(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
式(I)で表される構造を有する添加剤分子を含む添加剤。
【化1】
(式(I)中、
R
1は、フッ素、塩素、水素、C
1−C
20直鎖アルキル基、C
3−C
20分岐アルキル基、C
1−C
20直鎖アルコキシ基、またはC
3−C
20分岐アルコキシ基を表し、前記C
1−C
20直鎖アルキル基、前記C
3−C
20分岐アルキル基、前記C
1−C
20直鎖アルコキシ基、もしくは前記C
3−C
20分岐アルコキシ基は非置換である、または前記C
1−C
20直鎖アルキル基、前記C
3−C
20分岐アルキル基、前記C
1−C
20直鎖アルコキシ基、もしくは前記C
3−C
20分岐アルコキシ基の少なくとも1つの−CH
2−が−C≡C−、−CH=CH−、−CF
2O−、−O−、−COO−、−OCO−、もしくは−OOC−で置換されている、および/または前記C
1−C
20直鎖アルキル基、前記C
3−C
20分岐アルキル基、前記C
1−C
20直鎖アルコキシ基、もしくは前記C
3−C
20分岐アルコキシ基の少なくとも1つの水素原子がハロゲン原子で置換されており;
A
1は、1,4−フェニレン基、1,4−シクロヘキシレン基、ベンゾフラン−2,5−ジイル基、1,3−ジオキサン−2,5−ジイル基、テトラヒドロピラン−2,5−ジイル基、二価ジオキサビシクロ[2.2.2]オクチレン基、二価トリオキサビシクロ[2.2.2]オクチレン基、テトラヒドロナフタレン−2,6−ジイル基、1,3−シクロペンチレン、1,3−シクロブチレン、またはインダン−2,5−ジイル基を表し、前記1,4−フェニレン基、前記1,4−シクロヘキシレン基、前記テトラヒドロナフタレン−2,6−ジイル基、前記1,3−シクロペンチレン、前記1,3−シクロブチレン、もしくは前記インダン−2,5−ジイル基は非置換である、または前記1,4−フェニレン基、前記1,4−シクロヘキシレン基、前記テトラヒドロナフタレン−2,6−ジイル基、前記1,3−シクロペンチレン、前記1,3−シクロブチレン、もしくは前記インダン−2,5−ジイル基の少なくとも1つの水素原子がハロゲン原子、−CH
3、−CH
2CH
3、もしくは−CN基で置換されている、および/または前記1,4−フェニレン基、前記1,4−シクロヘキシレン基、前記テトラヒドロナフタレン−2,6−ジイル基、前記1,3−シクロペンチレン、前記1,3−シクロブチレン、もしくは前記インダン−2,5−ジイル基の少なくとも1つの−CH
2−が−O−、−N−もしくは−S−で置換されており、かつ、前記−O−、−N−、および−S−は互いに直接結合せず;
A
2は、1,4−フェニレン基、1,4−シクロヘキシレン基、ベンゾフラン−2,5−ジイル基、またはインダン−2,5−ジイル基を表し、前記1,4−フェニレン基、前記1,4−シクロヘキシレン基、前記ベンゾフラン−2,5−ジイル基、もしくは前記インダン−2,5−ジイル基は非置換である、または前記1,4−フェニレン基、前記1,4−シクロヘキシレン基、前記ベンゾフラン−2,5−ジイル基、もしくは前記インダン−2,5−ジイル基の少なくとも1つの水素原子がハロゲン原子、−CH
3、−CH
2CH
3、もしくは−CN基で置換されている、および/または前記1,4−フェニレン基、前記1,4−シクロヘキシレン基、前記ベンゾフラン−2,5−ジイル基、もしくは前記インダン−2,5−ジイル基の少なくとも1つの−CH
2−が−O−、−N−もしくは−S−で置換されており、かつ前記−O−、−N−、および−S−は互いに直接結合せず;
Z
1は単結合
を表し;
n
1は1、2、または3を表し、n
1が2または3を表すとき、2つまたはそれ以上の前記A
1基は互いに同じであるかまたは互いに異なり
;
n
2は0または1を表し;
K
1は式(Ia)、式(Ib)、または式(Ic)で示される構造を表し:
【化2】
式(Ia)、式(Ib)、および式(Ic)中、
L
1、L
2、およびL
3の各々は独立に、単結合、C
1−C
15直鎖アルキレン基、C
3−C
15分岐アルキレン基、C
1−C
15直鎖アルキレンオキシ基、またはC
3−C
15分岐アルキレンオキシ基を表し、前記C
1−C
15直鎖アルキレン基、前記C
3−C
15分岐アルキレン基、前記C
1−C
15直鎖アルキレンオキシ基、もしくは前記C
3−C
15分岐アルキレンオキシ基は非置換である、または前記C
1−C
15直鎖アルキレン基、前記C
3−C
15分岐アルキレン基、前記C
1−C
15直鎖アルキレンオキシ基、もしくは前記C
3−C
15分岐アルキレンオキシ基の少なくとも1つの−CH
2−が−C≡C−、−CH=CH−、−CF
2O−、−SiR
a2−、−O−、−COO−、−OCO−、もしくは−OOC−で置換されている、および/または前記C
1−C
15直鎖アルキレン基、前記C
3−C
15分岐アルキレン基、前記C
1−C
15直鎖アルキレンオキシ基、もしくは前記C
3−C
15分岐アルキレンオキシ基の少なくとも1つの水素原子がハロゲン原子で置換されており、かつこのうちR
aはC
1−C
10直鎖アルキル基またはC
3−C
10分岐アルキル基を表し、同じSi原子に結合した2つのR
a基は互いに同じであるかまたは互いに異なり;
R
2、R
3、およびR
4の各々は独立に、フッ素、塩素、水素、C
1−C
10直鎖アルキル基、C
3−C
10分岐アルキル基、C
1−C
10直鎖アルコキシ基、またはC
3−C
10分岐アルコキシ基を表し、前記C
1−C
10直鎖アルキル基、前記C
3−C
10分岐アルキル基、前記C
1−C
10直鎖アルコキシ基、もしくは前記C
3−C
10分岐アルコキシ基は非置換である、または前記C
1−C
10直鎖アルキル基、前記C
3−C
10分岐アルキル基、前記C
1−C
10直鎖アルコキシ基、もしくは前記C
3−C
10分岐アルコキシ基の少なくとも1つの−CH
2−が−C≡C−、−CH=CH−、−CF
2O−、−O−、−COO−、−OCO−、もしくは−OOC−で置換されている、および/または前記C
1−C
10直鎖アルキル基、前記C
3−C
10分岐アルキル基、前記C
1−C
10直鎖アルコキシ基、もしくは前記C
3−C
10分岐アルコキシ基の少なくとも1つの水素原子がハロゲン原子で置換されており;
このうち、Y
1は、−OH、C
1−C
15アルキル基、またはC
2−C
15アルケニル基を表し、前記C
1−C
15アルキル基または前記C
2−C
15アルケニル基の少なくとも1つの水素原子が−OHで置換されており;
Y
2は水素、ハロゲン、C
1−C
15アルキル基、またはC
2−C
15アルケニル基を表し、前記C
1−C
15アルキル基もしくは前記C
2−C
15アルケニル基は非置換である、または前記C
1−C
15アルキル基もしくは前記C
2−C
15アルケニル基の少なくとも1つの水素原子がハロゲン原子で置換されており;
Z
2は単結合
を表し;
A
3は1,4−フェニレン基、1,4−シクロヘキシレン基、ベンゾフラン−2,5−ジイル基、またはインダン−2,5−ジイル基を表し、前記1,4−フェニレン基、前記1,4−シクロヘキシレン基、前記ベンゾフラン−2,5−ジイル基、もしくは前記インダン−2,5−ジイル基は非置換である、または前記1,4−フェニレン基、前記1,4−シクロヘキシレン基、前記ベンゾフラン−2,5−ジイル基、もしくは前記インダン−2,5−ジイル基の少なくとも1つの水素原子がハロゲン原子、−CH
3、−CH
2CH
3、もしくは−CN基で置換されている、および/または前記1,4−フェニレン基、前記1,4−シクロヘキシレン基、前記ベンゾフラン−2,5−ジイル基、もしくは前記インダン−2,5−ジイル基の少なくとも1つの−CH
2−が−O−、−N−もしくは−S−で置換されており、かつ前記−O−、−N−、および−S−は互いに直接結合せず;
n
3+n
4=3であり、n
4は2または3を表し、2つまたはそれ以上の前記L
2基は互いに同じであるかまたは互いに異なり、かつ2つまたはそれ以上の前記X
1基は互いに同じであるかまたは互いに異なり;
n
5+n
6=3であり、n
6は2または3を表し、2つまたはそれ以上の前記L
2基は互いに同じであるかまたは互いに異なり、かつ2つまたはそれ以上の前記X
2基は互いに同じであるかまたは互いに異なり;
n
7は0、1、または2を表し、n
7が2を表すとき、2つの前記K
3基は互いに同じであるかまたは互いに異なり;
n
8は1または2を表し、n
8が2を表すとき
、2つの前記A
3基は互いに同じであるかまたは互いに異なり、かつ2つの前記K
3基は互いに同じであるかまたは互いに異なり;
n
8が1を表すとき、n
7は2を表し;
n
8が2を表すとき、前記K
2基に直接結合している前記A
3基中のn
7は2を表し、かつ前記Z
2基に直接結合している前記A
3基中のn
7は0、1、または2を表し;
K
2は式(Id)、式(Ie)、または式(If)で示される構造を表し:
【化3】
K
3は式(Ig)または式(Ih)で示される構造を表し:
【化4】
式(Id)、式(Ie)、式(If)、式(Ig)、および式(Ih)中、
L
1、L
2、L
3、L
4、L
5、L
6、およびL
7の各々は独立に、単結合、C
1−C
15直鎖アルキレン基、C
3−C
15分岐アルキレン基、C
1−C
15直鎖アルキレンオキシ基、またはC
3−C
15分岐アルキレンオキシ基を表し、前記C
1−C
15直鎖アルキレン基、前記C
3−C
15分岐アルキレン基、前記C
1−C
15直鎖アルキレンオキシ基、もしくは前記C
3−C
15分岐アルキレンオキシ基は非置換である、または前記C
1−C
15直鎖アルキレン基、前記C
3−C
15分岐アルキレン基、前記C
1−C
15直鎖アルキレンオキシ基、もしくは前記C
3−C
15分岐アルキレンオキシ基の少なくとも1つの−CH
2−が−C≡C−、−CH=CH−、−CF
2O−、−SiR
a2−、−O−、−COO−、−OCO−、もしくは−OOC−で置換されている、および/または前記C
1−C
15直鎖アルキレン基、前記C
3−C
15分岐アルキレン基、前記C
1−C
15直鎖アルキレンオキシ基、もしくは前記C
3−C
15分岐アルキレンオキシ基の少なくとも1つの水素原子がハロゲン原子で置換されており、R
a基はC
1−C
10直鎖アルキル基またはC
3−C
10分岐アルキル基を表し、同じSi原子に結合している2つのR
a基は互いに同じであるかまたは互いに異なり;
R
2、R
3、R
4、R
5およびR
6の各々は独立に、フッ素、塩素、水素、C
1−C
10直鎖アルキル基、C
3−C
10分岐アルキル基、C
1−C
10直鎖アルコキシ基、またはC
3−C
10分岐アルコキシ基を表し、前記C
1−C
10直鎖アルキル基、前記C
3−C
10分岐アルキル基、前記C
1−C
10直鎖アルコキシ基、もしくは前記C
3−C
10分岐アルコキシ基は非置換である、または前記C
1−C
10直鎖アルキル基、前記C
3−C
10分岐アルキル基、前記C
1−C
10直鎖アルコキシ基、もしくは前記C
3−C
10分岐アルコキシ基の少なくとも1つの−CH
2−が−C≡C−、−CH=CH−、−CF
2O−、−O−、−COO−、−OCO−、もしくは−OOC−で置換されている、および/または前記C
1−C
10直鎖アルキル基、前記C
3−C
10分岐アルキル基、前記C
1−C
10直鎖アルコキシ基、もしくは前記C
3−C
10分岐アルコキシ基の少なくとも1つの水素原子がハロゲン原子で置換されており;
このうちY
1は−OH、C
1−C
15アルキル基、またはC
2−C
15アルケニル基を表し、前記C
1−C
15アルキル基または前記C
2−C
15アルケニル基の少なくとも1つの水素原子は−OHで置換されており;
Y
2は水素、ハロゲン、C
1−C
15アルキル基、またはC
2−C
15アルケニル基を表し、前記C
1−C
15アルキル基もしくは前記C
2−C
15アルケニル基は非置換である、または前記C
1−C
15アルキル基もしくは前記C
2−C
15アルケニル基の少なくとも1つの水素原子がハロゲン原子で置換されており;
n
9+n
10=3であり、n
10は2または3を表し、2つまたはそれ以上の前記L
7基は互いに同じであるかまたは互いに異なり、2つまたはそれ以上の前記X
4基は互いに同じであるかまたは互いに異なり;
n11+n12=3であり、n12は2または3を表し、2つまたはそれ以上の前記L
2基は互いに同じであるかまたは互いに異なり、かつ2つまたはそれ以上の前記X
5基は互いに同じであるかまたは互いに異なり
;
n13+n14=3であり、n14は2または3を表し、2つまたはそれ以上の前記L
2基は互いに同じであるかまたは互いに異なり、かつ2つまたはそれ以上の前記X
6基は互いに同じであるかまたは互いに異なり
;
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
したがって、この技術分野においては、優れた垂直配向能、高い電圧保持率およびその配向能の高い安定性を有する液晶組成物が依然求められる。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本開示の1実施形態において、添加剤が提供される。該添加剤は、式(I)で表される構造を有する添加剤分子を含む:
【0008】
【化1】
【0009】
式(I)中、
R
1は、フッ素、塩素、水素、C
1−C
20直鎖アルキル基、C
3−C
20分岐アルキル基、C
1−C
20直鎖アルコキシ基、またはC
3−C
20分岐アルコキシ基を表し、C
1−C
20直鎖アルキル基、C
3−C
20分岐アルキル基、C
1−C
20直鎖アルコキシ基、もしくはC
3−C
20分岐アルコキシ基は非置換である、またはC
1−C
20直鎖アルキル基、C
3−C
20分岐アルキル基、C
1−C
20直鎖アルコキシ基、もしくはC
3−C
20分岐アルコキシ基の少なくとも1つの−CH
2−が−C≡C−、−CH=CH−、CF
2O−、−O−、−COO−、−OCO−、もしくは−OOC−で置換されている、および/またはC
1−C
20直鎖アルキル基、C
3−C
20分岐アルキル基、C
1−C
20直鎖アルコキシ基、もしくはC
3−C
20分岐アルコキシ基の少なくとも1つの水素原子がハロゲン原子で置換されており;
A
1は、1,4−フェニレン基、1,4−シクロヘキシレン基、ベンゾフラン−2,5−ジイル基、1,3−ジオキサン−2,5−ジイル基、テトラヒドロピラン−2,5−ジイル基、二価ジオキサビシクロ[2.2.2]オクチレン基、二価トリオキサビシクロ[2.2.2]オクチレン基、テトラヒドロナフタレン−2,6−ジイル基、1,3−シクロペンチレン、1,3−シクロブチレン、またはインダン−2,5−ジイル基を表し、1,4−フェニレン基、1,4−シクロヘキシレン基、テトラヒドロナフタレン−2,6−ジイル基、1,3−シクロペンチレン、1,3−シクロブチレンもしくはインダン−2,5−ジイル基は非置換である、または1,4−フェニレン基、1,4−シクロヘキシレン基、テトラヒドロナフタレン−2,6−ジイル基、1,3−シクロペンチレン、1,3−シクロブチレン、もしくはインダン−2,5−ジイル基の少なくとも1つの水素原子がハロゲン原子、−CH
3、−CH
2CH
3、もしくは−CN基で置換されている、および/または1,4−フェニレン基、1,4−シクロヘキシレン基、テトラヒドロナフタレン−2,6−ジイル基、1,3−シクロペンチレン、1,3−シクロブチレンもしくはインダン−2,5−ジイル基の少なくとも1つの−CH
2−が−O−、−N−もしくは−S−で置換されており、かつ−O−、−N−、および−S−は互いに直接結合せず;
A
2は、1,4−フェニレン基、1,4−シクロヘキシレン基、ベンゾフラン−2,5−ジイル基、またはインダン−2,5−ジイル基を表し、1,4−フェニレン基、1,4−シクロヘキシレン基、ベンゾフラン−2,5−ジイル基、もしくはインダン−2,5−ジイル基は非置換である、または1,4−フェニレン基、1,4−シクロヘキシレン基、ベンゾフラン−2,5−ジイル基、もしくはインダン−2,5−ジイル基の少なくとも1つの水素原子がハロゲン原子、−CH
3、−CH
2CH
3、もしくは−CN基で置換されている、および/または1,4−フェニレン基、1,4−シクロヘキシレン基、ベンゾフラン−2,5−ジイル基、もしくはインダン−2,5−ジイル基の少なくとも1つの−CH
2−が−O−、−N−もしくは−S−で置換されており、かつ−O−、−N−、および−S−は互いに直接結合せず;
Z
1は単結合、C
1−C
15アルキレン基、C
1−C
15アルキレンオキシ基、−C≡C−、−CH=CH−、−CF
2O−、−OCF
2−、−COO−、−OCO−、−OOC−、−CF
2−CF
2−、または−CF=CF−を表し;
n
1は1、2、または3を表し、n
1が2または3を表すとき、2つまたはそれ以上のA
1基は互いに同じであるかまたは互いに異なり、かつ2つまたはそれ以上のZ
1基は互いに同じであるかまたは互いに異なり;
n
2は0または1を表し;かつ
K
1は、式(Ia)、式(Ib)、または式(Ic)で示される構造を表し:
【0010】
【化2】
【0011】
式(Ia)、式(Ib)、および式(Ic)中、
L
1、L
2、およびL
3の各々は独立に、単結合、C
1−C
15直鎖アルキレン基、C
3−C
15分岐アルキレン基、C
1−C
15直鎖アルキレンオキシ基、またはC
3−C
15分岐アルキレンオキシ基を表し、C
1−C
15直鎖アルキレン基、C
3−C
15分岐アルキレン基、C
1−C
15直鎖アルキレンオキシ基、もしくはC
3−C
15分岐アルキレンオキシ基は非置換である、またはC
1−C
15直鎖アルキレン基、C
3−C
15分岐アルキレン基、C
1−C
15直鎖アルキレンオキシ基、もしくはC
3−C
15分岐アルキレンオキシ基の少なくとも1つの−CH
2−が−C≡C−、 −CH=CH−、 −CF
2O−、 −SiR
a2−、 −O−、 −COO−、 −OCO−、もしくは−OOC−で置換されている、および/またはC
1−C
15直鎖アルキレン基、C
3−C
15分岐アルキレン基、C
1−C
15直鎖アルキレンオキシ基、もしくはC
3−C
15分岐アルキレンオキシ基の少なくとも1つの水素原子がハロゲン原子で置換されており、かつこのうちR
aはC
1−C
10直鎖アルキル基またはC
3−C
10分岐アルキル基を表し、同じSi原子に結合した2つのR
a基は互いに同じであるかまたは互いに異なり;
R
2、R
3、およびR
4の各々は独立に、フッ素、塩素、水素、C
1−C
10直鎖アルキル基、C
3−C
10分岐アルキル基、C
1−C
10直鎖アルコキシ基、またはC
3−C
10分岐アルコキシ基を表し、C
1−C
10直鎖アルキル基、C
3−C
10分岐アルキル基、C
1−C
10直鎖アルコキシ基、もしくはC
3−C
10分岐アルコキシ基は非置換である、またはC
1−C
10直鎖アルキル基、C
3−C
10分岐アルキル基、C
1−C
10直鎖アルコキシ基、もしくはC
3−C
10分岐アルコキシ基の少なくとも1つの−CH
2−が−C≡C−、−CH=CH−、−CF
2O−、−O−、−COO−、−OCO−、もしくは−OOC−で置換されている、および/またはC
1−C
10直鎖アルキル基、C
3−C
10分岐アルキル基、C
1−C
10直鎖アルコキシ基、もしくはC
3−C
10分岐アルコキシ基の少なくとも1つの水素原子がハロゲン原子で置換されており;
Y
1は、−OH、C
1−C
15アルキル基、またはC
2−C
15アルケニル基を表し、C
1−C
15アルキル基またはC
2−C
15アルケニル基の少なくとも1つの水素原子が−OHで置換されており;
Y
2は水素、ハロゲン、C
1−C
15アルキル基、またはC
2−C
15アルケニル基を表し、C
1−C
15アルキル基もしくはC
2−C
15アルケニル基は非置換である、またはC
1−C
15アルキル基もしくはC
2−C
15アルケニル基の少なくとも1つの水素原子がハロゲン原子で置換されており;
Z
2は単結合、C
1−C
15アルキレン基、C
1−C
15アルキレンオキシ基、−C≡C−、−CH=CH−、−CF
2O−、−OCF
2−、−COO−、−OCO−、−OOC−、−CF
2−CF
2−、または−CF=CF−を表し;
A
3は1,4−フェニレン基、1,4−シクロヘキシレン基、ベンゾフラン−2,5−ジイル基、またはインダン−2,5−ジイル基を表し、1,4−フェニレン基、1,4−シクロヘキシレン基、ベンゾフラン−2,5−ジイル基、もしくはインダン−2,5−ジイル基は非置換である、または1,4−フェニレン基、1,4−シクロヘキシレン基、ベンゾフラン−2,5−ジイル基、もしくはインダン−2,5−ジイル基の少なくとも1つの水素原子がハロゲン原子、−CH
3、−CH
2CH
3、もしくは−CN基で置換されている、および/または1,4−フェニレン基、1,4−シクロヘキシレン基、ベンゾフラン−2,5−ジイル基、もしくはインダン−2,5−ジイル基の少なくとも1つの−CH
2−が−O−、−N−もしくは−S−で置換されており、かつ−O−、−N−、および−S−は互いに直接結合せず;
n
3+n
4=3であり、n
4は2または3を表し、2つまたはそれ以上のL
2基は互いに同じであるかまたは互いに異なり、かつ2つまたはそれ以上のX
1基は互いに同じであるかまたは互いに異なり;
n
5+n
6=3であり、n
6は2または3を表し、2つまたはそれ以上のL
2基は互いに同じであるかまたは互いに異なり、かつ2つまたはそれ以上のX
2基は互いに同じであるかまたは互いに異なり;
n
7は0、1、または2を表し、n
7が2を表すとき、2つのK
3基は互いに同じであるかまたは互いに異なり;
n
8は1または2を表し、n
8が2を表すとき、2つのZ
2基は互いに同じであるかまたは互いに異なり、2つのA
3基は互いに同じであるかまたは互いに異なり、かつ2つのK
3基は互いに同じであるかまたは互いに異なり;
n
8が1を表すとき、n
7は2を表し;
n
8が2を表すとき、K
2基に直接結合しているA
3基中のn
7は2を表し、かつZ
2基に直接結合しているA
3基中のn
7は0、1、または2を表し;
K
2は式(Id)、式(Ie)、または式(If)で示される構造を表し:
【0012】
【化3】
【0013】
K
3は式(Ig)または式(Ih)で示される構造を表し:
【0014】
【化4】
式(Id)、式(Ie)、式(If)、式(Ig)、および式(Ih)中、
L
1、L
2、L
3、L
4、L
5、L
6、およびL
7の各々は独立に、単結合、C
1−C
15直鎖アルキレン基、C
3−C
15分岐アルキレン基、C
1−C
15直鎖アルキレンオキシ基、またはC
3−C
15分岐アルキレンオキシ基を表し、C
1−C
15直鎖アルキレン基、C
3−C
15分岐アルキレン基、C
1−C
15直鎖アルキレンオキシ基、もしくはC
3−C
15分岐アルキレンオキシ基は非置換である、またはC
1−C
15直鎖アルキレン基、C
3−C
15分岐アルキレン基、C
1−C
15直鎖アルキレンオキシ基、もしくはC
3−C
15分岐アルキレンオキシ基の少なくとも1つの−CH
2−が−C≡C−、−CH=CH−、−CF
2O−、−SiR
a2−、−O−、−COO−、−OCO−、または−OOC−で置換されている、および/またはC
1−C
15直鎖アルキレン基、C
3−C
15分岐アルキレン基、C
1−C
15直鎖アルキレンオキシ基、もしくはC
3−C
15分岐アルキレンオキシ基の少なくとも1つの水素原子がハロゲン原子で置換されており、R
a基はC
1−C
10直鎖アルキル基またはC
3−C
10分岐アルキル基を表し、同じSi原子に結合している2つのR
a基は互いに同じであるかまたは互いに異なり;
R
2、R
3、R
4、R
5およびR
6の各々は独立に、フッ素、塩素、水素、C
1−C
10直鎖アルキル基、C
3−C
10分岐アルキル基、C
1−C
10直鎖アルコキシ基、またはC
3−C
10分岐アルコキシ基を表し、C
1−C
10直鎖アルキル基、C
3−C
10分岐アルキル基、C
1−C
10直鎖アルコキシ基、もしくはC
3−C
10分岐アルコキシ基は非置換である、またはC
1−C
10直鎖アルキル基、C
3−C
10分岐アルキル基、C
1−C
10直鎖アルコキシ基、もしくはC
3−C
10分岐アルコキシ基の少なくとも1つの−CH
2−が−C≡C−、−CH=CH−、−CF
2O−、−O−、−COO−、−OCO−、−OOC−で置換されている、および/またはC
1−C
10直鎖アルキル基、C
3−C
10分岐アルキル基、C
1−C
10直鎖アルコキシ基、もしくはC
3−C
10分岐アルコキシ基の少なくとも1つの水素原子がハロゲン原子で置換されており;
このうちY
1は−OH、C
1−C
15アルキル基、またはC
2−C
15アルケニル基を表し、C
1−C
15アルキル基またはC
2−C
15アルケニル基の少なくとも1つの水素原子が−OHで置換されており;
Y
2は水素、ハロゲン、C
1−C
15アルキル基、またはC
2−C
15アルケニル基を表し、C
1−C
15アルキル基もしくはC
2−C
15アルケニル基は非置換である、またはC
1−C
15アルキル基またはC
2−C
15アルケニル基の少なくとも1つの水素原子がハロゲン原子で置換されており;
n
9+n
10=3であり、n
10は2または3を表し、2つまたはそれ以上のL
7基は互いに同じであるかまたは互いに異なり、かつ2つまたはそれ以上のX
4基は互いに同じであるかまたは互いに異なり;
n
12は1、2、または3を表し、n
11+n
12=3であり、n
12が2または3を表すとき、2つまたはそれ以上のL
2基は互いに同じであるかまたは互いに異なり、かつまたはそれ以上のX
5基は互いに同じであるかまたは互いに異なり;n
11が2を表すとき、2つのR
2基は互いに同じであるかまたは互いに異なり;
n
14は1、2、または3を表し、n
13+n
14=3であり、n
14が2または3を表すとき、2つまたはそれ以上のL
2基は互いに同じであるかまたは互いに異なり、かつ2つまたはそれ以上のX
6基は互いに同じであるかまたは互いに異なり;n
13が2を表すとき、2つのR
4基は互いに同じであるかまたは互いに異なり;
【0015】
本開示の別の実施形態では液晶組成物が提供される。液晶組成物は、第1の成分および第2の成分を含む。第1の成分は、少なくとも1つの上述した添加物を含み、第2の成分は、少なくとも1つの式(II)で表される化合物を含む。
【0016】
【化5】
【0017】
式中、
R
21およびR
22の各々は独立に水素、ハロゲン、C
1−C
15アルキル基、またはC
2−C
15アルケニル基を表し、C
1−C
15アルキル基もしくはC
2−C
15アルケニル基は非置換である、またはC
1−C
15アルキル基またはC
2−C
15アルケニル基の少なくとも1つの水素原子がハロゲン原子で置換されている、および/またはC
1−C
15アルキル基もしくはC
2−C
15アルケニル基の少なくとも1つの−CH
2−が−O−で置換されており、−O−は別の−O−とは直接結合せず;
B
1、B
2、およびB
3の各々は独立に、1,4−フェニレン基、1,4−シクロヘキシレン基、ベンゾフラン−2,5−ジイル基、1,3−ジオキサン−2,5−ジイル基、テトラヒドロピラン−2,5−ジイル基、二価ジオキサビシクロ[2.2.2]オクチレン基、二価トリオキサビシクロ[2.2.2]オクチレン基、テトラヒドロナフタレン−2,6−ジイル基、またはインダン−2,5−ジイル基を表し、1,4−フェニレン基、1,4−シクロヘキシレン基、1,3−ジオキサン−2,5−ジイル基、ベンゾフラン−2,5−ジイル基、テトラヒドロナフタレン−2,6−ジイル基、インダン−2,5−ジイル基もしくはテトラヒドロピラン−2,5−ジイル基は非置換である、または1,4−フェニレン基、1,4−シクロヘキシレン基、1,3−ジオキサン−2,5−ジイル基、ベンゾフラン−2,5−ジイル基、テトラヒドロナフタレン−2,6−ジイル基、インダン−2,5−ジイル基、もしくはテトラヒドロピラン−2,5−ジイル基の少なくとも1つの水素原子がハロゲン原子もしくは−CN基で置換されている、および/または1,4−フェニレン基、1,4−シクロヘキシレン基、1,3−ジオキサン−2,5−ジイル基、ベンゾフラン−2,5−ジイル基、テトラヒドロナフタレン−2,6−ジイル基、インダン−2,5−ジイル基、もしくはテトラヒドロピラン−2,5−ジイル基の少なくとも1つの−CH
2−が−O−、−N−もしくは−S−で置換されており、かつ−O−、−N−、および−S−は互いに直接結合せず;
Z
21およびZ
22の各々は独立に、単結合、C
1−C
4アルキレン基、C
2−C
4アルケニレン基、またはC
2−C
4アルキニレン基を表し、C
1−C
4アルキレン基、C
2−C
4アルケニレン基、もしくはC
2−C
4アルキニレン基は非置換である、またはC
1−C
4アルキレン基、C
2−C
4アルケニレン基、もしくはC
2−C
4アルキニレン基の少なくとも1つの水素原子がハロゲン原子もしくは−CN基で置換されている、および/またはC
1−C
4アルキレン基、C
2−C
4アルケニレン基、もしくはC
2−C
4アルキニレン基の少なくとも1つの−CH
2−が−O−もしくは−S−で置換されており、かつ−O−は−O−または−S−とは直接結合せず、−S−は−S−と直接結合せず;
n
21は0、1、または2を表し、n
21が2を表すとき、2つのB
1基は互いに同じであるかまたは互いに異なる。
【0018】
本開示の別の実施形態では液晶ディスプレイデバイスが提供される。液晶ディスプレイデバイスは、第1の基板と、第1の基板に対向して配置された第2の基板とを含む。液晶ディスプレイデバイスはまた、第1の基板と第2の基板との間に配置された液晶層も含む。液晶層は上述した添加剤を含む。
【発明の効果】
【0019】
本開示の実施形態は、液晶組成物の垂直配向特性、電圧保持率、および配向能の安定性を大幅に向上させることができる添加剤、ならびに該添加剤を用いた液晶組成物および液晶ディスプレイデバイスを提供する。よって、液晶ディスプレイデバイスの性能および耐久性が高まり得る。
【発明を実施するための形態】
【0021】
本明細書において、用語“約”または“およそ”は、所定の値または範囲の20%、好ましくは10%、より好ましくは5%の範囲内にあることを意味する。本明細書において、特に説明がなければ、所定の値または範囲は、“約”または“およそ”の意味を含み得る近似値を意味する。
【0022】
本明細書において、同じ符号を用いる2つまたはそれ以上の官能基が1つの化学式中に含まれるとき、それら2つの基は互いに同じであるか、または互いに異なっていてよい。例えば、式(1)中、n
1が2であるとき、2つのA
1基は互いに同じであるか、または互いに異なっていてよく、2つのZ
1基も互いに同じであるか、または互いに異なっていてよい。言い換えると、“2つのA
1基およびZ
1基が独立に、互いに同じであるか、または互いに異なる”という記載には、以下全てのケースが含まれ得る:(1)2つのA
1基が互いに同じであり、かつ2つのZ
1基が互いに同じである;(2)2つのA
1基が互いに異なるが、2つのZ
1基は互いに同じである;(3)2つのA
1基が互いに同じであるが、2つのZ
1基は互いに異なる;および(4)2つのA
1基が互いに異なり、かつ2つのZ
1基が互いに異なる。
【0023】
本明細書において、その官能基の、別の官能基に結合している原子を示すのに波線が用いられる。
【0024】
本開示のいくつかの実施形態において、添加剤が提供される。当該添加剤は、液晶組成物の垂直配向の程度、電圧保持率、および配向能の安定性を大幅に向上させることができる。本明細書において、用語“添加剤分子の垂直配向能”とは、添加剤が液晶組成物に添加されているときの液晶組成物における液晶分子の垂直配向の程度を意味する。より具体的には、液晶組成物に添加剤分子を加えることにより、従来の配向膜(例えばポリイミドフィルム)を用いることなく、大部分の液晶分子が良好に垂直配向できるようになる。さらに、添加剤を用いた液晶ディスプレイデバイスは、高い電圧保持率および優れた性能を備える。
【0025】
いくつかの実施形態において、添加剤が提供される。該添加剤は、式(I)で表される構造を有する添加剤分子を含む:
【0027】
式(I)中、
R
1は、フッ素、塩素、水素、C
1−C
20直鎖アルキル基、C
3−C
20分岐アルキル基、C
1−C
20直鎖アルコキシ基、またはC
3−C
20分岐アルコキシ基を表し、C
1−C
20直鎖アルキル基、C
3−C
20分岐アルキル基、C
1−C
20直鎖アルコキシ基、もしくはC
3−C
20分岐アルコキシ基は非置換である、またはC
1−C
20直鎖アルキル基、C
3−C
20分岐アルキル基、C
1−C
20直鎖アルコキシ基、もしくはC
3−C
20分岐アルコキシ基の少なくとも1つの−CH
2−が−C≡C−、−CH=CH−、−CF
2O−、−O−、−COO−、−OCO−、もしくは−OOC−で置換されている、および/またはC
1−C
20直鎖アルキル基、C
3−C
20分岐アルキル基、C
1−C
20直鎖アルコキシ基、もしくはC
3−C
20分岐アルコキシ基の少なくとも1つの水素原子がハロゲン原子で置換おり;
A
1は、1,4−フェニレン基、1,4−シクロヘキシレン基、ベンゾフラン−2,5−ジイル基、1,3−ジオキサン−2,5−ジイル基、テトラヒドロピラン−2,5−ジイル基、二価ジオキサビシクロ[2.2.2]オクチレン基、二価トリオキサビシクロ[2.2.2]オクチレン基、テトラヒドロナフタレン−2,6−ジイル基、1,3−シクロペンチレン、1,3−シクロブチレン、またはインダン−2,5−ジイル基を表し、1,4−フェニレン基、1,4−シクロヘキシレン基、テトラヒドロナフタレン−2,6−ジイル基、1,3−シクロペンチレン、1,3−シクロブチレンもしくはインダン−2,5−ジイル基は非置換である、または1,4−フェニレン基、1,4−シクロヘキシレン基、テトラヒドロナフタレン−2,6−ジイル基、1,3−シクロペンチレン、1,3−シクロブチレン、もしくはインダン−2,5−ジイル基の少なくとも1つの水素原子がハロゲン原子、−CH
3、−CH
2CH
3、もしくは−CN基で置換されている、および/または1,4−フェニレン基、1,4−シクロヘキシレン基、テトラヒドロナフタレン−2,6−ジイル基、1,3−シクロペンチレン、1,3−シクロブチレン、もしくはインダン−2,5−ジイル基の少なくとも1つの−CH
2−が−O−、−N−もしくは−S−で置換されており、このうち−O−、−N−、および−S−は互いに直接結合せず;
A
2は、1,4−フェニレン基、1,4−シクロヘキシレン基、ベンゾフラン−2,5−ジイル基、またはインダン−2,5−ジイル基を表し、1,4−フェニレン基、1,4−シクロヘキシレン基、ベンゾフラン−2,5−ジイル基、もしくはインダン−2,5−ジイル基は非置換である、または1,4−フェニレン基、1,4−シクロヘキシレン基、ベンゾフラン−2,5−ジイル基、もしくはインダン−2,5−ジイル基の少なくとも1つの水素原子がハロゲン原子、−CH
3、−CH
2CH
3、もしくは−CN基で置換されている、および/または1,4−フェニレン基、1,4−シクロヘキシレン基、ベンゾフラン−2,5−ジイル基、もしくはインダン−2,5−ジイル基の少なくとも1つの−CH
2−が−O−、−N−もしくは−S−で置換されており、−O−、−N−、および−S−は互いに直接結合せず;
Z
1は単結合、C
1−C
15アルキレン基、C
1−C
15アルキレンオキシ基、−C≡C−、−CH=CH−、−CF
2O−、−OCF
2−、−COO−、−OCO−、−OOC−、−CF
2−CF
2−、または−CF=CF−を表し;
n
1は1、2、または3を表し、n
1が2または3を表すとき、2つまたはそれ以上のA
1基は互いに同じであるかまたは互いに異なり、かつ2つまたはそれ以上のZ
1基は互いに同じであるかまたは互いに異なり;
n
2は0または1を表し;
K
1は式(Ia)、式(Ib)、または式(Ic)で示される構造を表し:
【0029】
式(Ia)、式(Ib)、および式(Ic)中、
L
1、L
2、およびL
3の各々は独立に、単結合、C
1−C
15直鎖アルキレン基、C
3−C
15分岐アルキレン基、C
1−C
15直鎖アルキレンオキシ基、またはC
3−C
15分岐アルキレンオキシ基を表し、C
1−C
15直鎖アルキレン基、C
3−C
15分岐アルキレン基、C
1−C
15直鎖アルキレンオキシ基、もしくはC
3−C
15分岐アルキレンオキシ基は非置換である、またはC
1−C
15直鎖アルキレン基、C
3−C
15分岐アルキレン基、C
1−C
15直鎖アルキレンオキシ基、もしくはC
3−C
15分岐アルキレンオキシ基の少なくとも1つの−CH
2−が−C≡C−、−CH=CH−、−CF
2O−、−SiR
a2−、−O−、−COO−、−OCO−、もしくは−OOC−で置換されている、および/またはC
1−C
15直鎖アルキレン基、C
3−C
15分岐アルキレン基、C
1−C
15直鎖アルキレンオキシ基、もしくはC
3−C
15分岐アルキレンオキシ基の少なくとも1つの水素原子がハロゲン原子で置換されており、R
aはC
1−C
10直鎖アルキル基またはC
3−C
10分岐アルキル基を表し、同じSi原子に結合した2つのR
a基は互いに同じであるかまたは互いに異なり;
R
2、R
3、およびR
4の各々は独立に、フッ素、塩素、水素、C
1−C
10直鎖アルキル基、C
3−C
10分岐アルキル基、C
1−C
10直鎖アルコキシ基、またはC
3−C
10分岐アルコキシ基を表し、C
1−C
10直鎖アルキル基、C
3−C
10分岐アルキル基、C
1−C
10直鎖アルコキシ基、もしくはC
3−C
10分岐アルコキシ基は非置換である、またはC
1−C
10直鎖アルキル基、C
3−C
10分岐アルキル基、C
1−C
10直鎖アルコキシ基、もしくはC
3−C
10分岐アルコキシ基の少なくとも1つの−CH
2−が−C≡C−、−CH=CH−、−CF
2O−、−O−、−COO−、−OCO−、もしくは−OOC−で置換されている、および/またはC
1−C
10直鎖アルキル基、C
3−C
10分岐アルキル基、C
1−C
10直鎖アルコキシ基、もしくはC
3−C
10分岐アルコキシ基の少なくとも1つの水素原子がハロゲン原子で置換されており;
Y
1は、−OH、C
1−C
15アルキル基、またはC
2−C
15アルケニル基を表し、C
1−C
15アルキル基またはC
2−C
15アルケニル基の少なくとも1つの水素原子が−OHで置換されており;
Y
2は水素、ハロゲン、C
1−C
15アルキル基、またはC
2−C
15アルケニル基を表し、C
1−C
15アルキル基もしくはC
2−C
15アルケニル基は非置換である、またはC
1−C
15アルキル基もしくはC
2−C
15アルケニル基の少なくとも1つの水素原子がハロゲン原子で置換されており;
Z
2は単結合、C
1−C
15アルキレン基、C
1−C
15アルキレンオキシ基、−C≡C−、−CH=CH−、−CF
2O−、−OCF
2−、−COO−、−OCO−、−OOC−、−CF
2−CF
2−、または−CF=CF−を表し;
A
3は1,4−フェニレン基、1,4−シクロヘキシレン基、ベンゾフラン−2,5−ジイル基、またはインダン−2,5−ジイル基を表し、1,4−フェニレン基、1,4−シクロヘキシレン基、ベンゾフラン−2,5−ジイル基、もしくはインダン−2,5−ジイル基は非置換である、または1,4−フェニレン基、1,4−シクロヘキシレン基、ベンゾフラン−2,5−ジイル基、もしくはインダン−2,5−ジイル基の少なくとも1つの水素原子がハロゲン原子、−CH
3、−CH
2CH
3、もしくは−CN基で置換されている、および/または1,4−フェニレン基、1,4−シクロヘキシレン基、ベンゾフラン−2,5−ジイル基、もしくはインダン−2,5−ジイル基の少なくとも1つの−CH
2−が−O−、−N−もしくは−S−で置換されており、かつ−O−、−N−、および−S−は互いに直接結合せず;
n
3+n
4=3であり、n
4は2または3を表し、2つまたはそれ以上のL
2基は互いに同じであるかまたは互いに異なり、2つまたはそれ以上のX
1基は互いに同じであるかまたは互いに異なり;
n
5+n
6=3であり、n
6は2または3を表し、2つまたはそれ以上のL
2基は互いに同じであるかまたは互いに異なり、かつ2つまたはそれ以上のX
2基は互いに同じであるかまたは互いに異なり;
n
7は0、1、または2を表し、n
7が2を表すとき、2つのK
3基は互いに同じであるかまたは互いに異なり;
n
8は1または2を表し、n
8が2を表すとき、2つのZ
2基は互いに同じであるかまたは互いに異なり、2つのA
3基は互いに同じであるかまたは互いに異なり、かつ2つのK
3基は互いに同じであるかまたは互いに異なり;
n
8が1を表すとき、n
7は2を表し;
n
8が2を表すとき、K
2基に直接結合しているA
3基中のn
7は2を表し、かつZ
2基に直接結合しているA
3基中のn
7は0、1、または2を表し;
K
2は、式(Id)、式(Ie)、または式(If)で示される構造を表し:
【0031】
K
3は式(Ig)または式(Ih)で示される構造を表し:
【0033】
式(Id)、式(Ie)、式(If)、式(Ig)、および式(Ih)中、
L
1、L
2、L
3、L
4、L
5、L
6、およびL
7の各々は独立に、単結合、C
1−C
15直鎖アルキレン基、C
3−C
15分岐アルキレン基、C
1−C
15直鎖アルキレンオキシ基、またはC
3−C
15分岐アルキレンオキシ基を表し、C
1−C
15直鎖アルキレン基、C
3−C
15分岐アルキレン基、C
1−C
15直鎖アルキレンオキシ基、もしくはC
3−C
15分岐アルキレンオキシ基は非置換である、またはC
1−C
15直鎖アルキレン基、C
3−C
15分岐アルキレン基、C
1−C
15直鎖アルキレンオキシ基、もしくはC
3−C
15分岐アルキレンオキシ基の少なくとも1つの−CH
2−が−C≡C−、−CH=CH−、−CF
2O−、−SiR
a2−、−O−、−COO−、−OCO−、または−OOC−で置換されている、および/またはC
1−C
15直鎖アルキレン基、C
3−C
15分岐アルキレン基、C
1−C
15直鎖アルキレンオキシ基、もしくはC
3−C
15分岐アルキレンオキシ基の少なくとも1つの水素原子がハロゲン原子で置換されており、R
aはC
1−C
10直鎖アルキル基またはC
3−C
10分岐アルキル基を表し、同じSi原子に結合している2つのR
a基は互いに同じであるかまたは互いに異なり;
R
2、R
3、R
4、R
5およびR
6の各々は独立に、フッ素、塩素、水素、C
1−C
10直鎖アルキル基、C
3−C
10分岐アルキル基、C
1−C
10直鎖アルコキシ基、またはC
3−C
10分岐アルコキシ基を表し、C
1−C
10直鎖アルキル基、C
3−C
10分岐アルキル基、C
1−C
10直鎖アルコキシ基、もしくはC
3−C
10分岐アルコキシ基は非置換である、またはC
1−C
10直鎖アルキル基、C
3−C
10分岐アルキル基、C
1−C
10直鎖アルコキシ基、もしくはC
3−C
10分岐アルコキシ基の少なくとも1つの−CH
2−が−C≡C−、−CH=CH−、−CF
2O−、−O−、−COO−、−OCO−、もしくは−OOC−で置換されている、および/またはC
1−C
10直鎖アルキル基、C
3−C
10分岐アルキル基、C
1−C
10直鎖アルコキシ基、もしくはC
3−C
10分岐アルコキシ基の少なくとも1つの水素原子がハロゲン原子で置換されており;
このうちY
1は−OH、C
1−C
15アルキル基、またはC
2−C
15アルケニル基を表し、C
1−C
15アルキル基またはC
2−C
15アルケニル基の少なくとも1つの水素原子が−OHで置換されており;
Y
2は水素、ハロゲン、C
1−C
15アルキル基、またはC
2−C
15アルケニル基を表し、C
1−C
15アルキル基もしくはC
2−C
15アルケニル基は非置換である、またはC
1−C
15アルキル基もしくはC
2−C
15アルケニル基の少なくとも1つの水素原子がハロゲン原子で置換されており;
n
9+n
10=3であり、n
10は2または3を表し、2つまたはそれ以上のL
7基は互いに同じであるかまたは互いに異なり、かつ2つまたはそれ以上のX
4基は互いに同じであるかまたは互いに異なり;
n
12は1、2、または3を表し、n
11+n
12=3であり、n
12が2または3を表すとき、2つまたはそれ以上のL
2基は互いに同じであるかまたは互いに異なり、かつ2つまたはそれ以上のX
5基は互いに同じであるかまたは互いに異なり;n
11が2を表すとき、2つのR
2基は互いに同じであるかまたは互いに異なり;
n
14は1、2、または3を表し、n
13+n
14=3であり、n
14が2または3を表すとき、2つまたはそれ以上のL
2基は互いに同じであるかまたは互いに異なり、かつ2つまたはそれ以上のX
6基は互いに同じであるかまたは互いに異なり;n
13が2を表すとき、2つのR
4基は互いに同じであるかまたは互いに異なり;
【0034】
別の実施形態において、添加剤は、式(I)で表される構造を有する添加剤分子を含む:
【0036】
式(I)中、
R
1はフッ素、塩素、水素、C
1−C
15直鎖アルキル基、C
3−C
15分岐アルキル基、C
1−C
15直鎖アルコキシ基、またはC
3−C
15分岐アルコキシ基を表し、C
1−C
15直鎖アルキル基、C
3−C
15分岐アルキル基、C
1−C
15直鎖アルコキシ基、もしくはC
3−C
15分岐アルコキシ基は非置換である、またはC
1−C
15直鎖アルキル基、C
3−C
15分岐アルキル基、C
1−C
15直鎖アルコキシ基、もしくはC
3−C
15分岐アルコキシ基の少なくとも1つの−CH
2−が−CH=CH−、−CF
2O−、−O−、−COO−、−OCO−、もしくは−OOC−で置換されている、および/またはC
1−C
15直鎖アルキル基、C
3−C
15分岐アルキル基、C
1−C
15直鎖アルコキシ基、もしくはC
3−C
15分岐アルコキシ基の少なくとも1つの水素原子がハロゲン原子で置換されており;
A
1、A
2、Z
1、n
1、およびn
2の定義はそれぞれ、先の段落で定義されたA
1、A
2、Z
1、n
1、およびn
2の定義と同じであり;
K
1は式(I’a)、式(I’b)、または式(I’c)で示される構造を表し:
【0038】
式(I’a)、 式(I’b)、および式(I’c)中、
L
2、L
3、n
3、n
4、n
5、およびn
6の定義はそれぞれ、先の段落で定義されたL
2、L
3、n
3、n
4、n
5、およびn
6の定義と同じであり;、
R
2、R
3およびR
4の各々は独立に、フッ素、塩素、水素、C
1−C
8直鎖アルキル基、C
3−C
8分岐アルキル基、C
1−C
8直鎖アルコキシ基、またはC
3−C
8分岐アルコキシ基を表し、C
1−C
8直鎖アルキル基、C
3−C
8分岐アルキル基、C
1−C
8直鎖アルコキシ基、もしくはC
3−C
8分岐アルコキシ基は非置換である、またはC
1−C
8直鎖アルキル基、C
3−C
8分岐アルキル基、C
1−C
8直鎖アルコキシ基、もしくはC
3−C
8分岐アルコキシ基の少なくとも1つの−CH
2−が−CH=CH−、−CF
2O−、−O−、−COO−、−OCO−、もしくは−OOC−で置換されている、および/またはC
1−C
8直鎖アルキル基、C
3−C
8分岐アルキル基、C
1−C
8直鎖アルコキシ基、もしくはC
3−C
8分岐アルコキシ基の少なくとも1つの水素原子がハロゲン原子で置換されており;
このうちY
1は−OH、C
1−C
8アルキル基、またはC
2−C
8アルケニル基を表し、C
1−C
8アルキル基またはC
2−C
8アルケニル基の少なくとも1つの水素原子が−OHで置換されており;
Y
2は水素、ハロゲン、C
1−C
8アルキル基、またはC
2−C
8アルケニル基を表し、C
1−C
8アルキル基もしくはC
2−C
8アルケニル基は非置換である、またはC
1−C
8アルキル基もしくはC
2−C
8アルケニル基の少なくとも1つの水素原子がハロゲン原子で置換されており;
K
2は、式(Id)、式(Ie)、または式(If)で示される構造を表し:
【0040】
K
3は、式(Ig)または式(Ih)で示される構造を表し:
【0041】
【化13】
式(Id)、式(Ie)、式(If)、式(Ig)、および式(Ih)中、
L
1、L
2、L
3、L
4、L
5、L
6、L
7、n
9、n
10、n
11、n
12、n
13、およびn
14の定義はそれぞれ、先の段落で定義されたL
1、L
2、L
3、L
4、L
5、L
6、L
7、n
9、n
10、n
11、n
12、n
13、およびn
14の定義と同じであり;
R
2、R
3、R
4、R
5およびR
6の各々は独立に、フッ素、塩素、水素、C
1−C
8直鎖アルキル基、C
3−C
8分岐アルキル基、C
1−C
8直鎖アルコキシ基、またはC
3−C
8分岐アルコキシ基を表し、C
1−C
8直鎖アルキル基、C
3−C
8分岐アルキル基、C
1−C
8直鎖アルコキシ基、もしくはC
3−C
8分岐アルコキシ基は非置換である、またはC
1−C
8直鎖アルキル基、C
3−C
8分岐アルキル基、C
1−C
8直鎖アルコキシ基、もしくはC
3−C
8分岐アルコキシ基の少なくとも1つの−CH
2−が−CH=CH−、−CF
2O−、−O−、−COO−、−OCO−、もしくは−OOC−で置換されている、および/またはC
1−C
8直鎖アルキル基、C
3−C
8分岐アルキル基、C
1−C
8直鎖アルコキシ基、もしくはC
3−C
8分岐アルコキシ基の少なくとも1つの水素原子がハロゲン原子で置換されており;
このうちY
1は−OH、C
1−C
8アルキル基、またはC
2−C
8アルケニル基を表し、C
1−C
8アルキル基またはC
2−C
8アルケニル基の少なくとも1つの水素原子は−OHで置換されており;
Y
2は水素、ハロゲン、C
1−C
8アルキル基、またはC
2−C
8アルケニル基を表し、C
1−C
8アルキル基もしくはC
2−C
8アルケニル基は非置換である、またはC
1−C
8アルキル基もしくはC
2−C
8アルケニル基の少なくとも1つの水素原子がハロゲン原子で置換されており;
【0042】
式(I)で表される構造は実質的に棒状構造(rod-shaped structure)である。この棒状構造は第1の軸方向および第2の軸方向を有する。第1の軸方向は棒状構造の長軸方向である、つまり、官能基R
1と官能基K
1とがつながる方向である。第2の軸方向は棒状構造の短軸方向である、つまり第1の軸方向に垂直な方向である。
【0043】
式(I)中、官能基X
1、X
2、X
3、X
4、X
5、およびX
6のうちの少なくとも1つがアンカー基(anchoring group)を含んでいてよい。その結果、添加剤分子は基板(例えば
図1に示される第1の基板110または第2の基板120)に固定され得る。アンカー基は、より高い極性を有する官能基であり得る。アンカー基は基板(例えばガラスまたはITO)と結合または水素結合を生じることができるため、添加剤分子は基板に吸着(または固定)され得る。
【0044】
液晶分子が良好に垂直配向する状態を実現するために、第1の軸方向が基板の上面に垂直となるような方式で、添加剤分子を基板に固定することができる。いくつかの実施形態において、アンカー基は、式(I)で表される分子の右端に最も近いX
1、X
2、X
3、X
4、X
5、およびX
6のうちの1つであり、これにより第1の軸が基板の上面と垂直となる。
【0045】
いくつかの実施形態において、添加剤分子の各々はアンカー基を1つだけ有する。よって、添加剤分子の各々は基板上で同じ配向方向を有する。換言すると、それぞれ異なる添加剤分子の第1の軸方向は互いに平行である。その結果、液晶分子は均一な状態で配向できるようになり、欠陥(例えば暗状態において生じる局部の輝点)が生じにくくなる。他の実施形態では、添加剤分子の各々は2つのアンカー基を有する。よって、基板への添加剤分子の固定に役立ち、容易に脱離しない。その結果、欠陥の発生が同じく低減され得る。加えて、添加剤分子の極性が過度に高くなって液晶組成物に溶解しなくなることを回避するため、1つの添加剤分子中のアンカー基の数は最大で3とする。
【0046】
上記式(I)中、環状官能基(つまりA
1およびA
2)は脂肪族環または芳香族環であり得る。環状官能基は液晶分子の配向に貢献する。より具体的には、芳香族環状官能基はπ−πスタッキングを生じさせて、棒状液晶分子が特定の方向に配向するようにできる。脂肪族環状官能基は、立体障害により、特定の方向に棒状液晶分子を配向させることができる。いくつかの実施形態において、添加剤分子の第1の軸方向は基板の上面に垂直であり、かつ棒状液晶分子の長軸は添加剤分子の第1の軸方向に平行である。故に、棒状液晶分子の長軸は添加剤分子によって基板に垂直となり得る。換言すると、液晶分子の垂直配向が達成され得る。
【0047】
一部の負イオン(例えば、フッ素イオン)は液晶組成物中に残り得る。ディスプレイの動作中に、それらイオンが残余電流を引き起こし、電圧保持率を低下させる可能性がある。より具体的には、負イオンの濃度が高いほど、電圧保持率が低くなってしまう。ケイ素原子は炭素原子よりも電子に欠けており(electron-poor)、よってケイ素原子は液晶組成物中の負イオンを引き付ける(捉える)ことができる。その結果、液晶組成物中の負イオンの濃度が低下し得ると共に、液晶ディスプレイデバイスの電圧保持率が高まり得る。換言すると、式(I)で表される分子において、ケイ素原子は電圧保持率を高める機能を有する。さらに、負イオンを引き付けるために、式(I)で表される分子中のケイ素原子は酸素原子と直接結合しない。加えて、ケイ素原子はアルキル基と結合するため、液晶組成物中の式(I)で表される分子の溶解度も改善され得る。
【0048】
いくつかの実施形態において、上記式(I)中、官能基X
1、X
2、X
3、X
4、X
5、およびX
6のうちの少なくとも1つは重合性基(polymerizable group)を含んでいてよい。重合性基は、照射または加熱により別の重合性基と重合反応することができ、それら2つの重合性基は互いに結合し得る。複数の添加剤分子が基板に固定されると、添加剤分子の重合性基は、隣接する添加剤分子の重合性基と重合反応する。このようにして、基板に垂直であると共に互いに平行に配列した複数の添加剤分子がネットワーク構造を形成し得る。このネットワーク構造は、添加剤分子の傾きを防ぐことができる。結果として、液晶分子の垂直配向の程度がより一層改善され、かつ配向能の安定性が改善される。重合性基にはアクリル基、メタクリル基、またはその誘導体が含まれ得る。いくつかの実施形態において、官能基X
1、X
2、X
3、X
4、X
5、およびX
6のうちの少なくとも1つは、次の構造:
を有する重合性基であり、このうち、Y
1は−OH、C
1−C
8アルキル基、またはC
2−C
8アルケニル基を表し、C
1−C
8アルキル基またはC
2−C
8アルケニル基の少なくとも1つの水素原子が−OHで置換されており;かつY
2は水素、ハロゲン、C
1−C
8アルキル基、またはC
2−C
8アルケニル基を表し、C
1−C
8アルキル基もしくはC
2−C
8アルケニル基は非置換である、またはC
1−C
8アルキル基もしくはC
2−C
8アルケニル基の少なくとも1つの水素原子がハロゲン原子で置換されている。
【0049】
他の実施形態において、添加剤は第1の添加剤分子を含み、第1の添加剤分子は式(I)で表される構造を有する:
【0051】
式(I)中、
R
1はフッ素、塩素、水素、C
1−C
15直鎖アルキル基、C
3−C
15分岐アルキル基、C
1−C
15直鎖アルコキシ基、またはC
3−C
15分岐アルコキシ基を表し、C
1−C
15直鎖アルキル基、C
3−C
15分岐アルキル基、C
1−C
15直鎖アルコキシ基、もしくはC
3−C
15分岐アルコキシ基は非置換である、またはC
1−C
15直鎖アルキル基、C
3−C
15分岐アルキル基、C
1−C
15直鎖アルコキシ基、もしくはC
3−C
15分岐アルコキシ基の少なくとも1つの−CH
2−が−CH=CH−、−CF
2O−、−O−、−COO−、−OCO−、もしくは−OOC−で置換されている、および/またはC
1−C
15直鎖アルキル基、C
3−C
15分岐アルキル基、C
1−C
15直鎖アルコキシ基、もしくはC
3−C
15分岐アルコキシ基の少なくとも1つの水素原子がハロゲン原子で置換されており;
A
1、A
2、Z
1、n
1、およびn
2の定義はそれぞれ、先の段落で定義されたA
1、A
2、Z
1、n
1、およびn
2の定義と同じであり;
K
1は式(I’a)、式(I’b)、または式(I’c)で示される構造を表し:
【0053】
式(I’a)、式(I’b)、および式(I’c)中、
L
2、L
3、n
3、n
4、n
5、およびn
6の定義はそれぞれ、先の段落で定義されたL
2、L
3、n
3、n
4、n
5、およびn
6の定義と同じであり;
R
2、R
3、およびR
4の各々は独立に、フッ素、塩素、水素、C
1−C
8直鎖アルキル基、C
3−C
8分岐アルキル基、C
1−C
8直鎖アルコキシ基、またはC
3−C
8分岐アルコキシ基を表し、C
1−C
8直鎖アルキル基、C
3−C
8分岐アルキル基、C
1−C
8直鎖アルコキシ基、もしくはC
3−C
8分岐アルコキシ基は非置換である、またはC
1−C
8直鎖アルキル基、C
3−C
8分岐アルキル基、C
1−C
8直鎖アルコキシ基、もしくはC
3−C
8分岐アルコキシ基の少なくとも1つの−CH
2−が−CH=CH−、−CF
2O−、−O−、−COO−、−OCO−、もしくは−OOC−で置換されている、および/またはC
1−C
8直鎖アルキル基、C
3−C
8分岐アルキル基、C
1−C
8直鎖アルコキシ基、もしくはC
3−C
8分岐アルコキシ基の少なくとも1つの水素原子がハロゲン原子で置換されており;
このうちY
1は−OH、C
1−C
8アルキル基、またはC
2−C
8アルケニル基を表し、C
1−C
8アルキル基またはC
2−C
8アルケニル基の少なくとも1つの水素原子が−OHで置換されており;
Y
2は水素、ハロゲン、C
1−C
8アルキル基、またはC
2−C
8アルケニル基を表し、C
1−C
8アルキル基もしくはC
2−C
8アルケニル基は非置換である、またはC
1−C
8アルキル基もしくはC
2−C
8アルケニル基の少なくとも1つの水素原子がハロゲン原子で置換されており;
K
2は式(Id)、式(Ie)、または式(If)で示される構造を表し:
【0055】
K
3は式(Ig)または式(Ih)で示される構造を表し:
【0057】
式(Id)、式(Ie)、式(If)、式(Ig)、および式(Ih)中、
L
1、L
2、L
3、L
4、L
5、L
6、L
7、n
9、n
10、n
11、n
12、n
13、およびn
14の定義はそれぞれ、先の段落で定義されたL
1、L
2、L
3、L
4、L
5、L
6、L
7、n
9、n
10、n
11、n
12、n
13、およびn
14の定義と同じであり;
R
2、R
3、R
4、R
5およびR
6の各々は独立に、フッ素、塩素、水素、C
1−C
8直鎖アルキル基、C
3−C
8分岐アルキル基、C
1−C
8直鎖アルコキシ基、またはC
3−C
8分岐アルコキシ基を表し、C
1−C
8直鎖アルキル基、C
3−C
8分岐アルキル基、C
1−C
8直鎖アルコキシ基、もしくはC
3−C
8分岐アルコキシ基は非置換である、またはC
1−C
8直鎖アルキル基、C
3−C
8分岐アルキル基、C
1−C
8直鎖アルコキシ基、もしくはC
3−C
8分岐アルコキシ基の少なくとも1つの−CH
2−が−CH=CH−、−CF
2O−、−O−、−COO−、−OCO−、もしくは−OOC−で置換されている、および/またはC
1−C
8直鎖アルキル基、C
3−C
8分岐アルキル基、C
1−C
8直鎖アルコキシ基、もしくはC
3−C
8分岐アルコキシ基の少なくとも1つの水素原子がハロゲン原子で置換されており;
【0058】
他の実施形態において、添加剤は第2の添加剤分子を含み、第2の添加剤分子は、式(I)で表される構造を有する:
【0060】
式(I)中、
R
1はフッ素、塩素、水素、C
1−C
15直鎖アルキル基、C
3−C
15分岐アルキル基、C
1−C
15直鎖アルコキシ基、またはC
3−C
15分岐アルコキシ基を表し、C
1−C
15直鎖アルキル基、C
3−C
15分岐アルキル基、C
1−C
15直鎖アルコキシ基、もしくはC
3−C
15分岐アルコキシ基は非置換である、またはC
1−C
15直鎖アルキル基、C
3−C
15分岐アルキル基、C
1−C
15直鎖アルコキシ基、もしくはC
3−C
15分岐アルコキシ基の少なくとも1つの−CH
2−が−CH=CH−、−CF
2O−、−O−、−COO−、−OCO−、もしくは−OOC−で置換されている、および/またはC
1−C
15直鎖アルキル基、C
3−C
15分岐アルキル基、C
1−C
15直鎖アルコキシ基、もしくはC
3−C
15分岐アルコキシ基の少なくとも1つの水素原子がハロゲン原子で置換されており;
A
1、A
2、Z
1、n
1、およびn
2の定義はそれぞれ、先の段落で定義されたA
1、A
2、Z
1、n
1、およびn
2の定義と同じであり;
K
1は式(I’a)、式(I’b)、または式(I’c)で示される構造を表し:
【0062】
式(I’a)、式(I’b)、および式(I’c)中、
L
2、L
3、n
3、n
4、n
5、およびn
6の定義はそれぞれ、先の段落で定義されたL
2、L
3、n
3、n
4、n
5、およびn
6の定義と同じであり;
R
2、R
3およびR
4の各々は独立に、フッ素、塩素、水素、C
1−C
8直鎖アルキル基、C
3−C
8分岐アルキル基、C
1−C
8直鎖アルコキシ基、またはC
3−C
8分岐アルコキシ基を表し、C
1−C
8直鎖アルキル基、C
3−C
8分岐アルキル基、C
1−C
8直鎖アルコキシ基、もしくはC
3−C
8分岐アルコキシ基は非置換である、またはC
1−C
8直鎖アルキル基、C
3−C
8分岐アルキル基、C
1−C
8直鎖アルコキシ基、もしくはC
3−C
8分岐アルコキシ基の少なくとも1つの−CH
2−が−CH=CH−、−CF
2O−、−O−、−COO−、−OCO−、もしくは−OOC−で置換されている、および/またはC
1−C
8直鎖アルキル基、C
3−C
8分岐アルキル基、C
1−C
8直鎖アルコキシ基、もしくはC
3−C
8分岐アルコキシ基の少なくとも1つの水素原子がハロゲン原子で置換されており;
このうちY
1は−OH、C
1−C
8アルキル基、またはC
2−C
8アルケニル基を表し、C
1−C
8アルキル基またはC
2−C
8アルケニル基の少なくとも1つの水素原子が−OHで置換されており;
Y
2は水素、ハロゲン、C
1−C
8アルキル基、またはC
2−C
8アルケニル基を表し、C
1−C
8アルキル基もしくはC
2−C
8アルケニル基は非置換である、またはC
1−C
8アルキル基もしくはC
2−C
8アルケニル基の少なくとも1つの水素原子がハロゲン原子で置換されており;
K
2は式(Id)、式(Ie)、または式(If)で示される構造を表し:
【0064】
K
3は式(Ig)または式(Ih)で示される構造を表し:
【0065】
【化21】
式(Id)、式(Ie)、式(If)、式(Ig)、および式(Ih)中、
L
1、L
2、L
3、L
4、L
5、L
6、L
7、n
9、n
10、n
11、n
12、n
13、およびn
14の定義はそれぞれ、先の段落で定義されたL
1、L
2、L
3、L
4、L
5、L
6、L
7、n
9、n
10、n
11、n
12、n
13、およびn
14の定義と同じであり;
R
2、R
3、R
4、R
5およびR
6の各々は独立に、フッ素、塩素、水素、C
1−C
8直鎖アルキル基、C
3−C
8分岐アルキル基、C
1−C
8直鎖アルコキシ基、またはC
3−C
8分岐アルコキシ基を表し、C
1−C
8直鎖アルキル基、C
3−C
8分岐アルキル基、C
1−C
8直鎖アルコキシ基、もしくはC
3−C
8分岐アルコキシ基は非置換である、またはC
1−C
8直鎖アルキル基、C
3−C
8分岐アルキル基、C
1−C
8直鎖アルコキシ基、もしくはC
3−C
8分岐アルコキシ基の少なくとも1つの−CH
2−が−CH=CH−、−CF
2O−、−O−、−COO−、−OCO−、もしくは−OOC−で置換されている、および/またはC
1−C
8直鎖アルキル基、C
3−C
8分岐アルキル基、C
1−C
8直鎖アルコキシ基、もしくはC
3−C
8分岐アルコキシ基の少なくとも1つの水素原子がハロゲン原子で置換されており;
【0066】
特定の例示的な第1の添加剤分子を以下の表1に示す。特定の例示的な第2の添加剤分子を以下の表2に示す。
【0069】
表1を参照すると、第1の添加剤分子において、分子主鎖の末端における官能基は重合性基およびアンカー基を含んでいる。よって、第1の軸方向が基板の上面に垂直となるように、第1の添加剤分子が基板に吸着(または固定)され、これにより良好な垂直配向能を得ることができる。また、基板に垂直であると共に互いに平行に配列している複数の第1の添加剤分子は、上述したネットワーク構造を形成することができる。このネットワーク構造は、液晶分子の垂直配向の程度をより一層向上させ、かつ配向能の安定性を高めることができる。
【0070】
表2を参照すると、第2の添加剤分子において、分子側鎖は少なくとも1つの重合性基を含んでいる。第2の添加剤分子は、隣接する第2の添加剤分子または第1の添加剤分子と共に上述したネットワーク構造を形成することができる。その結果、配向能の安定性が高まり得る。
【0071】
いくつかの実施形態において、添加剤は第1の添加剤分子を含む。よって、この添加剤は、優れた垂直配向能および良好な配向能の安定性を備え得る。他の実施形態では、添加剤は第2の添加剤分子を含む。また他の実施形態では、添加剤は第1の添加剤分子および第2の添加剤分子を含む。かかる実施形態において、第1の添加剤分子は基板に垂直に固定されてよく、かつ第1の添加剤分子は隣接する第1の添加剤分子または第2の添加剤分子と結合して、上述したネットワーク構造を形成することができる。よって、この添加剤は、優れた垂直配向能および優れた配向能の安定性を備え得る。いくつかの実施形態において、添加剤は第1の添加剤分子および第2の添加剤分子を含み、第1の添加剤分子の量を1重量部としたとき、第2の添加剤分子の量は0.1〜60重量部である。他の実施形態では、第1の添加剤分子の量を1重量部としたとき、第2の添加剤分子量は0.5〜50重量部である。さらに他の実施形態では、第1の添加剤分子の量を1重量部としたとき、第2の添加剤分子量は1〜30重量部である。
【0072】
他の実施形態において、液晶組成物が提供される。液晶組成物は第1の成分および第2の成分を含む。第1の成分は、少なくとも1つの上述した添加剤を含み、第2の成分は、少なくとも1つの式(II)で表される化合物を含む。
【0074】
式中、R
21およびR
22の各々は独立に、水素、ハロゲン、C
1−C
15アルキル基、またはC
2−C
15アルケニル基を表し、C
1−C
15アルキル基もしくはC
2−C
15アルケニル基は非置換である、またはC
1−C
15アルキル基もしくはC
2−C
15アルケニル基の少なくとも1つの水素原子がハロゲン原子で置換されている、および/またはC
1−C
15アルキル基もしくはC
2−C
15アルケニル基の少なくとも1つの−CH
2−が−O−で置換されており、かつ−O−は別の−O−と直接結合せず;
B
1、B
2、およびB
3の各々は独立に、1,4−フェニレン基、1,4−シクロヘキシレン基、ベンゾフラン−2,5−ジイル基、1,3−ジオキサン−2,5−ジイル基、テトラヒドロピラン−2,5−ジイル基、二価ジオキサビシクロ[2.2.2]オクチレン基、二価トリオキサビシクロ[2.2.2]オクチレン基、テトラヒドロナフタレン−2,6−ジイル基、またはインダン−2,5−ジイル基を表し、1,4−フェニレン基、1,4−シクロヘキシレン基、1,3−ジオキサン−2,5−ジイル基、ベンゾフラン−2,5−ジイル基、テトラヒドロナフタレン−2,6−ジイル基、インダン−2,5−ジイル基もしくはテトラヒドロピラン−2,5−ジイル基は非置換である、または1,4−フェニレン基、1,4−シクロヘキシレン基、1,3−ジオキサン−2,5−ジイル基、ベンゾフラン−2,5−ジイル基、テトラヒドロナフタレン−2,6−ジイル基、インダン−2,5−ジイル基もしくはテトラヒドロピラン−2,5−ジイル基の少なくとも1つの水素原子がハロゲン原子もしくは−CN基で置換されている、および/または1,4−フェニレン基、1,4−シクロヘキシレン基、1,3−ジオキサン−2,5−ジイル基、ベンゾフラン−2,5−ジイル基、テトラヒドロナフタレン−2,6−ジイル基、インダン−2,5−ジイル基もしくはテトラヒドロピラン−2,5−ジイル基の少なくとも1つの−CH
2−が−O−、−N−もしくは−S−で置換されており、かつ−O−、−N−、および−S−は互いに直接結合せず;
Z
21およびZ
22の各々は独立に、単結合、C
1−C
4アルキレン基、C
2−C
4アルケニレン基、またはC
2−C
4アルキニレン基を表し、C
1−C
4アルキレン基、C
2−C
4アルケニレン基、もしくはC
2−C
4アルキニレン基は非置換である、またはC
1−C
4アルキレン基、C
2−C
4アルケニレン基、もしくはC
2−C
4アルキニレン基の少なくとも1つの水素原子がハロゲン原子もしくは−CN基で置換されている、および/またはC
1−C
4アルキレン基、C
2−C
4アルケニレン基、もしくはC
2−C
4アルキニレン基の少なくとも1つの−CH
2−が−O−もしくは−S−で置換されており、−O−は−O−または−S−とは直接結合せず、かつ−S−は−S−と直接結合せず;
n
21は0、1、または2を表し、n
21が2を表すとき、2つのB
1基は互いに同じであるかまたは互いに異なる。
【0075】
いくつかの実施形態によれば、上述した第2の成分は、少なくとも1つの式(II−1)または式(II−2)で表される化合物を含む。
【0077】
R
21、R
22、B
1、B
2、Z
22、およびn
21の定義はそれぞれ、先の段落で定義したR
21、R
22、B
1、B
2、Z
22、およびn
21の定義と同じである。
【0078】
式(II−1)の化合物の環状基がフッ素原子を有さないため、液晶組成物の粘度は低下し得、電圧が印加されたときの液晶分子の応答速度が向上し得る。式(II−2)の化合物は、少なくとも1つのフェニレン基を含み、かつこのフェニレン基の同じ側における2つの水素原子がフッ素原子で置換されている。式(II−2)の化合物は、液晶組成物の誘電率異方性(△ε)を調整するのに用いることができる。
【0079】
いくつかの実施形態によれば、上述の液晶組成物は第3の成分をさらに含み、第3の成分は、少なくとも1つの式(III)、式(IV)、または式(V)で表される化合物を含む。
【0081】
式中、
K
21、K
22、K
23、およびK
24の各々は独立に水素またはメチル基を表し;
Z
23およびZ
24の各々は独立に、単結合、C
1−C
15直鎖アルキレン基、C
3−C
15分岐アルキレン基、C
2−C
15直鎖アルケニレン基、またはC
3−C
15分岐アルケニレン基を表し、C
1−C
15直鎖アルキレン基、C
3−C
15分岐アルキレン基、C
2−C
15直鎖アルケニレン基、もしくはC
3−C
15分岐アルケニレン基は非置換である、またはC
1−C
15直鎖アルキレン基、C
3−C
15分岐アルキレン基、C
2−C
15直鎖アルケニレン基、もしくはC
3−C
15分岐アルケニレン基の少なくとも1つの水素原子がハロゲン原子で置換されている、および/またはC
1−C
15直鎖アルキレン基、C
3−C
15分岐アルキレン基、C
2−C
15直鎖アルケニレン基、もしくはC
3−C
15分岐アルケニレン基の少なくとも1つの−CH
2−が−O−、−CO−、−COO−、もしくは−OCO−で置換されており、かつ−O−、−CO−、−COO−、および−OCO−は互いに直接結合せず;
Z
25、Z
26、Z
27、およびZ
28の各々は独立に、単結合、−C≡C−、C
1−C
15直鎖アルキレン基、C
3−C
15分岐アルキレン基、C
2−C
15直鎖アルケニレン基、またはC
3−C
15分岐アルケニレン基を表し、C
1−C
15直鎖アルキレン基、C
3−C
15分岐アルキレン基、C
2−C
15直鎖アルケニレン基、もしくはC
3−C
15分岐アルケニレン基は非置換である、またはC
1−C
15直鎖アルキレン基、C
3−C
15分岐アルキレン基、C
2−C
15直鎖アルケニレン基、もしくはC
3−C
15分岐アルケニレン基の少なくとも1つの水素原子がハロゲン原子で置換されている、および/またはC
1−C
15直鎖アルキレン基、C
3−C
15分岐アルキレン基、C
2−C
15直鎖アルケニレン基、もしくはC
3−C
15分岐アルケニレン基の少なくとも1つ −CH
2−が−SiR
e2−、−S−、−O−、−CO−、−COO−、−OCO−、−CO−NR
e−、もしくは−NR
e−CO−で置換されており、かつSiR
e2−、−S−、−O−、−CO−、−COO−、−OCO−、−CO−NR
e−、および−NR
e−CO−は互いに直接結合せず、R
eは水素、C
1−C
4直鎖アルキル基、またはC
3−C
4分岐アルキル基を表し、同じSi原子に結合している2つのR
e基は互いに同じであるかまたは互いに異なり;
B
4、B
5、B
6およびB
7の各々は独立に、1,4−フェニレン基、1,4−シクロヘキシレン基、ベンゾフラン−2,5−ジイル基、1,3−ジオキサン−2,5−ジイル基、テトラヒドロピラン−2,5−ジイル基、二価ジオキサビシクロ[2.2.2]オクチレン基、二価トリオキサビシクロ[2.2.2]オクチレン基、テトラヒドロナフタレン−2,6−ジイル基、またはインダン−2,5−ジイル基を表し、1,4−フェニレン基、1,4−シクロヘキシレン基、ベンゾフラン−2,5−ジイル基、1,3−ジオキサン−2,5−ジイル基、テトラヒドロピラン−2,5−ジイル基、二価ジオキサビシクロ[2.2.2]オクチレン基、二価トリオキサビシクロ[2.2.2]オクチレン基、テトラヒドロナフタレン−2,6−ジイル基、もしくはインダン−2,5−ジイル基は非置換であるか、または少なくとも1つの置換基で置換されており、少なくとも1つの置換基は、フッ素、塩素、−CN基、C
1−C
12直鎖アルキル基、C
3−C
12分岐アルキル基、C
2−C
12直鎖アルケニル基、C
2−C
12直鎖アルキニル基、C
4−C
12分岐アルケニル基、またはC
4−C
12分岐アルキニル基から選択され、C
1−C
12直鎖アルキル基、C
3−C
12分岐アルキル基、C
2−C
12直鎖アルケニル基、C
2−C
12直鎖アルキニル基、C
4−C
12分岐アルケニル基、もしくはC
4−C
12分岐アルキニル基は非置換である、またはC
1−C
12直鎖アルキル基、C
3−C
12分岐アルキル基、C
2−C
12直鎖アルケニル基、C
2−C
12直鎖アルキニル基、C
4−C
12分岐アルケニル基、もしくはC
4−C
12分岐アルキニル基の少なくとも1つの水素原子がハロゲン原子で置換されている、および/またはC
1−C
12直鎖アルキル基、C
3−C
12分岐アルキル基、C
2−C
12直鎖アルケニル基、C
2−C
12直鎖アルキニル基、C
4−C
12分岐アルケニル基、もしくはC
4−C
12分岐アルキニル基の少なくとも1つの−CH
2−が−O−、−CO−、−COO−、もしくは−OCO−で置換されており、かつ−O−、−CO−、−COO−、および−OCO−は互いに直接結合せず;
M
1は単結合、−CH
2O−、−OCH
2−、−CH
2CH
2−、−CH=CH−、−C≡C−、−CH
2−、−C(CH
3)
2−、−C(CF
3)
2−、−SiH
2−、−Si(CH
3)
2−、または−Si(CF
3)
2−を表し;
R
23およびR
24の各々は独立に、C
1−C
30直鎖アルキル基またはC
3−C
30分岐アルキル基を表し、C
1−C
30直鎖アルキル基もしくはC
3−C
30分岐アルキル基は非置換である、またはC
1−C
30直鎖アルキル基もしくはC
3−C
30分岐アルキル基の少なくとも1つの水素原子がハロゲン原子で置換されている、および/またはC
1−C
30直鎖アルキル基もしくはC
3−C
30分岐アルキル基の少なくとも1つの−CH
2−が−Si−、−O−、−CO−、−COO−、もしくは−OCO−で置換されており、かつ−Si−、−O−、−CO−、−COO−、および−OCO−は互いに直接結合せず;
n
22およびn
23の各々は独立に0から3の整数を表し、n
22が2またはそれ以上であるとき、2つまたはそれ以上のB
4基は互いに同じであるかまたは互いに異なり、かつ2つまたはそれ以上のM
1基は互いに同じであるかまたは互いに異なり; n
23が2またはそれ以上であるとき、2つまたはそれ以上のB
6基は互いに同じであるかまたは互いに異なり、かつ2つまたはそれ以上のZ
27基は互いに同じであるかまたは互いに異なる。
【0082】
第3の成分の化合物は少なくとも1つの重合性基を含み、重合性基はアクリル基、メタクリル基、またはその誘導体を含み得る。より具体的には、式(IV)および式(V)で表される化合物の各々は、分子の一端に重合性基を有する。式(III)で表される化合物の各々は、分子の両端に重合性基を有する。第3の成分の重合性基は、照射または加熱により、上述した式(I)で表される添加剤分子の別の重合性基と重合反応することができる。このようであると、上述したネットワークを形成する助けとなり、かつ液晶分子の垂直配向の程度がより一層向上し得る。
【0083】
第1の成分の含有量が低すぎると、液晶組成物の垂直配向の程度および電圧保持率が有効に改善されない可能性がある。反対に、第1の成分の含有量が高すぎると、第1の成分が液晶組成物中によく溶解できず、沈殿する可能性がある。このような液晶組成物は使用できない。また、第1の成分が特定の含有量を超えると、第1の成分をさらに増やしたとしても、液晶組成物の垂直配向の程度はより一層の改善がされ得ない。また、第1の成分は、比較的高い極性を有する基(例えば、アンカー基)を備える。よって、第1の成分の含有量が高すぎると、液晶組成物の電圧保持率が低下する可能性がある。上述したように、液晶組成物の垂直配向の程度および電圧保持率のバランスをとるために、第1の成分の含有量を適切な範囲内に制御することができる。
【0084】
いくつかの実施形態において、液晶組成物は第1の成分および第2の成分を含む。かかる実施形態において、第2の成分の総重量が100重量部であるとき、第1の成分は0.01〜10重量部である。他の実施形態では、第2の成分の総重量が100重量部であるとき、第1の成分は0.05〜5重量部である。また他の実施形態では、第2の成分の総重量が100重量部であるとき、第1の成分は0.1〜3重量部である。
【0085】
いくつかの実施形態において、液晶組成物は第1の成分、第2の成分、および第3の成分を含む。かかる実施形態において、第2の成分の総重量が100重量部であるとき、第1の成分は0.01〜10重量部であり、かつ第3の成分は0.01〜10重量部である。他の実施形態では、第2の成分の総重量が100重量部であるとき、第1の成分は0.04〜3.5重量部であり、かつ第3の成分は0.04〜3.5重量部である。また他の実施形態では、第2の成分の総重量が100重量部であるとき、第1の成分は0.07〜2重量部であり、かつ第3の成分は0.07〜2重量部である。
【0086】
当業者には、液晶組成物が、上述した第1の成分、第2の成分および第3の成分以外に他の成分をさらに含み得ることが理解されるはずである。例えば、適した量の他の従来の液晶化合物または他の添加剤である。いくつかの実施形態において、上記他の添加剤には、例えばカイラルドーパント(chiral dopants)、UV安定剤、抗酸化剤、フリーラジカル消去剤、ナノ粒子などが含まれ得る。
【0087】
本開示では、上述した液晶組成物を用いた液晶ディスプレイデバイスも提供される。
図1は、本開示のいくつかの実施形態による液晶ディスプレイデバイス100を示す断面図である。
【0088】
図1を参照すると、液晶ディスプレイデバイス100は、第1の基板110と、第1の基板110に対向して配置された第2の基板120とを含む。液晶ディスプレイデバイス100はまた、第1の基板110と第2の基板120との間に配置された液晶層130も含む。第1の基板110および第2の基板120はそれぞれ従来の薄膜トランジスタ基板および従来のカラーフィルター基板である。記載を簡潔にするため、第1の基板110および第2の基板120の材料、構造および製造方法についてはここでは詳細に説明しない。
【0089】
本開示の液晶ディスプレイデバイス100の液晶層130は上述した液晶組成物を用い、液晶組成物は式(I)で表される添加剤を含む。上述したように、式(I)で表される添加剤は、液晶組成物の垂直配向の程度、電圧保持率、および配向能の安定性を大幅に向上させることができる。式(I)で表される添加剤を液晶組成物に加えることにより、従来の配向膜を用いることなく、液晶分子が良好に垂直配向できるようになる。また、本開示の添加剤を用いた液晶ディスプレイデバイス100は、高い電圧保持率および優れた耐久性という長所を有する。本開示の液晶組成物は、すべてのタイプの液晶ディスプレイデバイスに適用可能である。
【0090】
本開示の前述の内容およびその他の目的、特徴、ならびに利点をより簡潔かつ明らかとするため、いくつかの実施例を挙げて本開示の添加剤および液晶組成物を説明する。実施例の液晶組成物に用いられる第2の成分および第3の成分の化合物に対応する化学構造および含有量が、以下の表3に示されている。実施例および参考例の添加剤分子は、表1、表2(上述に示される)、および以下の表4に示されている。
【0093】
実施例および参考例の添加剤分子の合成方法を以下に記載する。
【0094】
作製例1 添加剤分子Exp−A1の作製
【0096】
化合物1(35g、89.5mmol)および無水テトラヒドロフラン(550mL)を1000mLの反応フラスコに入れ攪拌して溶解させた。次いで、n−ブチルリチウム(2.5M、溶媒:テトラヒドロフラン;39.4mL、98.5mmol)を−78℃でその反応フラスコにゆっくり加え、反応を1時間進行させた。次に、ジメチルクロロシラン(10.16g、107.4mmol)を−78℃でその反応フラスコに加え、室温(20〜30℃)で2時間反応を進行させた。反応が完了した後、希塩酸(1N、30mL)を加えた。次いで、酢酸エチルおよび水を用いて抽出を行い、有機相を収集した。収集した有機相の溶媒を回転式濃縮装置を用いて除去した。次いで、カラムクロマトグラフィーを行って化合物2を得た。
【0097】
化合物2(8.0g、21.6mmol)、トルエン(60mL)および白金含有触媒(Pt/C、Pt含有量:5wt%、0.84g)を250mLの二口フラスコ中に入れ、窒素ガスを導入した。次いで、ジアリルマロン酸ジエチル(5.2g、25.6mmol)を加え、80℃に加熱して8時間反応を進行させた。反応が完了した後、ろ過により白金含有触媒を除去した。次いで、トルエンおよび水を用いて抽出を行い、有機相を収集した。収集した有機相の溶媒を回転式濃縮装置を用いて除去した。次いで、カラムクロマトグラフィーを行って化合物3を得た。
【0098】
水素化リチウムアルミニウム(LAH、2.66g、70.1mmol)および 無水テトラヒドロフラン(160mL)を500mの反応フラスコ中に入れ、撹拌して溶解させた。次いで、化合物3(20.0g、35.0mmol)を0℃でその反応フラスコにゆっくり加え、1時間反応を進行させた。次に、室温(20〜30℃)で反応を6時間進行させた。反応が完了した後、水を加えた。次いで、酢酸エチルおよび水を用いて抽出を行い、有機相を収集した。収集した有機相の溶媒を回転式濃縮装置を用いて除去した。次いで、カラムクロマトグラフィーを行って化合物4を得た。
【0099】
化合物4(2.0g、4.1mmol)、メタクリル酸(0.35g,4.1mmol)、4−ジメチルアミノピリジン(DMAP、0.25g、2.0mmol)、およびジクロロメタン(100mL)を250mLの反応フラスコに入れ、攪拌して溶解させた。次いで、その反応フラスコに0℃でN、N’−ジシクロヘキシルカルボジイミド(DCC、1.0g、4.9mmol)を加え、室温(20〜30℃)で8時間反応を進行させた。反応が完了した後、水を加えた。次いで、ジクロロメタンおよび水を用いて抽出を行い、有機相を収集した。収集した有機相の溶媒を回転式濃縮装置を用いて除去した。次いで、カラムクロマトグラフィーを行って化合物5を得た。
【0100】
化合物5(1.2g、2.2mmol)、アクリル酸(0.62g、8.7mmol)、4−ジメチルアミノピリジン(0.13g、1.1mmol)、およびジクロロメタン(60mL)を250mLの反応フラスコに入れ、攪拌して溶解させた。次いで、その反応フラスコに0℃でN、N’−ジシクロヘキシルカルボジイミド (0.54g、2.6mmol)を加え、室温(20〜30℃)で8時間反応を進行させた。反応が完了した後、水を加えた。次いで、ジクロロメタンおよび水を用いて抽出を行い、有機相を収集した。収集した有機相の溶媒を回転式濃縮装置を用いて除去した。次いで、カラムクロマトグラフィーを行って化合物6を得た。
【0101】
化合物6(0.6g、1.0mmol)、パラホルムアルデヒド(0.24g、 7.9mmol)、1、4−ジアザビシクロ[2.2.2]オクタン(0.42g、3.7mmol)、水(7mL)、およびテトラヒドロフラン(20mL)を100mLの反応フラスコに入れ、攪拌して溶解させた。次いで、70℃で8時間反応を進行させた。反応が完了した後、水を加えた。次いで、酢酸エチルおよび水を用いて抽出を行い、有機相を収集した。収集した有機相の溶媒を回転式濃縮装置を用いて除去した。次いで、カラムクロマトグラフィーを行って、添加剤分子Exp−A1を得た。
【0102】
添加剤分子Exp−A1を核磁気共鳴スペクトル測定法により分析した。得られたスペクトル情報は次のとおりであった:
1H NMR(CDCl
3,400MHz):δ0.23(s,6H),0.73−0.74(m,2H),0.86−1.43(m,25H),1.72−1.92(m,12H),2.05−2.15(m,1H),2.30−2.50(m,2H),4.09−4.17(m,4H),4.31(d,J=5.6Hz,2H),5.56(s,1H),5.83(s,1H),6.08(s,1H),6.23(s,1H),7.19(d,J=8.0Hz,2H),7.40(d,J=8.0Hz,2H)
【0103】
作製例2 添加剤分子Exp−B2の作製
【0105】
化合物4(5.0g、10.3mmol)、アクリル酸(4.1g,56.5mmol)、4−ジメチルアミノピリジン(1.25g、10.3mmol)、およびジクロロメタン(200mL)を500mLの反応フラスコ中に入れ、攪拌して溶解させた。次いで、その反応フラスコ中に0℃でN,N’−ジシクロヘキシルカルボジイミド(5.1g、24.7mmol)を加え、室温(20〜30℃)で24時間反応を進行させた。反応が完了した後、水を加えた。次いで、ジクロロメタンおよび水を用いて抽出を行い、有機相を収集した。収集した有機相の溶媒を回転式濃縮装置を用いて除去した。次いで、カラムクロマトグラフィーを行って添加剤分子 Exp−B2を得た。
【0106】
添加剤分子Exp−B2を核磁気共鳴スペクトル測定法により分析した。得られたスペクトル情報は次のとおりであった:
1H NMR(CDCl
3,400MHz):δ0.23(s,6H),0.72−0.74(m,2H),0.86−1.44(m,26H),1.72−1.90(m,8H),2.02−2.15(m,1H),2.35−2.45(m,1H),4.08−4.18(m,4H),5.82 (dd,J
1=10.4Hz,J
2=1.6Hz,2H),6.10(dd,J
1=17.2Hz,J
2=10.4Hz,2H),6.38(dd,J
1=17.2Hz,J
2=1.6Hz,2H),7.19(d,J=8.0Hz,2H),7.40(d,J=8.0Hz,2H)。
【0107】
作製例3 添加剤分子Exp−A2の作製
【0109】
添加剤分子Exp−B2(1.5g、2.5mmol)、パラホルムアルデヒド(0.68g、22.7mmol)、1、4−ジアザビシクロ[2.2.2]オクタン(1.1g、10.0mmol)、水(15mL)、およびテトラヒドロフラン(30mL)を100mLの反応フラスコに入れ攪拌して溶解させた。次いで、70℃で8時間反応を進行させた。反応が完了した後、水を加えた。次いで、酢酸エチルおよび水を用いて抽出を行い、有機相を収集した。収集した有機相の溶媒を回転式濃縮装置を用いて除去した。次いで、カラムクロマトグラフィーを行って添加剤分子Exp−A2を得た。
【0110】
添加剤分子Exp−A2を核磁気共鳴スペクトル測定法により分析した。得られたスペクトル情報は次のとおりであった:
1H NMR(CDCl
3,400MHz):δ0.24(s,6H),0.72−1.43(m,30H),1.72−1.92(m,8H),2.05−2.17(m,1H),2.21−2.32(m,2H),2.36−2.48(m,1H),4.10−4.22(m,4H),4.31 (d,J=5.6Hz,2H),5.84(s,2H),6.23(s,2H),7.19(d,J=8.0Hz,2H),7.40(d,J=8.0Hz,2H)。
【0111】
作製例4 添加剤分子Exp−B1の作製
【0113】
化合物4(3.0g、6.2mmol)、メタクリル酸(2.1g、24.7mmol)、4−ジメチルアミノピリジン(0.75g、6.2mmol)、およびジクロロメタン(60mL)を250mLの反応フラスコに入れ、攪拌して溶解させたい。次いで、その反応フラスコに0℃でN、N’−ジシクロヘキシルカルボジイミド(3.0g、14.7mmol)を加え、室温(20〜30℃)で24時間反応を進行させた。反応が完了した後、水を加えた。次いで、ジクロロメタンおよび水を用いて抽出を行い、有機相を収集した。収集した有機相の溶媒を回転式濃縮装置を用いて除去した。次いで、カラムクロマトグラフィーを行って添加剤分子Exp−B1を得た
【0114】
添加剤分子Exp−B1を核磁気共鳴スペクトル測定法により分析した。得られたスペクトル情報は次のとおりであった:
1H NMR(CDCl
3,400MHz):δ0.24(s,6H),0.73−0.77(m,2H),0.89−1.46(m,26H),1.77−1.95(m,14H),2.11−2.14(m,1H),2.41−2.45(m,1H),4.09−4.19(m,4H),5.57(s,2H),6.10(s,2H),7.19(d,J=8.0Hz,2H),7.40(d,J=8.0Hz,2H)。
【0115】
作製例5 添加剤分子Exp−A3の作製
【0117】
化合物1(24.7g、63.2mmol)および無水テトラヒドロフラン(400mL)を1000mLの反応フラスコ中に入れ、攪拌して溶解させた。次いで、n−ブチルリチウム(2.5M、溶媒:テトラヒドロフラン;26.5mL、66.2mmol)をその反応フラスコに−78℃でゆっくりと加え、1時間反応を進行させた。次に、トリクロロ(メチル)シラン(9.0g、60.2mmol)を−78℃でその反応フラスコに加え、室温(20〜30℃)で3時間反応を進行させた。次いで、アリルマグネシウムクロリド(濃度:2.0M、溶媒:テトラヒドロフラン;63.2mL、126.4mmol)を加え、その混合物を8時間加熱(100℃)還流して反応を進行させた。反応が完了した後、水を加えた。次いで、酢酸エチルおよび水を用いて抽出を行い、有機相を収集した。収集した有機相の溶媒を回転式濃縮装置を用いて除去した。次いで、カラムクロマトグラフィーを行って化合物7を得た。
【0118】
化合物7(17.0g、38.9mmol)およびテトラヒドロフラン(550mL)を1000mLの反応フラスコに入れ、攪拌して溶解させた。次いで、ボラン−ジメチルスルフィド錯体(濃度:2.0M、溶媒:テトラヒドロフラン;42.8mL、85.6mmol)を0℃でその反応フラスコに加え、3時間反応を進行させた。次いで、水酸化ナトリウム(4.2g、105.1mmol)を0℃で純水34mLに溶解し、0.5時間攪拌した。次いで、過酸化水素(30%、55mL)を0℃でその反応フラスコに加え、室温(20〜30℃)で5時間反応を進行させた。反応が完了した後、飽和炭酸カリウム水溶液を加えた。次いで、酢酸エチルおよび水を用いて抽出を行い、有機相を収集した。収集した有機相の溶媒を回転式濃縮装置を用いて除去した。次いで、カラムクロマトグラフィーを行って化合物8を得た。
【0119】
化合物8(6.0g、12.7mmol)、アクリル酸(4.6g、63.5mmol)、4−ジメチルアミノピリジン(1.5g、12.7mmol)、およびテトラヒドロフラン(120mL)を500mLの反応フラスコに入れ、攪拌して溶解させた。次いで、N,N’−ジシクロヘキシルカルボジイミド(6.3g、30.5mmol)をその反応フラスコに0℃で加え、室温(20〜30℃)で24時間反応を進行させた。反応が完了した後、水を加えた。次いで、酢酸エチルおよび水を用いて抽出を行い、有機相を収集した。収集した有機相の溶媒を回転式濃縮装置を用いて除去した。次いで、カラムクロマトグラフィーを行って化合物9を得た。
【0120】
化合物9(3.0g、5.2mmol)、パラホルムアルデヒド(1.4g、46.5mmol)、1,4−ジアザビシクロ[2.2.2]オクタン(2.3g、20.7mmol)、水(22mL)、およびテトラヒドロフラン(45mL)を250mLの反応フラスコに入れ、攪拌して溶解させた。次いで、70℃で24時間反応を進行させた。反応が完了した後、水を加えた。次いで、酢酸エチルおよび水を用いて抽出を行い、有機相を収集した。収集した有機相の溶媒を回転式濃縮装置を用いて除去した。次いで、カラムクロマトグラフィーを行って、添加剤分子Exp−A3を得た。
【0121】
添加剤分子Exp−A3を核磁気共鳴スペクトル測定法により分析した。得られたスペクトル情報は次のとおりであった:
1H NMR(CDCl
3,400MHz):δ0.29(s,3H),0.80−1.46(m,26H),1.68−1.92(m,12H),2.33−2.36(m,2H),2.42−2.45(m,1H),4.15(t,J=6.8Hz,4H),4.34(d,J=6.4Hz, 4H),5.84(s,2H),6.26(s,2H),7.20(d,J=8.0Hz,2H),7.40(d,J=8.0Hz,2H)。
【0122】
作製例6 添加剤分子Exp−B3の作製
【0124】
化合物8(3.0g、6.3mmol)、メタクリル酸(2.2g、25.4mmol)、4−ジメチルアミノピリジン(0.77g、6.3mmol)、およびテトラヒドロフラン(100mL)を250mLの反応フラスコに入れ、攪拌して溶解させた。次いで、N,N’−ジシクロヘキシルカルボジイミド(3.1g,15.2mmol)を0℃でその反応フラスコに加え、室温(20〜30℃)で24時間反応を進行させた。反応が完了した後、水を加えた。次いで、酢酸エチルおよび水を用いて抽出を行い、有機相を収集した。収集した有機相の溶媒を回転式濃縮装置を用いて除去した。次いで、カラムクロマトグラフィーを行って、添加剤分子Exp−B3を得た。
【0125】
添加剤分子Exp−B3を核磁気共鳴スペクトル測定法により分析した。得られたスペクトル情報は次のとおりであった:
1H NMR(CDCl
3,400MHz):δ0.29(s,3H),0.80−1.46(m,26H),1.66−1.96(m,18H),2.42−2.46(m,1H),4.10(t,J=6.8 Hz,4H),5.56(s,2H),6.10(s,2H),7.20(d,J=8.0Hz,2H),7.40(d,J=8.0Hz,2H)。
【0126】
作製例7 添加剤分子Exp−A4の作製
【0128】
化合物1(24.2g、61.8mmol)および無水テトラヒドロフラン(400mL)を1000mLの反応フラスコに入れ、攪拌して溶解させた。次いで、n−ブチルリチウム(2.5M、溶媒:テトラヒドロフラン;25.9mL、64.7mmol)をその反応フラスコに−78℃でゆっくり加え、反応を1時間進行させた。次に、テトラクロロシラン(10.0g、58.9mmol)をその反応フラスコに−78℃で加え、室温(20〜30℃)で3時間反応を進行させた。次いで、アリルマグネシウムクロリド(濃度:2.0M、溶媒:テトラヒドロフラン;100.0mL、200.0mmol)を加え、その混合物を8時間加熱(100℃)還流して反応を進行させた。反応が完了した後、水を加えた。次いで、酢酸エチルおよび水を用いて抽出を行い、有機相を収集した。収集した有機相の溶媒を回転式濃縮装置を用いて除去した。次いで、カラムクロマトグラフィーを行って、化合物10を得た。
【0129】
化合物10(14.0g,30.3mmol)およびテトラヒドロフラン(470mL)を1000mLの反応フラスコに入れ、攪拌して溶解させた。次いで、ボラン−ジメチルスルフィド錯体(濃度:2.0M、溶媒:テトラヒドロフラン; 53.0mL、106.0mmol)を0℃でその反応フラスコに加え、3時間反応を進行させた。次いで、水酸化ナトリウム(4.8g、121.2mmol)を0℃で純水42mL中に溶解し、0.5時間攪拌した。次いで、過酸化水素(30%、80mL)を0℃でその反応フラスコに加え、室温(20〜30℃)で5時間反応を進行させた。反応が完了した後、飽和炭酸カリウム水溶液を加えた。次いで、酢酸エチルおよび水を用いて抽出を行い、有機相を収集した。収集した有機相の溶媒を回転式濃縮装置を用いて除去した。次いで、再結晶(酢酸エチル/n−ヘキサン)により精製を行い、化合物11を得た。
【0130】
化合物11(8.0g、15.5mmol)、アクリル酸(11.2g、155.0mmol)、4−ジメチルアミノピリジン(2.8g、23.3mmol)、およびテトラヒドロフラン(190mL)を500mLの反応フラスコに入れ、攪拌して溶解させた。次いで、N,N’−ジシクロヘキシルカルボジイミド(11.5g、55.8mmol)を0℃でその反応フラスコに加え、室温(20〜30℃)で24時間反応を進行させた。反応が完了した後、水を加えた。次いで、酢酸エチルおよび水を用いて抽出を行い、有機相を収集した。収集した有機相の溶媒を回転式濃縮装置を用いて除去した。次いで、カラムクロマトグラフィーを行って化合物12を得た。
【0131】
化合物12(2.2g、3.2mmol)、パラホルムアルデヒド(0.9g、30.0mmol)、1,4−ジアザビシクロ[2.2.2]オクタン(1.5g、13.0mmol)、水(15mL)、およびテトラヒドロフラン(40mL)を250mLの反応フラスコに入れ、攪拌して溶解させた。次いで、70℃で48時間反応を進行させた。反応が完了した後、水を加えた。次いで、酢酸エチルおよび水を用いて抽出を行い、有機相を収集した。収集した有機相の溶媒を回転式濃縮装置を用いて除去した。次いで、カラムクロマトグラフィーを行って添加剤分子Exp−A4を得た。
【0132】
添加剤分子Exp−A4を核磁気共鳴スペクトル測定法により分析した。得られたスペクトル情報は次のとおりであった:
1H NMR(CDCl
3,400MHz):δ0.81−1.46(m,28H),1.68−1.95(m,14H), 2.44−2.47(m,4H),4.16(t,J=6.8Hz,6H),4.34(d,J=6.0Hz,6H),5.85(s,3H),6.26(s,3H),7.21(d,J=8.0Hz,2H),7.39(d,J=8.0Hz,2H)。
【0133】
作製例8 添加剤分子Exp−B4の作製
【0135】
化合物13(30g、91.3mmol)、ジイソプロピルアミン(1.3g、12.8mmol)、N−ブロモスクシンイミド(NBS、33.3g、187.2mmol)、およびジクロロメタン(400mL)を1000mLの反応フラスコに入れ、攪拌して溶解させた。室温(20〜30℃)で6時間反応を進行させた。反応が完了した後、水を加えた。次いで、ジクロロメタンおよび水を用いて抽出を行い、有機相を収集した。収集した有機相の溶媒を回転式濃縮装置を用いて除去した。次いで、カラムクロマトグラフィーを行って化合物14を得た。
【0136】
水素化ナトリウム(NaH、4.2g、173mmol)、ジメチルホルムアミド(DMF、200mL)、および化合物14(24.0g、49.4mmol)を500mLの二口フラスコに入れ、30分攪拌した。次いで、ヨードエタン(23.1g、148.1mmol)を0℃で加え、100℃で8時間反応を進行させた。反応が完了した後、水を加えた。次いで、酢酸エチルおよび水を用いて抽出を行い、有機相を収集した。収集した有機相の溶媒を回転式濃縮装置を用いて除去した。次いで、カラムクロマトグラフィーを行って化合物15を得た。
【0137】
化合物15(8.0g、15.6mmol)および無水テトラヒドロフラン(100mL)を500mLの反応フラスコに入れ、攪拌して溶解させた。次いで、n−ブチルリチウム(2.5M、溶媒:テトラヒドロフラン;22.4mL、56.0mmol)を−78℃でゆっくりとその反応フラスコに加え、1時間反応を進行させた。次に、ジメチルクロロシラン(5.3g、56.0mmol)を−78℃でその反応フラスコに加え、室温(20〜30℃)で2時間反応を進行させた。反応が完了した後、希塩酸(1N、60mL)を加えた。次いで、酢酸エチルおよび水を用いて抽出を行い、有機相を収集した。収集した有機相の溶媒を回転式濃縮装置を用いて除去した。次いで、カラムクロマトグラフィーを行って化合物16を得た。
【0138】
化合物16(1.0g、2.1mmol)、トルエン(15mL)および白金含有触媒(Pt/C、Pt含有量:5wt%、0.2g)を100mLの二口フラスコ中に入れ、窒素ガスを導入した。次いで、メタクリル酸アリル(1.1g、8.5 mmol)を加え、100℃に加熱し8時間反応を進行させた。反応が完了した後、ろ過により白金含有触媒を除去した。次いで、トルエンおよび水を用いて抽出を行い、有機相を収集した。収集した有機相の溶媒を回転式濃縮装置を用いて除去した。次いで、カラムクロマトグラフィーを行って、添加剤分子Exp−B4を得た。
【0139】
添加剤分子Exp−B4を核磁気共鳴スペクトル測定法により分析した。得られたスペクトル情報は次のとおりであった:
1H NMR(CDCl
3,400MHz):δ0.32(s,12H),0.83−1.45(m,29H),1.65−1.96(m,18H),2.39−2.45(m,1H),3.78(q,J=7.2Hz,2H),4.12(t,J=6.8Hz,4H),5.55(s,2H),6.11(s,2H),7.26(s,2H)。
【0140】
作製例9 添加剤分子Exp−Cの作製
【0142】
化合物2(6.0g、16.2mmol)、トルエン(50mL)および白金含有触媒(Pt/C、Pt含有量:5wt%、0.63g)を250mLの二口フラスコ中に入れ、窒素ガスを導入した。次いで、メタクリル酸アリル(3.1g、24.3mmol)を加え、90℃に加熱して8時間反応を進行させた。反応が完了した後、ろ過により白金含有触媒を除去した。次いで、トルエンおよび水を用いて抽出を行い、有機相を収集した。収集した有機相の溶媒を回転式濃縮装置を用いて除去した。次いで、カラムクロマトグラフィーを行って添加剤分子Exp−Cを得た。
【0143】
添加剤分子Exp−Cを核磁気共鳴スペクトル測定法により分析した。得られたスペクトル情報は次のとおりであった:
1H NMR(CDCl
3,400MHz):δ0.24(s,6H),0.74−0.78(m,2H),0.89−1.50(m,24H),1.68−1.95(m,11H),2.42−2.49(m,1H),4.11(t,J=8.0Hz,2H),5.57(s,1H),6.10(s,1H),7.19(d,J=8.0Hz,2H),7.40(d,J=8.0 Hz,2H)。
【0146】
添加剤分子Refは、化合物13出発物質として用い、化合物15を合成するのに用いた手順にしたがって合成することができ、その合成ステップは上述のフロー図に示されるとおりである。
【0147】
以下の実施例および参考例において、すべての液晶組成物を、表3にしたがって式(II)の分子100重量部からなる母液を形成することにより作製してから、表3に示される式(III)の分子0.3重量部を加えた。次いで、表1、2および4に示される添加剤分子を、表5に示される添加の量にしたがって上記液晶組成物にさらに加えた。例えば、実施例6の液晶組成物は、表3に示される式(II)の分子からなる100重量部の母液であり、0.3重量部の式(III)の分子、0.2重量部の添加剤分子Exp−A2、および0.5重量部の添加剤分子Exp−B2がさらに添加されている。また、表5に示される参考例および実施例1〜5の液晶組成物中に、表1、2および4に示される添加剤分子は1種のみ添加される。
【0149】
式(II)の分子からなる母液100重量部中に、表3に示される式(III)の分子0.3重量部、ならびに表1、2および4に示される添加剤分子(添加の量は表5に示されている)を加え、その混合物を均一に混合し、透明点(clearing point)まで加熱した。次いで、それを室温まで冷却し、参考例または実施例の液晶組成物を形成した。実施例または参考例の液晶組成物を、3.5μmの間隔を有し、かつ配向層の無い2枚の酸化インジウムスズ(ITO)基板の間に注入し、実施例または参考例の液晶ディスプレイ素子をそれぞれ形成する。12VのDC電圧および紫外線照射(ピーク波長:313nm)を液晶ディスプレイ素子に印加して、実施例または参考例の液晶ディスプレイデバイスを形成した。
【0151】
[垂直配向]
液晶ディスプレイデバイスを、偏光素子およびアナライザが直交するように配置されている偏光顕微鏡中に配した。素子に下方から光を照射し、光漏れの有無を観察して垂直配向について判断した。垂直配向の実験結果は表6に示されている。
〇:光が素子のどの部分も透過しない(一枚全体が均一で光の透過がない)。この結果は、デバイスが垂直配向を有することを示す。
×:光が素子の全ての部分を透過する(一枚全体に均一に光が透過する)。この結果は、デバイスが垂直配向を有さないことを示す。
【0152】
[電圧保持率]
DC電圧(充電電圧5V、動作周波数0.6Hz)を周囲温度60℃で、実施例または参考例の液晶ディスプレイに印加した。印加を解除して1.667secに至った後の電圧値V2を液晶物理パラメータ計測装置(製品番号:ALCT-IV1、INSTEC社製)で測定した。電圧保持率の実験結果を表6に示した。液晶ディスプレイデバイスの電圧保持率(VHR)を計算する式は次のとおりである。
【0153】
(数1)
VHR=(V2/印加電圧値)×100%
【0154】
[配向能の安定性]
0Vから10Vの電圧を液晶ディスプレイデバイスに連続的に印加し、異なる電圧に対応する液晶ディスプレイデバイスの光透過率を測定した。0.1Vごとに光透過率を記録し、実験結果に基づいて電圧対透過率のグラフを描いた。透過率1%の液晶ディスプレイデバイスに対応する電圧をV(th,i)と定義する。次に、液晶ディスプレイデバイスに劣化実験を行った。劣化実験のステップは次のとおりである。液晶ディスプレイデバイスをオーブン(温度:60℃)に入れ、電圧(AC、10V)を4日間印加した。劣化実験を行った後、その液晶ディスプレイデバイスに上述した実験を行って、電圧対透過率のグラフを描いた。透過率1%の液晶ディスプレイデバイスに対応する電圧をV(th,f)と定義する。液晶ディスプレイデバイスのΔVth値(単位:ボルト)は以下の式にしたがって算出される。ΔVthの絶対値が小さいほど、添加剤分子の配向能の安定性は優れる。ΔVth値の実験結果を表6に示した。
【0155】
(数2)
△Vth=V(th,f)−V(th,i)
【0158】
表6の参考例を参照にすると、参考例は添加剤分子Refを含んでいる。添加剤分子Refはシリコン原子および重合性基を有さないため、参考例の液晶組成物の電圧保持率は良好でない。また、添加剤分子Refは重合性基を有さないため、参考例の液晶組成物の垂直配向能の安定性は良好ではない。
【0159】
表6の実施例1〜12を参照にすると、実施例1〜12の各々は、少なくとも1つの式(I)で表される添加剤分子を含む。結果は、実施例1〜12の液晶分子がいずれも垂直に配向し、かつ電圧保持率(例えば、80%より大きい電圧保持率)および垂直配向能の安定性が格段に向上していることを示している。
【0160】
表6の実施例1〜4を参照すると、実施例1〜4の各々は、第1の添加剤分子のうちの1つを含み、かつ第1の添加剤分子の全てがアンカー基および重合性基の両方を含んでいる。結果は、実施例1〜4の液晶分子がいずれも垂直に配向することを示ししている。特に、実施例2、3、および4において、液晶分子は、少量の添加剤分子(例えば、添加された量が0.5重量部未満)が加えられるだけの条件で、良好に垂直配向することができる。したがって、第1の添加剤分子は液晶分子の垂直配向の程度を大幅に向上させることができると共に、電圧保持率を大幅に向上させることもできる。
【0161】
表6の実施例5を参照すると、実施例5は第2の添加剤分子のうちの1つを含み、第2の添加剤分子は、分子の側鎖および/または主鎖に2つの重合性基を含んでいる。結果は、実施例5の液晶分子が垂直に配向し、かつそれらの配向能の安定性が優れていることを示している。したがって、第2の添加剤分子は、液晶分子の垂直配向能の安定性の程度を大幅に向上させることができる。
【0162】
表6の実施例6〜9を参照すると、実施例6〜9の各々は、第1の添加剤分子のうちの1つと第2の添加剤分子のうちの1つとを含み、かつ第2の添加剤分子の全てが、分子の側鎖および/または主鎖に2つの重合性基を含んでいる。結果は、実施例6〜9の液晶分子が全て垂直に配向し、かつそれらの配向能の安定性が優れていることを示している。特に、実施例9では、添加された第1の添加剤分子および第2の添加剤分子の総量は0.7重量部である。実施例9において、電圧保持率は98.4%であり、△Vth値は−0.022Vである。したがって、第1の添加剤分子および第2の添加剤分子を同時に用いることによって、電圧保持率および配向能の安定性をさらに向上させることができる。
【0163】
表6の実施例10〜12を参照すると、実施例10〜12の各々は、第1の添加剤分子のうちの1つと式(V)で表される化合物とを含んでおり、かつ式(V)で表される化合物は分子の末端に1つの重合性基を含む。結果は、実施例10〜12の液晶分子は全て垂直に配向し、かつそれらの配向能の安定性が優れていることを示している。特に、実施例10では、添加される第1の添加剤分子と式(V)で表される化合物との総量は0.7重量部である。実施例10において、電圧保持率は98.0%であり、△Vth値は−0.010Vである。実施例11では、電圧保持率は96.9%であり、△Vth値は−0.050Vである。したがって、第1の添加剤分子と、重合性基を有する式(V)で表される化合物とを同時に用いることによって、電圧保持率および配向能の安定性をさらに向上させることができる。
【0164】
まとめると、本開示の添加剤分子は、高い電圧保持率を有すると同時に、優れた垂直配向能を備え得るものである。上述の添加剤分子を液晶組成物に加えることにより、従来の配向膜を用いずに、大部分の液晶分子が良好に垂直配向するという状態を実現することが可能となる。液晶組成物の電圧保持率と配向能の安定性とのバランスをとるために、第1の添加剤分子および/または第2の添加剤分子の含有量を調整することができる。さらに、本開示の実施形態の添加剤分子を用いた液晶ディスプレイデバイスは、高い電圧保持率(例えば、80%より大きい電圧保持率)および優れた配向能の安定性を有し得る。結果として、液晶ディスプレイデバイスの性能および耐久性が格段に向上し得る。
【0165】
実施例の方式により、かつ好ましい実施形態の観点から本開示を説明したが、添付の特許請求の範囲に定義された本開示の精神および範囲から逸脱することなく、(当業者には明らかであろう)各種変更および類似の構成を本明細書に加え得るということが、理解されなければならない。