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
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Description
(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。
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。
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;
R2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、−SF5、−CF3、−CHF2、−CH2F、−OCF3、−OCHF2、または−OCH2Fであり;
環A1および環A2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。
式(1−2)において、R1およびR2は独立して、水素、炭素数1〜10のアルキル、炭素数2〜10のアルケニル、炭素数1〜9のアルコキシ、炭素数2〜9のアルコキシアルキル、または炭素数2〜9のアルケニルオキシであり;
環A1および環A2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。
式(1−3)および(1−4)において、R3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;
R4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、−CF3、または−OCF3であり;
環A3および環A4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;
X1、X2、X3、X4、X5、およびX6は独立して、水素またはフッ素であり;
X1およびX2のうち少なくとも1つはフッ素であり、X3およびX4のうち少なくとも1つはフッ素である。
式(1−5)〜(1−9)において、R5およびR6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A5および環A6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;
Y1、Y2、およびY3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、Y1およびY2のうち少なくとも1つはフッ素であり;
式(1−7)において、Y1、Y2、およびY3のうち少なくとも1つはフッ素であり、Y2およびY3のうち少なくとも1つは水素である。
式(1−10)および(1−11)において、R7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;
X7は、フッ素、塩素、−C≡N、−CF3、または−OCF3であり;
X1、X2、X3、X4、X5、およびX6は独立して、水素またはフッ素であり;
X1およびX2のうち少なくとも1つはフッ素であり、X3およびX4のうち少なくとも1つはフッ素である。
式(1−12)および(1−13)において、R7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;
X7はフッ素、塩素、−C≡N、−CF3、または−OCF3であり;
X1、X2、X3、X4、X5、およびX6は独立して、水素またはフッ素であり;
X1およびX2のうち少なくとも1つはフッ素であり、X3およびX4のうち少なくとも1つはフッ素である。
式(1−14)および(1−15)において、R8およびR9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;
L1、L2、L3、およびL4は独立して、水素またはフッ素であり、L1およびL2のうち少なくとも1つはフッ素であり、L3およびL4のうち少なくとも1つはフッ素である。
式(1−16)および(1−17)において、R8およびR9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;
L1、L2、L3、およびL4は独立して、水素またはフッ素であり、L1およびL2のうち少なくとも1つはフッ素であり、L3およびL4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。
式(1−18)および(1−19)において、R8およびR9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;
L5、L6およびL7は独立して、水素またはフッ素であり;
式(1−18)において、L5およびL6のうち少なくとも1つはフッ素であり;
式(1−19)において、L5およびL7のうち少なくとも1つはフッ素である。
式(1−20)において、R8およびR9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。
式(1−28)において、R8およびR9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。
式(1−22)〜(1−37)において、R7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。
式(1−38)〜(1−53)において、R7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。
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;
X8は、フッ素、塩素、−OCF3、−OCHF2、−CF3、−CHF2、−CH2F、−OCF2CHF2、または−OCF2CHFCF3であり;
環B1、環B2、および環B3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;
Z1およびZ2は独立して、−(CH2)2−、−(CH2)4−、−COO−、−CF2O−、−OCF2−、−CH=CH−、−C≡C−、−CH2O−、または単結合であり;
L8およびL9は独立して、水素またはフッ素である。
式(4)において、環B1および環B2が共に2,3−ジフルオロ−1,4−フェニレンであるとき、環B3は1−ピラン−2,5−ジイルではなく、環B2および環B3が共に2,3−ジフルオロ−1,4−フェニレンでありZ1が単結合のとき、環B1は1−ピラン−2,5−ジイルではない。
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;
X9は−C≡Nまたは−C≡C−C≡Nであり;
環C1、環C2、および環C3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;
Z3は、−(CH2)2−、−COO−、−CF2O−、−OCF2−、−C≡C−、−CH2O−、または単結合であり;
L10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。
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E1、環E2、および環E3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;
Z4およびZ5は独立して、−C≡C−、−COO−、−(CH2)2−、−CH=CH−、または単結合である。
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。
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。)。
R2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、−SF5、−CF3、−CHF2、−CH2F、−OCF3、−OCHF2、または−OCH2F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。
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。
アルコキシの具体例としては、−OCH3、−OC2H5、−OC3H7、−OC4H9、−OC5H11、−OC6H13、−OC7H15、−OC8H17、またはOC9H19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、−CH2OCH3、−CH2OC2H5、−CH2OC3H7、−(CH2)2OCH3、−(CH2)2OC2H5、−(CH2)2OC3H7、−(CH2)3OCH3、−(CH2)4OCH3、または(CH2)5OCH3を挙げることができ;
アルケニルの具体例としては、−CH=CH2、−CH=CHCH3、−CH2CH=CH2、−CH=CHC2H5、−CH2CH=CHCH3、−(CH2)2CH=CH2、−CH=CHC3H7、−CH2CH=CHC2H5、−(CH2)2CH=CHCH3、または(CH2)3CH=CH2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、−OCH2CH=CH2、−OCH2CH=CHCH3、またはOCH2CH=CHC2H5を挙げることができる。
これら化合物(1−1)では、R1、R2、環A1、および環A2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。
環A1および環A2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。
R4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、−CF3、または−OCF3であり;
環A3および環A4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;
X1、X2、X3、X4、X5、およびX6は独立して、水素またはフッ素であり;
X1およびX2のうち少なくとも1つはフッ素であり、X3およびX4のうち少なくとも1つはフッ素である。
環A5および環A6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;
Y1、Y2、およびY3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、Y1およびY2のうち少なくとも1つはフッ素であり;
式(1−7)において、Y1、Y2、およびY3のうち少なくとも1つはフッ素であり、Y2およびY3のうち少なくとも1つは水素である。
X7は、フッ素、塩素、−C≡N、−CF3、または−OCF3であり;
X1、X2、X3、X4、X5、およびX6は独立して、水素またはフッ素であり;
X1およびX2のうち少なくとも1つはフッ素であり、X3およびX4のうち少なくとも1つはフッ素である。
X7は、フッ素、塩素、−C≡N、−CF3、または−OCF3であり;
X1、X2、X3、X4、X5、およびX6は独立して、水素またはフッ素であり;
X1およびX2のうち少なくとも1つはフッ素であり、X3およびX4のうち少なくとも1つはフッ素である。
L1、L2、L3、およびL4は独立して、水素またはフッ素であり、L1およびL2のうち少なくとも1つはフッ素であり、L3およびL4のうち少なくとも1つはフッ素である。
L1、L2、L3、およびL4は独立して、水素またはフッ素であり、L1およびL2のうち少なくとも1つはフッ素であり、L3およびL4のうち少なくとも1つはフッ素である。
L5、L6およびL7は独立して、水素またはフッ素であり;
式(1−18)において、L5およびL6のうち少なくとも1つはフッ素であり;
式(1−19)において、L5およびL7のうち少なくとも1つはフッ素である。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
式(5)において、oが2のときの2つの環C2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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
[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。
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、CDCl3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。
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。
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。
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。
〔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。
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。
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。
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。
E型回転粘度計を用いて測定した。
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。
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。
誘電率異方性の値は、Δε=ε‖−ε⊥の式から計算した。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
転移温度 :C 96.9 SB 288.0 N >350 I
TNI=247.7℃, Δε=1.8, Δn=0.177, η=65.3mPa・s, K33=25.38pN.
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。
転移温度 :C 74.8 SB 323.1 N >350 I
TNI=245.0℃;Δε=5.13;Δn=0.170;η=70.2mPa・s.
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。
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。
転移温度 :C 22.4 SB 325.5 N >350 I
TNI=254.7℃;Δε=2.28;Δn=0.151;η=88.4mPa・s;K33=25.16pN.
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。
転移温度 :C 37.5 SB 342.6 N >350 I
TNI=251.7℃;Δε=1.74;Δn=0.109;K33=27.83pN.
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。
転移温度 :C 58.3 SX 92.7 SB 226.5 N >350 I
TNI=237.7℃, Δε=3.80, Δn=0.177.
転移温度 :C 23.9 SB 291.5 N >350 I
TNI=245.7℃;Δε=2.47;Δn=0.164;η=74.0mPa・s;K33=29.83pN.
転移温度 :C 87.6 SB 326.3 N >350 I
TNI=241.7℃;Δε=1.70;Δn=0.204;η=63.7mPa・s;K33=26.03pN.
転移温度 :C 116.7 SB 153.1 N 309.3 I
TNI=226.4℃;Δε=7.80;Δn=0.150;η=103.9mPa・s;K33=22.17pN.
転移温度 :C 126.8 SB 179.3 N 343.7 I
TNI=217.7℃;Δε=9.92;Δn=0.133;η=97.2mPa・s;K33=22.29pN.
転移温度 :C 78.2 SB 171.1 SA 189.6 N 330.7 I
TNI=238.4℃;Δε=5.80;Δn=0.164;η=86.6mPa・s;K33=28.66pN.
転移温度 :C 66.2 SB 172.0 N 324.6 I
TNI=198.7℃;Δε=5.80;Δn=0.127;η=105.1mPa・s;K33=27.41pN.
転移温度 :C 120.2 SB 127.7 SA 152.2 N 303.0 I
TNI=219.7℃;Δε=9.13;Δn=0.150;η=99.2mPa・s;K33=23.26pN.
転移温度 :C 95.4 SB 169.0 N 337.3 I
TNI=213.7℃;Δε=8.37;Δn=0.130;η=94.3mPa・s;K33=25.16pN.
転移温度 :C 109.9 SB 126.8 SA 132.0 N 307.3 I
TNI=193.7℃;Δε=18.1;Δn=0.147;η=89.4mPa・s;K33=25.16pN.
転移温度 :C 120.5 SB 145.3 N 341.0 I
TNI=201.7℃;Δε=18.27;Δn=0.137;η=97.1mPa・s;K33=25.16pN.
転移温度 :C 118.5 SB 129.0 N 318.0 I
TNI=210.7℃;Δε=12.1;Δn=0.157;η=83.4mPa・s;K33=28.66pN.
転移温度 :C 117.5 SB 182.0 N >350 I
TNI=208.4℃;Δε=24.73;Δn=0.170;η=110.9mPa・s;K33=28.36pN.
転移温度 :C 55.0 SB 271.3 N 280.9 I
TNI=232.4℃;Δε=1.70;Δn=0.157;η=77.7mPa・s;K33=29.83pN.
転移温度 :C 63.1 SB 290.1 N >350 I
TNI=219.7℃;Δε=3.70;Δn=0.157;η=58.9mPa・s;K33=26.03pN.
転移温度 :C 166.1 N 288.7 I
TNI=189.7℃;Δε=17.6;Δn=0.137;η=105.2mPa・s;K33=22.17pN.
転移温度 :C 176.5 N 338.4 I
TNI=221.7℃;Δε=17.3;Δn=0.117;η=106.9mPa・s;K33=22.29pN.
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。
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。
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).
転移温度 :C 60.2 SX 76.2 SX 114.3 SX 138.3 N 290.4 I
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。
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。
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。
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。
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).
転移温度 :S 42.4 SB 206.2 N 273.8 I
上限温度(TNI)=203.0℃;光学異方性(Δn)=0.104;誘電率異方性(Δε)=0.77;
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;
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。
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。
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。
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。
測定にはE型粘度計を用いた。
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。
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。
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。
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)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)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)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)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.
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
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
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−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.
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)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−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−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)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)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.
Claims (19)
- 式(1−1)で表される化合物。
式(1−1)において、R1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のアルコキシであり;
R2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、−CF3、または−OCF3 であり;
環A1および環A2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であり;
Qは水素またはフッ素であり;
mは、0または1であり、nは2または3であり、m+nは3であり;
nが2であるとき、2つの環A 2 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。 - 式(1−3)または(1−4)で表される請求項1に記載の化合物。
式(1−3)および(1−4)において、R5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のアルコキシであり;
R6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、−CF3、または−OCF3であり;
環A3および環A4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であり;
X1、X2、X3、X4、X5、およびX6は独立して、水素またはフッ素であり;
X1およびX2のうち少なくとも1つはフッ素であり、X3およびX4のうち少なくとも1つはフッ素である。 - 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。
- 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。
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;
X8は、フッ素、塩素、−OCF3、−OCHF2、−CF3、−CHF2、−CH2F、−OCF2CHF2、または−OCF2CHFCF3であり;
環B1、環B2、および環B3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;
Z1およびZ2は独立して、−(CH2)2−、−(CH2)4−、−COO−、−CF2O−、−OCF2−、−CH=CH−、−C≡C−、−CH2O−、または単結合であり;
L8およびL9は独立して、水素またはフッ素である。
式(4)において、環B1および環B2が共に2,3−ジフルオロ−1,4−フェニレンであるとき、環B3は1−ピラン−2,5−ジイルではなく、環B2および環B3が共に2,3−ジフルオロ−1,4−フェニレンでありZ1が単結合のとき、環B1は1−ピラン−2,5−ジイルではない。 - 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。
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;
X9は−C≡Nまたは−C≡C−C≡Nであり;
環C1、環C2、および環C3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;
Z3は、−(CH2)2−、−COO−、−CF2O−、−OCF2−、−C≡C−、−CH2O−、または単結合であり;
L10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。 - 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。
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E1、環E2、および環E3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;
Z4およびZ5は独立して、−C≡C−、−COO−、−(CH2)2−、−CH=CH−、または単結合である。 - 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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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