CN104321408A - 向列液晶组合物 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种液晶组合物，其特征在于，作为能够调整折射率各向异性(Δn)、不使向列相的温度范围恶化、粘度(η)足够低且介电常数各向异性(Δε)为正的液晶组合物，其是具有正介电常数各向异性的液晶组合物，上述液晶组合物含有选自通式(LC0)所表示的化合物中的1种或2种以上的化合物，进一步含有选自通式(LC5)所表示的化合物中的1种或2种以上的化合物，更进一步含有存在于通式(LC0)至通式(LC4)的Y01至Y41中的至少任意一个是碳数2～5的被氟化的烷基、烷氧基、烯基或烯氧基的化合物。
Description
技术领域
本发明涉及作为电光性液晶显示材料有用的介电常数各向异性(Δε)表现正值的向列液晶组合物。
背景技术
液晶显示元件从时钟、计算器开始，发展到用于各种测定设备、汽车用面板、文字处理器、电子记事本、打印机、电脑、电视机、时钟、广告显示板等。作为液晶显示方式，其代表性方式有TN(扭曲向列)型、STN(超扭曲向列)型、使用TFT(薄膜晶体管)的以垂直取向为特征的VA型、以水平取向为特征的IPS(平面转换)型/FFS型等。要求这些液晶显示元件中使用的液晶组合物对水分、空气、热、光等外界因素稳定，此外，在以室温为中心尽量宽的温度范围内显示液晶相，低粘性，并且驱动电压低。进而，为了针对各显示元件将介电常数各向异性(Δε)和或折射率各向异性(Δn)等设为最适值，液晶组合物由数种至数十种化合物构成。
在垂直取向型显示器中使用Δε为负的液晶组合物，在TN型、STN型或IPS型等水平取向型显示器中使用Δε为正的液晶组合物。近年，还报道了使Δε为正的液晶组合物在未施加电压时垂直取向，通过施加IPS型/FFS型电场来进行显示的驱动方式，从而Δε为正的液晶组合物的必要性进一步提高。另一方面，在所有驱动方式中，均要求低电压驱动、高速响应、宽工作温度范围。即，要求Δε为正且绝对值大、粘度(η)小、向列相-各向同性液相转变温度(Tni)高。此外，由于Δn与单元间隙(d)之积即Δn×d的设定，因此需要根据单元间隙将液晶组合物的Δn调节至适当的范围。此外，在将液晶显示元件应用于电视机等的情况下，重视高速响应性，因此需要γ1小的液晶组合物。
作为液晶组合物的组成成分，公开了使用作为Δε为正的液晶化合物的式(A-1)、(A-2)所表示的化合物的液晶组合物(专利文献1至专利文献4)，但这些液晶组合物无法实现足够低的粘性。
[化1]
另一方面，公开了如下发明，该发明涉及：为了改善液晶显示器的性能，除了具有作为极性基的氟原子、三氟甲氧基以外还具有各种各样的基团的化合物及含有该化合物的组合物(专利文献5至专利文献18)。然而，同样地，这些液晶组合物无法实现足够低的粘性。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：WO96/032365号
专利文献2：日本特开平09-157202号
专利文献3：WO98/023564号
专利文献4：日本特开2003-183656号
专利文献5：日本特表平3-505742号
专利文献6：日本特表平6-500343号
专利文献7：日本特表平7-509025号
专利文献8：日本特表平8-500366号
专利文献9：日本特表平8-507771号
专利文献10：日本特表平8-510220号
专利文献11：日本特开平6-40988号
专利文献12：日本特开平6-329573号
专利文献13：日本特开平7-82561号
专利文献14：日本特开平7-145099号
专利文献15：日本特开2004-115800号
专利文献16：日本特开2006-321804号
专利文献17：日本特开2008-189927号
专利文献18：日本特表2011-516628号
发明内容
发明所要解决的课题
本发明所要解决的课题是提供一种液晶组合物，其能够调整为期望的折射率各向异性(Δn)，通过抑制向列相-各向同性液相转变温度(Tni)降低及向列相的下限温度上升而不使向列相的温度范围恶化，粘度(η)足够低，并且介电常数各向异性(Δε)为正。
用于解决课题的方法
本发明人研究了各种氟苯衍生物，发现通过组合特定的化合物能够解决上述课题，从而完成了本发明。
本发明提供一种液晶组合物，其特征在于，其是具有正介电常数各向异性的液晶组合物，上述液晶组合物含有选自通式(LC0)所表示的化合物中的1种或2种以上的化合物，进一步含有选自通式(LC1)至通式(LC5)所表示的化合物组中的1种或2种以上的化合物，更进一步含有1种或2种以上存在于通式(LC0)至通式(LC4)的Y01至Y41中的至少任意一个是碳数2～5的被氟化的烷基、烷氧基、烯基或烯氧基的化合物，并且本发明提供使用该液晶组合物的液晶显示元件。
[化2]
(式中，R01～R41各自独立地表示碳数1～15的烷基，该烷基中的1个或2个以上的-CH2-可以以氧原子不直接邻接的方式被-O-、-CH＝CH-、-CO-、-OCO-、-COO-、-C≡C-、-CF2O-或-OCF2-取代，该烷基中的1个或2个以上的氢原子可以任意地被卤素取代，R51及R52各自独立地表示碳数1～15的烷基，该烷基中的1个或2个以上的-CH2-可以以氧原子不直接邻接的方式被-O-、-CH＝CH-、-CO-、-OCO-、-COO-或-C≡C-取代，R51及R52在后述A51或A53为环己烷环的情况下可以是-OCF3或-CF3-，A01～A42各自独立地表示下述任一结构，
[化3]
(该结构中环己烷环的1个或2个以上的-CH2-可以以氧原子不直接邻接的方式被-O-取代，该结构中苯环的1个或2个以上的-CH＝可以以氮原子不直接邻接的方式被-N＝取代，X61及X62各自独立地表示-H、-Cl、-F、-CF3或-OCF3。)
A51～A53各自独立地表示下述任一结构，
[化4]
(式中，环己烷环中的1个或2个以上的-CH2CH2-可以被-CH＝CH-、-CF2O-或-OCF2-取代，苯环中的1个或2个以上的-CH＝可以以氮原子不直接邻接的方式被-N＝取代。)
X01表示氢原子或氟原子，X11～X43各自独立地表示-H、-Cl、-F、-CF3或-OCF3，Y01～Y41表示-Cl、-F、-OCHF2、-CF3、-OCF3、碳数2～5的被氟化的烷基、烷氧基、烯基或烯氧基，Z01及Z02各自独立地表示单键、-CH＝CH-、-C≡C-、-CH2CH2-、-(CH2)4-、-OCF2-或-CF2O-，Z31～Z42各自独立地表示单键、-CH＝CH-、-C≡C-、-CH2CH2-、-(CH2)4-、-OCF2-或-CF2O-，存在的Z31及Z32之中至少1个不是单键，Z51及Z52各自独立地表示单键、-CH＝CH-、-C≡C-、-CH2CH2-、-(CH2)4-、-OCH2-、-CH2O-、-OCF2-或-CF2O-，m01～m51各自独立地表示0～3的整数，m01+m02、m31+m32及m41+m42各自独立地表示1、2、3或4，在A01、A03、A23、A31、A32、A41、A42、A52、Z01、Z02、Z31、Z32、Z41、Z42和/或Z52存在多个的情况下，它们可以相同也可以不同。)
发明效果
本发明的液晶组合物具有Δε为正且其绝对值大这样的特征。此外，η也低、旋转粘性(γ1)也小、液晶性优异、在宽温度范围内显示稳定的液晶相。进一步，本发明的液晶组合物是对热、光、水等化学上稳定、能够低电压驱动的实用且可靠性高的液晶组合物。
具体实施方式
本申请发明中的液晶组合物含有选自上述通式(LC0)所表示的化合物中的1种或2种以上的化合物，进一步含有选自通式(LC1)至通式(LC5)所表示的化合物所组成的化合物组中的1种或2种以上的化合物。含有通式(LC0)所表示的化合物和通式(LC1)至通式(LC5)所表示的化合物的液晶组合物即使在低温中也显示出稳定的液晶相，因此可以称为实用性的液晶组合物。
这些通式(LC0)至通式(LC5)中，R01～R52各自独立地优选为碳数1～8的烷基、碳数2～8的烯基或碳数1～8的烷氧基，优选为直链。在R01～R52为烯基的情况下，优选选自式(R1)至式(R5)中的任一个所表示的基团。
[化5]
(各式中的黑点表示与环的连接点。)
在A01、A11、A21、A31、A41、A51、A53为反式-1,4-亚环己基的情况下，更优选式(R1)、式(R2)、式(R4)。更优选含有1种或2种以上通式(LC5)中的R51、R52中的至少一个为式(R1)至式(R5)中的任一烯基的化合物。
A01～A42各自独立地优选反式-1,4-亚环己基、1,4-亚苯基、3-氟-1,4-亚苯基、3,5-二氟-1,4-亚苯基或四氢吡喃-2,5-二基。在A01～A42含有四氢吡喃基的情况下，优选为A01、A11、A21及A31。作为具体优选的具有四氢吡喃-2,5-二基的化合物，可以举出后述记载的通式(LC0-7)至通式(LC0-9)、通式(LC0-23)、通式(LC0-24)、通式(LC0-26)、通式(LC0-27)、通式(LC0-20)、通式(LC0-40)、通式(LC0-51)至通式(LC0-53)、通式(LC0-110)、通式(LC0-111)、通式(LC2-9)至通式(LC2-14)、通式(LC3-23)至通式(LC3-32)、通式(LC4-12)至通式(LC4-14)、通式(LC4-16)、通式(LC4-19)及通式(LC4-22)所表示的化合物。在该情况下，含有选自这些化合物组中的1种或2种以上的化合物适合用于解决本发明的课题。
A51～A53各自独立地优选反式-1,4-亚环己基、1,4-亚苯基、3-氟-1,4-亚苯基或2-氟-1,4-亚苯基。
Z01及Z02各自独立地优选单键、-CH＝CH-、-C≡C-、-CH2CH2-、-OCF2-或-CF2O-，在存在的Z01及Z02其中之一表示-CH＝CH-、-C≡C-、-CH2CH2-、-(CH2)4-、-OCF2-或-CF2O-的情况下，另一个优选表示单键，更优选全部表示单键。
Z31～Z42各自独立地优选单键、-CH＝CH-、-C≡C-、-CH2CH2-、-OCH2-、-CH2O-、-OCF2-或-CF2O-，在存在的Z31～Z42其中之一表示-CH＝CH-、-C≡C-、-CH2CH2-、-(CH2)4-、-OCF2-或-CF2O-的情况下，另一个优选为单键。
Z51及Z52各自独立地优选单键、-CH＝CH-、-C≡C-、-CH2CH2-、-OCF2-或-CF2O-，在存在的Z51及Z52其中之一表示-CH＝CH-、-C≡C-、-CH2CH2-、-(CH2)4-、-OCH2-、-CH2O-、-OCF2-或-CF2O-的情况下，另一个优选为单键，更优选全部表示单键。
在X01为F时，形成大的介电常数各向异性(Δε)或相对于相同程度的介电常数各向异性(Δε)明显低的粘度(η)，因此特别优选。
X11～X43各自独立地优选H或F，X11、X21、X31及X41优选F。
Y01～Y41各自独立地表示-Cl、-F、-OCHF2、-CF3、-OCF3、碳数2～5的被氟化的烷基、烷氧基、烯基或烯氧基，本发明的组合物所含有的化合物中至少任意一个为碳数2～5的被氟化的烷基、烷氧基、烯基或烯氧基，优选为-CF2CF3、-CHFCF3、-OCF2CF3、-OCHFCF3、-OCF＝CF2或-OCH＝CF2。
特别优选组合选自Y01至Y41为-F、-CF3或-OCF3的化合物所组成的组和Y01至Y41为-CF2CF3、-CHFCF3、-OCF2CF3、-OCHFCF3、-OCF＝CF2或-OCH＝CF2的化合物所组成的组的化合物，从而改善向列相的下限温度，使液晶组合物的低温操作、保存性令人满意。
m01～m51可以各自独立地表示0～3的整数，m01+m02更优选为1或2，m21更优选为0，m31+m32更优选为1、2或3，m41+m42更优选为1或2。
通式(LC0)所表示的液晶化合物更优选为下述通式(LC0-a)至(LC0-h)所表示的化合物。
(式中，R01、A01、A02、A03、Z01、Z02、X01及Y01与通式(LC0)中的R01、A01、A02、A03、Z01、Z02、X01及Y01表示相同的意义，在A01、A03和/或Z01、Z02存在2个以上的情况下，可以各自相同也可以不同。)
本发明的液晶组合物优选含有1种或2种以上的(LC0-a)至(LC0-h)所表示的化合物作为通式(LC0)所表示的化合物。
[化6]
进一步优选下述通式(LC0-1)至通式(LC0-111)所表示的化合物。
[化7]
[化8]
[化9]
[化10]
(式中，R与通式(LC0)中的R01表示相同的意义，“-F、CF3、OCF3”各自独立地表示-F、-CF3、-OCF3或Y01中的任意一个，(-F)作为取代基表示H或F。)通式(LC0-1)至通式(LC0-19)所表示的化合物在具有大的介电常数各向异性(Δε)和显著低的粘度(η)的同时具有优异的相溶性，因此特别优选。通式(LC0-20)至通式(LC0-111)所表示的化合物在具有大的介电常数各向异性(Δε)和较低的粘度(η)的同时具有高的向列相-各向同性液相转变温度(Tni)，因此特别优选。
通式(LC2)所表示的化合物进一步优选为下述通式(LC2-1)至通式(LC2-14)所表示的化合物。
[化11]
(式中，X23、X24、X25及X26各自独立地表示氢原子、Cl、F、CF3或OCF3，X22、R21及Y21与通式(LC2)中的X22、R21及Y21表示相同的意义。)进一步优选通式(LC2-1)至通式(LC2-4)及通式(LC2-9)至通式(LC2-11)所表示的化合物组。
通式(LC3)所表示的化合物进一步优选为下述通式(LC3-1)至通式(LC3-32)所表示的化合物。
[化12]
[化13]
(式中，X33、X34、X35、X36、X37及X38各自独立地表示H、Cl、F、CF3或OCF3，X32、R31、A31、Y31及Z31与通式(LC3)中的X32、R31、A31、Y31及Z31表示相同的意义。)其中，更优选将通式(LC3-5)、通式(LC3-15)、通式(LC3-20)至通式(LC3-32)所表示的化合物组与作为本发明的必要成分的通式(LC0)并用。此外，更优选将选自通式(LC3-20)及通式(LC3-21)中的X33和X34为F的化合物组和/或通式(LC3-25)、通式(LC3-26)、通式(LC3-30)至通式(LC3-32)的化合物组中的化合物与作为本发明的必要成分的通式(LC0)并用。
通式(LC4)所表示的化合物优选为下述通式(LC4-1)至通式(LC4-23)所表示的化合物。
[化14]
[化15]
(式中，X44、X45、X46及X47各自独立地表示H、Cl、F、CF3或OCF3，X42、X43、R41及Y41与通式(LC4)中的X42、X43、R41及Y41表示相同的意义。)
其中，更优选将通式(LC4-1)至通式(LC4-3)、通式(LC4-6)、通式(LC4-9)、通式(LC4-10)、通式(LC4-12)至通式(LC4-17)所表示的化合物组与作为本发明的必要成分的通式(LC0)并用。更优选将选自通式(LC4-9)至通式(LC4-11)及通式(LC4-15)至通式(LC4-17)中的X44和或X45为F的化合物组中的化合物与作为本发明的必要成分的通式(LC0)并用。
通式(LC5)所表示的化合物优选为下述通式(LC5-1)至通式(LC5-26)所表示的化合物。
[化16]
(式中，R51及R52与通式(LC5)中的R51及R52表示相同的意义。)其中，更优选将通式(LC5-1)至通式(LC5-8)、通式(LC5-14)、通式(LC5-16)、通式(LC5-18)至通式(LC5-26)所表示的化合物组与作为本发明的必要成分的通式(LC0)并用。更优选通式(LC5-1)及通式(LC5-4)中的R51及R52中的至少一个为烯基的化合物组，特别是下述式(R1)至(R5)中的任一烯基。
[化17]
优选含有1种或2种以上通式(LC5)所表示的化合物且含量为20～70质量％，更优选为30～70质量％。
本发明的液晶组合物含有选自通式(LC0)所表示的化合物和通式(LC1)至通式(LC5)所表示的化合物组的化合物，其中，至少一个化合物是具有碳数2～5的被氟化的烷基、烷氧基、烯基或烯氧基作为端基的化合物，其含量优选为5～50质量％的范围，更优选为10～40质量％的范围。作为本发明的液晶组合物的必要成分的具有碳数2～5的被氟化的烷基、烷氧基、烯基或烯氧基作为端基的化合物优选为通式(LC0)所表示的化合物，其含量优选为5～50质量％。
本发明的液晶组合物在20℃时的粘度η优选为20mPa·s以下。
本发明的液晶组合物可以含有1种或2种以上的光学活性化合物。就光学活性化合物而言，只要能够使液晶分子扭曲取向，就可以使用任何光学活性化合物。通常该扭曲随温度而变化，因此为了得到期望的温度依赖性，也可以使用多种光学活性化合物。为了不会对向列液晶相的温度范围、粘度等产生不良影响，优选选择使用扭曲效果强的光学活性化合物。作为这样的光学活性化合物，具体优选胆甾醇那酯(cholestericnonanate，コレステリックノナネイト)等的液晶、下述通式(Ch-1)至通式(Ch-6)所表示的化合物。
[化18]
(式中，Rc1、Rc2、R*各自独立地表示碳数1～15的烷基，该烷基中的1个或2个以上的-CH2-可以以氧原子不直接邻接的方式被-O-、-CH＝CH-、-CO-、-OCO-、-COO-、-C≡C-、-CF2O-或-OCF2-取代，该烷基中的1个或2个以上的氢原子可以任意地被卤素取代，其中R＊含有至少一个具有光学活性的支链基或卤素取代基，Zc1、Zc2各自独立地表示单键、-CH＝CH-、-C≡C-、-CH2CH2-、-(CH2)4-、-COO-、-OCO-、-OCH2-、-CH2O-、-OCF2-或-CF2O-，D1、D2表示环己烷环或苯环，环己烷环中的1个或2个以上的-CH2-可以以氧原子不直接邻接的方式被-O-取代，此外，该环中的1个或2个以上的-CH2CH2-可以被-CH＝CH-、-CF2O-或-OCF2-取代，苯环中的1个或2个以上的-CH＝可以以氮原子不直接邻接的方式被-N＝取代，该环中的1个以上的氢原子可以被F、Cl、CH3取代，t1、t2表示0、1、2或3，MG＊、Qc1及Qc2表示下述结构。
[化19]
(式中，D3、D4表示环己烷环或苯环，环己烷环中的1个或2个以上的-CH2-可以以氧原子不直接邻接的方式被-O-取代，此外，该环中的1个或2个以上的-CH2CH2-可以被-CH＝CH-、-CF2O-或-OCF2-取代，苯环中的1个或2个以上的-CH＝可以以氮原子不直接邻接的方式被-N＝取代，该环中的1个以上的氢原子可以被F、Cl、CH3取代。)
本发明的液晶组合物可以含有1种或2种以上的聚合性化合物，聚合性化合物优选为具有如下结构的圆盘状液晶化合物，即，以苯衍生物、三亚苯衍生物、三聚茚(truxene)衍生物、酞菁衍生物或环己烷衍生物为分子中心的母核，直链的烷基、直链的烷氧基或取代苯甲酰氧基作为其侧链并以放射状进行取代的结构。
具体地，聚合性化合物优选为通式(PC)所表示的聚合性化合物。
[化20]
(式中，P1表示聚合性官能团，Sp1表示碳原子数0～20的间隔基，Qp1表示单键、-O-、-NH-、-NHCOO-、-OCONH-、-CH＝CH-、-CO-、-COO-、-OCO-、-OCOO-、-OOCO-、-CH＝CH-、-CH＝CH-COO-、-OCO-CH＝CH-或-C≡C-，p1及p2各自独立地表示1、2或3，MGp表示介晶基或介晶性支撑基，Rp1表示卤素原子、氰基或碳原子数1～25的烷基，该烷基中的1个或2个以上的CH2基可以以O原子不直接邻接的方式被-O-、-S-、-NH-、-N(CH3)-、-CO-、-COO-、-OCO-、-OCOO-、-SCO-、-COS-或-C≡C-取代，或者Rp1可以是P2-Sp2-Qp2-，P2、Sp2、Qp2各自独立地表示与P1、Sp1、Qp1相同的意义。)
更优选聚合性化合物为通式(PC)中的MGp由以下结构表示的聚合性化合物。
[化21]
(式中，C01～C03各自独立地表示1,4-亚苯基、1,4-亚环己基、1,4-环己烯基、四氢吡喃-2,5-二基、1,3-二噁烷-2,5-二基、四氢噻喃-2,5-二基、1,4-双环(2,2,2)亚辛基、十氢化萘-2,6-二基、吡啶-2,5-二基、嘧啶-2,5-二基、吡嗪-2,5-二基、1,2,3,4-四氢化萘-2,6-二基、2,6-亚萘基、菲-2,7-二基、9,10-二氢化菲-2,7-二基、1,2,3,4,4a,9,10a-八氢化菲-2,7-二基或芴-2,7-二基，1,4-亚苯基、1,2,3,4-四氢化萘-2,6-二基、2,6-亚萘基、菲-2,7-二基、9,10-二氢化菲-2,7-二基、1,2,3,4,4a,9,10a-八氢化菲-2,7-二基及芴-2,7-二基可以具有1个以上的F、Cl、CF3、OCF3、氰基、碳原子数1～8的烷基、烷氧基、烷酰基、烷酰氧基、碳原子数2～8的烯基、烯氧基、烯酰基或烯酰氧基作为取代基，Zp1及Zp2各自独立地表示-COO-、-OCO-、-CH2CH2-、-OCH2-、-CH2O-、-CH＝CH-、-C≡C-、-CH＝CHCOO-、-OCOCH＝CH-、-CH2CH2COO-、-CH2CH2OCO-、-COOCH2CH2-、-OCOCH2CH2-、-CONH-、-NHCO-或单键，p3表示0、1或2。)
其中，在Sp1及Sp2各自独立地为亚烷基的情况下，该亚烷基可以被1个以上的卤素原子或CN取代，存在于该基团中的1个或2个以上的CH2基可以以O原子不直接邻接的方式被-O-、-S-、-NH-、-N(CH3)-、-CO-、-COO-、-OCO-、-OCOO-、-SCO-、-COS-或-C≡C-取代。此外，P1及P2各自独立地优选为下述通式中的任意一个。
[化22]
(式中，Rp2至Rp6各自独立地表示氢原子、卤素原子或碳原子数1～5的烷基。)
更具体地，优选聚合性化合物为通式(PC)由通式(PC0-1)至通式(PC0-6)表示的聚合性化合物。
[化23]
(式中，p4各自独立地表示1、2或3。)进一步具体地，优选通式(PC1-1)至通式(PC1-9)所表示的聚合性化合物。
[化24]
(式中，p5表示0、1、2、3或4。)其中，Sp1、Sp2、Qp1及Qp2优选为单键，P1及P2优选为式(PC0-a)，更优选为丙烯酰氧基及甲基丙烯酰氧基，p1+p4优选为2、3或4，Rp1优选为H、F、CF3、OCF3、CH3或OCH3。进一步地，优选通式(PC1-2)、通式(PC1-3)、通式(PC1-4)及通式(PC1-8)所表示的化合物。
此外，通式(PC)中的MGp也优选为通式(PC1)-9所表示的圆盘状液晶化合物。
[化25]
(式中，R7各自独立地表示P1-Sp1-Qp1或通式(PC1-e)的取代基，R81及R82各自独立地表示氢原子、卤素原子或甲基，R83表示碳原子数1～20的烷氧基，该烷氧基中的至少1个氢原子被上述通式(PC0-a)至(PC0-d)所表示的取代基取代。)
聚合性化合物的用量优选为0.05～2.0质量％。
就本发明的含有聚合性化合物的液晶组合物而言，使该聚合性化合物聚合来制作液晶显示元件。此时，要求将未聚合成分降低至期望量以下，对于液晶组合物，优选含有在通式(LC0)中的部分结构中具有联苯基和或三联苯基的聚合性化合物。进一步具体地，优选通式(LC0-4)至通式(LC0-6)、通式(LC0-10)至通式(LC0-16)、通式(LC0-27)至通式(LC0-107)所表示的化合物，优选选择一种或二种以上且含有0.1～40质量％。此外，优选在通式(PC1-1)至通式(PC1-3)、通式(PC1-8)或通式(PC1-9)所表示的聚合性化合物所组成的组中并用。
上述液晶组合物也可以进一步含有1种或2种以上的抗氧化剂，还可以进一步含有1种或2种以上的UV吸收剂。作为抗氧化剂，优选从下述通式(E-1)和或通式(E-2)所表示的抗氧化剂中选择。
[化26]
(式中，Re1表示碳数1～15的烷基，该烷基中的1个或2个以上的-CH2-可以以氧原子不直接邻接的方式被-O-、-CH＝CH-、-CO-、-OCO-、-COO-、-C≡C-、-CF2O-或-OCF2-取代，该烷基中的1个或2个以上的氢原子可以任意地被卤素取代，
Ze1、Ze2各自独立地表示单键、-CH＝CH-、-C≡C-、-CH2CH2-、-(CH2)4-、-COO-、-OCO-、-OCH2-、-CH2O-、-OCF2-或-CF2O-，
E1表示环己烷环或苯环，环己烷环中的1个或2个以上的-CH2-可以以氧原子不直接邻接的方式被-O-取代，此外，该环中的1个或2个以上的-CH2CH2-可以被-CH＝CH-、-CF2O-或-OCF2-取代，苯环中的1个或2个以上的-CH＝可以以氮原子不直接邻接的方式被-N＝取代，该环中的1个以上的氢原子可以被F、Cl、CH3取代，q1表示0、1、2或3。)
本发明的液晶组合物可以用于作为液晶显示元件特别是有源矩阵驱动用液晶显示元件的例如TN模式、OCB模式、ECB模式、IPS(含FFS电极)模式或VA-IPS模式(含FFS电极)。其中，VA-IPS模式是在无施加电压时使介电常数各向异性为正的液晶材料(Δε＞0)相对于基板面垂直取向，通过配置于同一基板面上的像素电极和共通电极来驱动液晶分子的方法，由于液晶分子在像素电极和共通电极所产生的弯曲电场方向上排列，因此具有如下优点，即能够容易地形成像素分割、多畴，响应也优异。根据非专利文献Proc.13thIDW,97(1997)、Proc.13th IDW,175(1997)、SID Sym.Digest,319(1998)、SID Sym.Digest,838(1998)、SID Sym.Digest,1085(1998)、SID Sym.Digest,334(2000)、Eurodisplay Proc.,142(2009)，被冠以EOC、VA-IPS等多种名称，在本发明中以下简称为“VA-IPS”。
通常，TN、ECB方式中的弗里德里克斯转变(Freedericksz transition)的阈值电压(Vc)可以由式(I)表示，
[数1]
在STN方式中可以由式(II)表示，
[数2]
VA方式可以由式(III)表示。
[数3]
(式中，Vc表示弗里德里克斯转变(V)，Π表示圆周率，dcell表示第一基板与第二基板的间隔(μm)，dgap表示像素电极与共通电极的间隔(μm)，dITO表示像素电极和/或共通电极的宽度(μm)，<r1>、<r2>及<r3>表示外推长(μm)，K11表示展曲(splay)弹性常数(N)，K22表示扭曲弹性常数(N)，K33表示弯曲弹性常数(N)，Δε表示介电常数的各向异性。)
另一方面，本发明人等发现在VA-IPS方式中适用式(IV)。
[数4]
(式中，Vc表示弗里德里克斯转变(V)，Π表示圆周率，dcell表示第一基板与第二基板的间隔(μm)，dgap表示像素电极与共通电极的间隔(μm)，dITO表示像素电极和/或共通电极的宽度(μm),<r>、<r‘>及<r3>表示外推长(μm)，K33表示弯曲弹性常数(N)，Δε表示介电常数的各向异性。)根据式(IV)，可以通过使单元结构的dgap尽可能小、dITO尽可能大来寻求低驱动电压化；可以通过选择使用Δε的绝对值大、K33小的液晶组合物来寻求低驱动电压化。
本发明的液晶组合物能够调整为优选的Δε、K11、K33。
液晶组合物的折射率各向异性(Δn)和显示装置的第一基板与第二基板的间隔(d)的积(Δn·d)与视角特性、响应速度密切相关。因此，间隔(d)具有薄至3～4μm的倾向。在TN模式、ECB模式、IPS模式的情况下，积(Δn·d)优选为0.31～0.33。在VA-IPS模式中，在相对于两基板垂直取向的情况下，优选为0.20～0.59，特别优选为0.30～0.40。由此，根据各种显示元件的模式的种类，积(Δn·d)的适宜值不同，因此要求液晶组合物的折射率各向异性(Δn)具有0.070～0.110的范围、0.100～0.140的范围或0.130～0.180的范围这样各自不同范围的折射率各向异性(Δn)的液晶组合物。在本发明的液晶组合物中，为了得到小的或较小的折射率各向异性(Δn)，优选从通式(LC0-1)至通式(LC0-3)、通式(LC0-7)至通式(LC0-9)、通式(LC0-20)至通式(LC0-30)所表示的化合物所组成的组中选择一种或二种以上且含有0.1～80质量％，为了得到大的或较大的折射率各向异性(Δn)，优选从通式(LC0-4)至通式(LC0-6)、通式(LC0-10)至通式(LC0-16)、通式(LC0-27)至通式(LC0-107)所表示的化合物所组成的组中选择一种或二种以上且含有0.1～60质量％。
无施加时的液晶取向必须相对于基板面大致水平的TN模式、ECB模式时的倾斜角优选为0.5～7°，无施加时的液晶取向必须相对于基板面大致垂直的VA-IP模式时的倾斜角优选为85～90°。为了使液晶组合物这样取向，可以设置包含聚酰亚胺(PI)、聚酰胺、查耳酮、肉桂酸酯或肉桂酰等的取向膜。此外，就取向膜而言，优选使用利用光取向技术制作的取向膜。含有通式(LC0)中的X01为F的化合物的本发明的液晶组合物容易沿取向膜的易轴排列，并且容易控制期望的倾斜角。
进一步地，含有通式(PC)所表示的化合物作为聚合性化合物的本发明的液晶组合物能够提供在施加电压下或无施加电压下使该液晶组合物中含有的聚合性化合物聚合而制作的高分子稳定化的TN模式、OCB模式、ECB模式、IPS模式或VA-IPS模式用液晶显示元件。
实施例
以下，举例来进一步详述本申请的发明，但本申请发明不限于这些实施例。此外，以下实施例及比较例的组合物中的“％”的意思是“质量％”。
作为液晶组合物的物性，表示如下。
TN-I：向列相-各向同性液相转变温度(℃)
T-n：向列相的下限温度(℃)
ε⊥：25℃时相对于分子长轴方向垂直的方向的介电常数
Δε：25℃时的介电常数各向异性
n0：25℃时相对于普通光的折射率
Δn：25℃时的折射率各向异性
Vth：在25℃施加频率1KHz的矩形波时透射率变化10％的单元厚6μm的单元上的施加电压(V)
η20：20℃时的体积粘性(mPa·s)
γ1：旋转粘性(mPa·s)
使用下述简化符号进行化合物记载。
[表1]
| 简化符号 | 结构 | 简化符号 | 结构 |
| n | CnH2n+1- | -OCFF- | -OCF2- |
| m | -CmH2m+1 | -V- | -CO- |
| nO | CnH2n+1O- | -VO- | -COO- |
| Om | -OCmH2m+1 | -OV- | -OCO- |
| ndm- | CnH2n+1-CH＝CH-(CH2)m-1- | -F | -F |
| -ndm | -(CH2)n-1-CH＝CH-CmH2m+1 | -Cl | -Cl |
| ndmO- | CnH2n+1-CH＝CH-(CH2)m-1O- | -CN | -C≡N |
| -Ondm | -O-(CH2)n-1-CH＝CH-CmH2m+1 | -CFFF | -CF3 |
| -2- | -CH2CH2- | -CFF | -CHF2 |
| -d- | -CH＝CH- | -OCFFF | -OCF3 |
| -T- | -C≡C- | -OCFF | -OCHF2 |
| -1O- | -CH2O- | -CFFCFFF | -CF2CF3 |
| -O1- | -OCH2- | -OCF＝CFF | -OCF＝CF2 |
| -CFFO- | -CF2O- | -OCH＝CFF | -OCH＝CF2 |
[化27]
(实施例1、比较例1及比较例2)
以下，表示调制的本发明的液晶组合物(实施例1)和为了比较而调制的液晶组合物(比较例1)及(比较例2)的物性值。
[表2]
(比较例1)的组合物不含通式(LC0)所表示的化合物，被替换成通式(LC0)所表示的化合物的连接基等不同的化合物。介电常数各向异性(Δε)大体相同，但(实施例1)的组合物为低得多的粘度、Tni也高，从而可知本发明的组合是非常优异的组合。
(比较例2)的组合物也同样不含(实施例1)的组合物的通式(LC0)所表示的化合物，被替换成连接基等不同的化合物。介电常数各向异性(Δε)大体相同，但实施例1的组合物为低得多的粘度、Tni也高，从而可知本发明的组合是非常优异的组合。
(实施例2)
以下，表示调制的液晶组合物及其物性值。
[表3]
(实施例3)
以下，表示调制的液晶组合物及其物性值。
[表4]
(实施例4)
以下，表示调制的液晶组合物及其物性值。
[表5]
(实施例5)
以下，表示调制的液晶组合物及其物性值。
[表6]
(实施例6)
以下，表示调制的液晶组合物及其物性值。
[表7]
(实施例7)
以下，表示调制的液晶组合物及其物性值。
[表8]
(实施例8)
以下，表示调制的液晶组合物及其物性值。
[表9]
(实施例9)
以下，表示调制的液晶组合物及其物性值。
[表10]
(实施例10)
以下，表示调制的液晶组合物及其物性值。
[表11]
(实施例11)
以下，表示调制的液晶组合物及其物性值。
[表12]
(实施例12)
以下，表示调制的液晶组合物及其物性值。
[表13]
(实施例13)
以下，表示调制的液晶组合物及其物性值。
[表14]
(实施例14)
使用将一对梳形电极结构的透明电极设置于同一基板的第一基板和没有设置电极结构的第二基板，将垂直取向性的取向膜形成于各基板上，制作第一基板和第二基板的间隙间隔4.0微米的IPS用空单元。向该空单元注入实施例13所示的液晶组合物，制作液晶显示元件。测定该显示元件的电光学特性，结果透射率变化10％的施加电压为1.44v。此外，施加5v时的响应速度为6.9毫秒，关闭电压时的响应速度为14.4毫秒。
相对于99％的实施例13所示的液晶组合物，添加1％的式(PC-1)-3-1所表示的聚合性化合物并均匀溶解，由此调制了聚合性液晶组合物CLC-A。CLC-A的物性与实施例13所示的液晶组合物的物性相比几乎没有区别。
[化28]
在将CLC-A夹持于上述IPS用空单元后，一边以1KHz的频率施加1.8V的矩形波，一边隔着过滤300nm以下的紫外线的过滤器利用高压汞灯向液晶单元照射紫外线。单元表面的照射强度调整为20mW/cm2并照射600秒，得到使聚合性液晶组合物中的聚合性化合物聚合的垂直取向性液晶显示元件。测定该显示元件的电光学特性，结果透射率变化10％的施加电压为1.50v。此外，施加5v时的响应速度为4.8毫秒。此外，关闭电压时的响应速度为5.0毫秒，其与仅由实施例13所示的液晶组合物制作的液晶显示元件相比，是非常快速的液晶显示元件。
Claims (24)
1.一种液晶组合物，其特征在于，其是具有正介电常数各向异性的液晶组合物，所述液晶组合物含有选自通式(LC0)所表示的化合物中的1种或2种以上的化合物，进一步含有选自通式(LC1)至通式(LC5)所表示的化合物组中的1种或2种以上的化合物，更进一步含有1种或2种以上存在于通式(LC0)至通式(LC4)的Y01至Y41中的至少任意一个是碳数2～5的被氟化的烷基、烷氧基、烯基或烯氧基的化合物，
式中，R01～R41各自独立地表示碳数1～15的烷基，所述烷基中的1个或2个以上的-CH2-可以以氧原子不直接邻接的方式被-O-、-CH＝CH-、-CO-、-OCO-、-COO-、-C≡C-、-CF2O-或-OCF2-取代，所述烷基中的1个或2个以上的氢原子可以任意地被卤素取代，R51及R52各自独立地表示碳数1～15的烷基，所述烷基中的1个或2个以上的-CH2-可以以氧原子不直接邻接的方式被-O-、-CH＝CH-、-CO-、-OCO-、-COO-或-C≡C-取代，R51及R52在后述的A51或A53是环己烷环的情况下可以是-OCF3或-CF3-，A01～A42各自独立地表示下述任一结构，
所述结构中环己烷环的1个或2个以上的-CH2-可以以氧原子不直接邻接的方式被-O-取代，所述结构中苯环的1个或2个以上的-CH＝可以以氮原子不直接邻接的方式被-N＝取代，X61及X62各自独立地表示-H、-Cl、-F、-CF3或-OCF3，
A51～A53各自独立地表示下述任一结构，
式中，环己烷环中的1个或2个以上的-CH2CH2-可以被-CH＝CH-、-CF2O-或-OCF2-取代，苯环中的1个或2个以上的-CH＝可以以氮原子不直接邻接的方式被-N＝取代，
X01表示氢原子或氟原子，X11～X43各自独立地表示-H、-Cl、-F、-CF3或-OCF3，Y01～Y41表示-Cl、-F、-OCHF2、-CF3、-OCF3、碳数2～5的被氟化的烷基、烷氧基、烯基或烯氧基，Z01及Z02各自独立地表示单键、-CH＝CH-、-C≡C-、-CH2CH2-、-(CH2)4-、-OCF2-或-CF2O-，Z31～Z42各自独立地表示单键、-CH＝CH-、-C≡C-、-CH2CH2-、-(CH2)4-、-OCF2-或-CF2O-，存在的Z31及Z32之中至少1个不是单键，Z51及Z52各自独立地表示单键、-CH＝CH-、-C≡C-、-CH2CH2-、-(CH2)4-、-OCH2-、-CH2O-、-OCF2-或-CF2O-，m01～m51各自独立地表示0～3的整数，m01+m02、m31+m32及m41+m42各自独立地表示1、2、3或4，在A01、A03、A23、A31、A32、A41、A42、A52、Z01、Z02、Z31、Z32、Z41、Z42和/或Z52存在多个的情况下，它们可以相同也可以不同。
2.如权利要求1所述的液晶组合物，含有1种或2种以上的通式(LC0)所表示的化合物，进一步含有选自通式(LC1)至通式(LC4)所表示的化合物组中的1种或2种以上的化合物，进一步含有1种或2种以上的通式(LC5)所表示的化合物。
3.如权利要求1或2所述的液晶组合物，在通式(LC0)中，X01是F。
4.如权利要求1至3中任一项所述的液晶组合物，存在于通式(LC0)至通式(LC4)的Y01至Y41是-CF2CF3、-CHFCF3、-OCF2CF3、-OCHFCF3、-OCF＝CF2或-OCH＝CF2。
5.如权利要求1至4中任一项所述的液晶组合物，含有选自通式(LC2-1)至通式(LC2-14)所表示的化合物所组成的组中的1种或2种以上的化合物作为通式(LC2)所表示的化合物，
式中，X23、X24、X25及X26各自独立地表示氢原子、Cl、F、CF3或OCF3，X22、R21及Y21与权利要求1的X22、R21及Y21表示相同的意义。
6.如权利要求1至5中任一项所述的液晶组合物，含有选自通式(LC3-1)至通式(LC3-32)所表示的化合物所组成的组中的1种或2种以上的化合物作为通式(LC3)所表示的化合物，
式中，X33、X34、X35、X36、X37及X38各自独立地表示H、Cl、F、CF3或OCF3，X32、R31、A31、Y31及Z31与权利要求1的X32、R31、A31、Y31及Z31表示相同的意义。
7.如权利要求1至6中任一项所述的液晶组合物，含有选自通式(LC4-1)至通式(LC4-23)所表示的化合物所组成的组中的1种或2种以上的化合物作为通式(LC4)所表示的化合物，
式中，X44、X45、X46及X47各自独立地表示H、Cl、F、CF3或OCF3，X42、X43、R41及Y41与权利要求1的X42、X43、R41及Y41表示相同的意义。
8.如权利要求1至7中任一项所述的液晶组合物，含有选自通式(LC5-1)至通式(LC5-26)所表示的化合物所组成的组中的1种或2种以上的化合物作为通式(LC5)所表示的化合物，
式中，R51及R52与权利要求1的R51及R52表示相同的意义。
9.如权利要求1至8中任一项所述的液晶组合物，在通式(LC0)中，X01是碳数2～5的被氟化的烷基、烷氧基、烯基或烯氧基。
10.如权利要求1至9中任一项所述的液晶组合物，含有1种或2种以上存在于通式(LC0)至通式(LC5)的R01、R11、R21、R31、R41、R51～R52是碳数2～5的烯基的化合物。
11.如权利要求1至10中任一项所述的液晶组合物，含有1种或2种以上存在于通式(LC0)至通式(LC5)的A01～A03、A11、A21～A23、A31～A32、A41～A42、A51～A53之中至少一个是四氢吡喃-2,5-二基的化合物。
12.如权利要求1至11中任一项所述的液晶组合物，含有1种或2种以上存在于通式(LC0)、通式(LC3)、通式(LC4)、通式(LC5)的Z01～Z02、Z31～Z32、Z41～Z42、Z51～Z52之中至少一个是-CF2O-或-OCF2-的化合物。
13.如权利要求1至12中任一项所述的液晶组合物，含有30～70质量％通式(LC5)所表示的化合物，20℃时的粘度η为20mPa·s以下。
14.如权利要求1至13中任一项所述的液晶组合物，含有1种或2种以上光学活性化合物。
15.如权利要求1至14中任一项所述的液晶组合物，含有1种或2种以上聚合性化合物。
16.如权利要求1至15中任一项所述的液晶组合物，含有1种或2种以上抗氧化剂。
17.如权利要求1至16中任一项所述的液晶组合物，含有1种或2种以上UV吸收剂。
18.一种液晶显示元件，其使用权利要求1至17中任一项所述的液晶组合物。
19.一种有源矩阵驱动用液晶显示元件，其使用权利要求1至17中任一项所述的液晶组合物。
20.一种TN模式、OCB模式、ECB模式、IPS模式或VA-IPS模式用液晶显示元件，其使用权利要求1至17中任一项所述的液晶组合物。
21.一种高分子稳定化的TN模式、OCB模式、ECB模式、IPS模式或VA-IPS模式用液晶显示元件，其通过使用权利要求15所述的液晶组合物，在施加电压下或不施加电压下使所述液晶组合物中含有的聚合性化合物聚合来制作。
22.如权利要求18至21中任一项所述的液晶显示元件，在与液晶分子接触的面上使所述液晶分子水平、倾斜和或垂直取向的取向层是含有选自聚酰亚胺PI、聚酰胺、查耳酮、肉桂酸酯或肉桂酰中的至少一种的化合物的取向膜。
23.一种液晶显示元件，在权利要求22所述的取向层中进一步含有聚合性液晶化合物和或聚合性非液晶化合物。
24.如权利要求22和或23所述的液晶显示元件，设有使用光取向技术制作的取向膜作为与液晶组合物接触的面的取向层。
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