(一般式(i)で表される化合物)
本発明に係る液晶組成物は、インダン構造又はテトラリン構造とイソチオシアネート基(-NCS)を有する下記一般式(i)で表される化合物の1種又は2種以上を含む。
一般式(i)中、Ri1は、水素原子又は炭素原子数1~20のアルキル基を表す。
炭素原子数1~20のアルキル基は、直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基であり、直鎖状のアルキル基であることが好ましい。
炭素原子数1~20のアルキル基における炭素原子数は、好ましくは2~10、好ましくは2~6である。
当該アルキル基中の1つ又は2つ以上の-CH2-は、それぞれ独立して、-O-、-S-、-CO-及び/又は-CS-で置換されていてもよい。
また、当該アルキル基中の1つ又は2つ以上の-CH2-CH2-は、それぞれ独立して、-CO-O-、-O-CO-、-CO-S-、-S-CO-、-CO-NH-、-NH-CO-、-CH=CH-、-CF=CF-及び/又は-C≡C-で置換されていてもよい。
また、当該アルキル基中の1つ又は2つ以上の-CH2-CH2-CH2-は、それぞれ独立して、-O-CO-O-で置換されていてもよい。
また、当該アルキル基中の1つ又は2つ以上の-CH2-CH2-CH2-CH2-は、それぞれ独立して、-CH=CH-CO-O-、-CH=CH-O-CO-、-CO-O-CH=CH-、-O-CO-CH=CH-で置換されていてもよい。
また、当該アルキル基中の1つ又は2つ以上の水素原子は、それぞれ独立して、ハロゲン原子で置換されていてもよい。
ハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子が挙げられる。
但し、当該アルキル基が所定の基により置換される場合においては、酸素原子と酸素原子が直接結合することはない。
また、化合物の安定性の観点から、硫黄原子と硫黄原子及び/又は酸素原子と硫黄原子が直接結合することはないことが好ましい。
例えば、Ri1は、当該アルキル基中の1つの-CH2-が-O-に置換されることにより、炭素原子数1~19のアルコキシ基を表すことができる。
当該アルコキシ基は、直鎖状、分岐状又は環状のアルコキシ基であり、直鎖状のアルコキシ基であることが好ましい。
当該アルコキシ基における炭素原子数は、好ましくは2~10、好ましくは2~6である。
また、Ri1は、当該アルキル基中の1つの-CH2-が-S-に置換されることにより、炭素原子数1~19のチオアルコキシ基(アルキルスルファニル基、アルキルチオ基)を表すことができる。
当該チオアルコキシ基は、直鎖状、分岐状又は環状のチオアルコキシ基であり、直鎖状のチオアルコキシ基であることが好ましい。
当該チオアルコキシ基における炭素原子数は、好ましくは2~10、好ましくは2~6である。
また、Ri1は、当該アルキル基中の1つ又は2つ以上の-CH2-CH2-が、-CH=CH-に置換されることにより、炭素原子数2~20のアルケニル基を表すことができる。
当該アルケニル基は、直鎖状、分岐状又は環状のアルケニル基であり、直鎖状のアルケニル基であることが好ましい。
当該アルケニル基における炭素原子数は、好ましくは2~10、好ましくは2~6である。
また、Ri1は、当該アルキル基中の1つ又は2つ以上の-CH2-CH2-が、-C≡C-に置換されることにより、炭素原子数2~20のアルキニル基を表すことができる。
当該アルキニル基は、直鎖状、分岐状又は環状のアルキニル基であり、直鎖状のアルキニル基であることが好ましい。
当該アルキニル基における炭素原子数は、好ましくは2~10、好ましくは2~6である。
また、Ri1は、当該アルキル基中の1つの-CH2-が-O-に置換され、且つ一つ又は2つ以上の-CH2-CH2-が、-CH=CH-に置換されることにより、炭素原子数2~19のアルケニルオキシ基を表すことができる。
当該アルケニルオキシ基は、直鎖状、分岐状又は環状のアルケニルオキシ基であり、直鎖状のアルケニルオキシ基であることが好ましい。
当該アルケニルオキシ基における炭素原子数は、好ましくは2~10、好ましくは2~6である。
また、Ri1は、当該アルキル基中の1つ又は2つ以上の水素原子が、ハロゲン原子に置換されることにより、炭素原子数1~20のハロゲン化アルキル基を表すことができる。
当該ハロゲン化アルキル基は、直鎖状、分岐状又は環状のハロゲン化アルキル基であり、直鎖状のハロゲン化アルキル基であることが好ましい。
当該ハロゲン化アルキル基における炭素原子数は、好ましくは2~10、好ましくは2~6である。
また、Ri1は、当該アルキル基中の1つの-CH2-が-O-に置換され、且つ当該アルキル基中の1つ又は2つ以上の水素原子が、ハロゲン原子に置換されることにより、炭素原子数1~19のハロゲン化アルコキシ基を表すことができる。
当該ハロゲン化アルコキシ基は、直鎖状、分岐状又は環状のハロゲン化アルコキシ基であり、直鎖状のハロゲン化アルコキシ基であることが好ましい。
当該ハロゲン化アルコキシ基における炭素原子数は、好ましくは2~10、好ましくは2~6である。
Ri1における炭素原子数1~20のアルキル基(置換されたものも含む)の具体例としては、式(Ri1-1)~(Ri1-36)で表される基等が挙げられる。
式(Ri1-1)~(Ri1-36)中、黒点はAi1への結合手を表す。
なお、Ri1としては、Δn、他の液晶化合物との相溶性の観点から、炭素原子数2~6の直鎖状のアルキル基が好ましい。
一般式(i)中、Ai1及びAi2は、それぞれ独立して、炭素原子数3~16の炭化水素環又は炭素原子数3~16の複素環のいずれかを表す。
炭素原子数3~16の炭化水素環又は炭素原子数3~16の複素環は、より具体的には、以下の基(a)、基(b)基(c)及び基(d):
(a)1,4-シクロへキシレン基(この基中に存在する1つの-CH2-又は隣接していない2つ以上の-CH2-は-O-又は-S-に置き換えられても良い。)
(b)1,4-フェニレン基(この基中に存在する1つの-CH=又は隣接していない2つ以上の-CH=は-N=に置き換えられても良い。)
(c)1,4-シクロヘキセニレン基、ビシクロ[2.2.2]オクタン-1,4-ジイル基、ナフタレン-2,6-ジイル基、ナフタレン-1,4-ジイル基、1,2,3,4-テトラヒドロナフタレン-2,6-ジイル基、5,6,7,8-テトラヒドロナフタレン-1,4-ジイル基、デカヒドロナフタレン-2,6-ジイル基、アントラセン-2,6-ジイル基、アントラセン-1,4-ジイル基、アントラセン-9,10-ジイル基、フェナントレン-2,7-ジイル基(ナフタレン-2,6-ジイル基、ナフタレン-1,4-ジイル基、1,2,3,4-テトラヒドロナフタレン-2,6-ジイル基、5,6,7,8-テトラヒドロナフタレン-1,4-ジイル基、アントラセン-2,6-ジイル基、アントラセン-1,4-ジイル基、アントラセン-9,10-ジイル基又はフェナントレン-2,7-ジイル基中に存在する1つの-CH=又は2つ以上の-CH=は-N=に置き換えられても良い。)
(d)チオフェン-2,5-ジイル基、ベンゾチオフェン-2,5-ジイル基、ベンゾチオフェン-2,6-ジイル基、ジベンゾチオフェン-3,7-ジイル基、ジベンゾチオフェン-2,6-ジイル基、チエノ[3,2-b]チオフェン-2,5-ジイル基(この基中に存在する1つの-CH=又は隣接していない2つ以上の-CH=は-N=に置き換えられても良い。)
からなる群より選ばれる基を表すことが好ましい。
Ai1及びAi2中の1つ又は2つ以上の水素原子は、それぞれ独立して、置換基Si1によって置換されていてもよい。
置換基Si1は、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子、ペンタフルオロスルファニル基、ニトロ基、シアノ基、イソシアノ基、アミノ基、ヒドロキシル基、メルカプト基、メチルアミノ基、ジメチルアミノ基、ジエチルアミノ基、ジイソプロピルアミノ基、トリメチルシリル基、ジメチルシリル基、チオイソシアノ基、炭素原子数1~20のアルキル基のいずれかを表す。
当該アルキル基は、直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基であり、直鎖状のアルキル基であることが好ましい。
当該アルキル基における炭素原子数は、好ましくは2~10、好ましくは3~6である。
当該アルキル基における1つ又は2つ以上の-CH2-は、それぞれ独立して、-O-、-S-及び/又は-CO-で置換されていてもよい。
また、当該アルキル基における1つ又は2つ以上の-CH2-CH2-は、それぞれ独立して、-CH=CH-、-CF=CF-、-C≡C-、-CO-O-、-O-CO-、-CO-S-、-S-CO-、-CO-NH-及び/又は-NH-CO-で置換されてもよい。
また、当該アルキル基における1つ又は2つ以上の-CH2-CH2-CH2-は、-O-CO-O-で置換されてもよい。
また、当該アルキル基における1つ又は2つ以上の-CH2-CH2-CH2-CH2-は、それぞれ独立して、-CH=CH-CO-O-、-CH=CH-O-CO-、-CO-O-CH=CH-及び/又は-O-CO-CH=CH-で置換されても良い。
当該アルキル基における1つ又は2つ以上の水素原子は、それぞれ独立して、ハロゲン原子で置換されていてもよい。
ハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子が挙げられる。
但し、当該アルキル基が所定の基により置換される場合においては、酸素原子と酸素原子が直接結合することはない。
また、化合物の安定性の観点から、硫黄原子と硫黄原子及び/又は酸素原子と硫黄原子が直接結合することはないことが好ましい。
置換基Si1としては、フッ素原子又は炭素数1~3の直鎖状のアルキル基が好ましい。
また、Ai1及びAi2の少なくとも一つは少なくとも一つの置換基Si1で置換されていることが好ましい。
また、Ai2は、少なくとも一つの置換基Si1で置換されていることが好ましい。
なお、置換基Si1が複数ある場合は、それらは同一であってもよく、異なっていてもよい。
Ai1における置換基Si1の置換位置としては、下記式(Ai1-SP-1)~(Ai1-SP-2)のいずれかであることが好ましい。
式(Ai1-SP-1)~(Ai1-SP-2)中、白点はZi1への結合手を表し、黒点はZi2又はイソチオシアネート基(-NCS)への結合手を表す。
Ai2における置換基Si1の置換位置としては、下記式(Ai2-SP-1)~(Ai2-SP-2)のいずれかであることが好ましい。
式(Ai2-SP-1)~(Ai2-SP-2)中、白点はZi2への結合手を表し、黒点はZi2又はイソチオシアネート基(-NCS)への結合手を表す。
より具体的には、Ai1は、下記式(Ai1-1)~(Ai1-4)のいずれかを表すことが好ましい。
式(Ai1-1)~(Ai1-4)中、白点はZi1への結合手を表し、黒点はZi2又はイソチオシアネート基(-NCS)への結合手を表す。
より具体的には、Ai2は、下記式(Ai2-1)~(Ai2-3)のいずれかを表すことが好ましい。
式(Ai2-1)~(Ai2-3)中、白点はZi2への結合手を表し、黒点はZi2又はイソチオシアネート基(-NCS)への結合手を表す。
一般式(i)中、Li1及びLi2は、それぞれ独立して、水素原子、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子、ペンタフルオロスルファニル基、ニトロ基、シアノ基、イソシアノ基、アミノ基、ヒドロキシル基、メルカプト基、メチルアミノ基、ジメチルアミノ基、ジエチルアミノ基、ジイソプロピルアミノ基、トリメチルシリル基、ジメチルシリル基、チオイソシアノ基又は炭素原子数1から20のアルキル基のいずれかを表す。
炭素原子数1~20のアルキル基は、直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基であり、直鎖状のアルキル基であることが好ましい。
炭素原子数1~20のアルキル基における炭素原子数は、好ましくは2~10、好ましくは2~6である。
当該アルキル基における1つ又は2つ以上の-CH2-は、それぞれ独立して、-O-、-S-、-CO-及び/又は-CS-で置換されていてもよい。
また、当該アルキル基における1つ又は2つ以上の-CH2-CH2-は、それぞれ独立して、-CH=CH-、-CF=CF-、-C≡C-、-CO-O-、-O-CO-、-CO-S-、-S-CO-、-CO-NH-及び/又は-NH-CO-で置換されてもよい。
また、当該アルキル基における1つ又は2つ以上の-CH2-CH2-CH2-は、-O-CO-O-で置換されてもよい。
また、当該アルキル基における1つ又は2つ以上の-CH2-CH2-CH2-CH2-は、それぞれ独立して、-CH=CH-CO-O-、-CH=CH-O-CO-、-CO-O-CH=CH-及び/又は-O-CO-CH=CH-で置換されてもよい。
また、当該アルキル基における1つ又は2つ以上の水素原子は、それぞれ独立して、ハロゲン原子で置換されていてもよい。
ハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子が挙げられる。
但し、当該アルキル基が所定の基により置換される場合においては、酸素原子と酸素原子が直接結合することはない。
また、化合物の安定性の観点から、硫黄原子と硫黄原子及び/又は酸素原子と硫黄原子が直接結合することはないことが好ましい。
例えば、Li1及びLi2は、当該アルキル基中の1つの-CH2-が-O-に置換されることにより、炭素原子数1~19のアルコキシ基を表すことができる。
当該アルコキシ基は、直鎖状、分岐状又は環状のアルコキシ基であり、直鎖状のアルコキシ基であることが好ましい。
当該アルコキシ基における炭素原子数は、好ましくは2~10、好ましくは2~6である。
また、Li1及びLi2は、当該アルキル基中の1つの-CH2-が-S-に置換されることにより、炭素原子数1~19のチオアルコキシ基(アルキルスルファニル基、アルキルチオ基)を表すことができる。
当該チオアルコキシ基は、直鎖状、分岐状又は環状のチオアルコキシ基であり、直鎖状のチオアルコキシ基であることが好ましい。
当該チオアルコキシ基における炭素原子数は、好ましくは2~10、好ましくは2~6である。
また、Li1及びLi2は、当該アルキル基中の1つ又は2つ以上の-CH2-CH2-が、-CH=CH-に置換されることにより、炭素原子数2~20のアルケニル基を表すことができる。
当該アルケニル基は、直鎖状、分岐状又は環状のアルケニル基であり、直鎖状のアルケニル基であることが好ましい。
当該アルケニル基における炭素原子数は、好ましくは2~10、好ましくは2~6である。
また、Li1及びLi2は、当該アルキル基中の1つ又は2つ以上の-CH2-CH2-が、-C≡C-に置換されることにより、炭素原子数2~20のアルキニル基を表すことができる。
当該アルキニル基は、直鎖状、分岐状又は環状のアルキニル基であり、直鎖状のアルキニル基であることが好ましい。
当該アルキニル基における炭素原子数は、好ましくは2~10、好ましくは2~6である。
また、Li1及びLi2は、当該アルキル基中の1つの-CH2-が-O-に置換され、且つ一つ又は2つ以上の-CH2-CH2-が、-CH=CH-に置換されることにより、炭素原子数2~19のアルケニルオキシ基を表すことができる。
当該アルケニルオキシ基は、直鎖状、分岐状又は環状のアルケニルオキシ基であり、直鎖状のアルケニルオキシ基であることが好ましい。
当該アルケニルオキシ基における炭素原子数は、好ましくは2~10、好ましくは2~6である。
また、Li1及びLi2は、当該アルキル基中の1つ又は2つ以上の水素原子が、ハロゲン原子に置換されることにより、炭素原子数1~20のハロゲン化アルキル基を表すことができる。
当該ハロゲン化アルキル基は、直鎖状、分岐状又は環状のハロゲン化アルキル基であり、直鎖状のハロゲン化アルキル基であることが好ましい。
当該ハロゲン化アルキル基における炭素原子数は、好ましくは2~10、好ましくは2~6である。
また、Li1及びLi2は、当該アルキル基中の1つの-CH2-が-O-に置換され、且つ当該アルキル基中の1つ又は2つ以上の水素原子が、ハロゲン原子に置換されることにより、炭素原子数1~19のハロゲン化アルコキシ基を表すことができる。
当該ハロゲン化アルコキシ基は、直鎖状、分岐状又は環状のハロゲン化アルコキシ基であり、直鎖状のハロゲン化アルコキシ基であることが好ましい。
当該ハロゲン化アルコキシ基における炭素原子数は、好ましくは2~10、好ましくは2~6である。
Li1及びLi2における炭素原子数1~20のアルキル基(置換されたものも含む)の具体例としては、式(Li1/2-1)~(Li1/2-36)で表される基等が挙げられる。
式(Li1/2-1)~(Li1/2-36)中、黒点はインダン構造又はテトラリン構造への結合手を表す。
他の液晶化合物との相溶性の観点から、Li1及びLi2の少なくとも一つは、フッ素原子であることが好ましく、Li1及びLi2が共にフッ素原子であることが好ましい。
Zi1及びZi2は、それぞれ独立して、単結合、炭素原子数1~20のアルキレン基のいずれかを表す。
当該アルキレン基は、直鎖状、分岐状又は環状のアルキレン基であり、直鎖状のアルキレン基であることが好ましい。
当該アルキレン基における炭素原子数は、好ましくは2~10、好ましくは2~6である。
当該アルキレン基中の1つ又は2つ以上の-CH2-は、それぞれ独立して、-O-、-CF2-及び/又は-CO-で置換されていてもよい。
また、当該アルキレン基中の1つ又は2つ以上の-CH2-CH2-は、それぞれ独立して、-CH2-CH(CH3)-、-CH(CH3)-CH2-、-CH=CH-、-CF=CF-、-CH=C(CH3)-、-C(CH3)=CH-、-CH=N-、-N=CH-、-N=N-、-C≡C-、-CO-O-及び/又は-O-CO-で置換されてもよい。
また、当該アルキレン基中の1つ又は2つ以上の-CH2-CH2-CH2-CH2-は、それぞれ独立して、-CH=N-N=CH-で置換されていてもよい。
但し、当該アルキレン基が所定の基により置換される場合においては、酸素原子と酸素原子が直接結合することはない。
炭素原子数2~20のアルキレン基の具体例(置換されたものも含む)としては、式(Zi1/2-1)~(Zi1/2-24)で表される基等が挙げられる。
式(Zi1/2-1)~(Zi1/2-24)中、白点はインダン構造、テトラリン構造、Ai1又はAi2への結合手を表し、黒点はAi1又はAi2への結合手を表す。
Δn向上、低粘性の観点から、Zi1及びZi2の少なくとも一つは、式(Zi1/2-4)(-C≡C-)あることが好ましく、Zi1及びZi2が共に式(Zi1/2-4)(-C≡C-)であることが好ましい。
一般式(i)中、mi1は、0~1の整数を表す。
他の液晶化合物との相溶性、相転移温度、合成の容易さ及び原料の入手性の観点から、mi1は、1を表すことが好ましい。
一般式(i)中、ni1は、0~3の整数を表す。
他の液晶化合物との相溶性、相転移温度、誘電率異方性、合成の容易さ及び原料の入手性の観点から、ni1は、1又は2であることが好ましい。
Ai2又はZi2が複数存在する場合は、それらはそれぞれ同一であってもよく、異なっていてもよい。
一般式(i)で表される化合物としては、下記一般式(i-1)~(i-3)で表される化合物であることが好ましい。
一般式(i-1)~(i-3)中、Ri1、Ai1、Ai2、Zi1、Li1及びLi2は、上記一般式(i)中のRi1、Ai1、Ai2、Zi1、Li1及びLi2とそれぞれ同じ意味を表し、好ましい基も同じものを表す。
一般式(i-1)で表される化合物としては、下記一般式(i-1-a)~(i-1-f)で表される化合物であることが好ましい。
一般式(i-1-a)~(i-1-f)中、Ri1、Si1、Li1及びLi2は、それぞれ独立して、上記一般式(i)中のRi1、Si1、Li1及びLi2と同じ意味を表し、好ましい基も同じものを表す。
一般式(i-1-a)で表される化合物の具体例としては、下記構造式(i-1-a.1)~(i-1-a.3)で表される化合物等が挙げられる。
一般式(i-1-b)で表される化合物の具体例としては、下記構造式(i-1-b.1)~(i-1-b.3)で表される化合物等が挙げられる。
一般式(i-1-c)で表される化合物の具体例としては、下記構造式(i-1-c.1)~(i-1-c.3)で表される化合物等が挙げられる。
一般式(i-1-d)で表される化合物の具体例としては、下記構造式(i-1-d.1)~(i-1-d.3)で表される化合物等が挙げられる。
一般式(i-1-e)で表される化合物の具体例としては、下記構造式(i-1-e.1)~(i-1-e.3)で表される化合物等が挙げられる。
一般式(i-1-f)で表される化合物の具体例としては、下記構造式(i-1-f.1)~(i-1-f.3)で表される化合物等が挙げられる。
一般式(i-2)で表される化合物としては、下記一般式(i-2-a)~(i-2-d)で表される化合物であることが好ましい。
一般式(i-2-a)~(i-2-d)中、Ri1、Si1、Li1及びLi2は、それぞれ独立して、上記一般式(i)中のRi1、Si1、Li1及びLi2と同じ意味を表し、好ましい基も同じものを表す。
一般式(i-2-a)で表される化合物の具体例としては、下記構造式(i-2-a.1)~(i-2-a.3)で表される化合物等が挙げられる。
一般式(i-2-b)で表される化合物の具体例としては、下記構造式(i-2-b.1)~(i-2-b.3)で表される化合物等が挙げられる。
一般式(i-2-c)で表される化合物の具体例としては、下記構造式(i-2-c.1)~(i-2-c.3)で表される化合物等が挙げられる。
一般式(i-2-d)で表される化合物の具体例としては、下記構造式(i-2-d.1)~(i-2-d.3)で表される化合物等が挙げられる。
一般式(i-3)で表される化合物としては、下記一般式(i-3-a)~(i-3-b)で表される化合物であることが好ましい。
一般式(i-3-a)で表される化合物の具体例としては、下記構造式(i-3-a.1)~(i-3-a.3)で表される化合物等が挙げられる。
一般式(i-3-b)で表される化合物の具体例としては、下記構造式(i-3-b.1)~(i-1-b.2)で表される化合物等が挙げられる。
一般式(i)、一般式(i-1)~(i-3)、一般式(i-1-a)~(i-1-f)、一般式(i-2-a)~(i-2-d)、一般式(i-3-a)~(i-3-b)、構造式(i-1-a.1)~(i-1-a.3)、構造式(i-1-b.1)~(i-1-b.3)、構造式(i-1-c.1)~(i-1-c.3)、構造式(i-1-d.1)~(i-1-d.3)、構造式(i-1-e.1)~(i-1-e.3)、構造式(i-1-f.1)~(i-1-f.3)、構造式(i-2-a.1)~(i-2-a.3)、構造式(i-2-b.1)~(i-2-b.3)、構造式(i-2-c.1)~(i-2-c.3)、構造式(i-2-d.1)~(i-2-d.3)、構造式(i-3-a.1)~(i-3-a.3)又は構造式(i-3-b.1)~(i-3-b.3)で表される化合物の液晶組成物に用いる種類は、1種又は2種以上、好ましくは1~5種、好ましくは1~4種、好ましくは1~3種、好ましくは1~2種、好ましくは1種である。
一般式(i)、一般式(i-1)~(i-3)、一般式(i-1-a)~(i-1-f)、一般式(i-2-a)~(i-2-d)、一般式(i-3-a)~(i-3-b)、構造式(i-1-a.1)~(i-1-a.3)、構造式(i-1-b.1)~(i-1-b.3)、構造式(i-1-c.1)~(i-1-c.3)、構造式(i-1-d.1)~(i-1-d.3)、構造式(i-1-e.1)~(i-1-e.3)、構造式(i-1-f.1)~(i-1-f.3)、構造式(i-2-a.1)~(i-2-a.3)、構造式(i-2-b.1)~(i-2-b.3)、構造式(i-2-c.1)~(i-2-c.3)、構造式(i-2-d.1)~(i-2-d.3)、構造式(i-3-a.1)~(i-3-a.3)又は構造式(i-3-b.1)~(i-3-b.3)で表される化合物の液晶組成物100質量%中の合計含有量の下限値は、0.5質量%以上であることが好ましく、1質量%以上であることが好ましく、3質量%以上であることが好ましい。
一般式(i)、一般式(i-1)~(i-3)、一般式(i-1-a)~(i-1-f)、一般式(i-2-a)~(i-2-d)、一般式(i-3-a)~(i-3-b)、構造式(i-1-a.1)~(i-1-a.3)、構造式(i-1-b.1)~(i-1-b.3)、構造式(i-1-c.1)~(i-1-c.3)、構造式(i-1-d.1)~(i-1-d.3)、構造式(i-1-e.1)~(i-1-e.3)、構造式(i-1-f.1)~(i-1-f.3)、構造式(i-2-a.1)~(i-2-a.3)、構造式(i-2-b.1)~(i-2-b.3)、構造式(i-2-c.1)~(i-2-c.3)、構造式(i-2-d.1)~(i-2-d.3)、構造式(i-3-a.1)~(i-3-a.3)又は構造式(i-3-b.1)~(i-3-b.3)で表される化合物の液晶組成物100質量%中の合計含有量の上限値は、35質量%以下であることが好ましく、30質量%以下であることが好ましく、25質量%以下であることが好ましい。
一般式(i)、一般式(i-1)~(i-3)、一般式(i-1-a)~(i-1-f)、一般式(i-2-a)~(i-2-d)、一般式(i-3-a)~(i-3-b)、構造式(i-1-a.1)~(i-1-a.3)、構造式(i-1-b.1)~(i-1-b.3)、構造式(i-1-c.1)~(i-1-c.3)、構造式(i-1-d.1)~(i-1-d.3)、構造式(i-1-e.1)~(i-1-e.3)、構造式(i-1-f.1)~(i-1-f.3)、構造式(i-2-a.1)~(i-2-a.3)、構造式(i-2-b.1)~(i-2-b.3)、構造式(i-2-c.1)~(i-2-c.3)、構造式(i-2-d.1)~(i-2-d.3)、構造式(i-3-a.1)~(i-3-a.3)又は構造式(i-3-b.1)~(i-3-b.3)で表される化合物の液晶組成物100質量%中の合計含有量は、Δn及びTni向上の観点から、0.5~35質量%であることが好ましく、1~30質量%であることが好ましく、3~25質量%であることが好ましい。
一般式(i)、一般式(i-1)~(i-3)、一般式(i-1-a)~(i-1-f)、一般式(i-2-a)~(i-2-d)、一般式(i-3-a)~(i-3-b)、構造式(i-1-a.1)~(i-1-a.3)、構造式(i-1-b.1)~(i-1-b.3)、構造式(i-1-c.1)~(i-1-c.3)、構造式(i-1-d.1)~(i-1-d.3)、構造式(i-1-e.1)~(i-1-e.3)、構造式(i-1-f.1)~(i-1-f.3)、構造式(i-2-a.1)~(i-2-a.3)、構造式(i-2-b.1)~(i-2-b.3)、構造式(i-2-c.1)~(i-2-c.3)、構造式(i-2-d.1)~(i-2-d.3)、構造式(i-3-a.1)~(i-3-a.3)又は構造式(i-3-b.1)~(i-3-b.3)で表される化合物は、公知の合成方法を用いて合成することができる。
(一般式(ii)で表される化合物)
本発明に係る液晶組成物は、イソチオシアネート基(-NCS)を有する下記一般式(ii)で表される化合物の1種又は2種以上を含む。
一般式(ii)中、Rii1は、炭素原子数1~20のアルキル基を表す。
当該アルキル基は、直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基であり、直鎖状のアルキル基であることが好ましい。
当該アルキル基における炭素原子数は、好ましくは2~10、好ましくは2~6である。
当該アルキル基中の1つ又2つ以上の-CH2-は、それぞれ独立して、-O-、-S-、-CO-及び/又は-CS-で置換されていてもよい。
また、当該アルキル基中の1つ又は2つ以上の-CH2-CH2-は、-CH=CH-、-CO-O-、-O-CO-、-CO-S-、-S-CO-、-CO-NH-、-NH-CO-、-CH=CH-、-CF=CF-及び/又は-C≡C-で置換されてもよい。
また、当該アルキル基中の1つ又は2つ以上の-CH2-CH2-CH2-は、-O-CO-O-で置換されていてもよい。
また、当該アルキル基中の1つ又は2つ以上の水素原子は、それぞれ独立して、ハロゲン原子に置換されていてもよい。
ハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子が挙げられる。
但し、当該アルキル基が所定の基により置換される場合においては、酸素原子と酸素原子が直接結合することはない。
また、化合物の安定性の観点から、硫黄原子と硫黄原子及び/又は酸素原子と硫黄原子が直接結合することはないことが好ましい。
例えば、Rii1は、当該アルキル基中の1つの-CH2-が-O-に置換されることにより、炭素原子数1~19のアルコキシ基を表すことができる。
当該アルコキシ基は、直鎖状、分岐状又は環状のアルコキシ基であり、直鎖状のアルコキシ基であることが好ましい。
当該アルコキシ基における炭素原子数は、好ましくは2~10、好ましくは2~6である。
また、Rii1は、当該アルキル基中の1つの-CH2-が-S-に置換されることにより、炭素原子数1~19のチオアルコキシ基(アルキルスルファニル基、アルキルチオ基)を表すことができる。
当該チオアルコキシ基は、直鎖状、分岐状又は環状のチオアルコキシ基であり、直鎖状のチオアルコキシ基であることが好ましい。
当該チオアルコキシ基における炭素原子数は、好ましくは2~10、好ましくは2~6である。
また、Rii1は、当該アルキル基中の1つ又は2つ以上の-CH2-CH2-が、-CH=CH-に置換されることにより、炭素原子数2~20のアルケニル基を表すことができる。
当該アルケニル基は、直鎖状、分岐状又は環状のアルケニル基であり、直鎖状のアルケニル基であることが好ましい。
当該アルケニル基における炭素原子数は、好ましくは2~10、好ましくは2~6である。
また、Rii1は、当該アルキル基中の1つ又は2つ以上の-CH2-CH2-が、-C≡C-に置換されることにより、炭素原子数2~20のアルキニル基を表すことができる。
当該アルキニル基は、直鎖状、分岐状又は環状のアルキニル基であり、直鎖状のアルキニル基であることが好ましい。
当該アルキニル基における炭素原子数は、好ましくは2~10、好ましくは2~6である。
また、Rii1は、当該アルキル基中の1つの-CH2-が-O-に置換され、且つ一つ又は2つ以上の-CH2-CH2-が、-CH=CH-に置換されることにより、炭素原子数2~19のアルケニルオキシ基を表すことができる。
当該アルケニルオキシ基は、直鎖状、分岐状又は環状のアルケニルオキシ基であり、直鎖状のアルケニルオキシ基であることが好ましい。
当該アルケニルオキシ基における炭素原子数は、好ましくは2~10、好ましくは2~6である。
また、Rii1は、当該アルキル基中の1つ又は2つ以上の水素原子が、ハロゲン原子に置換されることにより、炭素原子数1~20のハロゲン化アルキル基を表すことができる。
当該ハロゲン化アルキル基は、直鎖状、分岐状又は環状のハロゲン化アルキル基であり、直鎖状のハロゲン化アルキル基であることが好ましい。
当該ハロゲン化アルキル基における炭素原子数は、好ましくは2~10、好ましくは2~6である。
また、Rii1は、当該アルキル基中の1つの-CH2-が-O-に置換され、且つ当該アルキル基中の1つ又は2つ以上の水素原子が、ハロゲン原子に置換されることにより、炭素原子数1~19のハロゲン化アルコキシ基を表すことができる。
当該ハロゲン化アルコキシ基は、直鎖状、分岐状又は環状のハロゲン化アルコキシ基であり、直鎖状のハロゲン化アルコキシ基であることが好ましい。
当該ハロゲン化アルコキシ基における炭素原子数は、好ましくは2~10、好ましくは2~6である。
Rii1における炭素原子数1~20のアルキル基(置換されたものも含む)の具体例としては、式(Rii1-1)~(Rii1-36)で表される基等が挙げられる。
式(Rii1-1)~(Rii1-36)中、黒点はAii1への結合手を表す。
Rii1が結合する環構造がフェニル基(芳香族)である場合には、直鎖状の炭素原子数1~5のアルキル基、直鎖状の炭素原子数1~4のアルコキシ基及び炭素原子数4~5のアルケニル基が好ましく、Rii1が結合する環構造がシクロヘキサン、ピラン及びジオキサンなどの飽和した環構造の場合には、直鎖状の炭素原子数1~5のアルキル基、直鎖状の炭素原子数1~4のアルコキシ基及び直鎖状の炭素原子数2~5のアルケニル基が好ましい。
また、Rii1としては、ネマチック相を安定化させるためには、炭素原子及び存在する場合の酸素原子の合計が5以下であることが好ましく、直鎖状であることが好ましい。
なお、Rii1としては、Δn、他の液晶化合物との相溶性の観点から、炭素原子数2~8の直鎖状のアルキル基又は炭素原子数2~8の直鎖状のアルコキシ基が好ましい。
一般式(ii)中、Aii1及びAii2は、それぞれ独立して、以下の基(a)、基(b)、基(c)及び基(d):
(a) 1,4-シクロヘキシレン基(この基中に存在する1つの-CH2-又は非隣接の2つ以上の-CH2-は-O-及び/又は-S-に置き換えられてもよい。)、
(b) 1,4-フェニレン基(この基中に存在する1つの-CH=又は非隣接の2つ以上の-CH=は-N=に置き換えられてもよい。)
(c) ナフタレン-2,6-ジイル基、又はデカヒドロナフタレン-2,6-ジイル基(ナフタレン-2,6-ジイル基中に存在する1つの-CH=又は非隣接の2つ以上の-CH=は-N=に置換されていてもよい。)
(d)チオフェン-2,5-ジイル基、ベンゾチオフェン-2,5-ジイル基、ベンゾチオフェン-2,6-ジイル基、ジベンゾチオフェン-3,7-ジイル基、ジベンゾチオフェン-2,6-ジイル基、チエノ[3,2-b]チオフェン-2,5-ジイル基(この基中に存在する1つの-CH=又は隣接していない2つ以上の-CH=は-N=に置き換えられても良い。)
からなる群より選ばれる基を表す。
Aii1及びAii2中の一つ又は二つ以上の水素原子は、それぞれ独立して、置換基Sii1により置換されていてもよい。
置換基Sii1は、ハロゲン原子、ペンタフルオロスルファニル基、ニトロ基、シアノ基、イソシアノ基、アミノ基、ヒドロキシル基、メルカプト基、メチルアミノ基、ジメチルアミノ基、ジエチルアミノ基、ジイソプロピルアミノ基、トリメチルシリル基、ジメチルシリル基、チオイソシアノ基又は炭素原子数1~20のアルキル基のいずれかを表す。
ハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子が挙げられる。
炭素原子数1~20のアルキル基は、直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基であり、直鎖状のアルキル基であることが好ましい。
炭素原子数1~20のアルキル基における炭素原子数は、好ましくは2~10、好ましくは2~6である。
当該アルキル基中の1つ又は2つ以上の-CH2-は、それぞれ独立して、-O-、-S-、-CO-及び/又-CS-で置換されていてもよい。
また、当該アルキル基中の1つ又は2つ以上の-CH2-CH2-は、それぞれ独立して、-CO-O-、-O-CO-、-CO-S-、-S-CO-、-CO-NH-、-NH-CO-、-CH=CH-、-CF=CF-及び/又は-C≡C-で置換されていてもよい。
当該アルキル基中の1つ又は2つ以上の-CH2-CH2-CH2-は、それぞれ独立して、-O-CO-O-で置換されていてもよい。
当該アルキル基中の1つ又は2つ以上の-CH2-CH2-CH2-CH2-は、それぞれ独立して、-CH=CH-CO-O-、-CH=CH-O-CO-、-CO-O-CH=CH-、-O-CO-CH=CH-で置換されていてもよい。
また、当該アルキル基中の1つ又は2つ以上の水素原子は、それぞれ独立して、ハロゲン原子に置換されていてもよい。
ハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子が挙げられる。
但し、当該アルキル基が所定の基により置換される場合においては、酸素原子と酸素原子が直接結合することはない。
また、化合物の安定性の観点から、硫黄原子と硫黄原子及び/又は酸素原子と硫黄原子が直接結合することはないことが好ましい。
置換基Sii1としては、フッ素原子又は塩素原子が好ましい。
また、Aii1の少なくとも一つ又はAii2は、少なくとも一つの置換基Sii1で置換されていることが好ましい。
なお、置換基Sii1が複数ある場合は、それらは同一であってもよく、異なっていてもよい。
Aii1における置換基Sii1の置換位置としては、下記式(Aii1-SP-1)~(Aii1-SP-4)のいずれかであることが好ましい。
式(Aii1-SP-1)~(Aii1-SP-4)中、白点はRii1又はZii1への結合手を表し、黒点はZii1への結合手を表す。
Aii2における置換基Sii1の置換位置としては、下記式(Aii2-SP-1)~(Aii2-SP-7)のいずれかであることが好ましい。
式(Aii2-SP-1)~(Aii2-SP-7)中、白点はZii1への結合手を表し、黒点はイソチオシアネート基(-NCS)への結合手を表す。
より具体的には、Aii1は、下記式(Aii1-1)~(Aii1-3)いずれかを表すことが好ましい。
式(Aii1-1)~(Aii1-3)中、白点はRii1又はZii1への結合手を表し、黒点はZii1への結合手を表す。
より具体的には、Aii2は、下記式(Aii2-1)~(Aii2-5)のいずれかを表ことが好ましい。
式(Aii2-1)~(Aii2-5)中、白点はZii1への結合手を表し、黒点はイソチオシアネート基(-NCS)への結合手を表す。
一般式(ii)中、Zii1は、単結合、炭素原子数1~20のアルキレン基のいずれかを表す。
当該アルキレン基中の1つ又は2つ以上の-CH2-は、それぞれ独立して、-O-で置換されていてもよい。
また、当該アルキレン基中の1つ又は2つ以上の-CH2-CH2-は、それぞれ独立して、-CH2-CH(CH3)-、-CH(CH3)-CH2-、-CH=CH-、-CF=CF-、-CH=C(CH3)-、-C(CH3)=CH-、-CH=N-、-N=CH-、-N=N-、-C≡C-、-CO-O-及び/又は-O-CO-で置換されてもよい。
また、当該アルキル基中の1つ又は2つ以上の-CH2-CH2-CH2-は、それぞれ独立して、-O-CO-O-で置換されていてもよい。
また、当該アルキレン基中の1つ又は2つ以上の-CH2-CH2-CH2-CH2-は、それぞれ独立して、-C(Ria)=N-N=C(Rib)-で置換されていてもよい。
但し、炭素原子数1~10のアルキル基が所定の基により置換される場合においては、酸素原子と酸素原子が直接結合することはない。
また、化合物の安定性の観点から、硫黄原子と硫黄原子及び/又は酸素原子と硫黄原子が直接結合することはないことが好ましい。
Ria及びRibは、それぞれ独立して、水素原子、ハロゲン原子、炭素原子数1~10のアルキル基を表す。
ハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子が挙げられる。
当該アルキル基は、直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基であり、直鎖状のアルキル基であることが好ましい。
当該アルキル基における炭素原子数は、好ましくは2~8、好ましくは2~6である。
当該アルキル基中の1つ又は2つ以上の-CH2-は、それぞれ独立して、-O-、-CO-及び/又は-S-で置換されていてもよい。
当該アルキル基中の1つ又は2つ以上の-CH2-CH2-は、-CH=CH-、-CO-O-、-O-CO-及び/又は-C≡C-で置換されてもよい。
但し、炭素原子数1~10のアルキル基が所定の基により置換される場合においては、酸素原子と酸素原子が直接結合することはない。
また、化合物の安定性の観点から、硫黄原子と硫黄原子及び/又は酸素原子と硫黄原子が直接結合することはないことが好ましい。
炭素原子数1~20のアルキレン基の具体例(置換されたものも含む)としては、式(Zii1-1)~(Zii1-24)で表される基等が挙げられる。
式(Zii1-1)~(Zii1-24)中、白点はAii1への結合手を表し、黒点はAii1又はAii2への結合手を表す。
一般式(ii)中、nii1は、1~4の整数、好ましくは1~2の整数を表す。
nii1が1である場合においては、Δn向上の観点から、Zii1は単結合又は-C≡C-を表すことが好ましい。
また、nii1が2である場合においては、Δn向上の観点から、Zii1の少なくとも一つは-C≡C-を表すことが好ましい。
なお、一般式(ii)において、Aii1及びZii1が複数存在する場合は、それらはそれぞれ同一であってもよく、異なっていてもよい。
一般式(ii)で表される化合物としては、下記一般式(ii-1)~(ii-5)で表される化合物であることが好ましい。
一般式(ii-1)~(ii-5)中、Rii1、Aii1及びAii2は、上記一般式(ii)中のRii1、Aii1及びAii2とそれぞれ同じ意味を表す。
一般式(ii-3)~(ii-5)中、Aii1-2の定義は、上記一般式(ii)中のAii1の定義に同じである。
一般式(ii-1)で表される化合物としては、下記一般式(ii-1-a)で表される化合物であることが好ましい。
一般式(ii-1-a)中、Rii1は、上記一般式(ii)中のRii1と同じ意味を表す。
一般式(ii-1-a)で表される化合物の具体例としては、下記構造式(ii-1-a.1)~(ii-1-a.4)で表される化合物等が挙げられる。
一般式(ii-2)で表される化合物としては、下記一般式(ii-2-a)~(ii-2-c)で表される化合物であることが好ましい。
一般式(ii-2-a)~(ii-2-c)中、Rii1及びSii1は、それぞれ独立して、上記一般式(ii)中のRii1及びSii1とそれぞれ同じ意味を表す。
一般式(ii-2-a)で表される化合物の具体例としては、下記構造式(ii-2-a.1)~(ii-2-a.5)で表される化合物等が挙げられる。
一般式(ii-2-b)で表される化合物の具体例としては、下記構造式(ii-2-b.1)~(ii-2-b.3)で表される化合物等が挙げられる。
一般式(ii-2-c)で表される化合物の具体例としては、下記構造式(ii-2-c.1)~(ii-2-c.3)で表される化合物等が挙げられる。
一般式(ii-3)で表される化合物としては、下記一般式(ii-3-a)~(ii-3-c)で表される化合物であることが好ましい。
一般式(ii-3-a)~(ii-3-c)中、Rii1及びSii1は、それぞれ独立して、上記一般式(ii)中のRii1及びSii1とそれぞれ同じ意味を表す。
一般式(ii-3-a)で表される化合物の具体例としては、下記構造式(ii-3-a.1)~(ii-3-a.4)で表される化合物等が挙げられる。
一般式(ii-3-b)で表される化合物の具体例としては、下記構造式(ii-3-b.1)~(ii-3-b.3)で表される化合物等が挙げられる。
一般式(ii-3-c)で表される化合物の具体例としては、下記構造式(ii-3-c.1)~(ii-3-c.3)で表される化合物等が挙げられる。
一般式(ii-4)で表される化合物としては、下記一般式(ii-4-a)~(ii-4-d)で表される化合物であることが好ましい。
一般式(ii-4-a)~(ii-4-d)中、Rii1及びSii1は、それぞれ独立して、上記一般式(ii)中のRii1及びSii1とそれぞれ同じ意味を表す。
一般式(ii-4-a)で表される化合物の具体例としては、下記構造式(ii-4-a.1)~(ii-4-a.3)で表される化合物等が挙げられる。
一般式(ii-4-b)で表される化合物の具体例としては、下記構造式(ii-4-b.1)~(ii-4-b.3)で表される化合物等が挙げられる。
一般式(ii-4-c)で表される化合物の具体例としては、下記構造式(ii-4-c.1)~(ii-4-c.3)で表される化合物等が挙げられる。
一般式(ii-4-d)で表される化合物の具体例としては、下記構造式(ii-4-d.1)~(ii-4-d.3)で表される化合物等が挙げられる。
一般式(ii-5)で表される化合物としては、下記一般式(ii-5-a)~(ii-5-b)で表される化合物であることが好ましい。
一般式(ii-5-a)~(ii-5-b)中、Rii1及びSii1は、それぞれ独立して、上記一般式(ii)中のRii1及びSii1とそれぞれ同じ意味を表す。
一般式(ii-5-a)で表される化合物の具体例としては、下記構造式(ii-5-a.1)~(ii-5-a.4)で表される化合物等が挙げられる。
一般式(ii-5-b)で表される化合物の具体例としては、下記構造式(ii-5-b.1)~(ii-5-b.4)で表される化合物等が挙げられる。
一般式(ii)、一般式(ii-1)~(ii-5)、一般式(ii-1-a)、一般式(ii-2-a)~(ii-2-c)、一般式(ii-3-a)~(ii-3-c)、一般式(ii-4-a)~(ii-4-d)、一般式(ii-5-a)~(ii-5-b)、構造式(ii-1-a.1)~(ii-1-a.4)、構造式(ii-2-a.1)~(ii-2-a.5)、構造式(ii-2-b.1)~(ii-2-b.3)、構造式(ii-2-c.1)~(ii-2-c.3)、構造式(ii-3-a.1)~(ii-3-a.4)、構造式(ii-3-b.1)~(ii-3-b.3)、構造式(ii-4-a.1)~(ii-4-a.3)、構造式(ii-4-b.1)~(ii-4-b.3)、構造式(ii-4-c.1)~(ii-4-c.3)、構造式(ii-4-d.1)~(ii-4-d.3)、構造式(ii-5-a.1)~(ii-5-a.4)又は構造式(ii-5-b.1)~(ii-5-b.4)で表される化合物の液晶組成物に用いる種類は、1種又は2種以上、好ましくは1~20種、好ましくは1~18種、好ましくは1~15種、好ましくは2~15種である。
一般式(ii)、一般式(ii-1)~(ii-5)、一般式(ii-1-a)、一般式(ii-2-a)~(ii-2-c)、一般式(ii-3-a)~(ii-3-c)、一般式(ii-4-a)~(ii-4-d)、一般式(ii-5-a)~(ii-5-b)、構造式(ii-1-a.1)~(ii-1-a.4)、構造式(ii-2-a.1)~(ii-2-a.5)、構造式(ii-2-b.1)~(ii-2-b.3)、構造式(ii-2-c.1)~(ii-2-c.3)、構造式(ii-3-a.1)~(ii-3-a.4)、構造式(ii-3-b.1)~(ii-3-b.3)、構造式(ii-4-a.1)~(ii-4-a.3)、構造式(ii-4-b.1)~(ii-4-b.3)、構造式(ii-4-c.1)~(ii-4-c.3)、構造式(ii-4-d.1)~(ii-4-d.3)、構造式(ii-5-a.1)~(ii-5-a.4)又は構造式(ii-5-b.1)~(ii-5-b.4)で表される化合物の液晶組成物100質量%中の合計含有量の下限値は、20質量%以上であることが好ましく、25質量%以上であることが好ましく、30質量%以上であることが好ましい。
一般式(ii)、一般式(ii-1)~(ii-5)、一般式(ii-1-a)、一般式(ii-2-a)~(ii-2-c)、一般式(ii-3-a)~(ii-3-c)、一般式(ii-4-a)~(ii-4-d)、一般式(ii-5-a)~(ii-5-b)、構造式(ii-1-a.1)~(ii-1-a.4)、構造式(ii-2-a.1)~(ii-2-a.5)、構造式(ii-2-b.1)~(ii-2-b.3)、構造式(ii-2-c.1)~(ii-2-c.3)、構造式(ii-3-a.1)~(ii-3-a.4)、構造式(ii-3-b.1)~(ii-3-b.3)、構造式(ii-4-a.1)~(ii-4-a.3)、構造式(ii-4-b.1)~(ii-4-b.3)、構造式(ii-4-c.1)~(ii-4-c.3)、構造式(ii-4-d.1)~(ii-4-d.3)、構造式(ii-5-a.1)~(ii-5-a.4)又は構造式(ii-5-b.1)~(ii-5-b.4)で表される化合物の液晶組成物100質量%中の合計含有量の上限値は、99質量%以下であることが好ましく、97.5質量%以下であることが好ましく、95質量%以下であることが好ましい。
一般式(ii)、一般式(ii-1)~(ii-5)、一般式(ii-1-a)、一般式(ii-2-a)~(ii-2-c)、一般式(ii-3-a)~(ii-3-c)、一般式(ii-4-a)~(ii-4-d)、一般式(ii-5-a)~(ii-5-b)、構造式(ii-1-a.1)~(ii-1-a.4)、構造式(ii-2-a.1)~(ii-2-a.5)、構造式(ii-2-b.1)~(ii-2-b.3)、構造式(ii-2-c.1)~(ii-2-c.3)、構造式(ii-3-a.1)~(ii-3-a.4)、構造式(ii-3-b.1)~(ii-3-b.3)、構造式(ii-4-a.1)~(ii-4-a.3)、構造式(ii-4-b.1)~(ii-4-b.3)、構造式(ii-4-c.1)~(ii-4-c.3)、構造式(ii-4-d.1)~(ii-4-d.3)、構造式(ii-5-a.1)~(ii-5-a.4)又は構造式(ii-5-b.1)~(ii-5-b.4)で表される化合物の液晶組成物100質量%中の合計含有量は、Δn向上、他の液晶組成物との相溶性の観点から、20~99質量%であることが好ましく、25~97.5質量%であることが好ましく、30~95質量%であることが好ましい。
一般式(ii)、一般式(ii-1)~(ii-5)、一般式(ii-1-a)、一般式(ii-2-a)~(ii-2-c)、一般式(ii-3-a)~(ii-3-c)、一般式(ii-4-a)~(ii-4-d)、一般式(ii-5-a)~(ii-5-b)、構造式(ii-1-a.1)~(ii-1-a.4)、構造式(ii-2-a.1)~(ii-2-a.5)、構造式(ii-2-b.1)~(ii-2-b.3)、構造式(ii-2-c.1)~(ii-2-c.3)、構造式(ii-3-a.1)~(ii-3-a.4)、構造式(ii-3-b.1)~(ii-3-b.3)、構造式(ii-4-a.1)~(ii-4-a.3)、構造式(ii-4-b.1)~(ii-4-b.3)、構造式(ii-4-c.1)~(ii-4-c.3)、構造式(ii-4-d.1)~(ii-4-d.3)、構造式(ii-5-a.1)~(ii-5-a.4)又は構造式(ii-5-b.1)~(ii-5-b.4)で表される化合物は、公知の合成方法を用いて合成することができる。
(その他の化合物)
本発明に係る液晶組成物は、Δε向上の観点から、シアノ基(-CN)を有する下記一般式(iii)で表される化合物の1種又は2種以上を含んでもよい。
一般式(iii)中、Riii1は、炭素原子数1~20のアルキル基を表す。
当該アルキル基は、直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基であり、直鎖状のアルキル基であることが好ましい。
当該アルキル基における炭素原子数は、好ましくは2~10、好ましくは2~6である。
当該アルキル基中の1つ又2つ以上の-CH2-は、それぞれ独立して、-O-、-S-、-CO-及び/又は-CS-で置換されていてもよい。
また、当該アルキル基中の1つ又は2つ以上の-CH2-CH2-は、-CH=CH-、-CO-O-、-O-CO-及び/又は-C≡C-で置換されてもよい。
また、当該アルキル基中の1つ又は2つ以上の水素原子は、それぞれ独立して、ハロゲン原子に置換されていてもよい。
ハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子が挙げられる。
但し、当該アルキル基が所定の基により置換される場合においては、酸素原子と酸素原子が直接結合することはない。
また、化合物の安定性の観点から、硫黄原子と硫黄原子及び/又は酸素原子と硫黄原子が直接結合することはないことが好ましい。
例えば、Riii1は、当該アルキル基中の1つの-CH2-が-O-に置換されることにより、炭素原子数1~19のアルコキシ基を表すことができる。
当該アルコキシ基は、直鎖状、分岐状又は環状のアルコキシ基であり、直鎖状のアルコキシ基であることが好ましい。
当該アルコキシ基における炭素原子数は、好ましくは2~10、好ましくは2~6である。
また、Riii1は、当該アルキル基中の1つの-CH2-が-S-に置換されることにより、炭素原子数1~19のチオアルコキシ基(アルキルスルファニル基、アルキルチオ基)を表すことができる。
当該チオアルコキシ基は、直鎖状、分岐状又は環状のチオアルコキシ基であり、直鎖状のチオアルコキシ基であることが好ましい。
当該チオアルコキシ基における炭素原子数は、好ましくは2~10、好ましくは2~6である。
また、Riii1は、当該アルキル基中の1つ又は2つ以上の-CH2-CH2-が、-CH=CH-に置換されることにより、炭素原子数2~20のアルケニル基を表すことができる。
当該アルケニル基は、直鎖状、分岐状又は環状のアルケニル基であり、直鎖状のアルケニル基であることが好ましい。
当該アルケニル基における炭素原子数は、好ましくは2~10、好ましくは2~6である。
また、Riii1は、当該アルキル基中の1つ又は2つ以上の-CH2-CH2-が、-C≡C-に置換されることにより、炭素原子数2~20のアルキニル基を表すことができる。
当該アルキニル基は、直鎖状、分岐状又は環状のアルキニル基であり、直鎖状のアルキニル基であることが好ましい。
当該アルキニル基における炭素原子数は、好ましくは2~10、好ましくは2~6である。
また、Riii1は、当該アルキル基中の1つの-CH2-が-O-に置換され、且つ一つ又は2つ以上の-CH2-CH2-が、-CH=CH-に置換されることにより、炭素原子数2~19のアルケニルオキシ基を表すことができる。
当該アルケニルオキシ基は、直鎖状、分岐状又は環状のアルケニルオキシ基であり、直鎖状のアルケニルオキシ基であることが好ましい。
当該アルケニルオキシ基における炭素原子数は、好ましくは2~10、好ましくは2~6である。
また、Riii1は、当該アルキル基中の1つ又は2つ以上の水素原子が、ハロゲン原子に置換されることにより、炭素原子数1~20のハロゲン化アルキル基を表すことができる。
当該ハロゲン化アルキル基は、直鎖状、分岐状又は環状のハロゲン化アルキル基であり、直鎖状のハロゲン化アルキル基であることが好ましい。
当該ハロゲン化アルキル基における炭素原子数は、好ましくは2~10、好ましくは2~6である。
また、Riii1は、当該アルキル基中の1つの-CH2-が-O-に置換され、且つ当該アルキル基中の1つ又は2つ以上の水素原子が、ハロゲン原子に置換されることにより、炭素原子数1~19のハロゲン化アルコキシ基を表すことができる。
当該ハロゲン化アルコキシ基は、直鎖状、分岐状又は環状のハロゲン化アルコキシ基であり、直鎖状のハロゲン化アルコキシ基であることが好ましい。
当該ハロゲン化アルコキシ基における炭素原子数は、好ましくは2~10、好ましくは2~6である。
Riii1における炭素原子数1~20のアルキル基(置換されたものも含む)の具体例としては、式(Riii1-1)~(Riii1-36)で表される基等が挙げられる。
式(Riii1-1)~(Riii1-36)中、黒点はAiii1への結合手を表す。
Riii1が結合する環構造がフェニル基(芳香族)である場合には、直鎖状の炭素原子数1~5のアルキル基、直鎖状の炭素原子数1~4のアルコキシ基及び炭素原子数4~5のアルケニル基が好ましく、Riii1が結合する環構造がシクロヘキサン、ピラン及びジオキサンなどの飽和した環構造の場合には、直鎖状の炭素原子数1~5のアルキル基、直鎖状の炭素原子数1~4のアルコキシ基及び直鎖状の炭素原子数2~5のアルケニル基が好ましい。
また、Riii1としては、ネマチック相を安定化させるためには、炭素原子及び存在する場合の酸素原子の合計が5以下であることが好ましく、直鎖状であることが好ましい。
なお、Riii1としては、Δn、他の液晶化合物との相溶性の観点から、炭素原子数2~8の直鎖状のアルキル基が好ましい。
一般式(iii)中、Aiii1、Aiii2及びAiii3は、それぞれ独立して、以下の基(a)、基(b)、基(c)及び基(d):
(a) 1,4-シクロヘキシレン基(この基中に存在する1つの-CH2-又は非隣接の2つ以上の-CH2-は-O-及び/又は-S-に置き換えられてもよい。)、
(b) 1,4-フェニレン基(この基中に存在する1つの-CH=又は非隣接の2つ以上の-CH=は-N=に置き換えられてもよい。)
(c) ナフタレン-2,6-ジイル基、1,2,3,4-テトラヒドロナフタレン-2,6-ジイル基又はデカヒドロナフタレン-2,6-ジイル基(ナフタレン-2,6-ジイル基又は1,2,3,4-テトラヒドロナフタレン-2,6-ジイル基中に存在する1つの-CH=又は非隣接の2つ以上の-CH=は-N=に置換されていてもよい。)
(d)チオフェン-2,5-ジイル基、ベンゾチオフェン-2,5-ジイル基、ベンゾチオフェン-2,6-ジイル基、ジベンゾチオフェン-3,7-ジイル基、ジベンゾチオフェン-2,6-ジイル基、チエノ[3,2-b]チオフェン-2,5-ジイル基(この基中に存在する1つの-CH=又は隣接していない2つ以上の-CH=は-N=に置き換えられても良い。)
からなる群より選ばれる基を表す。
Aiii1、Aiii2及びAiii3中の1つ又は2つ以上の水素原子は、それぞれ独立して、置換基Siii1により置換されていてもよい。
置換基Siii1は、ハロゲン原子、シアノ基、炭素原子数1~6のアルキル基のいずれかを表す。
ハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子が挙げられる。
当該アルキル基中の1つ又は2つ以上の-CH2-は、それぞれ独立して、-O-、-S-、-CO-及び/又は-CS-で置換されていてもよい。
また、当該アルキル基中の1つ又は2つ以上の水素原子は、それぞれ独立して、ハロゲン原子に置換されていてもよい。
ハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子が挙げられる。
但し、当該アルキル基が所定の基により置換される場合においては、酸素原子と酸素原子が直接結合することはない。
また、化合物の安定性の観点から、硫黄原子と硫黄原子及び/又は酸素原子と硫黄原子が直接結合することはないことが好ましい。
また、少なくとも一つのAiii1、Aiii2又はAiii3は、少なくとも一つの置換基Siii1で置換されていることが好ましい。
また、Aiii2は、少なくとも一つの置換基Siii1で置換されていることが好ましい。
なお、置換基Siii1が複数ある場合は、それらは同一であってもよく、異なっていてもよい。
Aiii2における置換基Siii1の置換位置としては、溶解性の観点から、下記式(Aiii2-SP-1)であることが好ましい。
式(Aiii2-SP-1)中、白点はAiii1への結合手を表し、黒点はAiii3への結合手を表す。
より具体的には、Aiii1は、下記式(Aiii1-1)~(Aiii1-2)のいずれかを表すことが好ましい。
式(Aiii1-1)~(Aiii1-2)中、白点はRiii1又はAiii1への結合手を表し、黒点はAiii1又はAiii2への結合手を表す。
より具体的には、Aiii2は、下記式(Aiii2-1)~(Aiii2-3)のいずれかを表すことが好ましい。
式(Aiii2-1)~(Aiii2-3)中、白点はAiii1への結合手を表し、黒点はAiii3への結合手を表す。
より具体的には、Aiii3は、下記式(Aiii3-1)~(Aiii3-2)のいずれかを表ことが好ましい。
式(Aiii3-1)~(Aiii3-2)中、白点はAiii2への結合手を表し、黒点はシアノ基(-CN)への結合手を表す。
一般式(iii)中、niii1は、1~2の整数を表す。
なお、一般式(iii)において、Aiii1が複数ある場合は、それらは同一であってもよく、異なっていてもよい。
一般式(iii)で表される化合物としては、下記一般式(iii-1)で表される化合物であることが好ましい。
一般式(iii-1)中、Riii1、Aiii1、Aiii2及びAiii3は、上記一般式(iii)中のRiii1、Aiii1、Aiii2及びAiii3とそれぞれ同じ意味を表す。
一般式(iii-1)で表される化合物としては、下記一般式(iii-1-a)~(iii-1-c)で表される化合物であることが好ましい。
一般式(iii-1-a)~(iii-1-c)中、Riii1及びSiii1は、それぞれ独立して、上記一般式(iii)中のRiii1及びSiii1とそれぞれ同じ意味を表す。
一般式(iii-1-a)で表される化合物の具体例としては、下記構造式(iii-1-a.1)~(iii-1-a.3)で表される化合物等が挙げられる。
一般式(iii-1-b)で表される化合物の具体例としては、下記構造式(iii-1-b.1)~(iii-1-b.3)で表される化合物等が挙げられる。
一般式(iii-1-c)で表される化合物の具体例としては、下記構造式(iii-1-c.1)~(iii-1-c.3)で表される化合物等が挙げられる。
一般式(iii)、一般式(iii-1)、一般式(iii-1-a)~(iii-1-c)、構造式(iii-1-a.1)~(iii-1-a.3)、構造式(iii-1-b.1)~(iii-1-b.3)又は構造式(iii-1-c.1)~(iii-1-c.3)で表される化合物の液晶組成物に用いる種類は、1種又は2種以上、好ましくは1~5種、好ましくは1~4種、好ましくは1~3種、好ましくは1~2種、好ましくは1種である。
一般式(iii)、一般式(iii-1)、一般式(iii-1-a)~(iii-1-c)、構造式(iii-1-a.1)~(iii-1-a.3)、構造式(iii-1-b.1)~(iii-1-b.3)又は構造式(iii-1-c.1)~(iii-1-c.3)で表される化合物の液晶組成物100質量%中の合計含有量の下限値は、1質量%以上であることが好ましく、2質量%以上であることが好ましく、3質量%以上であることが好ましい。
一般式(iii)、一般式(iii-1)、一般式(iii-1-a)~(iii-1-c)、構造式(iii-1-a.1)~(iii-1-a.3)、構造式(iii-1-b.1)~(iii-1-b.3)又は構造式(iii-1-c.1)~(iii-1-c.3)で表される化合物の液晶組成物100質量%中の合計含有量の上限値は、20質量%以下であることが好ましく、15質量%以下であることが好ましく、10質量%以下であることが好ましい。
一般式(iii)、一般式(iii-1)、一般式(iii-1-a)~(iii-1-c)、構造式(iii-1-a.1)~(iii-1-a.3)、構造式(iii-1-b.1)~(iii-1-b.3)又は構造式(iii-1-c.1)~(iii-1-c.3)で表される化合物の液晶組成物100質量%中の合計含有量は、他の液晶化合物との相溶性の観点から、1~15質量%であることが好ましく、2~15質量%であることが好ましく、3~20質量%であることが好ましい。
一般式(iii)、一般式(iii-1)、一般式(iii-1-a)~(iii-1-c)、構造式(iii-1-a.1)~(iii-1-a.3)、構造式(iii-1-b.1)~(iii-1-b.3)又は構造式(iii-1-c.1)~(iii-1-c.3)で表される化合物は、公知の合成方法を用いて合成することができる。
本発明に係る液晶組成物は、他の液晶化合物との相溶性の観点から、アルキニル基(Riv1-C≡C-)及びシアノ基(-CN)を有する下記一般式(iv)で表される化合物の1種又は2種以上を含んでもよい。
一般式(iv)中、Riv1は、炭素原子数1~20のアルキル基を表す。
炭素原子数1~20のアルキル基は、直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基であり、直鎖状のアルキル基であることが好ましい。
当該アルキル基における炭素原子数は、好ましくは2~10、好ましくは2~6である。
当該アルキル基中の1つ又2つ以上の-CH2-は、それぞれ独立して、-O-、-S-、-CO-及び/又は-CS-で置換されていてもよい。
また、当該アルキル基中の1つ又は2つ以上の-CH2-CH2-は、-CH=CH-、-COO-、-OCO-及び/又は-C≡C-で置換されてもよい。
また、当該アルキル基中の1つ又は2つ以上の水素原子は、それぞれ独立して、ハロゲン原子で置換されていてもよい。
ハロゲン原子としては、塩素原子、臭素原子、フッ素原子が挙げられる。
但し、当該アルキル基が所定の基により置換される場合においては、酸素原子と酸素原子が直接結合することはない。
また、化合物の安定性の観点から、硫黄原子と硫黄原子及び/又は酸素原子と硫黄原子が直接結合することはないことが好ましい。
例えば、Riv1は、当該アルキル基中の1つの-CH2-が-O-に置換されることにより、炭素原子数1~19のアルコキシ基を表すことができる。
当該アルコキシ基は、直鎖状、分岐状又は環状のアルコキシ基であり、直鎖状のアルコキシ基であることが好ましい。
当該アルコキシ基における炭素原子数は、好ましくは2~10、好ましくは2~6である。
また、Riv1は、当該アルキル基中の1つの-CH2-が-S-に置換されることにより、炭素原子数1~19のチオアルコキシ基(アルキルスルファニル基、アルキルチオ基)を表すことができる。
当該チオアルコキシ基は、直鎖状、分岐状又は環状のチオアルコキシ基であり、直鎖状のチオアルコキシ基であることが好ましい。
当該チオアルコキシ基における炭素原子数は、好ましくは2~10、好ましくは2~6である。
また、Riv1は、当該アルキル基中の1つ又は2つ以上の-CH2-CH2-が、-CH=CH-に置換されることにより、炭素原子数2~20のアルケニル基を表すことができる。
当該アルケニル基は、直鎖状、分岐状又は環状のアルケニル基であり、直鎖状のアルケニル基であることが好ましい。
当該アルケニル基における炭素原子数は、好ましくは2~10、好ましくは2~6である。
また、Riv1は、当該アルキル基中の1つ又は2つ以上の-CH2-CH2-が、-C≡C-に置換されることにより、炭素原子数2~20のアルキニル基を表すことができる。
当該アルキニル基は、直鎖状、分岐状又は環状のアルキニル基であり、直鎖状のアルキニル基であることが好ましい。
当該アルキニル基における炭素原子数は、好ましくは2~10、好ましくは2~6である。
また、Riv1は、当該アルキル基中の1つの-CH2-が-O-に置換され、且つ一つ又は2つ以上の-CH2-CH2-が、-CH=CH-に置換されることにより、炭素原子数2~19のアルケニルオキシ基を表すことができる。
当該アルケニルオキシ基は、直鎖状、分岐状又は環状のアルケニルオキシ基であり、直鎖状のアルケニルオキシ基であることが好ましい。
当該アルケニルオキシ基における炭素原子数は、好ましくは2~10、好ましくは2~6である。
また、Riv1は、当該アルキル基中の1つ又は2つ以上の水素原子が、ハロゲン原子に置換されることにより、炭素原子数1~20のハロゲン化アルキル基を表すことができる。
当該ハロゲン化アルキル基は、直鎖状、分岐状又は環状のハロゲン化アルキル基であり、直鎖状のハロゲン化アルキル基であることが好ましい。
当該ハロゲン化アルキル基における炭素原子数は、好ましくは2~10、好ましくは2~6である。
また、Riv1は、当該アルキル基中の1つの-CH2-が-O-に置換され、且つ当該アルキル基中の1つ又は2つ以上の水素原子が、ハロゲン原子に置換されることにより、炭素原子数1~19のハロゲン化アルコキシ基を表すことができる。
当該ハロゲン化アルコキシ基は、直鎖状、分岐状又は環状のハロゲン化アルコキシ基であり、直鎖状のハロゲン化アルコキシ基であることが好ましい。
当該ハロゲン化アルコキシ基における炭素原子数は、好ましくは2~10、好ましくは2~6である。
Riv1における炭素原子数1~20のアルキル基(置換されたものも含む)の具体例としては、式(Riv1-1)~(Riv1-36)で表される基等が挙げられる。
式(Riv1-1)~(Riv1-36)中、黒点は-C≡C-への結合手を表す。
なお、Riv1としては、他の液晶化合物との相溶性の観点から、炭素原子数2~8の直鎖状のアルキル基が好ましい。
一般式(iv)中、Aiv1及びAiv2は、それぞれ独立して、以下の基(a)、基(b)、基(c)及び基(d):
(a) 1,4-シクロヘキシレン基(この基中に存在する1つの-CH2-又は非隣接の2つ以上の-CH2-は-O-及び/又は-S-に置き換えられてもよい。)、
(b) 1,4-フェニレン基(この基中に存在する1つの-CH=又は非隣接の2つ以上の-CH=は-N=に置き換えられてもよい。)
(c) ナフタレン-2,6-ジイル基、1,2,3,4-テトラヒドロナフタレン-2,6-ジイル基又はデカヒドロナフタレン-2,6-ジイル基(ナフタレン-2,6-ジイル基又は1,2,3,4-テトラヒドロナフタレン-2,6-ジイル基中に存在する1つの-CH=又は非隣接の2つ以上の-CH=は-N=に置換されていてもよい。)
(d)チオフェン-2,5-ジイル基、ベンゾチオフェン-2,5-ジイル基、ベンゾチオフェン-2,6-ジイル基、ジベンゾチオフェン-3,7-ジイル基、ジベンゾチオフェン-2,6-ジイル基、チエノ[3,2-b]チオフェン-2,5-ジイル基(この基中に存在する1つの-CH=又は隣接していない2つ以上の-CH=は-N=に置き換えられても良い。)
からなる群より選ばれる基を表す。
Aiv1及びAiv2中の一つ又は2つ以上の水素原子は、それぞれ独立して、置換基Siv1により置換されていてもよい。
置換基Siv1は、ハロゲン原子、シアノ基、炭素原子数1~6のアルキル基のいずれかを表す。
ハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子が挙げられる。
当該アルキル基中の1つ又は2つ以上の-CH2-は、それぞれ独立して、-O-、-S-、-CO-及び/又は-CS-で置換されていてもよい。
当該アルキル基中の1つ又は2つ以上の水素原子は、それぞれ独立して、ハロゲン原子に置換されていてもよい。
ハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子が挙げられる。
但し、当該アルキル基が所定の基により置換される場合においては、酸素原子と酸素原子が直接結合することはない。
また、化合物の安定性の観点から、硫黄原子と硫黄原子及び/又は酸素原子と硫黄原子が直接結合することはないことが好ましい。
また、Aiv1の少なくとも一つは、置換基Siv1で置換されていることが好ましい。
なお、置換基Siv1が複数ある場合は、それらは同一であってもよく、異なっていてもよい。
Aiv1における置換基Siv1の置換位置としては、溶解性の観点から、下記式(Aiv1-SP-1)のいずれかであることが好ましい。
式(Aiv1-SP-1)中、白点は-C≡C-又はAiv1への結合手を表し、黒点はAiv1又はAiv2への結合手を表す。
Aiv2における置換基Siv1の置換位置としては、下記式(Aiv2-SP-1)~(Aiv2-SP-2)のいずれかであることが好ましい。
式(Aiv2-SP-1)~(Aiv2-SP-2)中、白点はAiv1への結合手を表し、黒点はシアノ基(-CN)への結合手を表す。
より具体的には、Aiv1は、下記式(Aiv1-1)~(Aiv1-3)のいずれかを表すことが好ましい。
式(Aiv1-1)~(Aiv1-3)中、白点は-C≡C-又はAiv1への結合手を表し、黒点はAiv1又はAiv2への結合手を表す。
より具体的には、Aiv2は、下記式(Aiv2-1)~(Aiv2-2)のいずれかを表ことが好ましい。
式(Aiv2-1)~(Aiv2-2)中、白点はAiv1への結合手を表し、黒点はシアノ基(-CN)への結合手を表す。
一般式(iv)中、niv1は、1~2の整数を表す。
なお、一般式(iv)において、Aiv1が複数ある場合は、それらは同一でもよく異なっていてもよい。
一般式(iv)で表される化合物としては、下記一般式(iv-1)で表される化合物であることが好ましい。
一般式(iv-1)中、Riv1、Aiv1及びAiv2は、上記一般式(iv)中のRiv1、Aiv1及びAiv2とそれぞれ同じ意味を表す。
一般式(iv-1)で表される化合物としては、下記一般式(iv-1-a)~(iv-1-f)で表される化合物であることが好ましい。
一般式(iv-1-a)~(iv-1-f)中、Riv1及びSiv1は、それぞれ独立して、上記一般式(iv)中のRiv1及びSiv1とそれぞれ同じ意味を表す。
一般式(iv-1-a)で表される化合物の具体例としては、下記構造式(iv-1-a.1)~(iv-1-a.2)で表される化合物等が挙げられる。
一般式(iv-1-b)で表される化合物の具体例としては、下記構造式(iv-1-b.1)~(iv-1-b.2)で表される化合物等が挙げられる。
一般式(iv-1-c)で表される化合物の具体例としては、下記構造式(iv-1-c.1)~(iv-1-c.2)で表される化合物等が挙げられる。
一般式(iv-1-d)で表される化合物の具体例としては、下記構造式(iv-1-d.1)~(iv-1-d.2)で表される化合物等が挙げられる。
一般式(iv-1-e)で表される化合物の具体例としては、下記構造式(iv-1-e.1)~(iv-1-e.2)で表される化合物等が挙げられる。
一般式(iv-1-f)で表される化合物の具体例としては、下記構造式(iv-1-f.1)~(iv-1-f.2)で表される化合物等が挙げられる。
一般式(iv)、一般式(iv-1)、一般式(iv-1-a)~(iv-1-f)、構造式(iv-1-a.1)~(iv-1-a.2)、構造式(iv-1-b.1)~(iv-1-b.2)、構造式(iv-1-c.1)~(iv-1-c.2)、構造式(iv-1-d.1)~(iv-1-d.2)、構造式(iv-1-e.1)~(iv-1-e.2)又は構造式(iv-1-f.1)~(iv-1-f.2)で表される化合物の液晶組成物に用いる種類は、1種又は2種以上、好ましくは1~5種、好ましくは1~4種、好ましくは1~3種、好ましくは1~2種、好ましくは1種である。
一般式(iv)、一般式(iv-1)、一般式(iv-1-a)~(iv-1-f)、構造式(iv-1-a.1)~(iv-1-a.2)、構造式(iv-1-b.1)~(iv-1-b.2)、構造式(iv-1-c.1)~(iv-1-c.2)、構造式(iv-1-d.1)~(iv-1-d.2)、構造式(iv-1-e.1)~(iv-1-e.2)又は構造式(iv-1-f.1)~(iv-1-f.2)で表される化合物の液晶組成物100質量%中の合計含有量の下限値は、0質量%以上であることが好ましく、1質量%以上であることが好ましく、5質量%以上であることが好ましい。
一般式(iv)、一般式(iv-1)、一般式(iv-1-a)~(iv-1-f)、構造式(iv-1-a.1)~(iv-1-a.2)、構造式(iv-1-b.1)~(iv-1-b.2)、構造式(iv-1-c.1)~(iv-1-c.2)、構造式(iv-1-d.1)~(iv-1-d.2)、構造式(iv-1-e.1)~(iv-1-e.2)又は構造式(iv-1-f.1)~(iv-1-f.2)で表される化合物の液晶組成物100質量%中の合計含有量の上限値は、35質量%以下であることが好ましく、30質量%以下であることが好ましく、25質量%以下であることが好ましい。
一般式(iv)、一般式(iv-1)、一般式(iv-1-a)~(iv-1-f)、構造式(iv-1-a.1)~(iv-1-a.2)、構造式(iv-1-b.1)~(iv-1-b.2)、構造式(iv-1-c.1)~(iv-1-c.2)、構造式(iv-1-d.1)~(iv-1-d.2)、構造式(iv-1-e.1)~(iv-1-e.2)又は構造式(iv-1-f.1)~(iv-1-f.2)で表される化合物の液晶組成物100質量%中の合計含有量は、他の液晶化合物との相溶性の観点から、0~35質量%であることが好ましく、1~30質量%であることが好ましく、5~25質量%であることが好ましい。
一般式(iv)、一般式(iv-1)、一般式(iv-1-a)~(iv-1-f)、構造式(iv-1-a.1)~(iv-1-a.2)、構造式(iv-1-b.1)~(iv-1-b.2)、構造式(iv-1-c.1)~(iv-1-c.2)、構造式(iv-1-d.1)~(iv-1-d.2)、構造式(iv-1-e.1)~(iv-1-e.2)又は構造式(iv-1-f.1)~(iv-1-f.2)で表される化合物は、公知の合成方法を用いて合成することができる。
本発明に係る液晶組成物は、連結基として少なくとも一つの-C≡C-並びにシアノ基(-CN)を有する下記一般式(v)で表される化合物の1種又は2種以上を含んでもよい。
一般式(v)中、Rv1は、炭素原子数1~20のアルキル基を表す。
当該アルキル基は、直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基であり、直鎖状のアルキル基であることが好ましい。
当該アルキル基における炭素原子数は、好ましくは2~10、好ましくは2~6である。
当該アルキル基中の1つ又2つ以上の-CH2-は、それぞれ独立して、-O-、-S-、-CO-及び/又は-CS-で置換されていてもよい。
また、当該アルキル基中の1つ又は2つ以上の-CH2-CH2-は、それぞれ独立して、-CH=CH-、-CO-O-、-O-CO-及び/又は-C≡C-で置換されてもよい。
また、当該アルキル基中の1つ又は2つ以上の水素原子は、それぞれ独立して、ハロゲン原子で置換されていてもよい。
ハロゲン原子としては、塩素原子、臭素原子、フッ素原子が挙げられる。
但し、当該アルキル基が所定の基により置換される場合においては、酸素原子と酸素原子が直接結合することはない。
また、化合物の安定性の観点から、硫黄原子と硫黄原子及び/又は酸素原子と硫黄原子が直接結合することはないことが好ましい。
例えば、Rv1は、当該アルキル基中の1つの-CH2-が-O-に置換されることにより、炭素原子数1~19のアルコキシ基を表すことができる。
当該アルコキシ基は、直鎖状、分岐状又は環状のアルコキシ基であり、直鎖状のアルコキシ基であることが好ましい。
当該アルコキシ基における炭素原子数は、好ましくは2~10、好ましくは2~6である。
また、Rv1は、Rv1中の1つの-CH2-が-S-に置換されることにより、炭素原子数1~19のチオアルコキシ基(アルキルスルファニル基、アルキルチオ基)を表すことができる。
当該チオアルコキシ基は、直鎖状、分岐状又は環状のチオアルコキシ基であり、直鎖状のチオアルコキシ基であることが好ましい。
当該チオアルコキシ基における炭素原子数は、好ましくは2~10、好ましくは2~6である。
また、Rv1は、当該アルキル基中の1つ又は2つ以上の-CH2-CH2-が、-CH=CH-に置換されることにより、炭素原子数2~20のアルケニル基を表すことができる。
当該アルケニル基は、直鎖状、分岐状又は環状のアルケニル基であり、直鎖状のアルケニル基であることが好ましい。
当該アルケニル基における炭素原子数は、好ましくは2~10、好ましくは2~6である。
また、Rv1は、当該アルキル基中の1つ又は2つ以上の-CH2-CH2-が、-C≡C-に置換されることにより、炭素原子数2~20のアルキニル基を表すことができる。
当該アルキニル基は、直鎖状、分岐状又は環状のアルキニル基であり、直鎖状のアルキニル基であることが好ましい。
当該アルキニル基における炭素原子数は、好ましくは2~10、好ましくは2~6である。
また、Rv1は、当該アルキル基中の1つの-CH2-が-O-に置換され、且つ一つ又は2つ以上の-CH2-CH2-が、-CH=CH-に置換されることにより、炭素原子数2~19のアルケニルオキシ基を表すことができる。
当該アルケニルオキシ基は、直鎖状、分岐状又は環状のアルケニルオキシ基であり、直鎖状のアルケニルオキシ基であることが好ましい。
当該アルケニルオキシ基における炭素原子数は、好ましくは2~10、好ましくは2~6である。
また、Rv1は、当該アルキル基中の1つ又は2つ以上の水素原子が、ハロゲン原子に置換されることにより、炭素原子数1~20のハロゲン化アルキル基を表すことができる。
当該ハロゲン化アルキル基は、直鎖状、分岐状又は環状のハロゲン化アルキル基であり、直鎖状のハロゲン化アルキル基であることが好ましい。
当該ハロゲン化アルキル基における炭素原子数は、好ましくは2~10、好ましくは2~6である。
Rv1における炭素原子数1~20のアルキル基(置換されたものも含む)の具体例としては、式(Rv1-1)~(Rv1-36)で表される基等が挙げられる。
式(Rv1-1)~(Rv1-36)中、黒点はAv1への結合手を表す。
Rv1が結合する環構造がフェニル基(芳香族)である場合には、直鎖状の炭素原子数1~5のアルキル基、直鎖状の炭素原子数1~4のアルコキシ基及び炭素原子数4~5のアルケニル基が好ましく、Rv1が結合する環構造がシクロヘキサン、ピラン及びジオキサンなどの飽和した環構造の場合には、直鎖状の炭素原子数1~5のアルキル基、直鎖状の炭素原子数1~4のアルコキシ基及び直鎖状の炭素原子数2~5のアルケニル基が好ましい。
また、Rv1としては、ネマチック相を安定化させるためには、炭素原子及び存在する場合の酸素原子の合計が5以下であることが好ましく、直鎖状であることが好ましい。
なお、Rv1としては、他の液晶化合物との相溶性の観点から、炭素原子数2~8の直鎖状のアルキル基が好ましい。
一般式(v)中、Av1及びAv2は、それぞれ独立して、以下の基(a)、基(b)、基(c)及び基(d):
(a) 1,4-シクロヘキシレン基(この基中に存在する1つの-CH2-又は非隣接の2つ以上の-CH2-は-O-及び/又は-S-に置き換えられてもよい。)、
(b) 1,4-フェニレン基(この基中に存在する1つの-CH=又は非隣接の2つ以上の-CH=は-N=に置き換えられてもよい。)
(c) ナフタレン-2,6-ジイル基、1,2,3,4-テトラヒドロナフタレン-2,6-ジイル基又はデカヒドロナフタレン-2,6-ジイル基(ナフタレン-2,6-ジイル基又は1,2,3,4-テトラヒドロナフタレン-2,6-ジイル基中に存在する1つの-CH=又は非隣接の2つ以上の-CH=は-N=に置換されていてもよい。)
(d)チオフェン-2,5-ジイル基、ベンゾチオフェン-2,5-ジイル基、ベンゾチオフェン-2,6-ジイル基、ジベンゾチオフェン-3,7-ジイル基、ジベンゾチオフェン-2,6-ジイル基、チエノ[3,2-b]チオフェン-2,5-ジイル基(この基中に存在する1つの-CH=又は隣接していない2つ以上の-CH=は-N=に置き換えられても良い。)
からなる群より選ばれる基を表す。
Av1及びAv2中の一つ又は二つ以上の水素原子は、それぞれ独立して、置換基Sv1により置換されていてもよい。
置換基Sv1は、ハロゲン原子、シアノ基又は炭素原子数1~6のアルキル基のいずれかを表す。
ハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子が挙げられる。
当該アルキル基中の1つ又は2つ以上の-CH2-は、それぞれ独立して、-O-、-S-、-CO-及び/又は-CS-で置換されていてもよい。
また、当該アルキル基中に存在する1つ又は2つ以上の水素原子は、それぞれ独立して、ハロゲン原子に置換されていてもよい。
ハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子が挙げられる。
但し、炭素原子数1~6のアルキル基が所定の基により置換される場合においては、酸素原子と酸素原子が直接結合することはない。
また、化合物の安定性の観点から、硫黄原子と硫黄原子及び/又は酸素原子と硫黄原子が直接結合することはないことが好ましい。
また、Av1の少なくとも一つ又はAv2は、少なくとも一つの置換基Sv1で置換されていることが好ましい。
なお、置換基Sv1が複数ある場合は、それらは同一であってもよく、異なっていてもよい。
Av1における置換基Sv1の置換位置としては、溶解性の観点から、下記式(Av1-SP-1)であることが好ましい。
式(Av1-SP-1)中、白点はRv1又はZv1への結合手を表し、黒点はZv1への結合手を表す。
Av2における置換基Sv1の置換位置としては、下記式(Av2-SP-1)~(Av2-SP-2)のいずれかであることが好ましい。
式(Av2-SP-1)~(Av2-SP-2)中、白点はZv1への結合手を表し、黒点はシアノ基(-CN)への結合手を表す。
より具体的には、Av1は、下記式(Av1-1)~(Av1-3)のいずれかを表ことが好ましい。
式(Av1-1)~(Av1-3)中、白点はRv1又はZv1への結合手を表し、黒点はZv1への結合手を表す。
より具体的には、Av2は、下記式(Av2-1)~(Av2-3)のいずれかを表ことが好ましい。
式(Av2-1)~(Av2-3)中、白点はZv1への結合手を表し、黒点はシアノ基(-CN)への結合手を表す。
一般式(v)中、Zv1は、単結合、-C≡C-、-CH=CH-、-CF=CF-のいずれかを表す。
但し、Zv1の少なくとも一つは、-C≡C-を表す。
一般式(v)中、nv1は、1~2の整数を表す。
なお、一般式(v)において、Av1及びZv1が複数存在する場合は、それらはそれぞれ同一であってもよく、異なっていてもよい。
一般式(v)で表される化合物としては、下記一般式(v-1)~(v-2)で表される化合物であることが好ましい。
一般式(v-1)~(v-2)中、Rv1、Av1及びAv2は、上記一般式(v)中のRv1、Av1及びAv2とそれぞれ同じ意味を表す。
一般式(v-1)~(v-2)中、Av1-2の定義は、上記一般式(v)中のAv1の定義に同じである。
一般式(v-1)で表される化合物としては、下記一般式(v-1-a)~(v-1-f)で表される化合物であることが好ましい。
一般式(v-1-a)~(v-1-f)中、Rv1及びSv1は、それぞれ独立して、上記一般式(v)中のRv1及びSv1とそれぞれ同じ意味を表す。
一般式(v-1-a)で表される化合物の具体例としては、下記構造式(v-1-a.1)~(v-1-a.3)で表される化合物等が挙げられる。
一般式(v-1-b)で表される化合物の具体例としては、下記構造式(v-1-b.1)~(v-1-b.3)で表される化合物等が挙げられる。
一般式(v-1-c)で表される化合物の具体例としては、下記構造式(v-1-c.1)~(v-1-c.3)で表される化合物等が挙げられる。
一般式(v-1-d)で表される化合物の具体例としては、下記構造式(v-1-d.1)~(v-1-d.3)で表される化合物等が挙げられる。
一般式(v-1-e)で表される化合物の具体例としては、下記構造式(v-1-e.1)~(v-1-e.3)で表される化合物等が挙げられる。
一般式(v-1-f)で表される化合物の具体例としては、下記構造式(v-1-f.1)~(v-1-f.3)で表される化合物等が挙げられる。
一般式(v-2)で表される化合物としては、下記一般式(v-2-a)~(v-2-b)で表される化合物であることが好ましい。
一般式(v-2-a)~(v-2-b)中、Rv1及びSv1は、それぞれ独立して、上記一般式(v)中のRv1及びSv1とそれぞれ同じ意味を表す。
一般式(v-2-a)で表される化合物の具体例としては、下記構造式(v-2-a.1)~(v-2-a.3)で表される化合物等が挙げられる。
一般式(v-2-b)で表される化合物の具体例としては、下記構造式(v-2-b.1)~(v-2-b.3)で表される化合物等が挙げられる。
一般式(v)、一般式(v-1)~(v-2)、一般式(v-1-a)~(v-1-f)、一般式(v-2-a)~(v-2-b)、構造式(v-1-a.1)~(v-1-a.3)、構造式(v-1-b.1)~(v-1-b.3)、構造式(v-1-c.1)~(v-1-c.3)、構造式(v-1-d.1)~(v-1-d.3)、構造式(v-1-e.1)~(v-1-e.3)、構造式(v-1-f.1)~(v-1-f.3)、構造式(v-2-a.1)~(v-2-a.3)又は構造式(v-2-b.1)~(v-2-b.3)で表される化合物の液晶組成物に用いる種類は、1種又は2種以上、好ましくは1~5種、好ましくは1~4種、好ましくは1~3種、好ましくは1~2種、好ましくは1種である。
一般式(v)、一般式(v-1)~(v-2)、一般式(v-1-a)~(v-1-f)、一般式(v-2-a)~(v-2-b)、構造式(v-1-a.1)~(v-1-a.3)、構造式(v-1-b.1)~(v-1-b.3)、構造式(v-1-c.1)~(v-1-c.3)、構造式(v-1-d.1)~(v-1-d.3)、構造式(v-1-e.1)~(v-1-e.3)、構造式(v-1-f.1)~(v-1-f.3)、構造式(v-2-a.1)~(v-2-a.3)又は構造式(v-2-b.1)~(v-2-b.3)で表される化合物の液晶組成物100質量%中の合計含有量の下限値は、0.5質量%以上であることが好ましく、1質量%以上であることが好ましく、5質量%以上であることが好ましい。
一般式(v)、一般式(v-1)~(v-2)、一般式(v-1-a)~(v-1-f)、一般式(v-2-a)~(v-2-b)、構造式(v-1-a.1)~(v-1-a.3)、構造式(v-1-b.1)~(v-1-b.3)、構造式(v-1-c.1)~(v-1-c.3)、構造式(v-1-d.1)~(v-1-d.3)、構造式(v-1-e.1)~(v-1-e.3)、構造式(v-1-f.1)~(v-1-f.3)、構造式(v-2-a.1)~(v-2-a.3)又は構造式(v-2-b.1)~(v-2-b.3)で表される化合物の液晶組成物100質量%中の合計含有量の上限値は、20質量%以下であることが好ましく、15質量%以下であることが好ましく、10質量%以下であることが好ましい。
一般式(v)、一般式(v-1)~(v-2)、一般式(v-1-a)~(v-1-f)、一般式(v-2-a)~(v-2-b)、構造式(v-1-a.1)~(v-1-a.3)、構造式(v-1-b.1)~(v-1-b.3)、構造式(v-1-c.1)~(v-1-c.3)、構造式(v-1-d.1)~(v-1-d.3)、構造式(v-1-e.1)~(v-1-e.3)、構造式(v-1-f.1)~(v-1-f.3)、構造式(v-2-a.1)~(v-2-a.3)又は構造式(v-2-b.1)~(v-2-b.3)で表される化合物の液晶組成物100質量%中の合計含有量は、他の液晶化合物との相溶性の観点から、0.5~20質量%であることが好ましく、1~15質量%であることが好ましく、5~10質量%であることが好ましい。
一般式(v)、一般式(v-1)~(v-2)、一般式(v-1-a)~(v-1-f)、一般式(v-2-a)~(v-2-b)、構造式(v-1-a.1)~(v-1-a.3)、構造式(v-1-b.1)~(v-1-b.3),構造式(v-1-c.1)~(v-1-c.3)、構造式(v-1-d.1)~(v-1-d.3)、構造式(v-1-e.1)~(v-1-e.3)、構造式(v-1-f.1)~(v-1-f.3)、構造式(v-2-a.1)~(v-2-a.3)又は構造式(v-2-b.1)~(v-2-b.3)で表される化合物は、公知の合成方法を用いて合成することができる。
本発明に係る液晶組成物は、連結基として少なくとも一つの-C≡C-を有する下記一般式(vi)で表される化合物の1種又は2種以上を含んでもよい。
一般式(vi)中、Rvi1は、水素原子又は炭素原子数1~20のアルキル基を表す。
炭素原子数1~20のアルキル基は、直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基であり、直鎖状のアルキル基であることが好ましい。
炭素原子数1~20のアルキル基における炭素原子数は、好ましくは2~10、好ましくは2~6である。
当該アルキル基中の1つ又は2つ以上の-CH2-は、それぞれ独立して、-O-、-S-、-CO-及び/又は-CS-で置換されていてもよい。
また、当該アルキル基中の1つ又は2つ以上の-CH2-CH2-は、それぞれ独立して、-CO-O-、-O-CO-、-CO-S-、-S-CO-、-CO-NH-、-NH-CO-、-CH=CH-、-CF=CF-及び/又は-C≡C-で置換されていてもよい。
また、当該アルキル基中の1つ又は2つ以上の-CH2-CH2-CH2-は、それぞれ独立して、-O-CO-O-で置換されていてもよい。
また、当該アルキル基中の1つ又は2つ以上の-CH2-CH2-CH2-CH2-は、それぞれ独立して、-CH=CH-CO-O-、-CH=CH-O-CO-、-CO-O-CH=CH-、-O-CO-CH=CH-で置換されていてもよい。
また、当該アルキル基中の1つ又は2つ以上の水素原子は、それぞれ独立して、ハロゲン原子で置換されていてもよい。
ハロゲン原子としては、塩素原子、臭素原子、フッ素原子が挙げられる。
但し、当該アルキル基が所定の基により置換される場合においては、酸素原子と酸素原子が直接結合することはない。
また、化合物の安定性の観点から、硫黄原子と硫黄原子及び/又は酸素原子と硫黄原子が直接結合することはないことが好ましい。
例えば、Rvi1は、当該アルキル基中の1つの-CH2-が-O-に置換されることにより、炭素原子数1~19のアルコキシ基を表すことができる。
当該アルコキシ基は、直鎖状、分岐状又は環状のアルコキシ基であり、直鎖状のアルコキシ基であることが好ましい。
当該アルコキシ基における炭素原子数は、好ましくは2~10、好ましくは2~6である。
また、Rvi1は、当該アルキル基中の1つの-CH2-が-S-に置換されることにより、炭素原子数1~19のチオアルコキシ基(アルキルスルファニル基、アルキルチオ基)を表すことができる。
当該チオアルコキシ基は、直鎖状、分岐状又は環状のチオアルコキシ基であり、直鎖状のチオアルコキシ基であることが好ましい。
当該チオアルコキシ基における炭素原子数は、好ましくは2~10、好ましくは2~6である。
また、Rvi1は、当該アルキル基中の1つ又は2つ以上の-CH2-CH2-が、-CH=CH-に置換されることにより、炭素原子数2~20のアルケニル基を表すことができる。
当該アルケニル基は、直鎖状、分岐状又は環状のアルケニル基であり、直鎖状のアルケニル基であることが好ましい。
当該アルケニル基における炭素原子数は、好ましくは2~10、好ましくは2~6である。
また、Rvi1は、当該アルキル基中の1つ又は2つ以上の-CH2-CH2-が、-C≡C-に置換されることにより、炭素原子数2~20のアルキニル基を表すことができる。
当該アルキニル基は、直鎖状、分岐状又は環状のアルキニル基であり、直鎖状のアルキニル基であることが好ましい。
当該アルキニル基における炭素原子数は、好ましくは2~10、好ましくは2~6である。
また、Rvi1は、当該アルキル基中の1つの-CH2-が-O-に置換され、且つ一つ又は2つ以上の-CH2-CH2-が、-CH=CH-に置換されることにより、炭素原子数2~19のアルケニルオキシ基を表すことができる。
当該アルケニルオキシ基は、直鎖状、分岐状又は環状のアルケニルオキシ基であり、直鎖状のアルケニルオキシ基であることが好ましい。
当該アルケニルオキシ基における炭素原子数は、好ましくは2~10、好ましくは2~6である。
また、Rvi1は、当該アルキル基中の1つ又は2つ以上の水素原子が、ハロゲン原子に置換されることにより、炭素原子数1~20のハロゲン化アルキル基を表すことができる。
当該ハロゲン化アルキル基は、直鎖状、分岐状又は環状のハロゲン化アルキル基であり、直鎖状のハロゲン化アルキル基であることが好ましい。
当該ハロゲン化アルキル基における炭素原子数は、好ましくは2~10、好ましくは2~6である。
また、Rvi1は、当該アルキル基中の1つの-CH2-が-O-に置換され、且つ当該アルキル基中の1つ又は2つ以上の水素原子が、ハロゲン原子に置換されることにより、炭素原子数1~19のハロゲン化アルコキシ基を表すことができる。
当該ハロゲン化アルコキシ基は、直鎖状、分岐状又は環状のハロゲン化アルコキシ基であり、直鎖状のハロゲン化アルコキシ基であることが好ましい。
当該ハロゲン化アルコキシ基における炭素原子数は、好ましくは2~10、好ましくは2~6である。
Rvi1における炭素原子数1~20のアルキル基(置換されたものも含む)の具体例としては、式(Rvi1-1)~(Rvi1-36)で表される基等が挙げられる。
式(Rvi1-1)~(Rvi1-36)中、黒点はAvi1への結合手を表す。
Rvi1は、液晶組成物全体の信頼性を重視する場合には、炭素原子数1~12のアルキル基であることが好ましく、液晶組成物全体の粘性の低下を重視する場合には、炭素原子数2~8のアルケニル基であることが好ましい。
Rvi1が結合する環構造がフェニル基(芳香族)である場合には、直鎖状の炭素原子数1~5のアルキル基、直鎖状の炭素原子数1~4のアルコキシ基及び炭素原子数4~5のアルケニル基が好ましく、Rvi1が結合する環構造がシクロヘキサン、ピラン及びジオキサンなどの飽和した環構造の場合には、直鎖状の炭素原子数1~5のアルキル基、直鎖状の炭素原子数1~4のアルコキシ基及び直鎖状の炭素原子数2~5のアルケニル基が好ましい。
また、Rvi1としては、ネマチック相を安定化させるためには、炭素原子及び存在する場合の酸素原子の合計が5以下であることが好ましく、直鎖状であることが好ましい。
なお、Rvi1としては、Δn、他の液晶化合物との相溶性の観点から、炭素原子数2~6の直鎖状のアルキル基が好ましい。
一般式(vi)中、Rvi2は、水素原子、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子、ペンタフルオロスルファニル基、ニトロ基、シアノ基、イソシアノ基、アミノ基、ヒドロキシル基、メルカプト基、メチルアミノ基、ジメチルアミノ基、ジエチルアミノ基、ジイソプロピルアミノ基、トリメチルシリル基、ジメチルシリル基又は炭素原子数1~20のアルキル基のいずれかを表す。
炭素原子数1~20のアルキル基は、直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基であり、直鎖状のアルキル基であることが好ましい。
当該アルキル基における炭素原子数は、好ましくは2~10、好ましくは2~6である。
当該アルキル基中の1つ又は2つ以上の-CH2-は、それぞれ独立して、-O-、-S-、-CO-及び/又は-CS-で置換されていてもよい。
また、当該アルキル基中の1つ又は2つ以上の-CH2-CH2-は、それぞれ独立して、-CO-O-、-O-CO-、-CO-S-、-S-CO-、-CO-NH-、-NH-CO-、-CH=CH-、-CF=CF-及び/又は-C≡C-で置換されていてもよい。
また、当該アルキル基中の1つ又は2つ以上の-CH2-CH2-CH2-は、それぞれ独立して、-O-CO-O-で置換されていてもよい。
また、当該アルキル基中の1つ又は2つ以上の-CH2-CH2-CH2-CH2-は、それぞれ独立して、-CH=CH-CO-O-、-CH=CH-O-CO-、-CO-O-CH=CH-、-O-CO-CH=CH-で置換されていてもよい。
また、当該アルキル基中の1つ又は2つ以上の水素原子は、それぞれ独立して、ハロゲン原子で置換されていてもよい。
ハロゲン原子としては、塩素原子、臭素原子、フッ素原子が挙げられる。
但し、当該アルキル基が所定の基により置換される場合においては、酸素原子と酸素原子が直接結合することはない。
また、化合物の安定性の観点から、硫黄原子と硫黄原子及び/又は酸素原子と硫黄原子が直接結合することはないことが好ましい。
例えば、Rvi2は、当該アルキル基中の1つの-CH2-が-O-に置換されることにより、炭素原子数1~19のアルコキシ基を表すことができる。
当該アルコキシ基は、直鎖状、分岐状又は環状のアルコキシ基であり、直鎖状のアルコキシ基であることが好ましい。
当該アルコキシ基における炭素原子数は、好ましくは2~10、好ましくは2~6である。
また、Rvi2は、当該アルキル基中の1つの-CH2-が-S-に置換されることにより、炭素原子数1~19のチオアルコキシ基(アルキルスルファニル基、アルキルチオ基)を表すことができる。
当該チオアルコキシ基は、直鎖状、分岐状又は環状のチオアルコキシ基であり、直鎖状のチオアルコキシ基であることが好ましい。
当該チオアルコキシ基における炭素原子数は、好ましくは2~10、好ましくは2~6である。
また、Rvi2は、当該アルキル基中の1つ又は2つ以上の-CH2-CH2-が、-CH=CH-に置換されることにより、炭素原子数2~20のアルケニル基を表すことができる。
当該アルケニル基は、直鎖状、分岐状又は環状のアルケニル基であり、直鎖状のアルケニル基であることが好ましい。
当該アルケニル基における炭素原子数は、好ましくは2~10、好ましくは2~6である。
また、Rvi2は、当該アルキル基中の1つ又は2つ以上の-CH2-CH2-が、-C≡C-に置換されることにより、炭素原子数2~20のアルキニル基を表すことができる。
当該アルキニル基は、直鎖状、分岐状又は環状のアルキニル基であり、直鎖状のアルキニル基であることが好ましい。
当該アルキニル基における炭素原子数は、好ましくは2~10、好ましくは2~6である。
また、Rvi2は、当該アルキル基中の1つの-CH2-が-O-に置換され、且つ一つ又は2つ以上の-CH2-CH2-が、-CH=CH-に置換されることにより、炭素原子数2~19のアルケニルオキシ基を表すことができる。
当該アルケニルオキシ基は、直鎖状、分岐状又は環状のアルケニルオキシ基であり、直鎖状のアルケニルオキシ基であることが好ましい。
当該アルケニルオキシ基における炭素原子数は、好ましくは2~10、好ましくは2~6である。
また、Rvi2は、当該アルキル基中の1つ又は2つ以上の水素原子が、ハロゲン原子に置換されることにより、炭素原子数1~20のハロゲン化アルキル基を表すことができる。
当該ハロゲン化アルキル基は、直鎖状、分岐状又は環状のハロゲン化アルキル基であり、直鎖状のハロゲン化アルキル基であることが好ましい。
当該ハロゲン化アルキル基における炭素原子数は、好ましくは2~10、好ましくは2~6である。
また、Rvi2は、当該アルキル基中の1つの-CH2-が-O-に置換され、且つ当該アルキル基中の1つ又は2つ以上の水素原子が、ハロゲン原子に置換されることにより、炭素原子数1~19のハロゲン化アルコキシ基を表すことができる。
当該ハロゲン化アルコキシ基は、直鎖状、分岐状又は環状のハロゲン化アルコキシ基であり、直鎖状のハロゲン化アルコキシ基であることが好ましい。
当該ハロゲン化アルコキシ基における炭素原子数は、好ましくは2~10、好ましくは2~6である。
Rvi2における炭素原子数1~20のアルキル基(置換されたものも含む)の具体例としては、式(Rvi2-1)~(Rvi2-36)で表される基等が挙げられる。
式(Rvi2-1)~(Rvi2-36)中、黒点はAvi3への結合手を表す。
Rvi2が結合する環構造がフェニル基(芳香族)である場合には、直鎖状の炭素原子数1~5のアルキル基、直鎖状の炭素原子数1~4のアルコキシ基及び炭素原子数4~5のアルケニル基が好ましく、Rvi2が結合する環構造がシクロヘキサン、ピラン及びジオキサンなどの飽和した環構造の場合には、直鎖状の炭素原子数1~5のアルキル基、直鎖状の炭素原子数1~4のアルコキシ基及び直鎖状の炭素原子数2~5のアルケニル基が好ましい。
また、Rvi2としては、ネマチック相を安定化させるためには、炭素原子及び存在する場合の酸素原子の合計が5以下であることが好ましく、直鎖状であることが好ましい。
なお、Rvi2としては、Δn、他の液晶化合物との相溶性の観点から、炭素原子数2~6の直鎖状のアルキル基又は炭素原子数2~6の直鎖状のチオアルコキシ基が好ましい。
一般式(vi)中、Avi1、Avi2及びAvi3は、それぞれ独立して、炭素原子数3~16の炭化水素環又は炭素原子数3~16の複素環のいずれかを表す。
炭素原子数3~16の炭化水素環又は炭素原子数3~16の複素環は、より具体的には、
以下の基(a)、基(b)基(c)及び基(d):
(a)1,4-シクロへキシレン基(この基中に存在する1つの-CH2-又は隣接していない2つ以上の-CH2-は-O-又は-S-に置き換えられても良い。)
(b)1,4-フェニレン基(この基中に存在する1つの-CH=又は隣接していない2つ以上の-CH=は-N=に置き換えられても良い。)
(c)1,4-シクロヘキセニレン基、ビシクロ[2.2.2]オクタン-1,4-ジイル基、ナフタレン-2,6-ジイル基、ナフタレン-1,4-ジイル基、1,2,3,4-テトラヒドロナフタレン-2,6-ジイル基、5,6,7,8-テトラヒドロナフタレン-1,4-ジイル基、デカヒドロナフタレン-2,6-ジイル基、アントラセン-2,6-ジイル基、アントラセン-1,4-ジイル基、アントラセン-9,10-ジイル基、フェナントレン-2,7-ジイル基(ナフタレン-2,6-ジイル基、ナフタレン-1,4-ジイル基、1,2,3,4-テトラヒドロナフタレン-2,6-ジイル基、5,6,7,8-テトラヒドロナフタレン-1,4-ジイル基、アントラセン-2,6-ジイル基、アントラセン-1,4-ジイル基、アントラセン-9,10-ジイル基又はフェナントレン-2,7-ジイル基中に存在する1つの-CH=又は2つ以上の-CH=は-N=に置き換えられても良い。)
(d)チオフェン-2,5-ジイル基、ベンゾチオフェン-2,5-ジイル基、ベンゾチオフェン-2,6-ジイル基、ジベンゾチオフェン-3,7-ジイル基、ジベンゾチオフェン-2,6-ジイル基、チエノ[3,2-b]チオフェン-2,5-ジイル基(この基中に存在する1つの-CH=又は隣接していない2つ以上の-CH=は-N=に置き換えられても良い。)
からなる群より選ばれる基を表すことが好ましい。
Avi1、Avi2及びAvi3中の1つ又は2つ以上の水素原子は、それぞれ独立して、置換基Svi1によって置換されていてもよい。
置換基Svi1は、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子、ペンタフルオロスルファニル基、ニトロ基、シアノ基、イソシアノ基、アミノ基、ヒドロキシル基、メルカプト基、メチルアミノ基、ジメチルアミノ基、ジエチルアミノ基、ジイソプロピルアミノ基、トリメチルシリル基、ジメチルシリル基、チオイソシアノ基、炭素原子数1~20のアルキル基のいずれかを表す。
当該アルキル基は、直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基であり、直鎖状のアルキル基であることが好ましい。
当該アルキル基における炭素原子数は、好ましくは2~10、好ましくは3~6である。
当該アルキル基における1つ又は2つ以上の-CH2-は、それぞれ独立して、-O-、-S-及び/又は-CO-で置換されていてもよい。
また、当該アルキル基における1つ又は2つ以上の-CH2-CH2-は、それぞれ独立して、-CH=CH-、-CF=CF-、-C≡C-、-CO-O-、-O-CO-、-CO-S-、-S-CO-、-CO-NH-及び/又は-NH-CO-で置換されてもよい。
また、当該アルキル基における1つ又は2つ以上の-CH2-CH2-CH2-は、-O-CO-O-で置換されてもよい。
また、当該アルキル基における1つ又は2つ以上の-CH2-CH2-CH2-CH2-は、-CH=CH-CO-O-、-CH=CH-O-CO-、-CO-O-CH=CH-及び/又は-O-CO-CH=CH-で置換されても良い。
当該アルキル基における1つ又は2つ以上の水素原子は、それぞれ独立して、ハロゲン原子で置換されていてもよい。
ハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子が挙げられる。
但し、当該アルキル基が所定の基により置換される場合においては、酸素原子と酸素原子が直接結合することはない。
また、化合物の安定性の観点から、硫黄原子と硫黄原子及び/又は酸素原子と硫黄原子が直接結合することはないことが好ましい。
置換基Svi1としては、フッ素原子又は炭素数1~3の直鎖状のアルキル基が好ましい。
また、Avi1、Avi2及びAvi3の少なくとも一つは少なくとも一つの置換基Svi1で置換されていることが好ましい。
また、Avi1は、少なくとも一つの置換基Svi1で置換されていることが好ましい。
なお、置換基Svi1が複数ある場合は、それらは同一であってもよく、異なっていてもよい。
Avi1における置換基Svi1の置換位置としては、下記式(Avi1-SP-1)~(Avi1-SP-2)のいずれかであることが好ましい。
式(Avi1-SP-1)~(Avi1-SP-2)中、白点はRvi1の結合手を表し、黒点は-C≡C-への結合手を表す。
Avi2における置換基Svi1の置換位置としては、下記式(Avi2-SP-1)~(Avi2-SP-7)のいずれかであることが好ましく他の液晶化合物との相溶性の観点から、下記式(Avi2-SP-1)~(Avi2-SP-5)のいずれかを表すことが好ましい。
式(Avi2-SP-1)~(Avi2-SP-7)中、白点は-C≡C-の結合手を表し、黒点はZvi1への結合手を表す。
Avi3における置換基Svi3の置換位置としては、下記式(Avi3-SP-1)~(Avi3-SP-7)のいずれかであることが好ましく、他の液晶化合物との相溶性の観点から、下記式(Avi3-SP-1)~(Avi3-SP-5)のいずれかを表すことが好ましい。
式(Avi3-SP-1)~(Avi3-SP-7)中、白点はZvi1への結合手を表し、黒点はZvi1又はRvi2への結合手を表す。
より具体的には、Avi1は、下記式(Avi1-1)~(Avi1-4)のいずれかを表すことが好ましい。
式(Avi1-1)~(Avi1-4)中、白点はRvi1の結合手を表し、黒点は-C≡C-への結合手を表す。
より具体的には、Avi2は、下記式(Avi2-1)~(Avi2-4)のいずれかを表すことが好ましい。
式(Avi2-1)~(Avi2-4)中、白点は-C≡C-の結合手を表し、黒点はZvi1への結合手を表す。
より具体的には、Avi3は、下記式(Avi3-1)~(Avi3-3)のいずれかを表すことが好ましい。
式(Avi3-1)~(Avi3-3)中、白点はZvi1への結合手を表し、黒点はZvi1又はRvi2への結合手を表す。
一般式(vi)中、Zvi1は、それぞれ独立して、単結合、炭素原子数1~20のアルキレン基のいずれかを表す。
当該アルキレン基は、直鎖状、分岐状又は環状のアルキレン基であり、直鎖状のアルキレン基であることが好ましい。
当該アルキレン基における炭素原子数は、好ましくは2~10、好ましくは2~6である。
当該アルキレン基中の1つ又は2つ以上の-CH2-は、それぞれ独立して、-O-、-CF2-及び/又は-CO-で置換されていてもよい。
また、当該アルキレン基中の1つ又は2つ以上の-CH2-CH2-は、それぞれ独立して、-CH2-CH(CH3)-、-CH(CH3)-CH2-、-CH=CH-、-CF=CF-、-CH=C(CH3)-、-C(CH3)=CH-、-CH=N-、-N=CH-、-N=N-、-C≡C-、-CO-O-及び/又は-O-CO-で置換されてもよい。
また、当該アルキレン基中の1つ又は2つ以上の-CH2-CH2-CH2-CH2-は、それぞれ独立して、-CH=N-N=CH-で置換されていてもよい。
但し、当該アルキレン基が所定の基により置換される場合においては、酸素原子と酸素原子が直接結合することはない。
炭素原子数2~20のアルキレン基の具体例(置換されたものも含む)としては、式(Zvi1-1)~(Zvi1-24)で表される基等が挙げられる。
式(Zvi1-1)~(Zvi1-24)中、白点はAvi2又はAvi3への結合手を表し、黒点はAvi3への結合手を表す。
一般式(vi)中、nvi1は、1~3の整数、好ましくは1~2の整数を表す。
nvi1が1である場合においては、Δn向上の観点から、Zvi1は-C≡C-を表すことが好ましい。
また、nvi1が2又は3である場合においては、Δn向上の観点から、Zvi1の少なくとも一つは-C≡C-を表すことが好ましい。
なお、一般式(vi)において、Avi3及びZvi1が複数存在する場合は、それらはそれぞれ同一であってもよく、異なっていてもよい。
一般式(vi)で表される化合物としては、下記一般式(vi-1)で表される化合物であることが好ましい。
一般式(vi-1)中、Rvi1、Rvi2、Avi1、Avi2及びAvi3は、上記一般式(vi)中のRvi1、Rvi2、Avi1、Avi2及びAvi3とそれぞれ同じ意味を表す。
一般式(vi-1)で表される化合物としては、下記一般式(vi-1-a)~(vi-1-e)で表される化合物であることが好ましい。
一般式(vi-1-a)~(vi-1-e)中、Rvi1、Rvi2及びSvi1は、それぞれ独立して、上記一般式(vi)中のRvi1、Rvi2及びSvi1とそれぞれ同じ意味を表す。
一般式(vi-1-a)で表される化合物の具体例としては、下記構造式(vi-1-a.1)~(vi-1-a.2)で表される化合物等が挙げられる。
一般式(vi-1-b)で表される化合物の具体例としては、下記構造式(vi-1-b.1)~(vi-1-b.6)で表される化合物等が挙げられる。
一般式(vi-1-c)で表される化合物の具体例としては、下記構造式(vi-1-c.1)~(vi-1-c.4)で表される化合物等が挙げられる。
一般式(vi-1-d)で表される化合物の具体例としては、下記構造式(vi-1-d.1)~(vi-1-d.5)で表される化合物等が挙げられる。
一般式(vi-1-e)で表される化合物の具体例としては、下記構造式(vi-1-e.1)~(vi-1-e.4)で表される化合物等が挙げられる。
一般式(vi)、一般式(vi-1)、一般式(vi-1-a)~(vi-1-e)、構造式(vi-1-a.1)~(vi-1-a.2)、構造式(vi-1-b.1)~(vi-1-b.6)、構造式(vi-1-c.1)~(vi-1-c.4)、構造式(vi-1-d.1)~(vi-1-d.5)又は構造式(vi-1-e.1)~(vi-v1-e.4)で表される化合物の液晶組成物に用いる種類は、1種又は2種以上、好ましくは1~5種、好ましくは1~4種、好ましくは1~3種、好ましくは1~2種、好ましくは1種である。
一般式(vi)、一般式(vi-1)、一般式(vi-1-a)~(vi-1-e)、構造式(vi-1-a.1)~(vi-1-a.2)、構造式(vi-1-b.1)~(vi-1-b.6)、構造式(vi-1-c.1)~(vi-1-c.4)、構造式(vi-1-d.1)~(vi-1-d.5)又は構造式(vi-1-e.1)~(vi-v1-e.4)で表される化合物の液晶組成物100質量%中の合計含有量の下限値は、0質量%以上であることが好ましく、3質量%以上であることが好ましく、5質量%以上であることが好ましい。
一般式(vi)、一般式(vi-1)、一般式(vi-1-a)~(vi-1-e)、構造式(vi-1-a.1)~(vi-1-a.2)、構造式(vi-1-b.1)~(vi-1-b.6)、構造式(vi-1-c.1)~(vi-1-c.4)、構造式(vi-1-d.1)~(vi-1-d.5)又は構造式(vi-1-e.1)~(vi-v1-e.4)で表される化合物の液晶組成物100質量%中の合計含有量の上限値は、40質量%以下であることが好ましく、35質量%以下であることが好ましく、30質量%以下であることが好ましい。
一般式(vi)、一般式(vi-1)、一般式(vi-1-a)~(vi-1-e)、構造式(vi-1-a.1)~(vi-1-a.2)、構造式(vi-1-b.1)~(vi-1-b.6)、構造式(vi-1-c.1)~(vi-1-c.4)、構造式(vi-1-d.1)~(vi-1-d.5)又は構造式(vi-1-e.1)~(vi-v1-e.4)で表される化合物の液晶組成物100質量%中の合計含有量は、Δn及びTni向上の観点から、0~40質量%であることが好ましく、3~35質量%であることが好ましく、5~30質量%であることが好ましい。
一般式(vi)、一般式(vi-1)、一般式(vi-1-a)~(vi-1-e)、構造式(vi-1-a.1)~(vi-1-a.2)、構造式(vi-1-b.1)~(vi-1-b.6)、構造式(vi-1-c.1)~(vi-1-c.4)、構造式(vi-1-d.1)~(vi-1-d.5)又は構造式(vi-1-e.1)~(vi-v1-e.4)で表される化合物は、公知の合成方法を用いて合成することができる。
本発明に係る液晶組成物は、連結基として少なくとも一つの-C≡C-と-N=N-を有する下記一般式(vii)で表される化合物の1種又は2種以上を含んでもよい。
一般式(vii)中、Rvii1及びRvii2は、それぞれ独立して、フッ素原子、塩素原子、シアノ基、炭素原子数1~12のアルキル基、炭素原子数1~8のアルコキシ基、炭素原子数2~8のアルケニル基、炭素原子数2~8のアルケニルオキシ基のいずれかを表す。
該基中の1個又は非隣接の2つ以上の-CH2-は、それぞれ独立して、-CH=CH-、-C≡C-、-O-、-CO-、-CO-O-又は-O-CO-によって置換されていてもよい。
また、Rvii1及びRvii2中に存在する1個又は2個以上の水素原子は、それぞれ独立して、フッ素原子に置換されていてもよい。
但し、Rvii1及びRvii2がともにフッ素原子、塩素原子及びシアノ基から選ばれる置換基を表すことはない。
炭素原子数1~12のアルキル基は、直鎖状又は分岐状のアルキル基であり、直鎖状のアルキル基であることが好ましい。
炭素原子数1~12のアルキル基における炭素原子数は、1~12、好ましくは1~8、好ましくは1~5、好ましくは2~5である。
炭素原子数1~12のアルキル基の具体例としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、へプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、イソデシル基、ドデシル基及び2-エチルヘキシル基等が挙げられる。
炭素原子数1~8のアルコキシ基は、直鎖状又は分岐状のアルコキシ基であり、直鎖状のアルコキシ基であることが好ましい。
炭素原子数1~8のアルコキシ基における炭素原子数は、好ましくは1~5である。
炭素原子数1~8のアルコキシ基の具体例としては、例えば、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基、ペントキシ基、及びヘキソキシ基等が挙げられる。
炭素原子数2~8のアルケニル基は、直鎖状又は分岐状のアルケニル基であり、直鎖状のアルケニル基であることが好ましい。
炭素原子数2~8のアルケニル基における炭素原子数は、好ましくは2~5、好ましくは2~3である。
炭素原子数2~8のアルケニル基の具体例としては、式(Rvii1/2-1)~(Rvii1/2-5)で表される基等が挙げられる(各式中の黒点は環構造中の炭素原子を表す)。
炭素原子数2~8のアルケニルオキシ基は、直鎖状又は分岐状のアルケニルオキシ基であり、直鎖状のアルケニルオキシ基であることが好ましい。
炭素原子数2~8のアルケニルオキシ基における炭素原子数は、好ましくは2~5である。
炭素原子数2~8のアルケニルオキシ基の具体例としては、式(Rvii1/2-6)~(Rvii1/2-10)で表される基等が挙げられる(各式中、黒点は、環構造中の炭素原子を表す)。
Rvii1は、液晶組成物全体の信頼性を重視する場合には、炭素原子数1~12のアルキル基であることが好ましく、液晶組成物全体の粘性の低下を重視する場合には、炭素原子数2~8のアルケニル基であることが好ましい。
また、Rvii1が結合する環構造がフェニル基(芳香族)である場合には、直鎖状の炭素原子数1~5のアルキル基、直鎖状の炭素原子数1~4のアルコキシ基及び炭素原子数4~5のアルケニル基が好ましく、Rvii1が結合する環構造がシクロヘキサン、ピラン及びジオキサンなどの飽和した環構造の場合には、直鎖状の炭素原子数1~5のアルキル基、直鎖状の炭素原子数1~4のアルコキシ基及び直鎖状の炭素原子数2~5のアルケニル基が好ましい。
また、Rvii1としては、ネマチック相を安定化させるためには、炭素原子及び存在する場合酸素原子の合計が5以下であることが好ましく、直鎖状であることが好ましい。
Rvii2は、一般式(vii)で表される化合物が、Δεが正のいわゆるp型化合物である場合には、フッ素原子、シアノ基、トリフルオロメチル基又はトリフルオロメトキシ基であることが好ましく、フッ素原子又はシアノ基が好ましい。
一般式(vii)で表される化合物が、Δεがほぼ0のいわゆるノンポーラ型化合物である場合には、Rvii2は、Rvii1と同じ意味を表すが、Rvii2とRvii1は、同一であっても、異なっていてもよい。
一般式(vii)中、Zvii1、Zvii2及びZvii3は、それぞれ独立して、単結合、-O-CH2-、-CH2-O-、-CH2-CH2-、-CH2-CH2-CH2-CH2-、-CO-O-、-O-CO-、-CH=CH-、-CF=CF-、-CF2-O-、-O-CF2-、-CF2-CF2-又は-C≡C-を表す。
ここで、Zvii1、Zvii2及び/又はZvii3は、単結合であることが好ましい。
一般式(vii)中、Avii1、Avii2、Avii3、Avii4、Avii5及びAvii6は、それぞれ独立して、以下の基(a)、基(b)及び基(c):
(a) 1,4-シクロヘキシレン基(この基中に存在する1個の-CH2-又は隣接していない2個以上の-CH2-は-O-に置き換えられてもよい。)
(b) 1,4-フェニレン基(この基中に存在する1個の-CH=又は隣接していない2個以上の-CH=は-N=に置き換えられてもよい。)
(c) ナフタレン-1,4-ジイル基、ナフタレン-2,6-ジイル基、1,2,3,4-テトラヒドロナフタレン-2,6-ジイル基又はデカヒドロナフタレン-2,6-ジイル基(ナフタレン-1,4-ジイル基、ナフタレン-2,6-ジイル基又は1,2,3,4-テトラヒドロナフタレン-2,6-ジイル基中に存在する1個の-CH=又は隣接していない2個以上の-CH=は-N=に置換されていてもよい。)
からなる群より選ばれる基を表し、上記の基(a)、基(b)及び基(c)中の一つ又は二つ以上の水素原子は、それぞれ独立して、ハロゲン原子、シアノ基又は炭素原子数1~6のアルキル基で置換されていてもよい。
ハロゲン原子としては、塩素原子、臭素原子及びフッ素原子が挙げられ、好ましくはフッ素原子である。
Avii1、Avii2、Avii3、Avii4、Avii5及び/又はAvii6は、それぞれ独立して、Δnを高くすることが求められる場合には、芳香族性を示す二価の環式基である基(b)又は基(c)であることが好ましく、応答速度を改善するためには脂肪族の二価の環式基である基(a)であることが好ましく、それぞれ独立して、下記の構造:
(Rは炭素原子数1~6のアルキル基を表す。)
のいずれかを表すことが好ましく、1,4-フェニレン基、ナフタレン-2,6-ジイル基及びテトラヒドロナフタレン-2,6-ジイル基のいずれかであることが好ましく、これらの1,4-フェニレン基、ナフタレン-2,6-ジイル基及びテトラヒドロナフタレン-2,6-ジイル基中の一つ又は二つ以上の水素原子は、それぞれ独立して、フッ素原子又は炭素原子数1~6のアルキル基により置換されていてもよい。
特にAvii2は以下の基(d)~基(f):
(Xviid1、Xviid2、Xviie1、Xviie2、Xviif1及びXviif2は、それぞれ独立して、水素原子又はフッ素原子を表わす。)
からなる群より選ばれる基を表すことが、Δn向上の観点から好ましい。
また、他の液晶化合物との相溶性の観点からは基(f)を表すことが好ましい。
また、他の液晶組成物との相溶性を高めるためには、Avii1、Avii2、Avii3、Avii4、Avii5及び/又はAvii6の少なくとも一つが炭素原子数1~6のアルキル基により置換された1,4-フェニレン基を表すことが好ましく、エチレン基で置換された1,4-フェニレン基を表すことがより好ましい。
上記一般式(vii)中、mvii1、mvii2及びmvii3は、それぞれ独立して、0又は1を表すが、mvii1+mvii2+mvii3は、0又は1を表す。
ここで、mvii1は、液晶組成物への溶解性を重視する場合には0が好ましく、Δn及びTniを重視する場合には1が好ましい。
また、mvii1+mvii2+mvii3は、0であることが好ましい。
本発明における一般式(vii)で表わされる化合物の一分子中の環構造である、Avii1、Avii2、Avii3、Avii4、Avii5及び/又はAvii6は、合計でフッ素原子を1~5個有することが好ましく、1~4個有することがより好ましい。
本発明における一般式(vii)で表わされる化合物一分子中の環構造である、Avii1、Avii2、Avii3、Avii4、Avii5及び/又はAvii6は合計で、ハロゲン原子(フッ素原子以外)を0~3個有することが好ましく、0~2個有することがより好ましい。
本発明における一般式(vii)で表わされる化合物一分子中の環構造である、Avii1、Avii2、Avii3、Avii4、Avii5及び/又はAvii6は合計で、ハロゲン原子(フッ素原子を含む)を1~5個有することが好ましく、1~4個有することがより好ましい。
上記一般式(vii)で表わされる化合物は、以下の一般式(vii-1)で表わされる化合物であることが好ましい。
(上記一般式(vii-1)中、Rvii1、Rvii2、Zvii1、Zvii2、Zvii3、Avii1、Avii2、Avii4、Avii6、mvii1、mvii2及びmvii3は、上記一般式(vii)中のRvii1、Rvii2、Zvii1、Zvii2、Zvii3、Avii1、Avii2、Avii4、Avii6、mvii1、mvii2及びmvii3とそれぞれ同じ意味を表し、
Avii3-1及びAvii5-1は、それぞれ独立して、1,4-フェニレン基(この基中に存在する1個の-CH=又は隣接していない2個以上の-CH=は-N=に置き換えられてもよい。)を表し、該基中の一つ又は二つ以上の水素原子は、それぞれ独立して、ハロゲン原子、シアノ基又は炭素原子数1~6のアルキル基で置換されていてもよい。
上記一般式(vii-1)中、Rvii1、Rvii2、Zvii1、Zvii2、Zvii3、Avii1、Avii2、Avii4、Avii6、mvii1、mvii2及びmvii3は、それぞれ、上記一般式(vii)中のRvii1、Rvii2、Zvii1、Zvii2、Zvii3、Avii1、Avii2、Avii4、Avii6、mvii1、mvii2及びmvii3と同一であり、好ましい基、好ましい数も同一であるため、ここでの説明は省略する。
上記一般式(vii)で表わされる化合物は、以下の一般式(vii-2)で表わされる化合物であることが好ましい。
(上記一般式(vii-2)中、Rvii1、Rvii2、Zvii1、Zvii2、Zvii3、Avii1、Avii2、Avii4、Avii6、mvii1、mvii2及びmvii3は、上記一般式(vii)中のRvii1、Rvii2、Zvii1、Zvii2、Zvii3、Avii1、Avii2、Avii4、Avii6、mvii1、mvii2及びmvii3とそれぞれ同じ意味を表す。
Avii3-2は、1,4-フェニレン基(この基中に存在する1個の-CH=又は隣接していない2個以上の-CH=は-N=に置き換えられてもよい。)を表し、該基中の一つ又は二つ以上の水素原子は、それぞれ独立して、ハロゲン原子、シアノ基又は炭素原子数1~6のアルキル基で置換されていてもよい。
Avii5-2は、ナフタレン-1,4-ジイル基、ナフタレン-2,6-ジイル基、1,2,3,4-テトラヒドロナフタレン-2,6-ジイル基又はデカヒドロナフタレン-2,6-ジイル基(ナフタレン-1,4-ジイル基、ナフタレン-2,6-ジイル基又は1,2,3,4-テトラヒドロナフタレン-2,6-ジイル基中に存在する1個の-CH=又は隣接していない2個以上の-CH=は-N=に置換されていてもよい。)を表し、該基中の一つ又は二つ以上の水素原子は、それぞれ独立して、ハロゲン原子、シアノ基又は炭素原子数1~6のアルキル基で置換されていてもよい。
上記一般式(vii-2)中、Rvii1、Rvii2、Zvii1、Zvii2、Zvii3、Avii1、Avii2、Avii4、Avii6、mvii1、mvii2及びmvii3は、上記一般式(vii)中のRvii1、Rvii2、Zvii1、Zvii2、Zvii3、Avii1、Avii2、Avii4、Avii6、mvii1、mvii2及びmvii3と同一であり、好ましい基、好ましい数も同一であるため、ここでの説明は省略する。
上記一般式(vii)で表わされる化合物は、以下の一般式(vii-3)で表わされる化合物であることが好ましい。
一般式(vii-3)中、Rvii1、Rvii2、Zvii1、Zvii2、Zvii3、Avii1、Avii2、Avii4、Avii6、mvii1、mvii2及びmvii3は、上記一般式(vii)中のRvii1、Rvii2、Zvii1、Zvii2、Zvii3、Avii1、Avii2、Avii4、Avii6、mvii1、mvii2及びmvii3とそれぞれ同じ意味を表す。
Avii3-3は、ナフタレン-1,4-ジイル基、ナフタレン-2,6-ジイル基、1,2,3,4-テトラヒドロナフタレン-2,6-ジイル基又はデカヒドロナフタレン-2,6-ジイル基(ナフタレン-1,4-ジイル基、ナフタレン-2,6-ジイル基又は1,2,3,4-テトラヒドロナフタレン-2,6-ジイル基中に存在する1個の-CH=又は隣接していない2個以上の-CH=は-N=に置換されていてもよい。)を表し、該基中の一つ又は二つ以上の水素原子は、それぞれ独立して、ハロゲン原子、シアノ基又は炭素原子数1~6のアルキル基で置換されていてもよい。
Avii5-3は、1,4-フェニレン基(この基中に存在する1個の-CH=又は隣接していない2個以上の-CH=は-N=に置き換えられてもよい。)を表し、該基中の一つ又は二つ以上の水素原子は、それぞれ独立して、ハロゲン原子、シアノ基又は炭素原子数1~6のアルキル基で置換されていてもよい。
一般式(vii-3)中、Rvii1、Rvii2、Zvii1、Zvii2、Zvii3、Avii1、Avii2、Avii4、Avii6、mvii1、mvii2及びmvii3は、上記一般式(vii)中のRvii1、Rvii2、Zvii1、Zvii2、Zvii3、Avii1、Avii2、Avii4、Avii6、mvii1、mvii2及びmvii3と同一であり、好ましい基、好ましい数も同一であるため、ここでの説明は省略する。
本発明に係る一般式(vii-1)の具体的な構造としては、液晶組成物の相溶性をより向上させる観点から、以下の一般式(vii-1-1)~(vii-1-22)で表わされる3環又は4環の化合物が好ましい。
上記一般式(vii-1-1)~(vii-1-22)中、Avii2-1は、それぞれ独立して、下記の構造式を表す。
上記一般式(vii-1-1)~(vii-1-22)中、mvii1-1、mvii2-1及びmvii3-1は、それぞれ独立して、0又は1を表すが、mvii1-1+mvii2-1+mvii3-1は、0又は1を表す。
上記一般式(vii-1-1)~(vii-1-22)中、Zvii1-1、Zvii2-1及びZvii3-1は、それぞれ独立して、単結合、-CO-O-、-CF=CF-、-CF2-O-、-O-CF2-又は-C≡C-を表す。
上記一般式(vii-1-1)~(vii-1-22)中、Avii1-1、Avii4-1及びAvii6-1は、それぞれ独立して、1,4-フェニレン基(この基中に存在する1個の-CH=又は隣接していない2個以上の-CH=は-N=に置き換えられてもよい。)を表し、該基中の一つ又は二つ以上の水素原子はそれぞれ独立してハロゲン原子、シアノ基又は炭素原子数1~6のアルキル基で置換されていてもよい。
上記一般式(vii-1-1)~(vii-1-22)中、Rvii1、Rvii2は、上記一般式(vii)中のRvii1、Rvii2と同一であり、好ましい基、好ましい数も同一であるため、ここでの説明は省略する。
本発明に係る一般式(vii-2)の具体的な構造としては、以下の一般式(vii-2-1)~(vii-2-3)で表わされる化合物が好ましい。
上記一般式(vii-2-1)~(vii-2-3)中、Avii2-2は、それぞれ独立して、下記の構造式を表す。
上記一般式(vii-2-1)~(vii-2-3)中、mvii1-2、mvii2-2及びmvii3-2は、それぞれ独立して、0又は1を表すが、mvii1-2+mvii2-2+mvii3-2は、0又は1を表す。
上記一般式(vii-2-1)~(vii-2-3)中、Zvii1-2、Zvii2-2及びZvii3-2は、それぞれ独立して、単結合、-CO-O-、-CF=CF-、-CF2-O-、-O-CF2-又は-C≡C-を表す。
上記一般式(vii-2-1)~(vii-2-3)中、Avii1-2、Avii4-2及びAvii6-2は、それぞれ独立して、1,4-フェニレン基(この基中に存在する1個の-CH=又は隣接していない2個以上の-CH=は-N=に置き換えられてもよい。)を表し、該基中の一つ又は二つ以上の水素原子はそれぞれ独立してハロゲン原子、シアノ基又は炭素原子数1~6のアルキル基で置換されていてもよい。
上記一般式(vii-2-1)~(vii-2-3)中、Rvii1、Rvii2は、上記一般式(vii)中のRvii1、Rvii2と同一であり、好ましい基、好ましい数も同一であるため、ここでの説明は省略する。
本発明に係る一般式(vii-3)の具体的な構造としては、以下の一般式(vii-3-1)で表わされる化合物が好ましい。
上記一般式(vii-3-1)中、Avii2-3は、それぞれ独立して、下記の構造式を表す。
上記一般式(vii-3-1)中、mvii1-3、mvii2-3及びmvii3-3は、それぞれ独立して、0又は1を表すが、mvii1-3+mvii2-3+mvii3-3は、0又は1を表す。
上記一般式(vii-3-1)中、Zvii1-3、Zvii2-3及びZvii3-3は、それぞれ独立して、単結合、-CO-O-、-CF=CF-、-CF2-O-、-O-CF2-又は-C≡C-を表す。
上記一般式(vii-3-1)中、Avii1-3、Avii4-3及びAvii6-3は、それぞれ独立して、1,4-フェニレン基(この基中に存在する1個の-CH=又は隣接していない2個以上の-CH=は-N=に置き換えられてもよい。)を表し、該基中の一つ又は二つ以上の水素原子はそれぞれ独立してハロゲン原子、シアノ基又は炭素原子数1~6のアルキル基で置換されていてもよい。
上記一般式(vii-3-1)中、Rvii1、Rvii2は、上記一般式(vii)中のRvii1、Rvii2と同一であり、好ましい基、好ましい数も同一であるため、ここでの説明は省略する。
一般式(vii-1-1)~(vii-1-22)の具体的な構造としては、下記構造式(vii-1.1)~(vii-1.101)で表される化合物が挙げられる。
式中、Xは、それぞれ独立して水素原子、フッ素原子又は炭素原子数1~6のアルキル基を表す。
式中、Xは、それぞれ独立して水素原子、フッ素原子又は炭素原子数1~6のアルキル基を表す。
上記構造式(vii-1.1)~(vii-1.101)で表される化合物の中でも、(vii-1.2)~(vii-1.8)、(vii-1.12)~(vii-1.18)、(vii-1.22)~(vii-1.28)、(vii-1.32)~(vii-1.38)、(vii-1.42)~(vii-1.44)、(vii-1.46)~(vii-1.48)、(vii-1.50)~(vii-1.52)、(vii-1.54)~(vii-1.56)、(vii-1.58)~(vii-1.60)、(vii-1.62)~(vii-1.64)、(vii-1.66)~(vii-1.68)、(vii-1.70)~(vii-1.72)、(vii-1.74)~(vii-1.76)、(vii-1.78)~(vii-1.80)、(vii-1.82)~(vii-1.84)及び(vii-1.86)~(vii-1.88)、(vii-1.90)~(vii-1.101)が好ましい。
一般式(vii)、一般式(vii-1)~一般式(vii-3)、一般式(vii-1-1)~(vii-1-22)、一般式(vii-2-1)~(vii-2-3)、一般式(vii-3-1)又は構造式(vii-1.1)~(vii-1.101)で表される化合物は、単独で使用しても、あるいは2種以上組み合わせて使用してもよい。組み合わせ可能な化合物の種類に特に制限は無いが、誘電率異方性、常温における溶解性、転移温度、複屈折率などの所望の性能に応じて適宜組み合わせて使用する。
一般式(vii)、一般式(vii-1)~一般式(vii-3)、一般式(vii-1-1)~(vii-1-22)、一般式(vii-2-1)~(vii-2-3)、一般式(vii-3-1)又は構造式(vii-1.1)~(vii-1.101)で表される化合物の液晶組成物に用いる種類は、1種又は2種以上、好ましくは1~10種、好ましくは1~5種である。
一般式(vii)、一般式(vii-1)~一般式(vii-3)、一般式(vii-1-1)~(vii-1-22)、一般式(vii-2-1)~(vii-2-3)、一般式(vii-3-1)又は構造式(vii-1.1)~(vii-1.101)で表される化合物の液晶組成物100質量%中の合計含有量の下限値は、1質量%であることが好ましく、3質量%であることが好ましく、5質量%であることが好ましい。
一般式(vii)、一般式(vii-1)~一般式(vii-3)、一般式(vii-1-1)~(vii-1-22)、一般式(vii-2-1)~(vii-2-3)、一般式(vii-3-1)又は構造式(vii-1.1)~(vii-1.101)で表される化合物の液晶組成物100質量%中の合計含有量の上限値は、45質量%であることが好ましく、40質量%であることが好ましく、35質量%であることが好ましい。
一般式(vii)、一般式(vii-1)~一般式(vii-3)、一般式(vii-1-1)~(vii-1-22)、一般式(vii-2-1)~(vii-2-3)、一般式(vii-3-1)又は構造式(vii-1.1)~(vii-1.101)で表される化合物の液晶組成物100質量%中の合計含有量は、具体的には、1~45質量%であることが好ましく、3~40質量%であることが好ましく、5~35質量%であることが好ましい。
一般式(vii)、一般式(vii-1)~一般式(vii-3)、一般式(vii-1-1)~(vii-1-22)、一般式(vii-2-1)~(vii-2-3)、一般式(vii-3-1)又は構造式(vii-1.1)~(vii-1.101)で表される化合物は、公知の方法で製造することができる。
本発明に係る液晶組成物は、下記一般式(2a)~(2c)で表される化合物を1種又は2種以上を含んでもよい。
一般式(2a)~(2c)中、R2a及びR2bは、それぞれ独立して、炭素原子数1~20のアルキル基、ハロゲン原子のいずれかを表す。
炭素原子数1~20のアルキル基は、直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基であり、直鎖状のアルキル基であることが好ましい。
炭素原子数1~20のアルキル基における炭素原子数は、好ましくは2~10、好ましくは2~6である。
当該アルキル基中の1つ又は2つ以上の-CH2-は、それぞれ独立して、-O-、-S-、-CO-及び/又は-CS-で置換されていてもよい。
また、当該アルキル基中の1つ又は2つ以上の-CH2-CH2-は、それぞれ独立して、-CO-O-、-O-CO-、-CO-S-、-S-CO-、-CO-NH-、-NH-CO-、-CH=CH-、-CF=CH-、-CH=CF-、-CF=CF-及び/又は-C≡C-で置換されていてもよい。
また、当該アルキル基中の1つ又は2つ以上の-CH2-CH2-CH2-は、それぞれ独立して、-O-CO-O-で置換されていてもよい。
また、当該アルキル基中の1つ又は2つ以上の-CH2-CH2-CH2-CH2-は、それぞれ独立して、-CH=CH-CO-O-、-CH=CH-O-CO-、-CO-O-CH=CH-、-O-CO-CH=CH-で置換されていてもよい。
また、当該アルキル基中の1つ又は2つ以上の水素原子は、それぞれ独立して、ハロゲン原子で置換されていてもよい。
ハロゲン原子としては、塩素原子、臭素原子、フッ素原子が挙げられる。
但し、当該アルキル基が所定の基により置換される場合においては、酸素原子と酸素原子が直接結合することはない。
また、化合物の安定性の観点から、硫黄原子と硫黄原子及び/又は酸素原子と硫黄原子が直接結合することはないことが好ましい。
例えば、R2a及びR2bは、当該アルキル基中の1つの-CH2-が-O-に置換されることにより、炭素原子数1~19のアルコキシ基を表すことができる。
当該アルコキシ基は、直鎖状、分岐状又は環状のアルコキシ基であり、直鎖状のアルコキシ基であることが好ましい。
当該アルコキシ基における炭素原子数は、好ましくは2~10、好ましくは2~6である。
また、R2a及びR2bは、当該アルキル基中の1つの-CH2-が-S-に置換されることにより、炭素原子数1~19のチオアルコキシ基(アルキルスルファニル基、アルキルチオ基)を表すことができる。
当該チオアルコキシ基は、直鎖状、分岐状又は環状のチオアルコキシ基であり、直鎖状のチオアルコキシ基であることが好ましい。
当該チオアルコキシ基における炭素原子数は、好ましくは2~10、好ましくは2~6である。
また、R2a及びR2bは、当該アルキル基中の1つ又は2つ以上の-CH2-CH2-が、-CH=CH-に置換されることにより、炭素原子数2~20のアルケニル基を表すことができる。
当該アルケニル基は、直鎖状、分岐状又は環状のアルケニル基であり、直鎖状のアルケニル基であることが好ましい。
当該アルケニル基における炭素原子数は、好ましくは2~10、好ましくは2~6である。
また、R2a及びR2bは、当該アルキル基中の1つ又は2つ以上の-CH2-CH2-が、-C≡C-に置換されることにより、炭素原子数2~20のアルキニル基を表すことができる。
当該アルキニル基は、直鎖状、分岐状又は環状のアルキニル基であり、直鎖状のアルキニル基であることが好ましい。
当該アルキニル基における炭素原子数は、好ましくは2~10、好ましくは2~6である。
また、R2a及びR2bは、当該アルキル基中の1つの-CH2-が-O-に置換され、且つ一つ又は2つ以上の-CH2-CH2-が、-CH=CH-に置換されることにより、炭素原子数2~19のアルケニルオキシ基を表すことができる。
当該アルケニルオキシ基は、直鎖状、分岐状又は環状のアルケニルオキシ基であり、直鎖状のアルケニルオキシ基であることが好ましい。
当該アルケニルオキシ基における炭素原子数は、好ましくは2~10、好ましくは2~6である。
また、R2a及びR2bは、当該アルキル基中の1つ又は2つ以上の水素原子が、ハロゲン原子に置換されることにより、炭素原子数1~20のハロゲン化アルキル基を表すことができる。
当該ハロゲン化アルキル基は、直鎖状、分岐状又は環状のハロゲン化アルキル基であり、直鎖状のハロゲン化アルキル基であることが好ましい。
当該ハロゲン化アルキル基における炭素原子数は、好ましくは2~10、好ましくは2~6である。
また、R2a及びR2bは、当該アルキル基中の1つの-CH2-が-O-に置換され、且つ当該アルキル基中の1つ又は2つ以上の水素原子が、ハロゲン原子に置換されることにより、炭素原子数1~19のハロゲン化アルコキシ基を表すことができる。
当該ハロゲン化アルコキシ基は、直鎖状、分岐状又は環状のハロゲン化アルコキシ基であり、直鎖状のハロゲン化アルコキシ基であることが好ましい。
当該ハロゲン化アルコキシ基における炭素原子数は、好ましくは2~10、好ましくは2~6である。
R2a及びR2bにおける炭素原子数1~20のアルキル基(置換されたものも含む)の具体例としては、式(R2a/b-1)~(R2a/b-36)で表される基等が挙げられる。
式(R2a/b-1)~(R2a/b-36)中、黒点は環A、環B、環C又は環Dへの結合手を表す。
R2a及びR2bにおけるハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等が挙げられる。
一般式(2a)~(2c)中、環A、環B、環C及び環Dは、それぞれ独立して、以下の基(a)、基(b)、基(c)及び(d):
(a) 1,4-シクロヘキシレン基(この基中に存在する1個の-CH2-又は非隣接の2個以上の-CH2-は-O-に置き換えられてもよい。)、
(b) 1,4-フェニレン基(この基中に存在する1個の-CH=又は非隣接の2個以上の-CH=は-N=に置き換えられてもよい。)
(c) ナフタレン-2,6-ジイル基、1,2,3,4-テトラヒドロナフタレン-2,6-ジイル基又はデカヒドロナフタレン-2,6-ジイル基(ナフタレン-2,6-ジイル基又は1,2,3,4-テトラヒドロナフタレン-2,6-ジイル基中に存在する1個の-CH=又は非隣接の2個以上の-CH=は-N=に置換されていてもよい。)
(d) 1,4-シクロヘキセニレン基、1,3-ジオキサン-トランス-2,5-ジイル基、ピリミジン-2,5-ジイル基又はピリジン-2,5-ジイル基
からなる群より選ばれる基を表す。
上記の基(a)、基(b)、基(c)及び基(d)中の一つ又は2つ以上の水素原子は、それぞれ独立して、ハロゲン原子、シアノ基又は炭素原子数1~6のアルキル基で置換されていてもよい。
ハロゲン原子としては、塩素原子、臭素原子及びフッ素原子が挙げられ、好ましくはフッ素原子である。
一般式(2a)~(2c)中、L2a、L2b及びL2cは、それぞれ独立して、単結合、-CH2-CH2-、-CH(CH3)-CH2-、-CH2-CH(CH3)-、-CH2-CH2-CH2-CH2-、-CO-O-、-O-CO-、-OCF2-、-CF2O-、-CH=CH-、-CH=CF-、-CF=CH-、-CF=CF-、-N=N-、-C≡C-又は-CH=N-N=CH-のいずれかを表す。
一般式(2a)~(2c)で表される化合物からなる群から選ばれる化合物の液晶組成物に用いる種類は、好ましくは1種又は2種以上である。
一般式(2a)~(2c)で表される化合物からなる群から選ばれる化合物の液晶組成物100質量%中の合計含有量の下限値は、0質量%であることが好ましく、2.5質量%であることが好ましく、5.0質量%であることが好ましい。
一般式(2a)~(2c)で表される化合物からなる群から選ばれる化合物の液晶組成物100質量%中の合計含有量の上限値は、30質量%であることが好ましく、25質量%であることが好ましく、20質量%であることが好ましい。
一般式(2a)~(2c)で表される化合物からなる群から選ばれる化合物の液晶組成物100質量%中の合計含有量は、具体的には、0~30質量%であることが好ましく、2.5~25質量%であることが好ましく、5.0~20質量%であることが好ましい。
一般式(2a)~(2c)で表される化合物は、公知の方法により製造することができる。
(液晶組成物)
本発明に係る重合性化合物含有液晶組成物は、例えば、上述の一般式(i)で表される化合物、上述の一般式(ii)で表される化合物、必要に応じて上述のその他の化合物、添加物を混合することにより、製造することができる。
添加物としては、安定剤、色素化合物等が挙げられる。
安定剤としては、例えば、ヒドロキノン類、ヒドロキノンモノアルキルエーテル類、第三ブチルカテコール類、ピロガロール類、チオフェノール類、ニトロ化合物類、β-ナフチルアミン類、β-ナフトール類、ニトロソ化合物類、ヒンダードフェノール類、ヒンダードアミン類等が挙げられる。
安定剤を使用する場合における安定剤の液晶組成物100質量%中の合計含有量は、0.005~1質量%であることが好ましく、0.02~0.5質量%であることが好ましく、0.03~0.1質量%であることが好ましい。
本発明に係る重合性化合物含有液晶組成物における一般式(i)、一般式(i-1)~(i-3)、一般式(i-1-a)~(i-1-f)、一般式(i-2-a)~(i-2-d)、一般式(i-3-a)~(i-3-b)、構造式(i-1-a.1)~(i-1-a.3)、構造式(i-1-b.1)~(i-1-b.3)、構造式(i-1-c.1)~(i-1-c.3)、構造式(i-1-d.1)~(i-1-d.3)、(i-1-e.1)~(i-1-e.3)、構造式(i-1-f.1)~(i-1-f.3)、構造式(i-2-a.1)~(i-2-a.3)、構造式(i-2-b.1)~(i-2-b.3)、構造式(i-2-c.1)~(i-2-c.3)、構造式(i-2-d.1)~(i-2-d.3)、構造式(i-3-a.1)~(i-3-a.3)又は構造式(i-3-b.1)~(i-3-b.3)で表される化合物と一般式(ii)、一般式(ii-1)~(ii-5)、一般式(ii-1-a)、一般式(ii-2-a)~(ii-2-c)、一般式(ii-3-a)~(ii-3-c)、一般式(ii-4-a)~(ii-4-d)、一般式(ii-5-a)~(ii-5-b)、構造式(ii-1-a.1)~(ii-1-a.4)、構造式(ii-2-a.1)~(ii-2-a.5)、構造式(ii-2-b.1)~(ii-2-b.3)、構造式(ii-2-c.1)~(ii-2-c.3)、構造式(ii-3-a.1)~(ii-3-a.4)、構造式(ii-3-b.1)~(ii-3-b.3)、構造式(ii-4-a.1)~(ii-4-a.3)、構造式(ii-4-b.1)~(ii-4-b.3)、構造式(ii-4-c.1)~(ii-4-c.3)、構造式(ii-4-d.1)~(ii-4-d.3)、構造式(ii-5-a.1)~(ii-5-a.4)又は構造式(ii-5-b.1)~(ii-5-b.4)で表される化合物の質量比は、Δn向上の観点から、1/99~50/50であることが好ましく、3/97~35/65であることが好ましい。
また、Δnの観点から、本発明に係る液晶組成物は、液晶化合物として一般式(i)で表される化合物と一般式(ii)で表される化合物のみを含有することが好ましい。
より具体的には、本発明に係る液晶組成物は、一般式(i)、一般式(i-1)~(i-3)、一般式(i-1-a)~(i-1-d)、一般式(i-3-a)~(i-3-b)、一般式(i-2-a)~(i-2-b)、構造式(i-1-a.1)~(i-1-a.3)、構造式(i-1-b.1)~(i-1-b.3)、構造式(i-1-c.1)~(i-1-c.3)、構造式(i-1-d.1)~(i-1-d.3)、(i-1-e.1)~(i-1-e.3)、構造式(i-1-f.1)~(i-1-f.3)、構造式(i-2-a.1)~(i-2-a.3)、構造式(i-2-b.1)~(i-2-b.3)、構造式(i-2-c.1)~(i-2-c.3)、構造式(i-2-d.1)~(i-2-d.3)、構造式(i-3-a.1)~(i-3-a.3)又は構造式(i-3-b.1)~(i-3-b.3)で表される化合物と一般式(ii)、一般式(ii-1)~(ii-5)、一般式(ii-1-a)、一般式(ii-2-a)~(ii-2-c)、一般式(ii-3-a)~(ii-3-c)、一般式(ii-4-a)~(ii-4-d)、一般式(ii-5-a)~(ii-5-b)、構造式(ii-1-a.1)~(ii-1-a.4)、構造式(ii-2-a.1)~(ii-2-a.5)、構造式(ii-2-b.1)~(ii-2-b.3)、構造式(ii-2-c.1)~(ii-2-c.3)、構造式(ii-3-a.1)~(ii-3-a.4)、構造式(ii-3-b.1)~(ii-3-b.3)、構造式(ii-4-a.1)~(ii-4-a.3)、構造式(ii-4-b.1)~(ii-4-b.3)、構造式(ii-4-c.1)~(ii-4-c.3)、構造式(ii-4-d.1)~(ii-4-d.3)、構造式(ii-5-a.1)~(ii-5-a.4)又は構造式(ii-5-b.1)~(ii-5-b.4)で表される化合物のみを含有することが好ましい。
液晶相上限温度(Tni)は、液晶組成物がネマチック相から等方相へ相転移する温度である。
本発明に係る液晶組成物の液晶相上限温度(Tni)は、Tniが高いほど高温でもネマチック相を維持することができ、駆動温度範囲を広く取ることができる観点から、135℃以上であることが好ましく、137~200℃であることが好ましく、140~195℃であることが好ましい。
液晶相下限温度(T→n)は、液晶組成物が他の相(ガラス、スメクチック相、結晶相)からネマチック相へ相転移する温度である。
本発明に係る液晶組成物の液晶相下限温度(T→n)は、T→nが低いほど低温でもネマチック相を維持することができるため、駆動温度範囲を広く取ることができる観点から、10℃以下であることが好ましく、-78~0℃であることが好ましく、-40~-5℃であることが好ましい。
本発明に係る液晶組成物の25℃、589nmにおけるΔn(屈折率異方性)は、0.36以上であることが好ましく、0.36~0.6であることが好ましく、0.37~0.55であることが好ましく、0.38~0.50であることが好ましい。
可視光領域のΔnは、数十GHz帯のΔεと相関し、Δnが高いほどGHz帯の誘電率の変化を大きくすることができる。従って、液晶組成物の589nmにおけるΔnが0.36以上であれば、GHz帯の誘電率の変化を大きくすることができるため、センサ又はアンテナ用の液晶組成物として好適となる。
ここで、位相差Reと、液晶層の厚さd(セルギャップ)と、Δnと、の間には、式:Δn=Re/dの関係が成り立ち、本明細書においては、位相差測定装置から、Δnを求める。
より具体的には、ポリイミド配向膜付きのガラスセルに、本発明の液晶組成物のサンプルを注入し、測定温度25℃、589nmにおける面内のリタデーション(位相差Re)を位相差フィルム・光学材料検査装置RETS-100(大塚電子株式会社製)で測定する。
なお、ガラス基板間のセルギャップ3.0μm、ポリイミド配向膜のラビング方向が平行のガラスセルを使用する。
また、アッベ屈折計で、液晶組成物のne、noを測定し、Δnを算出してもよい。
(液晶表示素子、センサ、液晶レンズ、光通信機器及びアンテナ)
以下、本発明に係る液晶組成物を用いた液晶表示素子、センサ、液晶レンズ、光通信機器、アンテナについて説明する。
本発明に係る液晶表示素子は、上述の液晶組成物を用いたことを特徴とし、好ましくはアクティブマトリクス方式又はパッシブマトリクス方式で駆動する。
また、本発明に係る液晶表示素子は、上述の液晶組成物の液晶分子の配向方向を可逆的に変えることにより誘電率を可逆的にスイッチングする液晶表示素子であることが好ましい。
本発明に係るセンサは、上述の液晶組成物を用いたことを特徴とし、例えば、その態様として、電磁波、可視光または赤外光を利用する測距センサ、温度変化を利用する赤外線センサ、コレステリック液晶のピッチ変化による反射光波長変化を利用する温度センサ、反射光波長変化を利用する圧力センサ、組成変化による反射光波長変化を利用する紫外線センサ、電圧、電流による温度変化を利用する電気センサ、放射線粒子の飛跡に伴った温度変化を利用する放射線センサ、超音波の機械的振動による液晶分子配列変化を利用する超音波センサ、温度変化による反射光波長変化または電界による液晶分子配列変化を利用する電磁界センサ等が挙げられる。
測距センサとしては、光源を用いるLiDAR(Light Detection And Ranging)用であることが好ましい。
LiDARとしては、人工衛星用、航空機用、無人航空機(ドローン)用、自動車用、鉄道用、船舶用が好ましい。
自動車用としては、自動運転自動車用が特に好ましい。
光源はLED又はレーザであることが好ましく、レーザであることが好ましい。
LiDARに用いられる光は赤外光であることが好ましく、波長は800~2000nmであることが好ましい。
特に、905nmまたは1550nmの波長の赤外レーザが好ましい。
用いる光検出器のコストや全天候における感度を重視する場合は905nmの赤外レーザが好ましく、人間の視覚に関する安全性を重視する場合には1550nmの赤外レーザが好ましい。
本発明に係る液晶組成物は、高いΔnを示すことから、可視光、赤外光および電磁波領域での位相変調力が大きく、検出感度に優れたセンサを提供できる。
本発明に係る液晶レンズは、上述の液晶組成物を用いたことを特徴とし、例えば、その態様の一つとして、第1の透明電極層と、第2の透明電極層と、前記第1の透明電極層及び前記第2の透明電極層の間に設けられた上述の液晶組成物を含む液晶層と、前記第2の透明電極層及び前記液晶層の間に設けられた絶縁層と、前記絶縁層及び前記液晶層の間に設けられた高抵抗層とを有する。本発明に係る液晶レンズは、例えば、2D、3Dの切り替えレンズ、カメラの焦点調節用のレンズなどとして利用される。
本発明に係る光通信機器は、上述の液晶組成物を用いたことを特徴とし、例えば、その態様の一つとして、反射層(電極)の上に、複数の画素の各々を構成する液晶が2次元状に配置された液晶層を有する構成のLCOS(Liquid crystal on silicon)が挙げられる。
本発明に係る光通信機器は、例えば、空間位相変調器として利用される。
本発明に係るアンテナは、上述の液晶組成物を用いたことを特徴とする。
本発明に係るアンテナは、より具体的には、複数のスロットを備えた第1基板と、前記第1基板と対向し、給電部が設けられた第2基板と、前記第1基板と前記第2基板との間に設けられた第1誘電体層と、前記複数のスロットに対応して配置される複数のパッチ電極と、前記パッチ電極が設けられた第3基板と、前記第1基板と前記第3基板との間に設けられた液晶層とを備え、前記液晶層が、上述の液晶組成物を含有する。
液晶組成物としては、イソチオシアネート基(-NCS)を有する一般式(ii)で表される化合物の1種又は2種以上とを含む液晶組成物に対し、インダン構造又はテトラリン構造とイソチオシアネート基(-NCS)を有する一般式(i)で表される化合物の1種又は2種以上を組み合わせて用いることにより、Δnが高く、広い温度範囲の液晶相を有し、常温安定性が良好であるため、熱等の外部刺激に対して高い信頼性を有するアンテナを提供できる。
これにより、マイクロ波又はミリ波の電磁波に対してより大きな位相制御を可能とするアンテナを提供できる。
以下、図を用いて本発明に係るアンテナについて説明する。
図1に示すように、アンテナユニット1が4つ連結されたアンテナ組立体11が車両(自動車)2のルーフ部に取り付けられている。アンテナユニット1は、平面型アンテナであり、ルーフ部に取り付けられていることから、通信衛星方向に対してアンテナユニット1が常に向けられている。これにより、双方で送受信が可能な衛星通信を行うことができる。
なお、本明細書における「アンテナ」とは、アンテナユニット1又はアンテナユニット1を複数連結したアンテナ組立体11を含む。
本発明に係るアンテナは、衛星通信に使用されるKa帯周波数又はK帯周波数もしくはKu帯周波数において動作することが好ましい。
次にアンテナユニット1の構成要素の実施形態の一例を図2に示す。図2は、図1で示すアンテナユニット1の分解図である。具体的には、アンテナユニット1は、アンテナ本体10と、アンテナ本体10を制御する制御板4と、アンテナ本体10及び制御板4とを収容可能な凹部を備えたケース3と、ケース3を封止する上蓋5とを有する構成である。
制御板4には、送信機及び/又は受信機が設けられている。送信機は、音声又は画像等のデータといった信号源からの情報を、情報源符号化処理により、例えば、音声符号化又は画像符号化等され、伝送路符号化処理で誤り訂正符号した後、変調されて電波として伝送する機構を有する。一方、受信機は、到来電波を変調して、伝送路復号処理により誤り訂正した後、情報源復号処理により、例えば音声復号又は画像復号を経て、音声又は画像等のデータといった情報へ変換する機構を有する。また、制御板4は、公知のマイクロコンピュータであるCPU、RAM、ROM等により構成されており、アンテナ本体1、送信機及び/又は受信機の各部の動作を統轄的に制御する。制御板4が備えるCPU又はROMには予め格納された各種プログラムをRAMに読み出して実行することにより、所定の処理が実行される。制御板4は、各種の設定情報又は制御プログラムを記憶する記憶部、アンテナ本体1内の液晶層に印加する電圧量及び電圧方向に関する各種演算、電波の送信に関する各種演算、並びに/又は電波の受信における各種演算を実行する演算部、受信又は送信電波の検出あるいは液晶層への印加電圧の検出を行う検出部等の機能を備えている。
図2では、円盤型のアンテナ本体1を収容可能なケース3の一例として、6角柱型のケース3及び上蓋5を記載しているが、アンテナ本体1の形状に応じてケース3及び上蓋5を、円柱状、八角柱状、三角柱状など公知の形状に適宜変更できる。
アンテナ本体10の構成を説明するために、図3~10を用いて以下説明する。図3は、アンテナ本体10の構成要素を分解した概略図である。
図3に示すように、アンテナ本体10は、スロットアレイ部6と、パッチアレイ部7とを備えている。そして、スロットアレイ部6には、円板状の導体P面上にスロット(切り欠き部)8が複数形成されており、スロットアレイ部6の中心部の内部に給電部12が設けられている。また、パッチアレイ部7には、一例として長さLであり幅Wである方形のパッチ9が円板体Qに複数形成されている。そして、アンテナ本体10は、スロット8が複数形成された円板状の導体Pであるスロットアレイ部6と、パッチが複数形成された円板状のパッチアレイ部7とを有し、かつ当該円板状の導体Pの表面上に形成されたそれぞれのスロット8に対して、パッチ9が対峙して配置されるよう、パッチアレイ部7とスロットアレイ部6とが貼り合わされた構造を有する。
スロットアレイ部6は、円板状の導体P面上に空いた切り欠き部(以下、スロット8)を放射素子(又は入射素子)として用いるアンテナ部である。そして、スロットアレイ部6は、スロット8と円板状の導体Pの中心部に設けられた給電部12とを有する。一般的には、スロットアレイ部6は、伝送線路の先端で直接励振する、あるいはスロット背面に設けた空洞を介して励振する機構を有する。そして、スロットアレイ部6は、地板を利用したアンテナ又はマイクロストリップ線路等からスロットを介したパッチアンテナへの給電等に用いることができる。図3では、スロットアレイ部6の一例として、ラジアルラインスロットアレイの形態を記載しているが、本発明の範囲はこれに限定されるものではない。
図3におけるスロットアレイ部6の上面図を図4に示す。以下、図4を用いてスロットアレイ部6を説明する。スロットアレイ部6は、その中心部に設けられた同軸線により給電する構造を備えている。そのため、図4に示すスロットアレイ部6の中心部には給電部12が設けられている。また、スロットアレイ部6は、円板状の導体Pの表面上に、一組のスロット8(以下、「スロットペア」と称する。)が複数形成されている。スロットペア8は、2つの長方形状の切り欠き部が“ハ”の字に配置された構造を備えている。より詳細には、2つの直方体状のスロット8が直交するように配置されており、スロットペア8の一方のスロットが他方のスロットに対して1/4波長離間して配置されている。これによりアンテナの方位角によって異なる回転方向を持つ円偏波を送受信できる。
なお、本明細書では、2つのスロット8をスロットペア8と称し、1つのスロット8を単にスロット8と称し、スロット及びスロットペアの総称をスロット(ペア)8と称する。
スロットペア8は、円板状の導体基板Pの中心部から放射方向外方に向かってらせん状に複数形成されている。そして、スロットペア8は、らせんに沿って隣接するスロットペア8間の距離がいずれも一定となるよう円盤型の基板表面に形成されている。これにより、スロットアレイ部6の正面で位相が揃って電磁界が強め合うことができ、正面にペンシルビームを形成することができる。
なお、図3及び4では、スロット8の形状の一例を直方体の形状として示しているが、本発明におけるスロット8の形状は、直方体に限定されず、円形、楕円形、多角形など公知の形状を採用できる。また、図3及び4では、スロット8の一例として、スロットペアの態様を示しているが、本発明におけるスロット8は、スロットペアに限定されることはない。さらには、円板状の導体基板Pの表面におけるスロット8の配置をらせん状の例を示しているが、スロット8の配置はらせん状に限定されることはなく、スロット8を例えば後述の図8に示すような同心円状に配置してもよい。
本発明における給電部12は、電磁波を受信する及び/又は電磁波を放射する機能を有する。そして、本発明における給電部12は、放射素子又は入射素子であるパッチ9で電波を捕らえて発生した高周波電力を受信機に伝送する部分、あるいは高周波電力を供給するため放射素子と給電線とを接続する部分であれば、特に制限されることはなく、公知の給電部及び給電線を利用することができる。図3及び図4では、同軸給電部を一例として示している。
パッチアレイ部7は、図3に示すように、長さL、幅Wの方形状のパッチ9を複数有する円板体Qと、スロットアレイ部6との間に充填された液晶層(図示せず)と、を備えている。本実施形態におけるパッチアレイ部7は、いわゆるマイクロストリップアンテナの構成であり、長さLが1/2波長の整数倍に一致する周波数で共振する共振器である。
なお、図3では、パッチ9の一例として、長さL、幅Wの方形状のパッチ9を示しているが、パッチ9の形状は、四角形に限定されることはなく、円状のパッチ9であってもよい。図5に本発明の他の実施形態として、円状のパッチ9の実施形態を示す。
図5は、本発明におけるアンテナ本体10の上面図であり、より詳細には、アンテナ本体10をパッチアレイ部7から見た場合であって、パッチ9、給電部12、スロットペア8を円板体Qの主面に対して垂直投影した図である。そのため、パッチ9、給電部12、及びスロットペア8を破線で表示している。また、パッチ9の形状が円状である場合、一般的には、TM11モードと呼ばれる電磁界分布で動作させることができる。図5に示す通り、パッチ9の投影体と、スロットペア8の投影体とが重なっていることから、円板状の導体Pの表面上に形成されたそれぞれのスロット8に対して、円板体Qに設けられたパッチ9が対峙して配置される状態が理解できる。このようにそれぞれのスロット8に対して、それぞれのパッチ9が対応して配置される構成を利用することで、電磁結合給電方式によりスロット8からパッチ9へ給電する、あるいは、パッチ9からスロット8へ到来電波を伝播することができる。そのため、電波の送信及び/又は受信が可能なアンテナを提供することができる。
一般には、同軸線等の一般的な伝送線路又は平面型伝送線路を用いてパッチアレイ部7の放射素子(例えば、パッチ9)を給電する方法は、直結給電方式及び電磁結合給電方式の2種類に大別される。そのため、本発明における給電方式としては、伝送線路を直接、パッチ9(放射素子)に接続することで放射素子を励振する方法である直結給電方式と、伝送線路とパッチ電極(放射素子)とを直接接続することなく、終端開放又は短絡とした給電線路の周囲に生じる電磁界によりパッチ電極(放射素子)を励振する方法である電磁結合給電方式との2つが挙げられる。本発明では、電磁結合給電方式の態様を示している。
本実施形態では、(同軸)給電部12による給電線路は終端開放であるため、当該給電線路の終端が節に一致する電流定在波が生じる。これにより、当該給電線路((同軸)給電部12)を取り巻くような磁界が発生し、この磁界がスロット8へ入射することによりスロット(ペア)8が励振される。そして、スロット(ペア)8の励振により生じた磁界がパッチ9に入射することによってパッチ9が励振される。励振強度が最大になるのはスロット8に入射する磁界が最大のときであるため、給電線路((同軸)給電部12)から発生する磁界が最大となる位置(電流定在波の腹)にスロット(ペア)8を形成することが好ましい。
本発明に係るアンテナの好適な態様は、ラジアルラインスロットアレイと、パッチアンテナアレイとを組み合わせた構成である。
次に、図5に示すアンテナ本体10の断面図である図6を用いて、アンテナ本体10の実施形態を説明する。図6は、アンテナの構成を示す概略図であることはいうまでもない。
図6に示すように、アンテナ本体10は、円板状の第2基板14と、複数のスロット(ペア)8が中心部から放射方向外方に向かって形成された、円板状の第1基板13(円板状の導体Pに対応する。スロットアレイ基板とも称する)と、第2基板14及び第1基板13の間に設けられた第1誘電体層17と、円板状の第1基板13及び円板状の第2基板14の中心部に設けられた給電部12と、円板状の第3基板15(円板体Qに対応する。パッチ基板とも称する。)と、第3基板15に取り付けられたパッチ9(放射素子又は入射素子)と、第3基板15及び第1基板13の間に設けられた液晶層16とを有する。また、給電部12は給電線12aを介して、制御基板に設けられた送信機及び/又は受信機と電気的に接続されている。そして、それぞれのスロットペア8に対してそれぞれのパッチ9が対応している。
ここでいう「(それぞれ)スロットペア8に対して(それぞれ)パッチ9が対応している」とは、上述した図5の説明の通り、第2基板14の主面に対してパッチ9を垂直投影した投影面がスロット(ペア)8と重なることをいう。換言すると、第3基板15の主面に対してスロット(ペア)8を垂直投影した投影面がパッチ9と重なることをいう。
また、第1基板13、第2基板14、及び第3基板15は、同一の面積を有する円板体であることが好ましい。
図6において、(同軸)給電部12により給電された電波(矢印)が円筒波になって第1誘電体層17内を放射方向外方へ伝播する間に、スロット(ペア)8から液晶層16へと伝送される様子を記している。そして、スロット(ペア)8は、図4に示したように、いわゆる“ハ”の字型の直交する2つのスロットを1/4波長ずらして配置されていると、円偏波を発生することができる。上述したように、電磁結合給電方式により、スロット(ペア)8が励振されることによってスロット(ペア)8から生じた磁界が、パッチ9に入射してパッチ9が励振される。その結果、パッチ9は指向性の高い電波を放射することができる。
一方、到来電波を受信する場合は、送受可逆の定理により、上記とは逆にパッチ9が到来電波を受信した後、当該パッチ9の直下に設けられたスロット(ペア)8を介して給電部12に到来電波が伝播される。
円偏波は、直線偏波とは異なり、時間経過とともに電界方向が回転する電波であり、GPS又はETCで使用される右旋円偏波と、衛星ラジオ放送等で使用される左旋円偏波とに分類され、本発明に係るアンテナは、いずれの偏波であっても受信することができる。
パッチ9と第1基板13との間の液晶層16に電圧を印加することにより液晶層16の液晶分子の配向方向を変えることができる。その結果、液晶層16の誘電率が変わるためスロット(ペア)8の静電容量が変化し、結果的にはスロット(ペア)8のリアクタンス、及び共振周波数を制御することができる。換言すると、液晶層16の誘電率を制御することにより、スロット8のリアクタンス、及び共振周波数を調節できるため、スロット(ペア)8及びパッチ9の励振の調節による各パッチ9への給電を制御することができる。これにより、液晶層16を介する放射電波の調節が可能となる。そのため、例えば、TFTなど液晶層16に印加する電圧を調節する印加電圧調節手段を設けてもよい。また、液晶層16の液晶分子の配向方向を変えることにより屈折率が変化し、その結果として液晶層16を透過する電磁波の位相がずれて、その総合的な結果としてフェーズドアレイ制御が可能となる。
第1基板13及び第2基板14の材料は、銅などの導体であれば特に制限されることはない。また、第3基板15の材料は特に制限されることはなく、使用態様に応じて、ガラス基板、アクリル基板、セラミック(アルミナ)、シリコン、ガラスクロステフロン(登録商標)(PTFE)等の公知の材料を使用することができる。第1誘電体層17の材料は、所望の比誘電率に応じて適宜公知の材料を選択することができ、真空であってもよい。さらに、パッチ9の材料は、銅、銀などの導体であれば特に制限されることはない。
次に、図7を用いて、アンテナ本体10の他の実施形態を説明する。図7において示す実施形態は、アンテナ本体10のスロットアレイ部6の部分が図6で示す実施形態とは異なる態様である。
図7において、アンテナ本体10は、一方の表面に複数のスロット(ペア)8が形成された、中空体の第1基板13と、当該中空体の第1基板13の内部に収容された、円板状の第2基板14、第1誘電体層17、及び給電部12と、円板状の第3基板15と、第3基板15に取り付けられたパッチ9と、第3基板15及び第1基板13の間に設けられた液晶層16とを有し、給電部12は、複数のスロット(ペア)8が形成されていない他方の第1基板13の表面と第2基板14との間に設けられ、かつ第1基板13及び円板状の第2基板14の中心部に設けられている。また、給電部12は給電線12aを介して、制御基板に設けられた送信機及び/又は受信機と電気的に接続されている。そして、それぞれのスロットペア8に対してそれぞれのパッチ9が対応している。また、図7において、中空体の第1基板13の両側面部は、中空体の外方に突出しており、具体的には、水平方向に対して45°の傾斜面を有する。
図7において示すように、(同軸)給電部12により給電された電波(矢印)が円筒波になって第1誘電体層17内を放射方向外方へ伝播する。そして、伝播した円筒波が中空体の第1基板13の両側面部で反射されることにより、第2基板14を回り込んだ円筒波が、円板状の第1基板13の外周から中心に向かう進行波(矢印)に変換されて第1誘電体層17内を伝播する。その際、スロット(ペア)8から液晶層16へ進行波が伝送される。これにより、図6で示した実施形態と同様にパッチ9が励振されて、指向性の高い電波を放射することができる。
一方、到来電波を受信する場合も同様に、パッチ9が到来電波を受信した後、当該パッチ9の直下に設けられたスロット(ペア)8を介して給電部12に到来電波が伝播する。
次に、図8~図10を用いて、アンテナ本体10の別の実施形態について説明する。上述した図5~図7のアンテナ本体10の実施形態では、第1基板13と第3基板15との間に液晶層16が一様に設けられたアンテナ本体10の構成について説明した。一方、図8~図10の実施形態では、パッチ9とスロット8とそれぞれ配置された空間内(以下、密封領域20)に液晶層16が充填されたアンテナ本体10の構成について説明する。
図8は、本発明に係るアンテナ本体10の実施形態の一例を示す上面図である。より詳細には、図8は、アンテナ本体10をパッチアレイ部7から見た場合であって、パッチ9、給電部12、スロット8を円板体Qの主面に対して垂直投影した図である。そのため、図5と同様に、パッチ9、給電部12、及びスロット8を破線で表示している。図8では、方形状のパッチ9と、1つの直方体状のスロット8とが密封領域20にそれぞれ対応して配置されている。また、図8に示す通り、パッチ9の投影体と、スロット8の投影体とが重なっていることから、パッチ9の直下にスロット8が形成されている。これにより、図8で示すアンテナ本体10の実施形態は、電磁結合給電方式によりスロット8からパッチ9へ給電する、あるいはパッチ9からスロット8へ到来電波を伝播することができる。そのため、電波の送信及び/又は受信が可能なアンテナを提供することができる。
また、図8で示すように、本実施形態において、パッチ9及びスロット8は、円板体Qの中心から円板体Qの外周方向に向かって、同心円状に配置されている。そのため、同軸モード給電により、円錐ビームが出るため、円板体Qの正面で位相が揃って電磁界が強め合うことができる。
次に、図8に示すアンテナ本体10の断面図である図9を用いて、アンテナ本体10の実施形態を説明する。なお、図9は、アンテナの構成を示す概略図であることは言うまでもない。
図9に示すように、アンテナ本体10は、円板状の第2基板14と、複数のスロット8が中心部から放射方向外方に向かって同心軸状に形成された、円板状の第1基板13と、第2基板14側の第1基板13表面に設けられたバッファー層22と、バッファー層22と第2基板14との間に設けられた第1誘電体層17と、円板状の第1基板13及び円板状の第2基板14の中心部に設けられ、かつ第1誘電体層17と接触するよう設けられた給電部12と、円板状の第3基板15と、第3基板15に取り付けられたパッチ9(放射素子又は入射素子)と、第3基板15及び第1基板13の間のシール壁24によって隔離され、かつパッチ9が設けられた複数の密封領域20内をパッチ9と接触するように充填された液晶層16と、を有する。また、給電部12は給電線12aを介して、制御基板に設けられた送信機及び/又は受信機と電気的に接続されている。そして、それぞれのスロット8に対してそれぞれのパッチ9が対応しており、各密封領域20内には、少なくとも1つのパッチ9と、少なくとも1つのスロット8と、液晶層16とが存在しており、複数の密封領域20のそれぞれはシール壁21,23,24を介して隔離されている。
図9には示されていないが、必要により各密封領域20内に液晶層16の電圧を制御するTFT(薄膜トランジスタ)を例えば、第1基板13上に設けてもよい。これにより、液晶層16の電圧の印加をアクティブ方式で制御することができる。また、必要により、各密封領域20内に液晶層16を構成する液晶分子の配向方向を固定するために配向膜を設けてもよい。上記配向膜としては、液晶分子の垂直方向へ配向を容易にするホメオトロピック配向膜又は液晶分子の水平方向へ配向を容易にするホモジニアス配向膜を第1基板13と液晶層16との間に設けてもよい。例えば、ポリイミド配向膜、光配向膜等が挙げられる。
次に、図8に示すアンテナ本体10のB-B線で切断した断面図である図10を用いて、本実施形態における密封領域20を説明する。なお、図10は、密封領域20を示す概略図であることは言うまでもない。
図10に示すように、密封領域20は、シール壁24と、バッファー層22及び第1基板13と第3基板15とによって、上下四方囲まれた密封空間であり、内部には少なくとも1つのパッチ9と、少なくとも1つのスロット8とが対峙するよう同一の密封空間内に設けられ、かつ液晶層16が充填されている。
本実施形態において、シール壁24は、公知の絶縁体などから形成されていてもよい。また、バッファー層22は、公知の誘電体材料などから形成されていてもよい。
図10には示していないが、必要により密封領域20内に液晶層16の電圧を制御するTFT(薄膜トランジスタ)を、例えば、第1基板13上に設けてもよい。これにより、液晶層16の電圧の印加をアクティブ方式で制御することができる。当該アクティブ方式よる駆動方法についてより詳細に説明すると、例えば、パッチ9を共通電極とし、かつ第1基板13を画素電極として、第1基板13上に形成されたTFTによりパッチ9と第1基板13との間の電圧を制御して液晶層16の液晶分子の配向を制御する方法、あるいは第1基板13を画素電極とし、かつ第1基板13上に電極層及びTFTを形成して、パッチ9と第1基板13との間の電圧を制御して液晶層16の液晶分子の配向を制御する方法、さらには第1基板13上に櫛歯電極及びTFTを設けて、当該TFTにより液晶層16の液晶分子の配向を制御する方法等が挙げられる。なお、液晶層16の電圧の印加をアクティブ方式で制御する方法は上記方法に限定されることはない。
また、この際、各密封領域20内に液晶層16を構成する液晶分子の配向方向を固定するために配向膜を設けてもよい。上記配向膜としては、液晶分子の垂直方向へ配向を容易にするホメオトロピック配向膜又は液晶分子の水平方向へ配向を容易にするホモジニアス配向膜を第1基板13と液晶層16との間に設けてもよい。
液晶層16を同調させるために、パッチ9と第1基板13との間の液晶層16に印加する電圧を変調してもよい。例えば上述したように、液晶層16への印加電圧がアクティブ方式を用いて制御されることにより、スロット8の静電容量が変化し、結果的にはスロット8のリアクタンス、及び共振周波数を制御することができる。スロット8の共振周波数は、線路を伝播する電波から放射されるエネルギーに対して相関関係を有する。そのため、スロット8の共振周波数を調整することにより、スロット8が給電部12からの円筒波エネルギーと実質的に結合しないようにする、あるいは円筒波エネルギーと結合し、自由空間に放射する。このような、スロット8のリアクタンス及び共振周波数の制御は、複数形成されている密封領域20のそれぞれで行うことができる。換言すると、液晶層16の誘電率を制御することにより、各密封領域20内のパッチ9への給電をTFTにより制御することができる。そのため、電波を送信するパッチ9と電波を送信しないパッチとを制御することができるため、液晶層16を介する放射電波の送信及び受信の調節が可能となる。
以下に、実施例を挙げて本発明を更に詳しく説明するが、本発明は下記の実施例に何ら限定されるものではない。
以下の実施例及び比較例の組成物は各化合物を表中の割合で含有し、含有量は「質量%」で記載した。
また、化合物の記載は、以下の略号を用いる。なお、シス体とトランス体を取りうる化合物は、特に断りがない限りトランス体を表す。
<環構造>
<末端構造>
(ただし、表中のnは自然数である。)
<連結構造>
(ただし、表中のnは自然数である。)
<物性値>
Tni(℃):液晶組成物がネマチック相から等方相へ転移する温度(上限温度)
T→n(℃):液晶組成物が他相からネマチック相へ転移する温度(下限温度)
Δn:液晶組成物の25℃、589nmにおける屈折率異方性
Δε:液晶組成物の25℃、1kHzにおける誘電率異方性
常温安定性:1mLのサンプル瓶(マルエム社製)に液晶組成物を0.5g秤量し、備え付けの蓋をした。これを25℃の温度制御式恒温槽(エスペック社製、SH-241)の中で336時間にわたって保存し、24時間ごとに目視にて液晶組成物からの析出物の発生を確認した。
Vth:8.3μmギャップTNセルを用いて測定した液晶組成物の25℃における閾値電圧
(実施例1~9並びに比較例1)
実施例1~9並びに比較例1の液晶組成物を製作し、その物性値を測定した。結果を表3及び4に示す。
実施例1~9より、イソチオシアネート基(-NCS)を有する一般式(ii)で表される化合物の1種又は2種以上を含む液晶組成物に対し、インダン構造又はテトラリン構造とイソチオシアネート基(-NCS)を有する一般式(i)で表される化合物の1種又は2種以上を組み合わせて用いた液晶組成物は、Tniが135℃以上であり、Δnが0.36以上であったことから、広い温度範囲の液晶相を有し、高い屈折率異方性(Δn)を有することが知見された。
また、常温における安定性も良好であった。
一方、比較例1より、インダン構造又はテトラリン構造とイソチオシアネート基(-NCS)を有する一般式(i)で表される化合物を組み合わせて用いなかった液晶組成物は、常温における安定性が良好であったものの、Tniが135℃未満であり、Δnが0.36未満であったことから、液晶相の温度範囲と屈折率異方性(Δn)に関し、劣る結果となった。
(実施例10~11)
実施例10~11の液晶組成物を製作し、その物性値を測定したところ、同様の効果が確認された。結果を表5に示す。