JP5618031B1 - 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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Abstract

本発明は、液晶表示材料として有用な誘電率異方性(Δε)が負の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。本願の液晶組成物は、屈折率異方性(Δn)及びネマチック相−等方性液体相転移温度(Tni)を低下させることなく、粘度(η)が十分に小さく、回転粘性(γ1)が十分に小さく、弾性定数(K33)が大きく、絶対値が大きな負の誘電率異方性(Δε)を有し、これを用いたVA型等の表示不良がない又は抑制された、表示品位の優れた応答速度の速い液晶表示素子を提供することができる。本発明の液晶組成物を用いた液晶表示素子はアクティブマトリックス駆動用液晶表示素子に有用であり、VA型やPSVA型等の液晶表示素子に適用できる。

Description

本発明は液晶表示材料として有用な誘電率異方性(Δε)が負の値を示す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。
液晶表示素子は、時計、電卓をはじめとして、家庭用各種電気機器、測定機器、自動車用パネル、ワープロ、電子手帳、プリンター、コンピューター、テレビ等に用いられている。液晶表示方式としては、その代表的なものにTN(捩れネマチック)型、STN(超捩れネマチック)型、DS(動的光散乱)型、GH(ゲスト・ホスト)型、IPS(インプレーンスイッチング)型、OCB(光学補償複屈折)型、ECB(電圧制御複屈折)型、VA(垂直配向)型、CSH(カラースーパーホメオトロピック)型、あるいはFLC(強誘電性液晶)等を挙げることができる。また駆動方式としてもスタティック駆動、マルチプレックス駆動、単純マトリックス方式、TFT(薄膜トランジスタ)やTFD(薄膜ダイオード)等により駆動されるアクティブマトリックス(AM)方式を挙げることができる。
これらの表示方式において、IPS型、ECB型、VA型、あるいはCSH型等は、Δεが負の値を示す液晶材料を用いるという特徴を有する。これらの中で特にAM駆動によるVA型表示方式は、高速で広視野角の要求される表示素子、例えばテレビ等の用途に使用されている。
VA型等の表示方式に用いられるネマチック液晶組成物には、低電圧駆動、高速応答及び広い動作温度範囲が要求される。すなわち、Δεが負で絶対値が大きく、低粘度であり、高いネマチック相−等方性液体相転移温度(Tni)が要求されている。また、屈折率異方性(Δn)とセルギャップ(d)との積であるΔn×dの設定から、液晶材料のΔnをセルギャップに合わせて適当な範囲に調節する必要がある。加えて液晶表示素子をテレビ等へ応用する場合においては高速応答性が重視されるため、粘度(η)の低い液晶材料が要求される。
これまでは、Δεが負でその絶対値の大きな化合物を種々検討することにより液晶組成物の特性が改良されてきた。
Δεが負の液晶材料として、以下のような2,3−ジフルオロフェニレン骨格を有する液晶化合物(A)及び(B)(特許文献1参照)を用いた液晶組成物が開示されている。
Figure 0005618031
この液晶組成物は、Δεがほぼ0である化合物として液晶化合物(C)及び(D)を用いているが、この液晶組成物は、液晶テレビ等の高速応答が要求される液晶組成物においては十分に低い粘性を実現するに至っていない。
Figure 0005618031
一方、式(E)で表される化合物を用いた液晶組成物も既に開示されているが、上記の液晶化合物(D)を組み合わせたΔnが小さい液晶組成物(特許文献2参照)や応答速度の改善のために液晶化合物(F)のようにアルケニル基を分子内に有する化合物(アルケニル化合物)を添加した液晶組成物(特許文献3参照)であり、高Δnと高信頼性を両立させるには更なる検討が必要であった。
Figure 0005618031
また、式(G)で表される化合物を用いた液晶組成物は既に開示されている(特許文献4参照)が、この液晶組成物も上記の液晶化合物(F)のようにアルケニル化合物を含む化合物を含有した液晶組成物であるため、焼き付きや表示ムラ等の表示不良が発生し易い弊害があった。
Figure 0005618031
なお、アルケニル化合物を含む液晶組成物の表示不良への影響については既に開示されている(特許文献5参照)が、一般的にはアルケニル化合物の含有量が減少すると液晶組成物のηが上昇し、高速応答の達成が困難になるため、表示不良の抑制と高速応答の両立が困難であった。
このようにΔεが負の値を示す化合物と液晶化合物(C)、(D)及び(F)を組み合わせるのみでは、高いΔnと低いηを両立させ、なおかつ、表示不良のない又は抑制されたΔεが負の液晶組成物の開発は困難であった。
また、式(A)及び式(G)にΔεがほぼゼロである式(III−F31)を組み合わせた液晶組成物(特許文献6参照)が開示されている。しかし、液晶表示素子の製造工程では液晶組成物を液晶セルに注入する際の極低圧で、蒸気圧が低い化合物は揮発してしまうため、その含有量を増やすことが出来ないと考えられていた。このため、該液晶組成物は式(III−F31)の含有量を限定してしまっており、大きなΔnを示すものの、粘度が著しく高いという問題があった。
Figure 0005618031
更に、特許文献6や特許文献7において、フッ素置換されたターフェニル構造を有する化合物を用いた液晶組成物も既に開示されている。
また、特許文献8において、(式1)で示される指数が大きい液晶材料を使用することでホメオトロピック液晶セルの応答速度を向上させることが開示されているが、十分とは言えるものではなかった。
Figure 0005618031
以上のことから、液晶テレビ等の高速応答が要求される液晶組成物においては、屈折率異方性(Δn)及びネマチック相−等方性液体相転移温度(Tni)を低下させることなく、粘度(η)を十分に小さく、回転粘性(γ1)を十分に小さく、弾性定数(K33)を大きくすることが求められていた。
特開平8−104869号 欧州特許出願公開第0474062号 特開2006−37054号 特開2001−354967号 特開2008−144135号 WO2007/077872 特開2003−327965号 特開2006−301643号
本発明が解決しようとする課題は、屈折率異方性(Δn)及びネマチック相−等方性液体相転移温度(Tni)を低下させることなく、粘度(η)が十分に小さく、回転粘性(γ1)が十分に小さく、弾性定数(K33)が大きく、電圧保持率(VHR)が高く、絶対値が大きな負の誘電率異方性(Δε)を有する液晶組成物を提供し、更にこれを用いたVA型等の表示不良がない又は抑制された、表示品位の優れた応答速度の速い液晶表示素子を提供することにある。
本発明者は、種々のビシクロヘキシル誘導体及びフルオロベンゼン誘導体を検討し、特定の化合物を組み合わせることにより前記課題を解決することができることを見出し、本発明を完成するに至った。
本発明の液晶組成物は、第一成分として、式(Ib)及び式(Ic)
Figure 0005618031
で表される化合物を同時に含有し、その含有量の合計は10から70質量%であり、第二成分として、誘電率異方性(Δε)が負でその絶対値が3よりも大きな化合物を含有する液晶組成物を提供し、また、これを用いた液晶表示素子を提供する。
本発明の液晶組成物は、屈折率異方性(Δn)及びネマチック相−等方性液体相転移温度(Tni)を低下させることなく、粘度(η)が十分に小さく、回転粘性(γ1)が十分に小さく、弾性定数(K33)が大きく、電圧保持率(VHR)が高く、絶対値が大きな負の誘電率異方性(Δε)を有するため、これを用いたVA型等の液晶表示素子は表示不良がない又は抑制された、表示品位の優れた応答速度の速いものである。
本発明の液晶組成物は、第一成分として、プロペニル末端基を有する式(Ib)及び式(Ic)で表される化合物を必須成分として含有する。式(Ib)及び式(Ic)で表される化合物は合計で10から70質量%含有するが、10から55質量%であることが更に好ましく、15から45質量%であることが特に好ましい。更に詳述すると、粘度又は回転粘性を小さくする場合にはその含有量は15から50質量%が好ましいが、低温における析出の抑制を重視する場合にはその含有量は10から40質量%が好ましい。また、式(Ib)の含有量は5から40質量%であることが好ましく、5から30質量%であることが更に好ましく、10から30質量%であることが特に好ましく、式(Ic)の含有量は5から30質量%であることが好ましく、5から25質量%であることが更に好ましく、5から15質量%であることが特に好ましい。
第二成分として、Δεが負でその絶対値が3よりも大きな化合物を1種又は2種以上含有するが、2から20種であることが好ましく、3から15種であることが更に好ましく、3から10種であることが特に好ましく、その含有量は10から90質量%であることが好ましく、20から80質量%が更に好ましく、30から70質量%が特に好ましい。
第二成分は一般式(II)で表される化合物であることが好ましい。
Figure 0005618031
式中、R及びRは、それぞれ独立的に炭素原子数1から10のアルキル基、炭素原子数1から10のアルコキシル基、炭素原子数2から10のアルケニル基又は炭素原子数2から10のアルケニルオキシ基を表し、R及びR中に存在する1個の−CH−又は隣接していない2個以上の−CH−はそれぞれ独立的に−O−及び/又は−S−に置換されても良く、また、R及びR中に存在する1個又は2個以上の水素原子はそれぞれ独立的にフッ素原子又は塩素原子に置換されても良い。環A及び環Bは、それぞれ独立的にトランス−1,4−シクロへキシレン基、1,4−フェニレン基、2−フルオロ−1,4−フェニレン基、3−フルオロ−1,4−フェニレン基、3,5−ジフルオロ−1,4−フェニレン基、2,3−ジフルオロ−1,4−フェニレン基、1,4−シクロヘキセニレン基、1,4−ビシクロ[2.2.2]オクチレン基、ピペリジン−1,4−ジイル基、ナフタレン−2,6−ジイル基、デカヒドロナフタレン−2,6−ジイル基又は1,2,3,4−テトラヒドロナフタレン−2,6−ジイル基を表す。pは、0、1又は2を表す。Zは、−OCH−、−CHO−、−CFO−、−OCF−、−CHCH−、−CFCF−又は単結合を表す。 式中のR及びRは、それぞれ独立的に直鎖状の炭素原子数1から5のアルキル基、炭素原子数1から5のアルコキシル基、炭素原子数2から5のアルケニル基又は炭素原子数2から5のアルケニルオキシ基であることが更に好ましく、Rは炭素原子数1から5のアルキル基又は炭素原子数2から5のアルケニル基、Rは炭素原子数1から5のアルコキシル基であることが特に好ましい。
式中の環A及び環Bは、それぞれ独立的にトランス−1,4−シクロへキシレン基、1,4−フェニレン基、2−フルオロ−1,4−フェニレン基、3−フルオロ−1,4−フェニレン基、3,5−ジフルオロ−1,4−フェニレン基又は2,3−ジフルオロ−1,4−フェニレン基であることが更に好ましく、トランス−1,4−シクロへキシレン基又は1,4−フェニレン基であることが特に好ましい。
式中のpは、それぞれ独立的に0又は1であることが更に好ましい。
式中のZは、−CHO−、−CFO−、−CHCH−又は単結合であることが更に好ましく、−CHO−又は単結合であることが特に好ましい。
一般式(II)で表される化合物は、更に具体的には、一般式(II−A1)から一般式(II−A5)及び一般式(II−B1)から一般式(II−B5)であることが好ましく、一般式(II−A1)から一般式(II−A5)の化合物であることが更に好ましく、一般式(II−A1)又は一般式(II−A3)の化合物であることが特に好ましい。
Figure 0005618031
Figure 0005618031
式中、R及びRは、それぞれ独立的に炭素原子数1から5のアルキル基又は炭素原子数2から5のアルケニル基を表し、R及びR中に存在する1個又は2個以上の水素原子はそれぞれ独立的にフッ素原子に置換されても良い。
本発明の液晶組成物は、第三成分として、一般式(III−A)から一般式(III−J)で表される化合物群から選ばれる化合物を1種又は2種以上含有し、その含有量が10から70質量%であることが好ましく、20から60質量%であることが更に好ましい。
Figure 0005618031
式中、Rは、炭素原子数1から5のアルキル基又は炭素原子数2から5のアルケニル基、Rは、炭素原子数1から5のアルキル基、炭素原子数1から5のアルコキシル基、炭素原子数2から5のアルケニル基又は炭素原子数2から5のアルケニルオキシ基を表す。
但し、一般式(III−A)で表される化合物は、式(Ib)及び式(Ic)で表される化合物と同一の化合物は含まない。
第三成分は、一般式(III−A)、(III−D)、(III−F)、(III−G)及び(III−H)から選ばれる化合物であることが更に好ましく、一般式(III−A)であることが特に好ましい。
本発明の液晶組成物は、式(Ib)、式(Ic)、一般式(II−A1)及び一般式(III−A)の化合物を同時に含有することが好ましく、式(Ib)、式(Ic)、一般式(II−A3)及び一般式(III−A)の化合物を同時に含有することが好ましく、式(Ib)、式(Ic)、一般式(II−B1)及び一般式(III−A)の化合物を同時に含有することが好ましく、式(Ib)、式(Ic)、一般式(II−B2)及び一般式(III−A)の化合物を同時に含有することが好ましく、式(Ib)、式(Ic)、一般式(II−B3)及び一般式(III−A)の化合物を同時に含有することが好ましく、式(Ib)、式(Ic)、一般式(II−B4)、及び一般式(III−A)の化合物を同時に含有することが好ましいが、式(Ib)、式(Ic)、一般式(II−A1)及び一般式(III−A)の化合物を同時に含有することが更に好ましく、式(Ib)、式(Ic)、一般式(II−A3)及び一般式(III−A)の化合物を同時に含有することが更に好ましく、式(Ib)、式(Ic)、一般式(II−A1)、一般式(II−A3)及び一般式(III−A)の化合物を同時に含有することが特に好ましい。
更なる成分として、一般式(V)で表される化合物を1種又は2種以上含有することが好ましく、その含有量は2から30質量%が好ましく、2から25質量%が更に好ましく、3から20質量%が特に好ましい。
Figure 0005618031
式中、R21及びR22はそれぞれ独立的に炭素原子数1から8のアルキル基、炭素原子数1から8のアルコキシル基、炭素原子数2から8のアルケニル基又は炭素原子数2から8のアルケニルオキシル基を表すが、炭素原子数1から5のアルキル基又は炭素原子数2から5のアルケニル基が好ましい。
本発明の液晶組成物は、式(Ib)、式(Ic)、一般式(II)及び一般式(III−A)から一般式(III−J)で表される化合物の含有量の合計が、85から100質量%が好ましく、90から100質量%がより好ましく、95から100質量%が更に好ましく、式(Ib)、式(Ic)、一般式(II)、一般式(III−A)から一般式(III−J)及び一般式(V)で表される化合物の含有量の合計が、90から100質量%が更に好ましく、95から100質量%が特に好ましい。
本発明の液晶組成物は、25℃における誘電率異方性(Δε)が−2.0から−8.0であるが、−2.0から−6.0が好ましく、−2.0から−5.0がより好ましく、−2.5から−4.0が特に好ましい。
本発明の液晶組成物は、20℃における屈折率異方性(Δn)が0.08から0.14であるが、0.09から0.13がより好ましく、0.09から0.12が特に好ましい。更に詳述すると、薄いセルギャップに対応する場合は0.10から0.13であることが好ましく、厚いセルギャップに対応する場合は0.08から0.10であることが好ましい。
本発明の液晶組成物は、20℃における粘度(η)が10から30mPa・sであるが、10から25mPa・sであることがより好ましく、10から22mPa・sであることが特に好ましい。
本発明の液晶組成物は、20℃における回転粘性(γ)が60から130mPa・sであるが、60から110mPa・sであることがより好ましく、60から100mPa・sであることが特に好ましい。
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(Tni)が60℃から120℃であるが、70℃から100℃がより好ましく、70℃から85℃が特に好ましい。
本発明の液晶組成物は、上述の化合物以外に、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、酸化防止剤、紫外線吸収剤、重合性モノマーなどを含有しても良い。
例えば、重合性モノマーとしてビフェニル誘導体、ターフェニル誘導体などの重合性化合物を0.01%から2%含有することが好ましい。
重合性化合物は、例えば、一般式(RM−1)
Figure 0005618031
で表される化合物が挙げられる。
式中、ZM1及びZM2はそれぞれ独立的に
Figure 0005618031
を表し、XM1〜XM5はそれぞれ独立的に水素原子、フッ素原子又は
Figure 0005618031
を表し、XM1〜XM5の内の少なくとも1つは、
Figure 0005618031
を表すが、XM2又はXM3が、
Figure 0005618031
であることが好ましく、XM3が、
Figure 0005618031
であることが好ましい。
M1は、炭素原子数1〜12のアルキレン基、又は単結合を表し、該アルキレン基中の−CH−は酸素原子同士が直接結合しないものとして酸素原子、−COO−、−OCO−、又は−OCOO−に置き換えられても良いが、PSAモードの液晶表示素子においては少なくとも一方が単結合であることが好ましく、いずれも単結合である化合物又は一方が単結合でもう一方が炭素原子数1〜8のアルキレン基又は−O−(CH−であることが好ましく、この場合、炭素原子数1〜4のアルキレン基が好ましく、sは1〜4が好ましい。
は以下の式(R−1)から式(R−15)
Figure 0005618031
のいずれかを表すが、式(R−1)又は式(R−2)が好ましい。
M1及びLM2はそれぞれ独立的に、単結合、−O−、−CH−、−OCH−、−CHO−、−CO−、−C−、―COO−、−OCO−、―CH=CH−COO−、−COO―CH=CH−、−OCO−CH=CH−、−CH=CH−OCO−、―COOC−、―OCOC−、―COCO−、―CCOO−、−OCOCH−、―CHCOO−、−CH=CH−、−CF=CH−、−CH=CF−、−CF=CF−、−CF−、−CFO−、−OCF−、−CFCH−、−CHCF−、−CFCF−又は−C≡C−を表し、LM2が複数存在する場合はそれらは同一でも異なっていてもよいが、−COO−、−OCO−、−CH=CH−COO−、−CH=CH−OCO−、−COO−CH=CH−、−OCO−CH=CH−、−COO−CHCH−、−OCO−CHCH−、−CHCH−COO−、−CHCH−OCO−、−C≡C−又は単結合が好ましく、−COO−、−OCO−、−CH=CH−COO−、−CH=CH−OCO−、−COO−CH=CH−、−OCO−CH=CH−、−COO−CHCH−、−OCO−CHCH−、−CHCH−COO−、−CHCH−OCO−又は単結合が更に好ましい。
M1は、1,4−フェニレン基、1,4−シクロヘキシレン基又はナフタレン−2,6−ジイル基を表すが、これらの基中に含まれる水素原子がフッ素原子、塩素原子又は炭素原子数1〜8のアルキル基、ハロゲン化アルキル基、ハロゲン化アルコキシ基、アルコキシ基、ニトロ基又は
Figure 0005618031
に置換されていても良い。
M1は0、1又は2を表すが、0又1が好ましい。
M1〜XM5、SM1、RM1、LM2及び/又はMM1が複数存在する場合にはそれらは同一であっても異なっていてもよい。
更に詳述すると、一般式(RM−1)で表される重合性化合物において、LM1が単結合でmM1が0の場合の環構造である一般式(IV)で表される重合性化合物を1種又は2種以上含有することが好ましい。
Figure 0005618031
式中、R及びRは、それぞれ独立的に式(R−1)から式(R−15)のいずれかを表し、XからXは、それぞれ独立的にトリフルオロメチル基、トリフルオロメトキシ基、フッ素原子又は水素原子を表す。
Figure 0005618031
一般式(IV)におけるビフェニル骨格の構造は、式(XXa−1)、式(IV−11)から式(IV−14)であることが更に好ましく、式(IV−11)であることが特に好ましい。
Figure 0005618031
Figure 0005618031
式(IV−11)から式(IV−14)で表される骨格を含む重合性化合物は重合後の配向規制力が最適であり、良好な配向状態が得られる。
これらの骨格を含む一般式(RM−1)で表される重合性化合物は重合後の配向規制力がPSAモードの液晶表示素子に最適であり、良好な配向状態が得られることから、表示ムラが抑制されるか、又は、全く発生しない効果がある。
具体的には、式(XX−1)から一般式(XX−10)で表される化合物が好ましく、式(XX−1)から式(XX−4)が更に好ましい。
Figure 0005618031
式中、Spxxは炭素原子数1〜8のアルキレン基又は−O−(CH−(式中、sは2から7の整数を表し、酸素原子は環に結合するものとする。)を表す。
一般式(RM−1)で表される重合性化合物において、mM1が1の場合の環構造である、例えば、式(M31)から式(M48)のような重合性化合物も好ましい。
Figure 0005618031
式中のフェニル基及びナフタレン基中の水素原子は、更に、−F、−Cl、−CF、−CH、式(R−1)から式(R−15)のいずれかによって置換されていても良い。
これらの骨格を含む一般式(RM−1)で表される重合性化合物は重合後の配向規制力がPSAモードの液晶表示素子に最適であり、良好な配向状態が得られることから、表示ムラが抑制されるか、又は、全く発生しない効果がある。
一般式(RM−1)で表される重合性化合物において、LM1が単結合であり、mM1が1の場合の環構造である、例えば、式(M301)から式(M316)のような重合性化合物も好ましい。
Figure 0005618031
一般式(RM−1)で表される重合性化合物において、例えば、式(Ia−1)〜式(Ia−31)のような重合性化合物も好ましい。
Figure 0005618031
Figure 0005618031
Figure 0005618031
Figure 0005618031
重合性化合物の含有量が少ない場合、液晶組成物に対する配向規制力が弱くなる。逆に、重合性化合物の含有量が多すぎる場合、重合時の必要エネルギーが上昇し、重合せず残存してしまう重合性化合物の量が増加し、表示不良の原因となるため、その含有量は0.01〜2.00質量%であることが好ましく、0.05〜1.00質量%であることが更に好ましく、0.10〜0.50質量%であることが特に好ましい。
これらの骨格を含む一般式(RM−1)で表される重合性化合物は重合後の配向規制力がPSAモードの液晶表示素子に最適であり、良好な配向状態が得られることから、表示ムラが抑制されるか、又は、全く発生しない効果がある。
本発明の第一成分、第二成分、第三成分及び重合性化合物である一般式(IV)を同時に含有する重合性化合物含有液晶組成物は、低い粘度(η)、低い回転粘性(γ)及び大きな弾性定数(K33)が得られるため、これを用いたPSAモード又はPSVAモードの液晶表示素子は高速応答が実現できる。
本発明の液晶組成物を用いた液晶表示素子は、高速応答という顕著な特徴を有用しており、特に、アクティブマトリックス駆動用液晶表示素子に有用であり、VAモード、PSVAモード、PSAモード、IPSモード又はECBモード用に適用できる。
以下に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。
実施例において化合物の記載について以下の略号を用いる。
(側鎖)
-n -CnH2n+1 炭素数nの直鎖状のアルキル基
n- CnH2n+1- 炭素数nの直鎖状のアルキル基
-On -OCnH2n+1 炭素数nの直鎖状のアルコキシル基
nO- CnH2n+1O- 炭素数nの直鎖状のアルコキシル基
-V -CH=CH2
V- CH2=CH-
-V1 -CH=CH-CH3
1V- CH3-CH=CH-
-2V -CH2-CH2-CH=CH3
V2- CH3=CH-CH2-CH2-
-2V1 -CH2-CH2-CH=CH-CH3
1V2- CH3-CH=CH-CH2-CH2
(環構造)
Figure 0005618031
実施例中、測定した特性は以下の通りである。
ni :ネマチック相−等方性液体相転移温度(℃)
Δn :20℃における屈折率異方性
Δε :25℃における誘電率異方性
η :20℃における粘度(mPa・s)
γ :20℃における回転粘性(mPa・s)
33 :20℃における弾性定数K33(pN)
VHR(UV) :UVを60J照射した後の電圧保持率(VHR)
(比較例1、比較例2、実施例1、実施例2、実施例3及び実施例4)
LC−A(比較例1)、LC−D(比較例2)、LC−1(実施例1)、LC−2(実施例2)、LC−3(実施例3)及びLC−4(実施例4)の液晶組成物を調製し、その物性値を測定した。液晶組成物の構成とその物性値の結果は表1のとおりであった。
Figure 0005618031
本発明の液晶組成物LC−1、LC−2、LC−3及びLC−4は、粘度(η)が小さく、回転粘性(γ)が小さく、弾性定数(K33)が大きく、γ/K33がそれぞれ、6.8、6.7、6.8及び6.6であり、比較例であるLC−AおよびLC−Dのそれよりも十分に小さな値であった。
これらを使用した液晶表示素子の応答速度を測定したところ、LC−1、LC−2、LC−3及びLC−4の応答速度はLC−Aよりも20から25%程度高速で、LC−Dよりも5から10%程度高速であった。なお、セル厚は3.5um、配向膜はJALS2096であり、応答速度の測定条件は、Vonは5.5V、Voffは1.0V、測定温度は20℃で、AUTRONIC−MELCHERS社のDMS301を用いた。
また、UV照射後の電圧保持率(VHR(UV))を測定したところ、LC−1、LC−2、LC−3及びLC−4は、LC−Dより10%程度も高い値であった。なお、セル厚は6um、配向膜はAL−1051であり、VHRの測定条件は、電圧1V、周波数6Hz、温度60℃で、東陽テクニカ株式会社のVHR−1を用いた。
本発明の液晶組成物LC−2及びLC−4に、それぞれ重合性化合物(XX−4)を0.3%添加し、UV照射による所謂PSA化を実施したところ、高速応答かつ高いVHRの液晶表示素子であることが確認された。当該重合性化合物の添加量を0.4%にした場合も同様な結果が確認された。
本発明の液晶組成物LC−2及びLC−4に、それぞれ重合性化合物(M302)を0.3%添加し、UV照射による所謂PSA化を実施したところ、高速応答かつ高いVHRの液晶表示素子であることが確認された。当該重合性化合物の添加量を0.4%にした場合も同様な結果が確認された。
本発明の液晶組成物LC−2及びLC−4に、それぞれ重合性化合物(XX−4)を0.3%および重合性化合物(Ia−31)を0.1%添加し、UV照射による所謂PSA化を実施したところ、高速応答かつ高いVHRの液晶表示素子であることが確認された。
本発明の液晶組成物LC−2及びLC−4に、それぞれ重合性化合物(XX−4)を0.35%および重合性化合物(Ia−31)を0.05%添加し、UV照射による所謂PSA化を実施したところ、高速応答かつ高いVHRの液晶表示素子であることが確認された。
本発明の液晶組成物LC−2及びLC−4に、それぞれ重合性化合物(M302)を0.35%および重合性化合物(Ia−31)を0.05%添加し、UV照射による所謂PSA化を実施したところ、高速応答かつ高いVHRの液晶表示素子であることが確認された。
本発明の液晶組成物LC−2及びLC−4に、それぞれ重合性化合物(M302)を0.35%および重合性化合物(XX−2)を0.05%添加し、UV照射による所謂PSA化を実施したところ、高速応答かつ高いVHRの液晶表示素子であることが確認された。
本発明の液晶組成物LC−2及びLC−4に、それぞれ重合性化合物(M302)を0.2%および重合性化合物(XX−2)を0.2%添加し、UV照射による所謂PSA化を実施したところ、高速応答かつ高いVHRの液晶表示素子であることが確認された。
本発明の液晶組成物LC−2及びLC−4に、それぞれ重合性化合物(XX−4)を0.2%および重合性化合物(XX−2)を0.2%添加し、UV照射による所謂PSA化を実施したところ、高速応答かつ高いVHRの液晶表示素子であることが確認された。
本発明の液晶組成物LC−2及びLC−4に、それぞれ重合性化合物(XX−1)を0.2%および重合性化合物(XX−2)を0.2%添加し、UV照射による所謂PSA化を実施したところ、高速応答かつ高いVHRの液晶表示素子であることが確認された。
本発明の液晶組成物LC−2及びLC−4に、それぞれ重合性化合物(XX−3)を0.2%および重合性化合物(XX−4)を0.2%添加し、UV照射による所謂PSA化を実施したところ、高速応答かつ高いVHRの液晶表示素子であることが確認された。
本発明の液晶組成物LC−2及びLC−4に、それぞれ重合性化合物(M31)を0.1%および重合性化合物(M32)を0.1%および重合性化合物(M33)を0.1%添加し、UV照射による所謂PSA化を実施したところ、高速応答かつ高いVHRの液晶表示素子であることが確認された。
(比較例3、実施例5及び実施例6)
LC−E(比較例3)、LC−5(実施例5)及びLC−6(実施例6)の液晶組成物を調製し、その物性値を測定した。液晶組成物の構成とその物性値の結果は表2のとおりであった。
Figure 0005618031
本発明の液晶組成物LC−5及びLC−6は、粘度(η)が小さく、回転粘性(γ)が小さく、弾性定数(K33)が大きく、γ/K33がそれぞれ、8.8及び8.5であり、比較例であるLC−Eのそれよりも十分に小さな値であった。
これらを使用した液晶表示素子の応答速度を測定したところ、LC−5及びLC−6の応答速度はLC−Eよりも20%程度高速であった。なお、セル厚は3.5um、配向膜はJALS2096であり、応答速度の測定条件は、Vonは5.5V、Voffは1.0V、測定温度は20℃で、AUTRONIC−MELCHERS社のDMS301を用いた。
また、UV照射後の電圧保持率(VHR(UV))を測定したところ、LC−5及びLC−6は十分に高い値であった。なお、セル厚は6um、配向膜はAL−1051であり、VHRの測定条件は、電圧1V、周波数6Hz、温度60℃で、東陽テクニカ株式会社のVHR−1を用いた。
本発明の液晶組成物LC−5及びLC−6に、それぞれ重合性化合物(XX−4)を0.3%添加し、UV照射による所謂PSA化を実施したところ、高速応答かつ高いVHRの液晶表示素子であることが確認された。当該重合性化合物の添加量を0.4%にした場合も同様な結果が確認された。
本発明の液晶組成物LC−5及びLC−6に、それぞれ重合性化合物(M302)を0.3%添加し、UV照射による所謂PSA化を実施したところ、高速応答かつ高いVHRの液晶表示素子であることが確認された。当該重合性化合物の添加量を0.4%にした場合も同様な結果が確認された。
本発明の液晶組成物LC−5及びLC−6に、それぞれ重合性化合物(XX−4)を0.3%および重合性化合物(Ia−31)を0.1%添加し、UV照射による所謂PSA化を実施したところ、高速応答かつ高いVHRの液晶表示素子であることが確認された。
本発明の液晶組成物LC−5及びLC−6に、それぞれ重合性化合物(XX−4)を0.35%および重合性化合物(Ia−31)を0.05%添加し、UV照射による所謂PSA化を実施したところ、高速応答かつ高いVHRの液晶表示素子であることが確認された。
本発明の液晶組成物LC−5及びLC−6に、それぞれ重合性化合物(M302)を0.35%および重合性化合物(Ia−31)を0.05%添加し、UV照射による所謂PSA化を実施したところ、高速応答かつ高いVHRの液晶表示素子であることが確認された。
本発明の液晶組成物LC−5及びLC−6に、それぞれ重合性化合物(M302)を0.35%および重合性化合物(XX−2)を0.05%添加し、UV照射による所謂PSA化を実施したところ、高速応答かつ高いVHRの液晶表示素子であることが確認された。
本発明の液晶組成物LC−5及びLC−6に、それぞれ重合性化合物(M302)を0.2%および重合性化合物(XX−2)を0.2%添加し、UV照射による所謂PSA化を実施したところ、高速応答かつ高いVHRの液晶表示素子であることが確認された。
本発明の液晶組成物LC−5及びLC−6に、それぞれ重合性化合物(XX−4)を0.2%および重合性化合物(XX−2)を0.2%添加し、UV照射による所謂PSA化を実施したところ、高速応答かつ高いVHRの液晶表示素子であることが確認された。
本発明の液晶組成物LC−5及びLC−6に、それぞれ重合性化合物(XX−1)を0.2%および重合性化合物(XX−2)を0.2%添加し、UV照射による所謂PSA化を実施したところ、高速応答かつ高いVHRの液晶表示素子であることが確認された。
本発明の液晶組成物LC−5及びLC−6に、それぞれ重合性化合物(XX−3)を0.2%および重合性化合物(XX−4)を0.2%添加し、UV照射による所謂PSA化を実施したところ、高速応答かつ高いVHRの液晶表示素子であることが確認された。
本発明の液晶組成物LC−5及びLC−6に、それぞれ重合性化合物(M31)を0.1%および重合性化合物(M32)を0.1%および重合性化合物(M33)を0.1%添加し、UV照射による所謂PSA化を実施したところ、高速応答かつ高いVHRの液晶表示素子であることが確認された。
以上のことから、本発明の液晶組成物は、電圧保持率(VHR)が高く、γ1/K33が十分に小さく、これを用いたVA型等の液晶表示素子は表示不良がない又は抑制された、表示品位の優れた応答速度の速いものであることが確認された。

Claims (19)

  1. 第一成分として、式(Ib)及び式(Ic)
    Figure 0005618031
    で表される化合物を同時に含有し、式(Ib)で表される化合物の含有量が10から30質量%であり、式(Ib)及び式(Ic)で表される化合物の含有量の合計は15から45質量%であり、第二成分として、誘電率異方性(Δε)が負でその絶対値が3よりも大きな化合物を含有することを特徴とする液晶組成物。
  2. 25℃における誘電率異方性(Δε)が−2.0から−8.0の範囲であり、20℃における屈折率異方性(Δn)が0.08から0.14の範囲であり、20℃における粘度(η)が10から30mPa・sの範囲であり、20℃における回転粘性(γ1)が60から130mPa・sの範囲であり、ネマチック相−等方性液体相転移温度(Tni)が60℃から120℃の範囲である請求項1に記載の液晶組成物。
  3. 第二成分として、一般式(II)
    Figure 0005618031
    (式中、R及びRは、それぞれ独立的に炭素原子数1から10のアルキル基、炭素原子数1から10のアルコキシル基、炭素原子数2から10のアルケニル基又は炭素原子数2から10のアルケニルオキシ基を表し、R及びR中に存在する1個の−CH−又は隣接していない2個以上の−CH−はそれぞれ独立的に−O−及び/又は−S−に置換されても良く、また、R及びR中に存在する1個又は2個以上の水素原子はそれぞれ独立的にフッ素原子又は塩素原子に置換されても良い。環A及び環Bは、それぞれ独立的にトランス−1,4−シクロへキシレン基、1,4−フェニレン基、2−フルオロ−1,4−フェニレン基、3−フルオロ−1,4−フェニレン基、3,5−ジフルオロ−1,4−フェニレン基、2,3−ジフルオロ−1,4−フェニレン基、1,4−シクロヘキセニレン基、1,4−ビシクロ[2.2.2]オクチレン基、ピペリジン−1,4−ジイル基、ナフタレン−2,6−ジイル基、デカヒドロナフタレン−2,6−ジイル基又は1,2,3,4−テトラヒドロナフタレン−2,6−ジイル基を表す。pは、0、1又は2を表す。Zは、−OCH−、−CHO−、−CFO−、−OCF−、−CHCH−、−CFCF−又は単結合を表す。)で表される化合物から選ばれる化合物を1種又は2種以上含有する請求項1又は2に記載の液晶組成物。
  4. 第二成分の含有量が10から90質量%である請求項1から3のいずれか1項に記載の液晶組成物。
  5. 第二成分として、一般式(II)が一般式(II−A1)から一般式(II−A5)及び一般式(II−B1)から一般式(II−B5)
    Figure 0005618031
    Figure 0005618031
    (式中、R及びRは、それぞれ独立的に炭素原子数1から5のアルキル基又は炭素原子数2から5のアルケニル基を表し、R及びR中に存在する1個又は2個以上の水素原子はそれぞれ独立的にフッ素原子に置換されても良い。)である請求項1から4のいずれか1項に記載の液晶組成物。
  6. 第二成分として、一般式(II−A1)から一般式(II−A5)で表される化合物群から選ばれる1種又は2種以上の化合物を含有する請求項5に記載の液晶組成物。
  7. 第三成分として、一般式(III−A)から一般式(III−J)
    Figure 0005618031
    (式中、Rは、炭素原子数1から5のアルキル基又は炭素原子数2から5のアルケニル基、Rは、炭素原子数1から5のアルキル基、炭素原子数1から5のアルコキシル基、炭素原子数2から5のアルケニル基又は炭素原子数2から5のアルケニルオキシ基を表す。但し、一般式(III−A)で表される化合物において、式(Ib)及び式(Ic)で表される化合物と同一の化合物は含まない。)で表される化合物群から選ばれる化合物を1種又は2種以上含有する請求項1から6のいずれか1項に記載の液晶組成物。
  8. 式(Ib)、式(Ic)、一般式(II−A1)及び一般式(III−A)で表される化合物を同時に含有する請求項7に記載の液晶組成物。
  9. 式(Ib)、式(Ic)、一般式(II−A3)及び一般式(III−A)で表される化合物を同時に含有する請求項7に記載の液晶組成物。
  10. 式(Ib)、式(Ic)、一般式(II−B1)及び一般式(III−A)で表される化合物を同時に含有する請求項7に記載の液晶組成物。
  11. 式(Ib)、式(Ic)、一般式(II−B2)及び一般式(III−A)で表される化合物を同時に含有する請求項7に記載の液晶組成物。
  12. 式(Ib)、式(Ic)、一般式(II−B3)及び一般式(III−A)で表される化合物を同時に含有する請求項7に記載の液晶組成物。
  13. 式(Ib)、式(Ic)、一般式(II−B4)及び一般式(III−A)で表される化合物を同時に含有する請求項7に記載の液晶組成物。
  14. 更なる成分として、一般式(V)
    Figure 0005618031
    (式中、R21及びR22はそれぞれ独立的に炭素原子数1から8のアルキル基、炭素原子数1から8のアルコキシル基、炭素原子数2から8のアルケニル基又は炭素原子数2から8のアルケニルオキシル基を表す。)で表される化合物を1種又は2種以上含有する請求項1から13のいずれか1項に記載の液晶組成物。
  15. 重合性化合物を1種又は2種以上含有する請求項1から14のいずれか1項に記載の液晶組成物。
  16. 重合性化合物が一般式(RM−1)
    Figure 0005618031
    (式中、ZM1及びZM2はそれぞれ独立的に
    Figure 0005618031
    を表し、XM1〜XM5はそれぞれ独立的に水素原子、フッ素原子又は
    Figure 0005618031
    を表し、XM1〜XM5の内の少なくとも1つは、
    Figure 0005618031
    を表し、SM1は、炭素原子数1〜12のアルキレン基又は単結合を表し、該アルキレン基中の−CH−は酸素原子同士が直接結合しないものとして酸素原子、−COO−、−OCO−、又は−OCOO−に置き換えられても良く、Rは以下の式(R−1)から式(R−15)
    Figure 0005618031
    のいずれかを表し、LM1及びLM2はそれぞれ独立的に、単結合、−O−、−CH−、−OCH−、−CHO−、−CO−、−C−、―COO−、−OCO−、―CH=CH−COO−、−COO―CH=CH−、−OCO−CH=CH−、−CH=CH−OCO−、―COOC−、―OCOC−、―COCO−、―CCOO−、−OCOCH−、―CHCOO−、−CH=CH−、−CF=CH−、−CH=CF−、−CF=CF−、−CF−、−CFO−、−OCF−、−CFCH−、−CHCF−、−CFCF−又は−C≡C−を表し、MM1は、1,4−フェニレン基、1,4−シクロヘキシレン基、ナフタレン−2,6−ジイル基を表すが、これらの基中に含まれる水素原子がフッ素原子、塩素原子、又は炭素原子数1〜8のアルキル基、ハロゲン化アルキル基、ハロゲン化アルコキシ基、アルコキシ基、ニトロ基又は
    Figure 0005618031
    に置換されていても良く、mM1は0、1又は2を表し、MM1及びLM2が複数存在する場合にはそれらは同一であっても良く、異なっていても良い。)である請求項15に記載の液晶組成物。
  17. 請求項1から16のいずれか1項に記載の液晶組成物を用いた液晶表示素子。
  18. 請求項1から16のいずれか1項に記載の液晶組成物を用いたアクティブマトリックス駆動用液晶表示素子。
  19. 請求項1から16のいずれか1項に記載の液晶組成物を用いたVAモード、PSAモード、PSVAモード、IPSモード又はECBモード用液晶表示素子。
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