JP4337355B2

JP4337355B2 - Nematic liquid crystal composition and liquid crystal display device using the same

Info

Publication number: JP4337355B2
Application number: JP2003021926A
Authority: JP
Inventors: 芳典岩下; 正太郎川上
Original assignee: DIC Corp
Current assignee: DIC Corp
Priority date: 2003-01-30
Filing date: 2003-01-30
Publication date: 2009-09-30
Anticipated expiration: 2023-01-30
Also published as: JP2004231789A

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】
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携帯端末、液晶テレビ、プロジェクタ、コンピューター等の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）等が使われており、この方式には高電圧保持率であることが重要視されている。また、更に広い視角特性を得るためにIPS、OCBモードと組み合わせたTFT表示やより明るい表示を得るためにECBモードの反射型が提案されている。（以下、これらアクティブ・マトリクス表示方式の液晶表示素子を総称してTFT-LCDと呼称する）こ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（特許文献1、特許文献2）。
【０００３】
近年、液晶プロジェクタの高性能化やOCBモードへの適用等の理由から屈折率異方性（Δn）の大きい液晶組成物の要望が高まっている。
【０００４】
高Δnの組成物を得るためには一般式(V)、(VI)で表される化合物を用いるのが一般的である（以下、一般式(V)で表される化合物をトラン系化合物、一般式(VI)で表される化合物をフェニル系化合物とする）。
【０００５】
【化３】

【０００６】
（式中、
Rは各々独立的に置換または非置換のアルキル鎖もしくはアルケニル鎖であり、Aは各々独立的にシクロヘキサン環またはベンゼン環であり、
nは各々独立的に0または1であり、
該化合物中の1つまたは2つ以上のベンゼン環は極性基または非極性基で置換されていてもよい。）
一般式(V)、(VI)で表される化合物はいずれも大きなΔnの値を持つのが特長である。しかし、トラン系化合物は一般的に光に対する安定性の低さ、すなわち大光量の照射下における電圧保持率低下、イオン密度上昇等の耐光性の低さという問題を有している。この耐光性の低さは組成物中のトラン系化合物の比率の多寡にかかわらず発現するものである。従って、大光量照射下で使用する液晶TVや液晶プロジェクタ等の用途には耐光性の問題からトラン系化合物を用いることはできなかった。また、フェニル系化合物は耐光性こそ良好なものの、単独で用いた場合はΔnが十分に大きくなく、トラン系化合物との組み合わせにより溶解性が低下するため、高いΔnを得るためにトラン系化合物とフェニル系化合物との高比率の併用による組成物の構築も極めて困難であった。
【０００７】
上記問題点の一部を解決する手法としてナフタレン系化合物を用いることが提案されている（特許文献3、特許文献4）しかし、これらの例では高いΔnを得るために依然トラン系化合物を用いているか、トラン化合物を用いないために高いΔnを有する組成物が得られていないという問題点を有していた。
【０００８】
以上のことから、高い屈折率異方性を維持しつつ、低温で安定したネマチック相を持ち、耐光性に優れた液晶組成物を得ることは困難であった。
【特許文献１】
特開平２−２３３６２６号公報（２頁）
【特許文献２】
特公表４−５０１５７５号公報（２頁）
【特許文献３】
特開２００１−０４０３５４号公報（２頁）
【特許文献４】
特開２００２−３５６６７９号公報（２頁）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明が解決しようとする課題は、高い屈折率異方性（Δn=0.16以上）を維持しつつ、低温で安定したネマチック相を持ち、耐光性に優れた液晶組成物を提供すること、また、この液晶組成物を使用した動作温度範囲が広い液晶表示素子を提供することにある。
【００１０】
【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、種々の液晶化合物を用いた液晶組成物を検討した結果、一般式(I)で表される化合物と一般式(II)で表される化合物と一般式(III)で表される化合物を特定の混合比で組み合わせることで、高い複屈折率を維持しながら、低温において良好なネマチック相安定性を有し、耐光性に優れた液晶組成物を見出し本発明の完成に至った。
【００１１】
すなわち、本発明は一般式(I)で表されるグループ1、一般式(II)で表されるグループ2、一般式(III)で表されるグループ3のそれぞれのグループから少なくとも1種もしくは2種以上選ばれる化合物を含有し、グループ1から選ばれた化合物の合計が5〜30質量%であり、グループ2から選ばれた化合物の合計が20〜60質量%であり、グループ3から選ばれた化合物の合計が20〜60質量%であり、グループ1〜3から選ばれる化合物の総和が70質量%以上であることを特徴とする液晶組成物およびこれを用いた液晶表示装置を提供する。
【００１２】
【化４】

【００１３】
（式中、
R¹〜R⁴は各構造式において各々独立的に炭素原子数1〜10のアルキル基又は炭素原子数2〜10のアルケニル基を表し、該アルキル基又は該アルケニル基は非置換基であるか又は置換基として1個又は2個以上の-F、-Cl、-CN、-CH₃、又は-CF₃を有することができ、該アルキル基又は該アルケニル基中に存在する1個又は2個以上の-CH₂-基は、O原子が相互に直接結合しないものとして、-O-、-CO-、-COO-または-OCO-置換されていてもよく、
Z¹〜Z⁶は各々独立的に-CH₂CH₂-又は単結合を表し、
A¹およびA²は、各々独立的に1,4-フェニレン基、3-フルオロ-1,4-フェニレン基、3,5-ジ-1,4-フェニレン基、1,4-シクロヘキシレン基もしくはビシクロ[2,2,2]オクタン-1,4-ジイル基であり、
X¹〜X¹⁰は各々独立的に-Fまたは-Hであり、
m¹およびm³は各々独立的に0、1または2であり、m²は0または1であり、l¹〜l³は各々独立的に0または1であるがm¹+l¹は1または2であり、m²+l²は1であり、m³+l³は2であり、該m¹および／またはm³が2の場合は繰り返される単位は同一であってもよく、異なっていてもよく、
Y¹およびY²は各々独立的に-F、-Cl、-OCF₃、-OCF₂H、-OCFH₂、-CNもしくは-NCSである。）
【００１４】
【発明の実施の形態】
グループ1から選ばれる化合物は下記一般式(I-1)〜(I-3)
【化５】

【００１５】
（式中、
R¹、R²、X¹〜X⁴は一般式(I)と同義である。）
で表される化合物の中から選ばれるのが好ましいが、X¹〜X⁴のうち少なくともひとつがFであり他がHである化合物がより好ましい。低温での安定なネマチック相を得るためにはR¹、R²は炭素数1〜5のアルキル鎖、または炭素数2〜5のアルケニル基であることが好ましい。
【００１６】
低温でのより安定なネマチック相を得るためには、グループ2および3からそれぞれ2種以上選ばれることがより好ましい。
【００１７】
グループ2から選ばれる化合物は下記一般式(II-1)および(II-2)で表される化合物
【化６】

（式中、R³、R⁴、A¹、Y¹、Y²、X⁵〜X⁷は一般式(II)と同義である。）
の中から選ばれるのが好ましいが、下記一般式(II-1-1)〜(II-2-3)
【００１８】
【化７】

【００１９】
（式中、R³は一般式(II)と同義であり、該化合物中に1,4-シクロヘキシニレン基が存在する場合、該1,4-シクロヘキシレン基は各々独立的にビシクロ[2,2,2]オクタン-1,4-ジイル基で置換されていてもよい。）
で表される化合物の中から選ばれるのがさらに好ましい。
【００２０】
グループ3から選ばれる化合物は下記一般式(III-1)および(III-2)で表される化合物
【化８】

（式中、R³、Y²、X⁸〜X¹⁰は一般式(III)と同義であり、A³〜A⁵は各々独立的に一般式(III)におけるA²と同義である。）
【００２１】
の中から選ばれるのが好ましいが、下記一般式(III-1-1)〜(III-2-6)
【化９】

【００２２】
（式中、R⁴は一般式(III)と同義であり、該化合物中に1,4-シクロヘキシニレン基が存在する場合、該1,4-シクロヘキシレン基は各々独立的にビシクロ[2,2,2]オクタン-1,4-ジイル基で置換されていてもよい。）
で表される化合物の中から選ばれるのがさらに好ましい。
【００２３】
本発明において、グループ1から選ばれる化合物が5〜30質量%、グループ2および3から選ばれる化合物がそれぞれ20〜60質量%であることが必要であるが、グループ1から選ばれる化合物が5〜20質量%であることが好ましく、5〜15質量%であることがより好ましい。グループ2から選ばれる化合物は25〜55質量%あることが好ましく、グループ3から選ばれる化合物は25〜55質量%あることが好ましく、35〜55質量%であることがより好ましい。
【００２４】
又、グループ1、2及び3の化合物の総和は70質量%以上であるが、80質量%以上であることが好ましい。
【００２５】
高速応答を示す液晶組成物を得るために、一般式(IV)で表されるグループ4から選ばれる化合物
【００２６】
【化１０】

（式中、
Rは各々独立的に置換または非置換のアルキル鎖もしくはアルケニル鎖であり、Aは各々独立的にシクロヘキサン環またはベンゼン環であり、
nは各々独立的に0または1であり、
該化合物中の1つまたは2つ以上のベンゼン環は極性基または非極性基で置換されていてもよい。）
【００２７】
を1種または2種以上含有し、該化合物の総量が1〜30質量%であることが好ましいが、より高速な応答速度を得るためには該化合物の総量が15〜30質量%であることがより好ましい。また、グループ4から選ばれる1種または2種以上の化合物は下記一般式(IV-1)〜(IV-16)で表される化合物群
【００２８】
【化１１】

【００２９】
（式中、R⁵、R⁶、はそれぞれ一般式(IV)と同義であり、該化合物中に1,4-シクロヘキシニレン基が存在する場合、該1,4-シクロヘキシレン基は各々独立的にビシクロ[2,2,2]オクタン-1,4-ジイル基で置換されていてもよい。）
から選ばれることが好ましく、一般式(IV-1)、(IV-3)、(IV-5)、(IV-7)、(IV-9)、(IV-12)、(IV-15)で表される化合物群から選ばれるのがより好ましく、一般式(IV-1)、(IV-9)、(IV-12)で表される化合物群から選ばれるのがさらに好ましい。一般式(IV)から選ばれる化合物のR⁵、R⁶はそれぞれ独立的に炭素原子数1〜10のアルキル基又は炭素原子数2〜10のアルケニル基であるが、アルキル基の場合には炭素数が2〜5であることが好ましく、
【００３０】
アルケニル基の場合には炭素数2〜5であることが好ましく、式(a)〜(f)
【化１２】

（構造式は右端で環に連結しているものとする。）の構造がさらに好ましく、
(a)、(b)、(e)、(f)が特に好ましい。該アルキル基又は該アルケニル基中に存在する1個又は2個以上の-CH₂-基と置換される官能基としては-O-最が好ましく、置換個数は1が最も好ましく、置換部位は6員環に直接該置換基が結合する形が最も好ましい。
【００３１】
上記ネマチック液晶組成物の屈折率異方性（Δn）は0.16以上であるが、0.17以上が好ましく、0.18以上がさらに好ましい。
【００３２】
上記ネマチック液晶組成物はツイスト角が0〜180°であるTN-LCD、IPSやOCB等を含むアクティブ・マトリクス-LCDに有用であるが特にアクティブ・マトリクス-LCDに有用である。また、上記液晶組成物は透過型、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が、屈折率異方性が高くネマチック相温度範囲が広く耐光性に優れるため、デスクトップPCやノートPC用LCDと比較して大光量照射下かつまたは高温な状況で使用される液晶プロジェクタや液晶TV等の透過型又は反射型の液晶表示素子もしくはこれらの素子を用いた液晶表示装置に特に有用である。
【００３３】
本発明のネマチック液晶組成物は、上記一般式(I)〜(III)、(I-1-1)〜(III-2-6)で表される化合物以外に、他のネマチック液晶、スメクチック液晶、コレステリック液晶、ディスコチック液晶又は螺旋を誘起する化合物などを含有していてもよい。
【００３４】
【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。
式(I-a)〜(IX-d)中におけるシクロヘキサン環はトランス体を表しており、炭素数が3以上のアルキル鎖はすべてノルマル体を表している。
以下の実施例及び比較例における混合比率を表す「%」は全て「質量%」を表す。
【００３５】
実施例中、測定した特性は以下の通りである。
T_NI : ネマチック―等方相転移温度（℃）
T_→ _N : 結晶―、ガラス―、スメクチック―ネマチック相転移温度（℃）
Δn : 25℃における複屈折率
Δε : 25℃における誘電率異方性
V_th : 25℃におけるセル厚6.0μmのTN-LCDを構成したときのしきい値電圧
VHR（電圧保持率）： 80℃におけるセル厚6.0μmのTN-LCDを構成し、このセルに印加時間60μs電圧5Vの矩形波電界を印加したのちの0-200ms間の電圧実効値を印加電圧値で除したもの（%）
ID（イオン密度）： 0℃におけるセル厚6.0μmのTN-LCDを構成し、このセルに周波数0.05Hz、電圧20Vの三角波を繰り返し印加した際に出現する可動イオンに起因するピーク面積より計算される電極単位面積あたりの移動電荷量（pCcm^-2）電圧保持率、イオン密度測定における「初期」とは組成物をブレンドしたそのままの状態の組成物試料を指し、「曝露」とはOriginal Hanau社製光曝露装置を用いて、窒素雰囲気下密閉試験中の組成物試料を室温で30分間処理した組成物試料を指す。
【００３６】
TN-LCD表示素子の作製は以下のようにして行った。対向する平面透明電極上に「AL-1051」（JSR社製）の有機膜を調製し、この有機膜をラビングして配向膜を形成したツイスト角90℃のTN-LCDセルを作製し、このセルに液晶組成物を注入してTN-LCD表示素子を作製した。
【００３７】
以下に実施例に用いた化合物を示す。以後式(I-a)〜(IX-d)の記号を以ってその化合物を表すこととする。
【００３８】
【化１３】

【００３９】
【化１４】

【００４０】
【化１５】

【００４１】
【化１６】

【００４２】
【化１７】

【００４３】
【化１８】

【００４４】
【化１９】

ネマチック液晶組成物実施例1〜3を調製し、この組成物の諸特性を測定した結果を表1に示す。
【００４５】
【表１】

【００４６】
表1に示す通り、グループ1から選ばれた化合物の合計が5〜30質量%であり、グループ2から選ばれた化合物の合計が20〜60質量%であり、グループ3から選ばれた化合物の合計が20〜60質量%であり、グループ1〜3から選ばれる化合物の総和が70質量%以上の液晶組成物である実施例1、2はともに0.18以上という高いΔnを維持しつつ、T_→ _Nが-34℃、-36℃と十分低く、光曝露試験後の電圧保持率、イオン密度ともに初期値とほとんど変わらない良好な値を示した。また、グループ1〜3から選ばれる化合物のみで構成された実施例3は0.2以上というさらに高いΔnと、実施例1、2より高いものの比較的低いT_→ _Nを示し、光曝露試験後の電圧保持率、イオン密度ともに初期値とほとんど変わらない良好な値を示した。
【００４７】
【表２】

【００４８】
表2に示す通り比較例1、2の場合、トラン系化合物（(V-b)、(V-c)）をそれぞれ22質量%、18質量%含有している。これらの組成物はΔnが約0.18と高い値を持つものの、T_→ _Nがそれぞれ-17℃、-20℃と十分に低くなく、光曝露試験後の電圧保持率、イオン密度も初期値に比べて大きく悪化するという結果となった。
【００４９】
【表３】

【００５０】
また、表3に示す通り、トラン系化合物の含有量が10質量%と比較的低い比較例3の組成物においても、光曝露試験後の電圧保持率、イオン密度は初期値に比べて悪化しており、グループ1〜3の化合物の総量も25質量%と少ないためΔnも0.107と低い値しか示さなかった。
【００５１】
【表４】

【００５２】
表4に示す比較例4、5はトラン系化合物をまったく含有せず、グループ1〜3の化合物をそれぞれ45質量%、64質量%含有する。この組成物は、広いネマチック相温度範囲を有し、光曝露試験後の電圧保持率、イオン密度も初期値とほとんど変わらない良好な値を示しているが、Δnがそれぞれ0.105、0.148と所望の値に到達していない。
【００５３】
【発明の効果】
本発明の組み合わせによって、高い屈折率異方性（Δn=0.16以上）を維持しつつ、低温で安定したネマチック相を持ち、耐光性に優れた液晶組成物が得られた。また、この液晶組成物を液晶表示素子として用いた場合、駆動温度範囲が広く耐光性に優れたものであった。[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]
Due to the excellent display quality, active matrix type liquid crystal display devices have been put on the market for portable terminals, liquid crystal televisions, projectors, computers and the like. In the active matrix display method, TFT (thin film transistor) or MIM (metal insulator metal) is used for each pixel, and high voltage holding ratio is regarded as important in this method. Also, in order to obtain a wider viewing angle characteristic, a TFT display combined with IPS and OCB modes and a reflection type of ECB mode have been proposed to obtain a brighter display. (Hereinafter, these active matrix liquid crystal display elements are collectively referred to as TFT-LCDs.) In order to deal with such display elements, new liquid crystal compounds or liquid crystal compositions are still being proposed. (Patent Document 1, Patent Document 2).
[0003]
In recent years, there has been a growing demand for liquid crystal compositions having a large refractive index anisotropy (Δn) for reasons such as higher performance of liquid crystal projectors and application to OCB mode.
[0004]
In order to obtain a composition having a high Δn, it is common to use a compound represented by general formula (V) or (VI) (hereinafter, a compound represented by general formula (V) is a tolan compound, The compound represented by the general formula (VI) is a phenyl compound).
[0005]
[Chemical 3]

[0006]
(Where
Each R is independently a substituted or unsubstituted alkyl or alkenyl chain; each A is independently a cyclohexane ring or a benzene ring;
each n is independently 0 or 1,
One or more benzene rings in the compound may be substituted with a polar group or a nonpolar group. )
The compounds represented by the general formulas (V) and (VI) are characterized by having a large Δn value. However, tolan compounds generally have the problem of low light stability, that is, low light resistance such as a decrease in voltage holding ratio and an increase in ion density under irradiation with a large amount of light. This low light resistance is manifested regardless of the proportion of the tolan compound in the composition. Therefore, a tolan compound cannot be used in applications such as a liquid crystal TV and a liquid crystal projector used under irradiation with a large amount of light due to the problem of light resistance. In addition, although phenyl compounds have good light resistance, when used alone, Δn is not sufficiently large, and the solubility decreases when combined with a tolan compound. Therefore, in order to obtain a high Δn, It was also very difficult to construct a composition by using a high ratio with a phenyl compound.
[0007]
It has been proposed to use a naphthalene compound as a method for solving a part of the above problems (Patent Documents 3 and 4). However, in these examples, in order to obtain a high Δn, a tolan compound is still used. In addition, since a tolan compound is not used, a composition having a high Δn cannot be obtained.
[0008]
From the above, it has been difficult to obtain a liquid crystal composition having a nematic phase stable at a low temperature and having excellent light resistance while maintaining high refractive index anisotropy.
[Patent Document 1]
JP-A-2-233626 (page 2)
[Patent Document 2]
Publication No. 4-501575 (2 pages)
[Patent Document 3]
JP 2001-040354 A (page 2)
[Patent Document 4]
JP 2002-356679 A (page 2)
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
The problem to be solved by the present invention is to provide a liquid crystal composition having a stable nematic phase at low temperature while maintaining high refractive index anisotropy (Δn = 0.16 or more), and excellent in light resistance. An object of the present invention is to provide a liquid crystal display device having a wide operating temperature range using the liquid crystal composition.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the present invention has studied liquid crystal compositions using various liquid crystal compounds, and as a result, the compounds represented by general formula (I) and the compounds represented by general formula (II) By combining the compounds represented by formula (III) at a specific mixing ratio, a liquid crystal composition having good nematic phase stability at low temperatures and excellent light resistance while maintaining a high birefringence is found. The present invention has been completed.
[0011]
That is, the present invention is a group 1 represented by the general formula (I), a group 2 represented by the general formula (II), a group 3 represented by the general formula (III). Contains a compound selected from more than one species, the total of compounds selected from Group 1 is 5-30% by mass, the total of compounds selected from Group 2 is 20-60% by mass, selected from Group 3 A liquid crystal composition and a liquid crystal display device using the same are provided, wherein the total of the compounds is 20 to 60% by mass, and the total of the compounds selected from groups 1 to 3 is 70% by mass or more.
[0012]
[Formula 4]

[0013]
(Where
R ^{1 to} R ⁴ each independently represents an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms or an alkenyl group having 2 to 10 carbon atoms in each structural formula, and is the alkyl group or the alkenyl group an unsubstituted group? Or one or two or more of -F, -Cl, -CN, -CH ₃ , or -CF ₃ as a substituent, and one or two present in the alkyl group or the alkenyl group The above -CH ₂ -groups may be substituted with -O-, -CO-, -COO- or -OCO-, as O atoms are not directly bonded to each other,
Z ^{1 to} Z ⁶ each independently represent -CH ₂ CH ₂ -or a single bond,
A ¹ and A ² are each independently 1,4-phenylene group, 3-fluoro-1,4-phenylene group, 3,5-di-1,4-phenylene group, 1,4-cyclohexylene group or A bicyclo [2,2,2] octane-1,4-diyl group,
X ^{1 to} X ¹⁰ are each independently -F or -H;
m ¹ and m ³ are each independently 0, 1 or 2, m ² is 0 or 1, l ^{1 to} l ³ are each independently 0 or 1, but m ¹ + l ¹ is 1 Or m ² + l ² is 1, m ³ + l ³ is 2, and when m ¹ and / or m ³ is 2, the repeating units may be the same or different You may,
Y ¹ and Y ² are each independently —F, —Cl, —OCF ₃ , —OCF ₂ H, —OCFH ₂ , —CN or —NCS. )
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Compounds selected from Group 1 are represented by the following general formulas (I-1) to (I-3)
[Chemical formula 5]

[0015]
(Where
R ¹ , R ² , and X ^{1 to} X ⁴ have the same meaning as in the general formula (I). )
However, a compound in which at least one of X ^{1 to} X ⁴ is F and the other is H is more preferable. In order to obtain a stable nematic phase at a low temperature, R ¹ and R ² are preferably an alkyl chain having 1 to 5 carbon atoms or an alkenyl group having 2 to 5 carbon atoms.
[0016]
In order to obtain a more stable nematic phase at a low temperature, it is more preferable to select two or more of groups 2 and 3 respectively.
[0017]
Compounds selected from Group 2 are compounds represented by the following general formulas (II-1) and (II-2)

(In the formula, R ³ , R ⁴ , A ¹ , Y ¹ , Y ² , and X ^{5 to} X ⁷ are synonymous with the general formula (II).)
Is preferably selected from the following general formulas (II-1-1) to (II-2-3)
[0018]
[Chemical 7]

[0019]
(Wherein R ³ has the same meaning as in formula (II), and when 1,4-cyclohexylinylene group is present in the compound, each 1,4-cyclohexylene group is independently bicyclo [2 , 2,2] octane-1,4-diyl group may be substituted.
More preferably, it is selected from the compounds represented by:
[0020]
Compounds selected from Group 3 are compounds represented by the following general formulas (III-1) and (III-2)

(In the formula, R ³ , Y ² , X ^{8 to} X ¹⁰ are synonymous with general formula (III), and A ^{3 to} A ⁵ are each independently synonymous with A ² in general formula (III).)
[0021]
Is preferably selected from the following general formulas (III-1-1) to (III-2-6)
[Chemical 9]

[0022]
(In the formula, R ⁴ has the same meaning as in the general formula (III), and when a 1,4-cyclohexylene group is present in the compound, each of the 1,4-cyclohexylene groups is independently bicyclo [2 , 2,2] octane-1,4-diyl group may be substituted.
More preferably, it is selected from the compounds represented by:
[0023]
In the present invention, it is necessary that the compound selected from Group 1 is 5 to 30% by mass and the compound selected from Groups 2 and 3 is 20 to 60% by mass, respectively, but the compound selected from Group 1 is 5 to It is preferably 20% by mass, and more preferably 5 to 15% by mass. The compound selected from Group 2 is preferably 25 to 55% by mass, the compound selected from Group 3 is preferably 25 to 55% by mass, and more preferably 35 to 55% by mass.
[0024]
Further, the total of the compounds of groups 1, 2 and 3 is 70% by mass or more, but preferably 80% by mass or more.
[0025]
In order to obtain a liquid crystal composition exhibiting a high-speed response, a compound selected from group 4 represented by the general formula (IV)
Embedded image

(Where
Each R is independently a substituted or unsubstituted alkyl or alkenyl chain; each A is independently a cyclohexane ring or a benzene ring;
each n is independently 0 or 1,
One or more benzene rings in the compound may be substituted with a polar group or a nonpolar group. )
[0027]
It is preferable that the total amount of the compound is 1 to 30% by mass, but in order to obtain a faster response speed, the total amount of the compound is 15 to 30% by mass. Is more preferable. One or more compounds selected from Group 4 are compounds represented by the following general formulas (IV-1) to (IV-16):
Embedded image

[0029]
(Wherein R ⁵ and R ⁶ are as defined in general formula (IV), respectively, and when 1,4-cyclohexylene group is present in the compound, each 1,4-cyclohexylene group is independently Optionally substituted with a bicyclo [2,2,2] octane-1,4-diyl group.)
It is preferably selected from the following formulas (IV-1), (IV-3), (IV-5), (IV-7), (IV-9), (IV-12), (IV-15) Is more preferably selected from the group of compounds represented by formulas (IV-1), (IV-9), and (IV-12). R ⁵ and R ⁶ of the compound selected from the general formula (IV) are each independently an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms or an alkenyl group having 2 to 10 carbon atoms. Preferably the number is 2-5,
[0030]
In the case of an alkenyl group, it preferably has 2 to 5 carbon atoms, and the formulas (a) to (f)
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(The structural formula is assumed to be linked to the ring at the right end.)
(a), (b), (e), (f) are particularly preferred. As the functional group substituted with one or more —CH ₂ — groups present in the alkyl group or the alkenyl group, —O— is most preferred, the number of substitution is most preferably 1, and the substitution site is 6 Most preferred is a form in which the substituent is bonded directly to the member ring.
[0031]
The nematic liquid crystal composition has a refractive index anisotropy (Δn) of 0.16 or more, preferably 0.17 or more, and more preferably 0.18 or more.
[0032]
The nematic liquid crystal composition is useful for active matrix-LCDs including TN-LCDs having a twist angle of 0 to 180 °, IPS, OCB, etc., but particularly useful for active matrix-LCDs. The liquid crystal composition can be used for a transmissive, transflective, or reflective liquid crystal display element, but has a high refractive index anisotropy, a wide nematic phase temperature range, and excellent light resistance. It is particularly useful for transmissive or reflective liquid crystal display elements such as liquid crystal projectors and liquid crystal TVs that are used under high-intensity irradiation and at high temperatures compared to LCDs for PCs, or liquid crystal display devices using these elements. is there.
[0033]
The nematic liquid crystal composition of the present invention includes other nematic liquid crystals and smectic liquid crystals in addition to the compounds represented by the general formulas (I) to (III) and (I-1-1) to (III-2-6). Further, it may contain a cholesteric liquid crystal, a discotic liquid crystal, a compound that induces a helix, or the like.
[0034]
【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.
The cyclohexane ring in the formulas (Ia) to (IX-d) represents a trans isomer, and all alkyl chains having 3 or more carbon atoms represent a normal isomer.
In the following examples and comparative examples, “%” representing the mixing ratio represents “% by mass”.
[0035]
In the examples, the measured characteristics are as follows.
T _NI : Nematic-isotropic phase transition temperature (℃)
T _→ _N : Crystal-, glass-, smectic-nematic phase transition temperature (℃)
Δn: Birefringence at 25 ° C Δε: Dielectric anisotropy at 25 ° C
V _th : Threshold voltage when a TN-LCD with a cell thickness of 6.0μm is constructed at 25 ° C
VHR (Voltage holding ratio): A TN-LCD with a cell thickness of 6.0μm at 80 ° C is constructed, and after applying a rectangular wave electric field with a voltage of 5V for 60μs to this cell, the effective voltage value between 0 and 200ms is applied. Divide by value (%)
ID (Ion Density): Calculated from the peak area caused by mobile ions that appear when a TN-LCD with a cell thickness of 6.0 μm at 0 ° C and a triangular wave with a frequency of 0.05 Hz and a voltage of 20 V are repeatedly applied to this cell. The amount of mobile charge per electrode unit area (pCcm ^-2 ), voltage retention, and ion density, "initial" refers to the composition sample as it is blended, and "exposure" refers to Original Hanau It refers to a composition sample obtained by treating a composition sample in a sealing test under a nitrogen atmosphere for 30 minutes at room temperature using a light exposure apparatus.
[0036]
The TN-LCD display element was manufactured as follows. An organic film of “AL-1051” (manufactured by JSR) was prepared on the opposing flat transparent electrode, and a TN-LCD cell with a twist angle of 90 ° C. in which the organic film was rubbed to form an alignment film was prepared. A liquid crystal composition was injected into the cell to produce a TN-LCD display element.
[0037]
The compounds used in the examples are shown below. Hereinafter, the compounds are represented by the symbols of formulas (Ia) to (IX-d).
[0038]
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[0039]
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[0040]
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[0041]
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[0042]
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[0043]
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[0044]
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Table 1 shows the results of preparing nematic liquid crystal composition examples 1 to 3 and measuring various properties of the composition.
[0045]
[Table 1]

[0046]
As shown in Table 1, the total of compounds selected from Group 1 is 5 to 30% by mass, the total of compounds selected from Group 2 is 20 to 60% by mass, and the compounds selected from Group 3 Examples 1 and 2, which are liquid crystal compositions having a total of 20 to 60% by mass and a total of compounds selected from groups 1 to 3 being 70% by mass or more, maintain a high Δn of 0.18 or more, while T _→ _N was sufficiently low at -34 ° C and -36 ° C, and the voltage holding ratio and ion density after the light exposure test showed good values almost unchanged from the initial values. In addition, Example 3 composed only of a compound selected from Groups 1 to 3 showed a higher Δn of 0.2 or more, and a relatively low T _→ _N of higher than Examples 1 and 2, but the voltage after the light exposure test. Both the retention rate and the ion density showed good values almost unchanged from the initial values.
[0047]
[Table 2]

[0048]
As shown in Table 2, in Comparative Examples 1 and 2, the tolan compounds ((Vb) and (Vc)) are contained in 22% by mass and 18% by mass, respectively. Although these compositions have a high value of Δn of about 0.18, T _→ _N is not sufficiently low at -17 ° C and -20 ° C, respectively, and the voltage holding ratio and ion density after the light exposure test are also compared to the initial values. As a result, the results worsened greatly.
[0049]
[Table 3]

[0050]
In addition, as shown in Table 3, even in the composition of Comparative Example 3 in which the content of the tolan compound is relatively low at 10% by mass, the voltage holding ratio and ion density after the light exposure test are worse than the initial values. Since the total amount of the compounds of Groups 1 to 3 was as small as 25% by mass, Δn also showed a low value of 0.107.
[0051]
[Table 4]

[0052]
Comparative Examples 4 and 5 shown in Table 4 do not contain any tolan compounds and contain 45% by mass and 64% by mass of the compounds of Groups 1 to 3, respectively. This composition has a wide nematic phase temperature range and shows good values of voltage holding ratio and ion density after the light exposure test, which are almost the same as the initial value, but Δn is 0.105 and 0.148, respectively, as desired. The value has not been reached.
[0053]
【The invention's effect】
By the combination of the present invention, a liquid crystal composition having a stable nematic phase at low temperature and excellent light resistance while maintaining high refractive index anisotropy (Δn = 0.16 or more) was obtained. Further, when this liquid crystal composition was used as a liquid crystal display element, the driving temperature range was wide and the light resistance was excellent.

Claims

A compound selected from at least one kind or two or more kinds selected from the group 1 represented by the general formula (I), the group 2 represented by the general formula (II), and the group 3 represented by the general formula (III). The total of compounds selected from Group 1 is 5 to 30% by mass, the total of compounds selected from Group 2 is 20 to 60% by mass, and the total of compounds selected from Group 3 is A liquid crystal composition comprising 20 to 60% by mass and a total of compounds selected from groups 1 to 3 being 70% by mass or more.

(Where
R ^{1 to} R ⁴ each independently represent an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms or an alkenyl group having 2 to 10 carbon atoms in each structural formula, and one or more present in the alkyl group or the alkenyl group or Two or more —CH ₂ — groups may be —O—, —CO—, —COO— or —OCO— substituted, provided that the O atoms are not directly bonded to each other,
Z ^{1 to} Z ⁶ each independently represent -CH ₂ CH ₂ -or a single bond,
A ¹ and A ² are each independently 1,4-phenylene group, 3-fluoro-1,4-phenylene group, 3,5-di-1,4-phenylene group, 1,4-cyclohexylene group or A bicyclo [2,2,2] octane-1,4-diyl group,
X ^{1 to} X ¹⁰ are each independently -F or -H;
m ¹ and m ³ are each independently 0, 1 or 2, m ² is 0 or 1, l ^{1 to} l ³ are each independently 0 or 1, but m ¹ + l ¹ is 1 Or m ² + l ² is 1, m ³ + l ³ is 2, and when m ¹ and / or m ³ is 2, the repeating units may be the same or different You may,
Y ¹ and Y ² are each independently —F, —Cl, —OCF ₃ , —OCF ₂ H, —OCFH ₂ , —CN or —NCS. )

2. The liquid crystal composition according to claim 1, wherein the liquid crystal composition contains 1 to 30% by mass of a compound selected from group 4 represented by general formula (IV).

(Where
R ⁵ and R ⁶ each independently represents an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms or an alkenyl group having 2 to 10 carbon atoms, and the alkyl group or the alkenyl group is an unsubstituted group or a substituent. 1 or 2 or more -F, -Cl, -CN, -CH ₃ , or -CF ₃ , and 1 or 2 or more -CH present in the alkyl group or the alkenyl group ₂ -may be substituted with -O-, -CO-, -COO- or -OCO-, as O atoms are not directly bonded to each other;
A ³ and A ⁴ are each independently 1,4-phenylene group, 3-fluoro-1,4-phenylene group, 3,5-difluoro-1,4-phenylene group, 1,4-cyclohexylene group or A bicyclo [2,2,2] octane-1,4-diyl group,
Each Z ⁵ independently represents -COO-, -OCO-, -CH ₂ CH ₂ -or a single bond,
m ⁴ is 1 or 2, and when m ⁴ is 2, the unit to be repeated may be the same or different. )

3. The liquid crystal composition according to claim ¹ , wherein m ¹ + l ¹ is 2 in the group 1 compound represented by the general formula (I).

The compound according to any one of claims 1 to 3, wherein two or more compounds are each selected from the group 2 represented by the general formula (II) and the group 3 represented by the general formula (III). Liquid crystal composition.

5. The liquid crystal composition according to claim 1, wherein m ¹ and l ¹ are 1 and Z ¹ and Z ² are single bonds in the group 1 compound represented by the general formula (I).

6. The liquid crystal composition according to claim 1, wherein the refractive index anisotropy (Δn) is 0.16 or more.

A twisted nematic liquid crystal display element having a twist angle of 0 ° to 180 ° using the liquid crystal composition according to claim 1.

8. A liquid crystal display device using the liquid crystal display element according to claim 7.