JP3864442B2

JP3864442B2 - Nematic liquid crystal composition and liquid crystal display device using the same

Info

Publication number: JP3864442B2
Application number: JP32704895A
Authority: JP
Inventors: 清文竹内; 安男梅津; 徳恵石田; 晴義高津
Original assignee: Dainippon Ink and Chemicals Co Ltd
Current assignee: DIC Corp
Priority date: 1995-09-26
Filing date: 1995-12-15
Publication date: 2006-12-27
Anticipated expiration: 2015-12-15
Also published as: JPH09151376A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気光学的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装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示素子の代表的なものにTN-LCD（ツイスティッド・ネマチック液晶表示素子）があり、時計、電卓、電子手帳、ポケットコンピュータ、ワードプロセッサ、パーソナルコンピュータなどに使用されている。一方、ＯＡ機器の処理情報の増加に伴い、一画面に表示される情報量が増大しており、シェファー（Scheffer）等［SID '85 Digest, 120頁(1985年)］、あるいは衣川等［SID '86 Digest, 122頁(1986年)］によって、STN（スーパー・ツイスティッド・ネマチック）−LCDが開発され、ワードプロセッサ、パーソナルコンピュータなどの高情報処理用の表示に広く普及しはじめている。
【０００３】
最近、STN-LCDでの応答特性を改善する目的でアクティブアドレッシング駆動方式が提案されている。（Proc.12th International Display Research Conference p.503 1992年）この様な液晶材料として、弾性定数比Ｋ３３／Ｋ１１が１．５前後、誘電率異方性△εや粘性が比較的小さいことと併せて、特に複屈折率△ｎが大きいものが要求されている。また、カラーフィルター層を用いないでカラー表示ができる方法として、液晶と位相差板の複屈折性を利用した新規反射型カラー液晶表示方式が提案されている。（テレビジョン学会技術報告 vol.14 No10.p.51 1990年）この様な液晶材料として、光の波長の違いによってより大きな位相差が現れるものがよいことから、特に複屈折率Δｎが大きいものが要求される。
【０００４】
更に、その表示品質が優れていることから、アクティブ・マトリクス形液晶表示装置が液晶テレビ、プロジェクター表示、コンピューター等のディスプレイの応用分野に有力なものとして市場に出されている。アクティブ・マトリクス表示方式は、画素毎にTFT（薄膜トランジスタ）あるいはMIM（メタル・インシュレータ・メタル）等のスイッチング素子が使われており、この方式には漏れ電流の小さな高電圧保持率が重要視されている。
【０００５】
従って、上記の様な表示素子に対応するために、現在も新しい液晶化合物あるいは液晶組成物の提案がなされている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述のようなTN-LCDやSTN-LCDの電気光学特性を改善するには、複屈折率（Δｎ）の大きい液晶材料が必要である。複屈折率（Δｎ）の大きな液晶材料としては、例えば以下のような化合物を挙げることができる。
【０００７】
【化５】

【０００８】
（式中、Ｒ及びＲ’はそれぞれアルキル基、アルコキシル基等を表わす。）
しかしながら、これらの化合物を用いて液晶材料の複屈折率（Δｎ）を大きくすることにより、電気光学特性を改善することができても、液晶材料のより高い化学的安定性、液晶表示の高速応答性及び駆動温度範囲等の特性については、依然として問題が残されたままである。
【０００９】
例えば、上記一般式（ａ）〜（ｃ）の化合物のうちの任意成分と一般式（ｄ）で表わされる化合物を混合した場合、得られる液晶組成物の複屈折率（△ｎ）は大きくなるものの、スメクチック相が出現しやすい傾向を有するため、このような化合物を用いても電気光学特性に優れ、且つ広い温度範囲で駆動可能な液晶表示装置を作製することは非常に困難である。
【００１０】
また、例えば、ワードプロセッサ、パーソナルコンピューター等の情報量の多いSTN-LCDに用いられる従来の液晶材料の場合、一般的に、調製された初期あるいは促進テスト後の抵抗値が低いことが知られている。このために、暗い画質を補う目的で補助光源が付加されたバックライト方式のSTN-LCDには、耐熱性等の化学的安定性に優れている液晶材料が新たに必要とされている。
【００１１】
一方、例えば、TFT-LCDにおいては、均一で高いコントラストを得るために、漏れ電流が小さく、高い電圧保持率を有することが重要である。この様な特性を得るために、例えば、下記のような化合物が用いられてきた。
【００１２】
【化６】

【００１３】
（式中、Ｒは前述と同じ意味を表わす。）
しかしながら、このような化合物を主成分として構成した液晶材料は、高電圧保持率を得られるものの、液晶材料の複屈折率（Δｎ）を大きくすることができず、しきい値電圧を充分に低減させることも非常に困難であった。
【００１４】
本発明が解決しようとする課題は、少量の添加によっても、他の特性を損なうことなく、目的に応じた複屈折率Δｎの液晶材料を提供することにあり、より詳しくは複屈折率Δｎを０．２７以下から０．０８以上の広い範囲で調整ができ、しかも駆動可能な温度範囲が広く、駆動電圧に対してより速い応答性を有し、比較的低い電圧でも駆動可能なネマチック液晶組成物を提供することにあり、この液晶組成物を構成材料として用いた、電気光学特性の改善された液晶表示装置を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するために、２種〜４０種の化合物からなる液晶組成物であって、該液晶組成物が、（１）一般式（I-1）〜（I-3）
【００１６】
【化７】

【００１７】
（式中、Ｒ¹¹〜Ｒ¹³はそれぞれ独立的に炭素原子数２〜７の直鎖状アルキル基又はアルコキシ基を表わし、Ｘ¹¹〜Ｘ¹³はそれぞれ独立的にフッ素原子、塩素原子、-ＯＣＦ₃、-ＯＣＨＦ₂、-ＣＦ₃、-ＣＮ、-ＯＣＨ₃又は-ＣＨ₃を表わす。）で表わされる化合物からなる第１群から選ばれる１種又は２種以上の化合物からなる液晶成分Ａを含有し、２より大きい誘電異方性を有する１種又は２種以上の化合物からなる液晶成分Ｂ及び−２〜２の誘電異方性を有する１種又は２種以上の化合物からなる液晶成分Ｃの少なくとも一方の成分を含有することを特徴とするネマチック液晶組成物を提供する。
【００１８】
本発明は、液晶成分Ｂとして、（２）一般式（II-1）〜（II-4）
【００１９】
【化８】

【００２０】
（式中、Ｒ²¹、Ｒ²²はそれぞれ独立的に炭素原子数２〜７の直鎖状アルキル基、アルケニル基又はＣ_qＨ_2q+1-Ｏ-Ｃ_rＨ_2rを表わし、ｑ及びｒはそれぞれ独立的に１〜５の整数を表わし、Ｒ²³、Ｒ²⁴はそれぞれ独立的に炭素原子数２〜７の直鎖状アルキル基又はアルコキシ基を表わし、Ｘ²¹〜Ｘ²⁴はそれぞれ独立的にフッ素原子、塩素原子、-ＯＣＦ₃、-ＯＣＨＦ₂又は-ＣＦ₃を表わし、Ｙ¹〜Ｙ⁶はそれぞれ独立的に水素原子又はフッ素原子を表わし、各化合物におけるシクロヘキサン環の水素原子（Ｈ）は重水素原子（Ｄ）により置換されていても良い。）で表わされる化合物からなる第２群から選ばれる化合物を含有するネマチック液晶組成物を提供する。
【００２１】
また、液晶成分Ｂとして、（３）一般式（III-1）〜（III-5）
【００２２】
【化９】

【００２３】
（式中、Ｒ³¹〜Ｒ³⁵はそれぞれ独立的に炭素原子数２〜７の直鎖状アルキル基、アルケニル基又はＣ_sＨ_2s+1-Ｏ-Ｃ_tＨ_2tを表わし、ｓ及びｔはそれぞれ独立的に１〜５の整数を表わし、Ｘ³¹〜Ｘ³⁵はそれぞれ独立的にフッ素原子、塩素原子、-ＯＣＦ₃、-ＯＣＨＦ₂、-ＣＦ₃又は-ＣＮを表わし、Ｙ⁷〜Ｙ²⁰はそれぞれ独立的に水素原子又はフッ素原子を表わし、Ｚ³⁰〜Ｚ³⁷はそれぞれ独立的に単結合、-ＣＯＯ-、-Ｃ₂Ｈ₄-又は-Ｃ₄Ｈ₈-を表わし、環Ａ¹はシクロヘキサン環又はフェニル環を表わし、各化合物におけるシクロヘキサン環の水素原子（Ｈ）は重水素原子（Ｄ）により置換されていても良い。）で表わされる化合物からなる第３群から選ばれる化合物を含有することができる。
【００２４】
更に、液晶成分Ｃとして、（４）一般式（IV-1）〜（IV-3）
【００２５】
【化１０】

【００２６】
（式中、Ｒ⁴¹〜Ｒ⁴³はそれぞれ独立的に炭素原子数２〜７の直鎖状アルキル基又はアルケニル基を表わし、Ｒ⁴⁴〜Ｒ⁴⁶はそれぞれ独立的に炭素原子数１〜７の直鎖状アルキル基、アルコキシ基、アルケニル基又はアルケニルオキシ基を表わし、Ｙ²¹は水素原子、フッ素原子又は-ＣＨ₃を表わし、Ｙ²²、Ｙ²³はそれぞれ独立的に水素原子又はフッ素原子を表わし、Ｚ⁴¹〜Ｚ⁴⁴はそれぞれ独立的に単結合、-ＣＯＯ-、-Ｃ₂Ｈ₄-又は-Ｃ₄Ｈ₈-を表わし、Ｚ⁴⁵は単結合、-ＣＯＯ-、-Ｃ≡Ｃ-を表わし、環Ａ²はシクロヘキサン環又はシクロヘキセン環を表わし、ｍ、ｎ及びｐはそれぞれ独立的に０又は１の整数を表わす。）で表わされる化合物からなる第４群から選ばれる化合物を含有するネマチック液晶組成物を提供する。
【００２７】
また、更に本発明は上記のネマチック液晶組成物を用いたアクティブ・マトリクス形、ツイスティッド・ネマチックあるいはスーパー・ツイスティッド・ネマチック液晶表示装置を提供する。
【００２８】
本発明に係わる一般式（I-1）〜（I-3）で表わされる化合物の代表的なものの例（Ｎｏ．１〜９）とその相転移温度を下記第１表に示す。
尚、下記表中、ｍ.ｐ.は結晶相から液晶相又は等方性液体相に相転移する温度（℃）を、ｃ.ｐ.は液晶相から等方性液体相に相転移する温度（℃）をそれぞれ表わす。また、各化合物は、蒸留、カラム精製、再結晶等の方法を用いて不純物を除去し、充分精製したものを使用した。
【００２９】
【表１】

【００３０】
本発明の液晶組成物は必須成分として、（１）一般式（I-1）〜（I-3）で表わされる化合物からなる第１群から選ばれる化合物を液晶成分Ａとして含有する。この一般式（I-1）〜（I-3）で表わされる化合物は、複屈折率（Δｎ）が非常に大きいという特徴を有する。このため本発明の液晶組成物は広い範囲で複屈折率（Δｎ）を調整することが可能となった。また、誘電率異方性（Δε）が大きいので、低電圧で駆動でき、しかも電圧保持率が高いという特徴も有している。更に、（１）一般式（I-1）〜（I-3）で表わされる化合物からなる第１群から選ばれる化合物は、一般式（I-1）〜（I-3）の化合物と類似構造を有する下記化合物
【００３１】
【化１１】

【００３２】
（式中、Ｒはそれぞれアルキル基、アルコキシル基等を表わす。）
と比較して、特段に高い相溶性を示しているのである。
【００３３】
一般式（I-1）〜（I-3）において、Ｒ¹¹〜Ｒ¹³の炭素原子数は２〜７が好ましいが、２〜５の直鎖状アルキル基がより好ましい。Ｘ¹¹〜Ｘ¹³のより好ましいものとしては、フッ素原子、塩素原子、-ＯＣＦ₃、-ＯＣＨＦ₂、-ＣＦ₃である。第１群から選ばれる液晶成分Ａとして、１種以上１０種以下の範囲で構成することが好ましく、大きな複屈折率（Δｎ）を調整する目的には一般式（I-1）、（I-2）の化合物を多用することが好ましく、大きな誘電率異方性（Δε）を調整する目的には一般式（I-2）、（I-3）の化合物を多用することが好ましい。
【００３４】
本発明のネマチック液晶組成物は、必須成分である液晶成分Ａに加えて、２より大きい誘電異方性を有する液晶成分Ｂ及び−２〜２の誘電異方性を有する液晶成分Ｃの少なくとも一方の成分を含有することを特徴とする。
【００３５】
本発明で述べる２より大きい誘電異方性を有する液晶化合物の好ましいものとしては、以下に示すものである。即ち、液晶化合物の化学構造は棒状であり、中央部分が１個から４個の六員環を有したコア構造を有し、中央部分長軸方向の両端に位置する六員環が、液晶分子長軸方向に相当する位置で置換された末端基を有し、両端に存在する末端基の少なくとも一方が極性基であること、即ち例えば-ＣＮ、-ＯＣＮ、-ＮＣＳ、 -Ｆ、-Ｃｌ、-ＮＯ₂、-ＣＦ₃、-ＯＣＦ₃、-ＯＣＨＦ₂である化合物である。
【００３６】
また、本発明で述べる−２〜２の誘電異方性を有する液晶化合物の好ましいものとしては、以下に示すものである。即ち、両端に存在する末端基の両方が非極性基であること、例えばアルキル基、アルコキシ基、アルコキシアルキル基、アルケニル基、アルケニルオキシ基、アルカノイルオキシ基である化合物である。
【００３７】
液晶成分Ｂ、液晶成分Ｃは、１種以上２０種以下の範囲で構成することが好ましく、４種以上１０種以下の範囲で構成することがより好ましい。
【００３８】
本発明の液晶成分Ｂとして、（２）一般式（II-1）〜（II-4）で表わされる化合物からなる第２群から選ばれる化合物を含有することが好ましい。一般式（II-1）〜（II-4）で表わされる化合物の代表的なものの例（Ｎｏ．１０〜１６）とその相転移温度を下記第２表に示す。尚、下記表中、ｍ.ｐ.は結晶相から液晶相又は等方性液体相に相転移する温度（℃）を、ｃ.ｐ.は液晶相から等方性液体相に相転移する温度（℃）をそれぞれ表わす。
【００３９】
【表２】

【００４０】
本発明のネマチック液晶組成物は必須成分である液晶成分Ａ、即ち一般式（I-1）〜（I-3）の液晶組成物に、一般式（II-1）〜（II-4）で表わされる化合物を加えることによって、複屈折率（Δｎ）が大きい組成物を得ることができる。また、ネマチック相の温度範囲もより広くさせる改善効果を示す。更に、駆動電圧も上昇させにくい傾向がある。このような効果は、一般式（II-1）〜（II-4）の化合物がフルオトラン構造を有し、化合物の弾性定数が小さいことによるものと考えられる。また、必須成分である一般式（I-1）〜（I-3）の化合物からなる群から選ばれる化合物との相溶性にも優れているので、この必須成分による優れた特性をほとんど低減させることなく、良好なネマチック液晶組成物を得ることができる。
【００４１】
Ｒ²¹、Ｒ²²は、特に炭素原子数２〜５のアルキル基又はＣＨ₂=ＣＨ₂-(ＣＨ₂)_u（ｕ＝０、２）のアルケニル基が好ましい。Ｒ²³は炭素原子数３〜５のアルキル基又は炭素原子数２〜４のアルコキシ基が特に好ましい。Ｒ²⁴は炭素原子数２〜４のアルキル基が好ましい。Ｘ²¹〜Ｘ²⁴はフッ素原子、塩素原子、-ＯＣＦ₃、-ＣＦ₃が好ましい。Ｙ¹とＹ²の少なくとも一方はフッ素原子が好ましく、Ｙ³、Ｙ⁴の少なくとも一方は水素原子が好ましい。
【００４２】
更に、液晶成分Ｂとして、（３）一般式（III-1）〜（III-5）で表わされる化合物からなる第３群から選ばれる化合物を含有することが好ましい。一般式（III-1）〜（III-5）で表わされる化合物の代表的なものの例（Ｎｏ．１７〜２４）とその相転移温度（℃）を下記第３表に示す。尚、表中のｍ.ｐ.とｃ.ｐ.は前記と同じである。
【００４３】
【表３】

【００４４】
Ｒ³¹〜Ｒ³⁷は炭素原子数２〜５の直鎖状アルキル基、アルケニル基が特に好ましい。アルケニル基の場合ではＲ²¹、Ｒ²²で述べたと同様のものが特に好ましい。Ｃ_sＨ_2s+1-Ｏ-Ｃ_tＨ_2tの場合ではｓが１又は２で、ｔが１〜３の化合物が好ましい。Ｘ³¹〜Ｘ³⁷はＦ、Ｃｌ、-ＯＣＦ₃、-ＣＮが好ましい。一般式（III-1）、、（III-2）は混合するのに特に好ましい化合物である。また、Ｚ³²とＺ³³の少なくとも一方が単結合の一般式（III-3）及びＺ³⁴とＺ³⁵の少なくとも一方が単結合の一般式（III-4）で表わされる化合物も含有することが特に好ましい。
【００４５】
また、（３）一般式（III-1）〜（III-5）で表わされる化合物からなる第３群から選ばれる化合物の少なくとも１種が-ＣＮを有する化合物であってもよい。
【００４６】
また更に、液晶成分Ｃとして、（４）一般式（IV-1）〜（IV-3）で表わされる化合物からなる第４群から選ばれる化合物を含有することが好ましい。一般式（IV-1）〜（IV-3）で表わされる化合物の代表的なものの例（Ｎｏ．２５〜２９）とその相転移温度（℃）を下記第４表に示す。尚、表中、Ｃは結晶相、Ｓはスメクチック相、Ｎはネマチック相、Ｉは等方性液体相を意味する。
【００４７】
【表４】

【００４８】
一般式（IV-1）〜（IV-3）で表わされる特に好ましい化合物として、以下に示す一般式（IV-4）〜（IV-17）を示す。これらの化合物は、必須成分の液晶成分Ａである一般式（I-1）〜（I-3）の化合物と良く混合する特徴を有し、低温でのネマチック相を改善させるのに有用である。
【００４９】
【化１２】

【００５０】
本発明のネマチック液晶組成物は（３）一般式（III-1）〜（III-5）で表わされる第３群から選ばれる化合物及び／又は（４）一般式（IV-1）〜（IV-3）で表わされる第４群から選ばれる化合物を含有することによって、液晶組成物の複屈折率（Δｎ）を用途に応じて容易に最適化することができ、これにより液晶表示装置の色むらの低減、視角特性の向上、コントラスト比の増加を容易に達成することができる。
【００５１】
また、この一般式（IV-3）の化合物のうちＺ⁴⁵が-Ｃ≡Ｃ-であるものは、前述の一般式（ｄ）の化合物を包含するものである。しかしながら、これに対して、本発明の必須成分である（１）一般式（I-1）〜（I-3）の第１群から選ばれる化合物を含有する液晶組成物に、一般式（IV-3）の化合物のうちＺ⁴⁵が-Ｃ≡Ｃ-である化合物を混合した場合、良好な相溶性を示し、結晶相又はスメクチック相とネマチック相との相転移温度を低温側に拡大し易い傾向を示す。従って、本発明の必須成分による優れた特性をほとんど低減させることなく、良好なネマチック液晶組成物を得ることができる。
【００５２】
また、（２）一般式（II-1）〜（II-4）の第２群から選ばれる化合物群から選ばれる化合物及び／又は（３）一般式（III-1）〜（III-5）の第３群から選ばれる化合物を含有することによって、大きなプレチルト角を形成できる液晶表示装置を提供することができる。
【００５３】
具体的には、一般式（II-1）〜（II-4）で表わされる化合物の側鎖基Ｒ¹及びＲ²がアルコキシアルキル基を有している化合物、又は、一般式（III-1）〜（III-5）で表わされる化合物において、側鎖基がアルコキシアルキル基である化合物を含有することによって、このプレチルト角を維持あるいは改善することができる。このようなプレチルト角が改善された本発明のネマチック液晶組成物は、TFT-LCDにおけるバックライトの放熱によるリバースチルトの発生、あるいはSTN-LCDにおけるストライプ・ドメインの発生を顕著に抑えることができ、歩留まりを向上させることができる。
【００５４】
本発明のネマチック液晶組成物における各群の化合物の含有量は、一般式（I-1）〜（I-3）で表わされる化合物群から選ばれる化合物を３０重量％以下で含有することが好ましく、総量では少なくとも１重量％以上の範囲が好ましく、５〜６０重量％の範囲がより好ましく、１０〜４０重量％の範囲が特により好ましい。また、一般式（II-1）〜（II-4）で表わされる化合物群から選ばれる化合物を０〜３０重量％の範囲で含有することが好ましく、総量では多くとも９０重量％以下の範囲が好ましく、０〜８０重量％の範囲がより好ましく、１０〜６０重量％の範囲が特により好ましい。
【００５５】
更に、一般式（III-1）〜（III-5）で表わされる化合物群から選ばれる化合物を０〜３０重量％の範囲で含有することが好ましく、総量では多くとも９９重量％以下の範囲が好ましく、一般式（IV-1）〜（IV-3）で表わされる化合物群から選ばれる化合物を０〜３０重量％の範囲で含有することが好ましく、総量では多くとも８０重量％以下の範囲が好ましく、０〜６０重量％の範囲がより好ましく、５〜５０重量％の範囲が特により好ましい。
【００５６】
本発明の液晶組成物は、上記一般式（II-1）〜（II-4）、（III-1）〜（III-5）、（IV-1）〜（IV-3）で表わされる化合物以外にも、液晶組成物の特性を改善するために、液晶化合物として認識される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。しかしながら、これらの化合物を多量に用いることはネマチック液晶組成物の特性が低減することになるので、添加量は得られるネマチック液晶組成物の要求特性に応じて制限されるものである。
【００５７】
【実施例】
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「重量％」を意味する。
【００５８】
組成物の化学的安定性は、液晶組成物２ｇをアンプル管に入れ、真空脱気後窒素置換の処理をして封入し、１５０℃、１時間の加熱促進テストを行い、この液晶組成物の電圧保持率を測定した。実施例中、測定した特性は以下の通りである。
【００５９】
Ｔ_N-I ：ネマチック相−等方性液体相転移温度（℃）
Ｔ→_N ：固体相又はスメクチック相−ネマチック相転移温度（℃）
Ｖ_th ：セル厚８μｍのTN-LCDを構成した時のしきい値電圧（Ｖ）
Δε ：誘電異方性
Δｎ：複屈折率
η₂₀℃：２０℃でのネマチック液晶組成物の粘度（ＣＰ）
（実施例１）
【００６０】
【化１３】

【００６１】
からなるネマチック液晶組成物Ｎｏ．３０を調製し、この組成物の諸特性を測定した。結果は以下の通りであった。
Ｔ_N-I ：１０６．５ ℃
Ｔ→_N ： −１６．０ ℃
Ｖ_th ：１．４３Ｖ
Δε ：１７．０
Δｎ：０．２３２
テスト前の電圧保持率：９９．２％
加熱促進テスト後電圧保持率：９８．６％
【００６２】
このネマチック液晶組成物は加熱促進テスト後の電圧保持率が高いことから、熱に安定であることが理解できる。またこの組成物を構成材料とするアクティブ・マトリクス液晶表示装置を作製したところ、漏れ電流が小さくフリッカの発生しない優れたものであることが確認できた。
【００６３】
また、このネマチック液晶組成物の複屈折率の波長分散を測定したところ、光の波長６５０ｎｍに対する４００ｎｍでの比が１．１５以上であった。この液晶材料は、光の波長の違いによってより大きな位相差が現れていることから、カラーフィルター層を用いないでカラー表示を行う、液晶と位相差板の複屈折性を利用した新規反射型カラー液晶表示方式に有用なものである。
【００６４】
（比較例１）
【００６５】
【化１４】

【００６６】
からなる比較液晶ｆを調製し、この組成物の諸特性を測定しようとしたところ、Ｔ→_Nが室温より高く、諸特性を得るに到らなかった。
【００６７】
（実施例２）
【００６８】
【化１５】

【００６９】
からなるネマチック液晶組成物Ｎｏ．３１を調製し、この組成物の諸特性を測定した。結果は以下の通りであった。
Ｔ_N-I ：９０．６ ℃
Ｖ_th ：１．３３Ｖ
Δε ：１５．７
Δｎ：０．２２５
テスト前の電圧保持率：９９．１％
加熱促進テスト後電圧保持率：９８．６％
【００７０】
このネマチック液晶組成物は加熱促進テスト後の電圧保持率が高いことから、熱に安定であることが理解できる。またこの組成物を構成材料とするアクティブ・マトリクス液晶表示装置を作製したところ、漏れ電流が小さくフリッカの発生しない優れたものであることが確認できた。
【００７１】
さらにこのネマチック液晶組成物にカイラル物質「Ｓ−８１１」（メルク社製）を添加して混合液晶を調製した。一方、対向する平面透明電極上に「サンエバー150」（日産化学社製）の有機膜をラビングして配向膜を形成し、ツイスト角220度のSTN-LCD表示用セルを作製した。上記の混合液晶をこのセルに注入して液晶表示装置を構成し、表示特性を測定した。その結果、しきい値電圧が低く、高時分割特性に優れ、表示画面のちらつきやクロストーク現象が改善され、速い応答性を有し、視差の小さな視角特性という特段の効果を有するSTN-LCD表示特性を示す液晶表示装置が得られた。
【００７２】
なお、カイラル物質はカイラル物質の添加による混合液晶の固有らせんピッチＰと表示用セルのセル厚ｄが、Δｎ・ｄ＝０．８５、ｄ／Ｐ＝０．５３となるように添加した。
【００７３】
（実施例３）
【００７４】
【化１６】

【００７５】
からなるネマチック液晶組成物Ｎｏ．３２を調製し、この組成物の諸特性を測定した。結果は以下の通りであった。
Ｔ_N-I ：９５．６ ℃
Ｔ→_N ： −３４．０ ℃
Ｖ_th ：１．３９Ｖ
Δε ：１５．２
Δｎ：０．２１９
テスト前の電圧保持率：９９．０％
加熱促進テスト後電圧保持率：９８．３％
【００７６】
このネマチック液晶組成物は加熱促進テスト後の電圧保持率が高いことから、熱に安定であることが理解できる。またこの組成物を構成材料とするアクティブ・マトリクス液晶表示装置を作製したところ、漏れ電流が小さくフリッカの発生しない優れたものであることが確認できた。
【００７７】
さらにこのネマチック液晶組成物にカイラル物質「Ｓ−８１１」（メルク社製）を添加して混合液晶を調製した。一方、対向する平面透明電極上に「サンエバー150」（日産化学社製）の有機膜をラビングして配向膜を形成し、ツイスト角220度のSTN-LCD表示用セルを作製した。上記の混合液晶をこのセルに注入して液晶表示装置を構成し、表示特性を測定した。その結果、しきい値電圧が低く、高時分割特性に優れ、表示画面のちらつきやクロストーク現象が改善され、速い応答性を有し、視差の小さな視角特性という特段の効果を有するSTN-LCD表示特性を示す液晶表示装置が得られた。
【００７８】
なお、カイラル物質はカイラル物質の添加による混合液晶の固有らせんピッチＰと表示用セルのセル厚ｄが、Δｎ・ｄ＝０．８５、ｄ／Ｐ＝０．５３となるように添加した。
【００７９】
（実施例４）
【００８０】
【化１７】

【００８１】
からなるネマチック液晶組成物Ｎｏ．３３を調製し、この組成物の諸特性を測定した。結果は以下の通りであった。
Ｔ_N-I ：８２．６ ℃
Ｖ_th ：１．５９Ｖ
Δε ：１１．１
Δｎ：０．２２８
テスト前の電圧保持率：９９．２％
加熱促進テスト後電圧保持率：９８．４％
【００８２】
このネマチック液晶組成物は加熱促進テスト後の電圧保持率が高いことから、熱に安定であることが理解できる。またこの組成物を構成材料とするアクティブ・マトリクス液晶表示装置を作製したところ、漏れ電流が小さくフリッカの発生しない優れたものであることが確認できた。
【００８３】
また、このネマチック液晶組成物の複屈折率の波長分散を測定したところ、光の波長６５０ｎｍに対する４００ｎｍでの比が１．１５以上であった。この液晶材料は、光の波長の違いによってより大きな位相差が現れていることから、カラーフィルター層を用いないでカラー表示を行う、液晶と位相差板の複屈折性を利用した新規反射型カラー液晶表示方式に有用なものである。
【００８４】
（実施例５）
【００８５】
【化１８】

【００８６】
からなるネマチック液晶組成物Ｎｏ．３４を調製し、この組成物の諸特性を測定した。結果は以下の通りであった。
Ｔ_N-I ：８６．０ ℃
Ｔ→_N ： −２６．０ ℃
Ｖ_th ：２．７２Ｖ
Δε ：４．２
Δｎ：０．１２０
テスト前の電圧保持率：９９．６％
加熱促進テスト後電圧保持率：９８．９％
【００８７】
このネマチック液晶組成物は加熱促進テスト後の電圧保持率が高いことから、熱に安定であることが理解できる。またこの組成物を構成材料とするアクティブ・マトリクス液晶表示装置を作製したところ、漏れ電流が小さくフリッカの発生しない優れたものであることが確認できた。
【００８８】
（実施例６）
【００８９】
【化１９】

【００９０】
からなるネマチック液晶組成物Ｎｏ．３５を調製し、この組成物の諸特性を測定した。結果は以下の通りであった。
Ｔ_N-I ：８９．３ ℃
Ｔ→_N ： −１９．０ ℃
Ｖ_th ：２．５２Ｖ
Δε ：５．８
Δｎ：０．１０６
テスト前の電圧保持率：９９．５％
加熱促進テスト後電圧保持率：９８．９％
【００９１】
このネマチック液晶組成物は加熱促進テスト後の電圧保持率が高いことから、熱に安定であることが理解できる。またこの組成物を構成材料とするアクティブ・マトリクス液晶表示装置を作製したところ、漏れ電流が小さくフリッカの発生しない優れたものであることが確認できた。
【００９２】
（実施例７）
【００９３】
【化２０】

【００９４】
からなるネマチック液晶組成物Ｎｏ．３６を調製し、この組成物の諸特性を測定した。結果は以下の通りであった。
Ｔ_N-I ：８５．９ ℃
Ｔ→_N ： −４６．０ ℃
Ｖ_th ：１．２９Ｖ
Δε ：１７．８
Δｎ：０．２１０
【００９５】
このネマチック液晶組成物にカイラル物質「Ｓ−８１１」（メルク社製）を添加して混合液晶を調製した。一方、対向する平面透明電極上に「サンエバー150」（日産化学社製）の有機膜をラビングして配向膜を形成し、ツイスト角220度のSTN-LCD表示用セルを作製した。上記の混合液晶をこのセルに注入して液晶表示装置を構成し、表示特性を測定した。その結果、特段にしきい値電圧が低く、高時分割特性に優れ、表示画面のちらつきやクロストーク現象が改善され、特段に速い応答性を有し、視差の小さな視角特性という特段の効果を有するSTN-LCD表示特性を示す液晶表示装置が得られた。
なお、カイラル物質はカイラル物質の添加による混合液晶の固有らせんピッチＰと表示用セルのセル厚ｄが、Δｎ・ｄ＝０．８５、ｄ／Ｐ＝０．５３となるように添加した。
【００９６】
また、このネマチック液晶組成物の複屈折率の波長分散を測定したところ、光の波長６５０ｎｍに対する４００ｎｍでの比が１．１５以上であった。この液晶材料は、光の波長の違いによってより大きな位相差が現れていることから、カラーフィルター層を用いないでカラー表示を行う、液晶と位相差板の複屈折性を利用した新規反射型カラー液晶表示方式に有用なものである。
【００９７】
更にまた、セル厚ｄが２．３μｍのTN-LCDを構成してその表示特性を測定したところ、しきい値電圧が１．０９Ｖ、応答速度が１ｍｓｅｃであった。
TN-LCD表示特性を示す液晶表示装置が得られた。
【００９８】
（実施例８）
【００９９】
【化２１】

【０１００】
からなるネマチック液晶組成物Ｎｏ．３７を調製し、この組成物の諸特性を測定した。結果は以下の通りであった。
Ｔ_N-I ：８２．０ ℃
Ｔ→_N ： −６０．０ ℃
Ｖ_th ：１．７９Ｖ
Δε ：９．９
Δｎ：０．２６１
テスト前の電圧保持率：９９．３％
加熱促進テスト後電圧保持率：９８．７％
【０１０１】
（実施例９）
【０１０２】
【化２２】

【０１０３】
からなるネマチック液晶組成物Ｎｏ．３８を調製し、この組成物の諸特性を測定した。結果は以下の通りであった。
Ｔ_N-I ：９０．０ ℃
Ｔ→_N ： −３０．０ ℃
Ｖ_th ：１．３０Ｖ
Δε ：１３．６
Δｎ：０．１３９
η₂₀℃ ：１６．９ＣＰ
テスト前の電圧保持率：９９．５％
加熱促進テスト後電圧保持率：９８．８％
（実施例１０）
【０１０４】
【化２３】

【０１０５】
からなるネマチック液晶組成物Ｎｏ．３９を調製し、この組成物の諸特性を測定した。結果は以下の通りであった。
Ｔ_N-I ：９３．０ ℃
Ｔ→_N ： −３０．０ ℃
Ｖ_th ：１．７０Ｖ
Δε ：９．２
Δｎ：０．１３８
テスト前の電圧保持率：９９．７％
加熱促進テスト後電圧保持率：９８．７％
【０１０６】
【発明の効果】
本発明のネマチック液晶組成物は、広い範囲の複屈折率（Δｎ）が調整でき、かつ広い温度範囲でネマチック相を示す。また、電圧保持率も高く、化学的安定性が高い。従って、本発明の液晶組成物を用いることにより、表示画面のちらつき、クロストーク現象の改善された液晶表示装置を得ることができる。また複屈折率を大きくした場合、液晶層の厚みｄを低減でき応答特性を改善でき、特に情報量の多いTN-LCD、STN-LCDあるいはアクティブ・マトリクス形液晶表示装置において良好な駆動特性及び表示特性が得られる。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a nematic liquid crystal composition useful as an electro-optical display material and a liquid crystal display device using the same.
[0002]
[Prior art]
A typical liquid crystal display element is a TN-LCD (twisted nematic liquid crystal display element), which is used in watches, calculators, electronic notebooks, pocket computers, word processors, personal computers, and the like. On the other hand, with the increase in processing information of OA equipment, the amount of information displayed on one screen is increasing, such as Scheffer [SID '85 Digest, 120 pages (1985)], or Kinugawa [SID '86 Digest, p. 122 (1986)], an STN (Super Twisted Nematic) -LCD was developed and has begun to spread widely in displays for high information processing such as word processors and personal computers.
[0003]
Recently, an active addressing drive system has been proposed for the purpose of improving the response characteristics of STN-LCD. (Proc. 12th International Display Research Conference p.503 1992) As such a liquid crystal material, the elastic constant ratio K33 / K11 is around 1.5, dielectric anisotropy Δε and viscosity are relatively small. In particular, those having a large birefringence Δn are required. Further, as a method capable of performing color display without using a color filter layer, a novel reflection type color liquid crystal display system using the birefringence of a liquid crystal and a retardation plate has been proposed. (The Institute of Television Engineers of Japan vol.14 No10.p.51 1990) Such a liquid crystal material should have a large phase difference due to the difference in the wavelength of light. Is required.
[0004]
Furthermore, because of its excellent display quality, active matrix type liquid crystal display devices have been put on the market as being promising in application fields of displays such as liquid crystal televisions, projector displays, and computers. The active matrix display method uses switching elements such as TFT (Thin Film Transistor) or MIM (Metal Insulator Metal) for each pixel, and this method emphasizes high voltage holding ratio with small leakage current. Yes.
[0005]
Therefore, new liquid crystal compounds or liquid crystal compositions have been proposed to deal with the display elements as described above.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
In order to improve the electro-optical characteristics of the TN-LCD and STN-LCD as described above, a liquid crystal material having a large birefringence (Δn) is required. Examples of the liquid crystal material having a large birefringence (Δn) include the following compounds.
[0007]
[Chemical formula 5]

[0008]
(In the formula, R and R ′ each represents an alkyl group, an alkoxyl group, etc.)
However, by using these compounds to increase the birefringence (Δn) of the liquid crystal material, even if the electro-optical characteristics can be improved, the higher chemical stability of the liquid crystal material and the faster response of the liquid crystal display Problems remain with respect to characteristics such as performance and drive temperature range.
[0009]
For example, when an arbitrary component of the compounds represented by the general formulas (a) to (c) and the compound represented by the general formula (d) are mixed, the birefringence (Δn) of the obtained liquid crystal composition is increased. However, since a smectic phase tends to appear, it is very difficult to produce a liquid crystal display device that is excellent in electro-optical characteristics and can be driven in a wide temperature range even if such a compound is used.
[0010]
Also, for example, in the case of a conventional liquid crystal material used for STN-LCD having a large amount of information such as a word processor or a personal computer, it is generally known that the prepared resistance value after the initial or accelerated test is low. . For this reason, a backlight type STN-LCD to which an auxiliary light source is added for the purpose of compensating dark image quality newly requires a liquid crystal material having excellent chemical stability such as heat resistance.
[0011]
On the other hand, for example, in a TFT-LCD, in order to obtain uniform and high contrast, it is important to have a small leakage current and a high voltage holding ratio. In order to obtain such characteristics, for example, the following compounds have been used.
[0012]
[Chemical 6]

[0013]
(In the formula, R represents the same meaning as described above.)
However, although a liquid crystal material composed mainly of such a compound can obtain a high voltage holding ratio, the birefringence (Δn) of the liquid crystal material cannot be increased, and the threshold voltage is sufficiently reduced. It was also very difficult to do.
[0014]
The problem to be solved by the present invention is to provide a liquid crystal material having a birefringence index Δn in accordance with the purpose without impairing other characteristics even when added in a small amount. More specifically, the birefringence index Δn is reduced. A nematic liquid crystal composition that can be adjusted over a wide range of 0.27 or less to 0.08 or more, has a wide temperature range that can be driven, has a faster response to the drive voltage, and can be driven at a relatively low voltage. An object of the present invention is to provide a liquid crystal display device having improved electro-optical characteristics using the liquid crystal composition as a constituent material.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the present invention provides a liquid crystal composition comprising 2 to 40 compounds, wherein the liquid crystal composition comprises (1) general formulas (I-1) to (I-3)
[0016]
[Chemical 7]

[0017]
(Wherein R ^{11 to} R ¹³ each independently represents a linear alkyl group or alkoxy group having 2 to 7 carbon atoms, and X ^{11 to} X ¹³ each independently represent a fluorine atom, a chlorine atom, —OCF ₃ , —OCHF ₂ , —CF ₃ , —CN, —OCH _3, or —CH _3. ), And a liquid crystal component A composed of one or more compounds selected from the first group consisting of compounds represented by A liquid crystal component B comprising one or more compounds having a dielectric anisotropy greater than 2, and a liquid crystal component C comprising one or more compounds having a dielectric anisotropy of -2 to 2. A nematic liquid crystal composition comprising at least one of the following components is provided.
[0018]
The present invention provides the liquid crystal component B as (2) general formulas (II-1) to (II-4)
[0019]
[Chemical 8]

[0020]
(In the formula, R ²¹ and R ²² each independently represent a linear alkyl group having 2 to 7 carbon atoms, an alkenyl group, or C _q H _{2q + 1} —O—C _r H _2r , Each independently represents an integer of 1 to 5, R ²³ and R ²⁴ each independently represents a linear alkyl group or alkoxy group having 2 to 7 carbon atoms, and X ^{21 to} X ²⁴ each independently Represents a fluorine atom, a chlorine atom, —OCF ₃ , —OCHF ₂ or —CF ₃ , Y ^{1 to} Y ⁶ each independently represents a hydrogen atom or a fluorine atom, and the hydrogen atom (H) of the cyclohexane ring in each compound is There is provided a nematic liquid crystal composition containing a compound selected from the second group consisting of a compound represented by the following formula (which may be substituted by a deuterium atom (D)):
[0021]
Further, as the liquid crystal component B, (3) general formulas (III-1) to (III-5)
[0022]
[Chemical 9]

[0023]
(Wherein R ^{31 to} R ³⁵ each independently represents a linear alkyl group having 2 to 7 carbon atoms, an alkenyl group or C _s H _{2s + 1} —O—C _t H _2t , Each independently represents an integer of 1 to 5, X ^{31 to} X ³⁵ each independently represents a fluorine atom, a chlorine atom, —OCF ₃ , —OCHF ₂ , —CF ₃ or —CN, and Y ^{7 to} Y ²⁰ Each independently represents a hydrogen atom or a fluorine atom, Z ^{30 to} Z ³⁷ each independently represents a single bond, —COO—, —C ₂ H ₄ — or —C ₄ H ₈ —, and ring A ¹ is Containing a compound selected from the third group consisting of compounds represented by a cyclohexane ring or a phenyl ring, wherein the hydrogen atom (H) of the cyclohexane ring in each compound may be substituted by a deuterium atom (D)) can do.
[0024]
Further, as the liquid crystal component C, (4) general formulas (IV-1) to (IV-3)
[0025]
[Chemical Formula 10]

[0026]
(Wherein R ^{41 to} R ⁴³ each independently represents a linear alkyl group or alkenyl group having 2 to 7 carbon atoms, and R ^{44 to} R ⁴⁶ are each independently a straight chain having 1 to 7 carbon atoms. Represents a chain alkyl group, an alkoxy group, an alkenyl group or an alkenyloxy group, Y ²¹ represents a hydrogen atom, a fluorine atom or —CH ₃ ; Y ²² and Y ²³ each independently represents a hydrogen atom or a fluorine atom; Z ^{41 to} Z ⁴⁴ each independently represents a single bond, —COO—, —C ₂ H ₄ — or —C ₄ H ₈ —, and Z ⁴⁵ represents a single bond, —COO—, —C≡C—. , Ring A ² represents a cyclohexane ring or a cyclohexene ring, and m, n, and p each independently represents an integer of 0 or 1, and a nematic liquid crystal containing a compound selected from the fourth group consisting of compounds represented by: A composition is provided.
[0027]
Furthermore, the present invention provides an active matrix type, twisted nematic or super twisted nematic liquid crystal display device using the above nematic liquid crystal composition.
[0028]
Examples (No. 1 to 9) of typical compounds represented by formulas (I-1) to (I-3) according to the present invention and their phase transition temperatures are shown in Table 1 below.
In the table below, m.p. is the temperature (° C.) at which the crystal phase changes to the liquid crystal phase or isotropic liquid phase, and c.p. is the temperature at which the liquid crystal phase changes to the isotropic liquid phase. (° C.) respectively. Moreover, each compound used the thing which removed the impurity using methods, such as distillation, column refinement | purification, and recrystallization, and fully refine | purified.
[0029]
[Table 1]

[0030]
The liquid crystal composition of the present invention contains, as an essential component, a liquid crystal component A containing (1) a compound selected from the first group consisting of compounds represented by general formulas (I-1) to (I-3). The compounds represented by the general formulas (I-1) to (I-3) have a feature that the birefringence (Δn) is very large. Therefore, the liquid crystal composition of the present invention can adjust the birefringence index (Δn) in a wide range. Further, since the dielectric anisotropy (Δε) is large, it can be driven at a low voltage and has a high voltage holding ratio. Further, (1) compounds selected from the first group consisting of compounds represented by general formulas (I-1) to (I-3) are similar to compounds of general formulas (I-1) to (I-3) The following compound having the structure:
Embedded image

[0032]
(Wherein R represents an alkyl group, an alkoxyl group, etc.)
Compared with, it shows a particularly high compatibility.
[0033]
In general formulas (I-1) to (I-3), R ^{11 to} R ¹³ preferably have 2 to 7 carbon atoms, and more preferably 2 to 5 linear alkyl groups. More preferable X ^{11 to} X ¹³ are a fluorine atom, a chlorine atom, —OCF ₃ , —OCHF ₂ , and —CF ₃ . The liquid crystal component A selected from the first group is preferably configured in the range of 1 or more and 10 or less. For the purpose of adjusting a large birefringence (Δn), the general formulas (I-1), (I− It is preferable to use a large amount of the compound of 2), and for the purpose of adjusting a large dielectric anisotropy (Δε), it is preferable to use a large amount of the compounds of the general formulas (I-2) and (I-3).
[0034]
The nematic liquid crystal composition of the present invention includes at least one of a liquid crystal component B having a dielectric anisotropy greater than 2 and a liquid crystal component C having a dielectric anisotropy of −2 to 2 in addition to the essential liquid crystal component A. It is characterized by containing these components.
[0035]
Preferable liquid crystal compounds having a dielectric anisotropy greater than 2 described in the present invention are as follows. That is, the chemical structure of the liquid crystal compound is rod-shaped, the central portion has a core structure having 1 to 4 six-membered rings, and the six-membered rings positioned at both ends in the central portion major axis direction are liquid crystal molecules. Having a terminal group substituted at a position corresponding to the major axis direction, and at least one of the terminal groups present at both ends is a polar group, that is, for example, -CN, -OCN, -NCS, -F, -Cl, It is a compound that is —NO ₂ , —CF ₃ , —OCF ₃ , or —OCHF ₂ .
[0036]
The preferred liquid crystal compounds having a dielectric anisotropy of -2 to 2 described in the present invention are as follows. That is, a compound in which both terminal groups present at both ends are nonpolar groups, for example, an alkyl group, an alkoxy group, an alkoxyalkyl group, an alkenyl group, an alkenyloxy group, or an alkanoyloxy group.
[0037]
The liquid crystal component B and the liquid crystal component C are preferably configured in the range of 1 to 20 types, more preferably in the range of 4 to 10 types.
[0038]
The liquid crystal component B of the present invention preferably contains (2) a compound selected from the second group consisting of compounds represented by general formulas (II-1) to (II-4). Examples (No. 10 to 16) of typical compounds represented by the general formulas (II-1) to (II-4) and their phase transition temperatures are shown in Table 2 below. In the table below, m.p. is the temperature (° C.) at which the crystal phase changes to the liquid crystal phase or isotropic liquid phase, and c.p. is the temperature at which the liquid crystal phase changes to the isotropic liquid phase. (° C.) respectively.
[0039]
[Table 2]

[0040]
The nematic liquid crystal composition of the present invention is an essential component of the liquid crystal component A, that is, the liquid crystal compositions of the general formulas (I-1) to (I-3), and the general formulas (II-1) to (II-4). By adding the represented compound, a composition having a large birefringence (Δn) can be obtained. Moreover, the improvement effect which makes the temperature range of a nematic phase wider is also shown. Furthermore, the driving voltage tends to be difficult to increase. Such an effect is considered to be due to the fact that the compounds of the general formulas (II-1) to (II-4) have a fluoranthrane structure and the compound has a small elastic constant. Moreover, since it is excellent in compatibility with a compound selected from the group consisting of the compounds of the general formulas (I-1) to (I-3) which are essential components, the excellent characteristics due to this essential component are almost reduced. Therefore, a good nematic liquid crystal composition can be obtained.
[0041]
R ²¹ and R ²² are particularly preferably an alkyl group having 2 to 5 carbon atoms or an alkenyl group of CH ₂ ═CH ₂ — (CH ₂ ) _u (u = 0, 2). R ²³ is particularly preferably an alkyl group having 3 to 5 carbon atoms or an alkoxy group having 2 to 4 carbon atoms. R ²⁴ is preferably an alkyl group having 2 to 4 carbon atoms. X ^{21 to} X ²⁴ are preferably a fluorine atom, a chlorine atom, —OCF ₃ , or —CF ₃ . At least one of Y ¹ and Y ² is preferably a fluorine atom, and at least one of Y ³ and Y ⁴ is preferably a hydrogen atom.
[0042]
Furthermore, it is preferable that the liquid crystal component B contains a compound selected from the third group consisting of (3) compounds represented by the general formulas (III-1) to (III-5). Examples of typical compounds represented by the general formulas (III-1) to (III-5) (Nos. 17 to 24) and their phase transition temperatures (° C.) are shown in Table 3 below. In the table, mp and cp are the same as described above.
[0043]
[Table 3]

[0044]
R ^{31 to} R ³⁷ are particularly preferably a linear alkyl group or alkenyl group having 2 to 5 carbon atoms. In the case of an alkenyl group, the same as those described for R ²¹ and R ²² are particularly preferred. In _{_{C s H 2s + 1 -O-}} C t H s is 1 or 2 in the case of _2t, t is the compound of 1-3 are preferred. X ^{31 to} X ³⁷ are preferably F, Cl, —OCF ₃ , or —CN. The general formulas (III-1) and (III-2) are particularly preferred compounds for mixing. Further, it may contain a compound represented by the general formula (III-3) in which at least one of Z ³² and Z ³³ is a single bond and at least one of Z ³⁴ and Z ³⁵ in the general formula (III-4) having a single bond. Particularly preferred.
[0045]
Further, (3) at least one compound selected from the third group consisting of compounds represented by general formulas (III-1) to (III-5) may be a compound having —CN.
[0046]
Furthermore, the liquid crystal component C preferably contains (4) a compound selected from the fourth group consisting of compounds represented by general formulas (IV-1) to (IV-3). Examples of typical compounds represented by the general formulas (IV-1) to (IV-3) (Nos. 25 to 29) and their phase transition temperatures (° C.) are shown in Table 4 below. In the table, C means a crystalline phase, S means a smectic phase, N means a nematic phase, and I means an isotropic liquid phase.
[0047]
[Table 4]

[0048]
As particularly preferred compounds represented by the general formulas (IV-1) to (IV-3), the following general formulas (IV-4) to (IV-17) are shown. These compounds have a feature of mixing well with the compounds of the general formulas (I-1) to (I-3), which are essential liquid crystal components A, and are useful for improving the nematic phase at low temperatures. .
[0049]
Embedded image

[0050]
The nematic liquid crystal composition of the present invention comprises (3) a compound selected from the third group represented by general formulas (III-1) to (III-5) and / or (4) general formulas (IV-1) to (IV -3) by containing a compound selected from the fourth group, the birefringence (Δn) of the liquid crystal composition can be easily optimized according to the application, and thereby the color of the liquid crystal display device Reduction of unevenness, improvement of viewing angle characteristics, and increase of contrast ratio can be easily achieved.
[0051]
Further, among the compounds of the general formula (IV-3), those in which Z ⁴⁵ is —C≡C— include the compounds of the general formula (d) described above. However, on the other hand, a liquid crystal composition containing a compound selected from the first group of the general formulas (I-1) to (I-3), which is an essential component of the present invention, is added to the general formula (IV -3) When a compound in which Z ⁴⁵ is —C≡C— is mixed, it exhibits good compatibility, and the phase transition temperature between the crystalline phase or the smectic phase and the nematic phase can be easily extended to the low temperature side. Show the trend. Therefore, a good nematic liquid crystal composition can be obtained without substantially reducing the excellent characteristics due to the essential components of the present invention.
[0052]
In addition, (2) a compound selected from the group of compounds selected from the second group of general formulas (II-1) to (II-4) and / or (3) general formulas (III-1) to (III-5) By containing a compound selected from the third group, a liquid crystal display device capable of forming a large pretilt angle can be provided.
[0053]
Specifically, compounds in which the side chain groups R ¹ and R ^{2 of the} compounds represented by the general formulas (II-1) to (II-4) have an alkoxyalkyl group, or the general formula (III-1 ) To (III-5) In the compounds represented by (III-5), the pretilt angle can be maintained or improved by containing a compound whose side chain group is an alkoxyalkyl group. The nematic liquid crystal composition of the present invention having such an improved pretilt angle can remarkably suppress the occurrence of reverse tilt due to heat dissipation of the backlight in TFT-LCD, or the occurrence of stripe domains in STN-LCD, Yield can be improved.
[0054]
The content of each group of compounds in the nematic liquid crystal composition of the present invention preferably contains 30% by weight or less of a compound selected from the compound groups represented by formulas (I-1) to (I-3). The total amount is preferably at least 1% by weight or more, more preferably 5 to 60% by weight, and particularly preferably 10 to 40% by weight. Further, it is preferable to contain a compound selected from the group of compounds represented by formulas (II-1) to (II-4) in a range of 0 to 30% by weight, and the total amount is at most 90% by weight or less. Preferably, the range of 0 to 80% by weight is more preferable, and the range of 10 to 60% by weight is particularly preferable.
[0055]
Furthermore, it is preferable to contain a compound selected from the group of compounds represented by the general formulas (III-1) to (III-5) in a range of 0 to 30% by weight, and the total amount is at most 99% by weight or less. Preferably, the compound selected from the group of compounds represented by formulas (IV-1) to (IV-3) is preferably contained in the range of 0 to 30% by weight, and the total amount is at most 80% by weight or less. Preferably, the range of 0 to 60% by weight is more preferable, and the range of 5 to 50% by weight is particularly preferable.
[0056]
The liquid crystal composition of the present invention includes compounds represented by the above general formulas (II-1) to (II-4), (III-1) to (III-5), and (IV-1) to (IV-3) In addition, in order to improve the characteristics of the liquid crystal composition, it may contain a normal nematic liquid crystal, smectic liquid crystal, cholesteric liquid crystal, etc. which are recognized as a liquid crystal compound. However, when these compounds are used in a large amount, the characteristics of the nematic liquid crystal composition are reduced, so that the addition amount is limited depending on the required characteristics of the obtained nematic liquid crystal composition.
[0057]
【Example】
EXAMPLES Hereinafter, although an Example is given and this invention is further explained in full detail, this invention is not limited to these Examples. Further, “%” in the compositions of the following Examples and Comparative Examples means “% by weight”.
[0058]
The chemical stability of the composition is as follows. 2 g of the liquid crystal composition is placed in an ampule tube, vacuum degassed and nitrogen-substituted, sealed, and subjected to a heating acceleration test at 150 ° C. for 1 hour. The voltage holding ratio was measured. In the examples, the measured characteristics are as follows.
[0059]
T _NI : Nematic phase-isotropic liquid phase transition temperature (° C)
T → _N : Solid phase or smectic phase-nematic phase transition temperature (° C)
V _th : Threshold voltage (V) when a TN-LCD with a cell thickness of 8 μm is constructed
Δε: dielectric anisotropy Δn: birefringence η ₂₀ ° C .: viscosity of nematic liquid crystal composition at 20 ° C. (CP)
Example 1
[0060]
Embedded image

[0061]
Nematic liquid crystal composition No. 30 were prepared and the properties of this composition were measured. The results were as follows.
T _NI : 106.5 ° C
T → _N : −16.0 ° C.
V _th : 1.43 V
Δε: 17.0
Δn: 0.232
Voltage holding ratio before test: 99.2%
Voltage holding ratio after heating acceleration test: 98.6%
[0062]
Since this nematic liquid crystal composition has a high voltage holding ratio after the heating acceleration test, it can be understood that the nematic liquid crystal composition is stable to heat. Further, when an active matrix liquid crystal display device using this composition as a constituent material was produced, it was confirmed that the liquid crystal display device had excellent leakage current and no flicker.
[0063]
Further, when the wavelength dispersion of the birefringence of the nematic liquid crystal composition was measured, the ratio at 400 nm to the light wavelength of 650 nm was 1.15 or more. Since this liquid crystal material has a larger phase difference due to the difference in the wavelength of light, a new reflective color that uses the birefringence of liquid crystal and phase difference plate to perform color display without using a color filter layer This is useful for a liquid crystal display system.
[0064]
(Comparative Example 1)
[0065]
Embedded image

[0066]
A comparative liquid crystal f comprising the following was prepared, and various properties of this composition were measured. As a result, T → _N was higher than room temperature, and various properties were not obtained.
[0067]
(Example 2)
[0068]
Embedded image

[0069]
Nematic liquid crystal composition No. 31 was prepared and the properties of this composition were measured. The results were as follows.
T _NI : 90.6 ° C
V _th : 1.33 V
Δε: 15.7
Δn: 0.225
Voltage holding ratio before test: 99.1%
Voltage holding ratio after heating acceleration test: 98.6%
[0070]
Since this nematic liquid crystal composition has a high voltage holding ratio after the heating acceleration test, it can be understood that the nematic liquid crystal composition is stable to heat. Further, when an active matrix liquid crystal display device using this composition as a constituent material was produced, it was confirmed that the liquid crystal display device had excellent leakage current and no flicker.
[0071]
Furthermore, a chiral substance “S-811” (manufactured by Merck) was added to the nematic liquid crystal composition to prepare a mixed liquid crystal. On the other hand, an organic film of “Sunever 150” (manufactured by Nissan Chemical Industries, Ltd.) was rubbed on the opposing planar transparent electrode to form an alignment film, and an STN-LCD display cell with a twist angle of 220 degrees was produced. The mixed liquid crystal was injected into this cell to constitute a liquid crystal display device, and the display characteristics were measured. As a result, STN-LCD has low threshold voltage, excellent high time-sharing characteristics, improved display screen flickering and crosstalk phenomenon, fast response, and special effects of viewing angle characteristics with low parallax A liquid crystal display device exhibiting display characteristics was obtained.
[0072]
The chiral material was added so that the inherent helical pitch P of the mixed liquid crystal and the cell thickness d of the display cell were Δn · d = 0.85 and d / P = 0.53.
[0073]
Example 3
[0074]
Embedded image

[0075]
Nematic liquid crystal composition No. 32 was prepared and the properties of this composition were measured. The results were as follows.
T _NI : 95.6 ° C
T → _N : −34.0 ° C.
V _th : 1.39 V
Δε: 15.2
Δn: 0.219
Voltage holding ratio before test: 99.0%
Voltage holding ratio after heating acceleration test: 98.3%
[0076]
Since this nematic liquid crystal composition has a high voltage holding ratio after the heating acceleration test, it can be understood that the nematic liquid crystal composition is stable to heat. Further, when an active matrix liquid crystal display device using this composition as a constituent material was produced, it was confirmed that the liquid crystal display device had excellent leakage current and no flicker.
[0077]
Furthermore, a chiral substance “S-811” (manufactured by Merck) was added to the nematic liquid crystal composition to prepare a mixed liquid crystal. On the other hand, an organic film of “Sunever 150” (manufactured by Nissan Chemical Industries, Ltd.) was rubbed on the opposing planar transparent electrode to form an alignment film, and an STN-LCD display cell with a twist angle of 220 degrees was produced. The mixed liquid crystal was injected into this cell to constitute a liquid crystal display device, and the display characteristics were measured. As a result, STN-LCD has low threshold voltage, excellent high time-sharing characteristics, improved display screen flickering and crosstalk phenomenon, fast response, and special effects of viewing angle characteristics with low parallax A liquid crystal display device exhibiting display characteristics was obtained.
[0078]
The chiral material was added so that the inherent helical pitch P of the mixed liquid crystal and the cell thickness d of the display cell were Δn · d = 0.85 and d / P = 0.53.
[0079]
Example 4
[0080]
Embedded image

[0081]
Nematic liquid crystal composition No. 33 was prepared and the properties of this composition were measured. The results were as follows.
T _NI : 82.6 ° C
V _th : 1.59 V
Δε: 11.1
Δn: 0.228
Voltage holding ratio before test: 99.2%
Voltage holding ratio after heating acceleration test: 98.4%
[0082]
Since this nematic liquid crystal composition has a high voltage holding ratio after the heating acceleration test, it can be understood that the nematic liquid crystal composition is stable to heat. Further, when an active matrix liquid crystal display device using this composition as a constituent material was produced, it was confirmed that the liquid crystal display device had excellent leakage current and no flicker.
[0083]
Further, when the wavelength dispersion of the birefringence of the nematic liquid crystal composition was measured, the ratio at 400 nm to the light wavelength of 650 nm was 1.15 or more. Since this liquid crystal material has a larger phase difference due to the difference in the wavelength of light, a new reflective color that uses the birefringence of liquid crystal and phase difference plate to perform color display without using a color filter layer This is useful for a liquid crystal display system.
[0084]
(Example 5)
[0085]
Embedded image

[0086]
Nematic liquid crystal composition No. 34 was prepared and the properties of this composition were measured. The results were as follows.
T _NI : 86.0 ℃
T → _N : −26.0 ° C.
V _th : 2.72 V
Δε: 4.2
Δn: 0.120
Voltage holding ratio before test: 99.6%
Voltage holding ratio after heating acceleration test: 98.9%
[0087]
Since this nematic liquid crystal composition has a high voltage holding ratio after the heating acceleration test, it can be understood that the nematic liquid crystal composition is stable to heat. Further, when an active matrix liquid crystal display device using this composition as a constituent material was produced, it was confirmed that the liquid crystal display device had excellent leakage current and no flicker.
[0088]
(Example 6)
[0089]
Embedded image

[0090]
Nematic liquid crystal composition No. 35 was prepared and various properties of this composition were measured. The results were as follows.
T _NI : 89.3 ° C
T → _N : −19.0 ° C.
V _th : 2.52 V
Δε: 5.8
Δn: 0.106
Voltage holding ratio before test: 99.5%
Voltage holding ratio after heating acceleration test: 98.9%
[0091]
Since this nematic liquid crystal composition has a high voltage holding ratio after the heating acceleration test, it can be understood that the nematic liquid crystal composition is stable to heat. Further, when an active matrix liquid crystal display device using this composition as a constituent material was produced, it was confirmed that the liquid crystal display device had excellent leakage current and no flicker.
[0092]
(Example 7)
[0093]
Embedded image

[0094]
Nematic liquid crystal composition No. 36 was prepared and the properties of this composition were measured. The results were as follows.
T _NI : 85.9 ° C
T → _N : −46.0 ° C.
V _th : 1.29 V
Δε: 17.8
Δn: 0.210
[0095]
A chiral substance “S-811” (manufactured by Merck) was added to the nematic liquid crystal composition to prepare a mixed liquid crystal. On the other hand, an organic film of “Sunever 150” (manufactured by Nissan Chemical Industries, Ltd.) was rubbed on the opposing planar transparent electrode to form an alignment film, and an STN-LCD display cell with a twist angle of 220 degrees was produced. The mixed liquid crystal was injected into this cell to constitute a liquid crystal display device, and the display characteristics were measured. As a result, the threshold voltage is particularly low, the time division characteristics are excellent, the display screen flickering and crosstalk phenomenon are improved, the response is particularly fast, and the viewing angle characteristics with a small parallax have the special effects. A liquid crystal display device showing STN-LCD display characteristics was obtained.
The chiral material was added so that the inherent helical pitch P of the mixed liquid crystal and the cell thickness d of the display cell were Δn · d = 0.85 and d / P = 0.53.
[0096]
Further, when the wavelength dispersion of the birefringence of the nematic liquid crystal composition was measured, the ratio at 400 nm to the light wavelength of 650 nm was 1.15 or more. Since this liquid crystal material has a larger phase difference due to the difference in the wavelength of light, a new reflective color that uses the birefringence of liquid crystal and phase difference plate to perform color display without using a color filter layer This is useful for a liquid crystal display system.
[0097]
Furthermore, when a TN-LCD having a cell thickness d of 2.3 μm was constructed and its display characteristics were measured, the threshold voltage was 1.09 V and the response speed was 1 msec.
A liquid crystal display device showing TN-LCD display characteristics was obtained.
[0098]
(Example 8)
[0099]
Embedded image

[0100]
Nematic liquid crystal composition No. 37 was prepared and the properties of this composition were measured. The results were as follows.
T _NI : 82.0 ℃
T → _N : −60.0 ° C.
V _th : 1.79 V
Δε: 9.9
Δn: 0.261
Voltage holding ratio before test: 99.3%
Voltage holding ratio after heating acceleration test: 98.7%
[0101]
Example 9
[0102]
Embedded image

[0103]
Nematic liquid crystal composition No. 38 was prepared and the properties of this composition were measured. The results were as follows.
T _NI : 90.0 ° C
T → _N : −30.0 ° C.
V _th : 1.30 V
Δε: 13.6
Δn: 0.139
η ₂₀ ° C: 16.9 CP
Voltage holding ratio before test: 99.5%
Voltage holding ratio after heating acceleration test: 98.8%
(Example 10)
[0104]
Embedded image

[0105]
Nematic liquid crystal composition No. 39 was prepared and the properties of this composition were measured. The results were as follows.
T _NI : 93.0 ℃
T → _N : −30.0 ° C.
V _th : 1.70 V
Δε: 9.2
Δn: 0.138
Voltage holding ratio before test: 99.7%
Voltage holding ratio after heating acceleration test: 98.7%
[0106]
【The invention's effect】
The nematic liquid crystal composition of the present invention can adjust the birefringence (Δn) in a wide range and exhibits a nematic phase in a wide temperature range. In addition, the voltage holding ratio is high, and the chemical stability is high. Therefore, by using the liquid crystal composition of the present invention, a liquid crystal display device with improved display screen flickering and crosstalk phenomenon can be obtained. In addition, when the birefringence is increased, the thickness d of the liquid crystal layer can be reduced and the response characteristics can be improved. In particular, excellent drive characteristics and display in a TN-LCD, STN-LCD or active matrix type liquid crystal display device with a large amount of information. Characteristics are obtained.

Claims

A liquid crystal composition comprising 2 to 40 compounds, wherein the liquid crystal composition comprises (1) general formulas (I-1) to (I-3)

(Wherein R ^{11 to} R ¹³ each independently represents a linear alkyl group or alkoxy group having 2 to 7 carbon atoms, and X ^{11 to} X ¹³ each independently represent a fluorine atom, a chlorine atom, —OCF ₃ , —OCHF ₂ , —CF ₃ , —CN, —OCH _3, or —CH _3. ), And a liquid crystal component A composed of one or more compounds selected from the first group consisting of compounds represented by Containing and having a dielectric anisotropy greater than 2, general formulas ( III-1 ) to ( III-5 )

(Wherein R ^{31 to} R ³⁵ each independently represents a linear alkyl group having 2 to 7 carbon atoms, an alkenyl group or C s H 2s + 1- O — C t H 2t , each independently represents an integer of 1 to 5, X ³¹ to X ³⁵ are each independently a fluorine atom, a chlorine _{_{atom, - OCF 3, - OCHF 2}} , - CF 3 or - represents CN, Y ⁷ to Y ²⁰ each independently represent a hydrogen atom or a fluorine atom, Z ³⁰ to Z ³⁷ are each independently a single _{bond, - COO -, - C 2} H 4 - or - C ₄ H ₈ - represents the ring a ¹ is 1 represents a cyclohexane ring or a phenyl ring, and the hydrogen atom (H) of the cyclohexane ring in each compound may be substituted by a deuterium atom (D). containing liquid crystal component B composed of species or two or more compounds, the At least one compound selected from the group is - a compound having a CN, characterized in that it contains a liquid crystal component C consisting of one or more compounds having a dielectric anisotropy of -2 to 2 Nematic liquid crystal composition.

As the liquid crystal component B, (2) general formulas (II-1) to (II-4)

(Wherein R ²¹ and R ²² each independently represents a linear alkyl group having 2 to 7 carbon atoms, an alkenyl group or CqH2q + 1-O—CrH2r, and q and r are each independently 1 to 1) 5 represents an integer of 5, R ²³ and R ²⁴ each independently represents a linear alkyl group or an alkoxy group having 2 to 7 carbon atoms, and X ^{21 to} X ²⁴ each independently represent a fluorine atom, a chlorine atom, -OCF _3, represents -OCHF ₂ or -CF _3, Y ¹ ~Y ⁶ each independently represent a hydrogen atom or a fluorine atom, a hydrogen atom of the cyclohexane ring in the compound (H) is a deuterium atom (D) 2. The nematic liquid crystal composition according to claim 1, further comprising a compound selected from the second group consisting of compounds represented by:

As the liquid crystal component C, (4) general formulas (IV-1) to (IV-3)

(Wherein R ^{41 to} R ⁴³ each independently represents a linear alkyl group or alkenyl group having 2 to 7 carbon atoms, and R ^{44 to} R ⁴⁶ are each independently a straight chain having 1 to 7 carbon atoms. Represents a chain alkyl group, an alkoxy group, an alkenyl group or an alkenyloxy group, Y ²¹ represents a hydrogen atom, a fluorine atom or —CH ₃ ; Y ²² and Y ²³ each independently represents a hydrogen atom or a fluorine atom; Z ^{41 to} Z ⁴⁴ each independently represents a single bond, —COO—, —C ₂ H ₄ — or —C ₄ H ₈ —, and Z ⁴⁵ represents a single bond, —COO—, —C≡C—. Ring A ² represents a cyclohexane ring or a cyclohexene ring, and m, n, and p each independently represents an integer of 0 or 1, and a compound selected from the fourth group consisting of compounds represented by: The nematic liquid crystal set according to claim 1 or 2, Adult.

The nematic liquid crystal composition according to claim 1, 2, or 3, wherein the compound selected from the first group is contained in the range of 10 to 40% by weight.

An active matrix type liquid crystal display device using the nematic liquid crystal composition according to claim 1 .

A twisted nematic or super twisted nematic liquid crystal display device using the nematic liquid crystal composition according to claim 1 .