JP4876314B2 - 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)又、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。この様な液晶材料として粘性が低く、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。しかし、表示素子に組み込んだときの応答速度やコントラストなどはまだ十分とは言えず、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。
【０００３】
LCDの急速な用途拡大に伴い、室内で使用されるだけでなく、コンピューターの携帯端末ディスプレイ、車載用計器、屋外使用計測機のディスプレイのように、温度条件の過酷な屋外で使用されることが増加してきた。そのため、LCDが置かれる環境の温度変化による表示コントラストの低下、低温における応答速度の低下による表示品位の悪化が問題になってきている。又、屋外での使用では高い信頼性も求められるようになってきた。
【０００４】
周囲の温度変化によるLCD表示品位の低下の原因は、様々な要因が上げられるが、ネマチック液晶の弾性定数や誘電率などの温度変化と添加したカイラル物質の固有ピッチの温度変化に起因する閾値電圧Vthの温度変化を抑えるため、カイラル物質の固有ピッチの温度変化を制御することにより閾値電圧の温度依存性を改善する提案(特開昭55-38869公報)はすでに知られており、母体液晶とカイラル物質の組み合わせによりその効果が変化する事や、カイラル量を増やすことによりレスポンス等の表示特性に悪影響を及ぼすことが問題になっていた。
【０００５】
【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、閾値電圧、急峻性等の液晶諸特性を悪化させることなく、応答速度、特に低温域における応答速度を大幅に改善し、広い温度範囲で閾値電圧の温度依存性の小さい液晶組成物を提供することにあり、又、この液晶組成物を使用した応答速度の速い液晶表示素子を提供することにある。
【０００６】
【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。
【０００７】
発明1、第一成分として一般式(I)
【０００８】
【化１４】
【０００９】
(式中、R1、R2はそれぞれ独立的に、炭素原子数3〜16のアルケニル基を表す。但し、R1、R2中に存在する二重結合はベンゼン環から必ず１つ以上の炭素原子を隔てている。)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)
【００１０】
【化１５】
【００１１】
(式中、R3、R4はそれぞれ独立的に、炭素原子数3〜16のアルケニル基を表す。但し、R3、R4中に存在する二重結合はベンゼン環から必ず1つ以上の炭素原子を隔てている。)から選ばれる化合物を1種もしくは2種以上を含有し、
【００１２】
さらに、第三成分として一般式(III)、(IV)
【００１３】
【化１６】
【００１４】
(式中、R5、R6及びR7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のアルキル基又はアルコキシル基、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、又は炭素原子数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、ナフタレン-2,6-ジイル基、フェナントレン-2,7-ジイル基、フルオレン-2,7-ジイル基、トランス-1,4-シクロヘキシレン基、1,2,3,4-テトラヒドロナフタレン-2,6-ジイル基、デカヒドロナフタレン-2,6-ジイル基、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-ジイル基又はピリダジン-2,5-ジイル基を表し、l及びmはそれぞれ独立的に0、1もしくは2を表し、Z1、Z2、Z3及びZ4はそれぞれ独立的に単結合、-CH2CH2-、-(CH2)4-、-OCH2-、-CH2O-、-CH=CH-、-COO-又は-C≡C-を表し、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'又は-OR'を表し、R'は炭素原子数1〜12の直鎖状アルキル基又は、2〜12の直鎖状アルケニル基を表し、X1、X3は水素原子、フッ素原子又は塩素原子を表す。) からなる群より選ばれる化合物のうち、一般式(III-b)
【００１５】
【化１７】
【００１６】
(式中、R11、R12はそれぞれ独立的に炭素原子数1〜8のアルキル基又は炭素原子数2〜8のアルケニル基を表す。)から選ばれる化合物を1種もしくは2種以上を含有し、さらに一般式(III-c)
【００１７】
【化１８】
【００１８】
(式中、R13、R14はそれぞれ独立的に炭素原子数1〜8のアルキル基又は炭素原子数2〜8のアルケニル基を表す。)から選ばれる化合物を1種もしくは2種以上を含有し、さらに一般式(IV-a)
【００１９】
【化１９】
【００２０】
(式中、R10は炭素原子数1〜8のアルキル基又は、2〜8のアルケニル基を表し、環Gは1,4-フェニレン基又はトランス-1,4-シクロヘキシレン基を表し、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又はフッ素原子を表す。)から選ばれる化合物を1種もしくは2種以上を含有することを特徴とする液晶組成物。
【００２１】
本発明の液晶組成物は、ネマチック相−等方性液体相転移温度が75℃以上であり、スメクチック相又は固体相-ネマチック相転移温度が-20℃以下であり、屈折率の異方性(Δn)が0.07〜0.30の範囲である。
【００２２】
発明2、一般式(I)から選ばれる化合物、一般式(II)から選ばれる化合物、一般式(III-b)から選ばれる化合物、及び一般式(III-c)から選ばれる化合物の含有率がそれぞれ５〜６０質量％であり、一般式(IV-a)から選ばれる化合物の含有率が５〜４０質量％であることを特徴とする発明１記載の液晶組成物。
【００２３】
発明3、一般式(IV-a)として、一般式(IV-b)
【００２４】
【化２０】
【００２５】
(式中、R15は炭素原子数1〜8のアルキル基又は炭素原子数2〜8のアルケニル基を表す。)から選ばれる化合物を1種もしくは2種以上を含有することを特徴とする発明1又は2記載の液晶組成物。
【００２６】
発明4、一般式(IV-a)として、一般式(IV-c)
【００２７】
【化２１】
【００２８】
(式中、R16は炭素原子数1〜8のアルキル基又は炭素原子数2〜8のアルケニル基を表す。)から選ばれる化合物を1種もしくは2種以上を含有することを特徴とする発明1〜3のいずれかに記載の液晶組成物。
【００２９】
発明5、一般式(I)として式(I-a)
【００３０】
【化２２】
【００３１】
を含有することを特徴とする発明1〜4のいずれかに記載の液晶組成物。
【００３２】
発明6、一般式(II)として式(II-a)
【００３３】
【化２３】
【００３４】
を含有することを特徴とする発明1〜5のいずれかに記載の液晶組成物。
【００３５】
発明7、一般式(I)として式(I-a)
【００３６】
【化２３】
【００３７】
一般式(II)として式(II-a)
【００３８】
【化２４】
【００３９】
をそれぞれ含有し、その含有率がそれぞれ5〜60質量%であり、なお且つ一般式(III)の化合物として、一般式(III-b)
【００４０】
【化２５】
【００４１】
(式中、R11、R12はそれぞれ独立的に炭素原子数1〜8のアルキル基又は炭素原子数2〜8のアルケニル基を表す。)から選ばれる化合物を1種もしくは2種以上を含有し、その含有率が5〜60質量%で、さらに一般式(III-c)
【００４２】
【化２６】
【００４３】
(式中、R13、R14はそれぞれ独立的に炭素原子数1〜8のアルキル基又は炭素原子数2〜8のアルケニル基を表す。)から選ばれる化合物を1種もしくは2種以上を含有し、その含有率が5〜60質量%であることを特徴とする発明1記載の液晶組成物。
【００４４】
発明8、発明1〜7のいずれかに記載の液晶組成物を用いた液晶表示素子。発明9、発明1〜7のいずれかに記載の液晶組成物を用いた超捩れネマチック(STN)液晶表示素子。
【００４５】
【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。
【００４６】
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。又、式中R1、R2は炭素原子数1〜16のアルキル基、炭素原子数3〜16のアルケニル基を表すが、少なくとも一方はアルケニル基が好ましく、式(a)、(b)の構造がより好ましく、
【００４７】
【化２７】
【００４８】
(構造式は右端で環に連結しているものとする。)式(b)が特に好ましい。又、R1、R2は共にアルケニル基であることが更に好ましく、特に式(b)であることが好ましい。第二成分として一般式(II)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。又、式中R3、R4は炭素原子数1〜16のアルキル基、炭素原子数3〜16のアルケニル基を表すが、アルケニル基がより好ましく、式(a)、(b)の構造が更に好ましく、
【００４９】
【化２８】
【００５０】
(構造式は右端で環に連結しているものとする。)式(b)が特に好ましい。又、R3、R4は共にアルケニル基であることが更に好ましく、特に式(b)であることが好ましい。この液晶組成物はネマチック相上限温度が75℃以上であることを特徴とするが、80℃以上が好ましく、85℃以上が特に好ましい。又、Δnは0.07〜0.24の範囲であることを特徴とするが、0.08〜0.22が好ましい。
【００５１】
発明2において、一般式(III)、(IV)からなる群より選ばれる化合物を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種が更に好ましく、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。R5、R6、R7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式(a)〜(e)が特に好ましい。
【００５２】
【化２９】
【００５３】
(構造式は右端で環に連結しているものとする。)
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、ナフタレン-2,6-ジイル基、フェナントレン-2,7-ジイル基、フルオレン-2,7-ジイル基、トランス-1,4-シクロヘキシレン基、1,2,3,4-テトラヒドロナフタレン-2,6-ジイル基、デカヒドロナフタレン-2,6-ジイル基、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、環B、環D、環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-フェニレン基がより好ましい。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-、-COO-、-CH=CH-または-C≡C-表すが、Z1、Z2においては単結合、-C≡C-、-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、-COO-、-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'又は-OR'を表し、R'は炭素原子数1〜12の直鎖状アルキル基又は、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、フッ素原子又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。
【００５４】
発明3において、一般式(I)、(II)から選ばれる化合物の含有率はそれぞれ5〜60質量%が好ましく、5〜30質量%が更に好ましく、5〜20質量%が特に好ましい。一般式(III)、(IV)からなる群より選ばれる化合物の含有率は5〜95質量%が好ましく、15〜85質量%が更に好ましく、25〜85質量%が特に好ましい。
【００５５】
発明5において、一般式(I)、(II)から選ばれる化合物をそれぞれ1種もしくは2種以上を含有し、その含有率がそれぞれ5〜60質量%で、なお且つ第三成分として一般式(III-a)から選ばれる化合物を1種もしくは2種以上を含有し、その含有率が5〜95質量%であるが、一般式(I)、(II)から選ばれる化合物をそれぞれ1種もしくは2種以上を含有し、その含有率は5〜60質量%が好ましく、5〜30質量%が更に好ましく、5〜20質量%が特に好ましく、一般式(III-a)の化合物を2種以上含有しその含有率は5〜95質量%であることが好ましく、15〜85質量%が更に好ましく、25〜85質量%が特に好ましい。
【００５６】
発明7において、一般式(I)、(II)から選ばれる化合物をそれぞれ1種もしくは2種以上を含有し、その含有率がそれぞれ5〜60質量%で、なお且つ第三成分として一般式(IV-a)から選ばれる化合物を1種もしくは2種以上を含有し、その含有率が5〜95質量%であるが、一般式(I)、(II)から選ばれる化合物をそれぞれ1種もしくは2種以上を含有し、その含有率は5〜60質量%が好ましく、5〜30質量%が更に好ましく、5〜20質量%が特に好ましく、一般式(IV-a)の化合物を2種以上含有しその含有率は5〜95質量%であることが好ましく、15〜85質量%が更に好ましく、25〜85質量%が特に好ましい。
【００５７】
発明8において、一般式(I)、(II)から選ばれる化合物をそれぞれ1種もしくは2種以上を含有し、その含有率がそれぞれ5〜60質量%で、なお且つ第三成分として一般式(III-b)から選ばれる化合物を1種もしくは2種以上を含有し、その含有率が5〜60質量%であるが、5〜30質量%が好ましく、更に一般式(III-c)から選ばれる化合物を1種もしくは2種以上を含有し、その含有率が5〜60質量%であるが、5〜50質量%が好ましく、5〜40質量%がより好ましい。式中R12、R13、R14、R15はそれぞれ独立的フッ素置換されていても良い炭素原子数1〜8のアルキル基又は炭素原子数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式(a)〜(e)が特に好ましい。
【００５８】
発明9において、一般式(IV)もしくは(IV-a)として一般式(IV-b)から選ばれる化合物を1種もしくは2種以上を含有し、その含有率が5〜40質量%であるが、5〜30質量%が好ましく、5〜20質量%が更に好ましい。
【００５９】
発明10において、一般式(IV)もしくは(IV-a)として一般式(IV-c)から選ばれる化合物を1種もしくは2種以上を含有し、その含有率が5〜40質量%であるが、5〜30質量%が好ましく、5〜20質量%が更に好ましい。
【００６０】
発明11において、式(I-a)で表される化合物の含有率は5〜60質量%であるが、5〜30質量%が更に好ましく、5〜20質量%が特に好ましい。式(II-a)の化合物の含有率は5〜60質量%であるが、5〜30質量%が更に好ましく、5〜20質量%が特に好ましい。又、式(III-b)、(III-c)で表される化合物の含有率は先述のとおりである。
【００６１】
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。又、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、上記の化合物以外に、通常のネマチック液晶、スメクチック液晶、コレステリック液晶などを含有していてもよい。
【００６２】
【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『質量%』を意味する。
【００６３】
実施例中、測定した特性は以下の通りである。
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 ：240°ツイストセルを構成した時の輝度90%での印加電圧（V）
Vsat ：240°ツイストセルを構成した時の輝度10%での印加電圧（V）
γ ：240°ツイストセルにて測定した輝度90%と10%での印加電圧の比で表される急峻性 γ=Vsat/Vth
Δn ：複屈折率
η ：20℃での粘度(mPa・s)
τ 25 ℃：25℃におけるレスポンス(msec)
(立ち上がり時間と立ち下がり時間の平均値)
τ-20 ℃：-20℃におけるレスポンス(msec)
(立ち上がり時間と立ち下がり時間の平均値)
dV／dT ：温度範囲t1(℃)〜t2(℃)における閾値電圧の温度依存性(mV/℃)であり、次式で表される。
dV／dT =（Vtht1−Vtht2）／（t1−t2）
【００６４】
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たツイスト角240°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。
【００６５】
化合物の記載に下記の略号を使用する。
【００６６】
【化３０】
【００６７】
例えば、以下に示すように略号を用いる。
【００６８】
【化３１】
【００６９】
(実施例1、比較例1)
ネマチック液晶組成物No.1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。
【００７０】
【表１】
【００７１】
比較例1中の4-Ph-T-Ph-O2と5-Ph-T-Ph-O1とを一般式(I)の化合物である0d3-Ph-T-Ph-3d0に置換することにより実施例1を作製した。その結果、急峻性γが1.040から1.037に改善され、応答速度τ25 ℃は111msecから106msecに改善され、応答速度τ-20 ℃は1818msecから1493msecへと大幅に改善された。又、閾値電圧の温度依存性dV／dTが、低温域(-20〜25℃)において改善されていることがわかる。
【００７２】
【発明の効果】
本発明の液晶材料の組み合わせによって、急峻性と応答速度の改善を同時に達成し、特に低温域での応答速度は格段に高速化され、その上、Vthの温度依存性が小さい液晶組成物が得られた。又、この組成物を液晶表示素子として用いた場合、広い温度範囲で閾値電圧の変化が小さく、高速応答が実現された。この液晶ディスプレイはSTNおよびTN-LCDとして非常に有用である。
【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)又、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。この様な液晶材料として粘性が低く、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。しかし、表示素子に組み込んだときの応答速度やコントラストなどはまだ十分とは言えず、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。
【０００３】
LCDの急速な用途拡大に伴い、室内で使用されるだけでなく、コンピューターの携帯端末ディスプレイ、車載用計器、屋外使用計測機のディスプレイのように、温度条件の過酷な屋外で使用されることが増加してきた。そのため、LCDが置かれる環境の温度変化による表示コントラストの低下、低温における応答速度の低下による表示品位の悪化が問題になってきている。又、屋外での使用では高い信頼性も求められるようになってきた。
【０００４】
周囲の温度変化によるLCD表示品位の低下の原因は、様々な要因が上げられるが、ネマチック液晶の弾性定数や誘電率などの温度変化と添加したカイラル物質の固有ピッチの温度変化に起因する閾値電圧Vthの温度変化を抑えるため、カイラル物質の固有ピッチの温度変化を制御することにより閾値電圧の温度依存性を改善する提案(特開昭55-38869公報)はすでに知られており、母体液晶とカイラル物質の組み合わせによりその効果が変化する事や、カイラル量を増やすことによりレスポンス等の表示特性に悪影響を及ぼすことが問題になっていた。
【０００５】
【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、閾値電圧、急峻性等の液晶諸特性を悪化させることなく、応答速度、特に低温域における応答速度を大幅に改善し、広い温度範囲で閾値電圧の温度依存性の小さい液晶組成物を提供することにあり、又、この液晶組成物を使用した応答速度の速い液晶表示素子を提供することにある。
【０００６】
【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。
【０００７】
発明1、第一成分として一般式(I)
【０００８】
【化１４】
(式中、R1、R2はそれぞれ独立的に、炭素原子数3〜16のアルケニル基を表す。但し、R1、R2中に存在する二重結合はベンゼン環から必ず１つ以上の炭素原子を隔てている。)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)
【００１０】
【化１５】
(式中、R3、R4はそれぞれ独立的に、炭素原子数3〜16のアルケニル基を表す。但し、R3、R4中に存在する二重結合はベンゼン環から必ず1つ以上の炭素原子を隔てている。)から選ばれる化合物を1種もしくは2種以上を含有し、
【００１２】
さらに、第三成分として一般式(III)、(IV)
【００１３】
【化１６】
(式中、R5、R6及びR7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のアルキル基又はアルコキシル基、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、又は炭素原子数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、ナフタレン-2,6-ジイル基、フェナントレン-2,7-ジイル基、フルオレン-2,7-ジイル基、トランス-1,4-シクロヘキシレン基、1,2,3,4-テトラヒドロナフタレン-2,6-ジイル基、デカヒドロナフタレン-2,6-ジイル基、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-ジイル基又はピリダジン-2,5-ジイル基を表し、l及びmはそれぞれ独立的に0、1もしくは2を表し、Z1、Z2、Z3及びZ4はそれぞれ独立的に単結合、-CH2CH2-、-(CH2)4-、-OCH2-、-CH2O-、-CH=CH-、-COO-又は-C≡C-を表し、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'又は-OR'を表し、R'は炭素原子数1〜12の直鎖状アルキル基又は、2〜12の直鎖状アルケニル基を表し、X1、X3は水素原子、フッ素原子又は塩素原子を表す。) からなる群より選ばれる化合物のうち、一般式(III-b)
【００１５】
【化１７】
(式中、R11、R12はそれぞれ独立的に炭素原子数1〜8のアルキル基又は炭素原子数2〜8のアルケニル基を表す。)から選ばれる化合物を1種もしくは2種以上を含有し、さらに一般式(III-c)
【００１７】
【化１８】
(式中、R13、R14はそれぞれ独立的に炭素原子数1〜8のアルキル基又は炭素原子数2〜8のアルケニル基を表す。)から選ばれる化合物を1種もしくは2種以上を含有し、さらに一般式(IV-a)
【００１９】
【化１９】
(式中、R10は炭素原子数1〜8のアルキル基又は、2〜8のアルケニル基を表し、環Gは1,4-フェニレン基又はトランス-1,4-シクロヘキシレン基を表し、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又はフッ素原子を表す。)から選ばれる化合物を1種もしくは2種以上を含有することを特徴とする液晶組成物。
【００２１】
本発明の液晶組成物は、ネマチック相−等方性液体相転移温度が75℃以上であり、スメクチック相又は固体相-ネマチック相転移温度が-20℃以下であり、屈折率の異方性(Δn)が0.07〜0.30の範囲である。
【００２２】
発明2、一般式(I)から選ばれる化合物、一般式(II)から選ばれる化合物、一般式(III-b)から選ばれる化合物、及び一般式(III-c)から選ばれる化合物の含有率がそれぞれ５〜６０質量％であり、一般式(IV-a)から選ばれる化合物の含有率が５〜４０質量％であることを特徴とする発明１記載の液晶組成物。
【００２３】
発明3、一般式(IV-a)として、一般式(IV-b)
【００２４】
【化２０】
(式中、R15は炭素原子数1〜8のアルキル基又は炭素原子数2〜8のアルケニル基を表す。)から選ばれる化合物を1種もしくは2種以上を含有することを特徴とする発明1又は2記載の液晶組成物。
【００２６】
発明4、一般式(IV-a)として、一般式(IV-c)
【００２７】
【化２１】
(式中、R16は炭素原子数1〜8のアルキル基又は炭素原子数2〜8のアルケニル基を表す。)から選ばれる化合物を1種もしくは2種以上を含有することを特徴とする発明1〜3のいずれかに記載の液晶組成物。
【００２９】
発明5、一般式(I)として式(I-a)
【００３０】
【化２２】
を含有することを特徴とする発明1〜4のいずれかに記載の液晶組成物。
【００３２】
発明6、一般式(II)として式(II-a)
【００３３】
【化２３】
を含有することを特徴とする発明1〜5のいずれかに記載の液晶組成物。
【００３５】
発明7、一般式(I)として式(I-a)
【００３６】
【化２３】
一般式(II)として式(II-a)
【００３８】
【化２４】
をそれぞれ含有し、その含有率がそれぞれ5〜60質量%であり、なお且つ一般式(III)の化合物として、一般式(III-b)
【００４０】
【化２５】
(式中、R11、R12はそれぞれ独立的に炭素原子数1〜8のアルキル基又は炭素原子数2〜8のアルケニル基を表す。)から選ばれる化合物を1種もしくは2種以上を含有し、その含有率が5〜60質量%で、さらに一般式(III-c)
【００４２】
【化２６】
(式中、R13、R14はそれぞれ独立的に炭素原子数1〜8のアルキル基又は炭素原子数2〜8のアルケニル基を表す。)から選ばれる化合物を1種もしくは2種以上を含有し、その含有率が5〜60質量%であることを特徴とする発明1記載の液晶組成物。
【００４４】
発明8、発明1〜7のいずれかに記載の液晶組成物を用いた液晶表示素子。発明9、発明1〜7のいずれかに記載の液晶組成物を用いた超捩れネマチック(STN)液晶表示素子。
【００４５】
【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。
【００４６】
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。又、式中R1、R2は炭素原子数1〜16のアルキル基、炭素原子数3〜16のアルケニル基を表すが、少なくとも一方はアルケニル基が好ましく、式(a)、(b)の構造がより好ましく、
【００４７】
【化２７】
(構造式は右端で環に連結しているものとする。)式(b)が特に好ましい。又、R1、R2は共にアルケニル基であることが更に好ましく、特に式(b)であることが好ましい。第二成分として一般式(II)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。又、式中R3、R4は炭素原子数1〜16のアルキル基、炭素原子数3〜16のアルケニル基を表すが、アルケニル基がより好ましく、式(a)、(b)の構造が更に好ましく、
【００４９】
【化２８】
(構造式は右端で環に連結しているものとする。)式(b)が特に好ましい。又、R3、R4は共にアルケニル基であることが更に好ましく、特に式(b)であることが好ましい。この液晶組成物はネマチック相上限温度が75℃以上であることを特徴とするが、80℃以上が好ましく、85℃以上が特に好ましい。又、Δnは0.07〜0.24の範囲であることを特徴とするが、0.08〜0.22が好ましい。
【００５１】
発明2において、一般式(III)、(IV)からなる群より選ばれる化合物を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種が更に好ましく、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。R5、R6、R7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式(a)〜(e)が特に好ましい。
【００５２】
【化２９】
(構造式は右端で環に連結しているものとする。)
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、ナフタレン-2,6-ジイル基、フェナントレン-2,7-ジイル基、フルオレン-2,7-ジイル基、トランス-1,4-シクロヘキシレン基、1,2,3,4-テトラヒドロナフタレン-2,6-ジイル基、デカヒドロナフタレン-2,6-ジイル基、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、環B、環D、環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-フェニレン基がより好ましい。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-、-COO-、-CH=CH-または-C≡C-表すが、Z1、Z2においては単結合、-C≡C-、-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、-COO-、-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'又は-OR'を表し、R'は炭素原子数1〜12の直鎖状アルキル基又は、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、フッ素原子又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。
【００５４】
発明3において、一般式(I)、(II)から選ばれる化合物の含有率はそれぞれ5〜60質量%が好ましく、5〜30質量%が更に好ましく、5〜20質量%が特に好ましい。一般式(III)、(IV)からなる群より選ばれる化合物の含有率は5〜95質量%が好ましく、15〜85質量%が更に好ましく、25〜85質量%が特に好ましい。
【００５５】
発明5において、一般式(I)、(II)から選ばれる化合物をそれぞれ1種もしくは2種以上を含有し、その含有率がそれぞれ5〜60質量%で、なお且つ第三成分として一般式(III-a)から選ばれる化合物を1種もしくは2種以上を含有し、その含有率が5〜95質量%であるが、一般式(I)、(II)から選ばれる化合物をそれぞれ1種もしくは2種以上を含有し、その含有率は5〜60質量%が好ましく、5〜30質量%が更に好ましく、5〜20質量%が特に好ましく、一般式(III-a)の化合物を2種以上含有しその含有率は5〜95質量%であることが好ましく、15〜85質量%が更に好ましく、25〜85質量%が特に好ましい。
【００５６】
発明7において、一般式(I)、(II)から選ばれる化合物をそれぞれ1種もしくは2種以上を含有し、その含有率がそれぞれ5〜60質量%で、なお且つ第三成分として一般式(IV-a)から選ばれる化合物を1種もしくは2種以上を含有し、その含有率が5〜95質量%であるが、一般式(I)、(II)から選ばれる化合物をそれぞれ1種もしくは2種以上を含有し、その含有率は5〜60質量%が好ましく、5〜30質量%が更に好ましく、5〜20質量%が特に好ましく、一般式(IV-a)の化合物を2種以上含有しその含有率は5〜95質量%であることが好ましく、15〜85質量%が更に好ましく、25〜85質量%が特に好ましい。
【００５７】
発明8において、一般式(I)、(II)から選ばれる化合物をそれぞれ1種もしくは2種以上を含有し、その含有率がそれぞれ5〜60質量%で、なお且つ第三成分として一般式(III-b)から選ばれる化合物を1種もしくは2種以上を含有し、その含有率が5〜60質量%であるが、5〜30質量%が好ましく、更に一般式(III-c)から選ばれる化合物を1種もしくは2種以上を含有し、その含有率が5〜60質量%であるが、5〜50質量%が好ましく、5〜40質量%がより好ましい。式中R12、R13、R14、R15はそれぞれ独立的フッ素置換されていても良い炭素原子数1〜8のアルキル基又は炭素原子数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式(a)〜(e)が特に好ましい。
【００５８】
発明9において、一般式(IV)もしくは(IV-a)として一般式(IV-b)から選ばれる化合物を1種もしくは2種以上を含有し、その含有率が5〜40質量%であるが、5〜30質量%が好ましく、5〜20質量%が更に好ましい。
【００５９】
発明10において、一般式(IV)もしくは(IV-a)として一般式(IV-c)から選ばれる化合物を1種もしくは2種以上を含有し、その含有率が5〜40質量%であるが、5〜30質量%が好ましく、5〜20質量%が更に好ましい。
【００６０】
発明11において、式(I-a)で表される化合物の含有率は5〜60質量%であるが、5〜30質量%が更に好ましく、5〜20質量%が特に好ましい。式(II-a)の化合物の含有率は5〜60質量%であるが、5〜30質量%が更に好ましく、5〜20質量%が特に好ましい。又、式(III-b)、(III-c)で表される化合物の含有率は先述のとおりである。
【００６１】
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。又、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、上記の化合物以外に、通常のネマチック液晶、スメクチック液晶、コレステリック液晶などを含有していてもよい。
【００６２】
【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『質量%』を意味する。
【００６３】
実施例中、測定した特性は以下の通りである。
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 ：240°ツイストセルを構成した時の輝度90%での印加電圧（V）
Vsat ：240°ツイストセルを構成した時の輝度10%での印加電圧（V）
γ ：240°ツイストセルにて測定した輝度90%と10%での印加電圧の比で表される急峻性 γ=Vsat/Vth
Δn ：複屈折率
η ：20℃での粘度(mPa・s)
τ 25 ℃：25℃におけるレスポンス(msec)
(立ち上がり時間と立ち下がり時間の平均値)
τ-20 ℃：-20℃におけるレスポンス(msec)
(立ち上がり時間と立ち下がり時間の平均値)
dV／dT ：温度範囲t1(℃)〜t2(℃)における閾値電圧の温度依存性(mV/℃)であり、次式で表される。
dV／dT =（Vtht1−Vtht2）／（t1−t2）
【００６４】
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たツイスト角240°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。
【００６５】
化合物の記載に下記の略号を使用する。
【化３０】
例えば、以下に示すように略号を用いる。
【００６８】
【化３１】
(実施例1、比較例1)
ネマチック液晶組成物No.1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。
【００７０】
【表１】
比較例1中の4-Ph-T-Ph-O2と5-Ph-T-Ph-O1とを一般式(I)の化合物である0d3-Ph-T-Ph-3d0に置換することにより実施例1を作製した。その結果、急峻性γが1.040から1.037に改善され、応答速度τ25 ℃は111msecから106msecに改善され、応答速度τ-20 ℃は1818msecから1493msecへと大幅に改善された。又、閾値電圧の温度依存性dV／dTが、低温域(-20〜25℃)において改善されていることがわかる。
【００７２】
【発明の効果】
本発明の液晶材料の組み合わせによって、急峻性と応答速度の改善を同時に達成し、特に低温域での応答速度は格段に高速化され、その上、Vthの温度依存性が小さい液晶組成物が得られた。又、この組成物を液晶表示素子として用いた場合、広い温度範囲で閾値電圧の変化が小さく、高速応答が実現された。この液晶ディスプレイはSTNおよびTN-LCDとして非常に有用である。
Claims (9)
- 第一成分として一般式(I)
第三成分として一般式(III-b)
- 一般式(I)から選ばれる化合物、一般式(II)から選ばれる化合物、一般式(III-b)から選ばれる化合物、及び一般式(III-c)から選ばれる化合物の含有率がそれぞれ５〜６０質量％であり、一般式(IV-a)から選ばれる化合物の含有率が５〜４０質量％であることを特徴とする請求項１記載の液晶組成物。
- 一般式(IV-a)として、一般式(IV-b)
- 一般式(IV-a)として、一般式(IV-c)
- 一般式(I)として式(I-a)
- 一般式(II)として式(II-a)
- 一般式(I)として式(I-a)
- 請求項1〜7のいずれかに記載の液晶組成物を用いた液晶表示素子。
- 請求項1〜7のいずれかに記載の液晶組成物を用いた超捩れネマチック(STN)液晶表示素子。
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