CN105121598B - 向列液晶组合物和使用其的液晶显示元件 - Google Patents
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Abstract
本发明所要解决的课题在于，提供折射率各向异性(Δn)和向列相‑各向同性液体相转变温度(Tni)不会被降低、固体相‑向列相转变温度(Tcn)充分低、粘度(η)充分小、旋转粘度(γ1)充分小、弹性常数(K33)大、具有绝对值大的负的介电常数各向异性(Δε)的液晶组合物，进一步提供使用其的VA型等的没有显示不良或显示不良被抑制、显示品质优异、响应速度快的液晶显示元件。提供一种液晶组合物，另外还提供使用其的液晶显示元件，所述液晶组合物含有式(N2)所表示的化合物作为第一成分，含有1种以上通式(N3)所表示的化合物作为第二成分，含有1种以上介电常数各向异性(Δε)为负且其绝对值大于3的化合物作为第三成分。
Description
技术领域
本发明涉及作为液晶显示材料有用的介电常数各向异性(Δε)显示负值的向列液晶组合物和使用其的液晶显示元件。
背景技术
液晶显示元件被用于以时钟、计算器为首的各种家庭用电器设备、测定设备、汽车用面板、文字处理器、电子记事本、打印机、电脑、电视机等。作为液晶显示方式，其代表性方式可以列举TN(扭曲向列)型、STN(超扭曲向列)型、DS(动态光散射)型、GH(宾主)型、IPS(平面转换)型、OCB(光学补偿双折射)型、ECB(电压控制双折射)型、VA(垂直取向)型、CSH(彩色超垂直)型或FLC(强介电液晶)等。此外，作为驱动方式，也可以列举静态驱动、多工驱动、单纯矩阵方式、利用TFT(薄膜晶体管)、TFD(薄膜二极管)等驱动的有源矩阵(AM)方式。
这些显示方式中，IPS型、ECB型、VA型或CSH型等具有使用Δε显示负值的液晶材料的特征。其中，尤其是利用AM驱动的VA型显示方式被用于需要高速且宽视角的显示元件、例如电视机等用途。
对于VA型等的显示方式中使用的向列液晶组合物，要求低电压驱动、高速响应和宽工作温度范围。即，要求Δε为负且绝对值大、粘度低、向列相-各向同性液体相转变温度(Tni)高。此外，需要由折射率各向异性(Δn)与单元间隔(d)之积即Δn×d的设定，根据单元间隔将液晶材料的Δn调节至适当的范围。另外，当将液晶显示元件应用于电视机等时重视高速响应性，因此需要粘度(η)低的液晶材料。
迄今为止，通过对Δε为负且其绝对值大的化合物进行各种研究，对液晶组合物的特性进行了改良。
作为Δε为负的液晶材料，公开了使用具有以下那样的2,3-二氟亚苯基骨架的液晶化合物(A)和(B)(参照专利文献1)的液晶组合物。
[化1]
该液晶组合物使用液晶化合物(C)和(D)作为Δε大体为0的化合物，但该液晶组合物并未实现液晶电视机等的需要高速响应的液晶组合物的充分低的粘性。
[化2]
另一方面，已经公开了使用式(E)所表示的化合物的液晶组合物，但是是组合了上述液晶化合物(D)的、Δn小的液晶组合物(参照专利文献2)、为了改善响应速度而添加了如液晶化合物(F)那样的分子内具有烯基的化合物(烯基化合物)的液晶组合物(参照专利文献3)，为了兼顾高Δn和高可靠性，需要进一步进行研究。
[化3]
此外，虽然已经公开了使用式(G)所表示的化合物的液晶组合物(参照专利文献4)，但该液晶组合物也是含有如上述液晶化合物(F)那样的含有烯基化合物的化合物的液晶组合物，因此存在容易发生烧屏、显示不均等显示不良的弊端。
[化4]
其中，有关含有烯基化合物的液晶组合物对显示不良的影响已经公开(参照专利文献5)，一般而言，若烯基化合物的含量减少则液晶组合物的η上升，变得难以实现高速响应，因此兼顾显示不良的抑制和高速响应是困难的。
仅通过这样组合Δε显示负值的化合物和液晶化合物(C)、(D)和(F)，难以开发兼顾高Δn和低η、而且没有显示不良或显示不良被抑制的Δε为负的液晶组合物。
此外，还公开了在式(A)和式(G)中组合了Δε大体为零的式(III-F31)的液晶组合物(参照专利文献6)。可是，液晶显示元件的制造工序中，由于将液晶组合物注入液晶单元时的极低的压力，蒸汽压低的化合物会挥发，因此认为无法增加其含量。因此，该液晶组合物中，式(III-F31)的含量受到限制，虽然显示大的Δn，但存在粘度显著高的问题。
[化5]
进一步，专利文献6、专利文献7中已经公开了使用具有氟取代的三联苯结构的化合物的液晶组合物。
此外，专利文献8中公开了通过使用(式1)所示的指数(FoM)大的液晶材料来提高垂面排列液晶单元的响应速度，但说明书中记载的液晶组合物的响应速度的改善尚不能说是充分的。
[数1]
FoM=K33·αΔn2/r1 (式1）
K33：弹性常数 △n：折射率各向异性 γ1：旋转粘度
由上所述，对于液晶电视机等的需要高速响应的液晶组合物，需要折射率各向异性(Δn)和向列相-各向同性液体相转变温度(Tni)不会被降低，并且固体相-向列相转变温度(Tcn)充分低、使粘度(η)充分小、使旋转粘度(γ1)充分小、使弹性常数(K33)大。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平8-104869号
专利文献2：欧洲专利申请公开第0474062号
专利文献3：日本特开2006-37054号
专利文献4：日本特开2001-354967号
专利文献5：日本特开2008-144135号
专利文献6：WO2007/077872
专利文献7：日本特开2003-327965号
专利文献8：日本特开2006-301643号
发明内容
发明所要解决的课题
本发明所要解决的课题在于，提供一种折射率各向异性(Δn)和向列相-各向同性液体相转变温度(Tni)不会被降低、并且固体相-向列相转变温度(Tcn)充分低、粘度(η)充分小、旋转粘度(γ1)充分小、弹性常数(K33)大、具有绝对值大的负的介电常数各向异性(Δε)的液晶组合物，进一步，还提供使用其的VA型等的没有显示不良或显示不良被抑制、显示品质优异、响应速度快的液晶显示元件。
用于解决课题的方法
本发明人对各种二环己基衍生物和环己基联苯衍生物进行了研究，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，此外还提供使用其的液晶显示元件，所述液晶组合物含有式(N2)所表示的化合物作为第一成分，含有1种或2种以上的通式(N3)所表示的化合物作为第二成分，含有1种或2种以上的介电常数各向异性(Δε)为负且其绝对值大于3的化合物作为第三成分，
[化6]
[化7]
(式中，Rp和Rq表示碳原子数1至10的烷基、碳原子数1至10的烷氧基、碳原子数2至10的烯基或碳原子数2至10的烯氧基，基团中的-CH2-或不相邻的2个以上的-CH2-各自独立地可被-O-或-S-取代，此外，存在于基团中的1个或2个以上的氢原子各自独立地可被氟原子或氯原子取代。环J表示反式-1,4-亚环己基、1,4-亚苯基、2-氟-1,4-亚苯基、3-氟-1,4-亚苯基、3,5-二氟-1,4-亚苯基、2,3-二氟-1,4-亚苯基、1,4-亚环己烯基、1,4-亚二环[2.2.2]辛基、哌啶-1,4-二基、萘-2,6-二基、十氢化萘-2,6-二基或1,2,3,4-四氢化萘-2,6-二基，环F和环K表示1,4-亚苯基，基团中的氢原子可被氟原子取代。)。
发明的效果
本发明的液晶组合物的折射率各向异性(Δn)和向列相-各向同性液体相转变温度(Tni)不会被降低，固体相-向列相转变温度(Tcn)充分低，粘度(η)充分小，旋转粘度(γ1)充分小，弹性常数(K33)大，电压保持率(VHR)高，具有绝对值大的负的介电常数各向异性(Δε)，因此，使用其的VA型等的液晶显示元件没有显示不良或显示不良被抑制，显示品质优异，响应速度快。
具体实施方式
本发明的液晶组合物含有3至40质量％的第一成分，优选为5至35质量％，进一步优选为5至30质量％，特别优选为10至30质量％。进一步详细而言，当使粘度或旋转粘度小时，其含量优选为20至40质量％，当重视低温时的析出的抑制时，其含量优选为5至30质量％，进一步优选为5至25质量％，特别优选为5至20质量％。
含有3至40质量％的第二成分，优选为5至30质量％，进一步优选为5至20质量％，特别优选为10至20质量％。进一步详细而言，当使Δn和Tni大时，其含量优选为15至40质量％，当重视低温时的析出的抑制时，其含量优选为5至15质量％。含有1种或2种以上的第二成分，优选为1种至10种，进一步优选为1种至5种。
第二成分为通式(N3)所表示的化合物，
[化8]
Rp和Rq各自独立地表示碳原子数1至10的烷基、碳原子数1至10的烷氧基、碳原子数2至10的烯基或碳原子数2至10的烯氧基，优选为碳原子数1至5的烷基、碳原子数1至5的烷氧基、碳原子数2至5的烯基或碳原子数2至5的烯氧基，存在于基团中的1个-CH2-或不相邻的2个以上的-CH2-各自独立地可被-O-或-S-取代，此外，存在于基团中的1个或2个以上的氢原子各自独立地可被氟原子或氯原子取代，环J表示反式-1,4-亚环己基、1,4-亚苯基、2-氟-1,4-亚苯基、3-氟-1,4-亚苯基、3,5-二氟-1,4-亚苯基、2,3-二氟-1,4-亚苯基、1,4-亚环己烯基、1,4-亚二环[2.2.2]辛基、哌啶-1,4-二基、萘-2,6-二基、十氢化萘-2,6-二基或1,2,3,4-四氢化萘-2,6-二基，环F和环K表示1,4-亚苯基，基团中的氢原子可被氟原子取代。
Rp进一步优选为碳原子数1至5的烷基、碳原子数2至5的烯基，特别优选为直链状的碳原子数1至5的烷基、直链状的碳原子数2至5的烯基。
Rq进一步优选为碳原子数1至5的烷基、碳原子数1至5的烷氧基、碳原子数2至5的烯基或碳原子数2至5的烯氧基，特别优选为直链状的碳原子数1至5的烷基、直链状的碳原子数1至5的烷氧基或直链状的碳原子数2至5的烯基。
环J优选为反式-1,4-亚环己基、1,4-亚苯基、2-氟-1,4-亚苯基、3-氟-1,4-亚苯基、3,5-二氟-1,4-亚苯基、2,3-二氟-1,4-亚苯基，进一步优选为反式-1,4-亚环己基、1,4-亚苯基、2-氟-1,4-亚苯基、3-氟-1,4-亚苯基，特别优选为反式-1,4-亚环己基或1,4-亚苯基。
环F和环K表示1,4-亚苯基，基团中的氢原子可被氟原子取代，也可不被氟原子取代。
具体而言，优选为通式(N3-3)或通式(N3-4)
[化9]
所表示的化合物，进一步优选为通式(N3-3)。其中，式中的Rp和Rq表示与前面所述相同的意思。
通式(N3-3)进一步优选为通式(N3-a)所表示的化合物。
[化10]
式中的Rr和Rs各自独立地表示碳原子数1至5的烷基、碳原子数1至5的烷氧基、碳原子数2至5的烯基或碳原子数2至5的烯氧基，特别优选Rr为碳原子数1至5的烷基或碳原子数2至5的烯基、Rs为碳原子数1至5的烷基。进一步优选为直链状。其中，存在于基团中的1个-CH2-或不相邻的2个以上的-CH2-各自独立地可被-O-或-S-取代，此外，存在于基团中的1个或2个以上的氢原子各自独立地可被氟原子或氯原子取代。
通式(N3-a)所表示的化合物具体而言优选为通式(N3-a1)至通式(N3-a8)
[化11]
所表示的化合物。式中，Ra表示与Rs相同的意思。
含有1种或2种以上的Δε为负且其绝对值大于3的化合物作为第三成分，优选为1种至15种，进一步优选为1种至10种，特别优选为2种至10种。第三成分的含量优选为10至90质量％，进一步优选为20至80质量％，特别优选为30至70质量％。
第三成分优选为通式(II)所表示的化合物。
[化12]
式中，R1和R2各自独立地表示碳原子数1至10的烷基、碳原子数1至10的烷氧基、碳原子数2至10的烯基或碳原子数2至10的烯氧基，存在于基团中的1个-CH2-或不相邻的2个以上的-CH2-各自独立地可被-O-或-S-取代，此外，存在于基团中的1个或2个以上的氢原子各自独立地可被氟原子或氯原子取代。环A和环B各自独立地表示反式-1,4-亚环己基、1,4-亚苯基、2-氟-1,4-亚苯基、3-氟-1,4-亚苯基、3,5-二氟-1,4-亚苯基、2,3-二氟-1,4-亚苯基、1,4-亚环己烯基、1,4-亚二环[2.2.2]辛基、哌啶-1,4-二基、萘-2,6-二基、十氢化萘-2,6-二基或1,2,3,4-四氢化萘-2,6-二基。p表示0、1或2，当p表示2而存在2个环B时，它们可以相同也可以不同。Z表示-OCH2-、-CH2O-、-CF2O-、-OCF2-、-CH2CH2-、-CF2CF2-或单键。
式中的R1和R2各自独立地进一步优选为碳原子数1至5的烷基、碳原子数1至5的烷氧基、碳原子数2至5的烯基或碳原子数2至5的烯氧基，特别优选R1为碳原子数1至5的烷基或碳原子数2至5的烯基、R2为碳原子数1至5的烷氧基，优选为直链状。
式中的环A和环B各自独立地进一步优选为反式-1,4-亚环己基、1,4-亚苯基、2-氟-1,4-亚苯基、3-氟-1,4-亚苯基、3,5-二氟-1,4-亚苯基或2,3-二氟-1,4-亚苯基，特别优选为反式-1,4-亚环己基或1,4-亚苯基。其中，环中的-CH2-可被-O-取代。
式中的p进一步优选为0或1。
式中的Z进一步优选为-CH2O-、-CF2O-、-CH2CH2-或单键，特别优选为-CH2O-或单键。
通式(II)优选为通式(II-A1)至通式(II-A5)和通式(II-B1)至通式(II-B5)所表示的化合物，其中，进一步优选为通式(II-A1)至通式(II-A5)的化合物，特别优选为通式(II-A1)或通式(II-A3)的化合物。
[化13]
式中，R3和R4各自独立地表示碳原子数1至5的烷基或碳原子数2至5的烯基，存在于基团中的1个-CH2-或不相邻的2个以上的-CH2-各自独立地可被-O-或-S-取代。此外，存在于基团中的1个或2个以上的氢原子各自独立地可被氟原子取代。
本发明的液晶组合物含有1种或2种以上的选自通式(IV-1)至通式(IV-5)所表示的化合物组的化合物作为第四成分，优选为1种至10种，进一步优选为1种至5种。此外，其合计含量优选为5至70质量％，进一步优选为10至60质量％，特别优选为20至60质量％。
[化15]
式中，R5表示碳原子数1至5的烷基或碳原子数2至5的烯基，R6表示碳原子数1至5的烷基、碳原子数1至5的烷氧基、碳原子数2至5的烯基或碳原子数2至5的烯氧基。存在于基团中的1个-CH2-或不相邻的2个以上的-CH2-各自独立地可被-O-或-S-取代，此外，存在于基团中的1个或2个以上的氢原子各自独立地可被氟原子取代。
但是，通式(IV-1)所表示的化合物中不包括与式(N2)所表示的化合物相同的化合物。
第四成分进一步优选为选自通式(IV-1)、(IV-3)和(IV-5)的化合物。此外，通式(IV-1)所表示的化合物中，优选R5为碳原子数2或3的烯基，R6为碳原子数3至5的烷基或碳原子数2至5的烯基。
本发明的液晶组合物中，第一成分、第二成分、第三成分和第四成分的合计为80％至100％，优选为85％至100％，进一步优选为90％至100％，特别优选为95％至100％。
本发明的液晶组合物优选同时含有式(N2)、式(N3)、通式(II-A1)和通式(IV-1)的化合物，优选同时含有式(N2)、式(N3)、通式(II-A3)和通式(IV-1)的化合物，优选同时含有式(N2)、式(N3)、通式(II-B1)和通式(IV-1)的化合物，优选同时含有式(N2)、式(N3)、通式(II-B2)和通式(IV-1)的化合物，优选同时含有式(N2)、式(N3)、通式(II-B3)和通式(IV-1)的化合物，优选同时含有式(N2)、式(N3)、通式(II-B4)和通式(IV-1)的化合物，进一步优选同时含有式(N2)、式(N3)、通式(II-A1)和通式(IV-1)的化合物，进一步优选同时含有式(N2)、式(N3)、通式(II-A3)和通式(IV-1)的化合物，特别优选同时含有式(N2)、式(N3)、通式(II-A1)、通式(II-A3)和通式(IV-1)的化合物。此外，也特别优选同时含有式(N2)、式(N3)、通式(II-B2)、通式(II-A3)和通式(IV-1)的化合物，也特别优选同时含有式(N2)、式(N3)、通式(II-B2)、通式(II-A5)和通式(IV-1)的化合物。还进一步优选在这些优选组合中进一步加入通式(V)。
优选含有1种或2种以上的通式(V)所表示的化合物作为进一步的成分，其含量优选为2至30质量％，进一步优选为2至25质量％，特别优选为3至20质量％。
[化16]
式中，R21和R22各自独立地表示碳原子数1至8的烷基、碳原子数1至8的烷氧基、碳原子数2至8的烯基或碳原子数2至8的烯氧基，优选为碳原子数1至5的烷基或碳原子数2至5的烯基。存在于基团中的1个-CH2-或不相邻的2个以上的-CH2-各自独立地可被-O-或-S-取代，此外，存在于基团中的1个或2个以上的氢原子各自独立地可被氟原子取代。
通式(V)所表示的化合物优选为
[化17]
所表示的化合物，进一步优选为式(V-32)、式(V-55)或式(V-45)。
本发明的液晶组合物中，第一成分、第二成分、第三成分、第四成分和通式(V)所表示的化合物的合计为80％至100％，优选为85％至100％，进一步优选为90％至100％，特别优选为95％至100％。
本发明的液晶组合物在25℃时的介电常数各向异性(Δε)为-2.0至-8.0，优选为-2.0至-6.0，更优选为-2.0至-5.0，特别优选为-2.5至-4.0。
本发明的液晶组合物在20℃时的折射率各向异性(Δn)为0.08至0.14，更优选为0.09至0.13，特别优选为0.09至0.12。进一步详细而言，对应于薄的单元间隔时，优选为0.10至0.13，对应于厚的单元间隔时，优选为0.08至0.10。
本发明的液晶组合物在20℃时的粘度(η)为10至30mPa·s，更优选为10至25mPa·s，特别优选为10至22mPa·s。
本发明的液晶组合物在20℃时的旋转粘度(γ1)为60至130mPa·s，更优选为60至110mPa·s，特别优选为60至100mPa·s。
本发明的液晶组合物的向列相-各向同性液体相转变温度(Tni)为60℃至120℃，进一步优选为70℃至100℃，特别优选为70℃至85℃。
本发明的液晶组合物的固体相-向列相转变温度(Tcn)为-20℃以下，优选为-25℃以下，进一步优选为-30℃以下，特别优选为-35℃以下。
本发明的液晶组合物的弹性常数(K33)为12.5以上，优选为13.0以上，进一步优选为13.5以上，特别优选为14.0以上。
除了上述的化合物以外，本发明的液晶组合物还可以含有通常的向列液晶、近晶液晶、胆甾液晶、抗氧化剂、紫外线吸收剂、聚合性单体等。
例如，优选含有0.01至2质量％的联苯衍生物、三联苯衍生物等聚合性化合物作为聚合性单体。进一步详细而言，本发明的液晶组合物中含有一种或两种以上的通式(M)所表示的聚合性化合物。
[化19]
通式(M)中，X201和X202各自独立地表示氢原子、甲基或-CF3基。优选X201和X202均为氢原子的二丙烯酸酯衍生物、均为甲基的二甲基丙烯酸酯衍生物，也优选一方为氢原子而另一方为甲基的化合物。可以根据用途使用优选的化合物，PSA显示元件中，通式(M)所表示的聚合性化合物优选至少具有1种甲基丙烯酸酯衍生物，也优选具有2种。
Sp201和Sp202各自独立地表示单键、碳原子数1～8的亚烷基或-O-(CH2)s-(式中，s表示2至7的整数，氧原子结合于环上。)。在PSA模式的液晶显示元件中，优选Sp201和Sp202的至少一方为单键，优选均为单键的化合物或一方为单键而另一方为碳原子数1～8的亚烷基或-O-(CH2)s-，这种情况下，优选为碳原子数1～4的亚烷基，s优选为1～4。
环M201、环M202和环M203各自独立地表示反式-1,4-亚环己基(基团中的1个或不相邻的2个以上的-CH2-可被-O-或-S-取代。)、1,4-亚苯基(基团中的1个或不相邻的2个以上的-CH＝可被-N＝取代。)、1,4-亚环己烯基、1,4-亚二环[2.2.2]辛基、哌啶-1,4-二基、萘-2,6-二基、十氢化萘-2,6-二基或1,2,3,4-四氢化萘-2,6-二基，基团中的氢原子各自独立地可被氟原子、-CF3基、碳原子数1至10的烷基、碳原子数1至10的烷氧基或式(R-1)至式(R-15)中的任一种取代。
[化20]
Z201和Z202各自独立地表示-OCH2-、-CH2O-、-COO-、-OCO-、-CF2O-、-OCF2-、-CH2CH2-、-CF2CF2-、-CH＝CH-COO-、-CH＝CH-OCO-、-COO-CH＝CH-、-OCO-CH＝CH-、-COO-CH2CH2-、-OCO-CH2CH2-、-CH2CH2-COO-、-CH2CH2-OCO-、-COO-CH2-、-OCO-CH2-、-CH2-COO-、-CH2-OCO-、-CY1＝CY2-(式中，Y1和Y2各自独立地表示氟原子或氢原子。)、-C≡C-或单键，优选为-COO-、-OCO-、-CH＝CH-COO-、-CH＝CH-OCO-、-COO-CH＝CH-、-OCO-CH＝CH-、-COO-CH2CH2-、-OCO-CH2CH2-、-CH2CH2-COO-、-CH2CH2-OCO-、-C≡C-或单键，进一步优选为-COO-、-OCO-、-CH＝CH-COO-、-CH＝CH-OCO-、-COO-CH＝CH-、-OCO-CH＝CH-、-COO-CH2CH2-、-OCO-CH2CH2-、-CH2CH2-COO-、-CH2CH2-OCO-或单键。
n201表示0、1或2，优选为0或1。其中，当分别存在多个环M202和Z202时，可以各不相同，也可以相同。
本发明的含有聚合性化合物的液晶组合物含有至少1种通式(M)所表示的聚合性化合物，优选含有1种～5种，进一步优选含有1种～3种。当通式(M)所表示的聚合性化合物的含量少时，对于液晶组合物的取向约束力变弱。相反地，当通式(M)所表示的聚合性化合物的含量过多时，聚合时所需的能量增加，未发生聚合而残留的聚合性化合物的量增加，成为显示不良的原因，因此，其含量优选为0.01～2.00质量％，进一步优选为0.05～1.00质量％，特别优选为0.10～0.50质量％。
进一步具体而言，当通式(M)中n201为0时，Sp201和Sp202之间的环结构优选为式(XXa-1)至式(XXa-5)，进一步优选为式(XXa-1)至式(XXa-3)，特别优选为式(XXa-1)或式(XXa-2)。其中，式的两端结合于Sp201或Sp202。
[化21]
[化22]
[化23]
[化24]
[化25]
含有这些骨架的通式(M)所表示的聚合性化合物的聚合后的取向约束力对PSA模式的液晶显示元件是最适的，可获得良好的取向状态，因而具有显示不均被抑制或完全不发生的效果。
由上所述，作为聚合性单体，优选为式(XX-1)至通式(XX-10)所表示的化合物，进一步优选为式(XX-1)至式(XX-4)。
[化26]
式中，Spxx表示碳原子数1～8的亚烷基或-O-(CH2)s-(式中，s表示2至7的整数，氧原子结合于环上。)。
式中的苯基中的氢原子可以进一步被-F、-Cl、-CF3、-CH3、式(R-1)至式(R-15)中的任一种取代。
当通式(M)中n201为1时，例如优选为式(M31)至式(M48)那样的聚合性化合物。
[化27]
式中的苯基和萘基中的氢原子可以进一步被-F、-Cl、-CF3、-CH3、式(R-1)至式(R-15)中的任一种取代。
含有这些骨架的通式(M)所表示的聚合性化合物的聚合后的取向约束力对PSA模式的液晶显示元件是最适的，可获得良好的取向状态，因而具有显示不均被抑制或完全不发生的效果。
当通式(M)中n201为1且具有多个式(R-1)或式(R-2)时，例如优选为式(M301)至式(M316)那样的聚合性化合物。
[化28]
式中的苯基和萘基中的氢原子可以进一步被-F、-Cl、-CF3、-CH3取代。
含有这些骨架的通式(M)所表示的聚合性化合物的聚合后的取向约束力对PSA模式的液晶显示元件是最适的，可获得良好的取向状态，因而具有显示不均被抑制或完全不发生的效果。
在本发明的液晶组合物中含有作为聚合性化合物的通式(M)而得到的含有聚合性化合物的液晶组合物获得了低粘度(η)、低旋转粘度(γ1)和大弹性常数(K33)，因此使用其的PSA模式或PSVA模式的液晶显示元件能够实现兼顾显示不均的抑制和高速响应。
使用了本发明的液晶组合物的液晶显示元件具有高速响应的显著特征，尤其对有源矩阵驱动用液晶显示元件是有用的，能够适用于VA模式、PSVA模式、PSA模式、IPS模式或ECB模式。
实施例
以下通过列举实施例进一步详细地对本发明进行描述，但本发明不限于这些实施例。此外，以下的实施例和比较例的组合物中的“％”意思是“质量％”。
实施例中化合物的记载使用以下的缩写。
(侧链)
-n -CnH2n+1 碳原子数n的直链状的烷基
n- CnH2n+1- 碳原子数n的直链状的烷基
-On -OCnH2n+1 碳原子数n的直链状的烷氧基
nO- CnH2n+1O- 碳原子数n的直链状的烷氧基
-V -CH＝CH2
V- CH2＝CH-
-V1 -CH＝CH-CH3
1V- CH3-CH＝CH-
-2V -CH2-CH2-CH＝CH3
V2- CH3＝CH-CH2-CH2-
-2V1 -CH2-CH2-CH＝CH-CH3
1V2- CH3-CH＝CH-CH2-CH2
(连接基团)
-nO- -CnH2nO-碳原子数n的直链状的连接基团
(环结构)
[化29]
实施例中测定的特性如下所述。
Tni：向列相-各向同性液体相转变温度(℃)
Tcn：固体相-向列相转变温度(℃)
Δn：20℃时的折射率各向异性
Δε：25℃时的介电常数各向异性
η：20℃时的粘度(mPa·s)
γ1：20℃时的旋转粘度(mPa·s)
K33：20℃时的弹性常数K33(pN)
VHR(UV)：照射10J的UV后的电压保持率(VHR)
(比较例1、实施例1、实施例2和实施例3)
调制LC-A(比较例1)、LC-1(实施例1)、LC-2(实施例2)和LC-3(实施例3)的液晶组合物，测定其物性值。液晶组合物的构成及其物性值的结果如表1所示。
[表1]
本发明的液晶组合物LC-1、LC-2和LC-3的粘度(η)小、旋转粘度(γ1)小、弹性常数(K33)大，γ1/K33分别为6.7、6.5和6.8，是比作为比较例的LC-A的该值小的值。
对使用其的液晶显示元件的响应速度进行测定，结果，LC-1、LC-2和LC-3为充分的高速响应，是比LC-A高15％至20％左右的高速。其中，单元厚度为3.3um，取向膜为JALS2096，响应速度的测定条件是Von为5V、Voff为1.0V、测定温度为20℃，使用AUTRONIC-MELCHERS公司的DMS301。
对Tcn进行测定，结果，LC-1、LC-2和LC-3与作为比较例的LC-A相比为充分低的值。
此外，对照射UV后的电压保持率(VHR(UV))进行测定，结果，LC-1、LC-2、LC-3和LC-A为充分高的电压保持率。其中，单元厚度为6um，取向膜为AL-1051，VHR的测定条件是电压1V、频率3Hz、温度60℃，使用TOYO Corporation的VHR-1。
(比较例2、比较例3和实施例4)
调制LC-B(比较例2)、LC-C(比较例3)和LC-4(实施例4)的液晶组合物，测定其物性值。液晶组合物的构成及其物性值的结果如表2所示。
[表2]
本发明的液晶组合物LC-4的粘度(η)小、旋转粘度(γ1)小、弹性常数(K33)大，γ1/K33为9.1，是比作为比较例的LC-C的γ1/K33明显小的值。此外，LC-C的Tcn为-15℃，是不实用的。作为比较例的LC-B的γ1/K33为9.2，但Δn小，不满足本发明所要解决的课题。
综上所述，确认到本发明的液晶组合物的折射率各向异性(Δn)和向列相-各向同性液体相转变温度(Tni)不会被降低，粘度(η)充分小，旋转粘度(γ1)充分小，弹性常数(K33)大，电压保持率(VHR)高，具有绝对值大的负的介电常数各向异性(Δε)，因此，使用其的VA型等的液晶显示元件没有显示不良或显示不良被抑制，显示品质优异，响应速度快。
Claims (10)
1.一种液晶组合物，含有式(N2)所表示的化合物作为第一成分，含有1种或2种以上的通式(N3-3)所表示的化合物作为第二成分，含有1种或2种以上的介电常数各向异性Δε为负且其绝对值大于3的化合物作为第三成分，并且，第一成分的含量为10至30质量％，第二成分的含量为10至40质量％，
[化1]
[化2]
式中，Rp和Rq各自独立地表示碳原子数1至10的烷基、碳原子数1至10的烷氧基、碳原子数2至10的烯基或碳原子数2至10的烯氧基，基团中的-CH2-或不相邻的2个以上的-CH2-各自独立地可被-O-或-S-取代，此外，存在于基团中的1个或2个以上的氢原子各自独立地可被氟原子或氯原子取代。
2.根据权利要求1所述的液晶组合物，其中，25℃时的介电常数各向异性Δε在-2.0至-8.0的范围内，20℃时的折射率各向异性Δn在0.08至0.14的范围内，20℃时的粘度η在10至30mPa·s的范围内，20℃时的旋转粘度γ1在60至130mPa·s的范围内，向列相-各向同性液体相转变温度Tni在60℃至120℃的范围内。
3.根据权利要求1或2所述的液晶组合物，其中，含有1种或2种以上的通式(II)所表示的化合物作为第三成分，
[化3]
式中，R1和R2各自独立地表示碳原子数1至10的烷基、碳原子数1至10的烷氧基、碳原子数2至10的烯基或碳原子数2至10的烯氧基，存在于基团中的1个-CH2-或不相邻的2个以上的-CH2-各自独立地可被-O-或-S-取代，此外，存在于基团中的1个或2个以上的氢原子各自独立地可被氟原子或氯原子取代；环A和环B各自独立地表示反式-1,4-亚环己基、1,4-亚苯基、2-氟-1,4-亚苯基、3-氟-1,4-亚苯基、3,5-二氟-1,4-亚苯基、2,3-二氟-1,4-亚苯基、1,4-亚环己烯基、1,4-亚二环[2.2.2]辛基、哌啶-1,4-二基、萘-2,6-二基、十氢化萘-2,6-二基或1,2,3,4-四氢化萘-2,6-二基；p表示0、1或2，当p表示2而存在2个环B时，它们可以相同也可以不同；Z表示-OCH2-、-CH2O-、-CF2O-、-OCF2-、-CH2CH2-、-CF2CF2-或单键。
4.根据权利要求1或2所述的液晶组合物，其中，含有1种或2种以上的选自通式(IV-1)至通式(IV-5)所表示的化合物组的化合物作为第四成分，
[化4]
式中，R5表示碳原子数1至5的烷基或碳原子数2至5的烯基，R6表示碳原子数1至5的烷基、碳原子数1至5的烷氧基、碳原子数2至5的烯基或碳原子数2至5的烯氧基；存在于基团中的1个-CH2-或不相邻的2个以上的-CH2-各自独立地可被-O-或-S-取代，此外，存在于基团中的1个或2个以上的氢原子各自独立地可被氟原子取代；但是，通式(IV-1)所表示的化合物中不包括与式(N2)所表示的化合物相同的化合物。
5.根据权利要求1或2所述的液晶组合物，其中，含有1种或2种以上的通式(V)所表示的化合物作为进一步的成分，
[化5]
式中，R21和R22各自独立地表示碳原子数1至8的烷基、碳原子数1至8的烷氧基、碳原子数2至8的烯基或碳原子数2至8的烯氧基；存在于基团中的1个-CH2-或不相邻的2个以上的-CH2-各自独立地可被-O-或-S-取代，此外，存在于基团中的1个或2个以上的氢原子各自独立地可被氟原子取代。
6.根据权利要求1或2所述的液晶组合物，其中，含有1种或2种以上的聚合性化合物。
7.根据权利要求6所述的液晶组合物，其中，聚合性化合物包含一种或两种以上的通式(M)所表示的聚合性化合物，
[化6]
式中，X201和X202各自独立地表示氢原子、甲基或-CF3基，Sp201和Sp202各自独立地表示单键、碳原子数1～8的亚烷基或-O-(CH2)s-，式-O-(CH2)s中，s表示2至7的整数，氧原子结合于环上；环M201、环M202和环M203各自独立地表示反式-1,4-亚环己基、1,4-亚苯基、1,4-亚环己烯基、1,4-亚二环[2.2.2]辛基、哌啶-1,4-二基、萘-2,6-二基、十氢化萘-2,6-二基或1,2,3,4-四氢化萘-2,6-二基，基团中的氢原子各自独立地可被氟原子、-CF3基、碳原子数1至10的烷基、碳原子数1至10的烷氧基或式(R-1)至式(R-15)中的任一种取代，其中反式-1,4-亚环己基中的1个或不相邻的2个以上的-CH2-可被-O-或-S-取代，1,4-亚苯基中的1个或不相邻的2个以上的-CH＝可被-N＝取代，
[化7]
Z201和Z202各自独立地表示-OCH2-、-CH2O-、-COO-、-OCO-、-CF2O-、-OCF2-、-CH2CH2-、-CF2CF2-、-CH＝CH-COO-、-CH＝CH-OCO-、-COO-CH＝CH-、-OCO-CH＝CH-、-COO-CH2CH2-、-OCO-CH2CH2-、-CH2CH2-COO-、-CH2CH2-OCO-、-COO-CH2-、-OCO-CH2-、-CH2-COO-、-CH2-OCO-、-CY1＝CY2-、-C≡C-或单键，式-CY1＝CY2-中，Y1和Y2各自独立地表示氟原子或氢原子，n201表示0、1或2；其中，当分别存在多个环M202和Z202时，可以各不相同，也可以相同。
8.一种液晶显示元件，其使用了权利要求1至7中任一项所述的液晶组合物。
9.一种有源矩阵驱动用液晶显示元件，其使用了权利要求1至7中任一项所述的液晶组合物。
10.一种用于VA模式、PSA模式、PSVA模式、IPS模式或ECB模式的液晶显示元件，其使用了权利要求1至7中任一项所述的液晶组合物。
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