JP4973900B2 - ネマチック液晶組成物及びこれを用いた液晶表示素子 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する分野】
本発明は電気光学的液晶表示材料として有用なネマティ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(捩れネマティック液晶表示装置)から、STN-LCD(超捩れネマティック液晶表示装置)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)］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ーなどの高情報処理用の表示に広く普及されはじめている。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(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】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、TN-LCDやSTN-LCDの重要な特性改善課題の一つにコントラストの向上、駆動電圧の周波数依存性の改良がある。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。これにより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が問題になってきている。
【０００４】
周囲の温度変化によるLCD表示品位の低下の原因は、様々な要因が挙げられるが、ネマティック液晶の弾性定数・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に、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)は既に知られているが、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】
液晶中に含まれるイオン性物質の移動度の温度変化により電流値が増加するため、液晶にかかる実効値電圧がイオンにより消費され、コントラストおよび信頼性を低下させることに起因する改善策は知られていない。
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、レスポンス等の液晶諸特性を低下させることなく、電流値を抑制した信頼性の高い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コントラストの高い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、一般式(I)で表される化合物と一般式(II)および(III)で表される化合物を組み合わせることで、駆動電圧を維持しながら電流値の増加を抑え、コントラストを改善する以下の液晶組成物を見出した。
【０００８】
第一成分として一般式(I)
【０００９】
【化９】
【００１０】
(式中R１は炭素原子数1〜16のアルキル基、炭素原子数2〜16のアルケニル基もしくは炭素原子数3〜16のアルケニルオキシ基を表し、X1、X2はそれぞれ水素原子また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種以上を含有し、第二成分として一般式(II)、（III）
【００１１】
【化１０】
【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を表し、環A、環B、環C、環D及び環Eはそれぞれ独立的に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-ジイル基を表し、これら環は更に1〜3のフッ素原子で置換されていてもよく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-、-COO-または-C≡C-を表し、X４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し、X3、X5は水素原子、フッ素原子または塩素原子を表す。ただし、第一成分を除く。)から選ばれる化合物を1種もしくは2種以上を含有し、なおかつネマティック相-等方性液体相転移温度が75℃以上であり、屈折率異方性(Δn)が0.07〜0.24の範囲であることを特徴とする液晶組成物。
【００１３】
第二成分の化合物として、一般式(III)の化合物のうち、Z3、Z4に-COO-を持つ化合物の含有率が20質量%以下であることを特徴とする液晶組成物。
【００１４】
【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。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種以上含有するが、中でも一般式(I-a)、(I-b)
【００１５】
【化１１】
【００１６】
が好ましく、誘電率異方性が大きく低電圧化に有効な(I-a)が(I-b)より好ましく、(I-a)で表される化合物を1種もしくは2種使用することがさらに好ましい。また式中、R1、R14、R15は、炭素原子数1〜16のアルキル基、炭素原子数2〜16のアルケニル基もしくは炭素原子数3〜16のアルケニルオキシ基を表すが、弾性定数比K33/K11が大きく高コントラストに有効な、炭素原子数2〜16のアルケニル基が好ましく、炭素原子数2〜8のアルケニル基がより好ましく、式(a)〜(e)の構造がさらに好ましく
【００１７】
【化１２】
【００１８】
(構造式は右端で環に連結しているものとする。)この中でも弾性定数比K33/K11が大きく、溶解性の高い(a)、(b)が特に好ましい。
【００１９】
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種以上含有するが、3種以上が好ましく、3〜20種がさらに好ましく、5〜15種が特に好ましく、その中に一般式(II)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、ネマティック相-等方性液体相転移温度が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。また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。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アルケニル基がより好ましく、1〜5のアルキル基1〜5のアルキル基もしくは(a)〜(e)のアルケニル基が特に好ましい。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、2-メチル-1,4-フェニレン基が好ましく、さらに高コントラストを実現するためには弾性定数比K33/K11をより大きくできる、環A、環B、環D、環Eがトランス-1,4-シクロヘキシレン基であることがより好ましく、環Cにおいては1,4-フェニレン基がより好ましい。またこれらの環は更に1〜3のフッ素原子で置換されていてもよい。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-または-C≡C-を表すが、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。X４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、フッ素原子が特に好ましい。X3、X5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。
【００２０】
一般式(II)および(III)の化合物のうち、電流値をより低く抑えるためには、Z3、Z4に-COO-を持つ化合物の含有率が20質量%以下であるが、電流値増加を抑制するためには、15質量%以下がより好ましく、10質量%以下が特に好ましい。
【００２１】
一般式(I)の含有率は5〜40質量%の範囲であるが、5〜25質量%が好ましく、5〜20質量%が特に好ましい。一般式(II)もしくは一般式(III)の含有率は5〜95質量%の範囲であるが、15〜85質量%が好ましく、25〜85質量%が特に好ましい。
【００２２】
高速応答を実現するためには、液晶組成物の粘性を低く保つことが重要であるため、一般式(I)の化合物を1種もしくは2種以上含有しその含有率が5〜40質量%の範囲で、なおかつ第二成分として一般式(II-a)
【００２３】
【化１３】
【００２４】
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5〜95質量%の範囲であるが、一般式(I)の化合物を1種もしくは2種以上含有しその含有率が5〜25質量%であることが好ましく、5〜20質量%が特に好ましく、一般式(II-a)の化合物を2種以上含有し、その含有率が5〜95質量%であることが好ましく、15〜85質量%がさらに好ましく、25〜85質量%が特に好ましい。
【００２５】
高いコントラストを維持するためには、弾性定数比 K33/K11を大きくすることが効果的なため、一般式(I)の化合物を1種もしくは2種以上含有しその含有率が5〜40質量%の範囲で、一般式(III-a)
【００２６】
【化１４】
【００２７】
の化合物を1種もしくは2種以上含有し、その含有率が5〜95質量%の範囲であるが、一般式(I)の化合物を1種もしくは2種以上含有しその含有率が5〜25質量%であることが好ましく、5〜15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が5〜95質量%であることが好ましく、15〜85質量%がさらに好ましく、25〜85質量%が特に好ましい。
【００２８】
高いネマティック相-等方性液体相転移温度を持ち、なおかつ低い粘性の液晶組成物を得るためには、一般式(I)の化合物を1種もしくは2種以上含有し、その含有率が5〜40質量%の範囲で、なおかつ一般式(II-b)
【００２９】
【化１５】
【００３０】
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質量%の範囲でるが、5〜25質量%が好ましい、さらに一般式(II-c)
【００３１】
【化１６】
【００３２】
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5〜60質量%の範囲であるが、5〜50質量%が好ましく、5〜40質量%であることが好ましい。式中、R8、R9、R10、R11はそれぞれ独立的炭素原子数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式(a)〜(e)が特に好ましい。
【００３３】
一般式(I)の化合物を1種もしくは2種以上含有し、その含有率が5〜40質量%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種以上含有し、その含有率が5〜40質量%の範囲で、なおかつ一般式(II-b)もしくは(II-c)の化合物を1種もしくは2種以上含有し、その含有率がそれぞれ5〜60質量%の範囲であるが、一般式(I)の化合物を1種もしくは2種以上含有し、その含有率が5〜20質量%であることが好ましく、一般式(III-a)の含有率が5〜35質量%の範囲であることが好ましく、5〜25質量%の範囲であることがより好ましく、一般式(II-b)もしくは(II-c)の含有率が5〜55質量%であることが好ましく、5〜45質量%の範囲であることがより好ましい。
【００３４】
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質量%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種以上含有し、その含有率が5〜40質量%の範囲で、なおかつ一般式(II-b)及び(II-c)の化合物を1種もしくは2種以上含有し、その含有率それぞれ5〜40質量%の範囲であるが、一般式(I)の化合物を1種もしくは2種以上を含有し、その含有率が5〜20質量%の範囲であることが好ましく、一般式(II-b)及び(II-c)の化合物をそれぞれ1種以上含有しその含有率が5〜20質量%の範囲であり、一般式(III-a)の化合物を2種以上含有しその含有率が5〜25質量%の範囲であることが好ましい。
【００３５】
一般式(III)の化合物として、一般式(III-b)
【００３６】
【化１７】
【００３７】
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質量%の範囲であるが、一般式(III-b)の化合物を1〜10種類含有しその含有率が5〜35質量%であることが好ましく、1〜5種を含有しその含有率が5〜30質量%の範囲であることがより好ましい。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式(a)〜(e)が特に好ましい。
【００３８】
一般式(III)の化合物として、一般式(III-c)
【００３９】
【化１８】
【００４０】
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質量%の範囲であるが、一般式(III-c)の化合物を1〜10種類含有しその含有率が5〜35質量%であることが好ましく、1〜5種を含有しその含有率が5〜30質量%の範囲であることがより好ましい。式中、R13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、炭素原子数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。
【００４１】
上記ネマティック液晶組成物は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)〜(III-c)で表される化合物以外に、通常のネマティック液晶、スメクティック液晶、コレステリック液晶などを含有していてもよい。
【００４２】
【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、以下の実施例および比較例の組成物における「%」は『重量%』を意味する。
【００４３】
実施例中、測定した特性は以下の通りである。
【００４４】
【００４５】
STN-LCD表示素子の作製は以下のように行った。ネマティ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整し、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。
【００４６】
化合物記載に下記の略号を使用する．
【００４７】
（実施例１、２、比較例１）
ネマティック液晶組成物No．1
【００４８】
【化１９】
【００４９】
を調整し、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。
【００５０】
【表１】
【００５１】
表1に示すように、一般式(I-a)を使用し、連結基に-COO-を持つ液晶化合物の含有率を削減することで、実施例1の液晶組成物は比較例1の組成物に比べ電流値を大幅に抑制しているうえにコントラストも改善することができた。さらに実施例2では連結基に-COO-を持つ化合物の含有率を0%にすることができ、閾値電圧を大幅に増加させることなく電流値増加をさらに抑制しコントラストを改善することができた。また実施例1、2ともレスポンス等の諸特性を悪化させることなくコントラストを改善することができた。
ここで作成したSTN-LCDを用いて、優れた表示特性を示す液晶表示装置を作成することができた。
【００５２】
【発明の効果】
本発明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、コントラスト及び信頼性が高く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ティ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(捩れネマティック液晶表示装置)から、STN-LCD(超捩れネマティック液晶表示装置)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)］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ーなどの高情報処理用の表示に広く普及されはじめている。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(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】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、TN-LCDやSTN-LCDの重要な特性改善課題の一つにコントラストの向上、駆動電圧の周波数依存性の改良がある。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。これにより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が問題になってきている。
【０００４】
周囲の温度変化によるLCD表示品位の低下の原因は、様々な要因が挙げられるが、ネマティック液晶の弾性定数・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に、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)は既に知られているが、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】
液晶中に含まれるイオン性物質の移動度の温度変化により電流値が増加するため、液晶にかかる実効値電圧がイオンにより消費され、コントラストおよび信頼性を低下させることに起因する改善策は知られていない。
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、レスポンス等の液晶諸特性を低下させることなく、電流値を抑制した信頼性の高い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コントラストの高い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、一般式(I)で表される化合物と一般式(II)および(III)で表される化合物を組み合わせることで、駆動電圧を維持しながら電流値の増加を抑え、コントラストを改善する以下の液晶組成物を見出した。
【０００８】
第一成分として一般式(I)
【０００９】
【化９】
(式中R１は炭素原子数1〜16のアルキル基、炭素原子数2〜16のアルケニル基もしくは炭素原子数3〜16のアルケニルオキシ基を表し、X1、X2はそれぞれ水素原子また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種以上を含有し、第二成分として一般式(II)、（III）
【００１１】
【化１０】
(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を表し、環A、環B、環C、環D及び環Eはそれぞれ独立的に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-ジイル基を表し、これら環は更に1〜3のフッ素原子で置換されていてもよく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-、-COO-または-C≡C-を表し、X４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し、X3、X5は水素原子、フッ素原子または塩素原子を表す。ただし、第一成分を除く。)から選ばれる化合物を1種もしくは2種以上を含有し、なおかつネマティック相-等方性液体相転移温度が75℃以上であり、屈折率異方性(Δn)が0.07〜0.24の範囲であることを特徴とする液晶組成物。
【００１３】
第二成分の化合物として、一般式(III)の化合物のうち、Z3、Z4に-COO-を持つ化合物の含有率が20質量%以下であることを特徴とする液晶組成物。
【００１４】
【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。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種以上含有するが、中でも一般式(I-a)、(I-b)
【００１５】
【化１１】
が好ましく、誘電率異方性が大きく低電圧化に有効な(I-a)が(I-b)より好ましく、(I-a)で表される化合物を1種もしくは2種使用することがさらに好ましい。また式中、R1、R14、R15は、炭素原子数1〜16のアルキル基、炭素原子数2〜16のアルケニル基もしくは炭素原子数3〜16のアルケニルオキシ基を表すが、弾性定数比K33/K11が大きく高コントラストに有効な、炭素原子数2〜16のアルケニル基が好ましく、炭素原子数2〜8のアルケニル基がより好ましく、式(a)〜(e)の構造がさらに好ましく
【００１７】
【化１２】
(構造式は右端で環に連結しているものとする。)この中でも弾性定数比K33/K11が大きく、溶解性の高い(a)、(b)が特に好ましい。
【００１９】
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種以上含有するが、3種以上が好ましく、3〜20種がさらに好ましく、5〜15種が特に好ましく、その中に一般式(II)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、ネマティック相-等方性液体相転移温度が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。また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。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アルケニル基がより好ましく、1〜5のアルキル基1〜5のアルキル基もしくは(a)〜(e)のアルケニル基が特に好ましい。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、2-メチル-1,4-フェニレン基が好ましく、さらに高コントラストを実現するためには弾性定数比K33/K11をより大きくできる、環A、環B、環D、環Eがトランス-1,4-シクロヘキシレン基であることがより好ましく、環Cにおいては1,4-フェニレン基がより好ましい。またこれらの環は更に1〜3のフッ素原子で置換されていてもよい。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-または-C≡C-を表すが、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。X４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、フッ素原子が特に好ましい。X3、X5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。
【００２０】
一般式(II)および(III)の化合物のうち、電流値をより低く抑えるためには、Z3、Z4に-COO-を持つ化合物の含有率が20質量%以下であるが、電流値増加を抑制するためには、15質量%以下がより好ましく、10質量%以下が特に好ましい。
【００２１】
一般式(I)の含有率は5〜40質量%の範囲であるが、5〜25質量%が好ましく、5〜20質量%が特に好ましい。一般式(II)もしくは一般式(III)の含有率は5〜95質量%の範囲であるが、15〜85質量%が好ましく、25〜85質量%が特に好ましい。
【００２２】
高速応答を実現するためには、液晶組成物の粘性を低く保つことが重要であるため、一般式(I)の化合物を1種もしくは2種以上含有しその含有率が5〜40質量%の範囲で、なおかつ第二成分として一般式(II-a)
【００２３】
【化１３】
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5〜95質量%の範囲であるが、一般式(I)の化合物を1種もしくは2種以上含有しその含有率が5〜25質量%であることが好ましく、5〜20質量%が特に好ましく、一般式(II-a)の化合物を2種以上含有し、その含有率が5〜95質量%であることが好ましく、15〜85質量%がさらに好ましく、25〜85質量%が特に好ましい。
【００２５】
高いコントラストを維持するためには、弾性定数比 K33/K11を大きくすることが効果的なため、一般式(I)の化合物を1種もしくは2種以上含有しその含有率が5〜40質量%の範囲で、一般式(III-a)
【００２６】
【化１４】
の化合物を1種もしくは2種以上含有し、その含有率が5〜95質量%の範囲であるが、一般式(I)の化合物を1種もしくは2種以上含有しその含有率が5〜25質量%であることが好ましく、5〜15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が5〜95質量%であることが好ましく、15〜85質量%がさらに好ましく、25〜85質量%が特に好ましい。
【００２８】
高いネマティック相-等方性液体相転移温度を持ち、なおかつ低い粘性の液晶組成物を得るためには、一般式(I)の化合物を1種もしくは2種以上含有し、その含有率が5〜40質量%の範囲で、なおかつ一般式(II-b)
【００２９】
【化１５】
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質量%の範囲でるが、5〜25質量%が好ましい、さらに一般式(II-c)
【００３１】
【化１６】
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5〜60質量%の範囲であるが、5〜50質量%が好ましく、5〜40質量%であることが好ましい。式中、R8、R9、R10、R11はそれぞれ独立的炭素原子数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式(a)〜(e)が特に好ましい。
【００３３】
一般式(I)の化合物を1種もしくは2種以上含有し、その含有率が5〜40質量%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種以上含有し、その含有率が5〜40質量%の範囲で、なおかつ一般式(II-b)もしくは(II-c)の化合物を1種もしくは2種以上含有し、その含有率がそれぞれ5〜60質量%の範囲であるが、一般式(I)の化合物を1種もしくは2種以上含有し、その含有率が5〜20質量%であることが好ましく、一般式(III-a)の含有率が5〜35質量%の範囲であることが好ましく、5〜25質量%の範囲であることがより好ましく、一般式(II-b)もしくは(II-c)の含有率が5〜55質量%であることが好ましく、5〜45質量%の範囲であることがより好ましい。
【００３４】
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質量%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種以上含有し、その含有率が5〜40質量%の範囲で、なおかつ一般式(II-b)及び(II-c)の化合物を1種もしくは2種以上含有し、その含有率それぞれ5〜40質量%の範囲であるが、一般式(I)の化合物を1種もしくは2種以上を含有し、その含有率が5〜20質量%の範囲であることが好ましく、一般式(II-b)及び(II-c)の化合物をそれぞれ1種以上含有しその含有率が5〜20質量%の範囲であり、一般式(III-a)の化合物を2種以上含有しその含有率が5〜25質量%の範囲であることが好ましい。
【００３５】
一般式(III)の化合物として、一般式(III-b)
【００３６】
【化１７】
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質量%の範囲であるが、一般式(III-b)の化合物を1〜10種類含有しその含有率が5〜35質量%であることが好ましく、1〜5種を含有しその含有率が5〜30質量%の範囲であることがより好ましい。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式(a)〜(e)が特に好ましい。
【００３８】
一般式(III)の化合物として、一般式(III-c)
【００３９】
【化１８】
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質量%の範囲であるが、一般式(III-c)の化合物を1〜10種類含有しその含有率が5〜35質量%であることが好ましく、1〜5種を含有しその含有率が5〜30質量%の範囲であることがより好ましい。式中、R13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、炭素原子数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。
【００４１】
上記ネマティック液晶組成物は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)〜(III-c)で表される化合物以外に、通常のネマティック液晶、スメクティック液晶、コレステリック液晶などを含有していてもよい。
【００４２】
【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、以下の実施例および比較例の組成物における「%」は『重量%』を意味する。
【００４３】
実施例中、測定した特性は以下の通りである。
【００４４】
STN-LCD表示素子の作製は以下のように行った。ネマティ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整し、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。
【００４６】
化合物記載に下記の略号を使用する．
（実施例１、２、比較例１）
ネマティック液晶組成物No．1
【００４８】
【化１９】
を調整し、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。
【００５０】
【表１】
表1に示すように、一般式(I-a)を使用し、連結基に-COO-を持つ液晶化合物の含有率を削減することで、実施例1の液晶組成物は比較例1の組成物に比べ電流値を大幅に抑制しているうえにコントラストも改善することができた。さらに実施例2では連結基に-COO-を持つ化合物の含有率を0%にすることができ、閾値電圧を大幅に増加させることなく電流値増加をさらに抑制しコントラストを改善することができた。また実施例1、2ともレスポンス等の諸特性を悪化させることなくコントラストを改善することができた。
ここで作成したSTN-LCDを用いて、優れた表示特性を示す液晶表示装置を作成することができた。
【００５２】
【発明の効果】
本発明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、コントラスト及び信頼性が高く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 (12)
- 第一成分として一般式(I-a)及び(I-b)
- 第三成分の化合物として、一般式(III)の化合物のうち、Z3、Z4に-COO-を持つ化合物の含有率が20質量%以下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(I-a)及び(I-b)から選ばれる化合物の含有率が5〜40重量％の範囲で、さらに一般式(II-b)及び(II-c)の化合物から選んだ1種もしくは2種以上を含有し、一般式(III)の化合物から選んだ1種もしくは2種以上を含有し、これら選んだ化合物の含有率がそれぞれ5〜95重量％の範囲であることを特徴とする請求項1又は2記載の液晶組成物。
- 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)
- 一般式(I-a)及び(I-b)の含有率が5〜40質量%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種以上含有し、その含有率が5〜95質量%の範囲であることを特徴とする請求項4に記載の液晶組成物。
- 一般式(I-a)及び(I-b)の化合物を1種もしくは2種以上含有し、その含有率が5〜40質量%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質量%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5〜60質量%の範囲であることを特徴とする請求項1〜5の何れか一項に記載の液晶組成物。
- 一般式(I-a)及び(I-b)の化合物を1種もしくは2種以上含有し、その含有率が5〜40質量%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種以上含有し、その含有率が5〜40質量%の範囲で、なおかつ一般式(II-b)もしくは(II-c)の化合物を1種もしくは2種以上含有し、その含有率が5〜60質量%の範囲であることを特徴とする請求項4〜6の何れか一項に記載の液晶組成物。
- 一般式(I-a)及び(I-b)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質量%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種以上含有し、その含有率が5〜40質量%の範囲で、なおかつ一般式(II-b)及び(II-c)の化合物を1種もしくは2種以上含有し、その含有率がそれぞれ5〜40質量%の範囲であることを特徴とする請求項4〜7の何れか一項に記載の液晶組成物。
- 一般式(III)の化合物として一般式(III-b)
- 一般式(III)の化合物として一般式(III-c)
- 請求項1〜10の何れか一項に記載の液晶組成物を用いた液晶表示素子
- 請求項1〜10の何れか一項に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ティック(STN)液晶表示素子。
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