JP2006057102A - 液晶組成物 - Google Patents

Abstract

【課題】 広いネマチック液晶相温度範囲を有した、閾値電圧が低く、粘度が低く、屈折率異方性の小さい、ネマチック液晶組成物及びこれを使用した液晶表示素子を提供する。
【解決手段】 骨格中にトランス-4-トリフルオロメトキシシクロヘキシル基を有し分子中のシクロヘキサン環の数が３である化合物を少なくとも１種含有し、Δεの絶対値が１未満である化合物を少なくとも１種含有し、さらに骨格中にナフタレン等の縮合環系化合物又は骨格中の６員環の数が４であるΔεの絶対値が１以上の化合物を少なくとも１種含有し、２５℃における屈折率異方性が０．０５から０．１の範囲であり、２０℃における粘性が２５ｍＰａ・ｓ以下であり、２５℃における閾値電圧が１．９Ｖ以下であり、液晶相上限温度と液晶相下限温度の差が８０℃以上であることを特徴とするネマチック液晶組成物及びこれを用いた液晶表示素子。
【選択図】 なし

Description

本発明は電気光学的液晶表示材料として有用なネマチック液晶組成物、及びこれを用いた液晶表示素子に関する。

ツイストネマチック、超ねじれツイストネマチック又はアクティブマトリックスを初めとする液晶表示素子、特に中小型の携帯用液晶表示素子においては、使用環境温度に対する表示の安定性が重要なポイントとなっており、応答性や消費電力を低減できるより低い駆動電圧の液晶材料、あるいは−３０から０℃や４０から８０℃の温度域での駆動電圧、急峻な駆動電圧に対する光学特性や所望のデューティー駆動の周波数依存性等がより小さいこと等が求められている。

特に、液晶相の下限温度(T_→N)と液晶相上限温度(T_N-I)の差の絶対値である液晶相温度範囲(ΔT)は、液晶表示素子の低消費電力特性を生かした屋外での使用が増大したため重要である。また、低消費電力化のためにバックライトが不要の反射型あるいは半透過型の液晶表示素子の需要が増加し、表示品位の改善のために屈折率異方性の小さい液晶材料が求められている。しかしながら、従来の材料の組み合わせでは、液晶相温度範囲を拡大することは可能でも、屈折率異方性の点では反射型あるいは半透過型の液晶表示素子に求められるような充分に小さな値が得られていないのが現状であった(特許文献1参照)。そのため、粘度、閾値電圧等の液晶諸特性を悪化させずに屈折率異方性が充分に小さい液晶組成物の開発又は、この用途に最適な液晶材料の開発が望まれていた。

一方、トリフルオロメトキシ基を有する液晶化合物は既に知られており、幾つかの化合物及びこれらを用いた液晶組成物が開示されている(特許文献1及び2参照)。当該文献には、液晶化合物あるいは組成物との相溶性に優れ、粘性が低く高速応答が可能で、閾値電圧が低く低電圧駆動が可能であり、屈折率異方性が小さく、さらに電圧保持率が高くアクティブマトリックス駆動も充分可能であるようなネマチック液晶組成物としての使用が可能との記載はあるものの、反射型及び半透過型液晶表示素子に要求される極めて小さい屈折率異方性を有する液晶組成物を他の液晶諸特性を良好に維持したまま実現するかについての具体的な構成は開示されていない。

又、トリフルオロメトキシ基を有する液晶化合物を用いた屈折率異方性の小さい液晶組成物も既に知られており、好ましい化合物の具体例が開示されている(特許文献4参照)。しかしながら、この組成物は液晶相の下限温度が高いため実用的な液晶組成物としては使用することができないものである。
以上より、反射型あるいは半透過型に有効な屈折率異方性の小さい、優れた特性を有するネマチック液晶組成物の開発が望まれていた。

独国特許出願公開第４０２３１０７号明細書（２頁請求項１） 特開２００２−５３８６１号公報（８頁から実施例） 特開平１０−２１８８２５号公報（８頁から実施例） 特表２００２−５３３５２６号公報（３２頁の実施例７）

本発明の課題は、広いネマチック液晶相温度範囲を有した、閾値電圧が低く、粘度が低く、屈折率異方性の小さい、ネマチック液晶組成物を提供し、当該液晶組成物を構成部材とした特に反射型又は半透過型において優れた品位を有する表示素子を提供することである。

本発明者は、上記課題を解決するために、種々の液晶化合物を用いた液晶組成物を検討した結果本件発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は以下に記載のネマチック液晶組成物を提供する。尚、本発明において液晶化合物とは次の二つの化合物を示すものとする。
１；単独で液晶性を示す液晶化合物
２；その化合物単独では液晶性を示さなくとも、液晶化合物の少なくとも一種と混合された状態で液晶性を示し、かつ環構造及び連結基からなるコアに側鎖が結合した構造を有する化合物。

骨格中にトランス-4-トリフルオロメトキシシクロヘキシル基を有し分子中のシクロヘキサン環の数が２から４である化合物を少なくとも１種含有し、Δεの絶対値が１未満である液晶化合物を少なくとも１種含有し、さらに骨格中にナフタレン-2,6-ジイル基、デカヒドロナフタレン-2,6-ジイル基又は1,2,3,4-テトラヒドロナフタレン-2,6-ジイル基を有しΔεの絶対値が１以上の液晶化合物又は骨格中の６員環の数が４でありΔεの絶対値が１以上の液晶化合物を少なくとも１種含有し、２５℃における屈折率異方性が０．０５から０．１の範囲であり、２０℃における粘性が２５ｍＰａ・ｓ以下であり、２５℃における閾値電圧が１．９Ｖ以下であり、液晶相上限温度と液晶相下限温度の差が８０℃以上であることを特徴とするネマチック液晶組成物及び当該液晶組成物を用いた液晶表示素子を提供する。

本発明のネマチック液晶組成物により、液晶相温度範囲が広く、閾値電圧が低く、粘度が低く、屈折率異方性の小さいネマチック液晶組成物を提供することが可能となった。当該液晶組成物はアクティブマトリックス液晶表示素子、特に反射型又は半透過型の液晶表示素子の構成部材として用いることにより優れた表示品位を有する表示素子を提供することができる。

以下に本発明の一例について説明する。
本発明において、第一成分として骨格中にトランス-4-トリフルオロメトキシシクロヘキシル基を有し分子中のシクロヘキサン環の数が２から４である化合物を少なくとも１種含有するが、具体的には一般式(I)

(式中、R¹は炭素原子数１から１０のアルキル基、炭素原子数１から１０のアルコキシル基、炭素原子数２から１０のアルケニル基又は炭素原子数２から１０のアルケニルオキシ基を表し、Z¹及びZ²はそれぞれ独立して−COO−、−OCO−、−CH₂＝CH₂−、−CH₂CH₂−又は単結合を表し、ｎは０又は１を表す。)で表される化合物を含有することが好ましい。

一般式(I)において、R¹は、直鎖状の炭素数１から８のアルキル基又は炭素数２から８のアルケニル基が好ましく、アルケニル基では以下の(1)から(5)の構造がさらに好ましい。

(構造式は右端で環に連結しているものとする。)
Z¹及びZ²はそれぞれ独立して、−CH₂＝CH₂−、−CH₂CH₂−又は単結合が好ましく、−CH₂CH₂−又は単結合がより好ましい。
さらに具体的な構造として以下の一般式で表される化合物

(式中、R¹は一般式(I)におけると同じ意味を表す。)がより好ましく、以下の一般式で表される化合物

(式中、R⁶は、炭素原子数１から８のアルキル基、炭素原子数１から８のアルコキシル基又は炭素原子数２から８のアルケニル基を表す。)が特に好ましい。

本願発明の液晶組成物は、これらの骨格中にトランス-4-トリフルオロメトキシシクロヘキシル基を有する化合物を１種から８種含有することが好ましく、１種から６種含有することがより好ましく、１種から４種含有することが特に好ましい。又、その含有率が５から５０質量%の範囲であることが好ましく、１０から４０質量%の範囲であることが特に好ましい。

これらの化合物は、粘度を上昇させるものの閾値電圧を低くする効果があり、低い粘度を重視する場合はこれらの化合物の含有率が少ないことが好ましく、低い閾値電圧を重視する場合はこれらの化合物の含有率が多いことが好ましい。
第二成分としてΔεの絶対値が１未満である化合物を含有するが、具体的には一般式(II)

（式中、R²及びR³はそれぞれ独立的に水素原子、炭素数１から１５のアルキル基、少なくとも一つのハロゲンにより置換された炭素数１から１５のアルキル基、炭素数２から１５のアルケニル基又は少なくとも一つのハロゲンにより置換された炭素数２から１５アルケニル基を表し、これらの基中に存在する1個又は2個以上のCH₂基はそれぞれ独立して酸素原子が相互に直接結合しないものとして 酸素原子、硫黄原子、−CO−、−COO−、−OCO−又は−OCO−O−により置き換えられていても良く、
B¹、B²及びB³は、それぞれ独立的に
(ａ) トランス-1,4-シクロへキシレン基(この基中に存在する1個のCH₂基又は隣接していない2個以上のCH₂基は酸素原子又は硫黄原子に置き換えられても良い。)
(ｂ) 1,4-フェニレン基(この基中に存在する1個のCH₂基又は隣接していない2個以上のCH₂基は窒素原子に置き換えられても良い。)
(ｃ) 1,4-シクロヘキセニレン、1,4-ビシクロ(2.2.2)オクチレン、ピペリジン-1,4-ジイル、ナフタレン-2,6-ジイル、デカヒドロナフタレン-2,6-ジイル及び1,2,3,4-テトラヒドロナフタレン-2,6-ジイル
からなる群より選ばれる基を表し、上記の基(ａ)、基(ｂ)及び基(ｃ)はシアノ基又はハロゲンで置換されていても良く、lは０又は１を表し、L¹及びL²はそれぞれ独立して、−COO−、−OCO−、−CH₂O−、−OCH₂−、−CH₂CH₂−、−CH＝CH−、−C≡C−、−(CH₂)₄−、−CH＝CH−CH₂CH₂−、−CH₂CH₂−CH＝CH−又は単結合を表す。）で表される化合物を含有することが好ましい。

一般式(II)においてR²及びR³は、それぞれ独立して未置換の直鎖状炭素数１から１０のアルキル基又は炭素数２から１０のアルケニル基が好ましく、未置換の直鎖状炭素数１から８のアルキル基又は炭素数２から６のアルケニル基がより好ましく、アルケニル基では式(1)から(5)の構造が特に好ましい。また、R²及びR³は同一でも異なっていても良いが、同一分子中のR²及びR³は異なっていることがより好ましい。

L¹及びL²は、それぞれ独立して、−COO−、−OCO−、−CH₂CH₂−、−CH＝CH−、−C≡C−、−(CH₂)₄−又は単結合を表すことが好ましく、−CH₂CH₂−又は単結合を表すことがより好ましい。

B¹、B²及びB³はそれぞれ独立してトランス-1,4-シクロへキシレン基、1,4-フェニレン基、3-フルオロ-1,4-フェニレン基、3,5-ジフルオロ-1,4-フェニレン基又はデカヒドロナフタレン-2,6-ジイルを表すことが好ましく、トランス-1,4-シクロへキシレン基、1,4-フェニレン基又はデカヒドロナフタレン-2,6-ジイルがより好ましく、トランス-1,4-シクロへキシレン基が特に好ましい。
一般式(II)は、さらに具体的な構造として以下の一般式

(式中、R⁷及びR⁸は炭素原子数１から８のアルキル基又はアルコキシル基、炭素原子数２から８のアルケニル基、炭素原子数3〜8のアルケニルオキシ基を表す。)で表される構造が好ましい。

これらΔεの絶対値が１未満である化合物を１種から１２種含有することが好ましく、１種から８種含有することがより好ましく、１種から６種含有することが特に好ましい。又、これらの含有率は５質量%から５０質量%であることが好ましい。これらの化合物は、閾値電圧を低くする効果はないものの粘度を低くする効果があり、低い粘度を重視する場合はこれらの化合物の含有率が多いことが好ましく、低い閾値電圧を重視する場合はこれらの化合物の含有率が少ないことが好ましい。

第三成分として、さらに骨格中にナフタレン-2,6-ジイル基、デカヒドロナフタレン-2,6-ジイル基又は1,2,3,4-テトラヒドロナフタレン-2,6-ジイル基を有しΔεの絶対値が１以上の化合物又は骨格中の６員環の数が４でありΔεの絶対値が１以上の化合物を少なくとも１種含有するが、骨格中にナフタレン-2,6-ジイル基、デカヒドロナフタレン-2,6-ジイル基又は1,2,3,4-テトラヒドロナフタレン-2,6-ジイル基を有しΔεの絶対値が１以上の化合物として具体的には以下の一般式(IIIa)、一般式(IIIb)、一般式(IIIc)

(式中、R⁴は炭素原子数１から１０のアルキル基、炭素原子数１から１０のアルコキシル基、炭素原子数２から１０のアルケニル基又は炭素原子数２から１０のアルケニルオキシ基を表し、
C¹、C²及びC³はそれぞれ独立して、
(ｄ) トランス-1,4-シクロへキシレン基(この基中に存在する1個のCH₂基又は隣接していない2個以上のCH₂基は酸素原子又は硫黄原子に置き換えられても良い。)
(ｅ) 1,4-フェニレン基(この基中に存在する1個のCH₂基又は隣接していない2個以上のCH₂基は窒素原子に置き換えられても良い。)
(ｆ) 1,4-シクロヘキセニレン、1,4-ビシクロ(2.2.2)オクチレン、ピペリジン-1,4-ジイル、ナフタレン-2,6-ジイル、1,2,3,4-テトラヒドロナフタレン-2,6-ジイル及びデカヒドロナフタレン-2,6-ジイル
からなる群より選ばれる基を表し、上記の基(ｄ)、基(ｅ)及び基(ｆ)はシアノ基又はハロゲンで置換されていても良く、
K¹、K²及びK³はそれぞれ独立して、−COO−、−OCO−、−CH₂O−、−OCH₂−、−CH₂CH₂−、−CH＝CH−、−C≡C−、−(CH₂)₄−、−CH＝CH−CH₂CH₂−、−CH₂CH₂−CH＝CH−又は単結合を表し、X⁴、X⁵及びX⁶はそれぞれ独立して水素原子又はフッ素原子を表し、p及びqはそれぞれ独立して、０又は１を表し、X²は、水素原子、フッ素原子、塩素原子、シアノ基、トリフルオロメチル基、ジフルオロメチル基、フルオロメトキシ基、ジフルオロメトキシ基、トリフルオロメトキシ基、2,2,2-トリフルオロエチル基又はR⁴と同じ定義を表す。)で表される化合物を含有することが好ましい。

一般式(IIIa)、一般式(IIIb)及び一般式(IIIc)においてR⁴は、未置換の直鎖状炭素数１から１５のアルキル基又は炭素数２から１５のアルケニル基が好ましく、未置換の直鎖状炭素数１から８のアルキル基又は炭素数２から６のアルケニル基がより好ましく、アルケニル基では式(1)から(5)の構造が特に好ましい。

K¹、K²及びK³は、それぞれ独立して−COO−、−OCO−、−CH₂CH₂−、−CH＝CH−、−C≡C−、−(CH₂)₄−又は単結合を表すことが好ましく−CH₂CH₂−、−CH＝CH−、−(CH₂)₄−又は単結合を表すことがより好ましく、−CH₂CH₂−又は単結合を表すことが特に好まし、K¹、K²又はK³が複数存在する場合少なくとも一つは単結合であることが好ましい。

C¹、C²及びC³はそれぞれ独立してトランス-1,4-シクロへキシレン基、1,4-フェニレン基、3-フルオロ-1,4-フェニレン基又は3,5-ジフルオロ-1,4-フェニレン基を表すことが好ましく、トランス-1,4-シクロへキシレン基又は1,4-フェニレン基を表すことがより好ましく、トランス-1,4-シクロへキシレン基を表すことが特に好ましい。

X²は、フッ素原子、シアノ基、トリフルオロメチル基、ジフルオロメチル基、フルオロメトキシ基、ジフルオロメトキシ基又はトリフルオロメトキシ基を表すことが好ましく、フッ素原子を表すことがより好ましい。
一般式(IIIa)はより具体的な構造として以下の一般式

(式中、R⁹は炭素原子数１から８のアルキル基又はアルコキシル基、炭素原子数２から８のアルケニル基を表し、Y⁴はシアノ基、フッ素原子、塩素原子、トリフルオロメチル基、ジフルオロメトキシ基又はトリフルオロメトキシ基を表す。)で表される化合物又は、以下の一般式

(式中、R⁹は炭素原子数１から８のアルキル基又はアルコキシル基、炭素原子数２から８のアルケニル基を表す。)で表される化合物が好ましい。
一般式(IIIb)はより具体的な構造として以下の一般式

(式中、R⁹は炭素原子数１から８のアルキル基又はアルコキシル基、炭素原子数２から８のアルケニル基を表し、Y⁴はシアノ基、フッ素原子、塩素原子、トリフルオロメチル基、ジフルオロメトキシ基又はトリフルオロメトキシ基を表す。)で表される化合物が好ましい。
一般式(IIIc)は具体的な構造として以下の一般式

(式中、R⁹は炭素原子数１から８のアルキル基又はアルコキシル基、炭素原子数２から８のアルケニル基を表し、Y⁴はシアノ基、フッ素原子、塩素原子、トリフルオロメチル基、ジフルオロメトキシ基又はトリフルオロメトキシ基を表す。)で表される化合物が好ましい。
一般式(IIIa)、一般式(IIIb)及び一般式(IIIc)からなる群から選ばれる化合物を１種から１２種含有することが好ましく、１種から６種含有することがより好ましい。
Δεの絶対値が１以上の化合物として具体的には以下の一般式(IV)

(式中R⁵は、水素原子、炭素数１から１５のアルキル基、少なくとも一つのハロゲンにより置換された炭素数１から１５のアルキル基、炭素数２から１５のアルケニル基又は少なくとも一つのハロゲンにより置換された炭素数２から１５アルケニル基を表し、これらの基中に存在する1個又は2個以上のCH₂基はそれぞれ独立して酸素原子が相互に直接結合しないものとして酸素原子、硫黄原子、−CO−、−COO−、−OCO−又は−OCO−O−により置き換えられていても良く、

B⁵、B⁶は及びB⁷は、それぞれ独立的に
(ｇ) トランス-1,4-シクロへキシレン基(この基中に存在する1個のCH₂基又は隣接していない2個以上のCH₂基は酸素原子又は硫黄原子に置き換えられても良い。)
(ｈ) 1,4-フェニレン基(この基中に存在する1個のCH₂基又は隣接していない2個以上のCH₂基は窒素原子に置き換えられても良い。)
からなる群より選ばれる基を表し、上記の基(ｇ)及び基(ｈ)はシアノ基又はハロゲンで置換されていても良く、L⁴、L⁵及びL⁶はそれぞれ独立して、−COO−、−OCO−、−CH₂O−、−OCH₂−、−CH₂CH₂−、−CH＝CH−、−C≡C−、−(CH₂)₄−、−CH＝CH−CH₂CH₂−、−CH₂CH₂−CH＝CH−又は単結合を表し、X¹及びX³はそれぞれ独立して水素原子又はフッ素原子を表し、X²は、水素原子、フッ素原子、塩素原子、シアノ基、トリフルオロメチル基、ジフルオロメチル基、フルオロメトキシ基、ジフルオロメトキシ基、トリフルオロメトキシ基、2,2,2-トリフルオロエチル基又はR⁵と同じ定義を表す。)で表される化合物で表される化合物を含有することが好ましい。

一般式(IV)において、R⁵は、未置換の直鎖状炭素数１から１５のアルキル基又は炭素数２から１５のアルケニル基が好ましく、未置換の直鎖状炭素数１から８のアルキル基又は炭素数２から６のアルケニル基がより好ましく、アルケニル基では式(1)から(5)の構造が特に好ましい。

L⁴、L⁵及びL⁶は、それぞれ独立して−COO−、−OCO−、−CH₂CH₂−、−CH=CH−、−C≡C−、−(CH₂)₄−又は単結合を表すことが好ましく、−CH₂CH₂−、−CH=CH−、−(CH₂)₄−又は単結合を表すことがより好ましく、−CH₂CH₂−又は単結合を表すことが特に好ましく、L⁴、L⁵又はL⁶のうち少なくとも二つは単結合であることが好ましい。

B⁵、B⁶は及びB⁷はそれぞれ独立してトランス-1,4-シクロへキシレン基、1,4-フェニレン基、3-フルオロ-1,4-フェニレン基又は3,5-ジフルオロ-1,4-フェニレン基を表すことが好ましく、トランス-1,4-シクロへキシレン基又は1,4-フェニレン基を表すことがより好ましく、トランス-1,4-シクロへキシレン基を表すことが特に好ましい。

X¹及びX³はどちらか一方がフッ素原子を表すことが好ましい。
X²は、フッ素原子、シアノ基、トリフルオロメチル基、ジフルオロメチル基、フルオロメトキシ基、ジフルオロメトキシ基又はトリフルオロメトキシ基を表すことが好ましく、フッ素原子を表すことがより好ましい。
一般式(IV)は、より具体的な構造として以下の一般式

(式中、R⁹は炭素原子数１から８のアルキル基又はアルコキシル基、炭素原子数２から８のアルケニル基を表し、X³及びX⁴はそれぞれ独立してH又はFを表し、Y⁴はシアノ基、フッ素原子、塩素原子、トリフルオロメチル基、ジフルオロメトキシ基又はトリフルオロメトキシ基を表す。)で表される化合物が好ましい。
一般式(IV)で表される化合物を１種から８種含有することが好ましく、１種から４種含有することがより好ましい。

一般式(IIIa)、一般式(IIIb)、一般式(IIIc)及び一般式(IV)からなる群から選ばれる化合物を、１種から２０種含有することが好ましく、１種から１６種含有することがより好ましく、１種から１２種含有することが特に好ましい。又、これらの含有率は１０質量%から８０質量%が好ましい。これらの化合物は、粘度を上昇させてしまうものの閾値電圧を低くする効果があり、低い閾値電圧を重視する場合はこれらの化合物の含有率が多いことが好ましく、低い粘度を重視する場合はこれらの化合物の含有率を少なくすることが好ましい。

本発明のネマチック液晶組成物は一般式(Ia)で表される化合物、一般式(II)で表される化合物、一般式(IIIa)、一般式(IIIb)及び一般式(IIIc)からなる群から選ばれる化合物及び一般式(IV)で表される化合物を含有することが好ましい。
一般式(I)で表される化合物を含有しその含有率が５から５０質量%の範囲で、一般式(II)で表される化合物を含有しその含有率が５から５０質量%の範囲で、一般式(IIIa)、一般式(IIIb)及び一般式(IIIc)からなる群から選ばれる化合物を含有しその含有率が５から６０質量%の範囲であり、さらに一般式(IV)で表される化合物を含有しその含有率が５から５０%であることが特に好ましい。
又、追加の成分として、以下の一般式(V-1)

(式中、R⁹は炭素原子数１から８のアルキル基又はアルコキシル基、炭素原子数２から８のアルケニル基を表し、L⁷及びL⁸はそれぞれ独立して、−CH₂CH₂−、−CH=CH−、−C≡C−、−(CH₂)₄−又は単結合を表し、Iは1,4-フェニレン基又はトランス-1,4-シクロヘキシレン基を表し、X⁶は水素原子又はフッ素原子を表し、ｎは０又は１を表し、Y⁴はシアノ基、フッ素原子、塩素原子、トリフルオロメチル基、ジフルオロメトキシ基又はトリフルオロメトキシ基を表す。)で表される化合物を含有することも好ましく、一般式(V-1)は具体的には以下の一般式

(式中、R⁹は炭素原子数１から８のアルキル基又はアルコキシル基、炭素原子数２から８のアルケニル基を表し、X³及びX⁴はそれぞれ独立して水素原子又はフッ素原子を表し、Y⁴はシアノ基、フッ素原子、塩素原子、トリフルオロメチル基、ジフルオロメトキシ基又はトリフルオロメトキシ基を表す。)で表される化合物が好ましい。

本発明のネマチック液晶組成物は広い液晶相温度範囲(液晶相下限温度と液晶相上限温度の差の絶対値)を有するが、液晶相温度範囲が８０℃以上であることが好ましく、９０℃以上であることがより好ましく、１００℃以上が特に好ましい。また、液晶相上限温度は７０℃以上が好ましく、８０℃以上がより好ましい。さらに、液晶相下限温度は−２０℃以下が好ましく、−３０℃以下がより好ましい。

また、本発明のネマチック液晶組成物は、消費電力を低減する低い駆動電圧に有効な低い閾値電圧、応答速度の改良に有効な低い粘度及び反射型又は半透過型液晶表示素子に有効な小さい屈折率異方性を有することができるが、本発明のネマチック液晶組成物の２５℃における閾値電圧は１．９V以下であることが好ましく、１．７V以下であることがより好ましい。２０℃における粘度は２５mPa・s以下であることが好ましく、２０mPa・s以下であることがより好ましい。２５℃における屈折率異方性は０．０５から０．１の範囲であることが好ましく、０．０５から０．０９の範囲であることがより好ましく、０．０５５から０．０７の範囲であることが特に好ましい。

上記ネマチック液晶組成物はAM-LCDやSTN-LCDに有用であるがAM-LCDに特に有用であり、透過型、半透過型又は反射型の液晶表示素子に用いることができる。本発明のネマチック液晶組成物は、上記の化合物以外に、通常のネマチック液晶、スメクチック液晶、コレステリック液晶などを含有していてもよい。
図１は、上記のネマチック液晶組成物を用いた液晶表示素子の一例を示す。この液晶表示素子は、互いに平行に配置された一対の偏光板１と、これら偏光板１の内側にそれぞれ配置された絶縁性を有する透明な基板２と、これら基板２の内側にそれぞれ配置された透明電極３（もしくはアクティブ素子を伴う透明電極）と、これら透明電極３の内側にそれぞれ配置された配向膜４とを有する。これら一対の配向膜４の間に液晶５が充填され、配向膜４の作用により液晶分子が一定方向に配向されている。液晶５として前述したネマチック液晶組成物を使用することにより、前述した優れた効果が得られる。

なお、本発明の液晶表示素子は図示の構造に限定されず、必要に応じて、従来より既知の他の要素を付加してもよいし、あるいは他の要素を図示の要素の一部と置換してもよい。

以下、実施例を挙げて本発明を更に詳述するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。また、以下の実施例及び比較例の組成物における「%」は『質量%』を意味する。
実施例中、測定した特性は以下の通りである。
T_N-I ：ネマチック相−等方性液体相転移温度(℃)を液晶相上限温度とする
T_→N ：固体相又はスメクチック相−ネマチック相転移温度(℃)を液晶相下限温度とする
ΔT ：ネマチック液晶相温度範囲、｜T_N-I − T_→N ｜
Δn ：25℃にて測定した屈折率異方性
Vth ：セル厚6μmのTN-LCDを構成した時、25℃にて測定した閾値電圧(V)
η ：20℃にて測定した粘度(mPa・s)
化合物記載に下記の略号を使用する。
末端のn(数字) C_nH_2n+1-
C トランス-1,4-シクロヘキシレン基
P 1,4フェニレン基
E -COO-
e -OCO-
A -CH₂CH₂-
t -C≡C-
CN -C≡N
On -OC_nH_2n+1
F -F
f 末端基のオルト位に結合したF原子
ndm- C_nH_2n+1-C=C-(CH₂)_m-1-
-O(dm)n -O(CH2)m-2-C=C-CnH2n+1

(実施例1及び参考例) 液晶組成物の調整
以下に示すネマチック液晶組成物、実施例１(No.4)、参考例１(No.1)、参考例２(No.2)、参考例３(No.3)、参考例４(No.5)、参考例５(No.6)及び参考例６(No.7)を調整しその物性値を測定し、その結果を表１に示す。

表1に示すように、実施例1のネマチック液晶組成物は、液晶相の下限温度(T_→N)が低く、液晶相上限温度(T_N-I)が高く、広い液晶温度範囲を有しており、屈折率異方性(Δn)が小さく、Vthが低く、粘度も低いことが判る。
このネマチック液晶組成物を用いて、表示品位の優れたTFT液晶表示素子を作成することができた。

(比較例1、2、3、4、5及び6)
比較例１(R1)、比較例２(R2)、比較例３(R3)、比較例４(R4)、比較例５(R5)及び比較例６(R6)のネマチック液晶組成物を調整しその物性値を表２に示す。

トリフルオロメトキシシクロヘキシル基を有する化合物を含有しない、比較例１のネマチック液晶組成物は、実施例と同様に屈折率異方性(Δn)は小さく、T_N-Iが+９０℃と高い組成物であるが、T_→Nが+２３℃と高いために液晶相温度範囲が６７℃と狭く、２０℃では結晶が析出してしまい粘度測定ができず、Vthが２．０８Vと高いことから、実施例よりも明らかに劣ることが判る。

トリフルオロメトキシシクロヘキシル基を有する化合物を含有せず、縮合環系の化合物を含有する比較例２のネマチック液晶組成物も、実施例と同様に屈折率異方性(Δn)は小さく、粘度も１５．３mPa・sと低い組成物であるが、T_→Nが−４℃と高いために液晶相温度範囲が８５℃と狭く、Vthが１．８２Vと高いことから、実施例よりも劣ることが判る。

トリフルオロメトキシシクロヘキシル基を有する化合物を含有する特許文献３開示の液晶組成物である比較例３のネマチック液晶組成物は、実施例と同様に屈折率異方性(Δn)は小さいが、T_→Nが０℃と高いために液晶相温度範囲が６６℃と狭く、２０℃では結晶が析出してしまい粘度測定ができず、Vthが１．９１Vと高いことから、実施例よりも明らかに劣ることが判る。

トリフルオロメトキシシクロヘキシル基を有する化合物及び縮合環系の化合物を含有する特許文献１に開示された比較例４のネマチック液晶組成物は、実施例と同様に屈折率異方性(Δn)は小さく、Vthは１．４０Vと低い組成物であるが、T_→Nが０℃と高いことから液晶相温度範囲が７４℃と狭く、粘度が３７．２mPa・sと高いことから、実施例よりも明らかに劣ることが判る。

比較例５のネマチック液晶組成物は、実施例と同様に屈折率異方性(Δn)は小さく、T_N-Iが+９０℃と高く、T_→Nが−２３℃と低く、液晶相温度範囲が１１３℃と広い組成物であるが、Vthが２．２７Vと高いことから、実施例よりも劣ることが判る。

比較例６のネマチック液晶組成物は、実施例と同様に屈折率異方性(Δn)は小さく、T_N-Iが+８６℃と高く、T_→Nが−４６℃と低く、液晶相温度範囲が１３２℃と広く、Vthも１．５３Vと低いが、粘度が５５．２mPa・sと極端に高いため、実施例よりも劣ることが判る。

本発明に係る液晶表示素子の一例を示す拡大図である。

符号の説明

１ 偏光板
２ 基板
３ 透明電極もしくはアクティブ素子を伴う透明電極
４ 配向膜
５ 液晶

Claims (13)

1. 骨格中にトランス-4-トリフルオロメトキシシクロヘキシル基を有し分子中のシクロヘキサン環の数が３である液晶化合物を少なくとも１種含有し、Δεの絶対値が１未満である化合物を少なくとも１種含有し、さらに骨格中にナフタレン-2,6-ジイル基、デカヒドロナフタレン-2,6-ジイル基又は1,2,3,4-テトラヒドロナフタレン-2,6-ジイル基を有しΔεの絶対値が１以上の液晶化合物又は骨格中の６員環の数が４でありΔεの絶対値が１以上の液晶化合物を少なくとも１種含有し、２５℃における屈折率異方性が０．０５から０．１の範囲であり、２０℃における粘性が２５ｍＰａ・ｓ以下であり、２５℃における閾値電圧が１．９Ｖ以下であり、液晶相上限温度と液晶相下限温度の差が８０℃以上であることを特徴とするネマチック液晶組成物。
2. トランス-4-トリフルオロメトキシシクロヘキシル基を有する化合物が一般式(I)
   

   

   (式中、R¹は炭素原子数１から１０のアルキル基、炭素原子数１から１０のアルコキシル基、炭素原子数２から１０のアルケニル基又は炭素原子数２から１０のアルケニルオキシ基を表し、Z¹及びZ²はそれぞれ独立して−COO−、−OCO−、−CH₂＝CH₂−、−CH₂CH₂−又は単結合を表し、ｎは１を表す。)で表され、
   Δεの絶対値が１未満である化合物が一般式(II)
   

   

   （式中、R²及びR³はそれぞれ独立的に水素原子、炭素数１から１５のアルキル基、少なくとも一つのハロゲンにより置換された炭素数１から１５のアルキル基、炭素数２から１５のアルケニル基又は少なくとも一つのハロゲンにより置換された炭素数２から１５アルケニル基を表し、これらの基中に存在する1個又は2個以上のCH₂基はそれぞれ独立して酸素原子が相互に直接結合しないものとして 酸素原子、硫黄原子、−CO−、−COO−、−OCO−又は−OCO−O−により置き換えられていても良く、
   B¹、B²及びB³は、それぞれ独立的に
   (ａ) トランス-1,4-シクロへキシレン基(この基中に存在する1個のCH₂基又は隣接していない2個以上のCH₂基は酸素原子又は硫黄原子に置き換えられても良い。)
   (ｂ) 1,4-フェニレン基(この基中に存在する1個のCH₂基又は隣接していない2個以上のCH₂基は窒素原子に置き換えられても良い。)
   (ｃ) 1,4-シクロヘキセニレン、1,4-ビシクロ(2.2.2)オクチレン、ピペリジン-1,4-ジイル、ナフタレン-2,6-ジイル、デカヒドロナフタレン-2,6-ジイル及び1,2,3,4-テトラヒドロナフタレン-2,6-ジイル
   からなる群より選ばれる基を表し、上記の基(ａ)、基(ｂ)及び基(ｃ)はシアノ基又はハロゲンで置換されていても良く、lは０又は１を表し、L¹及びL²はそれぞれ独立して、−COO−、−OCO−、−CH₂O−、−OCH₂−、−CH₂CH₂−、−CH＝CH−、−C≡C−、−(CH₂)₄−、−CH＝CH−CH₂CH₂−、−CH₂CH₂−CH＝CH−又は単結合を表す。）で表され、
   Δεの絶対値が１以上である化合物が、一般式(IIIa)、一般式(IIIb)、一般式(IIIc)
   

   

   (式中、R⁴は炭素原子数１から１０のアルキル基、炭素原子数１から１０のアルコキシル基、炭素原子数２から１０のアルケニル基又は炭素原子数２から１０のアルケニルオキシ基を表し、
   C¹、C²及びC³はそれぞれ独立して、
   (ｄ) トランス-1,4-シクロへキシレン基(この基中に存在する1個のCH₂基又は隣接していない2個以上のCH₂基は酸素原子又は硫黄原子に置き換えられても良い。)
   (ｅ) 1,4-フェニレン基(この基中に存在する1個のCH₂基又は隣接していない2個以上のCH₂基は窒素原子に置き換えられても良い。)
   (ｆ) 1,4-シクロヘキセニレン、1,4-ビシクロ(2.2.2)オクチレン、ピペリジン-1,4-ジイル、ナフタレン-2,6-ジイル、1,2,3,4-テトラヒドロナフタレン-2,6-ジイル及びデカヒドロナフタレン-2,6-ジイル
   からなる群より選ばれる基を表し、上記の基(ｄ)、基(ｅ)及び基(ｆ)はシアノ基又はハロゲンで置換されていても良く、
   K¹、K²及びK³はそれぞれ独立して、−COO−、−OCO−、−CH₂O−、−OCH₂−、−CH₂CH₂−、−CH＝CH−、−C≡C−、−(CH₂)₄−、−CH＝CH−CH₂CH₂−、−CH₂CH₂−CH＝CH−又は単結合を表し、X⁴、X⁵及びX⁶はそれぞれ独立して水素原子又はフッ素原子を表し、p及びqはそれぞれ独立して、０又は１を表し、X²は、水素原子、フッ素原子、塩素原子、シアノ基、トリフルオロメチル基、ジフルオロメチル基、フルオロメトキシ基、ジフルオロメトキシ基、トリフルオロメトキシ基、2,2,2-トリフルオロエチル基又はR⁴と同じ定義を表す。)及び一般式(IV)
   

   

   (式中R⁵は、水素原子、炭素数１から１５のアルキル基、少なくとも一つのハロゲンにより置換された炭素数１から１５のアルキル基、炭素数２から１５のアルケニル基又は少なくとも一つのハロゲンにより置換された炭素数２から１５アルケニル基を表し、これらの基中に存在する1個又は2個以上のCH₂基はそれぞれ独立して酸素原子が相互に直接結合しないものとして酸素原子、硫黄原子、−CO−、−COO−、−OCO−又は−OCO−O−により置き換えられていても良く、
   B⁵、B⁶は及びB⁷は、それぞれ独立的に
   (ｇ) トランス-1,4-シクロへキシレン基(この基中に存在する1個のCH₂基又は隣接していない2個以上のCH₂基は酸素原子又は硫黄原子に置き換えられても良い。)
   (ｈ) 1,4-フェニレン基(この基中に存在する1個のCH₂基又は隣接していない2個以上のCH₂基は窒素原子に置き換えられても良い。)
   からなる群より選ばれる基を表し、上記の基(ｇ)及び基(ｈ)はシアノ基又はハロゲンで置換されていても良く、L⁴、L⁵及びL⁶はそれぞれ独立して、−COO−、−OCO−、−CH₂O−、−OCH₂−、−CH₂CH₂−、−CH＝CH−、−C≡C−、−(CH₂)₄−、−CH＝CH−CH₂CH₂−、−CH₂CH₂−CH＝CH−又は単結合を表し、X¹及びX³はそれぞれ独立して水素原子又はフッ素原子を表し、X²は、水素原子、フッ素原子、塩素原子、シアノ基、トリフルオロメチル基、ジフルオロメチル基、フルオロメトキシ基、ジフルオロメトキシ基、トリフルオロメトキシ基、2,2,2-トリフルオロエチル基又はR⁵と同じ定義を表す。)で表される化合物からなる群から選ばれる化合物である請求項１記載のネマチック液晶組成物。
3. Z¹及びZ²がそれぞれ独立して単結合又は−CH₂CH₂−を表す請求項２記載のネマチック液晶組成物。
4. 一般式(IIIa)、一般式(IIIb)及び一般式(IIIc)からなる群から選ばれる化合物を含有する請求項２記載のネマチック液晶組成物。
5. 一般式(IV)で表される化合物を含有する請求項２記載のネマチック液晶組成物。
6. 一般式(IIIa)、一般式(IIIb)及び一般式(IIIc)からなる群から選ばれる化合物を１種以上含有し、一般式(IV)から選ばれる化合物を１種以上含有する請求項２記載のネマチック液晶組成物。
7. 一般式(I)から選ばれる化合物の含有率が５から５０質量%の範囲であり、かつ一般式(II)から選ばれる化合物の含有率が５から５０質量%の範囲である請求項１又は２記載のネマチック液晶組成物。
8. 一般式(IIIa)、一般式(IIIb)及び一般式(IIIc)からなる群の含有率が５から６０質量%の範囲である請求項４又は６記載のネマチック液晶組成物。
9. 一般式(IV)から選ばれる化合物の含有率が５から５０質量%の範囲である請求項５又は６に記載のネマチック液晶組成物。
10. 一般式(I)で表される化合物の含有率が５から５０質量%の範囲であり、一般式(II)で表される化合物の含有率が５から５０質量%の範囲であり、一般式(IIIa)、一般式(IIIb)及び一般式(IIIc)からなる群から選ばれる化合物の含有率が５から６０質量%の範囲であり、一般式(IV)で表される化合物の含有率が５から５０質量%の範囲である請求項５記載のネマチック液晶組成物。
11. 請求項１から１０の何れかに記載のネマチック液晶組成物を用いた液晶表示素子。
12. 請求項１から１０の何れかに記載のネマチック液晶組成物を用いたアクティブマトリックス液晶表示素子。
13. 請求項１から１０の何れかに記載のネマチック液晶組成物を用いた反射型又は半透過型液晶表示素子。
    
    

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