JP5664824B2

JP5664824B2 - ネマチック液晶組成物及びこれを用いた液晶表示素子

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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（Ｔ_ｎｉ）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。

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。

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。

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。

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。

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。

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（Ｔ_ｎｉ）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（Ｋ_３３）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号特開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（Ｔ_ｎｉ）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（Ｋ_３３）が大きく、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（Ｉ）

で表される化合物を含有し、その含有量は３から５０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（Ｔ_ｎｉ）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（Ｋ_３３）が大きく、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、式（Ｉ）で表される化合物を３から５０質量％含有するが、５から４０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２０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３０質量％が好ましい。

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、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。

式中、Ｒ^１及びＲ^２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^１及びＲ^２中に存在する１個の−ＣＨ_２−又は隣接していない２個以上の−ＣＨ_２−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^１及びＲ^２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_２−、−ＣＨ_２Ｏ−、−ＣＦ_２Ｏ−、−ＯＣＦ_２−、−ＣＨ_２ＣＨ_２−、−ＣＦ_２ＣＦ_２−又は単結合を表す。式中のＲ^１及びＲ^２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^１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^２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、−ＣＨ_２Ｏ−、−ＣＦ_２Ｏ−、−ＣＨ_２ＣＨ_２−又は単結合であることが更に好ましく、−ＣＨ_２Ｏ−又は単結合であることが特に好ましい。

本発明の液晶組成物は、第二成分を１種又は２種以上含有するが、２種から１０種含有することが好ましい。

一般式（ＩＩ）で表される化合物は、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。

式中、Ｒ^３及びＲ^４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^３及びＲ^４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。

式中、Ｒ^５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^６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（Ｉ）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。また、一般式（ＩＩＩ−Ａ）で表される化合物においては、Ｒ^５は炭素原子数２のアルケニル基、Ｒ^６は炭素原子数１から５のアルキル基であることが好ましい。

本発明の液晶組成物は、式（Ｉ）、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（Ｉ）、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（Ｉ）、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（Ｉ）、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（Ｉ）、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（Ｉ）、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（Ｉ）、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（Ｉ）、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（Ｉ）、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。

式中、Ｒ^２１及びＲ^２２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（Ｉ）、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（Ｉ）、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_１）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（Ｔ_ｎｉ）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、紫外線吸収剤などを含有しても良い。

本発明の液晶組成物は、重合性化合物を１種又は２種以上含有することができる。

重合性化合物を含有する液晶組成物は、例えば、ＰＳＡモード又はＰＳＶＡモード等の液晶表示素子を作製するための液晶組成物として使用することができる。

その場合の重合性化合物は、具体的には、例えば、一般式（ＲＭ−１）

で表される化合物が挙げられる。

式中、Ｚ^Ｍ１およびＺ^Ｍ２はそれぞれ独立して

を表し、Ｘ^Ｍ１〜Ｘ^Ｍ５は水素原子、フッ素原子または

を表し、Ｘ^Ｍ１〜Ｘ^Ｍ５の内の少なくとも１つは、

を表すが、Ｘ^Ｍ２又はＸ^Ｍ３が、

であることが好ましく、Ｘ^Ｍ３が、

であることが好ましい。

Ｓ^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_２−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_２）_ｓ−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。

Ｒ^７は以下の式（Ｒ−１）から式（Ｒ−１５）

のいずれかを表すが、式（Ｒ−１）又は式（Ｒ−２）が好ましい。

Ｌ^Ｍ１及びＬ^Ｍ２はお互い独立して、単結合、−Ｏ−、−ＣＨ_２−、−ＯＣＨ_２−、−ＣＨ_２Ｏ−、−ＣＯ−、−Ｃ_２Ｈ_４−、―ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、―ＣＨ＝ＣＨ−ＣＯＯ−、−ＣＯＯ―ＣＨ＝ＣＨ−、−ＯＣＯ−ＣＨ＝ＣＨ−、−ＣＨ＝ＣＨ−ＯＣＯ−、―ＣＯＯＣ_２Ｈ_４−、―ＯＣＯＣ_２Ｈ_４−、―Ｃ_２Ｈ_４ＯＣＯ−、―Ｃ_２Ｈ_４ＣＯＯ−、−ＯＣＯＣＨ_２−、―ＣＨ_２ＣＯＯ−、−ＣＨ＝ＣＨ−、−ＣＦ＝ＣＨ−、−ＣＨ＝ＣＦ−、−ＣＦ＝ＣＦ−、−ＣＦ_２−、−ＣＦ_２Ｏ−、−ＯＣＦ_２−、−ＣＦ_２ＣＨ_２−、−ＣＨ_２ＣＦ_２−、−ＣＦ_２ＣＦ_２−又は−Ｃ≡Ｃ−を表し、Ｌ^Ｍ２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−ＣＨ_２ＣＨ_２−、−ＯＣＯ−ＣＨ_２ＣＨ_２−、−ＣＨ_２ＣＨ_２−ＣＯＯ−、−ＣＨ_２ＣＨ_２−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−ＣＨ_２ＣＨ_２−、−ＯＣＯ−ＣＨ_２ＣＨ_２−、−ＣＨ_２ＣＨ_２−ＣＯＯ−、−ＣＨ_２ＣＨ_２−ＯＣＯ−又は単結合が更に好ましい。

存在するＭ^Ｍ１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

に置換されていても良い。

ｍ^Ｍ１は０、１又は２を表すが、０又１が好ましい。

Ｘ^Ｍ１〜Ｘ^Ｍ５、Ｓ^Ｍ１、Ｒ^Ｍ１、Ｌ^Ｍ２及び／又はＭ^Ｍ１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、Ｌ^Ｍ１が単結合でｍ^Ｍ１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。

式中、Ｒ^７及びＲ^８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^１からＸ^８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。

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。

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。

式中、Ｓｐ^ｘｘは炭素原子数１〜８のアルキレン基又は−Ｏ−（ＣＨ_２）_ｓ−（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、ｍ^Ｍ１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。

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_３、−ＣＨ_３、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。

一般式（ＲＭ−１）で表される重合性化合物において、Ｌ^Ｍ１が単結合であり、ｍ^Ｍ１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。

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。

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。

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_１）及び大きな弾性定数（Ｋ_３３）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 -C_nH_2n+1 炭素数ｎの直鎖状のアルキル基
n- C_nH_2n+1- 炭素数ｎの直鎖状のアルキル基
-On -OC_nH_2n+1 炭素数ｎの直鎖状のアルコキシル基
nO- C_nH_2n+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）

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_１：２０℃における回転粘性（ｍＰａ・ｓ）
Ｋ_３３：２０℃における弾性定数Ｋ_３３（ｐＮ）
（比較例１、実施例１、実施例２及び実施例３）
ＬＣ−Ａ（比較例１）、ＬＣ−１（実施例１）、ＬＣ−２（実施例２）及びＬＣ−３（実施例３）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。

本発明の液晶組成物ＬＣ−１、ＬＣ−２及びＬＣ−３は、粘度（η）が小さく、回転粘性（γ_１）が小さく、弾性定数（Ｋ_３３）が大きく、γ_１／Ｋ_３３がそれぞれ、７．５、７．５及び７．４であり、比較例であるＬＣ−Ａのそれよりも顕著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及びＬＣ−３は、十分に高速応答であり、ＬＣ−Ａよりも２０％程度高速であった。更に、電圧保持率（ＶＨＲ）を測定し、高いＶＨＲを有していることが確認された。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。ＶＨＲの測定条件は電圧５Ｖ、周波数６０Ｈｚ、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−１、ＬＣ−２及びＬＣ−３に対して、それぞれ重合性化合物（ＸＸ−４）を０．３％添加して合計１００％とし、液晶セルに注入してＵＶ照射によって所謂ＰＳＡセルの作製を行ったところ、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−１、ＬＣ−２及びＬＣ−３に対して、それぞれ重合性化合物（Ｍ３０２）を０．３％添加して合計１００％とし、液晶セルに注入してＵＶ照射による所謂ＰＳＡセルの作製を行ったところ、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−１、ＬＣ−２及びＬＣ−３に対して、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％添加して合計１００％とし、液晶セルに注入してＵＶ照射による所謂ＰＳＡセルの作製を行ったところ、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−１、ＬＣ−２及びＬＣ−３に対して、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％添加して合計１００％とし、液晶セルに注入してＵＶ照射による所謂ＰＳＡセルの作製を行ったところ、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−１、ＬＣ−２及びＬＣ−３に対して、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％添加して合計１００％とし、液晶セルに注入してＵＶ照射による所謂ＰＳＡセルの作製を行ったところ、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−１、ＬＣ−２及びＬＣ−３に対して、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％添加して合計１００％とし、液晶セルに注入してＵＶ照射による所謂ＰＳＡセルの作製を行ったところ、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−１、ＬＣ−２及びＬＣ−３に対して、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％添加して合計１００％とし、液晶セルに注入してＵＶ照射による所謂ＰＳＡセルの作製を行ったところ、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−１、ＬＣ−２及びＬＣ−３に対して、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％添加して合計１００％とし、液晶セルに注入してＵＶ照射による所謂ＰＳＡセルの作製を行ったところ、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２、比較例３、実施例４及び実施例５）
ＬＣ−Ｂ（比較例２）、ＬＣ−Ｃ（比較例３）、ＬＣ−４（実施例４）及びＬＣ−５（実施例５）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。

本発明の液晶組成物ＬＣ−４及びＬＣ−５は、粘度（η）が小さく、回転粘性（γ_１）が小さく、弾性定数（Ｋ_３３）が大きく、γ_１／Ｋ_３３がそれぞれ、６．８及び６．５であり、比較例であるＬＣ−Ｂ及びＬＣ−Ｃのそれよりも顕著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−４及びＬＣ−５は、十分に高速応答であり、ＬＣ−Ｂよりも１０％程度高速であった。更に、電圧保持率（ＶＨＲ）を測定し、高いＶＨＲを有していることが確認された。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。ＶＨＲの測定条件は電圧５Ｖ、周波数６０Ｈｚ、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−４及びＬＣ−５に対して、それぞれ重合性化合物（ＸＸ−４）を０．３％添加して合計１００％とし、液晶セルに注入してＵＶ照射による所謂ＰＳＡセルの作製を行ったところ、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−４及びＬＣ−５に対して、それぞれ重合性化合物（Ｍ３０２）を０．３％添加して合計１００％とし、液晶セルに注入してＵＶ照射による所謂ＰＳＡセルの作製を行ったところ、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−４及びＬＣ−５に対して、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％添加して合計１００％とし、液晶セルに注入してＵＶ照射による所謂ＰＳＡセルの作製を行ったところ、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−４及びＬＣ−５に対して、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％添加して合計１００％とし、液晶セルに注入してＵＶ照射による所謂ＰＳＡセルの作製を行ったところ、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−４及びＬＣ−５に対して、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％添加して合計１００％とし、液晶セルに注入してＵＶ照射による所謂ＰＳＡセルの作製を行ったところ、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−４及びＬＣ−５に対して、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％添加して合計１００％とし、液晶セルに注入してＵＶ照射による所謂ＰＳＡセルの作製を行ったところ、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−４及びＬＣ−５に対して、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％添加して合計１００％とし、液晶セルに注入してＵＶ照射による所謂ＰＳＡセルの作製を行ったところ、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−４及びＬＣ−５に対して、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％添加して合計１００％とし、液晶セルに注入してＵＶ照射による所謂ＰＳＡセルの作製を行ったところ、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−４及びＬＣ−５に対して、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％添加して合計１００％とし、液晶セルに注入してＵＶ照射による所謂ＰＳＡセルの作製を行ったところ、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−４及びＬＣ−５に対して、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％添加して合計１００％とし、液晶セルに注入してＵＶ照射による所謂ＰＳＡセルの作製を行ったところ、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−４及びＬＣ−５に対して、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％添加して合計１００％とし、液晶セルに注入してＵＶ照射による所謂ＰＳＡセルの作製を行ったところ、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、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（Ｔ_ｎｉ）を低下させることなく、粘度（η）が十分に小さく、回転粘性（γ_１）が十分に小さく、弾性定数（Ｋ_３３）が大きな、絶対値が大きな負の誘電率異方性（Δε）を有するものであり、これを用いたＶＡ型液晶表示素子は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。また、ＰＳＡ型液晶表示素子は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

第一成分として、式（Ｉ）

で表される化合物を含有し、その含有量は５から４０質量％であり、第二成分として、一般式（ＩＩ）

（式中、Ｒ ^１及びＲ ^２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す。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−フェニレン基を表す。ｐは、０、１又は２を表す。Ｚは、−ＣＨ _２Ｏ−、−ＣＨ _２ＣＨ _２ −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種以上含有し、その含有量が２０から８０質量％であることを特徴とする液晶組成物。
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。
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）

（式中、Ｒ^３及びＲ^４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^３及びＲ^４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２のいずれか１項に記載の液晶組成物。
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３に記載の液晶組成物。
第三成分として、一般式（ＩＩＩ−Ａ）から一般式（ＩＩＩ−Ｊ）

（式中、Ｒ^５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^６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（Ｉ）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４のいずれか１項に記載の液晶組成物。
式（Ｉ）、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５に記載の液晶組成物。
式（Ｉ）、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５に記載の液晶組成物。
式（Ｉ）、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５に記載の液晶組成物。
式（Ｉ）、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５に記載の液晶組成物。
式（Ｉ）、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５に記載の液晶組成物。
式（Ｉ）、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５に記載の液晶組成物。
更なる成分として、一般式（Ｖ）

（式中、Ｒ^２１及びＲ^２２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１１のいずれか１項に記載の液晶組成物。
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１２のいずれか１項に記載の液晶組成物。
重合性化合物が一般式（ＲＭ−１）

（式中、Ｚ^Ｍ１およびＺ^Ｍ２はそれぞれ独立して

を表し、Ｘ^Ｍ１〜Ｘ^Ｍ５は水素原子、フッ素原子又は

表すが、Ｘ^Ｍ１〜Ｘ^Ｍ５の内の少なくとも１つは、

を表し、
Ｓ^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−ＣＨ２−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^７は以下の式（Ｒ−１）から式（Ｒ−１５）

のいずれかを表し、
Ｌ^Ｍ１及びＬ^Ｍ２はお互い独立して、単結合、−Ｏ−、−ＣＨ_２−、−ＯＣＨ_２−、−ＣＨ_２Ｏ−、−ＣＯ−、−Ｃ_２Ｈ_４−、―ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、―ＣＨ＝ＣＨ−ＣＯＯ−、−ＣＯＯ―ＣＨ＝ＣＨ−、−ＯＣＯ−ＣＨ＝ＣＨ−、−ＣＨ＝ＣＨ−ＯＣＯ−、―ＣＯＯＣ_２Ｈ_４−、―ＯＣＯＣ_２Ｈ_４−、―Ｃ_２Ｈ_４ＯＣＯ−、―Ｃ_２Ｈ_４ＣＯＯ−、−ＯＣＯＣＨ_２−、―ＣＨ_２ＣＯＯ−、−ＣＨ＝ＣＨ−、−ＣＦ＝ＣＨ−、−ＣＨ＝ＣＦ−、−ＣＦ＝ＣＦ−、−ＣＦ_２−、−ＣＦ_２Ｏ−、−ＯＣＦ_２−、−ＣＦ_２ＣＨ_２−、−ＣＨ_２ＣＦ_２−、−ＣＦ_２ＣＦ_２−又は−Ｃ≡Ｃ−を表し、Ｌ^Ｍ２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く、
存在するＭ^Ｍ１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

に置換されていても良く、
ｍ^Ｍ１は０、１又は２を表すが、
Ｘ^Ｍ１〜Ｘ^Ｍ５、Ｓ^Ｍ１、Ｒ^７、Ｌ^Ｍ２及び／又はＭ^Ｍ１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。）で表される化合物である請求項１３記載の液晶組成物。
重合性化合物が一般式（ＩＶ）

（式中、Ｒ^７及びＲ^８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^１からＸ^８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。）で表される化合物である請求項１３に記載の液晶組成物。
請求項１から１５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。
請求項１から１５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。
請求項１から１５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。