表される化合物(成分D)は、誘電率異方性値の絶対値が小さく、中性に近い化合物である。式(6)で表される化合物は主として粘度調整または屈折率異方性値の調整の効果があり、また式(7)および(8)で表される化合物は透明点を高くするなどのネマチックレンジを広げる効果、または屈折率異方性値の調整の効果がある。
成分Dで表される化合物の含有量を増加させると液晶組成物のしきい値電圧が高くなり、粘度が低くなるので、液晶組成物のしきい値電圧の要求値を満たす限り、含有量は多いほうが望ましい。TFT用、PSA用の液晶組成物を調製する場合に、成分Dの含有量は、組成物全量に対して好ましくは30重量%以上、より好ましくは50重量%以上である。また、TN用、STN用またはPSA用の液晶組成物を調製する場合には、成分Dの含有量は、組成物全量に対して好ましくは30重量%以上、より好ましくは40重量%以上である。
本発明の液晶組成物は、本発明の式(1−1)で示される化合物(成分A)を0.1〜99重量%の割合で含有することが、優良な特性を発現せしめるために好ましい。
本発明の液晶組成物の調製は、公知の方法、例えば必要な成分を高温度下で溶解させる方法などにより一般に調製される。また、用途に応じて当業者によく知られている添加物を添加して、例えばつぎに述べるような光学活性化合物、または重合可能な化合物、重合開始剤を含む本発明の液晶組成物、染料を添加したGH型用の液晶組成物を調製することができる。通常、添加物は当該業者によく知られており、文献などに詳細に記載されている。
本発明の液晶組成物は、前述の本発明の液晶組成物にさらに1つ以上の光学活性化合物を含有してもよい。
光学活性化合物として、公知のキラルド−プ剤を添加できる。このキラルド−プ剤は液晶のらせん構造を誘起して必要なねじれ角を調整し、逆ねじれを防ぐといった効果を有する。キラルド−プ剤の例として以下の光学活性化合物(Op−1)〜(Op−13)を挙げることができる。
Figure 0005637135
本発明の液晶組成物は、通常これらの光学活性化合物を添加して、ねじれのピッチを調整する。ねじれのピッチはTFT用およびTN用の液晶組成物であれば40〜200μmの範囲に調整するのが好ましい。STN用の液晶組成物であれば6〜20μmの範囲に調整するのが好ましい。また、双安定TN(bistable TN)モ−ド用の場合は、1.5〜4μmの範囲に調整するのが好ましい。また、ピッチの温度依存性を調整する目的で2つ以上の光学活性化合物を添加してもよい。
本発明の液晶組成物は、メロシアニン系、スチリル系、アゾ系、アゾメチン系、アゾキシ系、キノフタロン系、アントラキノン系、テトラジン系などの二色性色素を添加すれば、GH型用の液晶組成物として使用することもできる。
本発明の液晶組成物は、ネマチック液晶をマイクロカプセル化して作製したNCAPや、液晶中に三次元網目状高分子を形成して作製したポリマ−分散型液晶表示素子(PDLCD)例えばポリマ−ネットワ−ク液晶表示素子(PNLCD)用をはじめ、複屈折制御(ECB)型やDS型用の液晶組成物としても使用できる。
また、本発明の液晶組成物は重合可能な化合物を添加してPSA(polymer sustained alignment)型用の液晶組成物として使用することもできる。重合可能な化合物の例はアクリレート、メタクリレート、ビニル、ビニルオキシ、プロペニルエーテル、エポキシ、ビニルケトン、およびオキセタンなどの重合可能な基を有する化合物である。重合可能な化合物は、好ましくは光重合開始剤などの適切な開始剤存在下でUV照射などにより重合する。重合のための適切な条件、開始剤の適切なタイプ、および適切な量は、当業者には既知であり、文献に記載されている。例えば光重合開始剤であるIrgacure651(登録商標)、Irgacure184(登録商標)、またはDarocure1173(登録商標)(Ciba Japan K.K.)がラジカル重合に対して適切である。
〔液晶組成物の調製方法〕
本発明に係る液晶組成物は、例えば、各成分を構成する化合物が液体の場合には、それぞれの化合物を混合し振とうさせることにより、また固体を含む場合には、それぞれの化合物を混合し、加熱溶解によってお互い液体にしてから振とうさせることにより調製することができる。また、本発明に係る液晶組成物はその他の公知の方法により調製することも可能である。
〔液晶組成物の特性〕
本発明に係る液晶組成物では、ネマチック相の上限温度を70℃以上とすること、ネマチック相の下限温度は−20℃以下とすることができ、ネマチック相の温度範囲が広い。したがって、この液晶組成物を含む液晶表示素子は広い温度領域で使用することが可能である。
本発明に係る液晶組成物では、組成等を適宜調整することで、光学異方性を0.10〜0.13の範囲、0.05〜0.18の範囲とすることもできる。
また、本発明に係る液晶組成物では、通常、2.0〜15.0の範囲の誘電率異方性、好ましくは、2.0〜11.0の範囲の誘電率異方性を有する液晶組成物を得ることができる。2.0〜11.0の範囲の誘電率異方性を有する液晶組成物は、PCモード、TNモード、STNモード、OCBモード、またはPSAモードで動作する液晶表示素子として好適に使用することができる。
〔液晶表示素子〕
本発明に係る液晶組成物は、PCモード、TNモード、STNモード、OCBモード、PSAモード等の動作モードを有し、AM方式で駆動する液晶表示素子だけでなく、PCモード、TNモード、STNモード、OCBモード、IPSモード等の動作モードを有しパッシブマトリクス(PM)方式で駆動する液晶表示素子にも使用することができる。
これらAM方式、およびPM方式の液晶表示素子は、反射型、透過型、半透過型、いずれの液晶ディスプレイ等にも適用ができる。
また、本発明に係る液晶組成物は、導電剤を添加させた液晶組成物を用いたDS(dynamic scattering)モード素子や、液晶組成物をマイクロカプセル化して作製したNCAP(nematic curvilinear aligned phase)素子や、液晶組成物中に三次元の網目状高分子を形成させたPD(polymer dispersed)素子、例えばPN(polymer network)素子にも使用できる。
中でも本発明に係る液晶組成物では、上述のような特性を有するので、PCモード、TNモード、STNモード、OCBモードまたはPSAモードなどの正の誘電率異方性を有する液晶組成物を利用した動作モードで駆動するAM方式の液晶表示素子に好適に用いることができ、特に、STNモード、IPSモードで駆動するAM方式の液晶表示素子に好適に用いることができる。
なお、TNモード等で駆動する液晶表示素子においては、電場の方向は、液晶層に対して垂直である。一方、IPSモード等で駆動する液晶表示素子においては、電場の方向は、液晶層に対して平行である。なお、IPSモードで駆動する液晶表示素子の構造は、国際公開91/10936号パンフレット(ファミリー:US5576867)に報告されている。
[実施例]
〔化合物(1−1)の実施例〕
以下、実施例により本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はこれら実施例によっては制限されない。なお特に断りのない限り、「%」は「重量%」を意味する。
得られた化合物は、H−NMR分析で得られる核磁気共鳴スペクトル、ガスクロマトグラフィー(GC)分析で得られるガスクロマトグラムなどにより同定したので、まず分析方法について説明をする。
H−NMR分析
測定装置は、DRX−500(ブルカーバイオスピン(株)社製)を用いた。試料を、CDCl等のサンプルが可溶な重水素化溶媒に溶解し、測定は、室温、500MHz、積算回数32回の条件で行った。なお、得られた核磁気共鳴スペクトルの説明において、sはシングレット、dはダブレット、tはトリプレット、qはカルテット、quinはクインテット、sexはセクステット、mはマルチプレット、brはブロードであることを意味する。また、化学シフトδ値のゼロ点の基準物質としてはテトラメチルシラン(TMS)を用いた。
GC分析
測定装置は、島津製作所製のGC−14B型ガスクロマトグラフを用いた。カラムは、島津製作所製のキャピラリーカラムCBP1−M25−025(長さ25m、内径0.22mm、膜厚0.25μm);固定液相はジメチルポリシロキサン;無極性)を用いた。キャリアーガスとしてはヘリウムを用い、流量は1ml/分に調整した。試料気化室の温度を280℃、検出器(FID)部分の温度を300℃に設定した。
試料はトルエンに溶解して、1重量%の溶液となるように調製し、得られた溶液1μlを試料気化室に注入した。
記録計としては島津製作所製のC−R6A型Chromatopac、またはその同等品を用いた。得られたガスクロマトグラムには、成分化合物に対応するピークの保持時間およびピークの面積値が示されている。
試料の希釈溶媒としては、例えば、クロロホルム、ヘキサンを用いてもよい。また、カラムとしては、Agilent Technologies Inc.製のキャピラリカラムDB−1(長さ30m、内径0.32mm、膜厚0.25μm)、Agilent Technologies Inc.製のHP−1(長さ30m、内径0.32mm、膜厚0.25μm)、Restek Corporation製のRtx−1(長さ30m、内径0.32mm、膜厚0.25μm)、SGE International Pty.Ltd製のBP−1(長さ30m、内径0.32mm、膜厚0.25μm)などを用いてもよい。
ガスクロマトグラムにおけるピークの面積比は成分化合物の割合に相当する。一般には、分析サンプルの成分化合物の重量%は、分析サンプルの各ピークの面積%と完全に同一ではないが、本発明において上述したカラムを用いる場合には、実質的に補正係数は1であるので、分析サンプル中の成分化合物の重量%は、分析サンプル中の各ピークの面積%とほぼ対応している。成分の液晶性化合物における補正係数に大きな差異がないからである。ガスクロクロマトグラムにより液晶組成物中の液晶性化合物の組成比をより正確に求めるには、ガスクロマトグラムによる内部標準法を用いる。一定量正確に秤量された各液晶性化合物成分(被検成分)と基準となる液晶性化合物(基準物質)を同時にガスクロ測定して、得られた被検成分のピークと基準物質のピークとの面積比の相対強度をあらかじめ算出する。基準物質に対する各成分のピーク面積の相対強度を用いて補正すると、液晶組成物中の液晶性化合物の組成比をガスクロ分析からより正確に求めることができる。
〔化合物等の物性の測定試料〕
化合物の物性を測定する試料としては、化合物そのものを試料とする場合、化合物を母液晶と混合して試料とする場合の2種類を用いた。
化合物を母液晶と混合した試料を用いる場合には、以下の方法で測定を行う。まず、得られた化合物15重量%と母液晶85重量%とを混合して試料を作製する。そして、得られた試料の測定値から、下記式に示す外挿法にしたがって、外挿値を算出した。この外挿値をこの化合物の物性値とした。
〈外挿値〉=(100×〈試料の測定値〉−〈母液晶の重量%〉×〈母液晶の測定値〉
)/〈化合物の重量%〉
化合物と母液晶との割合がこの割合であっても、スメクチック相、または結晶が25℃で析出する場合には、液晶性化合物と母液晶との割合を10重量%:90重量%、5重量%:95重量%、1重量%:99重量%の順に変更をしていき、スメクチック相、または結晶が25℃で析出しなくなった組成で試料の物性値を測定し、この式にしたがって外挿値を求めて、これを液晶性化合物の物性値とした。
本測定に用いる母液晶としては様々な種類が存在するが、例えば、母液晶iの組成(重量%)は以下のとおりである。
母液晶i:
Figure 0005637135
なお、液晶組成物の物性を測定する試料としては、液晶組成物そのものを用いた。
〔化合物等の物性の測定方法〕
物性値の測定は後述する方法で行った。これらの多くは、日本電子機械工業会規格(Standard of Electric Industries Association of Japan)EIAJ・ED−2521Aに記載された方法、またはこれを修飾した方法である。また、測定に用いたTN素子またはVA素子には、TFTを取り付けなかった。
物性値のうち、液晶性化合物そのものを試料として得られた値と、液晶組成物そのものを試料として得られた値は、測定値を実験データとして記載した。化合物を母液晶に混合し試料として得られた場合には、外挿法で得られた値を物性値とした。
相構造および転移温度(℃)
以下(1)、および(2)の方法で測定を行った。
(1)偏光顕微鏡を備えた融点測定装置のホットプレート(メトラー社FP−52型ホットステージ)に化合物を置き、3℃/分の速度で加熱しながら相状態とその変化を偏光顕微鏡で観察し、相の種類を特定した。
(2)パーキンエルマー社製走査熱量計DSC−7システム、またはDiamond DSCシステムを用いて、3℃/分速度で昇降温し、試料の相変化に伴う吸熱ピーク、または発熱ピークの開始点を外挿により求め(on set)、転移温度を決定した。
以下、結晶はCと表した。結晶の区別がつく場合は、それぞれCまたはCと表した。また、スメクチック相はS、ネマチック相はNと表した。液体(アイソトロピック)はIと表した。スメクチック相の中で、スメクチックB相、またはスメクチックA相の区別がつく場合は、それぞれS、またはSと表した。転移温度の表記として、例えば、「C 50.0 N 100.0 I」とは、結晶からネマチック相への転移温度(CN)が50.0℃であり、ネマチック相から液体への転移温度(NI)が100.0℃であることを示す。他の表記も同様である。
ネマチック相の上限温度(TNI;℃)
偏光顕微鏡を備えた融点測定装置のホットプレート(メトラー社FP−52型ホットステージ)に、試料(液晶組成物液晶組成物、または液晶性化合物と母液晶との混合物)を置き、1℃/分の速度で加熱しながら偏光顕微鏡を観察した。試料の一部がネマチック相から等方性液体に変化したときの温度をネマチック相の上限温度とした。以下、ネマチック相の上限温度を、単に「上限温度」と略すことがある。
低温相溶性
母液晶と液晶性化合物とを、液晶性化合物が、20重量%、15重量%、10重量%、5重量%、3重量%、および1重量%の量となるように混合した試料を作製し、試料をガラス瓶に入れる。このガラス瓶を、−10℃または−20℃のフリーザー中に一定期間保管したあと、結晶もしくはスメクチック相が析出しているかどうか観察をした。
粘度(バルク粘度;η;20℃で測定;mPa・s)
E型回転粘度計を用いて測定した。
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。2枚のガラス基板の間隔(セルギャップ)が20μmのVA素子に試料(液晶組成物液晶組成物、または液晶性化合物と母液晶との混合物)を入れた。この素子に30ボルトから50ボルトの範囲で1ボルト毎に段階的に印加した。0.2秒の無印加のあと、ただ1つの矩形波(矩形パルス;0.2秒)と無印加(2秒)の条件で印加を繰り返した。この印加によって発生した過渡電流(transient current)のピーク電流(peak current)とピーク時間(peak time)を測定した。これらの測定値とM. Imaiらの論文、40頁の計算式(8)とから回転粘度の値を得た。なお、この計算に必要な誘電率異方性は、下記誘電率異方性で測定した値を用いた。
光学異方性(屈折率異方性;25℃で測定;Δn)
測定は、波長589nmの光を用い、接眼鏡に偏光板を取り付けたアッベ屈折計により行なった。主プリズムの表面を一方向にラビングしたあと、試料(液晶組成物液晶組成物、または液晶性化合物と母液晶との混合物)を主プリズムに滴下した。屈折率(n‖)は偏光の方向がラビングの方向と平行であるときに測定した。屈折率(n⊥)は偏光の方向がラビングの方向と垂直であるときに測定した。光学異方性(Δn)の値は、Δn=n‖−n⊥の式から計算した。
誘電率異方性(Δε;25℃で測定)
誘電率異方性は以下の方法によって測定した。
よく洗浄したガラス基板にオクタデシルトリエトキシシラン(0.16mL)のエタノール(20mL)溶液を塗布した。ガラス基板をスピンナーで回転させたあと、150℃で1時間加熱した。2枚のガラス基板から、間隔(セルギャップ)が20μmであるVA素子を組み立てた。
同様の方法で、ガラス基板にポリイミドの配向膜を調製した。得られたガラス基板の配向膜にラビング処理をした後、2枚のガラス基板の間隔が9μmであり、ツイスト角が80度であるTN素子を組み立てた。
得られたVA素子に試料(液晶組成物、または液晶性化合物と母液晶との混合物)を入れ、0.5V(1kHz、サイン波)を印加して、液晶分子の長軸方向における誘電率(ε‖)を測定した。
また、得られたTN素子に試料(液晶組成物、または液晶性化合物と母液晶との混合物)を入れ、0.5V(1kHz、サイン波)を印加して、液晶分子の短軸方向における誘電率(ε⊥)を測定した。
誘電率異方性の値は、Δε=ε‖−ε⊥の式から計算した。
電圧保持率(VHR;25℃で測定;%)
測定に用いたTN素子はポリイミド配向膜を有し、そして2枚のガラス基板の間隔(セルギャップ)は6μmである。この素子は試料(液晶組成物、または液晶性化合物と母液晶との混合物)を入れたあと紫外線によって重合する接着剤で密閉した。このTN素子にパルス電圧(5Vで60マイクロ秒)を印加して充電した。減衰する電圧を、高速電圧計で16.7ミリ秒のあいだ測定し、単位周期における電圧曲線と横軸との間の面積Aを求めた。面積Bは減衰しなかったときの面積である。電圧保持率は面積Bに対する面積Aの百分率(%)で表現したものである。
弾性定数(K11、K33;25℃で測定)
測定には株式会社東陽テクニカ製のEC−1型弾性定数測定器を用いた。2枚のガラス基板の間隔(セルギャップ)が20μmである垂直配向セルに試料を入れた。このセルに20ボルトから0ボルト電荷を印加し、静電容量および印加電圧を測定した。測定した静電容量(C)と印加電圧(V)の値を『液晶デバイスハンドブック』(日刊工業新聞社)、75頁にある式(2.98)、式(2.101)を用いてフィッティングし、式(2.100)から弾性定数の値を得た。
1−(4−(トランス−4−(4−エチルフェニル)シクロヘキシル)シクロヘキサ−1−エニル)−2−フルオロ−4−(トランス−4−ペンチルシクロヘキシル)ベンゼン(No.213)の合成
Figure 0005637135
第1工程
窒素雰囲気下の反応器へ、1−ブロモ−3−フルオロベンゼン(s1) 60.0gとTHF 1000mlとを加えて、−74℃まで冷却した。そこへ、1.57M n−ブチルリチウム,n−ヘキサン溶液 218mlを−74℃から−70℃の温度範囲で滴下し、さらに2時間攪拌した。その後、THF 150mlに溶解した4−ペンチルシクロヘキサノン(s2)57.7gを、−75℃から−70℃の温度範囲で滴下し、25℃に戻しつつ8時間攪拌した。得られた反応混合物を塩化アンモニウム水溶液 500mlと酢酸エチル 500mlとが入った容器中に添加して混合した後、静置して、有機層と水層とに分離させ抽出操作を行った。得られた有機層を分取し、水、飽和重曹水、および水で洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥した。その後、減圧下、溶媒を留去した。その後、p−トルエンスルホン酸 2.4g、およびトルエン 250mlを混合し、この混合物を、留出する水を抜きながら2時間加熱還流させた。反応混合物を30℃まで冷却した後、得られた液に水 500mlとトルエン 900mlとを加え混合した後、静置して有機層と水層の2層に分離させて、有機層への抽出操作を行った。得られた有機層を分取して、飽和重曹水、および水で洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥した。得られた溶液を、ヘプタンを展開溶媒とし、シリカゲルを充填剤として用いたカラムクロマトグラフィーによる分取操作で精製し、乾燥させた。その後、それにトルエン 150ml、ソルミックスA−11 150mlを溶解させ、さらにPd/Cを0.8g加え、水素雰囲気下、水素を吸収しなくなるまで室温で攪拌した。反応終了後、Pd/Cを除去して、さらに溶媒を留去して、得られた残渣を、ヘプタンを展開溶媒とし、シリカゲルを充填剤として用いたカラムクロマトグラフィーによる分取操作で精製し、さらにソルミックスA−11からの再結晶により精製し、乾燥させ、1−フルオロ−3−(トランス−4−ペンチルシクロヘキシル)ベンゼン(s2) 58.4gを得た。化合物(s1)からの収率は68.6%であった。
第2工程
窒素雰囲気下の反応器へ、4−ブロモエチルベンゼン(s3) 30.0gとTHF 1000mlとを加えて、−74℃まで冷却した。そこへ、1.57M n−ブチルリチウム,n−ヘキサン溶液 124mlを−74℃から−70℃の温度範囲で滴下し、さらに2時間攪拌した。続いて4−(1,4−ジオキサスピロ[4.5]デカ−8−イル)−シクロヘキサノン(s5)を38.6g含んだTHF 200ml溶液を−75℃から−70℃の温度範囲で滴下し、25℃に戻しつつ8時間攪拌した。得られた反応混合物を塩化アンモニウム水溶液 500mlと酢酸エチル 500mlとが入った容器中に添加して混合した後、静置して、有機層と水層とに分離させ抽出操作を行った。得られた有機層を分取し、水、飽和重曹水、および水で洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥した。その後、減圧下、溶媒を留去した。これに、p−トルエンスルホン酸 1.6g、およびトルエン 300mlを混合し、この混合物を、留出する水を抜きながら2時間加熱還流させた。反応混合物を30℃まで冷却した後、得られた液に水 500mlとトルエン 900mlとを加え混合した後、静置して有機層と水層の2層に分離させて、有機層への抽出操作を行った。得られた有機層を分取して、飽和重曹水、および水で洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥した。得られた溶液を、トルエンを展開溶媒とし、シリカゲルを充填剤として用いたカラムクロマトグラフィーによる分取操作で精製した。それを、トルエン 250ml、ソルミックスA−11 250mlとの混合溶媒に溶解させ、さらにPd/Cを0.3g加え、水素雰囲気下、水素を吸収しなくなるまで室温で攪拌した。反応終了後、Pd/Cを除去して、さらに溶媒を留去して、得られた残渣を、トルエンを展開溶媒とし、シリカゲルを充填剤として用いたカラムクロマトグラフィーによる分取操作で精製し、さらにヘプタンからの再結晶により精製し、乾燥させ、8−(トランス−4−(4−エチルフェニル)シクロヘキシル)−1,ジオキサスピロ[4.5]デカン(s6) 33.2gを得た。化合物(s1)からの収率は62.3%であった。
第3工程
化合物(s6) 33.2g、87%蟻酸 23.3ml、およびトルエン 200mlを混合し、この混合物を、2時間加熱還流させた。反応混合物を30℃まで冷却した後、得られた液に水 500mlとトルエン 500mlとを加え混合した後、静置して有機層と水層の2層に分離させて、有機層への抽出操作を行った。得られた有機層を分取して、水、飽和重曹水、および水で洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥した。その後、減圧下、溶媒を留去し、得られた残渣を、トルエンを展開溶媒とし、シリカゲルを充填剤として用いたカラムクロマトグラフィーによる分取操作で精製し、さらにヘプタンからの再結晶により精製し、乾燥させ、4’−(4−エチルフェニル)ビシクロヘキサン−4−オン(s7)12.0gを得た。化合物(s6)からの収率は41.7%であった。
第4工程
窒素雰囲気下の反応器へ、化合物(s3) 7.0gとTHF 200mlとを加えて、−74℃まで冷却した。そこへ、1.00M sec−ブチルリチウム,n−ヘキサン、シクロヘキサン溶液 34mlを−74℃から−70℃の温度範囲で滴下し、さらに2時間攪拌した。続いて化合物(s7)を8.0g含んだTHF 100ml溶液を−75℃から−70℃の温度範囲で滴下し、25℃に戻しつつ8時間攪拌した。得られた反応混合物を塩化アンモニウム水溶液 300mlと酢酸エチル 500mlとが入った容器中に添加して混合した後、静置して、有機層と水層とに分離させ抽出操作を行った。得られた有機層を分取し、水、飽和重曹水、および水で洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥した。その後、減圧下、溶媒を留去した。これに、p−トルエンスルホン酸 0.21g、およびトルエン 200mlを混合し、この混合物を、留出する水を抜きながら2時間加熱還流させた。反応混合物を30℃まで冷却した後、得られた液に水 300mlとトルエン 500mlとを加え混合した後、静置して有機層と水層の2層に分離させて、有機層への抽出操作を行った。得られた有機層を分取して、飽和重曹水、および水で洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥した。得られた溶液を、トルエンを展開溶媒とし、シリカゲルを充填剤として用いたカラムクロマトグラフィーによる分取操作で精製した。さらに、酢酸エチルとソルミックスA−11との混合溶媒(容量比 酢酸エチル:ソルミックスA−11=2:1)からの再結晶により精製し、乾燥させ、1−(4−(トランス−4−(4−エチルフェニル)シクロヘキシル)シクロヘキサ−1−エニル)−2−フルオロ−4−(トランス−4−ペンチルシクロヘキシル)ベンゼン(No.213) 5.7gを得た。化合物(s7)からの収率は39.3%であった。
H−NMR分析の化学シフトδ(ppm)は以下の通りであり、得られた化合物が、1−(4−(トランス−4−(4−エチルフェニル)シクロヘキシル)シクロヘキサ−1−エニル)−2−フルオロ−4−(トランス−4−ペンチルシクロヘキシル)ベンゼン(No.213)であることが同定できた。なお、測定溶媒はCDClである。
化学シフトδ(ppm);7.15(m,5H),6.93(d,1H),6.87(d,1H),5.94(m,1H),2.64(q,2H),2.53−2.37(m,4H),2.33−2.24(m,1H),2.05−1.84(m,10H),1.54−1.14(m,21H),1.10−1.00(m,2H),0.91(t,3H).
転移温度は化合物自体の測定値とし、上限温度(TNI)、誘電率異方性(Δε)、および光学異方性(Δn)は、化合物を母液晶(i)に混合した試料の測定値を、上記外挿法に従って算出した値とした、化合物(No.213)の物性値は以下の通りであった。
転移温度 :C 96.9 S 288.0 N >350 I
NI=247.7℃, Δε=1.8, Δn=0.177, η=65.3mPa・s, K33=25.38pN.
1−(トランス−4−(トランス−4−(4−エチルフェニル)シクロヘキシル)シクロヘキシル)−2−フルオロ−4−(トランス−4−ペンチルシクロヘキシル)ベンゼン(No.203)の合成
Figure 0005637135
第1工程
トルエン 150ml、ソルミックスA−11 150mlとの混合溶媒に化合物(No.232) 4.5gを溶解させ、さらにラネーニッケルを0.45g加え、水素雰囲気下、水素を吸収しなくなるまで室温で攪拌した。反応終了後、ラネーニッケルを除去して、さらに溶媒を留去して、得られた残渣をヘプタンとトルエンの混合溶媒(容量比 ヘプタン:トルエン=1:2)を展開溶媒、シリカゲルを充填剤として用いたカラムクロマトグラフィーによる分取操作で精製し、さらに得られた残渣を酢酸エチルとソルミックスA−11の混合溶媒(容量比 酢酸エチル:ソルミックス=1:2)からの再結晶により精製し、乾燥させ、1−(トランス−4−(トランス−4−(4−エチルフェニル)シクロヘキシル)シクロヘキシル)−2−フルオロ−4−(トランス−4−ペンチルシクロヘキシル)ベンゼン(No.203)1.5gを得た。化合物(No.232)からの収率は33.9%であった。
H−NMR分析の化学シフトδ(ppm)は以下の通りであり、得られた化合物が、1−(トランス−4−(トランス−4−(4−エチルフェニル)シクロヘキシル)シクロヘキシル)−2−フルオロ−4−(トランス−4−ペンチルシクロヘキシル)ベンゼン(No.203)であることが同定できた。なお、測定溶媒はCDClである。
化学シフトδ(ppm);7.13(m,5H),6.91(d,1H),6.84(d,1H),2.77(m,1H)2.64(q,2H),2.43(m,2H),1.97−1.82(m,12H),1.52−1.14(m,24H),1.07−0.97(m,2H),0.90(t,3H).
転移温度は化合物自体の測定値とし、上限温度(TNI)、誘電率異方性(Δε)、および光学異方性(Δn)は、化合物を母液晶(i)に混合した試料の測定値を、上記外挿法に従って算出した値とした、化合物(No.203)の物性値は以下の通りであった。
転移温度 :C 74.8 S 323.1 N >350 I
NI=245.0℃;Δε=5.13;Δn=0.170;η=70.2mPa・s.
トランス−4−(4−(4−(トランス−4−エチルシクロヘキシル)シクロヘキシ−1−エニル)−3−フルオロフェニル)−4’−ペンチルビシクロヘキサン(No.13)の合成
Figure 0005637135
第1工程
窒素雰囲気下の反応器へ、1−ブロモ−3−フルオロベンゼン(s1) 100.0gとTHF 1000mlとを加えて、−74℃まで冷却した。そこへ、1.57M n−ブチルリチウム,n−ヘキサン溶液 437mlを−74℃から−70℃の温度範囲で滴下し、さらに2時間攪拌した。その後、THF 150mlに溶解したトランス−4−ペンチル−4’−ビシクロヘキサノン(s8)143.1gを、−75℃から−70℃の温度範囲で滴下し、25℃に戻しつつ8時間攪拌した。得られた反応混合物を塩化アンモニウム水溶液 500mlと酢酸エチル 500mlとが入った容器中に添加して混合した後、静置して、有機層と水層とに分離させ抽出操作を行った。得られた有機層を分取し、水、飽和重曹水、および水で洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥した。その後、減圧下、溶媒を留去した。その後、p−トルエンスルホン酸 3.0g、およびトルエン 250mlを混合し、この混合物を、留出する水を抜きながら2時間加熱還流させた。反応混合物を30℃まで冷却した後、得られた液に水 500mlとトルエン 900mlとを加え混合した後、静置して有機層と水層の2層に分離させて、有機層への抽出操作を行った。得られた有機層を分取して、飽和重曹水、および水で洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥した。得られた溶液を、ヘプタンを展開溶媒とし、シリカゲルを充填剤として用いたカラムクロマトグラフィーによる分取操作で精製し、乾燥させた。その後、それにトルエン 150ml、ソルミックスA−11 150mlを溶解させ、さらにPd/Cを1.0g加え、水素雰囲気下、水素を吸収しなくなるまで室温で攪拌した。反応終了後、Pd/Cを除去して、さらに溶媒を留去して、得られた残渣を、ヘプタンを展開溶媒とし、シリカゲルを充填剤として用いたカラムクロマトグラフィーによる分取操作で精製し、さらにソルミックスA−11からの再結晶により精製し、乾燥させ、トランス−4−(3−フルオロフェニル)−4’−ペンチルビシクロヘキシル(s9) 66.0gを得た。化合物(s1)からの収率は34.9%であった。
第2工程
窒素雰囲気下の反応器へ、化合物(s9) 10.0gとTHF 200mlとを加えて、−74℃まで冷却した。そこへ、1.00M sec−ブチルリチウム,n−ヘキサン、シクロヘキサン溶液 36mlを−74℃から−70℃の温度範囲で滴下し、さらに2時間攪拌した。続いてトランス−4−エチル−4’−ビシクロヘキサノン(s10)を6.3g含んだTHF 100ml溶液を−75℃から−70℃の温度範囲で滴下し、25℃に戻しつつ8時間攪拌した。得られた反応混合物を塩化アンモニウム水溶液 300mlと酢酸エチル 500mlとが入った容器中に添加して混合した後、静置して、有機層と水層とに分離させ抽出操作を行った。得られた有機層を分取し、水、飽和重曹水、および水で洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥した。その後、減圧下、溶媒を留去した。これに、p−トルエンスルホン酸 0.5g、およびトルエン 200mlを混合し、この混合物を、留出する水を抜きながら2時間加熱還流させた。反応混合物を30℃まで冷却した後、得られた液に水 300mlとトルエン 500mlとを加え混合した後、静置して有機層と水層の2層に分離させて、有機層への抽出操作を行った。得られた有機層を分取して、飽和重曹水、および水で洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥した。得られた溶液を、トルエンを展開溶媒とし、シリカゲルを充填剤として用いたカラムクロマトグラフィーによる分取操作で精製した。さらに、酢酸エチルとソルミックスA−11との混合溶媒(容量比 酢酸エチル:ソルミックスA−11=2:1)からの再結晶により精製し、乾燥させ、トランス−4−(4−(4−(トランス−4−エチルシクロヘキシル)シクロヘキシ−1−エニル)−3−フルオロフェニル)−4’−ペンチルビシクロヘキサン(No.13) 8.0gを得た。化合物(s9)からの収率は50.8%であった。
H−NMR分析の化学シフトδ(ppm)は以下の通りであり、得られた化合物が、トランス−4−(4−(4−(トランス−4−エチルシクロヘキシル)シクロヘキサ−1−エニル)−3−フルオロフェニル)−4’−ペンチルビシクロヘキサン(No.13)であることが同定できた。なお、測定溶媒はCDClである。
化学シフトδ(ppm);7.12(m,1H),6.90(d,1H),6.84(d,1H),5.90(m,1H),2.47−2.33(m,3H),2.27−2.17(m,1H),1.98−1.69(m,14H),1.46−0.93(m,25H),0.93−0.79(m,10H).
転移温度は化合物自体の測定値とし、上限温度(TNI)、誘電率異方性(Δε)、および光学異方性(Δn)は、化合物を母液晶(i)に混合した試料の測定値を、上記外挿法に従って算出した値とした、化合物(No.13)の物性値は以下の通りであった。
転移温度 :C 22.4 S 325.5 N >350 I
NI=254.7℃;Δε=2.28;Δn=0.151;η=88.4mPa・s;K33=25.16pN.
トランス−4−(4−(4−(トランス−4−エチルシクロヘキシル)シクロヘキシル)−3−フルオロフェニル)−4’−ペンチルビシクロヘキサン(No.3)の合成
Figure 0005637135
第1工程
トルエン 150ml、ソルミックスA−11 150mlとの混合溶媒に化合物(No.13) 5.3gを溶解させ、さらにラネーニッケルを0.53g加え、水素雰囲気下、水素を吸収しなくなるまで室温で攪拌した。反応終了後、ラネーニッケルを除去して、さらに溶媒を留去して、得られた残渣をヘプタンとトルエンの混合溶媒(容量比 ヘプタン:トルエン=1:2)を展開溶媒、シリカゲルを充填剤として用いたカラムクロマトグラフィーによる分取操作で精製し、さらに得られた残渣を酢酸エチルとソルミックスA−11の混合溶媒(容量比 酢酸エチル:ソルミックス=1:2)からの再結晶により精製し、乾燥させ、1−(トランス−4−(トランス−4−(4−エチルフェニル)シクロヘキシル)シクロヘキシル)−2−フルオロ−4−(トランス−4−ペンチルシクロヘキシル)ベンゼン(No.3)2.5gを得た。化合物(No.13)からの収率は46.0%であった。
H−NMR分析の化学シフトδ(ppm)は以下の通りであり、得られた化合物が、トランス−4−(4−(4−(トランス−4−エチルシクロヘキシル)シクロヘキシル)−3−フルオロフェニル)−4’−ペンチルビシクロヘキサン(No.3)であることが同定できた。なお、測定溶媒はCDClである。
化学シフトδ(ppm);7.10(t,1H),6.90(d,1H),6.83(d,1H),2.74(m,1H),2.39(m,1H),1.94−1.68(m,16H),1.48−0.94(m,28H),0.93−0.79(m,10H).
転移温度は化合物自体の測定値とし、上限温度(TNI)、誘電率異方性(Δε)、および光学異方性(Δn)は、化合物を母液晶(i)に混合した試料の測定値を、上記外挿法に従って算出した値とした、化合物(No.3)の物性値は以下の通りであった。
転移温度 :C 37.5 S 342.6 N >350 I
NI=251.7℃;Δε=1.74;Δn=0.109;K33=27.83pN.
トランス−4−(2,2’−ジフルオロ−4’−(トランス−4−ペンチルシクロヘキシル)ビフェニル−4−イル)−トランス−4’−プロピルビシクロヘキサン(No.164)の合成
Figure 0005637135
第1工程
窒素雰囲気下の反応器へ、トランス−4−ペンチル−(3−フルオロ−4−ヨードフェニル)シクロヘキサン(s12) 3.0g、2−フルオロ−4−(トランス−4’プロピルビシクロヘキサン−トランス−4−イル)フェニルボロン酸(s11) 2.5g、炭酸カリウム 3.7 g、Pd/C(NXタイプ) 0.34g、トルエン 100 ml、ソルミックスA−11 100mlおよび水 100mlを加え、2時間加熱還流させた。反応液を25℃まで冷却後、水 300mlおよびトルエン 300 mlへ注ぎ込み、混合した。その後、静置して有機層と水層の2層に分離させて、有機層への抽出操作を行った。得られた有機層を分取して、水で洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥した。得られた溶液を減圧下で濃縮し、得られた残渣を、トルエンとヘプタンとの混合溶媒(容量比 トルエン:ヘプタン=1:5)を展開溶媒とし、シリカゲルを充填剤として用いたカラムクロマトグラフィーによる分取操作で精製した。さらに酢酸エチル/ソルミックスA−11の混合溶媒(容量比 酢酸エチル:ソルミックスA−11=1:2)からの再結晶により精製し、乾燥させ、トランス−4−(2,2’−ジフルオロ−4’−(トランス−4−ペンチルシクロヘキシル)ビフェニル−4−イル)−トランス−4’−プロピルビシクロヘキサン(No.164) 3.4gを得た。化合物(s12)からの収率は89.5%であった。
H−NMR分析の化学シフトδ(ppm)は以下の通りであり、得られた化合物が、トランス−4−(2,2’−ジフルオロ−4’−(トランス−4−ペンチルシクロヘキシル)ビフェニル−4−イル)−トランス−4’−プロピルビシクロヘキサン(No.164)であることが同定できた。なお、測定溶媒はCDClである。
化学シフトδ(ppm);7.10(t,1H),6.90(d,1H),6.83(d,1H),2.74(m,1H),2.39(m,1H),1.94−1.68(m,16H),1.48−0.94(m,28H),0.93−0.79(m,10H).
転移温度は化合物自体の測定値とし、上限温度(TNI)、誘電率異方性(Δε)、および光学異方性(Δn)は、化合物を母液晶(i)に混合した試料の測定値を、上記外挿法に従って算出した値とした、化合物(No.164)の物性値は以下の通りであった。
転移温度 :C 58.3 S 92.7 S 226.5 N >350 I
NI=237.7℃, Δε=3.80, Δn=0.177.
実施例1〜5に示した手法により、対応した出発原料を用いて様々な化合物を合成し、それが目的とする化合物であることを確認した。
(1) トランス−4−(4−(4−(4−エチルフェニル)シクロヘキシ−1−エニル)−3−フルオロフェニル)−4’−ペンチルビシクロヘキサン(No.33)
Figure 0005637135
化学シフトδ(ppm);7.28(m,2H),7.04(d,2H),7.00(m,2H),2.49(m,2H),1.99−1.82(m,8H),1.75(t,4H),1.50−1.37(m,4H),1.37−1.11(m,16H),1.11−0.95(m,6H),0.92−0.80(m,8H).
転移温度は化合物自体の測定値とし、上限温度(TNI)、誘電率異方性(Δε)、および光学異方性(Δn)は、化合物を母液晶(i)に混合した試料の測定値を、上記外挿法に従って算出した値とした、化合物(No.33)の物性値は以下の通りであった。
転移温度 :C 23.9 S 291.5 N >350 I
NI=245.7℃;Δε=2.47;Δn=0.164;η=74.0mPa・s;K33=29.83pN.
(2) トランス−4−(4−(4−(4−エチルフェニル)シクロヘキシル)−3−フルオロフェニル)−4’−ペンチルビシクロヘキサン(No.23)
Figure 0005637135
化学シフトδ(ppm);7.16(m,5H),6.93(d,1H),6.86(d,1H),2.90(m,1H),2.67−2.54(m,3H),2.41(m,1H),2.04−1.95(m,4H),1.94−1.88(m,2H),1.88−1.80(m,2H),1.80−1.70(m,4H),1.70−1.58(m,4H),1.44−1,34(m,2H),1.34−1.20(m,9H),1.20−1.08(m,6H),1.08−0.95(m,3H),0.92−0.78(m,5H).
転移温度は化合物自体の測定値とし、上限温度(TNI)、誘電率異方性(Δε)、および光学異方性(Δn)は、化合物を母液晶(i)に混合した試料の測定値を、上記外挿法に従って算出した値とした、化合物(No.23)の物性値は以下の通りであった。
転移温度 :C 87.6 S 326.3 N >350 I
NI=241.7℃;Δε=1.70;Δn=0.204;η=63.7mPa・s;K33=26.03pN.
(3) トランス−4−(3−フルオロ−4−(4−(3,4,5−トリフルオロフェニル)シクロヘキシ−1−エニル)フェニル)−4‘−ペンチルビシクロヘキサン(No.116)
Figure 0005637135
化学シフトδ(ppm);7.15(t,1H),6.93(d,1H),6.91−6.84(m,3H),5.96(m,1H),2.90−2.82(m,1H),2.63−2.52(m,1H),2.52−2.38(m,3H),2.28−2.19(m,1H),2.06−1.99(m,1H),1.94−1.88(m,2H),1.88−1.70(m,7H),1.45−1.34(m,2H),1.34−1.20(m,6H),1.20−1.09(m,6H),1.09−0.95(m,3H),0.91−0.81(m,5H).
転移温度は化合物自体の測定値とし、上限温度(TNI)、誘電率異方性(Δε)、および光学異方性(Δn)は、化合物を母液晶(i)に混合した試料の測定値を、上記外挿法に従って算出した値とした、化合物(No.116)の物性値は以下の通りであった。
転移温度 :C 116.7 S 153.1 N 309.3 I
NI=226.4℃;Δε=7.80;Δn=0.150;η=103.9mPa・s;K33=22.17pN.
(4) トランス−4−(3−フルオロ−4−(4−(3,4,5−トリフルオロフェニル)シクロヘキシル)フェニル)−4‘−ペンチルビシクロヘキサン(No.96)
Figure 0005637135
化学シフトδ(ppm);7.13(t,1H),6.93(d,1H),6.89−6.82(m,3H),5.92(m,1H),2.87(m,1H),2.54(m,1H),2.41(m,1H),2.03−1.95(m,4H),1.94−1.87(m,2H),1.87−1.80(m,2H),1.80−1.70(m,4H),1.68−1.50(m,4H),1.44−1.33(m,2H),1.33−1.19(m,6H),1.19−1.08(m,3H),1.08−0.94(m,3H),0.92−0.80(m,5H).
転移温度は化合物自体の測定値とし、上限温度(TNI)、誘電率異方性(Δε)、および光学異方性(Δn)は、化合物を母液晶(i)に混合した試料の測定値を、上記外挿法に従って算出した値とした、化合物(No.96)の物性値は以下の通りであった。
転移温度 :C 126.8 S 179.3 N 343.7 I
NI=217.7℃;Δε=9.92;Δn=0.133;η=97.2mPa・s;K33=22.29pN.
(5) 1−(4−(トランス−4−(3,4−ジフルオロフェニル)シクロヘキシル)シクロヘキシ−1−エニル)−2−フルオロ−4−(トランス−4−ペンチルシクロヘキシル)ベンゼン(No.293)
Figure 0005637135
化学シフトδ(ppm);7.14(t,1H),7.08−6.97(m,2H),6.94−6.88(m,2H),6.85(d,1H),5.92(m,1H),2.50−2.35(m,4H),2.30−2.22(m,1H),2.02−1.77(m,10H),1.52−1.11(m,19H),1.08−0.97(m,2H),0.89(t,3H).
転移温度は化合物自体の測定値とし、上限温度(TNI)、誘電率異方性(Δε)、および光学異方性(Δn)は、化合物を母液晶(i)に混合した試料の測定値を、上記外挿法に従って算出した値とした、化合物(No.293)の物性値は以下の通りであった。
転移温度 :C 78.2 S 171.1 S 189.6 N 330.7 I
NI=238.4℃;Δε=5.80;Δn=0.164;η=86.6mPa・s;K33=28.66pN.
(6) 1−(トランス−4−(4−(3,4−ジフルオロフェニル)ビシクロヘキシル)−2−フルオロ−4−(トランス−4−ペンチルシクロヘキシル)ベンゼン(No.273)
Figure 0005637135
化学シフトδ(ppm);7.12(t,1H),7.14−6.96(m,2H),6.94−6.88(m,2H),6.84(d,1H),2.77(t,1H),2.42(t,2H),1.95−1.82(m,11H),1.53−1.12(m,20H),1.08−0.97(m,2H),0.89(t,3H).
転移温度は化合物自体の測定値とし、上限温度(TNI)、誘電率異方性(Δε)、および光学異方性(Δn)は、化合物を母液晶(i)に混合した試料の測定値を、上記外挿法に従って算出した値とした、化合物(No.273)の物性値は以下の通りであった。
転移温度 :C 66.2 S 172.0 N 324.6 I
NI=198.7℃;Δε=5.80;Δn=0.127;η=105.1mPa・s;K33=27.41pN.
(7) 1−(4−(トランス−4−(3,4,5−トリフルオロフェニル)シクロヘキシル)シクロヘキシ−1−エニル)−2−フルオロ−4−(トランス−4−ペンチルシクロヘキシル)ベンゼン(No.296)
Figure 0005637135
化学シフトδ(ppm);7.13(t,1H),6.91(d,1H),6.86(d,1H),6.81(t,2H),5.92(m,1H),2.50−2.35(m,4H),2.30−2.22(m,1H),2.02−1.82(m,10H),1.52−1.11(m,18H),1.08−0.98(m,2H),0.90(t,3H).
転移温度は化合物自体の測定値とし、上限温度(TNI)、誘電率異方性(Δε)、および光学異方性(Δn)は、化合物を母液晶(i)に混合した試料の測定値を、上記外挿法に従って算出した値とした、化合物(No.296)の物性値は以下の通りであった。
転移温度 :C 120.2 S 127.7 S 152.2 N 303.0 I
NI=219.7℃;Δε=9.13;Δn=0.150;η=99.2mPa・s;K33=23.26pN.
(8) 1−(トランス−4−(4−(3,4,5−トリフルオロフェニル)ビシクロヘキシル)−2−フルオロ−4−(トランス−4−ペンチルシクロヘキシル)ベンゼン(No.276)
Figure 0005637135
化学シフトδ(ppm);7.14(t,1H),7.08−6.97(m,2H),6.94−6.88(m,2H),6.85(d,1H),2.77(t,1H),2.42(t,2H),1.95−1.82(m,11H),1.53−1.12(m,19H),1.08−0.97(m,2H),0.89(t,3H).
転移温度は化合物自体の測定値とし、上限温度(TNI)、誘電率異方性(Δε)、および光学異方性(Δn)は、化合物を母液晶(i)に混合した試料の測定値を、上記外挿法に従って算出した値とした、化合物(No.276)の物性値は以下の通りであった。
転移温度 :C 95.4 S 169.0 N 337.3 I
NI=213.7℃;Δε=8.37;Δn=0.130;η=94.3mPa・s;K33=25.16pN.
(9) 1−(4−(トランス−4−(3,4,5−トリフルオロフェニル)シクロヘキシル)シクロヘキシ−1−エニル)−2,6−ジフルオロ−4−(トランス−4−ペンチルシクロヘキシル)ベンゼン(No.297)
Figure 0005637135
化学シフトδ(ppm);6.81(t,2H),6.70(d,2H),5.78(m,1H),2.48−2.32(m,3H),2.25(m,2H),2.04−1.82(m,10H),1.48−1.11(m,18H),1.08−0.96(m,2H),0.91(t,3H).
転移温度は化合物自体の測定値とし、上限温度(TNI)、誘電率異方性(Δε)、および光学異方性(Δn)は、化合物を母液晶(i)に混合した試料の測定値を、上記外挿法に従って算出した値とした、化合物(No.297)の物性値は以下の通りであった。
転移温度 :C 109.9 S 126.8 S 132.0 N 307.3 I
NI=193.7℃;Δε=18.1;Δn=0.147;η=89.4mPa・s;K33=25.16pN.
(10) 1−(トランス−4−(4−(3,4,5−トリフルオロフェニル)ビシクロヘキシル)−2,6−ジフルオロ−4−(トランス−4−ペンチルシクロヘキシル)ベンゼン(No.277)
Figure 0005637135
化学シフトδ(ppm);6.82(t,2H),6.67(d,2H),2.90(t,1H),2.40(m,2H),1.96−1.75(m,14H),1.44−1.11(m,19H),1.02(m,2H),0.90(t,3H).
転移温度は化合物自体の測定値とし、上限温度(TNI)、誘電率異方性(Δε)、および光学異方性(Δn)は、化合物を母液晶(i)に混合した試料の測定値を、上記外挿法に従って算出した値とした、化合物(No.277)の物性値は以下の通りであった。
転移温度 :C 120.5 S 145.3 N 341.0 I
NI=201.7℃;Δε=18.27;Δn=0.137;η=97.1mPa・s;K33=25.16pN.
(11) 1−(4−(トランス−4−(3,4−ジフルオロフェニル)シクロヘキシル)シクロヘキシ−1−エニル)−2,6−ジフルオロ−4−(トランス−4−ペンチルシクロヘキシル)ベンゼン(No.294)
Figure 0005637135
化学シフトδ(ppm);7.09−6.96(m,2H),6.91(m,1H),6.70(d,2H),5.78(m,1H),2.50−2.32(m,3H),2.31−2.21(m,2H),2.04−1.87(m,10H),1.47−1.11(m,18H),1.08−0.97(m,2H),0.89(t,3H).
転移温度は化合物自体の測定値とし、上限温度(TNI)、誘電率異方性(Δε)、および光学異方性(Δn)は、化合物を母液晶(i)に混合した試料の測定値を、上記外挿法に従って算出した値とした、化合物(No.294)の物性値は以下の通りであった。
転移温度 :C 118.5 S 129.0 N 318.0 I
NI=210.7℃;Δε=12.1;Δn=0.157;η=83.4mPa・s;K33=28.66pN.
(12) 1−(トランス−4−(4−(3,4−ジフルオロフェニル)ビシクロヘキシル)−2,6−ジフルオロ−4−(トランス−4−ペンチルシクロヘキシル)ベンゼン(No.274)
Figure 0005637135
化学シフトδ(ppm);7.09−6.96(m,2H),6.90(m,1H),6.65(d,2H),2.88(t,1H),2.40(m,2H),1.95−1.74(m,14H),1.45−1.10(m,19H),1.01(m,2H),0.90(t,3H).
転移温度は化合物自体の測定値とし、上限温度(TNI)、誘電率異方性(Δε)、および光学異方性(Δn)は、化合物を母液晶(i)に混合した試料の測定値を、上記外挿法に従って算出した値とした、化合物(No.274)の物性値は以下の通りであった。
転移温度 :C 117.5 S 182.0 N >350 I
NI=208.4℃;Δε=24.73;Δn=0.170;η=110.9mPa・s;K33=28.36pN.
(13) トランス−4−(4−(4−(4−トリフルオロメトキシフェニル)シクロヘキシ−1−エニル)−3−フルオロフェニル)−4’−ペンチルビシクロヘキサン(No.109)
Figure 0005637135
化学シフトδ(ppm);7.27(d,2H),7.16(m,3H),6.93(d,1H),6.87(d,1H),5.99(m,1H),2.93(m,1H),2.65−2.54(m,1H),2.53−2.38(m,3H),2.34−2.25(m,1H),2.08−2.01(m,1H),1.96−1.80(m,5H),1.80−1.68(m,4H),1.45−1.34(m,2H),1.34−1.20(m,6H),1.19−0.94(m,9H),0.92−0.79(m,5H).
転移温度は化合物自体の測定値とし、上限温度(TNI)、誘電率異方性(Δε)、および光学異方性(Δn)は、化合物を母液晶(i)に混合した試料の測定値を、上記外挿法に従って算出した値とした、化合物(No.109)の物性値は以下の通りであった。
転移温度 :C 55.0 S 271.3 N 280.9 I
NI=232.4℃;Δε=1.70;Δn=0.157;η=77.7mPa・s;K33=29.83pN.
(14) トランス−4−(4−(4−(4−トリフルオロメトキシフェニル)シクロヘキシル)−3−フルオロフェニル)−4’−ペンチルビシクロヘキサン(No.89)
Figure 0005637135
化学シフトδ(ppm);7.26(m,2H),7.15(m,3H),6.93(d,1H),6.87(d,1H),2.90(m,1H),2.61(m,1H),2.42(m,1H),2.00(d,4H),1.91(d,2H),1.83(m,1H),1.75(m,4H),1.63(m,4H),1.45−1.34(m,2H),1.34−1.20(m,6H),1.19−0.94(m,10H),0.92−0.79(m,5H).
転移温度は化合物自体の測定値とし、上限温度(TNI)、誘電率異方性(Δε)、および光学異方性(Δn)は、化合物を母液晶(i)に混合した試料の測定値を、上記外挿法に従って算出した値とした、化合物(No.89)の物性値は以下の通りであった。
転移温度 :C 63.1 S 290.1 N >350 I
NI=219.7℃;Δε=3.70;Δn=0.157;η=58.9mPa・s;K33=26.03pN.
(15) トランス−4−(3,5−ジフルオロ−4−(4−(3,4,5−トリフルオロフェニル)シクロヘキシ−1−エニル)フェニル)−4‘−ペンチルビシクロヘキサン(No.117)
Figure 0005637135
化学シフトδ(ppm);6.89(t,2H),6.71(d,2H),5.84(m,1H),2.90(m,1H),2.54−2.36(m,3H),2.35−2.21(m,2H),2.05−1.97(m,1H),1.94−1.80(m,5H),1.80−1.68(m,4H),1.43−1.19(m,8H),1.19−0.94(m,9H),0.92−0.70(m,5H).
転移温度は化合物自体の測定値とし、上限温度(TNI)、誘電率異方性(Δε)、および光学異方性(Δn)は、化合物を母液晶(i)に混合した試料の測定値を、上記外挿法に従って算出した値とした、化合物(No.117)の物性値は以下の通りであった。
転移温度 :C 166.1 N 288.7 I
NI=189.7℃;Δε=17.6;Δn=0.137;η=105.2mPa・s;K33=22.17pN.
(16) トランス−4−(3,5−ジフルオロ−4−(4−(3,4,5−トリフルオロフェニル)シクロヘキシル)フェニル)−4‘−ペンチルビシクロヘキサン(No.97)
Figure 0005637135
化学シフトδ(ppm);6.84(t,2H),6.68(d,2H),3.00(m,1H),2.58(t,1H),2.38(t,1H),2.05−1.93(m,4H),1.93−1.80(m,6H),1.80−1.68(m,4H),1.56−1.45(m,2H),1.40−1.19(m,8H),1.19−0.93(m,9H),0.92−0.80(m,5H).
転移温度は化合物自体の測定値とし、上限温度(TNI)、誘電率異方性(Δε)、および光学異方性(Δn)は、化合物を母液晶(i)に混合した試料の測定値を、上記外挿法に従って算出した値とした、化合物(No.97)の物性値は以下の通りであった。
転移温度 :C 176.5 N 338.4 I
NI=221.7℃;Δε=17.3;Δn=0.117;η=106.9mPa・s;K33=22.29pN.
実施例1〜5に記載された合成方法と同様の方法により以下に示す、化合物(No.1)〜(No.380)を合成することができる。付記したデータは前記した手法に従い、測定した値である。転移温度は化合物自体の測定値であり、上限温度(TNI)、誘電率異方性(Δε)、および光学異方性(Δn)は、化合物を母液晶(i)に混合した試料の測定値を、上記外挿法に従って算出した値である。
なお、化合物No.23、89、97、117、164、203、213、274、および277は、母液晶95重量%、化合物5重量%とからなる液晶組成物を調製し、得られた液晶組成物の物性値を測定し、測定値を外挿したもの、化合物No.3、13、96、273、294、および297は、母液晶90重量%、化合物10重量%とからなる液晶組成物を調製し、得られた液晶組成物の物性値を測定し、測定値を外挿したもの、残りのデータを付記した化合物は母液晶85重量%、化合物15重量%とからなる液晶組成物を調製し、得られた液晶組成物の物性を測定し、測定値を外挿したものである。
Figure 0005637135
Figure 0005637135
Figure 0005637135
Figure 0005637135
Figure 0005637135
Figure 0005637135
Figure 0005637135
Figure 0005637135
Figure 0005637135
Figure 0005637135
Figure 0005637135
Figure 0005637135
Figure 0005637135
Figure 0005637135
Figure 0005637135
Figure 0005637135
Figure 0005637135
Figure 0005637135
Figure 0005637135
〔比較例1〕
比較例として、4’−(トランス−4−プロピルシクロヘキシル)−2−フルオロ−4−(トランス−4−ペンチルシクロヘキシル)ビフェニル(A)を合成した。
Figure 0005637135
H−NMR分析の化学シフトδ(ppm)は以下の通りであり、得られた化合物が、4’−(トランス−4−プロピルシクロヘキシル)−2−フルオロ−4−(トランス−4−ペンチルシクロヘキシル)ビフェニル(A)であることが同定できた。なお、測定溶媒はCDClである。
化学シフトδ(ppm);7.46(d,2H),7.33(t,1H),7.26(d,2H),7.03(d,1H),6.98(d,1H),2.50(m,2H),1.90(m,8H),1.54−1.40(m,4H),1.37−1.20(m,14H),1.12−1.01(m,4H),0.90−0.79(m,6H).
化合物(A)の転移温度は以下の通りであった。
転移温度 :C 60.2 S 76.2 S 114.3 S 138.3 N 290.4 I
前述した母液晶iとして記載された4つの化合物を混合し、ネマチック相を有する母液晶iを調製した。この母液晶iの物性は以下のとおりであった。
上限温度(TNI)=71.7℃;粘度(η20)=26.9mPa・s;光学異方性(Δn)=0.137;誘電率異方性(Δε)=11.0。
この母液晶i 85重量%と、合成した4’−(トランス−4−エチルシクロヘキシル)−2−フルオロ−4−(トランス−4−ペンチルシクロヘキシル)ビフェニル(A)の15重量%とからなる液晶組成物iiを調製した。得られた液晶組成物iiの物性値を測定し、測定値を外挿することで比較化合物(A)の物性の外挿値を算出した。その値は以下のとおりであった。
上限温度(TNI)=225.7℃;誘電率異方性(Δε)=2.00;
また、液晶組成物iiの弾性定数K33は27.26 pNであった。
液晶性化合物(No.32)の物性
母液晶i 85重量%と、実施例1で得られたトランス−4−(4−(4−(4−エチルフェニル)シクロヘキシ−1−エニル)−3−フルオロフェニル)−4’−ペンチルビシクロヘキサン(No.33)の15重量%とからなる液晶組成物iiiを調製した。得られた液晶組成物iiiの物性値を測定し、測定値を外挿することで液晶性化合物(No.32)の物性の外挿値を算出した。その値は以下のとおりであった。
上限温度(TNI)=245.7℃;光学異方性(Δn)=0.141;誘電率異方性(Δε)=2.47;
また、液晶組成物iiiの弾性定数K33は29.83 pNであった。
このことから液晶性化合物(No.32)は、上限温度(TNI)が高く、弾性定数(K33)を大きく、誘電率異方性(Δε)を高くすることができる化合物であることがわかった。
また、比較例化合物(A)と比較して、上限温度(TNI)が高く、弾性定数(K33)が大きく、誘電率異方性(Δε)が高く、融点が低い化合物であることがわかった。
〔比較例2〕
比較例として、化合物(D)に類似のトランス−4−(3−フルオロ−4−(トランス−4−ペンチルシクロヘキシル)フェニル)−トランス−4’−エチルビシクロヘキサン(E)を合成した。
Figure 0005637135
H−NMR分析の化学シフトδ(ppm)は以下の通りであり、得られた化合物が、トランス−4−(3−フルオロ−4−(トランス−4−ペンチルシクロヘキシル)フェニル)−トランス−4’−エチルビシクロヘキサン(E)であることが同定できた。なお、測定溶媒はCDClである。
化学シフトδ(ppm);7.11(dd,1H),6.91(dd,1H),6.84(dd,1H),2.75(m,1H),2.41(m,1H),1.89−1.73(m,12H),1.46−0.95(m,24H),0.90−0.84(m,8H).
化合物(E)の転移温度は以下の通りであった。
転移温度 :S 42.4 S 206.2 N 273.8 I
この母液晶i 85重量%と、合成したトランス−4−(3−フルオロ−4−(トランス−4−ペンチルシクロヘキシル)フェニル)−トランス−4’−エチルビシクロヘキサン(E)の15重量%とからなる液晶組成物ivを調製した。得られた液晶組成物ivの物性値を測定し、測定値を外挿することで比較化合物(E)の物性の外挿値を算出した。その値は以下のとおりであった。
上限温度(TNI)=203.0℃;光学異方性(Δn)=0.104;誘電率異方性(Δε)=0.77;
液晶性化合物(No.3)の物性
母液晶i 90重量%と、実施例1で得られたトランス−4−(4−(4−(トランス−4−エチルシクロヘキシル)シクロヘキシル)−3−フルオロフェニル)−4’−ペンチルビシクロヘキサン(No.3)の10重量%とからなる液晶組成物vを調製した。得られた液晶組成物vの物性値を測定し、測定値を外挿することで液晶性化合物(No.3)の物性の外挿値を算出した。その値は以下のとおりであった。
上限温度(TNI)=251.7℃;光学異方性(Δn)=0.109;誘電率異方性(Δε)=1.74;
このことから液晶性化合物(No.3)は、上限温度(TNI)が高く、光学異方性(Δn)を大きく、誘電率異方性(Δε)を高くすることができる化合物であることがわかった。
また、比較例化合物(E)と比較して、上限温度(TNI)が高く、誘電率異方性(Δε)が高い化合物であることがわかった。
〔液晶組成物の実施例〕
以下、本発明で得られる液晶組成物を実施例により詳細に説明する。なお、実施例で用いる液晶性化合物は、下記表1の定義に基づいて記号により表す。なお、表1中、1,4−シクロへキシレンの立体配置はトランス配置である。各化合物の割合(百分率)は、特に断りのない限り、液晶組成物の全重量に基づいた重量百分率(重量%)である。各実施例の最後に得られた液晶組成物の特性を示す。
なお、各実施例で使用する液晶性化合物の部分に記載した番号は、上述した本発明の液晶性化合物、または本発明の液晶組成物に用いる液晶性化合物を示す式番号に対応をしており、式番号を記載せずに、単に「−」と記載をしている場合には、この化合物はこれらの液晶性化合物には対応をしていないその他の化合物であることを意味している。
化合物の記号による表記方法を以下に示す。
Figure 0005637135
特性値の測定は以下の方法にしたがって行った。これらの多くは、日本電子機械工業会規格(Standard of Electric Industries Association of Japan)EIAJ・ED−2521Aに記載された方法、またはこれを修飾した方法である。
(1)ネマチック相の上限温度(NI;℃)
偏光顕微鏡を備えた融点測定装置のホットプレートに試料を置き、1℃/分の速度で加熱した。試料の一部がネマチック相から等方性液体に変化したときの温度を測定した。以下、ネマチック相の上限温度を「上限温度」と略することがある。
(2)ネマチック相の下限温度(TC;℃)
ネマチック相を有する試料を0℃、−10℃、−20℃、−30℃、および−40℃のフリーザー中に10日間保管したあと、液晶相を観察した。例えば、試料が−20℃ではネマチック相のままであり、−30℃では結晶またはスメクチック相に変化したとき、TCを≦−20℃と記載した。以下、ネマチック相の下限温度を「下限温度」と略すことがある。
(3)光学異方性(Δn;25℃で測定)
波長が589nmの光を用い、接眼鏡に偏光板を取り付けたアッベ屈折計により測定した。まず、主プリズムの表面を一方向にラビングしたあと、試料を主プリズムに滴下した。そして、偏光の方向がラビングの方向と平行であるときの屈折率(n‖)、および偏光の方向がラビングの方向と垂直であるときの屈折率(n⊥)を測定した。光学異方性の値(Δn)は、(Δn)=(n‖)−(n⊥)の式から算出した。
(4)粘度(η;20℃で測定;mPa・s)
測定にはE型粘度計を用いた。
(5)誘電率異方性(Δε;25℃で測定)
よく洗浄したガラス基板にオクタデシルトリエトキシシラン(0.16mL)のエタノール(20mL)溶液を塗布した。ガラス基板をスピンナーで回転させたあと、150℃で1時間加熱した。2枚のガラス基板から、間隔(セルギャップ)が20μmであるVA素子を組み立てた。
同様の方法で、ガラス基板にポリイミドの配向膜を調製した。得られたガラス基板の配向膜にラビング処理をした後、2枚のガラス基板の間隔が9μmであり、ツイスト角が80度であるTN素子を組み立てた。
得られたVA素子に試料(液晶組成物、または液晶性化合物と母液晶との混合物)を入れ、0.5V(1kHz、サイン波)を印加して、液晶分子の長軸方向における誘電率(ε‖)を測定した。
また、得られたTN素子に試料(液晶組成物液晶組成物、または液晶性化合物と母液晶との混合物)を入れ、0.5V(1kHz、サイン波)を印加して、液晶分子の短軸方向における誘電率(ε⊥)を測定した。
誘電率異方性の値は、Δε=ε‖−ε⊥の式から計算した。
この値が負である組成物が、負の誘電率異方性を有する組成物である。
(6)電圧保持率(VHR;25℃と100℃で測定;%)
ポリイミド配向膜を有し、そして2枚のガラス基板の間隔(セルギャップ)が6μmであるセルに試料を入れてTN素子を作製した。25℃において、このTN素子にパルス電圧(5Vで60マイクロ秒)を印加して充電した。TN素子に印加した電圧の波形を陰極線オシロスコープで観測し、単位周期(16.7ミリ秒)における電圧曲線と横軸との間の面積を求めた。TN素子を取り除いたあと印加した電圧の波形から同様にして面積を求めた。電圧保持率(%)の値は、(電圧保持率)=(TN素子がある場合の面積値)/(TN素子がない場合の面積値)×100の値から算出した。
このようにして得られた電圧保持率を「VHR−1」として示した。つぎに、このTN素子を100℃、250時間加熱した。このTN素子を25℃に戻したあと、上述した方法と同様の方法により電圧保持率を測定した。この加熱試験をした後に得た電圧保持率を「VHR−2」として示した。なお、この加熱テストは促進試験であり、TN素子の長時間耐久試験に対応する試験として用いた。
5−HB(F)ChHB−2 (No.213) 5%
5−HB(F)HHB−2 (No.203) 3%
2−BEB(F)−C (5−14) 5%
3−BEB(F)−C (5−14) 4%
4−BEB(F)−C (5−14) 12%
1V2−BEB(F,F)−C (5−15) 16%
3−HB−O2 (6−5) 10%
3−HH−4 (6−1) 3%
3−HHB−F (3−1) 3%
3−HHB−1 (7−1) 8%
3−HHB−O1 (7−1) 4%
3−HBEB−F (3−37) 4%
3−HHEB−F (3−10) 7%
5−HHEB−F (3−10) 7%
3−H2BTB−2 (7−17) 4%
3−HB(F)TB−2 (7−18) 5%
NI=95.6℃;Δn=0.138;Δε=28.2;Vth=1.18V;η=43.2mPa・sec.
5−HHB(F)ChH−2 (No.13) 4%
5−HHB(F)HH−2 (No.3) 4%
2−HB−C (5−1) 5%
3−HB−C (5−1) 12%
3−HB−O2 (6−5) 15%
2−BTB−1 (6−10) 3%
3−HHB−F (3−1) 4%
3−HHB−1 (7−1) 8%
3−HHB−O1 (7−1) 2%
3−HHB−3 (7−1) 14%
3−HHEB−F (3−10) 3%
2−HHB(F)−F (3−2) 7%
3−HHB(F)−F (3−2) 7%
5−HHB(F)−F (3−2) 7%
3−HHB(F,F)−F (3−3) 5%
NI=103.2℃;Δn=0.099;Δε=4.5;Vth=2.63V;η=20.9mPa・sec.
5−HB(F)ChHB(F)−F (No.293) 3%
5−HB(F)HHB(F)−F (No.273) 3%
3−BEB(F)−C (5−14) 8%
3−HB−C (5−1) 8%
V−HB−C (5−1) 8%
1V−HB−C (5−1) 8%
3−HB−O2 (6−5) 3%
3−HH−2V (6−1) 14%
3−HH−2V1 (6−1) 7%
V2−HHB−1 (7−1) 15%
3−HHB−1 (7−1) 5%
3−HHEB−F (3−10) 7%
3−H2BTB−2 (7−17) 6%
3−H2BTB−4 (7−17) 5%
NI=101.8℃;Δn=0.127;Δε=8.5;Vth=2.27V;η=20.4mPa・sec.
上記組成物100部に光学活性化合物(Op−5)を0.25部添加したときのピッチは61.2μmであった。
5−HB(F)ChHB(F,F)−F (No.296) 5%
5−HB(F)HHB(F,F)−F (No.276) 5%
5−BEB(F)−C (5−14) 5%
V−HB−C (5−1) 11%
5−PyB−C (5−9) 6%
4−BB−3 (6−8) 9%
3−HH−2V (6−1) 10%
5−HH−V (6−1) 11%
V−HHB−1 (7−1) 7%
V2−HHB−1 (7−1) 7%
3−HHB−1 (7−1) 9%
1V2−HBB−2 (7−4) 10%
3−HHEBH−3 (8−6) 5%
NI=100.8℃;Δn=0.118;Δε=5.3;Vth=2.55V;η=23.7mPa・sec.
5−HHB(F)ChB−2 (No.33) 5%
5−HHB(F)HB−2 (No.23) 3%
1V2−BEB(F,F)−C (5−15) 3%
3−HB−C (5−1) 13%
2−BTB−1 (6−10) 10%
5−HH−VFF (−) 30%
3−HHB−1 (7−1) 4%
VFF−HHB−1 (−) 8%
VFF2−HHB−1 (−) 11%
3−H2BTB−2 (7−17) 5%
3−H2BTB−3 (7−17) 4%
3−H2BTB−4 (7−17) 4%
NI=91.2℃;Δn=0.127;Δε=3.9;Vth=2.27V;η=12.8mPa・sec.
5−HHB(F)HB(F,F)−F (No.96) 3%
3−HHB(F)B(2F)H−5 (No.164) 3%
5−HB−CL (2−2) 16%
3−HH−4 (6−1) 12%
3−HH−5 (6−1) 4%
3−HHB−F (3−1) 4%
3−HHB−CL (3−1) 3%
4−HHB−CL (3−1) 4%
3−HHB(F)−F (3−2) 10%
4−HHB(F)−F (3−2) 9%
5−HHB(F)−F (3−2) 9%
7−HHB(F)−F (3−2) 5%
5−HBB(F)−F (3−23) 4%
1O1−HBBH−5 (8−1) 3%
3−HHBB(F,F)−F (4−6) 2%
4−HHBB(F,F)−F (4−6) 3%
3−HH2BB(F,F)−F (4−15) 3%
4−HH2BB(F,F)−F (4−15) 3%
NI=119.8℃;Δn=0.094;Δε=3.7;Vth=2.69V;η=20.7mPa・sec
5−HB(F)ChHB(F)−F (No.293) 3%
3−HHB(F)B(2F)H−5 (No.164) 3%
3−HHB(F,F)−F (3−3) 9%
3−H2HB(F,F)−F (3−15) 8%
4−H2HB(F,F)−F (3−15) 8%
5−H2HB(F,F)−F (3−15) 8%
3−HBB(F,F)−F (3−24) 21%
5−HBB(F,F)−F (3−24) 20%
3−H2BB(F,F)−F (3−27) 8%
5−HHBB(F,F)−F (4−6) 3%
5−HHEBB−F (4−17) 2%
3−HH2BB(F,F)−F (4−15) 3%
1O1−HBBH−5 (8−1) 4%
NI=101.4℃;Δn=0.117;Δε=8.9;Vth=1.84V;η=36.5mPa・sec
5−HB(F)ChHB−2 (No.213) 3%
3−HHB(F)B(2F)H−5 (No.164) 3%
5−HB−F (2−2) 12%
6−HB−F (2−2) 9%
7−HB−F (2−2) 7%
2−HHB−OCF3 (3−1) 7%
3−HHB−OCF3 (3−1) 7%
4−HHB−OCF3 (3−1) 7%
5−HHB−OCF3 (3−1) 5%
3−HH2B−OCF3 (3−4) 4%
5−HH2B−OCF3 (3−4) 4%
3−HHB(F,F)−OCF2H (3−3) 4%
3−HHB(F,F)−OCF3 (3−3) 5%
3−HH2B(F)−F (3−5) 3%
3−HBB(F)−F (3−23) 7%
5−HBB(F)−F (3−23) 7%
5−HBBH−3 (8−1) 3%
3−HB(F)BH−3 (8−2) 3%
NI=94.6℃;Δn=0.094;Δε=4.1;Vth=2.69V;η=18.0mPa・sec
5−HB(F)ChHB−2 (No.213) 3%
5−HHB(F)ChH−2 (No.33) 3%
5−HB−CL (2−2) 8%
3−HH−4 (6−1) 8%
3−HHB−1 (7−1) 2%
3−HHB(F,F)−F (3−3) 8%
3−HBB(F,F)−F (3−24) 20%
5−HBB(F,F)−F (3−24) 15%
3−HHEB(F,F)−F (3−12) 10%
4−HHEB(F,F)−F (3−12) 3%
5−HHEB(F,F)−F (3−12) 3%
2−HBEB(F,F)−F (3−39) 3%
3−HBEB(F,F)−F (3−39) 5%
5−HBEB(F,F)−F (3−39) 3%
3−HHBB(F,F)−F (4−6) 6%
NI=90.5℃;Δn=0.108;Δε=8.6;Vth=1.73V;η=26.6mPa・sec.
5−HB(F)ChHB(F)−F (No.293) 4%
3−HHB(F)B(2F)H−5 (No.164) 4%
3−HB−CL (2−2) 3%
5−HB−CL (2−2) 4%
3−HHB−OCF3 (3−1) 5%
3−H2HB−OCF3 (3−13) 5%
5−H4HB−OCF3 (3−19) 15%
V−HHB(F)−F (3−2) 5%
3−HHB(F)−F (3−2) 5%
5−HHB(F)−F (3−2) 5%
3−H4HB(F,F)−CF3 (3−21) 8%
5−H4HB(F,F)−CF3 (3−21) 10%
5−H2HB(F,F)−F (3−15) 5%
5−H4HB(F,F)−F (3−21) 7%
2−H2BB(F)−F (3−26) 5%
3−H2BB(F)−F (3−26) 5%
3−HBEB(F,F)−F (3−39) 5%
NI=84.8℃;Δn=0.102;Δε=8.1;Vth=2.08V;η=30.2mPa・sec
5−HB(F)HHB(F)−F (No.273) 5%
5−HB(F)ChHB(F,F)−F (No.296) 5%
5−HB−CL (2−2) 7%
7−HB(F,F)−F (2−4) 3%
3−HH−4 (6−1) 10%
3−HH−5 (6−1) 5%
3−HB−O2 (6−5) 15%
3−HHB−1 (7−1) 8%
3−HHB−O1 (7−1) 5%
2−HHB(F)−F (3−2) 7%
3−HHB(F)−F (3−2) 7%
5−HHB(F)−F (3−2) 7%
3−HHB(F,F)−F (3−3) 6%
3−H2HB(F,F)−F (3−15) 5%
4−H2HB(F,F)−F (3−15) 5%
NI=92.0℃;Δn=0.081;Δε=2.9;Vth=2.44V;η=24.3mPa・sec.
5−HB(F)HHB(F,F)−F (No.276) 4%
5−HHB(F)ChB(F,F)−F (No.116) 4%
5−HB−CL (2−2) 3%
7−HB(F)−F (2−3) 7%
3−HH−4 (6−1) 9%
3−HH−EMe (6−2) 15%
3−HHEB−F (3−10) 8%
5−HHEB−F (3−10) 8%
3−HHEB(F,F)−F (3−12) 10%
4−HHEB(F,F)−F (3−12) 5%
4−HGB(F,F)−F (3−103) 5%
5−HGB(F,F)−F (3−103) 6%
2−H2GB(F,F)−F (3−106) 4%
3−H2GB(F,F)−F (3−106) 5%
5−GHB(F,F)−F (3−109) 7%
NI=91.2℃;Δn=0.070;Δε=6.3;Vth=1.73V;η=27.1mPa・sec.
5−HB(F)ChHB(F,F)−F (No.296) 4%
5−HHB(F)ChB(F,F)−F (No.116) 3%
3−HB−O2 (6−5) 10%
5−HB―CL (2−2) 13%
3−PyB(F)−F (2−15) 10%
5−PyB(F)−F (2−15) 10%
3−HBB(F,F)−F (3−24) 4%
3−PyBB−F (3−80) 10%
4−PyBB−F (3−80) 10%
5−PyBB−F (3−80) 10%
5−HBB(F)B−2 (8−5) 8%
5−HBB(F)B−3 (8−5) 8%
NI=104.1℃;Δn=0.188;Δε=8.1;Vth=2.08V;η=43.3mPa・sec.
5−HHB(F)ChB−OCF3 (No.109) 3%
5−HHB(F)HB−OCF3 (No.89) 3%
5−HB(F,F)ChHB(F,F)−F (No.297) 3%
5−HB(F,F)HHB(F,F)−F (No.277) 3%
3−HH−V (6−1) 35%
3−BB(F,F)XB(F,F)−F (3−97) 16%
3−HHB−1 (7−1) 2%
2−HBB−F (3−22) 3%
3−HBB−F (3−22) 4%
3−HHB−CL (3−1) 5%
1−BB(F)B−2V (7−6) 6%
2−BB(F)B−2V (7−6) 6%
3−BB(F)B−2V (7−6) 3%
2−HHB(F,F)−F (3−3) 4%
3−HHB(F,F)−F (3−3) 4%
NI=101.7℃;Δn=0.128;Δε=4.9;Vth=2.30V;η=18.1mPa・sec.
5−HB(F,F)ChHB(F)−F (No.294) 3%
5−HB(F,F)HHB(F)−F (No.274) 3%
5−HHB(F,F)ChB(F,F)−F (No.117) 3%
5−HHB(F,F)HB(F,F)−F (No.97) 3%
5−HB−CL (2−2) 7%
7−HB(F,F)−F (2−4) 3%
3−HH−4 (6−1) 10%
3−HH−5 (6−1) 5%
3−HB−O2 (6−5) 15%
3−HHB−1 (7−1) 8%
3−HHB−O1 (7−1) 5%
2−HHB(F)−F (3−2) 7%
3−HHB(F)−F (3−2) 7%
5−HHB(F)−F (3−2) 7%
3−HHB(F,F)−F (3−3) 6%
3−H2HB(F,F)−F (3−15) 5%
4−H2HB(F,F)−F (3−15) 3%
NI=91.1℃;Δn=0.083;Δε=4.0;Vth=2.03V;η=25.3mPa・sec.
本発明の液晶性化合物は、ネマチックレンジが広く、大きな弾性定数K33を持つ点で優れている。しかも、粘度が大きくなることなく、誘電率異方性が大きくなる傾向にある点で特に優れている。本発明の液晶組成物は大きな光学異方性を有するため、大きな光学異方性が必要な素子に有効である。

Claims (19)

  1. 式(1−1)で表される化合物。
    Figure 0005637135

    式(1−1)において、R1炭素数1〜10のアルキル、炭素数2〜10のアルケニル、または炭素数1〜9のアルコキシあり;
    炭素数1〜10のアルキル、炭素数2〜10のアルケニル、炭素数1〜9のアルコキシ、フッ素、−CFまたは−OCF あり;
    環Aおよび環Aは独立して、1,4−フェニレン、2−フルオロ−1,4−フェニレン、3−フルオロ−1,4−フェニレン、3,5−ジフルオロ−1,4−フェニレン、トランス−1,4−シクロへキシレン、または1,4−シクロヘキセニレンあり;
    Qは水素またはフッ素であり;
    、0またはあり、nは2または3であり、m+nは3であり;
    が2であるとき、2つの環A のうち、左側の環は、2−フルオロ−1,4−フェニレン、3−フルオロ−1,4−フェニレン、3,5−ジフルオロ−1,4−フェニレン、トランス−1,4−シクロへキシレン、または1,4−シクロヘキセニレンである。
  2. 式(1−3)または(1−4)で表される請求項1に記載の化合物。
    Figure 0005637135

    式(1−3)および(1−4)において、Rは、炭素数1〜10のアルキル、炭素数2〜10のアルケニル、または炭素数1〜9のアルコキシあり;
    は炭素数1〜10のアルキル、炭素数2〜10のアルケニル、炭素数1〜9のアルコキシフッ素−CF、または−OCFであり;
    環Aおよび環Aは独立して、トランス−1,4−シクロへキシレンまたは1,4−シクロヘキセニレンあり;
    、X、X、X、X、およびXは独立して、水素またはフッ素であり;
    およびXのうち少なくとも1つはフッ素であり、XおよびXのうち少なくとも1つはフッ素である。
  3. 式(1−5)〜(1−9)のいずれか1つで表される請求項1に記載の化合物。
    Figure 0005637135

    式(1−5)〜(1−9)において、RおよびRは独立して、炭素数1〜10のアルキル、炭素数2〜10のアルケニル、または炭素数1〜9のアルコキシあり;
    環Aおよび環Aは独立して、トランス−1,4−シクロへキシレンまたは1,4−シクロヘキセニレンあり;
    式(1−5)、(1−6)、および(1−8)において、Y フッ素であり、Y はフッ素または水素であり
    式(1−7)において、 は水素またはフッ素であり、およびYのうち一方は水素であり、他方はフッ素である。
  4. 式(1−12)および(1−13)のいずれか1つで表される請求項1に記載の化合物。
    Figure 0005637135

    式(1−12)および(1−13)において、Rは、炭素数1〜10のアルキル、炭素数2〜10のアルケニル、または炭素数1〜9のアルコキシあり;
    はフッ素−CF、または−OCFであり;
    、X、X、X、X、およびXは独立して、水素またはフッ素であり;
    およびXのうち少なくとも1つはフッ素であり、XおよびXのうち少なくとも1つはフッ素である。
  5. 式(1−16)および(1−17)のいずれか1つで表される請求項1に記載の化合物。
    Figure 0005637135

    式(1−16)および(1−17)において、RおよびRは独立して、炭素数1〜10のアルキル、炭素数2〜10のアルケニル、または炭素数1〜9のアルコキシあり;
    、L、L、およびLは独立して、水素またはフッ素であり、LおよびLのうち少なくとも1つはフッ素であり、LおよびLのうち少なくとも1つはフッ素である。
  6. 式(1−18)〜(1−19)のいずれか1つで表される請求項1に記載の化合物。
    Figure 0005637135

    式(1−18)および(1−19)において、RおよびRは独立して、炭素数1〜10のアルキル、炭素数2〜10のアルケニル、または炭素数1〜9のアルコキシあり;
    、L、およびLフッ素であ
  7. 式(1−20)で表される請求項1に記載の化合物。
    Figure 0005637135

    式(1−20)において、RおよびRは独立して、炭素数1〜10のアルキル、炭素数2〜10のアルケニル、または炭素数1〜9のアルコキシある。
  8. 式(1−21)で表される請求項1に記載の化合物。
    Figure 0005637135

    式(1−28)において、RおよびRは独立して、炭素数1〜10のアルキル、炭素数2〜10のアルケニル、または炭素数1〜9のアルコキシある。
  9. 式(1−38)〜(1−53)のいずれか1つで表される請求項1に記載の化合物。
    Figure 0005637135

    式(1−38)〜(1−53)において、Rは、炭素数1〜10のアルキル、炭素数2〜10のアルケニル、または炭素数1〜9のアルコキシある。
  10. 第一成分および第二成分を含有し、第一成分が、請求項1〜9のいずれか1項に記載の化合物から選択された少なくとも1つである、液晶組成物。
  11. 第二成分として、式(2)、(3)、および(4)で表される化合物の群から選択される少なくとも1つの化合物を含有する、請求項10に記載の液晶組成物。
    Figure 0005637135

    式(2)〜(4)において、R10は、炭素数1〜10のアルキルまたは炭素数2〜10のアルケニルであり、このアルキルおよびアルケニルにおいて、任意の水素はフッ素で置き換えられてもよく、任意の−CH2−は−O−で置き換えられてもよく;
    は、フッ素、塩素、−OCF3、−OCHF2、−CF3、−CHF2、−CH2F、−OCF2CHF2、または−OCF2CHFCF3であり;
    環B、環B、および環Bは独立して、1,4−シクロヘキシレン、1,3−ジオキサン−2,5−ジイル、ピリミジン−2,5−ジイル、1−ピラン−2,5−ジイル、または任意の水素がフッ素で置き換えられてもよい1,4−フェニレンであり;
    およびZは独立して、−(CH22−、−(CH24−、−COO−、−CF2O−、−OCF2−、−CH=CH−、−C≡C−、−CHO−、または単結合であり;
    およびLは独立して、水素またはフッ素である。
    式(4)において、環Bおよび環Bが共に2,3−ジフルオロ−1,4−フェニレンであるとき、環Bは1−ピラン−2,5−ジイルではなく、環Bおよび環Bが共に2,3−ジフルオロ−1,4−フェニレンでありZが単結合のとき、環Bは1−ピラン−2,5−ジイルではない。
  12. 第二成分として、式(5)で表される化合物の群から選択される少なくとも1つの化合物を含有する、請求項10に記載の液晶組成物。
    Figure 0005637135

    式(5)において、R11は、炭素数1〜10のアルキルまたは炭素数2〜10のアルケニルであり、このアルキルおよびアルケニルにおいて、任意の水素はフッ素で置き換えられてもよく、任意の−CH2−は−O−で置き換えられてもよく;
    は−C≡Nまたは−C≡C−C≡Nであり;
    環C、環C、および環Cは独立して、1,4−シクロヘキシレン、任意の水素がフッ素で置き換えられてもよい1,4−フェニレン、1,3−ジオキサン−2,5−ジイル、1−ピラン−2,5−ジイル、またはピリミジン−2,5−ジイルであり;
    は、−(CH22−、−COO−、−CF2O−、−OCF2−、−C≡C−、−CHO−、または単結合であり;
    10およびL11は独立して、水素またはフッ素であり;
    oは、0、1または2であり、pは0または1であり、o+pは2以下である。
  13. 第二成分として、式(6)、(7)および(8)で表される化合物の群から選択される少なくとも1つの化合物を含有する、請求項10に記載の液晶組成物。
    Figure 0005637135

    式(6)〜(8)において、R12およびR13は独立して、炭素数1〜10のアルキルまたは炭素数2〜10のアルケニルであり、このアルキルおよびアルケニルにおいて、任意の−CH2−は−O−で置き換えられてもよく;
    環E、環E、および環Eは独立して、1,4−シクロヘキシレン、ピリミジン−2,5−ジイル、1,4−フェニレン、2−フルオロ−1,4−フェニレン、3−フルオロ−1,4−フェニレン、または2,5−ジフルオロ1,4−フェニレンであり;
    およびZは独立して、−C≡C−、−COO−、−(CH22−、−CH=CH−、または単結合である。
  14. 請求項12に記載の式(5)で表される化合物の群から選択される少なくとも1つの化合物をさらに含有する、請求項11に記載の液晶組成物。
  15. 請求項13に記載の式(6)、(7)および(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11に記載の液晶組成物。
  16. 請求項13に記載の式(6)、(7)および(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12に記載の液晶組成物。
  17. 少なくとも1つの光学活性化合物および/または重合可能な化合物をさらに含有する、請求項10〜16のいずれか1項に記載の液晶組成物。
  18. 少なくとも1つの酸化防止剤および/または紫外線吸収剤をさらに含有する、請求項10〜16のいずれか1項に記載の液晶組成物。
  19. 請求項10〜18のいずれか1項に記載の液晶組成物を含有する液晶表示素子。
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