JP2004204021A - 液晶組成物および液晶表示素子 - Google Patents
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Abstract
【課題】組成物の一般的特性、ネマチック相の広い温度範囲、特にネマチック相の低い下限温度、低い消費電力のための低いしきい値電圧、および高いコントラスト比を実現するための高い電圧保持率を有する液晶組成物の特性において、複数の特性を充足する液晶組成物を提供する。
【解決の手段】式(1)〜(5)で表される化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物を含有する液晶組成物。
式(1)、(2)、(3)、(4)および(5)において、R1およびR2は独立してアルキル、アルコキシ、アルケニルまたはアルコキシメチルであり;X1およびX2は独立してフッ素、塩素、−CF3、−OCF3または−OCF2Hであり;Y1は水素またはフッ素であり;kは1または2であり;mは0、1または2であり;そしてnは0または1である。
【選択図】 なし
【解決の手段】式(1)〜(5)で表される化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物を含有する液晶組成物。
式(1)、(2)、(3)、(4)および(5)において、R1およびR2は独立してアルキル、アルコキシ、アルケニルまたはアルコキシメチルであり;X1およびX2は独立してフッ素、塩素、−CF3、−OCF3または−OCF2Hであり;Y1は水素またはフッ素であり;kは1または2であり;mは0、1または2であり;そしてnは0または1である。
【選択図】 なし
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ネマチック相の広い温度範囲、特にネマチック相の低い下限温度、低い消費電力のための低いしきい値電圧、および高いコントラスト比を実現するための高い電圧保持率を有する液晶組成物、主としてAM(active matrix)素子に適する液晶組成物およびこの組成物を含有するAM素子に関する。
【0002】
【従来の技術】
液晶表示素子において、液晶の動作モードに基づいた分類は、PC(phase change)、TN(twisted nematic)、STN(super twisted nematic)、OCB(optically compensated bend)、IPS(in-plane switching)、VA(vertical alignment)などである。素子の駆動方式に基づいた分類は、PM(passive matrix)とAM(active matrix)である。PMはスタティック(static)とマルチプレックス(multiplex)などに分類され、AMはTFT(thin film transistor)、MIM(metal insulator metal)などに分類される。TFTの分類は非晶質シリコン(amorphous silicon)および多結晶シリコン(polycrystal silicon)であり、後者は製造工程によって高温型と低温型とに分類される。光源に基づいた分類は、自然光を利用する反射型、バックライトを利用する透過型、自然光とバックライトの両方を利用する半透過型である。
【0003】
これらの素子は適切な特性を有する液晶組成物を含有する。AM素子に使う組成物は、AM素子の一般的特性を向上させるため、下記の表1にまとめた一般的特性が必要である。この一般的特性を市販されているAM素子に基づいてさらに説明する。ネマチック相の温度範囲は、素子の使用できる温度範囲に関連する。ネマチック相の好ましい上限温度は80℃以上であり、ネマチック相の好ましい下限温度は−30℃以下である。素子で動画を表示するためには短い応答時間が好ましい。したがって、組成物における小さな粘度が好ましい。低温における小さな粘度はより好ましい。
【0004】
【0005】
組成物の光学異方性は、素子のコントラスト比に関連する。素子におけるコントラスト比を最大にするために、組成物の光学異方性(Δn)と素子のセルギャップ(d)との積(Δn・d)を約0.45μmに設計する。したがって、組成物における光学異方性は主に0.08〜0.12の範囲である。組成物における低いしきい値電圧は素子における小さな消費電力と大きなコントラスト比に寄与する。したがって、低いしきい値電圧が好ましい。組成物における大きな比抵抗は、素子における大きな電圧保持率と大きなコントラスト比に寄与する。したがって、初期に大きな比抵抗を有する組成物が好ましい。長時間使用したあとでも大きな比抵抗を有する組成物が好ましい。
【0006】
AM素子において、大きなコントラスト比で動画を表示するために、小さな粘度、低いしきい値電圧および大きな比抵抗を有する組成物が特に望まれている。従来の組成物は、次の特許文献に開示されている。
【0007】
【特許文献1】
国際公開第96/11897号パンフレット
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、組成物の一般的特性とされる、ネマチック相の広い温度範囲、特にネマチック相の低い下限温度、低い消費電力のための低いしきい値電圧、および高いコントラスト比を実現するための高い電圧保持率を有する液晶組成物の特性において、複数の特性を充足する液晶組成物を提供することである。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明は項1〜項9のとおりである。
1. 式(1)で表される化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物、式(2)で表される化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物、式(3)で表される化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物、式(4)で表される化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物、および式(5)で表される化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物の5つから選択された少なくとも2つを含有する液晶組成物。
【0010】
【0011】
式(1)、(2)、(3)、(4)および(5)において、R1およびR2は独立してアルキル、アルコキシ、アルケニルまたはアルコキシメチルであり;X1およびX2は独立してフッ素、塩素、−CF3、−OCF3または−OCF2Hであり;Y1は水素またはフッ素であり;kは1または2であり;mは0、1または2であり;そしてnは0または1である。
【0012】
2. 項1の少なくとも2つの化合物が、式(2)で表される化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物および、式(3)で表される化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物である項1に記載の液晶組成物。
【0013】
3. 液晶組成物の全重量に基づき、式(2)で表される化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物を3〜55重量%の範囲で、式(3)で表される化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物を10〜45重量%の範囲で含有する項2に記載の液晶組成物。
【0014】
4. 項1の式(2)で表される化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物、式(3)で表される化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物、式(1)、(4)および(5)で表される化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物を含有する項1記載の液晶組成物。
【0015】
5. 項1の式(2)で表される化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物を3〜55重量%の範囲で、式(3)で表される化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物を10〜45重量%の範囲で、式(1)、(4)および(5)で表される化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物を5〜45重量%の範囲で含有する項4に記載の液晶組成物。
【0016】
6. 組成物の全重量に基づき、式(1)で表される化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物、式(2)で表される化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物、式(3)で表される化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物、式(4)で表される化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物、および式(5)で表される化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物の5つから選択された少なくとも2つを45〜90重量%の範囲で、式(6)、(7)、(8)、(9)および(10)で表わされる化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物を10〜60重量%の範囲含有する項1〜5のいずれか1項に記載の液晶組成物。
【0017】
【0018】
式(6)、(7)、(8)、(9)および(10)において、R3はアルキル、アルコキシ、アルケニルまたはアルコキシメチルであり;X5はフッ素、塩素、−CF3、−OCF3または−OCF2Hであり;Z1およびZ3は独立して単結合または−(CH2)2−であり;Z2は単結合、−(CH2)2−、または−COO−であり;そしてY1およびY2は独立して水素またはフッ素である。
【0019】
7. 液晶組成物の全重量に基づき、式(11)、(12)および(13)で表される化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物を1〜18重量%の範囲でさらに含有する項6に記載の液晶組成物。
【0020】
【0021】
式(11)、(12)および(13)において、R4、R5、R6、R7、R8およびR9は独立してアルキル、アルコキシ、アルケニルおよびアルコキシメチルであり;A1、A2、A3、A4、A5、A6およびA7は独立して1,4−シクロヘキシレンまたは1,4−フェニレンであり;Z3およびZ6は独立して単結合、−(CH2)2−、または−COO−であり;Z4およびZ5は独立して単結合または−(CH2)2−であり;そしてY3は水素またはフッ素である。
【0022】
8. 液晶組成物の全重量に基づき、式(14)および(15)で表される化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物を5〜20重量%の範囲でさらに含有する項7に記載の液晶組成物。
【0023】
【0024】
式(14)および(15)において、R10およびR11は独立してアルキル、アルコキシ、アルケニルまたはアルコキシメチルであり;そしてZ7は単結合または−(CH2)2−である。
【0025】
9. 項1〜8のいずれか1項に記載の液晶組成物を含有する液晶組成物。
【0026】
【発明の実施の形態】
この明細書における用語の使い方は次のとおりである。本発明の液晶組成物または本発明の液晶表示素子をそれぞれ「組成物」または「素子」と略すことがある。液晶表示素子は液晶表示パネルおよび液晶表示モジュールの総称である。液晶組成物の主成分は液晶性化合物である。この液晶性化合物は、ネマチック相、スメクチック相などの液晶相を有する化合物および液晶相を有さないが組成物の成分として有用な化合物の総称である。「化合物(1)」は、式(1)で表わされる化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物を意味する。他の式に関する化合物も同様に略すことがある。
【0027】
ネマチック相の上限温度を「上限温度」と略すことがある。ネマチック相の下限温度を「下限温度」と略すことがある。「比抵抗が大きい」は、組成物が初期に大きな比抵抗を有し、そして長時間使用したあとでも組成物が大きな比抵抗を有することを意味する。「電圧保持率が大きい」は、素子が初期に大きな電圧保持率を有し、そして長時間使用したあとでも素子が大きな電圧保持率を有することを意味する。光学異方性などの特性を説明するときは、実施例に記載した方法で測定した値を用いる。組成物における成分の割合(百分率)は、組成物の全重量に基づいた重量百分率(重量%)である。
【0028】
化合物(1)〜化合物(15)において、R1の記号を複数の化合物に用いた。これらの化合物において、R1の意味は同一であってもよいし、または異なってもよい。例えば、化合物(1)のR1がエチルであり、化合物(2)のR1がエチルであるケースがある。化合物(1)のR1がエチルであり、化合物(2)のR1がプロピルであるケースもある。このルールは、R2、R3、R4、A1、A2、A3、Z1、Z2、Z3、X1、Y1、Y2、またはnの記号についても適用する。
【0029】
本発明の組成物は、組成物の一般的特性、ネマチック相の広い温度範囲、特にネマチック相の低い下限温度、低い消費電力のための低いしきい値電圧、および高いコントラスト比を実現するための高い電圧保持率の特性において、複数の特性を充足する。この組成物は、複数の特性に関して適切なバランスを有する。
【0030】
本発明の組成物を次の順で説明する。第一に、組成物における成分の構成を説明する。第二に、成分である化合物の主要な特性、および化合物が組成物に及ぼす主要な効果を説明する。第三に、成分である化合物の好ましい割合およびその理由を説明する。第四に、成分である化合物の好ましい形態を説明する。第五に、成分である化合物の具体的な例を示す。第六に、成分である化合物の合成法を説明する。
【0031】
第一に、組成物における成分の構成を説明する。化合物(1)〜(5)はネマチック相の上限温度が10〜220℃、光学異方性が0.03〜0.21、誘電率異方性が3〜28の値を持ち、主に電圧保持率を高く保ちながらネマチック相の温度範囲を広げ、しきい値電圧を下げるために用いられる。化合物(1)〜(5)の群から選択された少なくとも2つの化合物のみで組成物を構成した場合、主に電圧保持率を高く保ちながらネマチック相の広いの温度範囲、低いしきい値電圧を達成できることを見出した。ただし、粘度を小さくする目的で他の化合物を含有してもよい。
【0032】
化合物(6)〜(10)はネマチック相の上限温度が10〜160℃、光学異方性が0.03〜0.13、誘電率異方性が3〜18の値を持ち、主に電圧保持率を高く保ちながらしきい値電圧を低くして、粘度を小さくするために用いられる。化合物(6)〜(10)の量を多くするとしきい値電圧を低く維持したまま、粘度を小さくできるが、ネマチック相の下限温度が上がる場合がある。
【0033】
化合物(11)〜(13)はネマチック相の上限温度が0〜250℃、光学異方性が0.01〜0.25、誘電率異方性がほぼ0の値を持ち、主に電圧保持率を高く保ちながらネマチック相の温度範囲を広げ、粘度を小さくするために用いられる。化合物(11)〜(13)の量を多くするとネマチック相の広いの温度範囲を維持したまま、粘度を小さくできるが、しきい値電圧が異常に上がる場合がある。
【0034】
本発明の組成物は組成物Aと組成物Bと組成物Cと組成物Dに分類される。組成物Aは化合物(1)〜化合物(5)とは異なるその他の化合物をさらに含有してもよい。その他の化合物は液晶性化合物、添加物などである。この液晶性化合物は、特性を調整する目的で組成物Aに混合される。この添加物は光学活性な化合物、色素などである。液晶のらせん構造を誘起してねじれ角を与える目的で光学活性な化合物が組成物Aに混合される。GH(Guest host)モードの素子に適合させるために色素が組成物Aに混合される。
【0035】
組成物Bは、実質的に化合物(1)〜化合物(5)から選択された化合物のみからなる。「実質的に」は、これらの化合物とは異なる液晶性化合物を組成物Bが含有しないことを意味する。「実質的に」は、これらの化合物に含まれていた不純物、光学活性な化合物、色素などの化合物を組成物Bがさらに含有してもよいことも意味する。
【0036】
組成物Cは化合物(1)〜化合物(15)とは異なるその他の化合物をさらに含有してもよい。その他の化合物は液晶性化合物、添加物などである。この液晶性化合物は、特性を調整する目的で組成物Cに混合される。この添加物は光学活性な化合物、色素などである。液晶のらせん構造を誘起してねじれ角を与える目的で光学活性な化合物が組成物Cに混合される。GH(Guest host)モードの素子に適合させるために色素が組成物Cに混合される。
【0037】
組成物Dは、実質的に化合物(1)〜化合物(15)から選択された化合物のみからなる。「実質的に」は、これらの化合物とは異なる液晶性化合物を組成物Dが含有しないことを意味する。「実質的に」は、これらの化合物に含まれていた不純物、光学活性な化合物、色素などの化合物を組成物Dがさらに含有してもよいことも意味する。
【0038】
第二に、成分である化合物の主要な特性、および化合物が組成物に及ぼす主要な効果を説明する。化合物の主要な特性を表2にまとめた。表2の記号において、Lは大きいまたは高い、Mは中程度の、そしてSは小さいまたは低いを意味する。0は誘電率異方性がほぼゼロである(または極めて小さい)ことを意味する。L、MおよびSの記号は、これらの化合物における相対的な評価である。
【0039】
【0040】
第三に、成分である化合物の好ましい割合およびその理由を説明する。割合は組成物の全重量に基づいた重量百分率(重量%)である。先ず、化合物(1)〜(5)が主成分である組成物について説明する。化合物(1)〜(5)の好ましい割合は、組成物のしきい値電圧を下げるために45%以上である。化合物(6)〜(10)の好ましい割合は、組成物の粘度を小さくするために10%以上であり、そして組成物のネマチック相の下限温度を下げるために60%以下である。化合物(11)〜(13)をさらに添加する場合、これら化合物の好ましい割合は、組成物のネマチック相下限温度を下げる、または組成物のしきい値電圧を小さくするために18%以下である。
【0041】
次に、化合物(2)および(3)が主成分である組成物について説明する。化合物(2)の好ましい割合は、組成物のしきい値電圧を下げる、または組成物の光学異方性を小さくするために3%以上であり、そして組成物のネマチック相下限温度を下げるために55%以下である。化合物(3)の好ましい割合は、組成物のしきい値電圧を下げる、または組成物の光学異方性を大きくするために10%以上であり、そして組成物のネマチック相下限温度を下げるために45%以下である。化合物(1)、(4)または(5)をさらに添加する場合、これら化合物の好ましい割合は、組成物のしきい値電圧を下げる、または組成物のネマチック相上限温度を調整するために5%以上であり、そして組成物のネマチック相下限温度を下げるために45%以下である。
【0042】
第四に、成分である化合物の好ましい形態を説明する。好ましいR1は炭素数1〜10のアルキルまたは炭素数1〜10のアルコキシまたは炭素数2〜10のアルケニルである。好ましいR2は炭素数1〜10のアルキルまたは炭素数1〜10のアルコキシまたは炭素数2〜10のアルケニルである。好ましいR3は炭素数1〜10のアルキルまたは炭素数2〜10のアルケニルである。好ましいR4は炭素数1〜10のアルキル、炭素数1〜10のアルコキシまたは炭素数2〜10のアルケニルまたは炭素数2〜10のアルコキシメチルである。好ましいR5は炭素数1〜10のアルキル、炭素数1〜10のアルコキシまたは炭素数2〜10のアルケニルまたは炭素数2〜10のアルコキシメチルである。
【0043】
好ましいR6は炭素数1〜10のアルキル、炭素数1〜10のアルコキシまたは炭素数2〜10のアルケニルまたは炭素数2〜10のアルコキシメチルである。好ましいR7は炭素数1〜10のアルキル、炭素数1〜10のアルコキシまたは炭素数2〜10のアルケニルまたは炭素数2〜10のアルコキシメチルである。好ましいR8は炭素数1〜10のアルキル、炭素数1〜10のアルコキシまたは炭素数2〜10のアルケニルまたは炭素数2〜10のアルコキシメチルである。好ましいR9は炭素数1〜10のアルキル、炭素数1〜10のアルコキシまたは炭素数2〜10のアルケニルまたは炭素数2〜10のアルコキシメチルである。好ましいR10は炭素数1〜10のアルキル、炭素数1〜10のアルコキシまたは炭素数2〜10のアルケニルまたは炭素数2〜10のアルコキシメチルである。
【0044】
好ましいアルキルは、メチル、エチル、プロピル、ブチル、ペンチル、ヘキシル、ヘプチル、またはオクチルである。さらに好ましいアルキルは、エチル、プロピル、ブチル、ペンチル、またはヘプチルである。
【0045】
好ましいアルケニルは、ビニル、1−プロペニル、2−プロペニル、1−ブテニル、2−ブテニル、3−ブテニル、1−ペンテニル、2−ペンテニル、3−ペンテニル、4−ペンテニル、1−ヘキセニル、2−ヘキセニル、3−ヘキセニル、4−ヘキセニル、または5−ヘキセニルである。さらに好ましいアルケニルは、ビニル、1−プロペニル、3−ブテニル、または3−ペンテニルである。これらのアルケニルにおける−CH=CH−の好ましい立体配置は、二重結合の位置に依存する。1−プロペニル、1−ブテニル、1−ペンテニル、1−ヘキセニル、3−ペンテニル、3−ヘキセニルのようなアルケニルにおいてはトランスが好ましい。2−ブテニル、2−ペンテニル、2−ヘキセニルのようなアルケニルにおいてはシスが好ましい。
【0046】
好ましいアルコキシは、メトキシ、エトキシ、プロポキシ、ブトキシ、ペンチルオキシ、ヘキシルオキシ、またはヘプチルオキシである。さらに好ましいアルコキシは、メトキシまたはエトキシである。
【0047】
好ましいアルコキシメチルは、メトキシメチル、エトキシメチル、プロポキシメチル、ブトキシメチル、またはペンチルオキシメチルである。さらに好ましいアルコキシメチルは、メトキシメチルである。
【0048】
A1およびA3に関する「任意の水素がフッ素で置き換えられてもよい1,4−フェニレン」は、1,4−フェニレン、2−フルオロ−1,4−フェニレン、2,5−ジフルオロ−1,4−フェニレン、2,6−ジフルオロ−1,4−フェニレン、2,3,5−トリフルオロ−1,4−フェニレン、または2,3,5,6−テトラフルオロ−1,4−フェニレンである。これらの中で好ましい基は1,4−フェニレン、2−フルオロ−1,4−フェニレン、2,5−ジフルオロ−1,4−フェニレン、または2,6−ジフルオロ−1,4−フェニレンである。さらに好ましい基は、1,4−フェニレン、2−フルオロ−1,4−フェニレンおよび2,6−ジフルオロ−1,4−フェニレンである。化合物(1)〜化合物(15)において、1,4−シクロヘキシレンに関する立体配置は、シスよりもトランスが好ましい。
【0049】
第五に、成分である化合物の具体的な例を示す。化合物(1)の好ましい例は化合物(1−1)〜(1−14)であり、化合物(2)の好ましい例は化合物(2−1)〜(2−21)であり、化合物(3)の好ましい例は化合物(3−1)〜(3−15)であり、化合物(4)の好ましい例は化合物(4−1)〜(4−6)であり、化合物(5)の好ましい例は化合物(5−1)〜(5−6)であり、化合物(6)の好ましい例は化合物(6−1)〜(6−7)であり、化合物(7)の好ましい例は化合物(7−1)〜(7−28)であり、化合物(8)の好ましい例は化合物(8−1)〜(8−21)であり、化合物(9)の好ましい例は化合物(9−1)〜(9−9)であり、化合物(10)の好ましい例は化合物(10−1)〜(10−9)であり、化合物(11)の好ましい例は化合物(11−1)〜(11−9)であり、化合物(12)の好ましい例は化合物(12−1)〜(12−4)であり、化合物(13)の好ましい例は化合物(13−1)〜(13−5)であり、そして化合物(14)の好ましい例は化合物(14−1)または(14−2)である。化合物(15)の好ましい例は、前記の式(15)と同様である。
【0050】
これらの好ましい化合物において、RおよびR’の記号を複数の化合物に用いた。前記のR1などの記号と同様に、任意の2つの化合物において、Rなどによって表わされる具体的な基は同一であってもよいし、異なってもよい。RおよびR’は独立してアルキル、アルコキシ、アルケニルまたはアルコキシメチルである。これら基の好ましい態様およびさらに好ましい態様は、すでに記載したとおりである。これら基において、二重結合が存在する場合、二重結合に関する立体配置はシスよりもトランスが好ましい。これらの好ましい化合物の1,4−シクロヘキシレンまたは1,3−ジオキサン−2,5−ジイルに関する立体配置は、シスよりもトランスが好ましい。
【0051】
【0052】
【0053】
【0054】
【0055】
【0056】
【0057】
【0058】
【0059】
【0060】
【0061】
【0062】
【0063】
【0064】
【0065】
【0066】
【0067】
【0068】
【0069】
組成物の成分である化合物は、既知の方法によって合成できる。化合物(1)(2)、(3)、(4)および(5)に関して、例えば、化合物(1−6)、(2−6)、(3−6)、(4−6)、(5−6)は、特開平9−278698号公報に記載された方法を修飾することによって合成できる。化合物(6)、(7)、(8)、(9)および(10)に関して、例えば、化合物(6−7)、(7−7)、(8−7)、(9−3)、および(10−3)は、特開平2−233626号公報に記載された方法によって合成できる。化合物(11)に関して、例えば、化合物(11−1)は、特開昭59−70624号公報に記載された方法によって合成できる。化合物(12)に関して、例えば、化合物(12−1)は、特開昭57−165328号公報に記載された方法によって合成できる。化合物(13)に関して、例えば、化合物(13−1)は、特公昭62−46527号公報に記載された方法によって合成できる。
【0070】
そのほかの化合物は、オーガニック・シンセシス(Organic Syntheses, John Wiley & Sons, Inc)、オーガニック・リアクションズ(Organic Reactions, John Wiley & Sons, Inc)、コンプリヘンシブ・オーガニック・シンセシス(Comprehensive Organic Synthesis, Pergamon Press)、新実験化学講座(丸善)などの成書に記載された方法によって合成できる。組成物は、このようにして得た化合物から公知の方法によって調製される。例えば、成分である化合物を混合し、加熱によって互いに溶解させる。
【0071】
本発明の組成物は0.01〜0.13の光学異方性を有するので、通常のTNモードまたはIPSモードの透過型AM素子、および小さなセルギャップを有するTNモードまたはIPSモードの透過型AM素子に特に適する。成分である化合物の割合を制御することによって、またはその他の液晶性化合物を添加することによって、0.07〜0.18の光学異方性を有する組成物、さらには0.06〜0.20の光学異方性を有する組成物を調製してもよい。
【0072】
この組成物はAM素子だけでなくPM素子にも使用することが可能である。この組成物は、PC、TN、STN、ECB、OCB、IPS、VAなどのモードを有する素子に使用できる。これらの素子が反射型、透過型または半透過型であってもよい。この組成物をマイクロカプセル化して作製したNCAP(nematic curvilinear aligned phase)素子や、組成物中に三次元の網目状高分子を形成させたPD(polymer dispersed)素子、例えばPN(polymer network)素子にも使用できる。
【0073】
【実施例】
以下に、実施例により本発明を詳細に説明する。本発明はこれらの実施例によって限定されない。比較例および実施例に示した成分の割合は、重量百分率(重量%)である。比較例および実施例における化合物は、下記の表4の定義に基づいて記号により表した。実施例中の記号の後にあるかっこ内の番号は好ましい化合物の番号に対応する。また、好ましい化合物の記載にはないが、一般式に相当する場合は、一般式番号を表す。そして(−)はその他の成分であることを表す。最後に、組成物の特性値をまとめた。
実施例に示す化合物において、1,4−シクロヘキシレンおよび1,3−ジオキサン−2,5−ジイルの立体配置はトランスであり、並びに、二重結合が2とおりの立体配置が存在できる場合、その立体配置はトランスである。
【0074】
【0075】
比較例1の結果と実施例1〜12の結果とを比較することによって、次の様に結論する。本発明は、TNモードまたはIPSモードの透過型AM素子に使用できる組成物、およびこれを含有するAM素子を提供した。さらに詳しくは、組成物に必要な特性、ネマチック相の広い温度範囲、特にネマチック相の低い下限温度、低い消費電力のための低いしきい値電圧、および高いコントラスト比を実現するための高い電圧保持率を有する液晶組成物、並びに、この組成物を含有するTNモードまたはIPSモードの透過型AM素子を提供した。
【0076】
特性値の測定は次の方法に従った。
ネマチック相の上限温度(NI;℃):偏光顕微鏡を備えた融点測定装置のホットプレートに試料を置き、1℃/分の速度で加熱した。試料の一部がネマチック相から等方性液体に変化したときの温度を測定した。ネマチック相の上限温度を「上限温度」と表記することがある。
【0077】
ネマチック相の下限温度(TC;℃):ネマチック相を有する試料を0℃、−10℃、−20℃、−30℃、および−40℃のフリーザー中に10日間保管したあと、液晶相を観察した。例えば、試料が−20℃ではネマチック相のままであり、−30℃では結晶またはスメクチック相に変化したとき、TCを<−20℃と記載した。ネマチック相の下限温度を「下限温度」と表記することがある。
【0078】光学異方性(Δn;25℃で測定):波長が589nmの光によりアッベ屈折計を用いて測定した。
【0079】
粘度(η;20℃で測定;mPa・s):粘度の測定にはE型粘度計を用いた。
【0080】
誘電率異方性(Δε;25℃で測定):2枚のガラス基板の間隔(セルギャップ)が9μm、ツイスト角が80度のTN素子に試料を入れた。このセルに10ボルトを印加して、液晶分子の長軸方向における誘電率(ε‖)を測定した。0.5ボルトを印加して、液晶分子の短軸方向における誘電率(ε⊥)を測定した。誘電率異方性の値は、Δε=ε‖−ε⊥の式から計算した。この測定方法は、誘電率異方性が正である場合に行った。
しきい値電圧(Vth;25℃で測定;V):2枚のガラス基板の間隔(セルギャップ)が(0.5/Δn)μmであり、ツイスト角が80度であるノーマリーホワイトモード(normally white mode)のTN素子に試料を入れた。このTN素子に周波数が32Hzである矩形波を印加した。印加電圧を上昇させ、素子を通過する光の透過率が90%になったときの電圧の値を測定した。この測定方法で、しきい値電圧の値が得られたことは、組成物の誘電率異方性が必ず正であることを意味する。
【0081】
電圧保持率(VHR;%):日本電子機械工業会規格(Standard of ElectricIndustries Association of Japan)EIAJ・ED−2521Aに記載された液晶組成物および配向膜を有する素子の電圧保持率を測定する方法にしたがった。測定に用いたTN素子はポリイミド配向膜を有し、そしてセルギャップは6μmであった。TN素子に印加した電圧の波形を陰極線オシロスコープで観測し、単位周期において電圧曲線と横軸との間の面積を求めた。この面積を、TN素子を取り除いて測定した電圧の波形から同様にして求めた面積と比較して電圧保持率を算出した。この手法により、25℃で測定したVHRをVHR(25℃)と記載した。そして、同手法により、100℃で測定したVHRをVHR(100℃)と記載した。
【0082】
比較例1
国際公開96/11897号に開示された組成物の中から、最も低いしきい値電圧を有する組成物として実施例36を選んだ。この組成物の成分および特性は、下記のとおりである。この組成物において、しきい値電圧は高く、上限温度は低い。
3−HBCF2OB(F,F)−F 5%
5−HBCF2OB(F,F)−F 10%
5−HBCF2OB−CF3 5%
5−HBCF2OB(F)−F 5%
3−HBCF2OB−OCF3 5%
7−HB(F,F)−F 8%
3−HHB(F,F)−F 6%
4−HHB(F,F)−F 3%
3−H2HB(F,F)−F 10%
4−H2HB(F,F)−F 6%
5−H2HB(F,F)−F 6%
3−HH2B(F,F)−F 10%
5−HH2B(F,F)−F 5%
3−HBB(F,F)−F 5%
5−HBB(F,F)−F 5%
3−HHBB(F,F)−F 3%
3−HH2BB(F,F)−F 3%
NI=61.8℃、TC<−20℃、η=23.6mPa・s、Δn=0.083、Vth=1.50V、VHR(25℃)=98.7%、VHR(100℃)=95.6%.
【0083】
実施例1
3−HH2CF2OB(F)−OCF3 (1−11) 13%
5−HH2CF2OB(F)−OCF2H (1−12) 7%
2−HH2CF2OB(F,F)−F (1−13) 7%
3−HH2CF2OB(F,F)−F (1−13) 12%
4−HH2CF2OB(F,F)−F (1−13) 6%
3−HHB(F,F)2CF2OB(F,F)−F (2−20) 5%
4−HHB(F,F)2CF2OB(F,F)−F (2−20) 5%
5−HHB(F,F)2CF2OB(F,F)−F (2−20) 5%
3−BB(F,F)2CF2OB(F,F)−F (3−6) 15%
5−BB(F,F)2CF2OB(F,F)−F (3−6) 5%
3−HBB(F,F)2CF2OB(F,F)−F (3−13) 8%
4−HBB(F,F)2CF2OB(F,F)−F (3−13) 6%
5−HBB(F,F)2CF2OB(F,F)−F (3−13) 6%
NI=79.2℃、TC<−30℃、η=43.8mPa・s、Δn=0.103、Vth=1.03V、VHR(25℃)=98.7%、VHR(100℃)=96.8%.
【0084】
実施例2
5−H2CF2OB(F)−OCF2H (1−5) 5%
3−B(F,F)2CF2OB(F)−F (2−1) 5%
5−B(F,F)2CF2OB(F)−F (2−1) 5%
3−B(F,F)2CF2OB(F)−OCF3 (2−4) 5%
5−B(F,F)2CF2OB(F)−OCF2H (2−5) 5%
3−HB(F,F)2CF2OB(F,F)−F (2−13) 10%
5−HB(F,F)2CF2OB(F,F)−F (2−13) 5%
3−HHB(F,F)2CF2OB(F)−F (2−15) 5%
5−HHB(F,F)2CF2OB(F)−F (2−15) 5%
3−HHB(F,F)2CF2OB(F,F)−F (2−20) 5%
5−HHB(F,F)2CF2OB(F,F)−F (2−20) 5%
3−BB(F,F)2CF2OB(F,F)−F (3−6) 10%
5−BB(F,F)2CF2OB(F,F)−F (3−6) 5%
3−HBB(F,F)2CF2OB(F)−OCF3 (3−11) 5%
3−HBB(F,F)2CF2OB(F)−OCF2H (3−12) 5%
3−HBB(F,F)2CF2OB(F,F)−F (3−13) 5%
5−HBB(F,F)2CF2OB(F,F)−F (3−13) 5%
5−HBB(F,F)2CF2OB(F,F)−OCF2H (3−14)5%
NI=86.8℃、TC<−30℃、η=53.7mPa・s、Δn=0.129、Vth=1.11V、VHR(25℃)=98.9%、VHR(100℃)=96.5%.
【0085】
実施例3
3−H2CF2OB(F)−CF3 (1−3) 3%
3−H2CF2OB(F,F)−F (1−6) 3%
5−HH2CF2OB(F)−F (1−8) 10%
3−BB(F,F)2CF2OB(F)−OCF3 (3−4) 14%
5−BB(F,F)2CF2OB(F)−OCF3 (3−4) 5%
1O1−HBB(F,F)2CF2OB(F,F)−F (3−13) 3%
3−HBB(F,F)2CF2OB(F,F)−F (3−13) 7%
3−HHB(F,F)−F (7−7) 7%
4−HHB(F,F)−F (7−7) 3%
3−H2HB(F,F)−F (7−15) 10%
5−H2HB(F,F)−F (7−15) 10%
3−HB−1 (11−4) 6%
2−HHBB(F,F)−F (14−1) 3%
3−HHBB(F,F)−F (14−1) 3%
4−HHBB(F,F)−F (14−1) 3%
5−HBB(F)B−2 (15) 5%
5−HBB(F)B−3 (15) 5%
NI=94.6℃、TC<−30℃、η=39.5mPa・s、Δn=0.111、Vth=1.38V、VHR(25℃)=98.7%、VHR(100℃)=96.8%.
【0086】
実施例4
3−HB(F,F)2CF2OB(F)−F (2−8) 5%
3−HB(F,F)2CF2OB(F)−CF3 (2−10) 5%
4−HB(F,F)2CF2OB(F)−CF3 (2−10) 5%
5−HB(F,F)2CF2OB(F)−CF3 (2−10) 5%
3−HB(F,F)2CF2OB(F)−OCF3 (2−11) 5%
3−HB(F,F)2CF2OB(F,F)−F (2−13) 10%
3−HBB(F,F)2CF2OB(F,F)−F (3−13) 5%
5−HBB(F,F)2CF2OB(F,F)−F (3−13) 5%
3−HBB(F,F)−F (8−7) 20%
5−HBB(F,F)−F (8−7) 14%
3−HBBH−3 (13−1) 4%
5−HBBH−3 (13−1) 3%
5−HB(F)BH−3 (13−4) 4%
5−HBBB−2 (13−5) 3%
2−HHBB(F,F)−F (14−1) 3%
3−HHBB(F,F)−F (14−1) 4%
NI=80.3℃、TC<−30℃、η=45.7mPa・s、Δn=0.130、Vth=1.31V、VHR(25℃)=98.8%、VHR(100℃)=96.7%.
【0087】
実施例5
2−HH2CF2OB(F)−CF3 (1−10) 5%
3−HH2CF2OB(F,F)−F (1−13) 10%
5−HH2CF2OB(F,F)−F (1−13) 5%
3−HH2CF2OB(F,F)−OCF2H (1−14) 10%
2−HHB(F,F)2CF2OB(F)−CL (2−16) 3%
3−HHB(F,F)2CF2OB(F)−CF3 (2−17) 3%
3−BB(F,F)2CF2OB(F,F)−F (3−6) 5%
5−BB(F,F)2CF2OB(F,F)−F (3−6) 5%
3−BB(F,F)2CF2OB(F,F)−OCF2H (3−7) 10%
5−HBB(F,F)2CF2OB(F)−CF3 (3−10) 4%
3−HBB(F,F)2CF2OB(F,F)−OCF2H (3−14)5%
3−HHB−CL (7−2) 3%
3−HHEB(F,F)−F (7−28) 10%
4−HHEB(F,F)−F (7−28) 3%
5−HHEB(F,F)−F (7−28) 3%
2−HBEB(F,F)−F (8−21) 3%
3−HBEB(F,F)−F (8−21) 5%
5−HBEB(F,F)−F (8−21) 3%
V−HHB−1 (12−1) 5%
NI=82.9℃、TC<−30℃、η=43.3mPa・s、Δn=0.100、Vth=1.10V、VHR(25℃)=98.5%、VHR(100℃)=96.0%.
【0088】
実施例6
2−HH2CF2OB(F)−OCF3 (1−11) 6%
3−HH2CF2OB(F,F)−OCF2H (1−14) 14%
3−HHB(F,F)2CF2OB(F)−OCF3 (2−18) 4%
4−HHB(F,F)2CF2OB(F)−OCF3 (2−18) 3%
5−HHB(F,F)2CF2OB(F)−OCF2H (2−19) 3%
3−HHB(F,F)2CF2OB(F,F)−F (2−20) 5%
3−HHB(F,F)2CF2OB(F,F)−OCF2H(2−21)10%
3−BB(F,F)2CF2OB(F)−F (3−1) 15%
3−BB(F,F)2CF2OB(F)−OCF3 (3−4) 15%
3−HBB(F,F)2CF2OB(F)−F (3−8) 5%
3−HBB(F,F)2CF2OB(F,F)−F (3−13) 4%
5−HBB(F,F)2CF2OB(F,F)−F (3−13) 3%
7−HB(F,F)−F (6−7) 3%
3−HBB(F,F)−F (8−7) 5%
5−HB(F)B(F,F)−F (−) 2%
5−HB(F)BH−3 (13−4) 3%
NI=77.4℃、TC<−30℃、η=44.1mPa・s、Δn=0.115、Vth=1.09V、VHR(25℃)=98.8%、VHR(100℃)=96.4%.
【0089】
実施例7
2−B(F,F)2CF2OB(F)−CL (2−2) 3%
3−HB(F,F)2CF2OB(F)−F (2−8) 3%
3−HB(F,F)2CF2OB(F,F)−OCF2H (2−14)10%
3−HHB(F,F)2CF2OB(F)−F (2−15) 5%
4−HHB(F,F)2CF2OB(F)−F (2−15) 3%
5−HHB(F,F)2CF2OB(F)−F (2−15) 2%
3−BB(F,F)2CF2OB(F)−CL (3−2) 3%
3−BB(F,F)2CF2OB(F,F)−F (3−6) 15%
5−BB(F,F)2CF2OB(F,F)−F (3−6) 5%
5−BB(F,F)2CF2OBB(F)−F (5−1) 5%
5−BB(F,F)2CF2OBB(F)−CL (5−2) 5%
5−BB(F,F)2CF2OBB(F)−OCF3 (5−4) 5%
5−BB(F,F)2CF2OBB(F,F)−F (5−6) 5%
V−HH−V (11−1) 3%
3−HH−4 (11−1) 7%
3−HB−O2 (11−4) 6%
2−HHBB(F,F)−F (14−1) 3%
3−HHBB(F,F)−F (14−1) 3%
4−HHBB(F,F)−F (14−1) 3%
5−HBB(F)B−2 (15) 6%
NI=81.4℃、TC<−30℃、η=40.1mPa・s、Δn=0.130、Vth=1.28V、VHR(25℃)=98.6%、VHR(100℃)=96.3%.
【0090】
実施例8
3−HH2CF2OB(F,F)−F (1−13) 10%
3−HB(F,F)2CF2OB(F,F)−F (2−13) 10%
3−BB(F,F)2CF2OB(F)−OCF3 (3−4) 10%
3−BB(F,F)2CF2OB(F,F)−F (3−6) 10%
2−HBB(F,F)2CF2OB(F)−F (3−8) 3%
3−HBB(F,F)2CF2OB(F)−F (3−8) 4%
4−HBB(F,F)2CF2OB(F)−F (3−8) 3%
3−HHB−F (7−1) 3%
3−HGB(F,F)−F (9−3) 4%
4−HGB(F,F)−F (9−3) 3%
5−HGB(F)−F (9−3) 3%
5−GHB(F,F)−F (10−3) 8%
5−GHB(F)−F (10−1) 2%
5−HH−V (11−1) 5%
3−HHB−1 (12−1) 3%
2−HHBB(F,F)−F (14−1) 3%
3−HHBB(F,F)−F (14−1) 3%
4−HHBB(F,F)−F (14−1) 3%
5−HBB(F)B−2 (15) 5%
5−HBB(F)B−3 (15) 5%
NI=80.2℃、TC<−30℃、η=46.8mPa・s、Δn=0.114、Vth=1.23V、VHR(25℃)=98.5%、VHR(100℃)=96.2%.
【0091】
実施例9
3−H2CF2OB(F)−CF3 (1−3) 3%
3−H2CF2OB(F,F)−F (1−6) 3%
5−HH2CF2OB(F)−F (1−8) 10%
3−HHB(F,F)2CF2OB(F,F)−F (2−20) 3%
3−BB(F,F)2CF2OB(F)−OCF3 (3−4) 14%
5−BB(F,F)2CF2OB(F)−OCF3 (3−4) 5%
3−HBB(F,F)2CF2OB(F,F)−F (3−13) 7%
5−H2B(F)−F (6) 2%
5−HHB−CF3 (7−3) 3%
2−HHB(F)−OCF3 (7−6) 3%
4−HHB(F,F)−F (7−7) 3%
3−HHB(F,F)−OCF2H (7−8) 3%
3−H2HB−CL (7−10) 3%
3−H2HB(F)−F (7−13) 5%
5−H2HB(F)−OCF3 (7−14) 5%
3−H2HB(F,F)−F (7−15) 5%
3−HH2B(F,F)−OCF2H (7−24) 5%
3−HB−1 (11−4) 4%
3−HB(F)BH−3 (13−4) 2%
5−HB(F)BH−3 (13−4) 3%
2−HHBB(F,F)−F (14−1) 3%
3−HHBB(F,F)−F (14−1) 3%
4−HHBB(F,F)−F (14−1) 3%
NI=89.6℃、TC<−30℃、η=36.5mPa・s、Δn=0.102、Vth=1.42V、VHR(25℃)=98.7%、VHR(100℃)=96.8%.
【0092】
実施例10
3−HB(F,F)2CF2OB(F)−F (2−8) 5%
3−HB(F,F)2CF2OB(F)−CF3 (2−10) 5%
4−HB(F,F)2CF2OB(F)−CF3 (2−10) 5%
5−HB(F,F)2CF2OB(F)−CF3 (2−10) 5%
3−HB(F,F)2CF2OB(F)−OCF3 (2−11) 5%
3−HB(F,F)2CF2OB(F,F)−F (2−13) 10%
3−HBB(F,F)2CF2OB(F,F)−F (3−13) 5%
5−HBB(F,F)2CF2OB(F,F)−F (3−13) 5%
3−HBB−F (8−1) 3%
5−HBB−CL (8−2) 2%
5−HBB−OCF3 (8−4) 2%
3−HBB(F)−F (8−5) 4%
3−HBB(F)−OCF3 (8−6) 4%
5−HBB(F,F)−F (8−7) 4%
3−HBB(F,F)−OCF2H (8−8) 4%
5−H2BB(F)−F (8−13) 4%
3−H2BB(F)−OCF3 (8−14) 3%
5−H2BB(F,F)−F (8−15) 4%
5−HBBH−3 (13−1) 3%
5−HBBH−5 (13−1) 3%
5−HB(F)BH−3 (13−4) 4%
5−HBBB−3 (13−5) 4%
2−HHBB(F,F)−F (14−1) 3%
3−HHBB(F,F)−F (14−1) 4%
NI=82.3℃、TC<−30℃、η=44.9mPa・s、Δn=0.130、Vth=1.34V、VHR(25℃)=98.8%、VHR(100℃)=96.7%.
【0093】
実施例11
2−HH2CF2OB(F)−CF3 (1−10) 5%
3−HH2CF2OB(F,F)−F (1−13) 10%
5−HH2CF2OB(F,F)−F (1−13) 5%
3−HH2CF2OB(F,F)−OCF2H (1−14) 10%
2−HHB(F,F)2CF2OB(F)−CL (2−16) 3%
3−HHB(F,F)2CF2OB(F)−CF3 (2−17) 3%
3−BB(F,F)2CF2OB(F,F)−F (3−6) 5%
5−BB(F,F)2CF2OB(F,F)−F (3−6) 5%
3−BB(F,F)2CF2OB(F,F)−OCF2H (3−7) 10%
5−HBB(F,F)2CF2OB(F)−CF3 (3−10) 4%
3−HBB(F,F)2CF2OB(F,F)−OCF2H (3−14)5%
3−HHB−CL (7−2) 3%
4−HHEB(F)−F (7−26) 3%
5−HHEB(F)−OCF3 (7−27) 3%
3−HHEB(F,F)−F (7−28) 10%
2−HBEB−F (8−17) 3%
5−HBEB(F)−OCF3 (8−20) 3%
3−HBEB(F,F)−F (8−21) 5%
V−HHB−1 (12−1) 5%
NI=83.7℃、TC<−30℃、η=43.0mPa・s、Δn=0.100、Vth=1.16V、VHR(25℃)=98.5%、VHR(100℃)=96.0%.
【0094】
実施例12
3−H2CF2OB(F)−CF3 (1−3) 3%
3−H2CF2OB(F,F)−F (1−6) 3%
5−HH2CF2OB(F)−CL (1−9) 5%
5−HH2CF2OB(F)−OCF2H (1−12) 5%
5−BB(F,F)2CF2OB(F)−CF3 (3−3) 5%
3−HBB(F,F)2CF2OB(F,F)−F (3−13) 3%
3−HB(F)B(F,F)2CF2OB(F,F)−F (3−15) 7%
3−BBB(F,F)2CF2OB(F)−OCF3 (4−4) 7%
3−BBB(F,F)2CF2OB(F,F)−F (4−6) 7%
V−HHB(F)−F (7−5) 4%
2O−HHB(F)−F (7−5) 3%
3−H2HB(F,F)−F (7−15) 10%
4−HH2B(F)−F (7−21) 3%
3−HH2B(F,F)−F (7−23) 5%
5−HHEB−OCF3 (7−25) 5%
3−HEB−O1 (11−6) 6%
2−HHBB(F,F)−F (14−1) 3%
3−HHBB(F,F)−F (14−1) 3%
3−HH2BB(F,F)−F (14−2) 3%
5−HBB(F)B−2 (15) 5%
5−HBB(F)B−3 (15) 5%
NI=94.6℃、TC<−30℃、η=39.5mPa・s、Δn=0.111、Vth=1.38V、VHR(25℃)=98.7%、VHR(100℃)=96.8%.
【0095】
【発明の効果】
本発明は、組成物の一般的特性、ネマチック相の広い温度範囲、特にネマチック相の低い下限温度、低い消費電力のための低いしきい値電圧、および高いコントラスト比を実現するための高い電圧保持率を有する液晶組成物の特性において、複数の特性を充足する液晶組成物を提供した。
【発明の属する技術分野】
本発明は、ネマチック相の広い温度範囲、特にネマチック相の低い下限温度、低い消費電力のための低いしきい値電圧、および高いコントラスト比を実現するための高い電圧保持率を有する液晶組成物、主としてAM(active matrix)素子に適する液晶組成物およびこの組成物を含有するAM素子に関する。
【0002】
【従来の技術】
液晶表示素子において、液晶の動作モードに基づいた分類は、PC(phase change)、TN(twisted nematic)、STN(super twisted nematic)、OCB(optically compensated bend)、IPS(in-plane switching)、VA(vertical alignment)などである。素子の駆動方式に基づいた分類は、PM(passive matrix)とAM(active matrix)である。PMはスタティック(static)とマルチプレックス(multiplex)などに分類され、AMはTFT(thin film transistor)、MIM(metal insulator metal)などに分類される。TFTの分類は非晶質シリコン(amorphous silicon)および多結晶シリコン(polycrystal silicon)であり、後者は製造工程によって高温型と低温型とに分類される。光源に基づいた分類は、自然光を利用する反射型、バックライトを利用する透過型、自然光とバックライトの両方を利用する半透過型である。
【0003】
これらの素子は適切な特性を有する液晶組成物を含有する。AM素子に使う組成物は、AM素子の一般的特性を向上させるため、下記の表1にまとめた一般的特性が必要である。この一般的特性を市販されているAM素子に基づいてさらに説明する。ネマチック相の温度範囲は、素子の使用できる温度範囲に関連する。ネマチック相の好ましい上限温度は80℃以上であり、ネマチック相の好ましい下限温度は−30℃以下である。素子で動画を表示するためには短い応答時間が好ましい。したがって、組成物における小さな粘度が好ましい。低温における小さな粘度はより好ましい。
【0004】
【0005】
組成物の光学異方性は、素子のコントラスト比に関連する。素子におけるコントラスト比を最大にするために、組成物の光学異方性(Δn)と素子のセルギャップ(d)との積(Δn・d)を約0.45μmに設計する。したがって、組成物における光学異方性は主に0.08〜0.12の範囲である。組成物における低いしきい値電圧は素子における小さな消費電力と大きなコントラスト比に寄与する。したがって、低いしきい値電圧が好ましい。組成物における大きな比抵抗は、素子における大きな電圧保持率と大きなコントラスト比に寄与する。したがって、初期に大きな比抵抗を有する組成物が好ましい。長時間使用したあとでも大きな比抵抗を有する組成物が好ましい。
【0006】
AM素子において、大きなコントラスト比で動画を表示するために、小さな粘度、低いしきい値電圧および大きな比抵抗を有する組成物が特に望まれている。従来の組成物は、次の特許文献に開示されている。
【0007】
【特許文献1】
国際公開第96/11897号パンフレット
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、組成物の一般的特性とされる、ネマチック相の広い温度範囲、特にネマチック相の低い下限温度、低い消費電力のための低いしきい値電圧、および高いコントラスト比を実現するための高い電圧保持率を有する液晶組成物の特性において、複数の特性を充足する液晶組成物を提供することである。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明は項1〜項9のとおりである。
1. 式(1)で表される化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物、式(2)で表される化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物、式(3)で表される化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物、式(4)で表される化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物、および式(5)で表される化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物の5つから選択された少なくとも2つを含有する液晶組成物。
【0010】
【0011】
式(1)、(2)、(3)、(4)および(5)において、R1およびR2は独立してアルキル、アルコキシ、アルケニルまたはアルコキシメチルであり;X1およびX2は独立してフッ素、塩素、−CF3、−OCF3または−OCF2Hであり;Y1は水素またはフッ素であり;kは1または2であり;mは0、1または2であり;そしてnは0または1である。
【0012】
2. 項1の少なくとも2つの化合物が、式(2)で表される化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物および、式(3)で表される化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物である項1に記載の液晶組成物。
【0013】
3. 液晶組成物の全重量に基づき、式(2)で表される化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物を3〜55重量%の範囲で、式(3)で表される化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物を10〜45重量%の範囲で含有する項2に記載の液晶組成物。
【0014】
4. 項1の式(2)で表される化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物、式(3)で表される化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物、式(1)、(4)および(5)で表される化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物を含有する項1記載の液晶組成物。
【0015】
5. 項1の式(2)で表される化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物を3〜55重量%の範囲で、式(3)で表される化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物を10〜45重量%の範囲で、式(1)、(4)および(5)で表される化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物を5〜45重量%の範囲で含有する項4に記載の液晶組成物。
【0016】
6. 組成物の全重量に基づき、式(1)で表される化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物、式(2)で表される化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物、式(3)で表される化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物、式(4)で表される化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物、および式(5)で表される化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物の5つから選択された少なくとも2つを45〜90重量%の範囲で、式(6)、(7)、(8)、(9)および(10)で表わされる化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物を10〜60重量%の範囲含有する項1〜5のいずれか1項に記載の液晶組成物。
【0017】
【0018】
式(6)、(7)、(8)、(9)および(10)において、R3はアルキル、アルコキシ、アルケニルまたはアルコキシメチルであり;X5はフッ素、塩素、−CF3、−OCF3または−OCF2Hであり;Z1およびZ3は独立して単結合または−(CH2)2−であり;Z2は単結合、−(CH2)2−、または−COO−であり;そしてY1およびY2は独立して水素またはフッ素である。
【0019】
7. 液晶組成物の全重量に基づき、式(11)、(12)および(13)で表される化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物を1〜18重量%の範囲でさらに含有する項6に記載の液晶組成物。
【0020】
【0021】
式(11)、(12)および(13)において、R4、R5、R6、R7、R8およびR9は独立してアルキル、アルコキシ、アルケニルおよびアルコキシメチルであり;A1、A2、A3、A4、A5、A6およびA7は独立して1,4−シクロヘキシレンまたは1,4−フェニレンであり;Z3およびZ6は独立して単結合、−(CH2)2−、または−COO−であり;Z4およびZ5は独立して単結合または−(CH2)2−であり;そしてY3は水素またはフッ素である。
【0022】
8. 液晶組成物の全重量に基づき、式(14)および(15)で表される化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物を5〜20重量%の範囲でさらに含有する項7に記載の液晶組成物。
【0023】
【0024】
式(14)および(15)において、R10およびR11は独立してアルキル、アルコキシ、アルケニルまたはアルコキシメチルであり;そしてZ7は単結合または−(CH2)2−である。
【0025】
9. 項1〜8のいずれか1項に記載の液晶組成物を含有する液晶組成物。
【0026】
【発明の実施の形態】
この明細書における用語の使い方は次のとおりである。本発明の液晶組成物または本発明の液晶表示素子をそれぞれ「組成物」または「素子」と略すことがある。液晶表示素子は液晶表示パネルおよび液晶表示モジュールの総称である。液晶組成物の主成分は液晶性化合物である。この液晶性化合物は、ネマチック相、スメクチック相などの液晶相を有する化合物および液晶相を有さないが組成物の成分として有用な化合物の総称である。「化合物(1)」は、式(1)で表わされる化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物を意味する。他の式に関する化合物も同様に略すことがある。
【0027】
ネマチック相の上限温度を「上限温度」と略すことがある。ネマチック相の下限温度を「下限温度」と略すことがある。「比抵抗が大きい」は、組成物が初期に大きな比抵抗を有し、そして長時間使用したあとでも組成物が大きな比抵抗を有することを意味する。「電圧保持率が大きい」は、素子が初期に大きな電圧保持率を有し、そして長時間使用したあとでも素子が大きな電圧保持率を有することを意味する。光学異方性などの特性を説明するときは、実施例に記載した方法で測定した値を用いる。組成物における成分の割合(百分率)は、組成物の全重量に基づいた重量百分率(重量%)である。
【0028】
化合物(1)〜化合物(15)において、R1の記号を複数の化合物に用いた。これらの化合物において、R1の意味は同一であってもよいし、または異なってもよい。例えば、化合物(1)のR1がエチルであり、化合物(2)のR1がエチルであるケースがある。化合物(1)のR1がエチルであり、化合物(2)のR1がプロピルであるケースもある。このルールは、R2、R3、R4、A1、A2、A3、Z1、Z2、Z3、X1、Y1、Y2、またはnの記号についても適用する。
【0029】
本発明の組成物は、組成物の一般的特性、ネマチック相の広い温度範囲、特にネマチック相の低い下限温度、低い消費電力のための低いしきい値電圧、および高いコントラスト比を実現するための高い電圧保持率の特性において、複数の特性を充足する。この組成物は、複数の特性に関して適切なバランスを有する。
【0030】
本発明の組成物を次の順で説明する。第一に、組成物における成分の構成を説明する。第二に、成分である化合物の主要な特性、および化合物が組成物に及ぼす主要な効果を説明する。第三に、成分である化合物の好ましい割合およびその理由を説明する。第四に、成分である化合物の好ましい形態を説明する。第五に、成分である化合物の具体的な例を示す。第六に、成分である化合物の合成法を説明する。
【0031】
第一に、組成物における成分の構成を説明する。化合物(1)〜(5)はネマチック相の上限温度が10〜220℃、光学異方性が0.03〜0.21、誘電率異方性が3〜28の値を持ち、主に電圧保持率を高く保ちながらネマチック相の温度範囲を広げ、しきい値電圧を下げるために用いられる。化合物(1)〜(5)の群から選択された少なくとも2つの化合物のみで組成物を構成した場合、主に電圧保持率を高く保ちながらネマチック相の広いの温度範囲、低いしきい値電圧を達成できることを見出した。ただし、粘度を小さくする目的で他の化合物を含有してもよい。
【0032】
化合物(6)〜(10)はネマチック相の上限温度が10〜160℃、光学異方性が0.03〜0.13、誘電率異方性が3〜18の値を持ち、主に電圧保持率を高く保ちながらしきい値電圧を低くして、粘度を小さくするために用いられる。化合物(6)〜(10)の量を多くするとしきい値電圧を低く維持したまま、粘度を小さくできるが、ネマチック相の下限温度が上がる場合がある。
【0033】
化合物(11)〜(13)はネマチック相の上限温度が0〜250℃、光学異方性が0.01〜0.25、誘電率異方性がほぼ0の値を持ち、主に電圧保持率を高く保ちながらネマチック相の温度範囲を広げ、粘度を小さくするために用いられる。化合物(11)〜(13)の量を多くするとネマチック相の広いの温度範囲を維持したまま、粘度を小さくできるが、しきい値電圧が異常に上がる場合がある。
【0034】
本発明の組成物は組成物Aと組成物Bと組成物Cと組成物Dに分類される。組成物Aは化合物(1)〜化合物(5)とは異なるその他の化合物をさらに含有してもよい。その他の化合物は液晶性化合物、添加物などである。この液晶性化合物は、特性を調整する目的で組成物Aに混合される。この添加物は光学活性な化合物、色素などである。液晶のらせん構造を誘起してねじれ角を与える目的で光学活性な化合物が組成物Aに混合される。GH(Guest host)モードの素子に適合させるために色素が組成物Aに混合される。
【0035】
組成物Bは、実質的に化合物(1)〜化合物(5)から選択された化合物のみからなる。「実質的に」は、これらの化合物とは異なる液晶性化合物を組成物Bが含有しないことを意味する。「実質的に」は、これらの化合物に含まれていた不純物、光学活性な化合物、色素などの化合物を組成物Bがさらに含有してもよいことも意味する。
【0036】
組成物Cは化合物(1)〜化合物(15)とは異なるその他の化合物をさらに含有してもよい。その他の化合物は液晶性化合物、添加物などである。この液晶性化合物は、特性を調整する目的で組成物Cに混合される。この添加物は光学活性な化合物、色素などである。液晶のらせん構造を誘起してねじれ角を与える目的で光学活性な化合物が組成物Cに混合される。GH(Guest host)モードの素子に適合させるために色素が組成物Cに混合される。
【0037】
組成物Dは、実質的に化合物(1)〜化合物(15)から選択された化合物のみからなる。「実質的に」は、これらの化合物とは異なる液晶性化合物を組成物Dが含有しないことを意味する。「実質的に」は、これらの化合物に含まれていた不純物、光学活性な化合物、色素などの化合物を組成物Dがさらに含有してもよいことも意味する。
【0038】
第二に、成分である化合物の主要な特性、および化合物が組成物に及ぼす主要な効果を説明する。化合物の主要な特性を表2にまとめた。表2の記号において、Lは大きいまたは高い、Mは中程度の、そしてSは小さいまたは低いを意味する。0は誘電率異方性がほぼゼロである(または極めて小さい)ことを意味する。L、MおよびSの記号は、これらの化合物における相対的な評価である。
【0039】
【0040】
第三に、成分である化合物の好ましい割合およびその理由を説明する。割合は組成物の全重量に基づいた重量百分率(重量%)である。先ず、化合物(1)〜(5)が主成分である組成物について説明する。化合物(1)〜(5)の好ましい割合は、組成物のしきい値電圧を下げるために45%以上である。化合物(6)〜(10)の好ましい割合は、組成物の粘度を小さくするために10%以上であり、そして組成物のネマチック相の下限温度を下げるために60%以下である。化合物(11)〜(13)をさらに添加する場合、これら化合物の好ましい割合は、組成物のネマチック相下限温度を下げる、または組成物のしきい値電圧を小さくするために18%以下である。
【0041】
次に、化合物(2)および(3)が主成分である組成物について説明する。化合物(2)の好ましい割合は、組成物のしきい値電圧を下げる、または組成物の光学異方性を小さくするために3%以上であり、そして組成物のネマチック相下限温度を下げるために55%以下である。化合物(3)の好ましい割合は、組成物のしきい値電圧を下げる、または組成物の光学異方性を大きくするために10%以上であり、そして組成物のネマチック相下限温度を下げるために45%以下である。化合物(1)、(4)または(5)をさらに添加する場合、これら化合物の好ましい割合は、組成物のしきい値電圧を下げる、または組成物のネマチック相上限温度を調整するために5%以上であり、そして組成物のネマチック相下限温度を下げるために45%以下である。
【0042】
第四に、成分である化合物の好ましい形態を説明する。好ましいR1は炭素数1〜10のアルキルまたは炭素数1〜10のアルコキシまたは炭素数2〜10のアルケニルである。好ましいR2は炭素数1〜10のアルキルまたは炭素数1〜10のアルコキシまたは炭素数2〜10のアルケニルである。好ましいR3は炭素数1〜10のアルキルまたは炭素数2〜10のアルケニルである。好ましいR4は炭素数1〜10のアルキル、炭素数1〜10のアルコキシまたは炭素数2〜10のアルケニルまたは炭素数2〜10のアルコキシメチルである。好ましいR5は炭素数1〜10のアルキル、炭素数1〜10のアルコキシまたは炭素数2〜10のアルケニルまたは炭素数2〜10のアルコキシメチルである。
【0043】
好ましいR6は炭素数1〜10のアルキル、炭素数1〜10のアルコキシまたは炭素数2〜10のアルケニルまたは炭素数2〜10のアルコキシメチルである。好ましいR7は炭素数1〜10のアルキル、炭素数1〜10のアルコキシまたは炭素数2〜10のアルケニルまたは炭素数2〜10のアルコキシメチルである。好ましいR8は炭素数1〜10のアルキル、炭素数1〜10のアルコキシまたは炭素数2〜10のアルケニルまたは炭素数2〜10のアルコキシメチルである。好ましいR9は炭素数1〜10のアルキル、炭素数1〜10のアルコキシまたは炭素数2〜10のアルケニルまたは炭素数2〜10のアルコキシメチルである。好ましいR10は炭素数1〜10のアルキル、炭素数1〜10のアルコキシまたは炭素数2〜10のアルケニルまたは炭素数2〜10のアルコキシメチルである。
【0044】
好ましいアルキルは、メチル、エチル、プロピル、ブチル、ペンチル、ヘキシル、ヘプチル、またはオクチルである。さらに好ましいアルキルは、エチル、プロピル、ブチル、ペンチル、またはヘプチルである。
【0045】
好ましいアルケニルは、ビニル、1−プロペニル、2−プロペニル、1−ブテニル、2−ブテニル、3−ブテニル、1−ペンテニル、2−ペンテニル、3−ペンテニル、4−ペンテニル、1−ヘキセニル、2−ヘキセニル、3−ヘキセニル、4−ヘキセニル、または5−ヘキセニルである。さらに好ましいアルケニルは、ビニル、1−プロペニル、3−ブテニル、または3−ペンテニルである。これらのアルケニルにおける−CH=CH−の好ましい立体配置は、二重結合の位置に依存する。1−プロペニル、1−ブテニル、1−ペンテニル、1−ヘキセニル、3−ペンテニル、3−ヘキセニルのようなアルケニルにおいてはトランスが好ましい。2−ブテニル、2−ペンテニル、2−ヘキセニルのようなアルケニルにおいてはシスが好ましい。
【0046】
好ましいアルコキシは、メトキシ、エトキシ、プロポキシ、ブトキシ、ペンチルオキシ、ヘキシルオキシ、またはヘプチルオキシである。さらに好ましいアルコキシは、メトキシまたはエトキシである。
【0047】
好ましいアルコキシメチルは、メトキシメチル、エトキシメチル、プロポキシメチル、ブトキシメチル、またはペンチルオキシメチルである。さらに好ましいアルコキシメチルは、メトキシメチルである。
【0048】
A1およびA3に関する「任意の水素がフッ素で置き換えられてもよい1,4−フェニレン」は、1,4−フェニレン、2−フルオロ−1,4−フェニレン、2,5−ジフルオロ−1,4−フェニレン、2,6−ジフルオロ−1,4−フェニレン、2,3,5−トリフルオロ−1,4−フェニレン、または2,3,5,6−テトラフルオロ−1,4−フェニレンである。これらの中で好ましい基は1,4−フェニレン、2−フルオロ−1,4−フェニレン、2,5−ジフルオロ−1,4−フェニレン、または2,6−ジフルオロ−1,4−フェニレンである。さらに好ましい基は、1,4−フェニレン、2−フルオロ−1,4−フェニレンおよび2,6−ジフルオロ−1,4−フェニレンである。化合物(1)〜化合物(15)において、1,4−シクロヘキシレンに関する立体配置は、シスよりもトランスが好ましい。
【0049】
第五に、成分である化合物の具体的な例を示す。化合物(1)の好ましい例は化合物(1−1)〜(1−14)であり、化合物(2)の好ましい例は化合物(2−1)〜(2−21)であり、化合物(3)の好ましい例は化合物(3−1)〜(3−15)であり、化合物(4)の好ましい例は化合物(4−1)〜(4−6)であり、化合物(5)の好ましい例は化合物(5−1)〜(5−6)であり、化合物(6)の好ましい例は化合物(6−1)〜(6−7)であり、化合物(7)の好ましい例は化合物(7−1)〜(7−28)であり、化合物(8)の好ましい例は化合物(8−1)〜(8−21)であり、化合物(9)の好ましい例は化合物(9−1)〜(9−9)であり、化合物(10)の好ましい例は化合物(10−1)〜(10−9)であり、化合物(11)の好ましい例は化合物(11−1)〜(11−9)であり、化合物(12)の好ましい例は化合物(12−1)〜(12−4)であり、化合物(13)の好ましい例は化合物(13−1)〜(13−5)であり、そして化合物(14)の好ましい例は化合物(14−1)または(14−2)である。化合物(15)の好ましい例は、前記の式(15)と同様である。
【0050】
これらの好ましい化合物において、RおよびR’の記号を複数の化合物に用いた。前記のR1などの記号と同様に、任意の2つの化合物において、Rなどによって表わされる具体的な基は同一であってもよいし、異なってもよい。RおよびR’は独立してアルキル、アルコキシ、アルケニルまたはアルコキシメチルである。これら基の好ましい態様およびさらに好ましい態様は、すでに記載したとおりである。これら基において、二重結合が存在する場合、二重結合に関する立体配置はシスよりもトランスが好ましい。これらの好ましい化合物の1,4−シクロヘキシレンまたは1,3−ジオキサン−2,5−ジイルに関する立体配置は、シスよりもトランスが好ましい。
【0051】
【0052】
【0053】
【0054】
【0055】
【0056】
【0057】
【0058】
【0059】
【0060】
【0061】
【0062】
【0063】
【0064】
【0065】
【0066】
【0067】
【0068】
【0069】
組成物の成分である化合物は、既知の方法によって合成できる。化合物(1)(2)、(3)、(4)および(5)に関して、例えば、化合物(1−6)、(2−6)、(3−6)、(4−6)、(5−6)は、特開平9−278698号公報に記載された方法を修飾することによって合成できる。化合物(6)、(7)、(8)、(9)および(10)に関して、例えば、化合物(6−7)、(7−7)、(8−7)、(9−3)、および(10−3)は、特開平2−233626号公報に記載された方法によって合成できる。化合物(11)に関して、例えば、化合物(11−1)は、特開昭59−70624号公報に記載された方法によって合成できる。化合物(12)に関して、例えば、化合物(12−1)は、特開昭57−165328号公報に記載された方法によって合成できる。化合物(13)に関して、例えば、化合物(13−1)は、特公昭62−46527号公報に記載された方法によって合成できる。
【0070】
そのほかの化合物は、オーガニック・シンセシス(Organic Syntheses, John Wiley & Sons, Inc)、オーガニック・リアクションズ(Organic Reactions, John Wiley & Sons, Inc)、コンプリヘンシブ・オーガニック・シンセシス(Comprehensive Organic Synthesis, Pergamon Press)、新実験化学講座(丸善)などの成書に記載された方法によって合成できる。組成物は、このようにして得た化合物から公知の方法によって調製される。例えば、成分である化合物を混合し、加熱によって互いに溶解させる。
【0071】
本発明の組成物は0.01〜0.13の光学異方性を有するので、通常のTNモードまたはIPSモードの透過型AM素子、および小さなセルギャップを有するTNモードまたはIPSモードの透過型AM素子に特に適する。成分である化合物の割合を制御することによって、またはその他の液晶性化合物を添加することによって、0.07〜0.18の光学異方性を有する組成物、さらには0.06〜0.20の光学異方性を有する組成物を調製してもよい。
【0072】
この組成物はAM素子だけでなくPM素子にも使用することが可能である。この組成物は、PC、TN、STN、ECB、OCB、IPS、VAなどのモードを有する素子に使用できる。これらの素子が反射型、透過型または半透過型であってもよい。この組成物をマイクロカプセル化して作製したNCAP(nematic curvilinear aligned phase)素子や、組成物中に三次元の網目状高分子を形成させたPD(polymer dispersed)素子、例えばPN(polymer network)素子にも使用できる。
【0073】
【実施例】
以下に、実施例により本発明を詳細に説明する。本発明はこれらの実施例によって限定されない。比較例および実施例に示した成分の割合は、重量百分率(重量%)である。比較例および実施例における化合物は、下記の表4の定義に基づいて記号により表した。実施例中の記号の後にあるかっこ内の番号は好ましい化合物の番号に対応する。また、好ましい化合物の記載にはないが、一般式に相当する場合は、一般式番号を表す。そして(−)はその他の成分であることを表す。最後に、組成物の特性値をまとめた。
実施例に示す化合物において、1,4−シクロヘキシレンおよび1,3−ジオキサン−2,5−ジイルの立体配置はトランスであり、並びに、二重結合が2とおりの立体配置が存在できる場合、その立体配置はトランスである。
【0074】
【0075】
比較例1の結果と実施例1〜12の結果とを比較することによって、次の様に結論する。本発明は、TNモードまたはIPSモードの透過型AM素子に使用できる組成物、およびこれを含有するAM素子を提供した。さらに詳しくは、組成物に必要な特性、ネマチック相の広い温度範囲、特にネマチック相の低い下限温度、低い消費電力のための低いしきい値電圧、および高いコントラスト比を実現するための高い電圧保持率を有する液晶組成物、並びに、この組成物を含有するTNモードまたはIPSモードの透過型AM素子を提供した。
【0076】
特性値の測定は次の方法に従った。
ネマチック相の上限温度(NI;℃):偏光顕微鏡を備えた融点測定装置のホットプレートに試料を置き、1℃/分の速度で加熱した。試料の一部がネマチック相から等方性液体に変化したときの温度を測定した。ネマチック相の上限温度を「上限温度」と表記することがある。
【0077】
ネマチック相の下限温度(TC;℃):ネマチック相を有する試料を0℃、−10℃、−20℃、−30℃、および−40℃のフリーザー中に10日間保管したあと、液晶相を観察した。例えば、試料が−20℃ではネマチック相のままであり、−30℃では結晶またはスメクチック相に変化したとき、TCを<−20℃と記載した。ネマチック相の下限温度を「下限温度」と表記することがある。
【0078】光学異方性(Δn;25℃で測定):波長が589nmの光によりアッベ屈折計を用いて測定した。
【0079】
粘度(η;20℃で測定;mPa・s):粘度の測定にはE型粘度計を用いた。
【0080】
誘電率異方性(Δε;25℃で測定):2枚のガラス基板の間隔(セルギャップ)が9μm、ツイスト角が80度のTN素子に試料を入れた。このセルに10ボルトを印加して、液晶分子の長軸方向における誘電率(ε‖)を測定した。0.5ボルトを印加して、液晶分子の短軸方向における誘電率(ε⊥)を測定した。誘電率異方性の値は、Δε=ε‖−ε⊥の式から計算した。この測定方法は、誘電率異方性が正である場合に行った。
しきい値電圧(Vth;25℃で測定;V):2枚のガラス基板の間隔(セルギャップ)が(0.5/Δn)μmであり、ツイスト角が80度であるノーマリーホワイトモード(normally white mode)のTN素子に試料を入れた。このTN素子に周波数が32Hzである矩形波を印加した。印加電圧を上昇させ、素子を通過する光の透過率が90%になったときの電圧の値を測定した。この測定方法で、しきい値電圧の値が得られたことは、組成物の誘電率異方性が必ず正であることを意味する。
【0081】
電圧保持率(VHR;%):日本電子機械工業会規格(Standard of ElectricIndustries Association of Japan)EIAJ・ED−2521Aに記載された液晶組成物および配向膜を有する素子の電圧保持率を測定する方法にしたがった。測定に用いたTN素子はポリイミド配向膜を有し、そしてセルギャップは6μmであった。TN素子に印加した電圧の波形を陰極線オシロスコープで観測し、単位周期において電圧曲線と横軸との間の面積を求めた。この面積を、TN素子を取り除いて測定した電圧の波形から同様にして求めた面積と比較して電圧保持率を算出した。この手法により、25℃で測定したVHRをVHR(25℃)と記載した。そして、同手法により、100℃で測定したVHRをVHR(100℃)と記載した。
【0082】
比較例1
国際公開96/11897号に開示された組成物の中から、最も低いしきい値電圧を有する組成物として実施例36を選んだ。この組成物の成分および特性は、下記のとおりである。この組成物において、しきい値電圧は高く、上限温度は低い。
3−HBCF2OB(F,F)−F 5%
5−HBCF2OB(F,F)−F 10%
5−HBCF2OB−CF3 5%
5−HBCF2OB(F)−F 5%
3−HBCF2OB−OCF3 5%
7−HB(F,F)−F 8%
3−HHB(F,F)−F 6%
4−HHB(F,F)−F 3%
3−H2HB(F,F)−F 10%
4−H2HB(F,F)−F 6%
5−H2HB(F,F)−F 6%
3−HH2B(F,F)−F 10%
5−HH2B(F,F)−F 5%
3−HBB(F,F)−F 5%
5−HBB(F,F)−F 5%
3−HHBB(F,F)−F 3%
3−HH2BB(F,F)−F 3%
NI=61.8℃、TC<−20℃、η=23.6mPa・s、Δn=0.083、Vth=1.50V、VHR(25℃)=98.7%、VHR(100℃)=95.6%.
【0083】
実施例1
3−HH2CF2OB(F)−OCF3 (1−11) 13%
5−HH2CF2OB(F)−OCF2H (1−12) 7%
2−HH2CF2OB(F,F)−F (1−13) 7%
3−HH2CF2OB(F,F)−F (1−13) 12%
4−HH2CF2OB(F,F)−F (1−13) 6%
3−HHB(F,F)2CF2OB(F,F)−F (2−20) 5%
4−HHB(F,F)2CF2OB(F,F)−F (2−20) 5%
5−HHB(F,F)2CF2OB(F,F)−F (2−20) 5%
3−BB(F,F)2CF2OB(F,F)−F (3−6) 15%
5−BB(F,F)2CF2OB(F,F)−F (3−6) 5%
3−HBB(F,F)2CF2OB(F,F)−F (3−13) 8%
4−HBB(F,F)2CF2OB(F,F)−F (3−13) 6%
5−HBB(F,F)2CF2OB(F,F)−F (3−13) 6%
NI=79.2℃、TC<−30℃、η=43.8mPa・s、Δn=0.103、Vth=1.03V、VHR(25℃)=98.7%、VHR(100℃)=96.8%.
【0084】
実施例2
5−H2CF2OB(F)−OCF2H (1−5) 5%
3−B(F,F)2CF2OB(F)−F (2−1) 5%
5−B(F,F)2CF2OB(F)−F (2−1) 5%
3−B(F,F)2CF2OB(F)−OCF3 (2−4) 5%
5−B(F,F)2CF2OB(F)−OCF2H (2−5) 5%
3−HB(F,F)2CF2OB(F,F)−F (2−13) 10%
5−HB(F,F)2CF2OB(F,F)−F (2−13) 5%
3−HHB(F,F)2CF2OB(F)−F (2−15) 5%
5−HHB(F,F)2CF2OB(F)−F (2−15) 5%
3−HHB(F,F)2CF2OB(F,F)−F (2−20) 5%
5−HHB(F,F)2CF2OB(F,F)−F (2−20) 5%
3−BB(F,F)2CF2OB(F,F)−F (3−6) 10%
5−BB(F,F)2CF2OB(F,F)−F (3−6) 5%
3−HBB(F,F)2CF2OB(F)−OCF3 (3−11) 5%
3−HBB(F,F)2CF2OB(F)−OCF2H (3−12) 5%
3−HBB(F,F)2CF2OB(F,F)−F (3−13) 5%
5−HBB(F,F)2CF2OB(F,F)−F (3−13) 5%
5−HBB(F,F)2CF2OB(F,F)−OCF2H (3−14)5%
NI=86.8℃、TC<−30℃、η=53.7mPa・s、Δn=0.129、Vth=1.11V、VHR(25℃)=98.9%、VHR(100℃)=96.5%.
【0085】
実施例3
3−H2CF2OB(F)−CF3 (1−3) 3%
3−H2CF2OB(F,F)−F (1−6) 3%
5−HH2CF2OB(F)−F (1−8) 10%
3−BB(F,F)2CF2OB(F)−OCF3 (3−4) 14%
5−BB(F,F)2CF2OB(F)−OCF3 (3−4) 5%
1O1−HBB(F,F)2CF2OB(F,F)−F (3−13) 3%
3−HBB(F,F)2CF2OB(F,F)−F (3−13) 7%
3−HHB(F,F)−F (7−7) 7%
4−HHB(F,F)−F (7−7) 3%
3−H2HB(F,F)−F (7−15) 10%
5−H2HB(F,F)−F (7−15) 10%
3−HB−1 (11−4) 6%
2−HHBB(F,F)−F (14−1) 3%
3−HHBB(F,F)−F (14−1) 3%
4−HHBB(F,F)−F (14−1) 3%
5−HBB(F)B−2 (15) 5%
5−HBB(F)B−3 (15) 5%
NI=94.6℃、TC<−30℃、η=39.5mPa・s、Δn=0.111、Vth=1.38V、VHR(25℃)=98.7%、VHR(100℃)=96.8%.
【0086】
実施例4
3−HB(F,F)2CF2OB(F)−F (2−8) 5%
3−HB(F,F)2CF2OB(F)−CF3 (2−10) 5%
4−HB(F,F)2CF2OB(F)−CF3 (2−10) 5%
5−HB(F,F)2CF2OB(F)−CF3 (2−10) 5%
3−HB(F,F)2CF2OB(F)−OCF3 (2−11) 5%
3−HB(F,F)2CF2OB(F,F)−F (2−13) 10%
3−HBB(F,F)2CF2OB(F,F)−F (3−13) 5%
5−HBB(F,F)2CF2OB(F,F)−F (3−13) 5%
3−HBB(F,F)−F (8−7) 20%
5−HBB(F,F)−F (8−7) 14%
3−HBBH−3 (13−1) 4%
5−HBBH−3 (13−1) 3%
5−HB(F)BH−3 (13−4) 4%
5−HBBB−2 (13−5) 3%
2−HHBB(F,F)−F (14−1) 3%
3−HHBB(F,F)−F (14−1) 4%
NI=80.3℃、TC<−30℃、η=45.7mPa・s、Δn=0.130、Vth=1.31V、VHR(25℃)=98.8%、VHR(100℃)=96.7%.
【0087】
実施例5
2−HH2CF2OB(F)−CF3 (1−10) 5%
3−HH2CF2OB(F,F)−F (1−13) 10%
5−HH2CF2OB(F,F)−F (1−13) 5%
3−HH2CF2OB(F,F)−OCF2H (1−14) 10%
2−HHB(F,F)2CF2OB(F)−CL (2−16) 3%
3−HHB(F,F)2CF2OB(F)−CF3 (2−17) 3%
3−BB(F,F)2CF2OB(F,F)−F (3−6) 5%
5−BB(F,F)2CF2OB(F,F)−F (3−6) 5%
3−BB(F,F)2CF2OB(F,F)−OCF2H (3−7) 10%
5−HBB(F,F)2CF2OB(F)−CF3 (3−10) 4%
3−HBB(F,F)2CF2OB(F,F)−OCF2H (3−14)5%
3−HHB−CL (7−2) 3%
3−HHEB(F,F)−F (7−28) 10%
4−HHEB(F,F)−F (7−28) 3%
5−HHEB(F,F)−F (7−28) 3%
2−HBEB(F,F)−F (8−21) 3%
3−HBEB(F,F)−F (8−21) 5%
5−HBEB(F,F)−F (8−21) 3%
V−HHB−1 (12−1) 5%
NI=82.9℃、TC<−30℃、η=43.3mPa・s、Δn=0.100、Vth=1.10V、VHR(25℃)=98.5%、VHR(100℃)=96.0%.
【0088】
実施例6
2−HH2CF2OB(F)−OCF3 (1−11) 6%
3−HH2CF2OB(F,F)−OCF2H (1−14) 14%
3−HHB(F,F)2CF2OB(F)−OCF3 (2−18) 4%
4−HHB(F,F)2CF2OB(F)−OCF3 (2−18) 3%
5−HHB(F,F)2CF2OB(F)−OCF2H (2−19) 3%
3−HHB(F,F)2CF2OB(F,F)−F (2−20) 5%
3−HHB(F,F)2CF2OB(F,F)−OCF2H(2−21)10%
3−BB(F,F)2CF2OB(F)−F (3−1) 15%
3−BB(F,F)2CF2OB(F)−OCF3 (3−4) 15%
3−HBB(F,F)2CF2OB(F)−F (3−8) 5%
3−HBB(F,F)2CF2OB(F,F)−F (3−13) 4%
5−HBB(F,F)2CF2OB(F,F)−F (3−13) 3%
7−HB(F,F)−F (6−7) 3%
3−HBB(F,F)−F (8−7) 5%
5−HB(F)B(F,F)−F (−) 2%
5−HB(F)BH−3 (13−4) 3%
NI=77.4℃、TC<−30℃、η=44.1mPa・s、Δn=0.115、Vth=1.09V、VHR(25℃)=98.8%、VHR(100℃)=96.4%.
【0089】
実施例7
2−B(F,F)2CF2OB(F)−CL (2−2) 3%
3−HB(F,F)2CF2OB(F)−F (2−8) 3%
3−HB(F,F)2CF2OB(F,F)−OCF2H (2−14)10%
3−HHB(F,F)2CF2OB(F)−F (2−15) 5%
4−HHB(F,F)2CF2OB(F)−F (2−15) 3%
5−HHB(F,F)2CF2OB(F)−F (2−15) 2%
3−BB(F,F)2CF2OB(F)−CL (3−2) 3%
3−BB(F,F)2CF2OB(F,F)−F (3−6) 15%
5−BB(F,F)2CF2OB(F,F)−F (3−6) 5%
5−BB(F,F)2CF2OBB(F)−F (5−1) 5%
5−BB(F,F)2CF2OBB(F)−CL (5−2) 5%
5−BB(F,F)2CF2OBB(F)−OCF3 (5−4) 5%
5−BB(F,F)2CF2OBB(F,F)−F (5−6) 5%
V−HH−V (11−1) 3%
3−HH−4 (11−1) 7%
3−HB−O2 (11−4) 6%
2−HHBB(F,F)−F (14−1) 3%
3−HHBB(F,F)−F (14−1) 3%
4−HHBB(F,F)−F (14−1) 3%
5−HBB(F)B−2 (15) 6%
NI=81.4℃、TC<−30℃、η=40.1mPa・s、Δn=0.130、Vth=1.28V、VHR(25℃)=98.6%、VHR(100℃)=96.3%.
【0090】
実施例8
3−HH2CF2OB(F,F)−F (1−13) 10%
3−HB(F,F)2CF2OB(F,F)−F (2−13) 10%
3−BB(F,F)2CF2OB(F)−OCF3 (3−4) 10%
3−BB(F,F)2CF2OB(F,F)−F (3−6) 10%
2−HBB(F,F)2CF2OB(F)−F (3−8) 3%
3−HBB(F,F)2CF2OB(F)−F (3−8) 4%
4−HBB(F,F)2CF2OB(F)−F (3−8) 3%
3−HHB−F (7−1) 3%
3−HGB(F,F)−F (9−3) 4%
4−HGB(F,F)−F (9−3) 3%
5−HGB(F)−F (9−3) 3%
5−GHB(F,F)−F (10−3) 8%
5−GHB(F)−F (10−1) 2%
5−HH−V (11−1) 5%
3−HHB−1 (12−1) 3%
2−HHBB(F,F)−F (14−1) 3%
3−HHBB(F,F)−F (14−1) 3%
4−HHBB(F,F)−F (14−1) 3%
5−HBB(F)B−2 (15) 5%
5−HBB(F)B−3 (15) 5%
NI=80.2℃、TC<−30℃、η=46.8mPa・s、Δn=0.114、Vth=1.23V、VHR(25℃)=98.5%、VHR(100℃)=96.2%.
【0091】
実施例9
3−H2CF2OB(F)−CF3 (1−3) 3%
3−H2CF2OB(F,F)−F (1−6) 3%
5−HH2CF2OB(F)−F (1−8) 10%
3−HHB(F,F)2CF2OB(F,F)−F (2−20) 3%
3−BB(F,F)2CF2OB(F)−OCF3 (3−4) 14%
5−BB(F,F)2CF2OB(F)−OCF3 (3−4) 5%
3−HBB(F,F)2CF2OB(F,F)−F (3−13) 7%
5−H2B(F)−F (6) 2%
5−HHB−CF3 (7−3) 3%
2−HHB(F)−OCF3 (7−6) 3%
4−HHB(F,F)−F (7−7) 3%
3−HHB(F,F)−OCF2H (7−8) 3%
3−H2HB−CL (7−10) 3%
3−H2HB(F)−F (7−13) 5%
5−H2HB(F)−OCF3 (7−14) 5%
3−H2HB(F,F)−F (7−15) 5%
3−HH2B(F,F)−OCF2H (7−24) 5%
3−HB−1 (11−4) 4%
3−HB(F)BH−3 (13−4) 2%
5−HB(F)BH−3 (13−4) 3%
2−HHBB(F,F)−F (14−1) 3%
3−HHBB(F,F)−F (14−1) 3%
4−HHBB(F,F)−F (14−1) 3%
NI=89.6℃、TC<−30℃、η=36.5mPa・s、Δn=0.102、Vth=1.42V、VHR(25℃)=98.7%、VHR(100℃)=96.8%.
【0092】
実施例10
3−HB(F,F)2CF2OB(F)−F (2−8) 5%
3−HB(F,F)2CF2OB(F)−CF3 (2−10) 5%
4−HB(F,F)2CF2OB(F)−CF3 (2−10) 5%
5−HB(F,F)2CF2OB(F)−CF3 (2−10) 5%
3−HB(F,F)2CF2OB(F)−OCF3 (2−11) 5%
3−HB(F,F)2CF2OB(F,F)−F (2−13) 10%
3−HBB(F,F)2CF2OB(F,F)−F (3−13) 5%
5−HBB(F,F)2CF2OB(F,F)−F (3−13) 5%
3−HBB−F (8−1) 3%
5−HBB−CL (8−2) 2%
5−HBB−OCF3 (8−4) 2%
3−HBB(F)−F (8−5) 4%
3−HBB(F)−OCF3 (8−6) 4%
5−HBB(F,F)−F (8−7) 4%
3−HBB(F,F)−OCF2H (8−8) 4%
5−H2BB(F)−F (8−13) 4%
3−H2BB(F)−OCF3 (8−14) 3%
5−H2BB(F,F)−F (8−15) 4%
5−HBBH−3 (13−1) 3%
5−HBBH−5 (13−1) 3%
5−HB(F)BH−3 (13−4) 4%
5−HBBB−3 (13−5) 4%
2−HHBB(F,F)−F (14−1) 3%
3−HHBB(F,F)−F (14−1) 4%
NI=82.3℃、TC<−30℃、η=44.9mPa・s、Δn=0.130、Vth=1.34V、VHR(25℃)=98.8%、VHR(100℃)=96.7%.
【0093】
実施例11
2−HH2CF2OB(F)−CF3 (1−10) 5%
3−HH2CF2OB(F,F)−F (1−13) 10%
5−HH2CF2OB(F,F)−F (1−13) 5%
3−HH2CF2OB(F,F)−OCF2H (1−14) 10%
2−HHB(F,F)2CF2OB(F)−CL (2−16) 3%
3−HHB(F,F)2CF2OB(F)−CF3 (2−17) 3%
3−BB(F,F)2CF2OB(F,F)−F (3−6) 5%
5−BB(F,F)2CF2OB(F,F)−F (3−6) 5%
3−BB(F,F)2CF2OB(F,F)−OCF2H (3−7) 10%
5−HBB(F,F)2CF2OB(F)−CF3 (3−10) 4%
3−HBB(F,F)2CF2OB(F,F)−OCF2H (3−14)5%
3−HHB−CL (7−2) 3%
4−HHEB(F)−F (7−26) 3%
5−HHEB(F)−OCF3 (7−27) 3%
3−HHEB(F,F)−F (7−28) 10%
2−HBEB−F (8−17) 3%
5−HBEB(F)−OCF3 (8−20) 3%
3−HBEB(F,F)−F (8−21) 5%
V−HHB−1 (12−1) 5%
NI=83.7℃、TC<−30℃、η=43.0mPa・s、Δn=0.100、Vth=1.16V、VHR(25℃)=98.5%、VHR(100℃)=96.0%.
【0094】
実施例12
3−H2CF2OB(F)−CF3 (1−3) 3%
3−H2CF2OB(F,F)−F (1−6) 3%
5−HH2CF2OB(F)−CL (1−9) 5%
5−HH2CF2OB(F)−OCF2H (1−12) 5%
5−BB(F,F)2CF2OB(F)−CF3 (3−3) 5%
3−HBB(F,F)2CF2OB(F,F)−F (3−13) 3%
3−HB(F)B(F,F)2CF2OB(F,F)−F (3−15) 7%
3−BBB(F,F)2CF2OB(F)−OCF3 (4−4) 7%
3−BBB(F,F)2CF2OB(F,F)−F (4−6) 7%
V−HHB(F)−F (7−5) 4%
2O−HHB(F)−F (7−5) 3%
3−H2HB(F,F)−F (7−15) 10%
4−HH2B(F)−F (7−21) 3%
3−HH2B(F,F)−F (7−23) 5%
5−HHEB−OCF3 (7−25) 5%
3−HEB−O1 (11−6) 6%
2−HHBB(F,F)−F (14−1) 3%
3−HHBB(F,F)−F (14−1) 3%
3−HH2BB(F,F)−F (14−2) 3%
5−HBB(F)B−2 (15) 5%
5−HBB(F)B−3 (15) 5%
NI=94.6℃、TC<−30℃、η=39.5mPa・s、Δn=0.111、Vth=1.38V、VHR(25℃)=98.7%、VHR(100℃)=96.8%.
【0095】
【発明の効果】
本発明は、組成物の一般的特性、ネマチック相の広い温度範囲、特にネマチック相の低い下限温度、低い消費電力のための低いしきい値電圧、および高いコントラスト比を実現するための高い電圧保持率を有する液晶組成物の特性において、複数の特性を充足する液晶組成物を提供した。
Claims (9)
- 式(1)で表される化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物、式(2)で表される化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物、式(3)で表される化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物、式(4)で表される化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物、および式(5)で表される化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物の5つから選択された少なくとも2つを含有する液晶組成物。
式(1)、(2)、(3)、(4)および(5)において、R1およびR2は独立してアルキル、アルコキシ、アルケニルまたはアルコキシメチルであり;X1およびX2は独立してフッ素、塩素、−CF3、−OCF3または−OCF2Hであり;Y1は水素またはフッ素であり;kは1または2であり;mは0、1または2であり;そしてnは0または1である。 - 請求項1の少なくとも2つの化合物が、式(2)で表される化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物および、式(3)で表される化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物である請求項1に記載の液晶組成物。
- 液晶組成物の全重量に基づき、式(2)で表される化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物を3〜55重量%の範囲で、式(3)で表される化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物を10〜45重量%の範囲で含有する請求項2に記載の液晶組成物。
- 請求項1の式(2)で表される化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物、式(3)で表される化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物、式(1)、(4)および(5)で表される化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物を含有する請求項1記載の液晶組成物。
- 請求項1の式(2)で表される化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物を3〜55重量%の範囲で、式(3)で表される化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物を10〜45重量%の範囲で、式(1)、(4)および(5)で表される化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物を5〜45重量%の範囲で含有する請求項4に記載の液晶組成物。
- 組成物の全重量に基づき、式(1)で表される化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物、式(2)で表される化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物、式(3)で表される化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物、式(4)で表される化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物、および式(5)で表される化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物の5つから選択された少なくとも2つを45〜90重量%の範囲で、式(6)、(7)、(8)、(9)および(10)で表わされる化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物を10〜60重量%の範囲含有する請求項1〜5のいずれかに記載の液晶組成物。
式(6)、(7)、(8)、(9)および(10)において、R3はアルキル、アルコキシ、アルケニルまたはアルコキシメチルであり;X5はフッ素、塩素、−CF3、−OCF3または−OCF2Hであり;Z1およびZ3は独立して単結合または−(CH2)2−であり;Z2は単結合、−(CH2)2−、または−COO−であり;そしてY1およびY2は独立して水素またはフッ素である。 - 液晶組成物の全重量に基づき、式(11)、(12)および(13)で表される化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物を1〜18重量%の範囲でさらに含有する請求項6に記載の液晶組成物。
式(11)、(12)および(13)において、R4、R5、R6、R7、R8およびR9は独立してアルキル、アルコキシ、アルケニルおよびアルコキシメチルであり;A1、A2、A3、A4、A5、A6およびA7は独立して1,4−シクロヘキシレンまたは1,4−フェニレンであり;Z3およびZ6は独立して単結合、−(CH2)2−、または−COO−であり;Z4およびZ5は独立して単結合または−(CH2)2−であり;そしてY3は水素またはフッ素である。 - 請求項1〜8のいづれか1項に記載の液晶組成物を含有する液晶組成物。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002374191A JP2004204021A (ja) | 2002-12-25 | 2002-12-25 | 液晶組成物および液晶表示素子 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002374191A JP2004204021A (ja) | 2002-12-25 | 2002-12-25 | 液晶組成物および液晶表示素子 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2004204021A true JP2004204021A (ja) | 2004-07-22 |
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ID=32812276
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP2002374191A Pending JP2004204021A (ja) | 2002-12-25 | 2002-12-25 | 液晶組成物および液晶表示素子 |
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JP (1) | JP2004204021A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009185285A (ja) * | 2008-02-01 | 2009-08-20 | Merck Patent Gmbh | 液晶媒体および液晶ディスプレイ |
US7875326B2 (en) | 2008-05-13 | 2011-01-25 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Liquid crystal composition, liquid crystal display having the liquid crystal composition, and manufacturing method of the liquid crystal display |
-
2002
- 2002-12-25 JP JP2002374191A patent/JP2004204021A/ja active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2009185285A (ja) * | 2008-02-01 | 2009-08-20 | Merck Patent Gmbh | 液晶媒体および液晶ディスプレイ |
US7875326B2 (en) | 2008-05-13 | 2011-01-25 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Liquid crystal composition, liquid crystal display having the liquid crystal composition, and manufacturing method of the liquid crystal display |
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