CN105745306B - 向列液晶组合物及使用其的液晶显示元件 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种液晶组合物，其具有如下特征：折射率各向异性(Δn)得到调节，不会使向列相的温度范围变差，粘度(η)充分低，并且介电常数各向异性(Δε)为正且能够使其绝对值大。由于具有对热、光、水等而言化学稳定，能够低电压驱动，实用且可靠性高的特征，并且具有优异的显示特性，因而对移动终端、液晶TV、监控器等显示元件有用。
Description
技术领域
本发明涉及作为电光学的液晶显示材料有用的介电常数各向异性(Δε)显示正值的向列液晶组合物。
背景技术
液晶显示元件用于以钟表、计算器为首的各种测定仪器、汽车用面板、文字处理器、电子记事本、打印机、计算机、电视、钟表、广告显示板等。作为液晶显示方式，其代表性的有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。对在这些液晶显示元件中使用的液晶组合物，要求对水分、空气、热、光等外在因素稳定，此外，在以室温为中心尽量宽的温度范围内显示液晶相，低粘性且驱动电压低。进而，为了对每个显示元件设置最合适的介电常数各向异性(Δε)或和为了使折射率各向异性(Δn)等成为最合适的值，液晶组合物由几种至几十种化合物构成。
在垂直取向型显示器中使用Δε为负的液晶组合物，而在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。近年来，也报道了在无电压施加时使Δε为正的液晶组合物垂直地取向，通过施加IPS型/FFS型电场来显示的驱动方式，对Δε为正的液晶组合物的需求进一步提高。另一方面，在全部的驱动方式中，要求低电压驱动、高速响应、宽的工作温度范围。即，要求Δε为正且绝对值大、粘度(η)小、高向列相-各向同性液体相转变温度(Tni)。此外，由于Δn与单元间隔(d)之积即Δn×d的设定，需要根据单元间隔将液晶组合物的Δn调节为适当的范围。并且，在将液晶显示元件应用于电视等的情况下，由于重视高速响应性，因而要求γ1小的液晶组合物。
虽然公开了使用作为Δε为正的液晶化合物的式(A-1)、(A-2)所表示的化合物作为液晶组合物构成成分的液晶组合物(专利文献1至专利文献4)，但这些液晶组合物尚未实现充分低的粘性。
[化1]
另一方面，为了改善液晶显示器的性能，公开了涉及如下化合物以及含有其的组合物的发明，所述化合物中，除了具有作为极性基的氟原子、三氟甲氧基团以外还具有各种基团。(专利文献5至专利文献18)然而，同样地，这些液晶组合物尚未实现充分低的粘性。
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在于提供一种液晶组合物，其被调节成所希望的折射率各向异性(Δn)，通过抑制向列相-各向同性液体相转变温度(Tni)的降低和向列相的下限温度的升高而不会使向列相的温度范围变差、粘度(η)充分低，且介电常数各向异性(Δε)为正。
用于解决课题的方法
本发明人对各种氟苯衍生物进行了研究，发现通过将特定的化合物进行组合能够解决上述课题，从而完成了本发明。
本发明提供一种液晶组合物，并提供使用该液晶组合物的液晶显示元件，上述液晶组合物是具有正的介电常数各向异性的液晶组合物，其特征在于，上述液晶组合物含有选自通式(LC0)所表示的化合物中的一种或两种以上的化合物，其进一步含有选自通式(LC1)～通式(LC5)所表示的化合物组中的一种或两种以上的化合物。
[化2]
(式中，R01表示碳原子数1～15的烷基，该烷基中的一个或两个以上的CH2基可以以氧原子不直接邻接的方式被-O-、-CH＝CH-、-CO-、-OCO-、-COO-、-C≡C-、-CF2O-、-OCF2-取代，该烷基中的一个或两个以上的氢原子可以任意地被卤素取代，A01各自独立地表示下述任一结构，
[化3]
(该结构中，X104～X108各自独立地表示-H、-Cl、-F、-CF3或-OCF3。)，
A02表示下述任一结构，
[化4]
(该结构中，X109～X113各自独立地表示-H、-Cl、-F、-CF3或-OCF3。)，X101～X103各自独立地表示-H、-Cl、-F、-CF3或-OCF3，Y01和Y02各自独立地表示-Cl、-F、-CF3或-OCF3，Z02表示-CH2O-、-OCH2-或-CF2O-，Z01和Z03各自独立地表示单键、-CH＝CH-、-C≡C-、-CH2CH2-、-(CH2)4-、-OCF2-或-CF2O-，m01和m02各自独立地表示0～2的整数，m01+m02各自独立地表示0、1、2或3，在A01、X101、X102、Z01和/或Z03存在多个时，它们可以相同也可以不同。)
[化5]
(式中，R11～R41各自独立地表示碳原子数1～15的烷基，该烷基中的一个或两个以上的-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，该烷基中的一个或两个以上的氢原子可以任意地被卤素取代，R51和R52各自独立地表示碳原子数1～15的烷基，该烷基中的一个或两个以上的-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，当后述A51或A53为环己烷环时也可以为-OCF3、-CF3、-OCF＝CF2或-OCH＝CF2，A11～A42各自独立地表示下述任一结构，
[化6]
(该结构中环己烷环的一个或两个以上的-CH2-可以以氧原子不直接邻接的方式被-O-取代，X61和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7]
(式中，环己烷环中的一个或两个以上的-CH2CH2-可以被-CH＝CH-、-CH2O-或-OCH2-取代，苯环中的一个或两个以上的-CH＝可以以氮原子不直接邻接的方式被-N＝取代。)，X11～X43各自独立地表示-H、-Cl、-F、-CF3或-OCF3，Y11～Y41表示-Cl、-F、-CF3、-OCF3、-CF2CF3、-CHFCF3、-OCF2CF3、-OCHFCF3或-OCF＝CF2，Z31～Z42各自独立地表示单键、-CH＝CH-、-C≡C-、-CH2CH2-、-(CH2)4-、-OCH2-、-CH2O-、-OCF2-或-CF2O-，所存在的Z31和Z32中至少一个不是单键，Z51和Z52各自独立地表示单键、-CH＝CH-、-C≡C-、-CH2CH2-、-(CH2)4-、-OCH2-、-CH2O-、-COO-、-OCO-、-OCF2-或-CF2O-，m21～m51各自独立地表示0～3的整数，m31+m32和m41+m42各自独立地表示1、2、3或4，当A23、A31、A32、A41、A42、A52、Z31、Z32、Z41、Z42和/或Z52存在多个时，它们可以相同也可以不同。其中，所存在的A31和A32中任一方为：
[化8]
(该结构中环己烷环的一个或两个以上的-CH2-也可以以氧原子不直接邻接的方式被-O-取代。)，
所存在的A41和A42中任一方为：
[化9]
(该结构中环己烷环的一个或两个以上的-CH2-也可以以氧原子不直接邻接的方式被-O-取代。)
发明效果
本发明的液晶组合物具有Δε为正且能够使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，在宽的温度范围内显示稳定的液晶相。进而，其是对热、光、水等而言化学稳定，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一种或两种以上的化合物，进一步含有选自由通式(LC1)至通式(LC5)所表示的化合物构成的化合物组中的一种或两种以上的化合物。包含通式(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稳定的液晶相，因此可谓是实用的液晶组合物。
这些通式(LC0)至通式(LC5)中，R01～R52各自独立地表示碳原子数1～15的烷基，该烷基中的一个或两个以上的CH2基可以以氧原子不直接邻接的方式被-O-、-CH＝CH-、-CO-、-OCO-、-COO-、-C≡C-、-CF2O-、-OCF2-取代，该烷基中的一个或两个以上的氢原子可以任意地被卤素取代，但优选为碳原子数1～8的烷基、碳原子数2～8的烯基或碳原子数1～8的烷氧基，优选为直链。特别是R51和R52的任一方优选为碳原子数2～8的烯基。R01～R52为烯基时，优选从式(R1)至式(R5)中任一个所表示的基团中选择。
[化10]
(各式中的黑点表示与环的连结点。)
A11、A21、A31、A41、A51、A53为反式-1,4-亚环己基时，进一步优选为式(R1)、式(R2)、式(R4)。进一步优选含有一种或两种以上的通式(LC5)中R51、R52的至少一方为式(R1)至式(R5)中的任一烯基的化合物。
A01表示下述任一结构，
[化11]
当A01存在多个时，它们可以相同也可以不同。上述结构中的X104～X108各自独立地表示-H、-Cl、-F、-CF3或-OCF3，优选为-H或-F。A02表示下述任一结构。
[化12]
上述结构中的X109～X113各自独立地表示-H、-Cl、-F、-CF3或-OCF3，优选为-H或-F，进一步优选为-F。上述结构中的Y01和Y02各自独立地表示-Cl、-F、-CF3或-OCF3，优选为-F或-OCF3，进一步优选为-F。
优选A11～A42各自独立地为反式-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。当A11～A42包含四氢吡喃基时，优选为A11、A21、A31和A32。
优选A51～A53各自独立地为反式-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。
Z02表示-OCH2-或-CF2O-。Z01和Z03各自独立地表示单键、-CH＝CH-、-C≡C-、-CH2CH2-、-(CH2)4-、-OCF2-或-CF2O-，优选为单键、-CH2CH2-、-OCF2-或-CF2O-，进一步优选为单键或-CH2CH2-，特别优选为单键。
Z31～Z42各自独立地表示单键、-CH＝CH-、-C≡C-、-CH2CH2-、-(CH2)4-、-OCH2-、-CH2O-、-OCF2-或-CF2O-，所存在的Z31和Z32中至少一个不是单键，但优选为单键、-CH2CH2-、-OCH2-、-CH2O-、-OCF2-或-CF2O-，当所存在的Z31～Z42中的一个表示-CH2CH2-、-OCH2-、-CH2O-、-OCF2-或-CF2O-时，其他的优选为单键。
Z51和Z52各自独立地表示单键、-CH＝CH-、-C≡C-、-CH2CH2-、-(CH2)4-、-OCH2-、-CH2O-、-COO-、-OCO-、-OCF2-或-CF2O-，优选为单键、-CH2CH2-、-OCF2-或-CF2O-，若将所存在的Z51和Z52加在一起则存在多个时，优选至少一个是单键，进一步优选全部表示单键。
X103表示-H、-Cl、-F、-CF3或-OCF3，当其为-F时，相对于大的介电常数各向异性(Δε)或同等程度的介电常数各向异性(Δε)成为显著低的粘度(η)，因而特别优选。
X101～X102各自独立地表示-H、-Cl、-F、-CF3或-OCF3，优选为-H或-F。
Y01和Y02各自独立地表示-Cl、-F、-CF3或-OCF3，优选为-F或-OCF3，进一步优选为-F。Y11～Y41表示-Cl、-F、-CF3、-OCF3、-CF2CF3、-CHFCF3、-OCF2CF3、-OCHFCF3或-OCF＝CF2，优选为-F或-OCF3，进一步优选为-F。
m01～m51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具体优选为下述通式(LC0-1)至通式(LC0-36)所表示的化合物。
[化13]
[化14]
[化15]
[化16]
[化17]
[化18]
(式中，X114～X117各自独立地表示-H、-Cl、-F、-CF3或-OCF3，R01、X101～X113、Y101表示与权利要求1相同的含义。)
通式(LC2)所表示的化合物具体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19]
(式中，X23、X24、X25和X26各自独立地表示氢原子、Cl、F、CF3或OCF3，X22、R21和Y21表示与通式(LC2)中相同的含义。)进一步优选通式(LC2-1)至通式(LC2-4)和通式(LC2-9)至通式(LC2-11)所表示的化合物组。
通式(LC3)所表示的化合物具体优选为下述通式(LC3-1)至通式(LC3-58)所表示的化合物。
[化20]
[化21]
[化22]
(式中，X33～X38各自独立地表示H、Cl、F、CF3或OCF3，R31、X321和Y31表示与权利要求1相同的含义。)
通式(LC4)所表示的化合物具体优选为下述通式(LC4-1)至通式(LC4-14)所表示的化合物。
[化23]
(式中，X44～X47各自独立地表示H、Cl、F、CF3或OCF3，X42、X43、R41和Y41表示与权利要求1相同的含义。)
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24]
(式中，R51和R52表示与通式(LC5)中相同的含义。)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须成分的通式(LC0)并用。进一步优选为通式(LC5-1)和通式(LC5-4)中R51和R52的至少一方为烯基的化合物组，特别是下述式(R1)至(R5)中的任一烯基。
[化25]
通式(LC5)所表示的化合物含有一种或两种以上，含量优选为20～70质量％，更优先为30～70质量％。
本发明的液晶组合物含有通式(LC0)所表示的化合物和选自通式(LC1)至通式(LC5)所表示的化合物组中的化合物，优选含有通式(LC0)所表示的化合物、选自通式(LC1)至通式(LC4)所表示的化合物组中的化合物和通式(LC5)所表示的化合物。
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一种或两种以上的光学活性化合物。对于光学活性化合物，只要能够使液晶分子扭转而取向，就可以使用任何化合物。通常，该扭转因温度而变化，因此为了得到所希望的温度依赖性，也可以使用多种光学活性化合物。为了避免对向列液晶相的温度范围、粘度等产生不良影响，优选选用扭转效果强的光学活性化合物。作为这样的光学活性化合物，具体优选为胆甾(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26]
(式中，Rc1、Rc2、R*各自独立地表示碳原子数1～15的烷基，该烷基中的一个或两个以上的-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，该烷基中的一个或两个以上的氢原子可以任意地被卤素取代，其中，R*具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，环己烷环中的一个或两个以上的-CH2-可以以氧原子不直接邻接的方式被-O-取代，此外，该环中的一个或两个以上的-CH2CH2-可以被-CH＝CH-、-CF2O-或-OCF2-取代，苯环中的一个或两个以上的-CH＝可以以氮原子不直接邻接的方式被-N＝取代，该环中的一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和Qc2表示下述结构。
[化27]
(式中，D3、D4表示环己烷环或苯环，环己烷环中的一个或两个以上的-CH2-可以以氧原子不直接邻接的方式被-O-取代，此外，该环中的一个或两个以上的-CH2CH2-可以被-CH＝CH-、-CF2O-或-OCF2-取代，苯环中的一个或两个以上的-CH＝可以以氮原子不直接邻接的方式被-N＝取代，该环中的一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一种或两种以上的聚合性化合物，聚合性化合物优选为如下结构的圆盘状液晶化合物，即：将苯衍生物、三亚苯基衍生物、三聚茚衍生物、酞菁衍生物或环己烷衍生物作为分子中心的母核，并且将直链的烷基、直链的烷氧基或取代苯甲酰氧基作为其侧链以放射状取代的结构。
具体而言，聚合性化合物优选为通式(PC)所表示的聚合性化合物。
[化28]
(式中，P1表示聚合性官能团，Sp1表示碳原子数0～20的间隔基团，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和p2各自独立地表示1、2或3，MGp表示介晶基团或介晶性支撑基团，Rp1表示卤原子、氰基或碳原子数1～25的烷基，该烷基中的一个或两个以上的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可以为P2-Sp2-Qp2-，P2、Sp2、Qp2各自独立地表示与P1、Sp1、Qp1相同的含义。)
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29]
(式中，C01～C03各自独立地表示1,4-亚苯基、1,4-亚环己基、1,4-环乙烯基、四氢吡喃-2,5-二基、1,3-二烷-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、9,10-二氢菲-2,7-二基、1,2,3,4,4a,9,10a-八氢菲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、9,10-二氢菲-2,7-二基、1,2,3,4,4a,9,10a-八氢菲2,7-二基和芴-2,7-二基可以具有一个以上的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和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。)
在此，当Sp1和Sp2各自独立地为亚烷基时，该亚烷基可以被一个以上的卤原子或CN取代，存在于该基团中的一个或两个以上的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，优选P1和P2各自独立地为下述通式中的任一个。
[化30]
(式中，Rp2至Rp6各自独立地表示氢原子、卤原子或碳原子数1～5的烷基。)
更具体而言，聚合性化合物优选为通式(PC)由通式(PC0-1)至通式(PC0-6)表示的聚合性化合物。
[化31]
(PC0-3)P1-Sp1-Qp1-MGp-Qp2-Sp2-P2
(PC0-4)P1-Qp1-MGp-Qp2-P2
(PC0-5)P1-Sp1-Qp1-MGp-Rp1
(PC0-6)P1-Qp1-MGp-Rp1
(式中，p4各自独立地表示1、2或3。)。进一步具体而言，优选为通式(PC1-1)至通式(PC1-9)所表示的聚合性化合物。
[化32]
(式中，p5表示0、1、2、3或4。)。其中，Sp1、Sp2、Qp1和Qp2优选为单键，P1和P2优选为式(PC0-a)，更优选为丙烯酰氧基和甲基丙烯酰氧基，p1+p4优选为2、3或4，Rp1优选为H、F、CF3、OCF3、CH3或OCH3。进而，优选为通式(PC1-2)、通式(PC1-3)、通式(PC1-4)和通式(PC1-8)所表示的化合物。
此外，还优选为通式(PC)中的MGp由通式(PC1)-9表示的圆盘状液晶化合物。
[化33]
(式中，R7各自独立地表示P1-Sp1-Qp1或通式(PC1-e)的取代基，R81和R82各自独立地表示氢原子、卤原子或甲基，R83表示碳原子数1～20的烷氧基，该烷氧基中的至少一个氢原子被上述通式(PC0-a)至(PC0-d)所表示的取代基取代。)
聚合性化合物的使用量优选为0.05～2.0质量％。
本发明的液晶组合物可以进一步含有一种或两种以上的抗氧化剂，进而还可以含有一种或两种以上的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)所表示的物质中选择。
[化34]
(式中，Re1表示碳原子数1～15的烷基，该烷基中的一个或两个以上的-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，该烷基中的一个或两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，环己烷环中的一个或两个以上的-CH2-可以以氧原子不直接邻接的方式被-O-取代，此外，该环中的一个或两个以上的-CH2CH2-可以被-CH＝CH-、-CF2O-或-OCF2-取代，苯环中的一个或两个以上的-CH＝可以以氮原子不直接邻接的方式被-N＝取代，该环中的一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作为液晶显示元件，特别是作为有源矩阵驱动用液晶显示元件而用于例如TN模式、OCB模式、ECB模式、IPS(包含FFS电极)模式或VA-IPS模式(包含FFS电极)。在此，VA-IPS模式是指在无电压施加时，使介电常数各向异性为正的液晶材料(Δε>0)与基板面垂直地取向，利用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，由于液晶分子在由像素电极和共通电极产生的弯曲电场的方向上排列，因而存在能够容易地进行像素分割、形成多畴且在响应方面也优异的优点。根据非专利文献Proc.13th IDW,97(1997)、Proc.13th IDW,175(1997)、SID Sym.Digest,319(1998)、SIDSym.Digest,838(1998)、SID Sym.Digest,1085(1998)、SID Sym.Digest,334(2000)、Eurodisplay Proc.,142(2009)，有EOC、VA-IPS等各种称呼，但在本发明中，以下简称为“VA-IPS”。
一般而言，TN、ECB方式中的夫瑞德利克兹(Freedericksz)转变的阈值电压(Vc)由式(I)表示，
[数1]
在STN方式中由式(II)表示，
[数2]
VA方式中由式(III)表示。
[数3]
(式中，Vc表示夫瑞德利克兹转变(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>、以及<r3>表示外推长度(μm)，K11表示展曲的弹性常数(N)，K22表示扭曲的弹性常数(N)，K33表示弯曲的弹性常数(N)，Δε表示介电常数各向异性。)
另一方面，对于VA-IPS方式，本发明人等发现了可适用式(IV)。
[数4]
(式中，Vc表示夫瑞德利克兹转变(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‘>、<r3>表示外推长度(μm)，K33表示弯曲的弹性常数(N)，Δε表示介电常数各向异性。)根据式(IV)，通过在单元构成中使dgap尽量小、dITO尽量大，能够实现低驱动电压化，并且通过选择所使用的液晶组合物的Δε的绝对值大、K33小的液晶组合物，能够实现低驱动电压化。
本发明的液晶组合物可以调节成优选的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)之积(Δn·d)，与视角特性、响应速度高度相关。因此，间隔(d)有变薄至3～4μm的倾向。关于积(Δn·d)，在TN模式、ECB模式、IPS模式的情况下优选为0.31～0.33。作为VA-IPS模式，在与两个基板垂直取向时，优选为0.20～0.59，特别优选为0.30～0.40。无施加时的液晶取向需要与基板面大致平行的TN模式、ECB模式的情况下，倾角优选为0.5～7°，无施加时的液晶取向需要与基板面大致垂直的VA-IP模式的情况下，倾角优选为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、查尔酮、肉桂酸酯或肉桂酰等的取向膜。此外，对于取向膜，优选使用采用光取向技术而制得的膜。含有通式(LC0)中X103为F的化合物的本发明液晶组合物，容易沿取向膜的易轴排列，容易控制所希望的倾角。
进而，含有通式(PC)所表示的化合物作为聚合性化合物的本发明液晶组合物，能够提供在电压施加下或无电压施加下使该液晶组合物中所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发明，但本申请发明不限于这些。此外，以下的实施例和比较例的组合物中的“％”指“质量％”。
作为液晶组合物的物性，如下表示。
TN-I：向列相-各向同性液体相转变温度(℃)
ε⊥：25℃时与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
no：25℃时对常光的折射率
Δn：25℃时的折射率各向异性
Vth：25℃时在施加频率1KHz的矩形波时透过率变化10％时单元厚度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)
化合物记载中使用下述缩写。
[表1]
| 缩写 | 结构 | 缩写 | 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35]
(实施例1和比较例1)
以下示出所调制的本发明液晶组合物(实施例1)和为了比较而调制的液晶组合物(比较例1)的化合物的含有比率和物性值。
[表2]
比较例1的液晶组合物不含通式(LC0)所表示的化合物，而替换成通式(LC0)所表示的化合物以外的化合物。虽然使介电常数各向异性(Δε)大致相同，进而使TN-I和Δn大致相同，但实施例1的液晶组合物为低粘度，可知本发明的组合非常优异。
(实施例2～实施例4)
以下示出以成为与实施例1大致相同的Δε的方式调制的液晶组合物(实施例2～4)及其物性值。
[表3]
与实施例1的液晶组合物同样地，粘度低。
(实施例5和比较例2)
以下示出所调制的本发明液晶组合物(实施例5)和为了比较而调制的液晶组合物(比较例2)的化合物的含有比率和物性值。
[表4]
比较例2的液晶组合物不含通式(LC0)所表示的化合物，而替换成通式(LC0)所表示的化合物以外的化合物。虽然使介电常数各向异性(Δε)大致相同，进而使TN-I和Δn大致相同，但实施例5的液晶组合物为低粘度，可知本发明的组合非常优异。
(实施例6～实施例8)
以下示出以成为与实施例5大致相同的Δε的方式调制的液晶组合物(实施例6～8)及其物性值。
[表5]
与实施例5的液晶组合物同样地，粘度低。
(实施例9和比较例3)
以下示出所调制的本发明液晶组合物(实施例9)和为了比较而调制的液晶组合物(比较例3)的化合物的含有比率和物性值。
[表6]
比较例3的液晶组合物不含通式(LC0)所表示的化合物，而替换成通式(LC0)所表示的化合物以外的化合物。虽然使介电常数各向异性(Δε)大致相同，进而使TN-I和Δn大致相同，但实施例9的液晶组合物为低粘度，可知本发明的组合非常优异。
(实施例10～实施例12)
以下示出以成为与实施例9大致相同的Δε的方式调制的液晶组合物(实施例10～12)及其物性值。
[表7]
与实施例9的液晶组合物同样地，粘度低。
(实施例13和比较例4)
以下示出所调制的本发明液晶组合物(实施例13)和为了比较而调制的液晶组合物(比较例4)的化合物的含有比率和物性值。
[表8]
比较例4的液晶组合物不含通式(LC0)所表示的化合物，而替换成通式(LC0)所表示的化合物以外的化合物。虽然使介电常数各向异性(Δε)大致相同，进而使TN-I和Δn大致相同，但实施例13的液晶组合物为低粘度，可知本发明的组合非常优异。
(实施例14～实施例16)
以下示出以成为与实施例13大致相同的Δε的方式调制的液晶组合物(实施例14～16)及其物性值。
[表9]
与实施例13的液晶组合物同样地，粘度低。
(实施例17)
使用在同一基板上设有一对梳形电极结构的透明电极的第一基板以及不设置电极结构的第二基板，在各基板上形成垂直取向性的取向膜，制作第一基板与第二基板的间隔4.0微米的IPS用空单元。向该空单元中注入在实施例1示出的液晶组合物，制作液晶显示元件。对该显示元件的电光学特性进行测定，结果透过率变化10％时的施加电压为2.88v。此外，施加7v时的响应速度为6.9毫秒，将电压关闭时的响应速度为14.4毫秒。
相对于在实施例1中示出的液晶组合物99％，添加式(PC-1)-3-1所表示的聚合性化合物1％，使其均匀地溶解，从而调制聚合性液晶组合物CLC-A。CLC-A的物性与在实施例1中示出的液晶组合物的物性基本没有差异。
[化36]
在上述IPS用空单元中夹持CLC-A后，一边施加频率1KHz、1.8V的矩形波，一边隔着滤除300nm以下的紫外线的过滤器，由高压水银灯对液晶单元照射紫外线。将单元表面的照射强度调节成20mW/cm2，照射600秒，得到使聚合性液晶组合物中的聚合性化合物发生了聚合的垂直取向性液晶显示元件。对该显示元件的电光学特性进行测定，结果透过率变化10％变化时的施加电压为2.98v。此外，施加7v时的响应速度为4.8毫秒。此外，电压关闭时的响应速度为5.0毫秒，与在实施例1中示出的仅由液晶组合物制作的液晶显示元件相比，非常快。
Claims (17)
1.一种液晶组合物，其是具有正的介电常数各向异性的液晶组合物，其特征在于，所述液晶组合物含有选自通式(LC0-7)所表示的化合物中的一种或两种以上的化合物，且进一步含有选自通式(LC1)～通式(LC5)所表示的化合物组中的一种或两种以上的化合物，
式中，R01表示碳原子数1～15的烷基，该烷基中的一个或两个以上的CH2基可以以氧原子不直接邻接的方式被-O-、-CH＝CH-、-CO-、-OCO-、-COO-、-C≡C-、-CF2O-、-OCF2-取代，该烷基中的一个或两个以上的氢原子可以任意地被卤素取代，X114、X115各自独立地表示-H、-Cl、-F、-CF3或-OCF3，X104、X105、X109、X110各自独立地表示-H、-Cl、-F、-CF3或-OCF3，
Y01表示-Cl、-F、-CF3或-OCF3，
式中，R11～R41各自独立地表示碳原子数1～15的烷基，该烷基中的一个或两个以上的-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，该烷基中的一个或两个以上的氢原子可以任意地被卤素取代，R51和R52各自独立地表示碳原子数1～15的烷基，该烷基中的一个或两个以上的-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，在后述的A51或A53为环己烷环时，也可以是-OCF3、-CF3、-OCF＝CF2或-OCH＝CF2，A11～A42各自独立地表示下述任一结构，
该结构中环己烷环的一个或两个以上的-CH2-可以以氧原子不直接邻接的方式被-O-取代，X61和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，环己烷环中的一个或两个以上的-CH2CH2-可以被-CH＝CH-、-CH2O-或-OCH2-取代，苯环中的一个或两个以上的-CH＝可以以氮原子不直接邻接的方式被-N＝取代，
X11～X43各自独立地表示-H、-Cl、-F、-CF3或-OCF3，Y11～Y41表示-Cl、-F、-CF3、-OCF3、-CF2CF3、-CHFCF3、-OCF2CF3、-OCHFCF3或-OCF＝CF2，Z31～Z42各自独立地表示单键、-CH＝CH-、-C≡C-、-CH2CH2-、-(CH2)4-、-OCH2-、-CH2O-、-OCF2-或-CF2O-，所存在的Z31和Z32中至少一个不是单键，Z51和Z52各自独立地表示单键、-CH＝CH-、-C≡C-、-CH2CH2-、-(CH2)4-、-OCH2-、-CH2O-、-COO-、-OCO-、-OCF2-或-CF2O-，m21～m51各自独立地表示0～3的整数，m31+m32和m41+m42各自独立地表示1、2、3或4，当A23、A31、A32、A41、A42、A52、Z31、Z32、Z41、Z42和/或Z52存在多个时，它们可以相同也可以不同，其中，所存在的A31和A32中的任一个为：
该结构中环己烷环的一个或两个以上的-CH2-可以以氧原子不直接邻接的方式被-O-取代，
所存在的A41和A42中的任一个为：
该结构中环己烷环的一个或两个以上的-CH2-可以以氧原子不直接邻接的方式被-O-取代。
2.如权利要求1所述的液晶组合物，含有选自由通式(LC2-1)至通式(LC2-14)所表示的化合物组成的组中的一种或两种以上的化合物作为通式(LC2)所表示的化合物，
式中，X23、X24、X25和X26各自独立地表示氢原子、Cl、F、CF3或OCF3，X22、R21和Y21表示与权利要求1相同的含义。
3.如权利要求1或2所述的液晶组合物，含有选自由通式(LC3-1)至通式(LC3-58)所表示的化合物组成的组中的一种或两种以上的化合物作为通式(LC3)所表示的化合物，
式中，X33～X38各自独立地表示H、Cl、F、CF3或OCF3，R31、X321和Y31表示与权利要求1相同的含义。
4.如权利要求1或2所述的液晶组合物，含有选自由通式(LC4-1)至通式(LC4-14)所表示的化合物组成的组中的一种或两种以上的化合物作为通式(LC4)所表示的化合物，
式中，X44～X47各自独立地表示H、Cl、F、CF3或OCF3，X42、X43、R41和Y41表示与权利要求1相同的含义。
5.如权利要求1或2所述的液晶组合物，含有选自由通式(LC5-1)至通式(LC5-26)所表示的化合物组成的组中的一种或两种以上的化合物作为通式(LC5)所表示的化合物，
式中，R51和R52表示与权利要求1相同的含义。
6.如权利要求1所述的液晶组合物，含有一种或两种以上的通式(LC0-7)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一种或两种以上的化合物，且进一步含有一种或两种以上的通式(LC5)所表示的化合物。
7.如权利要求6所述的液晶组合物，含有一种或两种以上的通式(LC5)中R51和R52的任一方为碳原子数2～5的烯基的化合物。
8.如权利要求1或2所述的液晶组合物，含有一种或两种以上的存在于通式(LC1)至通式(LC5)中的A11、A21～A23、A31～A32、A41～A42、A51～A53中的至少一个为四氢吡喃-2,5-二基的化合物。
9.如权利要求1或2所述的液晶组合物，含有通式(LC5)所表示的化合物30～70质量％，且20℃时的粘度η为20mPa·s以下。
10.如权利要求1或2所述的液晶组合物，含有一种或两种以上的光学活性化合物。
11.如权利要求1或2所述的液晶组合物，含有一种或两种以上的聚合性化合物。
12.如权利要求1或2所述的液晶组合物，含有一种或两种以上的抗氧化剂。
13.如权利要求1或2所述的液晶组合物，含有一种或两种以上的UV吸收剂。
14.一种液晶显示元件，其使用了权利要求1至13中任一项所述的液晶组合物。
15.一种有源矩阵驱动用液晶显示元件，其使用了权利要求1至13中任一项所述的液晶组合物。
16.一种使用了权利要求1至13中任一项所述的液晶组合物的TN模式、OCB模式、ECB模式、IPS模式或VA-IPS模式用液晶显示元件。
17.一种高分子稳定化的TN模式、OCB模式、ECB模式、IPS模式或VA-IPS模式用液晶显示元件，通过使用权利要求1至13中任一项所述的液晶组合物，在电压施加下或无电压施加下使该液晶组合物中所含有的聚合性化合物聚合而制作。
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