JP4505880B2 - 液晶組成物及び液晶表示素子 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気光学的液晶表示材料として有用なネマチック液晶組成物及びこれを用いた液晶表示素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示装置（LCD）は、電卓のディスプレイとして登場して以来、コンピューターの開発と歩みを同じくして、TN-LCD（捻れネマチック液晶表示装置）から、STN-LCDへと表示容量の拡大に対応してきた。STN-LCDは、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。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）また、携帯用端末表示（Personal Digital Assistance）ではより広い温度域で良好な表示特性が要求されている。この様な液晶組成物として粘性が低く、駆動電圧が低くなおかつ広い温度範囲に対して一定値を保持することや、あるいは種々の時分割に対応した周波数範囲で駆動電圧が変動しないことが要求されている。特に表示素子の消費電力を下げるため閾値電圧（Vth）が低いことが強く求められている。
【０００３】
通常、液晶表示における閾値電圧は式（1）
【０００４】
【数１】
【０００５】
（式中、ｋは比例定数を、Ｋは弾性定数を、Δεは誘電率異方性をそれぞれ表す。）で表されるが、この式からわかるように閾値電圧を低減するためには誘電率異方性を大きくする必要がある。しかし、誘電率異方性の大きい液晶組成物は電流値が大きく、高い比抵抗値を得ることが困難な傾向があり、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】
本発明が解決しようとする課題は、コントラストやレスポンスを低下させることなく、誘電率異方性が大きく、同時に電流値を抑制し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液晶表示素子を提供することにある。
【０００７】
【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以下の液晶組成物を見いだした。
【０００８】
発明1．第一成分として、一般式（I）
【０００９】
【化８】
【００１０】
（式中、R1は、炭素原子数1〜16のアルキル基またはアルコキシル基、炭素原子数2〜16のアルケニル基、炭素原子数3〜16のアルケニルオキシ基、または炭素原子数1〜10のアルコキシル基で置換された炭素原子数1〜12のアルキル基を表す。）から選ばれる化合物を1種もしくは2種以上を含有し、第二成分として、一般式(II)、(III)
【００１１】
【化９】
【００１２】
（式中、R2、R3、R4は、それぞれ独立的に、フッ素置換されていても良い炭素原子数1〜16のアルキル基またはアルコキシル基、炭素原子数2〜16のアルケニル基、炭素原子数3〜16のアルケニルオキシ基、または炭素原子数1〜10のアルコキシル基で置換された炭素原子数1〜12のアルキル基を表し、環A、環B、環C、環D及び環Eは、それぞれ独立的に、フッ素原子により置換されていてもよい1,4-フェニレン基、2-メチル-1,4-フェニレン基、3-メチル-1,4-フェニレン基、2,6-ナフチレン基、2,7-フェナントリレン基、2,7-フルオレン基、トランス-1,4-シクロヘキシレン基、2,6-テトラリン基、2,6-デカリン基、トランス-1,3ジオキサン-2,5-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-ジイル基またはピリダジン-2,5-ジイル基を表し、l、mは、それぞれ独立的に、0、1もしくは2を表し、Z1、Z2、Z3、Z4は、それぞれ独立的に、単結合、-CH2CH2-、-(CH2)4-、-OCH2-、-CH2O-または-C≡C-表し、X2はシアノ基、フッ素原子、塩素原子、トリフルオロメトキシ基、トリフルオロメチル基、ジフルオロメトキシ基、水素原子、3,3,3-トリフルオロエトキシ基、R'または-OR'を表し、R'は炭素原子数1〜12の直鎖状アルキル基または炭素原子数2〜12の直鎖状アルケニル基を表し、X1、X3は、それぞれ独立的に、水素原子、フッ素原子または塩素原子を表す。）から選ばれる化合物を1種もしくは2種以上を含有し、なおかつ誘電率の異方性が10以上であることを特徴とする液晶組成物。
【００１３】
発明2．第一成分として、一般式(I)の化合物を1種もしくは2種以上を含有し、その含有率が5〜40重量%の範囲で、さらに第二成分として、一般式(II)、一般式(III)の化合物の中から選んだ1種もしくは2種以上を含有し、選んだ化合物の含有率がそれぞれ5〜40重量%の範囲であることを特徴とする発明1記載の液晶組成物。
【００１４】
発明3．一般式(II)の化合物として、環Aおよび環Bがトランス-1,4-シクロヘキシレン基であり、Z1、Z2が単結合の一般式(II-a)
【００１５】
【化１０】
【００１６】
（式中、R5、R6は、R2、R3と同じ意味を表し、環Fは、1,4-フェニレン基またはトランス-1,4-シクロヘキシレン基を表し、nは、0もしくは1を表す。）から選ばれる1種もしくは2種以上の化合物を含有することを特徴とする発明1又は2記載の液晶組成物。
【００１７】
発明4．第一成分として、一般式（I）の化合物を1種もしくは2種以上を含有し、その含有率が5〜40重量%の範囲で、なおかつ第二成分として、一般式(II-a)の化合物を1種もしくは2種以上を含有し、その含有率が5〜40重量%の範囲であることを特徴とする発明3記載の液晶組成物。
【００１８】
発明5．一般式(III)の化合物として、環Dがトランス-1,4-シクロヘキシレン基であり、Z3、Z4が単結合であり、m=1の一般式(III-a)
【００１９】
【化１１】
【００２０】
（式中、R7は、炭素原子数1〜8のアルキル基または炭素原子数2〜8のアルケニル基を表し、環Gは、1,4-フェニレン基またはトランス-1,4-シクロヘキシレン基を表し、X5は、シアノ基、フッ素原子、トリフルオロメトキシ基、ジフルオロメトキシ基を表し、X4、X6は、それぞれ独立的に、水素原子またはフッ素原子を表す。）から選ばれる1種もしくは2種以上の化合物を含有することを特徴とする発明1又は2記載の液晶組成物。
【００２１】
発明6．一般式（I）の化合物を1種もしくは2種以上を含有し、その含有率が5〜40重量%の範囲で、なおかつ一般式(III-a)の化合物を1種もしくは2種以上を含有し、その含有率が5〜40重量%の範囲であることを特徴とする発明5記載の液晶組成物。
【００２２】
発明7．一般式（I）の化合物を1種もしくは2種以上を含有し、その含有率が5〜40重量%の範囲で、なおかつ一般式(II-b)
【００２３】
【化１２】
【００２４】
（式中、R8、R9は、それぞれ独立的に、炭素原子数1〜8のアルキル基または炭素原子数2〜8のアルケニル基を表す。）から選ばれる1種もしくは2種以上の化合物を含有し、その含有率が5〜40重量%の範囲で、さらに一般式(II-c)
【００２５】
【化１３】
【００２６】
（式中、R10、R11は、それぞれ独立的に、炭素原子数1〜8のアルキル基または炭素原子数2〜8のアルケニル基を表す。）から選ばれる1種もしくは2種以上の化合物を含有し、その含有率が5〜40重量%の範囲であることを特徴とする発明1〜6記載の液晶組成物。
【００２７】
発明8．一般式(III)もしくは(III-a)として、一般式(III-b)
【００２８】
【化１４】
【００２９】
（式中、R12は、炭素原子数1〜16のアルキル基または炭素原子数2〜8のアルケニル基を表す。）から選ばれる1種もしくは2種以上の化合物を含有し、その含有率が5〜40重量%の範囲であることを特徴とする発明1〜7記載の液晶組成物。
【００３０】
発明9．発明1〜8記載の液晶組成物を用いた液晶表示素子。
【００３１】
発明10.発明1〜8記載の液晶組成物を用いた、ねじれ角が220°〜270°であることを特徴とする超捩れネマチック（STN）液晶表示素子。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の一例について説明する。
【００３３】
発明1において、第一成分として一般式（I）から選ばれる化合物を1種もしくは2種以上を含有するが、1種もしくは2種が好ましい。また、式中R1は炭素原子数1〜16のアルキル基またはアルコキシル基、炭素原子数2〜16のアルケニル基、炭素原子数3〜16のアルケニルオキシ基、または炭素原子数1〜10のアルコキシル基で置換された炭素原子数1〜12のアルキル基を表すが、炭素原子数1〜16のアルキル基、炭素原子数2〜16のアルケニル基が好ましく、炭素原子数1〜8のアルキル基、炭素原子数2〜8のアルケニル基がより好ましく、1〜5のアルキル基もしくはアルケニル基としてRCH2=CH2-(CH2)o（R=H、CH3-、CH3CH2CH2-、o=0、2）が特に好ましい。さらに、第二成分として一般式(II)、(III)から選ばれる化合物を1種もしくは2種以上を含有するが、3種以上が好ましく、3種〜20種がさらに好ましく、5種〜15種が特に好ましく、その中に一般式(III)の化合物を少なくとも2種以上含むことがより好ましい。この液晶組成物は誘電率異方性が10以上であることを特徴とするが、11以上が好ましい。R2、R3、R4はそれぞれ独立的にフッ素置換されていても良い炭素原子数1〜16のアルキル基またはアルコキシル基、炭素原子数2〜16のアルケニル基、炭素原子数3〜16のアルケニルオキシ基、または炭素原子数1〜10のアルコキシル基で置換された炭素原子数1〜12のアルキル基を表すが、炭素原子数1〜16のアルキル基、炭素原子数2〜16のアルケニル基が好ましく、炭素原子数1〜8のアルキル基、炭素原子数2〜8のアルケニル基がより好ましく、1〜5のアルキル基もしくはアルケニル基としてRCH2=CH2-(CH2)o（R=H、CH3-、CH3CH2CH2-、o=0、2）が特に好ましい。環A、環B、環C、環D及び環Eはそれぞれ独立的にフッ素原子により置換されていてもよい1,4-フェニレン基、2-メチル-1,4-フェニレン基、3-メチル-1,4-フェニレン基、2,6-ナフチレン基、2,7-フェナントリレン基、2,7-フルオレン基、トランス-1,4-シクロヘキシレン基、2,6-テトラリン基、2,6-デカリン基、トランス-1,3ジオキサン-2,5-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-ジイル基またはピリダジン-2,5-ジイル基を表すが、1,4-フェニレン基、トランス-1,4-シクロヘキシレン基が好ましく、環A、B、D、Eにおいてはトランス-1,4-シクロヘキシレン基がより好ましく、環Cにおいては1,4-フェニレン基より好ましい。l、mはそれぞれ独立的に0、1もしくは2を表すが、0もしくは1が好ましい。Z1、Z2、Z3、Z4はそれぞれ独立的に単結合、-CH2CH2-、-(CH2)4-、-OCH2-、-CH2O-または-C≡C-表すが、Z1、Z2においては単結合もしくは-CH2CH2-が好ましく、単結合がより好ましい。Z3、Z4においては単結合もしくは-C≡C-が好ましく、単結合がより好ましい。X2はシアノ基、フッ素原子、塩素原子、トリフルオロメトキシ基、トリフルオロメチル基、ジフルオロメトキシ基、水素原子、3,3,3-トリフルオロエトキシ基、R'または-OR'を表し、R'は炭素原子数1〜12の直鎖状アルキル基または、2〜12の直鎖状アルケニル基を表すが、シアノ基、フッ素原子、トリフルオロメトキシ基、ジフルオロメトキシ基が好ましく、フッ素原子、トリフルオロメトキシ基、ジフルオロメトキシ基がより好ましく、フッ素原子が特に好ましい。X1、X3は水素原子、フッ素原子または塩素原子を表すが、水素原子、フッ素原子が好ましく、フッ素原子が特に好ましい。
【００３４】
発明2において、各化合物の含有率は5〜40%重量であるが、5〜25重量%が好ましく、5〜15重量%が特に好ましい。
【００３５】
発明4において、一般式（I）の化合物を1種もしくは2種以上を含有しその含有率が5〜40重量%の範囲で、なおかつ一般式(II-a)の化合物を1種もしくは2種以上を含有しその含有率が5〜40重量%の範囲であるが、一般式（I）の化合物を1種もしくは2種含有しその含有率が5〜15重量%の範囲であることが好ましく、一般式(II-a)の化合物を2種以上含有しその含有率が5〜15重量%の範囲であることが好ましい。
【００３６】
発明6において、一般式（I）の化合物を1種もしくは2種以上を含有し、その含有率が5〜40重量%の範囲で、なおかつ一般式(III-a)の化合物を1種もしくは2種以上を含有し、その含有率が5〜40重量%の範囲であるが、一般式（I）の化合物を1種もしくは2種含有しその含有率が5〜15重量%の範囲であることが好ましく、一般式(III-a)の化合物を1種〜10種含有しその含有率が5〜15重量%の範囲であることが好ましい。
【００３７】
発明7において、一般式（I）の化合物を1種もしくは2種以上を含有し、その含有率が5〜40重量%の範囲で、なおかつ一般式(II-b)から選ばれる1種もしくは2種以上の化合物を含有し、その含有率が5〜40重量%の範囲で、さらに一般式(II-c)から選ばれる1種もしくは2種以上の化合物を含有しその含有率が5〜40重量%の範囲であるが、一般式(II-b)、(II-c)の化合物を5種〜15種含有しその含有率が5〜15重量%の範囲であることが好ましくい。式中R8、R9、R10、R11はそれぞれ独立的に炭素原子数1〜8のアルキル基または炭素原子数2〜8のアルケニル基を表すが、1〜5のアルキル基もしくはアルケニル基としてRCH2=CH2-(CH2)o（R=H、CH3-、CH3CH2CH2-、o=0、2）が特に好ましい。
【００３８】
発明8において、発明1記載の一般式(III)もしくは一般式(III-a)として、一般式(III-b)から選ばれる1種もしくは2種以上の化合物を含有しその含有率が5〜40重量%の範囲であるが、一般式(III-b)の化合物を1〜15種含有しその含有率が5〜15重量%の範囲であることが好ましく1〜10種がより好ましい。式中R12は炭素原子数1〜8のアルキル基または炭素原子数2〜8のアルケニル基を表すが、1〜5のアルキル基もしくはアルケニル基としてRCH2=CH2-(CH2)o（R=H、CH3-、CH3CH2CH2-、o=0、2）が特に好ましい。
【００３９】
上記ネマチック液晶組成物はTN-LCDやSTN-LCDに有用であるがSTN-LCDに特に有用である。また、透過型あるいは反射型の液晶表示素子に用いることができる。本発明の液晶組成物は、上記一般式（I）〜（VIII）で表される化合物以外に、通常のネマチック液晶、スメクチック液晶、コレステリック液晶などを含有していてもよい。
【００４０】
【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。
【００４１】
実施例中、測定した特性は以下の通りである。
【００４２】
TN-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（℃）
Vth ：セル厚6μm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
η ：20℃での粘度（c.p.）
Ir ：240°ツイストのSTN-LCDに液晶組成物を真空注入し、80℃、100時間加熱後の電流値（μA/cm2）
CR ：240°ツイストのSTN-LCDに液晶組成物を真空注入し、1/200デューティ、1/16バイアスの駆動波形で駆動したときのコントラスト。
【００４３】
STN-LCD表示素子の作成は以下のように行った。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、対向する平面透明電極上に「サンエバー610」（日産化学社製）の有機膜をラビングして配向膜を形成したツイスト角240度のSTN-LCD表示用セルに注入した。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=0.50となるように添加した。
【００４４】
化合物記載に下記の略号を使用する。
【００４５】
末端のn(数字) CnH2n+1-
C トランス-1,4-シクロヘキシレン基
C/ 1,4-シクロヘキセンジイル基
P 1,4フェニレン基
Pm ピリミジン-2,5-ジイル基
E -COO-
e -OCO-
A -CH2CH2-
t -C≡C-
CN -C≡N
On -OCnH2n+1
F -F
f 末端基のオルト位に結合したF原子
OCF3 OCF3
ndm- CnH2n+1-C=C-(CH2)m-1-
-O(dm)n -O(CH2)m-2-C=C-CnH2n+1
（実施例1、比較例1）
ネマチック液晶組成物No.1
【００４６】
【化１５】
【００４７】
を調製し、この組成物の諸特性を測定した結果を比較例1と共に表1に示す。
【００４８】
【表１】
【００４９】
表1に示すように、実施例1の液晶組成物は、比較例1の組成物に比べ誘電率異方性を増大させ、結果として表示素子の駆動電圧を下げている。また、電流値も大幅に抑制している。
【００５０】
ここで作製したTN-LCDを用いて電気光学特性の-10℃〜60℃での温度依存性を測定したところ、1.5mV/℃と優れた表示特性を示す液晶表示装置が得られた。
（実施例2）
ネマチック液晶組成物No.2を調製し（実施例2）諸特性を測定した、また比較の組成物として本発明外の組成物組成物の組成及び特性データ（比較例2）と共に表2に示した。
【００５１】
【表２】
表2に示すように、実施例2の液晶組成物もまた、比較例2の組成物に誘電率異方性を増大させている。また、電流値も大幅に抑制している。
【００５２】
ここで作製したTN-LCDを用いて電気光学特性の-10℃〜60℃での温度依存性を測定したところ、1.6mV/℃と優れた表示特性を示す液晶表示装置が得られた。
（実施例3）
ネマチック液晶組成物No.3〜5を調製し組成及び特性データを表3に示した。
【００５３】
【表３】
【００５４】
これらの組成物からもまた、誘電率異方性が大きく、低い電流値の液晶表示素子を作成することができた。
【００５５】
【発明の効果】
本発明の液晶材料の組み合わせによって、電流値が抑制された誘電率異方性の高い液晶組成物が得られた。また、この組成物を液晶表示素子として用いた場合、閾値電圧が低く、その温度特性は優れたものであった。この液晶ディスプレイはSTNおよびTN-LCDとして非常に実用的である。
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気光学的液晶表示材料として有用なネマチック液晶組成物及びこれを用いた液晶表示素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示装置（LCD）は、電卓のディスプレイとして登場して以来、コンピューターの開発と歩みを同じくして、TN-LCD（捻れネマチック液晶表示装置）から、STN-LCDへと表示容量の拡大に対応してきた。STN-LCDは、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。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）また、携帯用端末表示（Personal Digital Assistance）ではより広い温度域で良好な表示特性が要求されている。この様な液晶組成物として粘性が低く、駆動電圧が低くなおかつ広い温度範囲に対して一定値を保持することや、あるいは種々の時分割に対応した周波数範囲で駆動電圧が変動しないことが要求されている。特に表示素子の消費電力を下げるため閾値電圧（Vth）が低いことが強く求められている。
【０００３】
通常、液晶表示における閾値電圧は式（1）
【０００４】
【数１】
（式中、ｋは比例定数を、Ｋは弾性定数を、Δεは誘電率異方性をそれぞれ表す。）で表されるが、この式からわかるように閾値電圧を低減するためには誘電率異方性を大きくする必要がある。しかし、誘電率異方性の大きい液晶組成物は電流値が大きく、高い比抵抗値を得ることが困難な傾向があり、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】
本発明が解決しようとする課題は、コントラストやレスポンスを低下させることなく、誘電率異方性が大きく、同時に電流値を抑制し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液晶表示素子を提供することにある。
【０００７】
【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以下の液晶組成物を見いだした。
【０００８】
発明1．第一成分として、一般式（I）
【０００９】
【化８】
（式中、R1は、炭素原子数1〜16のアルキル基またはアルコキシル基、炭素原子数2〜16のアルケニル基、炭素原子数3〜16のアルケニルオキシ基、または炭素原子数1〜10のアルコキシル基で置換された炭素原子数1〜12のアルキル基を表す。）から選ばれる化合物を1種もしくは2種以上を含有し、第二成分として、一般式(II)、(III)
【００１１】
【化９】
（式中、R2、R3、R4は、それぞれ独立的に、フッ素置換されていても良い炭素原子数1〜16のアルキル基またはアルコキシル基、炭素原子数2〜16のアルケニル基、炭素原子数3〜16のアルケニルオキシ基、または炭素原子数1〜10のアルコキシル基で置換された炭素原子数1〜12のアルキル基を表し、環A、環B、環C、環D及び環Eは、それぞれ独立的に、フッ素原子により置換されていてもよい1,4-フェニレン基、2-メチル-1,4-フェニレン基、3-メチル-1,4-フェニレン基、2,6-ナフチレン基、2,7-フェナントリレン基、2,7-フルオレン基、トランス-1,4-シクロヘキシレン基、2,6-テトラリン基、2,6-デカリン基、トランス-1,3ジオキサン-2,5-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-ジイル基またはピリダジン-2,5-ジイル基を表し、l、mは、それぞれ独立的に、0、1もしくは2を表し、Z1、Z2、Z3、Z4は、それぞれ独立的に、単結合、-CH2CH2-、-(CH2)4-、-OCH2-、-CH2O-または-C≡C-表し、X2はシアノ基、フッ素原子、塩素原子、トリフルオロメトキシ基、トリフルオロメチル基、ジフルオロメトキシ基、水素原子、3,3,3-トリフルオロエトキシ基、R'または-OR'を表し、R'は炭素原子数1〜12の直鎖状アルキル基または炭素原子数2〜12の直鎖状アルケニル基を表し、X1、X3は、それぞれ独立的に、水素原子、フッ素原子または塩素原子を表す。）から選ばれる化合物を1種もしくは2種以上を含有し、なおかつ誘電率の異方性が10以上であることを特徴とする液晶組成物。
【００１３】
発明2．第一成分として、一般式(I)の化合物を1種もしくは2種以上を含有し、その含有率が5〜40重量%の範囲で、さらに第二成分として、一般式(II)、一般式(III)の化合物の中から選んだ1種もしくは2種以上を含有し、選んだ化合物の含有率がそれぞれ5〜40重量%の範囲であることを特徴とする発明1記載の液晶組成物。
【００１４】
発明3．一般式(II)の化合物として、環Aおよび環Bがトランス-1,4-シクロヘキシレン基であり、Z1、Z2が単結合の一般式(II-a)
【００１５】
【化１０】
（式中、R5、R6は、R2、R3と同じ意味を表し、環Fは、1,4-フェニレン基またはトランス-1,4-シクロヘキシレン基を表し、nは、0もしくは1を表す。）から選ばれる1種もしくは2種以上の化合物を含有することを特徴とする発明1又は2記載の液晶組成物。
【００１７】
発明4．第一成分として、一般式（I）の化合物を1種もしくは2種以上を含有し、その含有率が5〜40重量%の範囲で、なおかつ第二成分として、一般式(II-a)の化合物を1種もしくは2種以上を含有し、その含有率が5〜40重量%の範囲であることを特徴とする発明3記載の液晶組成物。
【００１８】
発明5．一般式(III)の化合物として、環Dがトランス-1,4-シクロヘキシレン基であり、Z3、Z4が単結合であり、m=1の一般式(III-a)
【００１９】
【化１１】
（式中、R7は、炭素原子数1〜8のアルキル基または炭素原子数2〜8のアルケニル基を表し、環Gは、1,4-フェニレン基またはトランス-1,4-シクロヘキシレン基を表し、X5は、シアノ基、フッ素原子、トリフルオロメトキシ基、ジフルオロメトキシ基を表し、X4、X6は、それぞれ独立的に、水素原子またはフッ素原子を表す。）から選ばれる1種もしくは2種以上の化合物を含有することを特徴とする発明1又は2記載の液晶組成物。
【００２１】
発明6．一般式（I）の化合物を1種もしくは2種以上を含有し、その含有率が5〜40重量%の範囲で、なおかつ一般式(III-a)の化合物を1種もしくは2種以上を含有し、その含有率が5〜40重量%の範囲であることを特徴とする発明5記載の液晶組成物。
【００２２】
発明7．一般式（I）の化合物を1種もしくは2種以上を含有し、その含有率が5〜40重量%の範囲で、なおかつ一般式(II-b)
【００２３】
【化１２】
（式中、R8、R9は、それぞれ独立的に、炭素原子数1〜8のアルキル基または炭素原子数2〜8のアルケニル基を表す。）から選ばれる1種もしくは2種以上の化合物を含有し、その含有率が5〜40重量%の範囲で、さらに一般式(II-c)
【００２５】
【化１３】
（式中、R10、R11は、それぞれ独立的に、炭素原子数1〜8のアルキル基または炭素原子数2〜8のアルケニル基を表す。）から選ばれる1種もしくは2種以上の化合物を含有し、その含有率が5〜40重量%の範囲であることを特徴とする発明1〜6記載の液晶組成物。
【００２７】
発明8．一般式(III)もしくは(III-a)として、一般式(III-b)
【００２８】
【化１４】
（式中、R12は、炭素原子数1〜16のアルキル基または炭素原子数2〜8のアルケニル基を表す。）から選ばれる1種もしくは2種以上の化合物を含有し、その含有率が5〜40重量%の範囲であることを特徴とする発明1〜7記載の液晶組成物。
【００３０】
発明9．発明1〜8記載の液晶組成物を用いた液晶表示素子。
【００３１】
発明10.発明1〜8記載の液晶組成物を用いた、ねじれ角が220°〜270°であることを特徴とする超捩れネマチック（STN）液晶表示素子。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の一例について説明する。
【００３３】
発明1において、第一成分として一般式（I）から選ばれる化合物を1種もしくは2種以上を含有するが、1種もしくは2種が好ましい。また、式中R1は炭素原子数1〜16のアルキル基またはアルコキシル基、炭素原子数2〜16のアルケニル基、炭素原子数3〜16のアルケニルオキシ基、または炭素原子数1〜10のアルコキシル基で置換された炭素原子数1〜12のアルキル基を表すが、炭素原子数1〜16のアルキル基、炭素原子数2〜16のアルケニル基が好ましく、炭素原子数1〜8のアルキル基、炭素原子数2〜8のアルケニル基がより好ましく、1〜5のアルキル基もしくはアルケニル基としてRCH2=CH2-(CH2)o（R=H、CH3-、CH3CH2CH2-、o=0、2）が特に好ましい。さらに、第二成分として一般式(II)、(III)から選ばれる化合物を1種もしくは2種以上を含有するが、3種以上が好ましく、3種〜20種がさらに好ましく、5種〜15種が特に好ましく、その中に一般式(III)の化合物を少なくとも2種以上含むことがより好ましい。この液晶組成物は誘電率異方性が10以上であることを特徴とするが、11以上が好ましい。R2、R3、R4はそれぞれ独立的にフッ素置換されていても良い炭素原子数1〜16のアルキル基またはアルコキシル基、炭素原子数2〜16のアルケニル基、炭素原子数3〜16のアルケニルオキシ基、または炭素原子数1〜10のアルコキシル基で置換された炭素原子数1〜12のアルキル基を表すが、炭素原子数1〜16のアルキル基、炭素原子数2〜16のアルケニル基が好ましく、炭素原子数1〜8のアルキル基、炭素原子数2〜8のアルケニル基がより好ましく、1〜5のアルキル基もしくはアルケニル基としてRCH2=CH2-(CH2)o（R=H、CH3-、CH3CH2CH2-、o=0、2）が特に好ましい。環A、環B、環C、環D及び環Eはそれぞれ独立的にフッ素原子により置換されていてもよい1,4-フェニレン基、2-メチル-1,4-フェニレン基、3-メチル-1,4-フェニレン基、2,6-ナフチレン基、2,7-フェナントリレン基、2,7-フルオレン基、トランス-1,4-シクロヘキシレン基、2,6-テトラリン基、2,6-デカリン基、トランス-1,3ジオキサン-2,5-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-ジイル基またはピリダジン-2,5-ジイル基を表すが、1,4-フェニレン基、トランス-1,4-シクロヘキシレン基が好ましく、環A、B、D、Eにおいてはトランス-1,4-シクロヘキシレン基がより好ましく、環Cにおいては1,4-フェニレン基より好ましい。l、mはそれぞれ独立的に0、1もしくは2を表すが、0もしくは1が好ましい。Z1、Z2、Z3、Z4はそれぞれ独立的に単結合、-CH2CH2-、-(CH2)4-、-OCH2-、-CH2O-または-C≡C-表すが、Z1、Z2においては単結合もしくは-CH2CH2-が好ましく、単結合がより好ましい。Z3、Z4においては単結合もしくは-C≡C-が好ましく、単結合がより好ましい。X2はシアノ基、フッ素原子、塩素原子、トリフルオロメトキシ基、トリフルオロメチル基、ジフルオロメトキシ基、水素原子、3,3,3-トリフルオロエトキシ基、R'または-OR'を表し、R'は炭素原子数1〜12の直鎖状アルキル基または、2〜12の直鎖状アルケニル基を表すが、シアノ基、フッ素原子、トリフルオロメトキシ基、ジフルオロメトキシ基が好ましく、フッ素原子、トリフルオロメトキシ基、ジフルオロメトキシ基がより好ましく、フッ素原子が特に好ましい。X1、X3は水素原子、フッ素原子または塩素原子を表すが、水素原子、フッ素原子が好ましく、フッ素原子が特に好ましい。
【００３４】
発明2において、各化合物の含有率は5〜40%重量であるが、5〜25重量%が好ましく、5〜15重量%が特に好ましい。
【００３５】
発明4において、一般式（I）の化合物を1種もしくは2種以上を含有しその含有率が5〜40重量%の範囲で、なおかつ一般式(II-a)の化合物を1種もしくは2種以上を含有しその含有率が5〜40重量%の範囲であるが、一般式（I）の化合物を1種もしくは2種含有しその含有率が5〜15重量%の範囲であることが好ましく、一般式(II-a)の化合物を2種以上含有しその含有率が5〜15重量%の範囲であることが好ましい。
【００３６】
発明6において、一般式（I）の化合物を1種もしくは2種以上を含有し、その含有率が5〜40重量%の範囲で、なおかつ一般式(III-a)の化合物を1種もしくは2種以上を含有し、その含有率が5〜40重量%の範囲であるが、一般式（I）の化合物を1種もしくは2種含有しその含有率が5〜15重量%の範囲であることが好ましく、一般式(III-a)の化合物を1種〜10種含有しその含有率が5〜15重量%の範囲であることが好ましい。
【００３７】
発明7において、一般式（I）の化合物を1種もしくは2種以上を含有し、その含有率が5〜40重量%の範囲で、なおかつ一般式(II-b)から選ばれる1種もしくは2種以上の化合物を含有し、その含有率が5〜40重量%の範囲で、さらに一般式(II-c)から選ばれる1種もしくは2種以上の化合物を含有しその含有率が5〜40重量%の範囲であるが、一般式(II-b)、(II-c)の化合物を5種〜15種含有しその含有率が5〜15重量%の範囲であることが好ましくい。式中R8、R9、R10、R11はそれぞれ独立的に炭素原子数1〜8のアルキル基または炭素原子数2〜8のアルケニル基を表すが、1〜5のアルキル基もしくはアルケニル基としてRCH2=CH2-(CH2)o（R=H、CH3-、CH3CH2CH2-、o=0、2）が特に好ましい。
【００３８】
発明8において、発明1記載の一般式(III)もしくは一般式(III-a)として、一般式(III-b)から選ばれる1種もしくは2種以上の化合物を含有しその含有率が5〜40重量%の範囲であるが、一般式(III-b)の化合物を1〜15種含有しその含有率が5〜15重量%の範囲であることが好ましく1〜10種がより好ましい。式中R12は炭素原子数1〜8のアルキル基または炭素原子数2〜8のアルケニル基を表すが、1〜5のアルキル基もしくはアルケニル基としてRCH2=CH2-(CH2)o（R=H、CH3-、CH3CH2CH2-、o=0、2）が特に好ましい。
【００３９】
上記ネマチック液晶組成物はTN-LCDやSTN-LCDに有用であるがSTN-LCDに特に有用である。また、透過型あるいは反射型の液晶表示素子に用いることができる。本発明の液晶組成物は、上記一般式（I）〜（VIII）で表される化合物以外に、通常のネマチック液晶、スメクチック液晶、コレステリック液晶などを含有していてもよい。
【００４０】
【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。
【００４１】
実施例中、測定した特性は以下の通りである。
【００４２】
TN-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（℃）
Vth ：セル厚6μm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
η ：20℃での粘度（c.p.）
Ir ：240°ツイストのSTN-LCDに液晶組成物を真空注入し、80℃、100時間加熱後の電流値（μA/cm2）
CR ：240°ツイストのSTN-LCDに液晶組成物を真空注入し、1/200デューティ、1/16バイアスの駆動波形で駆動したときのコントラスト。
【００４３】
STN-LCD表示素子の作成は以下のように行った。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、対向する平面透明電極上に「サンエバー610」（日産化学社製）の有機膜をラビングして配向膜を形成したツイスト角240度のSTN-LCD表示用セルに注入した。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=0.50となるように添加した。
【００４４】
化合物記載に下記の略号を使用する。
【００４５】
末端のn(数字) CnH2n+1-
C トランス-1,4-シクロヘキシレン基
C/ 1,4-シクロヘキセンジイル基
P 1,4フェニレン基
Pm ピリミジン-2,5-ジイル基
E -COO-
e -OCO-
A -CH2CH2-
t -C≡C-
CN -C≡N
On -OCnH2n+1
F -F
f 末端基のオルト位に結合したF原子
OCF3 OCF3
ndm- CnH2n+1-C=C-(CH2)m-1-
-O(dm)n -O(CH2)m-2-C=C-CnH2n+1
（実施例1、比較例1）
ネマチック液晶組成物No.1
【００４６】
【化１５】
を調製し、この組成物の諸特性を測定した結果を比較例1と共に表1に示す。
【００４８】
【表１】
表1に示すように、実施例1の液晶組成物は、比較例1の組成物に比べ誘電率異方性を増大させ、結果として表示素子の駆動電圧を下げている。また、電流値も大幅に抑制している。
【００５０】
ここで作製したTN-LCDを用いて電気光学特性の-10℃〜60℃での温度依存性を測定したところ、1.5mV/℃と優れた表示特性を示す液晶表示装置が得られた。
（実施例2）
ネマチック液晶組成物No.2を調製し（実施例2）諸特性を測定した、また比較の組成物として本発明外の組成物組成物の組成及び特性データ（比較例2）と共に表2に示した。
【００５１】
【表２】
【００５２】
ここで作製したTN-LCDを用いて電気光学特性の-10℃〜60℃での温度依存性を測定したところ、1.6mV/℃と優れた表示特性を示す液晶表示装置が得られた。
（実施例3）
ネマチック液晶組成物No.3〜5を調製し組成及び特性データを表3に示した。
【００５３】
【表３】
これらの組成物からもまた、誘電率異方性が大きく、低い電流値の液晶表示素子を作成することができた。
【００５５】
【発明の効果】
本発明の液晶材料の組み合わせによって、電流値が抑制された誘電率異方性の高い液晶組成物が得られた。また、この組成物を液晶表示素子として用いた場合、閾値電圧が低く、その温度特性は優れたものであった。この液晶ディスプレイはSTNおよびTN-LCDとして非常に実用的である。
Claims (9)
- 第一成分として一般式（I）
- 一般式(I)の化合物を1種もしくは2種以上を含有し、その含有率が5〜40重量%の範囲で、さらに一般式(II)もしくは一般式(III)の化合物の中から選んだ1種もしくは2種以上を含有し、選んだ化合物の含有率がそれぞれ5〜40重量%の範囲であることを特徴とする請求項1記載の液晶組成物を用いた液晶表示素子。。
- 一般式(II)の化合物として、環Aおよび環Bがトランス-1,4-シクロヘキシレン基であり、Z1、Z2が単結合の一般式(II-a)
- 第一成分として請求項1記載の一般式（I）の化合物を1種もしくは2種以上を含有しその含有率が5〜40重量%の範囲で、なおかつ第二成分として一般式(IV)の化合物を1種もしくは2種以上を含有しその含有率が5〜40重量%の範囲であることを特徴とする請求項3記載の液晶組成物を用いた液晶表示素子。。
- 一般式(III)の化合物として、環Dがトランス-1,4-シクロヘキシレン基であり、Z3、Z4が単結合であり、m=1の一般式(III-a)
- 請求項1記載の一般式（I）の化合物を1種もしくは2種以上を含有しその含有率が5〜40重量%の範囲で、なおかつ一般式(V)の化合物を1種もしくは2種以上を含有しその含有率が5〜40重量%の範囲であることを特徴とする請求項5記載の液晶組成物を用いた液晶表示素子。。
- 請求項1記載の一般式（I）の化合物を1種もしくは2種以上を含有しその含有率が5〜40重量%の範囲で、なおかつ一般式(II-b)
- 請求項1〜7の何れか一項に記載の一般式(III)もしくは(III-a)として一般式(III-b)
- ねじれ角が220°〜270°の超捩れネマチック（STN）液晶表示素子である請求項1〜8の何れか一項に記載の液晶表示素子。
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