CN112852440A - 液晶组合物和使用其的液晶显示元件 - Google Patents
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Abstract
本发明的目的在于提供一种液晶组合物和使用其的液晶显示元件，该液晶组合物在宽温度范围内呈现向列相，在不使Δε、γ1、低温保存性等作为液晶显示元件的各种特性恶化的情况下，为了使可使用的温度范围变宽，关于高Tni和高Δn这两个特性取得了平衡。本发明提供一种含有通式(i)所表示的化合物、通式(ii)所表示的化合物、通式(iii)所表示的化合物和通式(iv)所表示的化合物的液晶组合物，以及使用了该液晶组合物的液晶显示元件。
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)显示负值的液晶组合物和使用其的液晶显示元件。
背景技术
使用了Δε显示负值的液晶组合物的液晶显示元件广泛用于液晶TV等，对于这些用途中使用的液晶组合物，要求较高的特性。例如，有较高的向列相上限温度(Tni)、较高的折射率各向异性(Δn)、较大的Δε、较低的旋转粘性(γ1)、低温时的向列相稳定性等各种特性。特别是关于Tni，为了高温化而要求进一步提高(专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2008-024815号
发明内容
发明要解决的课题
本发明要解决的课题在于提供一种液晶组合物和使用其的液晶显示元件，该液晶组合物在宽温度范围内呈现向列相，在不使Δε、γ1、低温保存性等作为液晶显示元件的各种特性恶化的情况下，为了使可使用的温度范围变宽，关于高Tni和高Δn这两个特性取得了平衡。
用于解决课题的手段
本发明人研究了各种液晶化合物，发现通过使用特定的液晶化合物能够解决前述课题，从而完成了本发明。
即，本发明的液晶组合物的特征在于，含有：1种、2种或3种以上的通式(i)所表示的化合物；1种、2种或3种以上的下述通式(ii)所表示的化合物；1种或2种以上的下述通式(iii)所表示的化合物；以及1种或2种以上的下述通式(iv)所表示的化合物，前述通式(i)所表示的化合物和通式(ii)所表示的化合物合计含有3种以上。
[化1]
(式中Ri1和Ri2分别独立地表示碳原子数1～8的烷基或碳原子数2～8的烯基。)
[化2]
(式中Rii1和Rii2分别独立地表示碳原子数1～8的烷基或碳原子数2～8的烯基。)
[化3]
(式中，R21和R22分别独立地表示碳原子数1至8的烷基，该基团中的1个或不邻接的2个以上-CH2-分别独立地可被-CH＝CH-、-C≡C-、-O-、-CO-、-COO-或-OCO-取代，Z1表示单键、-CH2CH2-、-OCH2-、-CH2O-、-COO-、-OCO-、-OCF2-、-CF2O-、-CH＝CH-、-CF＝CF-或-C≡C-，m表示1或2。)
[化4]
(式中Riv1和Riv2分别独立地表示碳原子数1～8的烷基、碳原子数2～8的烯基、碳原子数1～8的烷氧基或碳原子数2～8的烯氧基。)
发明的效果
本发明的液晶组合物的液晶温度范围宽、粘性低、相对于热、光的电阻率、电压保持率的变化极小，因此制品的实用性高。另外，使用了该组合物的液晶显示元件的动作温度范围宽，高速响应性、可靠性优异，保存稳定性良好。尤其是在用于FFS型或IPS型的显示元件时，透射率高、黑色亮度降低，因此能够发挥较高的对比度、进一步抑制烧屏的发生，所以非常有用。
具体实施方式
如上所述，本申请发明涉及含有特定化合物的液晶组合物、使用了该液晶组合物的液晶显示元件、使用了该液晶组合物的TN、ECB、IPS、FFS、PSA或PSVA型液晶显示元件。以下，首先对本发明涉及的液晶组合物的实施方式进行说明。
本发明的液晶组合物含有1种、2种或3种以上的通式(i)所表示的化合物。
[化5]
(式中Ri1和Ri2分别独立地表示碳原子数1～8的烷基或碳原子数2～8的烯基。)
通式(i)所表示的化合物中，Ri1优选碳原子数1～6的烷基或碳原子数2～6的烯基，优选碳原子数1～5的烷基或碳原子数2～5的烯基，优选碳原子数1～5的烷基，优选为直链。
通式(i)所表示的化合物中，Ri2优选碳原子数1～6的烷基或碳原子数2～6的烯基，优选碳原子数1～4的烷基或碳原子数2～5的烯基，优选碳原子数1～2的烷基，优选为直链。
通式(i)所表示的化合物可以单独使用，也可以组合使用2种以上的化合物。可组合的化合物的种类没有特别限制，根据低温时的溶解性、转变温度、电可靠性、双折射等所要求的性能适宜组合使用。所使用的化合物的种类例如作为本发明的一个实施方式为1种、2种、2种以上、3种、3种以上。
本发明的液晶组合物中，通过使用1种或2种以上的通式(i)所表示的化合物，能够提高Δn和Δε。另外，通过使用含有1种或2种以上的通式(i)所表示的化合物的液晶组合物，能够得到低电压且高速响应的液晶显示元件。为了提高所得的液晶显示元件的高速响应性，优选将通式(i)所表示的化合物的含量设定得高一些，重视低温时的保存性时，将含量设定得低一些则效果好。
相对于本发明的液晶组合物的总量，通式(i)所表示的化合物、更具体而言下述式(i-1)～式(i-10)所表示的化合物的优选合计含量的下限值为1％、3％、4％、5％。另外，相对于本发明的液晶组合物的总量，优选的合计含量的上限值为23％、21％、19％、17％。
需说明的是，本申请中，在没有特别否定的情况下，％是指质量％。
进一步，作为式(i)所表示的化合物，优选通式(i-1)～(i-10)所表示的化合物，优选式(i-1)、(i-3)、(i-6)和(i-8)所表示的化合物，优选式(i-1)、(i-3)和(i-8)所表示的化合物。
[化6]
本发明的液晶组合物含有1种、2种或3种以上的通式(ii)所表示的化合物。
[化7]
(式中Rii1和Rii2分别独立地表示碳原子数1～8的烷基或碳原子数2～8的烯基。)
通式(ii)所表示的化合物中，Rii1优选碳原子数1～6的烷基或碳原子数2～6的烯基，优选碳原子数1～4的烷基或碳原子数2～5的烯基，优选为碳原子数1～4的烷基，优选为直链。
通式(ii)所表示的化合物中，Rii2优选碳原子数1～6的烷基或碳原子数2～6的烯基，优选碳原子数1～4的烷基或碳原子数2～5的烯基，优选为碳原子数1～4的烷基，优选为直链。
通式(ii)所表示的化合物可以单独使用，也可以组合使用2种以上的化合物。可组合的化合物的种类没有特别限制，根据低温时的溶解性、转变温度、电可靠性、双折射等所要求的性能适宜组合使用。所使用的化合物的种类例如作为本发明的一个实施方式为1种、2种、2种以上、3种、3种以上。
本发明的液晶组合物中，通过使用1种或2种以上的通式(ii)所表示的化合物，能够提高液晶组合物的Tni、Δn和Δε，另外，能够提高低温时的保存性。另外，通过使用含有1种或2种以上的通式(ii)所表示的化合物的液晶组合物，能够获得低电压且高速响应的液晶显示元件。重视液晶组合物的Δε时，优选将含量设定得高一些，重视低温时的保存性时，将含量设定得低一些则效果好。通过使用2种或2种以上的通式(ii)所表示的化合物，低温时的溶解性会提高，因而优选。
相对于本发明的液晶组合物的总量，通式(ii)所表示的化合物、更具体而言下述式(ii-1)～式(ii-10)所表示的化合物的优选合计含量的下限值为1％、3％、5％。另外，相对于本发明的液晶组合物的总量，优选的合计含量的上限值为23％、20％、18％、16％。
进一步，作为式(ii)所表示的化合物，优选通式(ii-1)～(ii-10)所表示的化合物，优选式(ii-1)、(ii-3)、(ii-5)和(ii-7)所表示的化合物，优选式(ii-1)、(ii-3)、和(ii-5)所表示的化合物。
[化8]
本发明的液晶组合物的特征在于，通式(i)所表示的化合物和通式(ii)所表示的化合物合计含有3种以上。更具体而言，本发明的液晶组合物的特征在于，含有1种、1种以上、2种、2种以上、3种或3种以上的通式(i)所表示的化合物，含有1种、1种以上、2种、2种以上、3种或3种以上的通式(ii)所表示的化合物，通式(i)所表示的化合物和通式(ii)所表示的化合物合计含有3种以上。尤其是含有1种或1种以上的通式(i)所表示的化合物、并且含有2种或3种以上的通式(ii)所表示的化合物的液晶组合物不仅增大Tni、Δn，而且低温时的溶解性好，另外，低温时的保存性变得良好，因而优选。
本发明的液晶组合物含有1种或2种以上的通式(iii)所表示的化合物。
[化9]
(式中，R21和R22分别独立地表示碳原子数1至8的烷基，该基团中的1个或不邻接的2个以上-CH2-分别独立地可被-CH＝CH-、-C≡C-、-O-、-CO-、-COO-或-OCO-取代，Z1表示单键、-CH2CH2-、-OCH2-、-CH2O-、-COO-、-OCO-、-OCF2-、-CF2O-、-CH＝CH-、-CF＝CF-或-C≡C-，m表示1或2。)
通式(iii)中，作为R21和R22可采用的基团，可列举碳原子数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、碳原子数2至8的烯氧基等。
通式(iii)中，R21优选为碳原子数1至8的烷基、碳原子数2至8的烯基，更优选碳原子数1至5的烷基、碳原子数2至5的烯基，进一步优选碳原子数1至4的烷基、碳原子数2至4的烯基。
通式(iii)中，R22优选为碳原子数1～8的烷基或碳原子数1至8的烷氧基，更优选碳原子数1～5的烷基或碳原子数1至4的烷氧基，进一步优选碳原子数1～4的烷氧基。
通式(iii)中，Z1表示单键、-CH2CH2-、-OCH2-、-CH2O-、-COO-、-OCO-、-OCF2-、-CF2O-、-CH＝CH-、-CF＝CF-或-C≡C-，优选单键、-CH2CH2-、-OCH2-、-CH2O-，更优选单键或-CH2O-。
通式(iii)中，m表示1或2，m为1时Z1优选为单键。另外，m为2时Z1优选为-CH2CH2-、-CH2O-。
本发明的液晶组合物中，通过使用1种或2种以上的通式(iii)所表示的化合物，能够提高液晶组合物的Tni和Δε，另外，能够提高低温时的保存性。另外，通过使用含有1种或2种以上的通式(ii)所表示的化合物的液晶组合物，能够获得低电压且高速响应的液晶显示元件。重视液晶组合物的Δε时，优选将含量设定得高一些，重视低温时的保存性时，将含量设定得低一些则效果好。通过使用2种或2种以上的通式(iii)所表示的化合物，低温时的溶解性会提高，因而优选。
相对于本发明的液晶组合物的总量，通式(iii)所表示的化合物、更具体而言下述通式(iii-1)～通式(iii-4)所表示的化合物的优选合计含量的下限值为1％、3％、5％、10％、13％。另外，相对于本发明的液晶组合物的总量，优选的合计含量的上限值为37％、35％、32％、30％。
作为通式(iii)所表示的化合物，优选含有1种或2种以上的选自通式(iii-1)、通式(iii-2)、通式(iii-3)和通式(iii-4)所表示的化合物组中的化合物。
[化10]
(式中，R21表示与前述相同的含义，R23分别独立地表示碳原子数1至4的烷氧基。)
本发明的液晶组合物中，优选除了含有通式(i)所表示的化合物、通式(ii)所表示的化合物、后述的通式(iv)所表示的化合物之外，还含有通式(iii-1)所表示的化合物，优选含有通式(iii-1)所表示的化合物和通式(iii-2)所表示的化合物。
要求高可靠性时，进一步换句话说，重视获得没有显示不良的液晶显示元件时，优选不含通式(iii-4)所表示的化合物。
本发明的液晶组合物优选进一步含有1种或2种以上的选自通式(N-03)、通式(N-04)和通式(N-05)所表示的化合物组中的化合物。这些化合物相当于具有介电性为负的各向异性的化合物。这些化合物显示Δε的符号为负且其绝对值大于2的值。需说明的是，化合物的Δε为从在25℃时介电性基本为中性的组合物中添加该化合物而得的组合物的介电常数各向异性的测定值进行外推而得到的值。
[化11]
通式(N-03)～通式(N-05)中，R21和R22分别独立地表示碳原子数1至8的烷基，该基团中的1个或不邻接的2个以上-CH2-分别独立地可被-CH＝CH-、-C≡C-、-O-、-CO-、-COO-或-OCO-取代，Z2和Z3分别独立地表示单键、-CH2CH2-、-OCH2-、-CH2O-、-COO-、-OCO-、-OCF2-、-CF2O-、-CH＝CH-、-CF＝CF-或-C≡C-。作为R21和R22可采用的基团，可列举碳原子数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、碳原子数2至8的烯氧基等。
通式(N-03)～(N-05)中，R21优选为碳原子数1至8的烷基，更优选碳原子数1至5的烷基，进一步优选碳原子数1至4的烷基。
通式(N-03)～(N-05)中，R22优选为碳原子数1～8的烷基或碳原子数1至8的烷氧基，更优选碳原子数1～5的烷基或碳原子数1至4的烷氧基，进一步优选碳原子数1～4的烷氧基。
通式(N-03)～(N-05)中，R21和R22也可以为烯基，优选选自式(R1)至式(R5)的任一者所表示的基团(各式中的黑点表示环结构中的碳原子。)，优选式(R1)或式(R2)，但R21和R22为烯基的化合物的含量尽量少为好，多数情况下优选不含有。
[化12]
通式(N-03)～(N-05)所表示的化合物的氟原子可被同为卤素族的氯原子取代。但是，被氯原子取代的化合物的含量尽量少为好，优选不含有。
通式(N-03)～(N-05)所表示的化合物的环上所存在的氢原子进一步可被氟原子或氯原子取代。但是，被氯原子取代的化合物的含量尽量少为好，优选不含有。
通式(N-03)～(N-05)所表示的化合物优选Δε为负且其绝对值大于3的化合物。具体而言，R22优选表示碳原子数1至8的烷氧基或碳原子数2至8的烯氧基。
作为通式(N-03)所表示的化合物，优选含有1种或2种以上的通式(N-03-1)所表示的化合物。
[化13]
(式中，R21表示与前述相同的含义，R23表示碳原子数1至4的烷氧基。)
本发明的液晶组合物组合使用通式(i)所表示的化合物、通式(ii)所表示的化合物、通式(iii)所表示的化合物、后述的通式(iv)所表示的化合物和通式(N-03-1)所表示的化合物时，从低温时的溶解性和低温时的保存稳定性的观点考虑是优选的。
本发明的液晶组合物组合使用通式(i)所表示的化合物、通式(ii)所表示的化合物、通式(iii-1)所表示的化合物、后述的通式(iv)所表示的化合物和通式(N-03-1)所表示的化合物时，从兼顾低温时的溶解性和低温时的保存稳定性以及高Tni的观点考虑更优选。
相对于本发明的液晶组合物的总量，通式(N-03)所表示的化合物、更具体而言通式(N-03-1)所表示的化合物的优选合计含量的下限值为0％、1％、5％、10％、20％。另外，优选的合计含量的上限值为35％、25％、20％、15％、10％。
作为通式(N-04)所表示的化合物，优选含有1种或2种以上的通式(N-04-1)所表示的化合物。
[化14]
(式中，R21表示与前述相同的含义，R23表示碳原子数1至4的烷氧基。)
本发明的液晶组合物组合使用通式(i)所表示的化合物、通式(ii)所表示的化合物、通式(iii-1)所表示的化合物、后述的通式(iv)所表示的化合物和通式(N-04-1)所表示的化合物时，从低温时的溶解性和低温时的保存稳定性的观点考虑更优选。
相对于本发明的液晶组合物的总量，通式(N-04)所表示的化合物、更具体而言通式(N-04-1)所表示的化合物的优选合计含量的下限值为0％、1％、5％、10％。另外，优选合计含量的上限值为25％、20％、15％、10％。
通式(N-05)所表示的化合物优选为选自式(N-05-1)至式(N-05-3)所表示的化合物组的化合物。
[化15]
本发明的液晶组合物在组合使用通式(i)所表示的化合物、通式(ii)所表示的化合物、通式(iii-1)所表示的化合物、后述的通式(iv)所表示的化合物的同时，组合使用1种以上的选自通式(N-05-1)～式(N-05-3)中的化合物时，从兼顾低温时的溶解性和低温时的保存稳定性以及大Δn的观点考虑更优选。
相对于本发明的液晶组合物的总量，通式(N-05)所表示的化合物、更具体而言选自式(N-05-1)～式(N-05-3)中的化合物的优选合计含量的下限值为0％、2％、5％、8％、10％、13％、15％、17％、20％。另外，优选合计含量的上限值为30％、28％、25％、23％、20％、18％、15％、13％。
本发明的液晶组合物可以进一步含有1种或2种以上的通式(N-06)所表示的化合物。
[化16]
(式中，R21和R22表示与前述相同的含义。)
通式(N-06)所表示的化合物在想要调整各种物性时是有效的，可以为了获得大的折射率各向异性(Δn)、高的Tni、大的Δε而使用。
相对于本发明的液晶组合物的总量，式(N-06)所表示的化合物的优选含量的下限值为0％、2％、5％、8％、10％、13％、15％、17％、20％。优选含量的上限值为30％、28％、25％、23％、20％、18％、15％、13％、10％、5％。
本发明的液晶组合物含有1种或2种以上的下述通式(iv)所表示的化合物。
[化17]
(式中Riv1和Riv2相互独立地表示碳原子数1～8的烷基、碳原子数2～8的烯基、碳原子数1～8的烷氧基或碳原子数2～8的烯氧基。)
通式(iv)中，Riv1表示碳原子数1～8的烷基、碳原子数2～8的烯基、碳原子数1～8的烷氧基或碳原子数2～8的烯氧基，优选碳原子数1至5的烷基、碳原子数2至5的烯基或碳原子数1至5的烷氧基，出于低粘性的目的，进一步优选碳原子数2至5的烷基或碳原子数2至5的烯基，特别优选碳原子数3的烷基(丙基)或碳原子数2的烯基(乙烯基)。作为碳数2至5的烯基，优选选自式(R1)至式(R5)的任一者所表示的基团，特别优选式(R1)或式(R2)。
[化18]
通式(iv)中，Riv2表示碳原子数1～8的烷基、碳原子数2～8的烯基、碳原子数1～8的烷氧基或碳原子数2～8的烯氧基，优选碳原子数1至8的烷基、碳原子数1至8的烷氧基，优选碳原子数1至5的烷基或碳原子数1至5的烷氧基，出于低粘性的目的，进一步优选碳原子数1至3的烷基，特别优选碳原子数1的烷基(甲基)。出于大的Δn的目的，进一步优选碳原子数1至3的烷氧基，特别优选碳原子数1的烷氧基(甲氧基)。
作为通式(iv)，优选为选自下述式(iv-1)～(iv-5)所表示的化合物组的化合物。
[化19]
相对于本发明的液晶组合物的总量，通式(iv)所表示的化合物、更具体而言选自式(iv-1)～式(iv-5)中的化合物的优选合计含量的下限值为1％、2％、3％。优选合计含量的上限值为30％、25％、20％、15％、13％。
本发明的液晶组合物优选含有1种或2种以上的选自通式(NU-01)至通式(NU-06)所表示的化合物组中的化合物。
[化20]
(式中，RNU11、RNU12、RNU21、RNU22、RNU31、RNU32、RNU41、RNU42、RNU61和RNU62分别独立地表示碳原子数1至8的烷基，该基团中的1个或不邻接的2个以上-CH2-分别独立地可被-CH＝CH-、-C≡C-、-O-、-CO-、-COO-或-OCO-取代。)
进一步详细而言，通式(NU-01)～通式(NU-06)中，作为RNU11、RNU12、RNU21、RNU22、RNU31、RNU32、RNU41、RNU42、RNU61和RNU62可采用的基团，可列举碳原子数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、碳原子数2至8的烯氧基等，优选为碳原子数1至5的烷基或碳原子数1至5的烷氧基或碳原子数2至3的烯基，进一步优选碳原子数1至5的烷基或碳原子数2至3的烯基。重视响应速度时，优选至少1个RNU11、RNU21、RNU31和RNU41为碳原子数2至3的烯基，相对于本发明的液晶组合物的总量，这样具有烯基的化合物优选为10％以上，优选为20％以上，优选为25％以上，优选为30％以上。
本发明的液晶组合物中，作为通式(NU-01)所表示的化合物，优选至少含有1种或2种以上的选自式(NU-01-1)～式(NU-01-4)中的化合物。
[化21]
本发明的液晶组合物优选在组合使用上述通式(i)所表示的化合物、通式(ii)所表示的化合物、通式(iii)所表示的化合物、通式(iv)所表示的化合物的同时，还组合使用1种或2种以上的选自式(NU-01-1)～式(NU-01-4)的化合物，更优选使用式(NU-01-1)所表示的化合物，当组合使用式(NU-01-1)所表示的化合物和式(NU-01-2)所表示的化合物时，液晶组合物的粘性低，使用该液晶组合物得到的液晶显示元件的高速响应性会提高，因此更优选。
本发明的液晶组合物中，通式(NU-01)所表示的化合物、更具体而言式(NU-01-1)～式(NU-01-4)所表示的化合物的合计含量优选为5～60％，更优选为10～50％，进一步优选为25～45％。尤其是，本发明的液晶组合物中，式(NU-01-1)所表示的化合物优选使用20％以上，优选使用22％以上，优选使用24％以上，优选使用26％以上，优选使用30％以上，优选使用35％以上。
本发明的液晶组合物中，通式(NU-02)所表示的化合物的合计含量优选为3～30％，更优选为5～25质量％，进一步优选为5～20％。
本发明的液晶组合物中，通式(NU-03)所表示的化合物的合计含量优选为0～20％，更优选为0～15％，进一步优选为0～10％。
本发明的液晶组合物中，通式(NU-04)所表示的化合物的合计含量优选为3～30％，更优选为3～20％，进一步优选为3～10％。
本发明的液晶组合物中，通式(NU-06)所表示的化合物的合计含量优选为1～30％，更优选为3～20％，进一步优选为3～10％。
本发明的液晶组合物可含有1种或2种以上的聚合性化合物。
本发明的液晶组合物中，作为聚合性化合物，可含有1种或2种以上的通式(RM)所表示的聚合性化合物。
[化22]
(式中，R101、R102、R103、R104、R105、R106、R107和R108分别独立地表示P13-S13-、可被氟原子取代的碳原子数1至18的烷基、可被氟原子取代的碳原子数1至18的烷氧基、氟原子或氢原子中的任一者，P11、P12和P13分别独立地表示式(Re-1)至式(Re-9)所表示的聚合性基，
[化23]
(式中，R11、R12、R13、R14和R15分别独立地表示碳原子数1至5的烷基、氟原子或氢原子中的任一者，mr5、mr7、nr5和nr7分别独立地表示0、1或2，当mr5、mr7、nr5和/或nr7表示0时，表示单键。)
S11、S12和S13分别独立地表示单键或碳原子数1～15的亚烷基，该亚烷基中的1个-CH2-或不邻接的2个以上-CH2-可被-O-、-OCO-或-COO-取代，P13和S13存在多个时，分别可以相同也可以不同。)
包含上述通式(RM)所表示的聚合性化合物的液晶组合物适合于制作PSA型或PSVA型的液晶显示元件的情况。也适合于制作NPS型的液晶显示元件的情况。另外，还适合于制作以不具有取向膜为特征的PI-less型液晶显示元件的情况。
包含上述通式(RM)所表示的聚合性化合物的液晶组合物为适度快的聚合速度，因此能够在短的紫外线照射时间内赋予目标预倾角。进一步，能够减少聚合后的聚合性化合物的残留量。由此，能够提高PSA型或PSVA型的液晶显示元件制造的生产效率。另外，发挥由预倾角的变化导致的显示不良(例如烧屏等不良状况)不发生或极少发生这样的效果。需说明的是，本说明书中的显示不良是指由预倾角经时变化导致的显示不良、由未反应的聚合性化合物的残留量引起的显示不良、由电压保持率的降低导致的显示不良。
上述通式(RM)中，R101、R102、R103、R104、R105、R106、R107和R108分别独立地表示P13-S13-、可被氟原子取代的碳原子数1至18的烷基、可被氟原子取代的碳原子数1至18的烷氧基、氟原子或氢原子中的任一者，为烷基和烷氧基时优选的碳原子数为1～16，更优选为1～10，进一步优选为1～8，更进一步优选为1～6，进一步更优选为1～3。另外，前述烷基和烷氧基可以为直链状或分支状，特别优选为直链状。
上述通式(RM)中，R101、R102、R103、R104、R105、R106、R107和R108优选表示P13-S13-、可被氟原子取代的碳原子数1至3的烷氧基、氟原子或氢原子中的任一者，进一步优选表示P13-S13-、碳原子数1至3的烷氧基、氟原子或氢原子中的任一者。该烷氧基优选碳原子数为1以上3以下，更优选为1以上2以下，特别优选为1。
另外，P11、P12和P13可以全部为相同的聚合性基(式(Re-1)～式(Re-9))，也可以为不同的聚合性基。
上述通式(RM)中，P11、P12和P13分别独立地优选为式(Re-1)、式(Re-2)、式(Re-3)、式(Re-4)、式(Re-5)或式(Re-7)，更优选为式(Re-1)、式(Re-2)、式(Re-3)或式(Re-4)，更优选为式(Re-1)，进一步优选为丙烯酰基或甲基丙烯酰基。
优选P11和P12中的至少一方为式(Re-1)，更优选为丙烯酰基或甲基丙烯酰基，进一步优选为甲基丙烯酰基，特别优选P11和P12为甲基丙烯酰基。
上述通式(RM)中，S11、S12和S13分别独立地优选为单键或碳原子数1～5的亚烷基，特别优选为单键。S11、S12和S13为单键时，紫外线照射后聚合性化合物的残留量充分少，由预倾角的变化导致的显示不良难以发生，PSA型或PSVA型的液晶显示元件的显示不良不发生或极少发生。S11、S12和S13为碳原子数1至3时，适合于NPS型的液晶显示元件。
本发明的液晶组合物中的通式(RM)所表示的聚合性化合物的合计含量的下限优选0.01质量％，优选0.02质量％，优选0.03质量％，优选0.04质量％，优选0.05质量％，优选0.06质量％，优选0.07质量％，优选0.08质量％，优选0.09质量％，优选0.1质量％，优选0.12质量％，优选0.15质量％，优选0.17质量％，优选0.2质量％，优选0.22质量％，优选0.25质量％，优选0.27质量％，优选0.3质量％，优选0.32质量％，优选0.35质量％，优选0.37质量％，优选0.4质量％，优选0.42质量％，优选0.45质量％，优选0.5质量％，优选0.55质量％。本发明的液晶组合物中的通式(RM)所表示的聚合性化合物的合计含量的上限优选5质量％，优选4.5质量％，优选4质量％，优选3.5质量％，优选3质量％，优选2.5质量％，优选2质量％，优选1.5质量％，优选1质量％，优选0.95质量％，优选0.9质量％，优选0.85质量％，优选0.8质量％，优选0.75质量％，优选0.7质量％，优选0.65质量％，优选0.6质量％，优选0.55质量％，优选0.5质量％，优选0.45质量％，优选0.4质量％。
进一步详细而言，为了获得充分的预倾角或聚合性化合物的少残留量或高电压保持率(VHR)，其含量优选0.2至0.6质量％，重视抑制低温时的析出的情况下，其含量优选0.01至0.4质量％。要得到特别快的响应速度的情况下，也优选将其含量增加至2质量％为止。
另外，含有多种通式(RM)所表示的聚合性化合物时，它们各自的含量优选为0.01至0.4质量％。因而，为了解决这些所有的课题，特别优选将通式(RM)所表示的聚合性化合物调整在0.1至0.6质量％的范围。
作为本发明涉及的通式(RM)所表示的聚合性化合物，具体而言优选通式(RM-1)至(RM-10)所表示的化合物，使用了这些化合物的PSA型液晶显示元件中，聚合性化合物的残留量少、具有充分的预倾角、没有或极少出现由预倾角的变化等引起的取向不良、显示不良等不良状况。
[化24]
[化25]
式中，RM1和RM2分别独立地表示碳原子数1至5的烷基、氟原子或氢原子中的任一者，更优选表示碳原子数1的烷基或氢原子。
本发明的液晶组合物可含有1种或2种以上的具有三联苯结构或四联苯结构且介电常数各向异性Δε大于+2的化合物、即介电常数各向异性为正的化合物。需说明的是，化合物的Δε是从在25℃时介电性基本为中性的组合物中添加该化合物而得的组合物的介电常数各向异性的测定值进行外推而得到的值。该化合物例如根据低温时的溶解性、转变温度、电可靠性、折射率各向异性等期望的性能组合使用，尤其能够使含有聚合性化合物的液晶组合物中的聚合性化合物的反应性加快。
相对于本发明的液晶组合物的总量，具有三联苯结构或四联苯结构且介电常数各向异性Δε大于+2的化合物的优选含量的下限值为0.1％、0.5％、1％、1.5％、2％、2.5％、3％、4％、5％、10％。相对于本发明的液晶组合物的总量，优选含量的上限值例如在本发明的一个方式中为20％、15％、10％、9％、8％、7％、6％、5％、4％、3％。
作为本发明的液晶组合物中可使用的具有三联苯结构或四联苯结构且介电常数各向异性大于+2的化合物，例如优选含有式(M-8.51)至式(M-8.54)所表示的化合物、式(M-7.1)至式(M-7.4)所表示的化合物、式(M-7.11)至式(M-7.14)所表示的化合物、式(M-7.21)至式(M-7.24)所表示的化合物。
[化26]
[化27]
[化28]
[化29]
为了提高液晶组合物的Tni，本发明的液晶组合物还可以含有式(L-7.1)至式(L-7.4)、式(L-7.11)至式(L-7.13)、式(L-7.21)至式(L-7.23)、式(L-7.31)至式(L-7.34)、式(L-7.41)至式(L-7.44)、式(L-7.51)至式(L-7.53)的4环的介电性基本为零(大致-2至+2的范围)的化合物。
[化30]
[化31]
[化32]
[化33]
[化34]
[化35]
本发明的液晶组合物除了含有上述化合物以外，还可以含有通常的向列液晶、近晶液晶、胆甾醇液晶、抗氧化剂、紫外线吸收剂、光稳定剂或红外线吸收剂等。
作为抗氧化剂，可列举通式(H-1)至通式(H-4)所表示的受阻酚。
[化36]
通式(H-1)至通式(H-3)中，RH1分别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，基团中存在的1个-CH2-或非邻接的2个以上-CH2-分别独立地可被-O-或-S-取代，另外，基团中存在的1个或2个以上氢原子分别独立地可被氟原子或氯原子取代。进一步具体而言，优选为碳原子数2至7的烷基、碳原子数2至7的烷氧基、碳原子数2至7的烯基或碳原子数2至7的烯氧基，进一步优选为碳原子数3至7的烷基或碳原子数2至7的烯基。
通式(H-4)中，MH4表示碳原子数1至15的亚烷基(该亚烷基中的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-、-CO-、-COO-、-OCO-取代。)、-OCH2-、-CH2O-、-COO-、-OCO-、-CF2O-、-OCF2-、-CF2CF2-、-CH＝CH-COO-、-CH＝CH-OCO-、-COO-CH＝CH-、-OCO-CH＝CH-、-CH＝CH-、-C≡C-、单键、1,4-亚苯基(1,4-亚苯基中的任意的氢原子可被氟原子取代。)或反式-1,4-亚环己基，优选为碳原子数1至14的亚烷基，如果考虑到挥发性则碳原子数优选为大的数值，如果考虑到粘度则碳原子数优选不过大，因而进一步优选碳原子数2至12，进一步优选碳原子数3至10，进一步优选碳原子数4至10，进一步优选碳原子数5至10，进一步优选碳原子数6至10。
通式(H-1)至通式(H-4)中，1,4-亚苯基中的1个或非邻接的2个以上-CH＝可被-N＝取代。另外，1,4-亚苯基中的氢原子分别独立地可被氟原子或氯原子取代。
通式(H-2)和通式(H-4)中，1,4-亚环己基中的1个或非邻接的2个以上-CH2-可被-O-或-S-取代。另外，1,4-亚环己基中的氢原子分别独立地可被氟原子或氯原子取代。
进一步具体而言，例如可列举式(H-11)至式(H-15)。
[化37]
本发明的液晶组合物中含有抗氧化剂的情况下，优选为10质量ppm以上，优选为20质量ppm以上，优选为50质量ppm以上。含有抗氧化剂时的上限为10000质量ppm，优选1000质量ppm，优选500质量ppm，优选100质量ppm。
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76℃至100℃，更优选78℃至95℃。需说明的是，本发明中，将76℃以上描述为Tni高。
本发明的液晶组合物的25℃时的折射率各向异性(Δn)为0.08至0.14，更优选0.09至0.13，特别优选0.09至0.12。进一步详细而言，在对应于薄的单元间隙时，优选为0.10至0.13，在对应于厚的单元间隙时，优选为0.08至0.10。需说明的是，本发明中，将0.09以上描述为Δn大。
本发明的液晶组合物的25℃时的旋转粘性(γ1)为50至160mPa·s，优选为55至160mPa·s，优选为60至160mPa·s，优选为70至150mPa·s，优选为70至130mPa·s，优选为70至120mPa·s，优选为70至110mPa·s。
本发明的液晶组合物的25℃时的介电常数各向异性(Δε)为-2.0至-8.0，优选-2.0至-6.0，更优选-2.5至-5.0，更优选-3.0至-4.5，特别优选-3.5至-4.0。
使用了本发明的液晶组合物的液晶显示元件尤其适合用于TN、ECB、IPS、FFS、VA、PSA、PSVA、NPS或PI-less等的液晶显示元件。
实施例
以下列举实施例进一步详述本发明，但本发明不限定于这些实施例。另外，以下的实施例和比较例的组合物中的“％”是指“质量％”。
在没有特别记载的情况下，各物性值基于电子信息技术产业协会标准(電子情報技術産業協会規格)JEITA ED-2521B 2009年3月修正社团法人电子信息技术产业协会(電子情報技術産業協会)发行中记载的方法测定。
实施例中关于化合物的记载使用以下的简写。需说明的是，n表示自然数。
(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＝CH2
V2- CH2＝CH-CH2-CH2-
-2V1 -CH2-CH2-CH＝CH-CH3
1V2- CH3-CH＝CH-CH2-CH2-
(连接基)
-n- -CnH2n-
-nO- -CnH2n-O-
-On- -O-CnH2n-
-COO- -C(＝O)-O-
-OCO- -O-C(＝O)-
-CF2O- -CF2-O-
-OCF2- -O-CF2-
(环结构)
[化38]
实施例中测定的特性如下。
Tni：向列相-各向同性液体相转变温度(℃)
Δn：25℃时的折射率各向异性
Δε：25℃时的介电常数各向异性
γ1：25℃时的旋转粘度(mPa·s)
K11：25℃时的展曲弹性常数(pN)
K33：25℃时的弯曲弹性常数(pN)
低温保存性：将约0.5g的液晶组合物装入小瓶，以温度-25℃进行保管。保管的结果是，在经过10天的时刻没有确认到析出的情况下记为“A”，在经过1周的时刻确认到析出的情况下记为“B”，在经过3天的时刻确认到析出的情况下记为“C”。
(实施例1～9和比较例1～4)
作为实施例和比较例，调制以下的组合物。各组合物含有表中记载的各化合物，各化合物以表中记载的质量％含有。使用这些组合物来制成VA单元、FFS单元。
[表1]
| 实施例编号 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
| 3-Ph-Ph5-02 | 9 | 9 | 10 | 9 | 10 | 10 |
| 5-Ph-Ph5-02 | 7 | |||||
| 20-Ph-Ph5-02 | 6 | 6 | 6 | 6 | 6 | |
| 30-Ph-Ph5-02 | 10 | 10 | 10 | 10 | 10 | 10 |
| 2-Cy-Cy-10-Ph5-02 | 5 | 5 | 5 | 5 | ||
| 3-Cy-Cy-10-Ph5-01 | ||||||
| 3-Cy-Cy-10-Ph5-02 | 16 | 11 | 16 | 16 | 16 | 16 |
| 1V-Cy-Cy-10-Ph5-02 | 5 | |||||
| 3-Cy-Ph5-02 | 7 | 7 | 5 | 3 | 6 | 6 |
| 3-Cy-Cy-Ph5-02 | 5 | |||||
| 3-Cy-Ph-Ph-1 | 7 | 7 | 7 | 7 | 7 | 7 |
| 3-Cy-Ph-Ph-2 | 4 | 4 | 4 | 4 | ||
| V-Cy-Ph-Ph-3 | 4 | |||||
| 3-Cy-Cy-V | 22 | 22 | 22 | 26 | 24 | 30 |
| 3-Cy-Cy-V1 | 4 | 4 | 4 | 4 | 4 | 3 |
| 3-Cy-Cy-2 | ||||||
| 3-Cy-Cy-Ph-1 | 10 | 10 | 10 | 8 | 8 | 5 |
| 3-Cy-Ph-Ph5-02 | 10 | |||||
| 3-Ph-Ph5-Ph-2 | ||||||
| 3-Ph-2-Ph-Ph5-02 | ||||||
| Tni | 81.0 | 81.2 | 78.8 | 79.6 | 80.4 | 78.7 |
| Δn | 0.115 | 0.116 | 0.114 | 0.113 | 0.115 | 0.114 |
| γ<sub>1</sub> | 90 | 91 | 90 | 87 | 89 | 87 |
| Δε | -3.66 | -3.67 | -3.53 | -3.51 | -3.51 | -3.57 |
| K<sub>11</sub> | 16.2 | 16.4 | 15.9 | 16.0 | 16.2 | 15.9 |
| K<sub>33</sub> | 16.8 | 17.2 | 16.6 | 16.5 | 16.9 | 16.7 |
| γ<sub>1</sub>/K<sub>33</sub> | 5.36 | 5.29 | 5.42 | 5.27 | 5.27 | 5.21 |
| γ<sub>1</sub>/((K<sub>11</sub>+K<sub>33</sub>)/2) | 5.45 | 5.42 | 5.54 | 5.35 | 5.38 | 5.34 |
| 低温保存性 | A | A | A | A | A | A |
[表2]
[表1]
实施例和比较例中，关于VA单元的响应速度，通过表中γ1/K33的值越小则VA单元的响应速度越快这样的近似化来求出。另外，关于FFS单元的响应速度，通过表中γ1/((K11+K33)/2)的值越小则FFS单元的响应速度越快这样的近似化来求出。
实施例1～实施例11的液晶组合物为含有通式(i)所表示的化合物、通式(ii)所表示的化合物、通式(iii)所表示的化合物和通式(iv)所表示的化合物的液晶组合物。
比较例1中，没有使用本发明中作为必需成分的通式(ii)所表示的化合物，与本发明的实施例相比，为如下结果:Tni、Δε没有达到目标值，响应速度同等，低温保存性也差。
比较例2中，虽然含有本发明中作为必需成分的通式(i)所表示的化合物和通式(ii)所表示的化合物但一共仅使用了2种，与本发明的实施例相比，为如下结果：Δn、Δε没有达到目标值，响应速度也慢，低温保存性也差。
比较例3中，没有使用本发明中作为必需成分的通式(i)所表示的化合物，与本发明的实施例相比，为响应速度慢、低温保存性也差的结果。
比较例4中，没有使用本发明中作为必需成分的通式(iv)所表示的化合物，与实施例相比，为如下结果：虽然Tni低，响应速度快，但Tni、Δn、Δε没有达到目标值，低温保存性也差。
另一方面，实施例1～实施例11的液晶组合物维持高Δε，同时实现作为目标的高Tni和高Δn，进一步低温保存性也良好。另外，确认到使用了本发明的实施例的液晶组合物的液晶显示元件具有充分的响应速度。
Claims (6)
1.一种液晶组合物，其含有：1种、2种或3种以上的下述通式(i)所表示的化合物；1种、2种或3种以上的下述通式(ii)所表示的化合物；1种或2种以上的下述通式(iii)所表示的化合物；以及1种或2种以上的下述通式(iv)所表示的化合物，
所述通式(i)所表示的化合物和通式(ii)所表示的化合物合计含有3种以上，
[化1]
式中Ri1和Ri2分别独立地表示碳原子数1～8的烷基或碳原子数2～8的烯基，
[化2]
式中Rii1和Rii2分别独立地表示碳原子数1～8的烷基或碳原子数2～8的烯基，
[化3]
式中，R21和R22分别独立地表示碳原子数1至8的烷基，该基团中的1个或不邻接的2个以上-CH2-分别独立地可被-CH＝CH-、-C≡C-、-O-、-CO-、-COO-或-OCO-取代，Z1表示单键、-CH2CH2-、-OCH2-、-CH2O-、-COO-、-OCO-、-OCF2-、-CF2O-、-CH＝CH-、-CF＝CF-或-C≡C-，m表示1或2，
[化4]
式中Riv1和Riv2分别独立地表示碳原子数1～8的烷基、碳原子数2～8的烯基、碳原子数1～8的烷氧基或碳原子数2～8的烯氧基。
2.根据权利要求1所述的液晶组合物，作为所述通式(iii)所表示的化合物，含有1种或2种以上的下述通式(iii-1)所表示的化合物，
[化5]
式中R21表示与上述R21相同的含义，R23表示碳原子数1至4的烷氧基。
3.根据权利要求1或2所述的液晶组合物，进一步含有20质量％以上的下述式(NU-01-1)所表示的化合物，
[化6]
4.根据权利要求1或2所述的液晶组合物，含有2种或3种以上的所述通式(ii)所表示的化合物。
5.一种液晶显示元件，其使用了权利要求1～4中任一项所述的液晶组合物。
6.一种TN、ECB、IPS、FFS、PSA或PSVA型液晶显示元件，其使用了权利要求1～4中任一项所述的液晶组合物。
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