JP2014062185A - ネマチック液晶組成物 - Google Patents

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Abstract

【課題】屈折率異方性(Δn)に調整され、ネマチック相の温度範囲を悪化させることなく、誘電率異方性(Δε)が正の液晶組成物を提供する
【解決手段】正の誘電率異方性を有する液晶組成物であって、前記液晶組成物が一般式(LC0)で表される化合物から選ばれる1種又は2種以上の化合物を含有し、さらに一般式(LC5)で表される化合物から選ばれる1種又は2種以上の化合物を含有することを特徴とする液晶組成物。
Figure 2014062185

Figure 2014062185

また表示不良が抑制されるという優れた特徴液晶表示素子が提供され、液晶ディスプレイとして非常に実用的であり、高速応答化に有効である。
【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誘電率異方性(Δε)が正の値を示すネマチック液晶組成物に関する。
液晶表示素子は、時計、電卓をはじめとして、各種測定機器、自動車用パネル、ワードプロセッサー、電子手帳、プリンター、コンピューター、テレビ、時計、広告表示板等に用いられるようになっている。液晶表示方式としては、その代表的なものにTN(ツイステッド・ネマチック)型、STN(スーパー・ツイステッド・ネマチック)型、ECB(電気制御複屈折)型、OCB(Optically Compensated Birefringence)型、BP(ブルー相)型、PDLC(高分子分散型)、PNLC(ポリマーネットワーク型)、TFT(薄膜トランジスタ)を用いた垂直配向を特徴としたVA型や水平配向を特徴としたIPS(イン・プレーン・スイッチング)型/FFS型等がある。これらの液晶表示素子に用いられる液晶組成物は水分、空気、熱、光などの外的要因に対して安定であること、また、室温を中心としてできるだけ広い温度範囲で液晶相を示し、低粘性であり、かつ駆動電圧が低いことが求められる。さらに液晶組成物は個々の表示素子に対してあわせ最適な誘電率異方性(Δε)または及び屈折率異方性(Δn)等を最適な値とするために、数種類から数十種類の化合物から構成されている。
垂直配向型ディスプレイではΔεが負の液晶組成物が用いられており、TN型、STN型又はIPS型等の水平配向型ディスプレイではΔεが正の液晶組成物が用いられている。近年、Δεが正の液晶組成物を電圧無印加時に垂直に配向させ、IPS型/FFS型電界を印加する事で表示する駆動方式も報告されており、Δεが正の液晶組成物の必要性はさらに高まっている。一方、全ての駆動方式において低電圧駆動、高速応答、広い動作温度範囲が求められている。すなわち、Δεが正で絶対値が大きく、粘度(η)が小さく、高いネマチック相−等方性液体相転移温度(Tni)が要求されている。また、Δnとセルギャップ(d)との積であるΔn×dの設定から、液晶組成物のΔnをセルギャップに合わせて適当な範囲に調節する必要がある。加えて液晶表示素子をテレビ等へ応用する場合においては高速応答性が重視されるため、γの小さい液晶組成物が要求される。
液晶組成物の構成成分として、Δεが正の液晶化合物である式(A−1)や(A−2)で表される化合物を使用した液晶組成物の開示があるが(特許文献1から4)、これら液晶組成物は十分に低い粘性を実現するに至っていない。
Figure 2014062185
WO96/032365号 特開平09−157202号 WO98/023564号 特開2003−183656号
本発明が解決しようとする課題は、所望の屈折率異方性(Δn)に調整され、ネマチック相−等方性液体相転移温度(Tni)の低減及びネマチック相の下限温度の上昇を抑えることによりネマチック相の温度範囲を悪化させることなく、粘度(η)が十分に低く、なおかつ、誘電率異方性(Δε)が正の液晶組成物を提供することにある。
本発明者は、種々のフルオロベンゼン誘導体を検討し、特定の化合物を組み合わせることにより前記課題を解決することができることを見出し、本件発明を完成するに至った。
本発明は、正の誘電率異方性を有する液晶組成物であって、前記液晶組成物が一般式(LC0)で表される化合物から選ばれる1種又は2種以上の化合物を含有し、さらに一般式(LC5)で表される化合物から選ばれる1種又は2種以上の化合物を含有することを特徴とする液晶組成物を提供し、更に、当該液晶組成物を用いた液晶表示素子を提供する。
Figure 2014062185
Figure 2014062185
(式中、R01、R51及びR52はそれぞれ独立して炭素数1〜15のアルキル基を表し、該アルキル基中の1つ又は2つ以上の−CH−は、酸素原子が直接隣接しないように、−O−、−CH=CH−、−CO−、−OCO−、−COO−、−C≡C−、−CFO−又は−OCF−で置換されてよく、該アルキル基中の1つ又は2つ以上の水素原子は任意にハロゲンで置換されていてもよく、A01〜A03、A51〜A53はそれぞれ独立して下記の何れかの構造
Figure 2014062185
であり、X01はそれぞれ独立して水素原子又はフッ素原子を表し、Z01及びZ02、Z51及びZ52はそれぞれ独立して単結合、−CH=CH−、−C≡C−、−CHCH−、−COO−,−OCO−、−(CH−、−OCH−、−CHO−、−OCF−又は−CFO−を表し、m01、m02及びm51はそれぞれ独立して0〜3の整数を表し、A01、A02、A52、Z01、Z02及び/又はZ52が複数存在する場合、それらは同一であっても、異なっていてもよい。)
本願発明における液晶組成物は前記一般式(LC0)で表される化合物から選ばれる1種又は2種以上の化合物を含有し、さらに一般式(LC5)で表される化合物から選ばれる1種又は2種以上の化合物を含有する。該液晶組成物は低温においても安定した液晶相を示すため、実用的な液晶組成物であるということができる。
これらの一般式(LC0)及び一般式(LC5)中のR01、R51及びR52はそれぞれ独立して炭素数1〜8のアルキル基、炭素数2〜8のアルケニル基又は炭素数1〜8のアルコキシ基であることが好ましく、直鎖であることが好ましい。R01、R51及びR52がアルケニル基の場合、式(R1)から式(R5)のいずれかで表される基から選ばれることが好ましい。(各式中の黒点は環との連結点を表す。)A01、A51及びA53がトランス−1,4−シクロヘキシレン基の場合、式(R1)から式(R5)のいずれかで表される基はより好ましく、式(R1)、式(R2)、式(R4)が更に好ましい。一般式(LC5)におけるR51、R53の少なくとも一方が式(R1)から式(R5)のいずれかのアルケニル基である化合物を1種又は2種以上含有することは更に好ましい。
Figure 2014062185
(各式中の黒点は環との連結点を表す。)
01〜A03はそれぞれ独立して、トランス−1,4−シクロヘキシレン基、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−フェニレン基及びテトラヒドロピラン基であることが好ましい。A01〜A03のいずれかがテトラヒドロピラン基である場合は、A01がテトラヒドロピラン基であることが好ましい。A51〜A53はそれぞれ独立して、トランス−1,4−シクロヘキシレン基、1,4−フェニレン基、3−フルオロ−1,4−フェニレン基又は2−フルオロ−1,4−フェニレン基が好ましい。
01及びZ02はそれぞれ独立して単結合、−CH=CH−、−C≡C−、−CHCH−、−OCF−又は−CFO−が好ましく、存在するZ01及びZ02のうち一つが−CH=CH−、−C≡C−、−CHCH−、−(CH−、−OCF−又は−CFO−を表す場合、他は単結合を表すことが好ましく、全てが単結合を表すことが更に好ましい。
51及びZ52はそれぞれ独立して単結合、−CH=CH−、−C≡C−、−CHCH−、−OCF−又は−CFO−が好ましく、存在するZ51及びZ52の一つが−CH=CH−、−C≡C−、−CHCH−、−(CH−、−OCH−、−CHO−、−OCF−又は−CFO−を表す場合、他は単結合であることが好ましく、全てが単結合を表すことが更に好ましい。
01はFであることが大きな誘電率異方性(Δε)又は同程度の誘電率異方性(Δε)に対し顕著に低い粘度(η)となることから特に好ましい。
01〜m51はそれぞれ独立して0〜3の整数を表すことが出来るが、m01+m02は1、2又は3がより好ましい。
本発明の液晶組成物の成分である一般式(LC0)で表される化合物は、下記一般式(LC0−1)から一般式(LC0−36)で表される化合物であることがより好ましい。
(式中、Rは一般式(LC0)におけるR01と同じ意味を表す。)
Figure 2014062185
本発明の液晶組成物の成分である一般式(LC5)で表される化合物は、下記一般式(LC5−1)から一般式(LC5−33)で表される化合物であることが好ましい。
(式中、R51及びR52は請求項1と同じ意味を表し、−(F)はH又はFを表す。)
Figure 2014062185
Figure 2014062185
この中で、一般式(LC5−1)から一般式(LC5−8)、一般式(LC5−14)、一般式(LC5−16)、一般式(LC5−18)から一般式(LC5−26)で表される化合物群を本発明の必須成分である一般式(LC0)と併用することがより好ましい。
更に一般式(LC5−1)及び一般式(LC5−4)におけるR51及びR52の少なくとも一方がアルケニル基、特に下記式(R1)から(R5)
Figure 2014062185
のいずれかのアルケニル基であることが特に好ましい。
一般式(LC5)で表される化合物は1種又は2種以上含有し、含有量の合計が20〜90質量%であることが好ましく、40〜80質量%であることがより好ましい。
本発明の液晶組成物は、必須成分である一般式(LC0)及び一般式(LC5)で表される化合物に加えて、一般式(LC1)〜一般式(LC4)で表される化合物からなる群より選ばれる1種又は2種以上の化合物を含有することが好ましい。
Figure 2014062185
(式中、R11〜R41はそれぞれ独立して炭素数1〜15のアルキル基を表し、該アルキル基中の1つ又は2つ以上の−CH−は、酸素原子が直接隣接しないように、−O−、−CH=CH−、−CO−、−OCO−、−COO−、−C≡C−、−CFO−又は−OCF−で置換されてよく、該アルキル基中の1つ又は2つ以上の水素原子は任意にハロゲンで置換されていてもよく、A11〜A42はそれぞれ独立して下記の構造
Figure 2014062185
の何れかを表し、X11〜X43はそれぞれ独立して−H、−Cl、−F、−CF又は−OCFを表し、Y11〜Y41は−CN、−Cl、−F、−CF、−OCHF又は−OCFを表し、Z31〜Z42はそれぞれ独立して単結合、−CH=CH−、−C≡C−、−CHCH−、−(CH−、−OCH−、−CHO−、−COO−、−OCO−、−OCF−又は−CFO−を表し、存在するZ31及びZ32の内少なくとも1つは単結合でなく、m21〜m42はそれぞれ独立して0〜3の整数を表し、A23、A31、A32、A41、A42、Z31、Z32、Z41及び/又はZ42が複数存在する場合、それらは同一であっても、異なっていてもよい。)
一般式(LC1)で表される化合物は、一般式(LC1−1)から一般式(LC2−8)
Figure 2014062185
で表される化合物であることが好ましく、一般式(LC1−1)から一般式(LC1−3)、一般式(LC1−4)及び一般式(LC1−8)で表される化合物群はさらに好ましい。(式中、R11は請求項5と同じ意味を表す。)
一般式(LC2)で表される化合物は、下記一般式(LC2−1)から一般式(LC2−25)
Figure 2014062185
Figure 2014062185
で表される化合物であることが好ましい。一般式(LC2−1)から一般式(LC2−4)及び一般式(LC2−9)から一般式(LC2−11)で表される化合物群はさらに好ましい。(式中、X23、X24、X25及びX26はそれぞれ独立して水素原子、Cl、F、CF又はOCFを表し、X22、R21及びY21は請求項5と同じ意味を表す。)
一般式(LC3)で表される化合物は、下記一般式(LC3−1)から一般式(LC3−43)
Figure 2014062185
Figure 2014062185
Figure 2014062185
で表される化合物であることが好ましい。その内、一般式(LC3−5)、一般式(LC3−15)、一般式(LC3−20)から一般式(LC3−32)、一般式(LC3−34)、一般式(LC3−42)で表される化合物群から選ばれる化合物と本発明の必須成分である一般式(LC0)及び一般式(LC5)で表される化合物とを併用することがより好ましい。また、一般式(LC3−20)及び一般式(LC3−21)におけるX33とX34がFである化合物群及び/又は一般式(LC3−25)、一般式(LC3−26)、一般式(LC3−29)から一般式(LC3−32)の化合物群から選ばれる化合物と本発明の必須成分である一般式(LC0)及び一般式(LC5)で表される化合物とを併用することがより好ましい。
(式中、X33、X34、X35、X36、X37及びX38はそれぞれ独立してH、Cl、F、CF又はOCFを表し、X32、R31、A31、Y31及びZ31は請求項5と同じ意味を表す。)
一般式(LC4)で表される化合物は、下記一般式(LC4−1)から一般式(LC4−23)
Figure 2014062185
Figure 2014062185
(式中、X44、X45、X46及びX47はそれぞれ独立してH、Cl、F、CF又はOCFを表し、X42、X43、R41及びY41は一般式(LC4)におけると同じ意味を表す。)で表される化合物であることが好ましい。この内、一般式(LC4−1)から一般式(LC4−3)、一般式(LC4−6)、一般式(LC4−9)、一般式(LC4−10)、一般式(LC4−12)から一般式(LC4−17)で表される化合物群から選ばれる化合物と本発明の必須成分である一般式(LC0)及び一般式(LC5)で表される化合物とを併用することがより好ましい。一般式(LC4−9)から一般式(LC4−11)及び一般式(LC4−15)から一般式(LC4−17)におけるX44及び又はX45がFである化合物群から選ばれる化合物と本発明の必須成分である一般式(LC0)及び一般式(LC5)で表される化合物とを併用することが更に好ましい。
更に、本発明の組成物は、一般式(LC1)から一般式(LC4)におけるA11からA42がテトラヒドロピラン基で表される化合物を1種又は2種以上含有することが好ましい。また、一般式(LC3)、一般式(LC4)におけるZ31からZ42が−CFO−又は−OCF−で表される化合物を1種又は2種以上含有することが好ましい。
本発明の液晶組成物は、20℃での粘度ηが20mPa・s以下であることが好ましい。
本発明の液晶組成物は、光学活性化合物を1種又は2種以上含有することが出来る。光学活性化合物は、液晶分子を捩らせて配向させることが可能であればどんなものでも使用できる。通常この捩れは温度で変化するので所望の温度依存性を得るために複数の光学活性化合物を使用することも出来る。ネマチック液晶相の温度範囲や粘度などに悪影響を与えないようにするために、捩れ効果の強い光学活性化合物を選んで使用することが好ましい。この様な光学活性化合物として、具体的には、コレステリックノナネイトなどの液晶や下記一般式(Ch−1)から一般式(Ch−6)で表される化合物が好ましい。
Figure 2014062185
(式中、Rc1、Rc2、Rはそれぞれ独立して炭素数1〜15のアルキル基を表し、該アルキル基中の1つ又は2つ以上の−CH−は、酸素原子が直接隣接しないように、−O−、−CH=CH−、−CO−、−OCO−、−COO−、−C≡C−、−CFO−又は−OCF−で置換されてよく、該アルキル基中の1つ又は2つ以上の水素原子は任意にハロゲンで置換されていてもよく、但しRは光学活性を有する分岐鎖基又はハロゲン置換基を少なくともひとつ有しており、Zc1、Zc2、それぞれ独立して単結合、−CH=CH−、−C≡C−、−CHCH−、−(CH−、−COO−、−OCO−、−OCH−、−CHO−、−OCF−又は−CFO−を表し、D、Dはシクロヘキサン環又はベンゼン環を表し、シクロヘキサン環中の1つ又は2つ以上の−CH−は酸素原子が直接隣接しないように−O−で置換されていてもよく、また該環注の1つ又は2つ以上の−CHCH−は−CH=CH−、−CFO−又は−OCF−で置換されていてもよく、ベンゼン環中の1つ又は2つ以上の−CH=は窒素原子が直接隣接しないように、−N=で置換されていてもよく、該環中の1つ以上の水素原子がF、Cl、CHで置換されていてもよく、t、tは0、1、2又は3を表し、MG*、Qc1及びQc2は下記の構造
Figure 2014062185
(式中、D、Dはシクロヘキサン環又はベンゼン環を表し、シクロヘキサン環中の1つ又は2つ以上の−CH−は酸素原子が直接隣接しないように−O−で置換されていてもよく、また該環注の1つ又は2つ以上の−CHCH−は−CH=CH−、−CFO−又は−OCF−で置換されていてもよく、ベンゼン環中の1つ又は2つ以上の−CH=は窒素原子が直接隣接しないように、−N=で置換されていてもよく、該環中の1つ以上の水素原子がF、Cl、CHで置換されていてもよい。)を表す。
本発明の液晶組成物は、重合性化合物を1種又は2種以上含有してもよく、重合性化合物が、ベンゼン誘導体、トリフェニレン誘導体、トルキセン誘導体、フタロシアニン誘導体又はシクロヘキサン誘導体を分子の中心の母核とし、直鎖のアルキル基、直鎖のアルコキシ基又は置換ベンゾイルオキシ基がその側鎖として放射状に置換した構造である円盤状液晶化合物であることが好ましい。
具体的には重合性化合物が一般式(PC)
Figure 2014062185
で表される重合性化合物であることが好ましい。(式中、Pは重合性官能基を表し、Spは炭素原子数0〜20のスペーサー基を表し、Qp1は単結合、−O−、−NH−、−NHCOO−、−OCONH−、−CH=CH−、−CO−、−COO−、−OCO−、−OCOO−、−OOCO−、−CH=CH−、−CH=CH−COO−、−OCO−CH=CH−又は−C≡C−を表し、p及びpはそれぞれ独立して1、2又は3を表し、MGはメソゲン基又はメソゲン性支持基を表し、Rp1は、ハロゲン原子、シアノ基又は炭素原子数1〜25のアルキル基を表し、該アルキル基中の1つ又は2つ以上のCH基は、O原子が直接隣接しないように、−O−、−S−、−NH−、−N(CH)−、−CO−、−COO−、−OCO−、−OCOO−、−SCO−、−COS−又は−C≡C−により置き換えられていても良く、あるいはRp1はP−Sp−Qp2−であることができ、P、Sp、Qp2はそれぞれ独立してP、Sp、Qp1と同じ意味を表す。)
より好ましくは、重合性化合物一般式(PC)におけるMGが以下の構造
Figure 2014062185
で表される重合性化合物である。
(式中、C01〜C03はそれぞれ独立して1,4-フェニレン基、1,4-シクロヘキシレン基、1,4-シクロヘキセニル基、テトラヒドロピラン-2,5-ジイル基、1,3-ジオキサン-2,5-ジイル基、テトラヒドロチオピラン-2,5-ジイル基、1,4-ビシクロ(2,2,2)オクチレン基、デカヒドロナフタレン-2,6-ジイル基、ピリジン-2,5-ジイル基、ピリミジン-2,5-ジイル基、ピラジン-2,5-ジイル基、1,2,3,4-テトラヒドロナフタレン-2,6-ジイル基、2,6-ナフチレン基、フェナントレン-2,7-ジイル基、9,10-ジヒドロフェナントレン-2,7-ジイル基、1,2,3,4,4a,9,10a-オクタヒドロフェナントレン2,7-ジイル基又はフルオレン2,7-ジイル基を表し、1,4-フェニレン基、1,2,3,4-テトラヒドロナフタレン-2,6-ジイル基、2,6-ナフチレン基、フェナントレン-2,7-ジイル基、9,10-ジヒドロフェナントレン-2,7-ジイル基、1,2,3,4,4a,9,10a-オクタヒドロフェナントレン2,7-ジイル基及びフルオレン-2,7-ジイル基は置換基として1個以上のF、Cl、CF、OCF、シアノ基、炭素原子数1〜8のアルキル基、アルコキシ基、アルカノイル基、アルカノイルオキシ基、炭素原子数2〜8のアルケニル基、アルケニルオキシ基、アルケノイル基又はアルケノイルオキシ基を有していても良く、Zp1及びZp2はそれぞれ独立して−COO−、−OCO−、−CHCH−、−OCH−、−CHO−、−CH=CH−、−C≡C−、−CH=CHCOO−、−OCOCH=CH−、−CHCHCOO−、−CHCHOCO−、−COOCHCH−、−OCOCHCH−、−CONH−、−NHCO−又は単結合を表し、pは0、1又は2を表す。)
ここで、Sp及びSpはそれぞれ独立してアルキレン基である場合、該アルキレン基は1つ以上のハロゲン原子又はCNにより置換されていても良く、この基中に存在する1つ又は2つ以上のCH基はO原子が直接隣接しないように−O−、−S−、−NH−、−N(CH)−、−CO−、−COO−、−OCO−、−OCOO−、−SCO−、−COS−又は−C≡C−により置き換えられていてもよい。また、P及びPはそれぞれ独立して下記の一般式
Figure 2014062185
のいずれかであることが好ましい。
(式中、Rp2からRp6はそれぞれ独立して水素原子、ハロゲン原子又は炭素原子数1〜5のアルキル基を表す。)
より具体的には、重合性化合物一般式(PC)が一般式(PC0−1)から一般式(PC0−6)
Figure 2014062185
(式中、pはそれぞれ独立して1、2又は3を表す。)で表される重合性化合物であることが好ましい。さらに具体的には、一般式(PC1−1)から一般式(PC1−9)
Figure 2014062185
(式中、pは0、1、2、3又は4を表す。)で表される重合性化合物が好ましい。その内、Sp、Sp、Qp1及びQp2が単結合であることが好ましく、P及びPが式(PC0−a)であることが好ましく、アクリロイルオキシ基及びメタクリロイルオキシ基であることがより好ましく、p+pが2、3又は4であることが好ましく、Rp1がH、F、CF、OCF、CH又はOCHであることが好ましい。更に、一般式(PC1−2)、一般式(PC1−3)、一般式(PC1−4)及び一般式(PC1−8)で表される化合物が好ましい。
また、一般式(PC)におけるMGが一般式(PC1)−9で表される円盤状液晶化合物であることも好ましい
Figure 2014062185
(式中、Rはそれぞれ独立してP−Sp−Qp1又は一般式(PC1−e)の置換基を表し、R81及びR82はそれぞれ独立して水素原子、ハロゲン原子又はメチル基を表し、R83は炭素原子数1〜20アルコキシ基を表し、該アルコキシ基中の少なくとも1つの水素原子は前記一般式(PC0−a)から(PC0−d)で表される置換基で置換されている。)
重合性化合物の使用量は好ましくは0.05〜2.0質量%である。
本発明の重合性化合物を含有する液晶組成物は、該重合性化合物を重合させて液晶表示素子を作製する。この際に、未重合成分を所望量以下に低減することが求められており、液晶組成物に対し、一般式(LC0)における部分構造にビフェニル基及び又はターフェニル基を有する重合性化合物を含有することが好ましい。さらに具体的には、一般式(LC0−4)から一般式(LC0−6)、一般式(LC0−10)から一般式(LC0−16)、一般式(LC0−27)から一般式(LC0−107)で表される化合物が好ましく、一種又は二種以上を選び、0.1〜40質量%含有させることが好ましい。また、一般式(PC1−1)から一般式(PC1−3)、一般式(PC1−8)又は一般式(PC1−9)で表される重合性化合物からなる群の中で併用することが好ましい。
前記液晶組成物は、さらに酸化防止剤を1種又は2種以上含有することもでき、さらにUV吸収剤を1種又は2種以上含有することもできる。酸化防止剤としては、下記一般式(E−1)及び又は一般式(E−2)で表される中から選ぶことが好ましい。
Figure 2014062185
(式中、Re1は炭素数1〜15のアルキル基を表し、該アルキル基中の1つ又は2つ以上の−CH−は、酸素原子が直接隣接しないように、−O−、−CH=CH−、−CO−、−OCO−、−COO−、−C≡C−、−CFO−又は−OCF−で置換されてよく、該アルキル基中の1つ又は2つ以上の水素原子は任意にハロゲンで置換されていてもよく、
e1、Ze2はそれぞれ独立して単結合、−CH=CH−、−C≡C−、−CHCH−、−(CH−、−COO−、−OCO−、−OCH−、−CHO−、−OCF−又は−CFO−を表し
はシクロヘキサン環又はベンゼン環を表し、シクロヘキサン環中の1つ又は2つ以上の−CH−は酸素原子が直接隣接しないように−O−で置換されていてもよく、また該環注の1つ又は2つ以上の−CHCH−は−CH=CH−、−CFO−又は−OCF−で置換されていてもよく、ベンゼン環中の1つ又は2つ以上の−CH=は窒素原子が直接隣接しないように、−N=で置換されていてもよく、該環中の1つ以上の水素原子がF、Cl、CHで置換されていてもよく、qは0、1、2又は3を表す。)
本発明の液晶組成物は、液晶表示素子特にアクティブマトリックス駆動用液晶表示素子として、例えばTNモード、OCBモード、ECBモード、IPS(FFS電極を含む)モード又はVA−IPSモード(FFS電極を含む)に使用することが出来る。ここで、VA−IPSモードとは、電圧無印加時に、誘電率異方性が正の液晶材料(Δε>0)を基板面に対し垂直に配向させ、同一基板面上に配置した画素電極と共通電極により液晶分子を駆動する方法であり、画素電極と共通電極で発生する湾曲電界の方向に液晶分子が配列することから、容易に画素分割やマルチドメインを形成することができ、応答にも優れる利点がある。非特許文献Proc.13th IDW,97(1997)、Proc.13th IDW,175(1997)、SID Sym.Digest,319(1998)、SID Sym.Digest,838(1998)、SID Sym.Digest,1085(1998)、SID Sym.Digest,334(2000)、Eurodisplay Proc.,142(2009)によれば、EOC、VA−IPSなど種々の呼称がされているが、本発明においては以下「VA−IPS」と略称する。
一般的にTN、ECB方式におけるフレデリックス転移の閾値電圧(Vc)は式(I)
Figure 2014062185
により表され、STN方式においては式(II)
Figure 2014062185
により表され、VA方式は式(III)により表される。
Figure 2014062185
(式中、Vcはフレデリックス転移(V)、Πは円周率、dcellは第一基板と第二基板の間隔(μm)、dgapは画素電極と共通電極の間隔(μm)、dITOは画素電極及び/又は共通電極の幅(μm)、<r1>、<r2>、及び<r3>は外挿長(μm)、K11はスプレイの弾性定数(N)、K22はツイストの弾性定数(N)、K33はベンドの弾性定数(N)を表し、Δεは誘電率の異方性を表す。)
一方、VA−IPS方式においては、本発明者等によって、式(IV)が適用されることを見出している。
Figure 2014062185
(式中、Vcはフレデリックス転移(V)、Πは円周率、dcellは第一基板と第二基板の間隔(μm)、dgapは画素電極と共通電極の間隔(μm)、dITOは画素電極及び/又は共通電極の幅(μm)、<r>、<r‘>、<r3>は外挿長(μm)、K33はベンドの弾性定数(N)、Δεは誘電率の異方性を表す。)式(IV)から、セル構成はdgapをなるべく小さく、dITOをなるべく大きくすることにより、低駆動電圧化が図れ、使用する液晶組成物のΔεの絶対値が大きく、K33が小さいものを選択することにより、低駆動電圧化が図れる。
本発明の液晶組成物は、好ましいΔε、K11、K33に調整することが出来る。
液晶組成物の屈折率異方性(Δn)と表示装置の第一の基板と、第二の基板との間隔(d)の積(Δn・d)は、視角特性や応答速度に強く関連する。そのため、間隔(d)は3〜4μmと薄くなる傾向にある。積(Δn・d)は、TNモード、ECBモード、IPSモードの場合0.31〜0.33が好ましい。VA−IPSモードおいては、両基板に対して垂直配向の場合0.20〜0.59が好ましく、0.30〜0.40が特に好ましい。このように各種表示素子のモードの種類によって、積(Δn・d)の適性値が異なるため、液晶組成物の屈折率異方性(Δn)は0.070〜0.110の範囲、0.100〜0.140の範囲、あるいは、0.130〜0.180の範囲と各々異なった範囲の屈折率異方性(Δn)を有する液晶組成物が求められている。本発明の液晶組成物において、小さい若しくは比較的小さい屈折率異方性(Δn)を得るためには、一般式(LC0−1)一般式(LC0−2)、一般式(LC0−13)から一般式(LC0−16)で表される化合物からなる群から一種又は二種以上を選び、0.1〜80質量%含有させることが好ましく、大きい若しくは比較的大きい屈折率異方性(Δn)を得るためには、一般式(LC0−3)から一般式(LC0−12)、一般式(LC0−22)から一般式(LC0−36)で表される化合物ならなる群から一種又は二種以上を選び、0.1〜60質量%含有させることが好ましい。
無印加時の液晶配向が基板面に略水平を必要とするTNモード、STNモード、ECBモードの場合のチルト角は0.5〜7°が好ましく、無印加時の液晶配向が基板面に略垂直を必要とするVA−IPモードの場合のチルト角は85〜90°が好ましい。この様に液晶組成物を配向させるためには、ポリイミド(PI)、ポリアミド、カルコン、シンナメート又はシンナモイル等からなる配向膜を設けることができる。また、配向膜は光配向技術を用いて作成したものを使用することが好ましい。一般式(LC0)におけるX01がFである化合物を含有する本発明の液晶組成物は、配向膜の容易軸に並び易く所望のチルト角を制御しやすい。
更に、重合性化合物として一般式(PC)で表される化合物含有した本発明の液晶組成物は、電圧印加下あるいは電圧無印加下で該液晶組成物中に含有する重合性化合物を重合させて作製した高分子安定化のTNモード、OCBモード、ECBモード、IPSモード又はVA−IPSモード用液晶表示素子を提供できる。
以下、例を挙げて本願発明を更に詳述するが、本願発明はこれらによって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。
液晶組成物の物性として、以下のように表す。
TN-I :ネマチック相−等方性液体相転移温度(℃)
T-n :ネマチック相の下限温度(℃)
ε⊥ :25℃での分子長軸方向に対し垂直な方向の誘電率
Δε :25℃での誘電率異方性
no :25℃での常光に対する屈折率
Δn :25℃での屈折率異方性
Vth :25℃での周波数1KHzの矩形波を印加した時の透過率が10%変化するセル厚6μmのセルでの印加電圧(V)
η :20℃でのバルク粘性(mPa・s)
γ :回転粘性(mPa・s)
化合物記載に下記の略号を使用する。
Figure 2014062185
Figure 2014062185
(実施例1)
以下に、調製した液晶組成物とその物性値を示す。
Figure 2014062185

(比較例1)
以下に、調製した液晶組成物とその物性値を示す。
Figure 2014062185
当該液晶組成物は本願の一般式(LC0)で表される化合物を含有しない液晶組成物である。実施例1の方が、より高いTni、より低いT−n、はるかに低い粘度であり、なおかつより大きなΔεを示し、本発明の組み合わせが非常に優れたものであることがわかる。
(実施例2)
以下に、調製した液晶組成物とその物性値を示す。
Figure 2014062185
(実施例3)
以下に、調製した液晶組成物とその物性値を示す。
Figure 2014062185
(実施例4)
以下に、調製した液晶組成物とその物性値を示す。
Figure 2014062185
(実施例5)
以下に、調製した液晶組成物とその物性値を示す。
Figure 2014062185
(実施例6)
以下に、調製した液晶組成物とその物性値を示す。
Figure 2014062185
(実施例7)
以下に、調製した液晶組成物とその物性値を示す。
Figure 2014062185
(実施例8)
以下に、調製した液晶組成物とその物性値を示す。
Figure 2014062185
(実施例9)
以下に、調製した液晶組成物とその物性値を示す。
Figure 2014062185
(実施例10)
以下に、調製した液晶組成物とその物性値を示す。
Figure 2014062185
実施例2〜10で示されるように、本発明は。より高いTni、より低いT−n、はるかに低い粘度であり、なおかつより大きなΔεを示し、非常に優れたものであることがわかる。

Claims (19)

  1. 正の誘電率異方性を有する液晶組成物であって、前記液晶組成物が一般式(LC0)で表される化合物から選ばれる1種又は2種以上の化合物を含有し、さらに一般式(LC5)で表される化合物から選ばれる1種又は2種以上の化合物を含有することを特徴とする液晶組成物。
    Figure 2014062185
    Figure 2014062185
    (式中、R01、R51及びR52はそれぞれ独立して炭素数1〜15のアルキル基を表し、該アルキル基中の1つ又は2つ以上の−CH−は、酸素原子が直接隣接しないように、−O−、−CH=CH−、−CO−、−OCO−、−COO−、−C≡C−、−CFO−又は−OCF−で置換されてよく、該アルキル基中の1つ又は2つ以上の水素原子は任意にハロゲンで置換されていてもよく、A01〜A03、A51〜A53はそれぞれ独立して下記の何れかの構造
    Figure 2014062185
    であり、X01はそれぞれ独立して水素原子又はフッ素原子を表し、Z01、Z02、Z51及びZ52はそれぞれ独立して単結合、−CH=CH−、−C≡C−、−CHCH−、−COO−,−OCO−、−(CH−、−OCH−、−CHO−、−OCF−又は−CFO−を表し、m01、m02及びm51はそれぞれ独立して0〜3の整数を表し、A01、A02、A52、Z01、Z02及び/又はZ52が複数存在する場合、それらは同一であっても、異なっていてもよい。)
  2. 一般式(LC0)の−OCX01 −が−OCH−及び/又は−OCF−である化合物を1種又は2種以上の化合物を含有する請求項1記載の液晶組成物。
  3. 一般式(LC0)で表される化合物として、一般式(LC0−1)から一般式(LC0−36)で表される化合物からなる群より選ばれる1種又は2種以上の化合物を含有する請求項1又は2記載の液晶組成物。
    Figure 2014062185
    (式中、R01は請求項1と同じ意味を表す。)
  4. 一般式(LC5)で表される化合物として、一般式(LC5−1)から一般式(LC5−33)で表される化合物からなる群より選ばれる1種又は2種以上の化合物を含有する請求項1から3のいずれか一項に記載の液晶組成物。
    Figure 2014062185
    Figure 2014062185
    (式中、R51及びR52は請求項1と同じ意味を表し、−(F)はH又はFを表す。)
  5. 更に、前記液晶組成物が一般式(LC1)〜一般式(LC4)で表される化合物からなる群より選ばれる1種又は2種以上の化合物を含有する請求項1から4のいずれか一項に記載の液晶組成物。
    Figure 2014062185
    (式中、R11〜R41はそれぞれ独立して炭素数1〜15のアルキル基を表し、該アルキル基中の1つ又は2つ以上の−CH−は、酸素原子が直接隣接しないように、−O−、−CH=CH−、−CO−、−OCO−、−COO−、−C≡C−、−CFO−又は−OCF−で置換されてよく、該アルキル基中の1つ又は2つ以上の水素原子は任意にハロゲンで置換されていてもよく、A11〜A42はそれぞれ独立して下記の構造
    Figure 2014062185
    の何れかを表し、X11〜X43はそれぞれ独立して−H、−Cl、−F、−CF又は−OCFを表し、Y11〜Y41は−CN、−Cl、−F、−CF、−OCHF又は−OCFを表し、Z31〜Z42はそれぞれ独立して単結合、−CH=CH−、−C≡C−、−CHCH−、−(CH−、−OCH−、−CHO−、−COO−、−OCO−、−OCF−又は−CFO−を表し、存在するZ31及びZ32の内、少なくとも1つは単結合でなく、m21〜m42はそれぞれ独立して0〜3の整数を表し、A23、A31、A32、A41、A42、Z31、Z32、Z41及び/又はZ42が複数存在する場合、それらは同一であっても、異なっていてもよい。)
  6. 一般式(LC1)で表される化合物として、一般式(LC1−1)から一般式(LC2−8)で表される化合物からなる群より選ばれる1種又は2種以上の化合物を含有する請求項5に記載の液晶組成物。
    (式中、R11は請求項5と同じ意味を表す。)
    Figure 2014062185
  7. 一般式(LC2)で表される化合物として、一般式(LC2−1)から一般式(LC2−25)で表される化合物からなる群より選ばれる1種又は2種以上の化合物を含有する請求項5及び6に記載の液晶組成物。
    Figure 2014062185
    Figure 2014062185
    (式中、X23、X24、X25及びX26はそれぞれ独立して水素原子、Cl、F、CF又はOCFを表し、X22、R21及びY21は請求項5と同じ意味を表す。)
  8. 一般式(LC3)で表される化合物として、一般式(LC3−1)から一般式(LC3−43)で表される化合物からなる群より選ばれる1種又は2種以上の化合物を含有する請求項5から7のいずれか一項に記載の液晶組成物。
    Figure 2014062185
    Figure 2014062185
    Figure 2014062185
    (式中、X33、X34、X35、X36、X37及びX38はそれぞれ独立してH、Cl、F、CF又はOCFを表し、X32、R31、A31、Y31及びZ31は請求項5と同じ意味を表す。)
  9. 一般式(LC4)で表される化合物として、一般式(LC4−1)から一般式(LC4−23)で表される化合物からなる群より選ばれる1種又は2種以上の化合物を含有する請求項5から8のいずれか一項に記載の液晶組成物。
    Figure 2014062185
    Figure 2014062185
    (式中、X44、X45、X46及びX47はそれぞれ独立してH、Cl、F、CF又はOCFを表し、X42、X43、R41及びY41は請求項5と同じ意味を表す。)
  10. 一般式(LC0)から一般式(LC5)におけるR01からR41、R51及び又はR52が炭素数2〜5のアルケニル基である化合物を1種又は2種以上含有する請求項5から9のいずれか一項に記載の液晶組成物。
  11. 一般式(LC0)から一般式(LC5)におけるA01、A02、A11からA42及び又はA51からA53がテトラヒドロピラン基である化合物を1種又は2種以上含有する請求項5から10のいずれか一項に記載の液晶組成物。
  12. 一般式(LC0)、一般式(LC3)から一般式(LC5)におけるZ01、Z02、Z31からZ42、Z51及び又はZ52が−CFO−又は−OCF−である化合物を1種又は2種以上含有する請求項5から11のいずれか一項に記載の液晶組成物。
  13. 光学活性化合物を1種又は2種以上含有する請求項1から12のいずれか一項に記載の液晶組成物。
  14. 重合性化合物を1種又は2種以上含有する請求項1から13のいずれか一項に記載の液晶組成物。
  15. 酸化防止剤を1種又は2種以上含有する請求項1から14のいずれか一項に記載の液晶組成物。
  16. UV吸収剤を1種又は2種以上含有する請求項1から15のいずれか一項に記載の液晶組成物。
  17. 請求項1から16のいずれか一項に記載の液晶組成物を用いた液晶表示素子。
  18. 請求項1から16のいずれか一項に記載の液晶組成物を用いたTNモード、STNモード、PCモード、BPモード、OCBモード、ECBモード、IPSモード、VA−IPSモード、PNLCモード又はPDLCモード用液晶表示素子。
  19. 請求項13に記載の液晶組成物を用い、電圧印加下あるいは電圧無印加下で該液晶組成物中に含有する重合性化合物を重合させて作製した高分子安定化のTNモード、STNモード、PCモード、BPモード、OCBモード、ECBモード、IPSモード、VA−IPSモード、PNLCモード又はPDLCモード用液晶表示素子。
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