JP5700268B2 - 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

本発明は液晶表示材料として有用な誘電率異方性(Δε)が正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、各種測定機器、自動車用パネル、ワードプロセッサー、電子手帳、プリンター、コンピューター、テレビ、時計、広告表示板等に用いられるようになっている。液晶表示方式としては、その代表的なものにTN(ツイステッド・ネマチック)型、STN(スーパー・ツイステッド・ネマチック)型、TFT(薄膜トランジスタ)を用いた垂直配向型やIPS(イン・プレーン・スイッチング)型等がある。これらの液晶表示素子に用いられる液晶組成物は水分、空気、熱、光などの外的刺激に対して安定であること、また、室温を中心としてできるだけ広い温度範囲で液晶相を示し、低粘性であり、かつ駆動電圧が低いことが求められる。さらに液晶組成物は個々の表示素子にとって誘電率異方性(Δε)または及び屈折率異方性(Δn)等を最適な値とするために、数種類から数十種類の化合物から構成されている。
垂直配向(VA)型ディスプレイではΔεが負の液晶組成物が用いられており、TN型、STN型又はIPS(イン・プレーン・スイッチング)型等の水平配向型ディスプレイではΔεが正の液晶組成物が用いられている。また、Δεが正の液晶組成物を電圧無印加時に垂直に配向させ、横電界を印加する事で表示する駆動方式も報告されており、Δεが正の液晶組成物の必要性はさらに高まっている。一方、全ての駆動方式において低電圧駆動、高速応答、広い動作温度範囲が求められている。すなわち、Δεが正で絶対値が大きく、粘度(η)が小さく、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、Δnとセルギャップ(d)との積であるΔn×dの設定から、液晶組成物の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、回転粘性(γ1)の小さい液晶組成物が要求される。
高速応答性を志向した液晶組成物の構成として、例えば、Δεが正の液晶化合物である式(A−1)や(A−2)で表される化合物、およびΔεが中性の液晶化合物である(B)を組み合わせて使用した液晶組成物の開示がされている。これらの液晶組成物の特徴は、Δεが正の液晶化合物が−CFO−構造を有することやΔεが中性の液晶化合物がアルケニル基を有することは、この液晶組成物の分野では広く知られている。(特許文献1から4)
Figure 0005700268
一方で、液晶表示素子の用途が拡大するに至り、その使用方法、製造方法にも大きな変化が見られる。これらの変化に対応するためには、従来知られているような基本的な物性値以外の特性を最適化することが求められるようになった。すなわち、液晶組成物を使用する液晶表示素子はVA型やIPS型等が広く使用されるに至り、その大きさも50型以上の超大型サイズの表示素子が実用化されるに至り使用されるようになった。基板サイズの大型化に伴い、液晶組成物の基板への注入方法も従来の真空注入法から滴下注入(ODF:One Drop Fill)法が注入方法の主流となったが、液晶組成物を基板に滴下した際の滴下痕が表示品位の低下を招く問題が表面化するに至った。
さらに、ODF法による液晶表示素子製造工程においては、液晶表示素子のサイズに応じて最適な液晶注入量を滴下する必要がある。注入量のずれが最適値から大きくなると、あらかじめ設計された液晶表示素子の屈折率や駆動電界のバランスが崩れ、斑発生やコントラスト不良などの表示不良が生じる。特に、最近流行しているスマートフォンに多用される小型液晶表示素子は、最適な液晶注入量が少ないために最適値からのずれを一定範囲内に制御すること自体が難しい。従って、液晶表示素子の歩留まり高く保持するために、例えば、液晶滴下時に生じる滴下装置内の急激な圧力変化や衝撃に対する影響が少なく、長時間にわたって安定的に液晶を滴下し続けることが可能な性能も必要である。
このように、TFT素子等で駆動するアクティブマトリックス駆動液晶表示素子に使用される液晶組成物おいては、高速応答性能等の液晶表示素子として求められている特性や性能を維持しつつ、従来から重視されてきた高い比抵抗値あるいは高い電圧保持率を有することや光や熱等の外部刺激に対して安定であるという特性に加えて、液晶表示素子の製造方法を考慮した開発が求められてきている。
特開2008−037918号 特開2008−038018号 特開2010−275390号 特開2011−052120号
本発明が解決しようとする課題は、誘電率異方性(Δε)が正の液晶組成物であって、広い温度範囲の液晶相を有し、粘性が小さく、低温での溶解性が良好で、比抵抗や電圧保持率が高く、熱や光に対して安定な液晶組成物を提供し、更にこれを用いることで表示品位に優れ、焼き付きや滴下痕等の表示不良の発生し難いTN型、IPS型、FFS型等の液晶表示素子を歩留まりよく提供することにある。
本発明者は、種々の液晶化合物および種々の化学物質を検討し、特定の液晶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(Ix)
Figure 0005700268
で表される化合物を含有し、その含有量は3から60質量%であり、第二成分として、誘電率異方性(Δε)が正である成分(A)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。
本発明の誘電率異方性(Δε)が正である液晶組成物は、非常に低い粘度(η)及び回転粘性(γ1)を得ることができ、低温での溶解性が良好で、比抵抗や電圧保持率(VHR)が熱や光によって受ける変化が極めて小さいため、実用性が高く、これを用いたTN型、IPS型、FFS型等の液晶表示素子は高速応答を達成できる。また、液晶表示素子製造工程において安定的に性能を発揮できるため、工程起因の表示不良が抑制されて歩留まり高く製造できるので、非常に有用である。
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やフルオロナフタレン誘導体を検討し、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(Ix)で表される化合物を含有する。式(Ix)で表される化合物は3から60質量%含有するが、5から50質量%含有することが好ましく、5から40質量%含有することが更に好ましく、10から30質量%含有することが特に好ましい。更に詳述すると、粘度(η)又は回転粘性(γ1)を小さくする場合には、その含有量は20から60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。また、低温での溶解性を確保したい場合にはその含有量は10から40質量%が好ましい。
本発明の液晶組成物は、第二成分として、誘電率異方性(Δε)が正である化合物を含有する。ここで、誘電率異方性(Δε)が正とは誘電率異方性(Δε)の絶対値が2よりも大きいことを意味する。Δεが正である成分(A)の含有量は10から90質量%であることが好ましく、15から70質量%が更に好ましく、15から50質量%が特に好ましい。
成分(A)に使用される化合物は、誘電率異方性(Δε)が2以上の化合物で構成されるが、2.5以上の化合物で構成されることが好ましく、3以上の化合物で構成されることが更に好ましく、3.5以上の化合物で構成されることが特に好ましい。なお、化合物の誘電率異方性(Δε)は、25℃において誘電率異方性(Δε)が約0である液晶組成物に添加して調製した組成物の誘電率異方性(Δε)の測定値から外挿した値である。
第二成分である成分(A)は、ナフタレン骨格を有することを特徴とする一般式(Na)又は一般式(Nb)で表される化合物を含有することが好ましい。
Figure 0005700268
式中、RNa1及びRNb1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し、基中の1個又は非隣接の2個以上の−CH−はそれぞれ独立的に、−C≡C−、−O−、−CO−、−COO−又は−OCO−によって置換されていても良いが、炭素原子数1〜5のアルキル基又は炭素原子数2〜5のアルケニル基が好ましい。
環ANa1及びANb1は、それぞれ独立的に、1,4−シクロヘキシレン基(基中の1個又は非隣接の2個以上の−CH−は−O−又は−S−によって置換されていても良い。)又は1,4−フェニレン基(基中の1個又は非隣接の2個以上の−CH=は−N=によって置換されていても良い。)を表し、基中の水素原子はそれぞれ独立してシアノ基、フッ素原子又は塩素原子で置換されていても良いが、1,4−シクロヘキシレン基、テトラヒドロピラン−2,5−ジイル基、1,4−フェニレン基、3−フルオロ−1,4−フェニレン基又は3,5−ジフルオロ−1,4−フェニレン基が好ましい。
Na1、ZNb1及びZNb2は、それぞれ独立的に、単結合、−CHCH−、−(CH−、−OCH−、−CHO−、−OCF−、−CFO−、−COO−、−OCO−又は−C≡C−を表すが、単結合、−CHCH−、−CHO−又は−CFO−が更に好ましい。
Na1は、1、2、3又は4を表すが、nNa1が2、3又は4であって環ANa1が複数存在する場合は、それらは同一でも良く、異なっていても良く、同様に、ZNa1が複数存在する場合は、それらは同一でも良く、異なっていても良い。Tniの改善を重視する場合にはnNa1は2、3又は4が好ましく、応答速度の改善を重視する場合にはnNa1は1又は2が好ましい。
Nb1は、0、1、2又は3を表すが、nNb1が2、3又は4であって環ANb1が複数存在する場合は、それらは同一でも良く、異なっていても良く、同様に、ZNb1が複数存在する場合は、それらは同一でも良く、異なっていても良い。Tniの改善を重視する場合にはnNb1は1、2又は3が好ましく、応答速度の改善を重視する場合にはnNb1は0又は1が好ましい。
Na1、XNa2、XNa3、XNb1、XNb2、XNb3、XNb4及びXNb5は、それぞれ独立的に、水素原子、塩素原子又はフッ素原子を表す。
Na1が水素原子を表すことが好ましく、XNa2及びXNa3のうち少なくとも1個はフッ素原子を表すことが好ましく、ともにフッ素原子を表すことがより好ましい。
Nb1が水素原子を表すことが好ましく、XNb2及びXNb3のうち少なくとも1個はフッ素原子を表すことが好ましく、ともにフッ素原子を表すことがより好ましい。
Nb4及びXNb5のうち少なくとも1個はフッ素原子を表すことが好ましく、ともにフッ素原子を表すことがより好ましい。
Na1及びYNb1は、それぞれ独立的に、フッ素原子、塩素原子、シアノ基、トリフルオロメチル基、フルオロメトキシ基、ジフルオロメトキシ基、トリフルオロメトキシ基又は2,2,2−トリフルオロエチル基を表すが、フッ素原子、トリフルオロメチル基、フルオロメトキシ基、ジフルオロメトキシ基又はトリフルオロメトキシ基であることが好ましく、フッ素原子、トリフルオロメチル基又はトリフルオロメトキシ基であることが更に好ましい。
第二成分である成分(A)は、一般式(Pa)で表される化合物を含有することも好ましい。
Figure 0005700268
式中、RNc1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し、基中の1個又は非隣接の2個以上の−CH−はそれぞれ独立的に、−C≡C−、−O−、−CO−、−COO−又は−OCO−によって置換されていても良いが、炭素原子数1〜5のアルキル基又は炭素原子数2〜5のアルケニル基が好ましい。
環P、P及びPはそれぞれ独立的に、1,4−シクロヘキシレン基(基中の1個又は非隣接の2個以上の−CH−は−O−又は−S−によって置換されていても良い。)又は1,4−フェニレン基(基中の1個又は非隣接の2個以上の−CH=は−N=に置換されていても良い。)を表し、基中の水素原子はそれぞれ独立的にシアノ基、フッ素原子又は塩素原子で置換されていても良いが、1,4−シクロヘキシレン基、テトラヒドロピラン−2,5−ジイル基、1,4−フェニレン基、3−フルオロ−1,4−フェニレン基又は3,5−ジフルオロ−1,4−フェニレン基が好ましい。
Nc1、ZNc2又はZNc3は、それぞれ独立的に、単結合、−CHCH−、−(CH−、−OCH−、−CHO−、−OCF−、−CFO−、−COO−、−OCO−又は−C≡C−を表すが、単結合、−CHCH−、−CHO−又は−CFO−が更に好ましく、存在するZNc1、ZNc2又はZNc3の内のいずれかひとつは単結合であることが更に好ましい。
c1、nc2又はnc3は、それぞれ独立的に、0、1又は2を表す。nc1+nc2+nc3は1から5を表すが、4以下が更に好ましく、3以下が特に好ましい。
Nc1及びXNc2は、それぞれ独立的に、水素原子、塩素原子又はフッ素原子を表す。
Nc1は、フッ素原子、塩素原子、シアノ基、トリフルオロメチル基、フルオロメトキシ基、ジフルオロメトキシ基、トリフルオロメトキシ基又は2,2,2−トリフルオロエチル基を表すが、フッ素原子、トリフルオロメチル基、フルオロメトキシ基、ジフルオロメトキシ基又はトリフルオロメトキシ基であることが好ましく、フッ素原子、トリフルオロメチル基又はトリフルオロメトキシ基であることが更に好ましい。
一般式(Na)で表される化合物は、一般式(Na01)から(Na12)で表される化合物群から選ばれる化合物であることが好ましい。
Figure 0005700268
Figure 0005700268
式中、RNa1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し、基中の1個又は非隣接の2個以上の−CH−はそれぞれ独立的に、−C≡C−、−O−、−CO−、−COO−又は−OCO−によって置換されていても良いが、炭素原子数1〜5のアルキル基又は炭素原子数2〜5のアルケニル基が好ましい。
Na1又はZNa2は、それぞれ独立的に、単結合、−CHCH−、−(CH−、−OCH−、−CHO−、−OCF−、−CFO−、−COO−、−OCO−又は−C≡C−を表すが、単結合、−CHCH−、−CHO−又は−CFO−が更に好ましい。
Na1からXNa5は、それぞれ独立的に、水素原子、塩素原子又はフッ素原子を表す。
Na1は、フッ素原子、塩素原子、シアノ基、トリフルオロメチル基、フルオロメトキシ基、ジフルオロメトキシ基、トリフルオロメトキシ基又は2,2,2−トリフルオロエチル基を表すが、フッ素原子、トリフルオロメチル基、フルオロメトキシ基、ジフルオロメトキシ基又はトリフルオロメトキシ基であることが好ましく、フッ素原子、トリフルオロメチル基又はトリフルオロメトキシ基であることが更に好ましい。
一般式(Nb)で表される化合物は、一般式(Nb1)から(Nb16)で表される化合物群から選ばれる化合物であることが好ましい。
Figure 0005700268
式中、RNb1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し、基中の1個又は非隣接の2個以上の−CH−はそれぞれ独立的に、−C≡C−、−O−、−CO−、−COO−又は−OCO−によって置換されていても良いが、炭素原子数1〜5のアルキル基又は炭素原子数2〜5のアルケニル基が好ましい。
Nb1からXNb5は、それぞれ独立的に、水素原子、塩素原子又はフッ素原子を表す。
Nb1は、フッ素原子、塩素原子、シアノ基、トリフルオロメチル基、フルオロメトキシ基、ジフルオロメトキシ基、トリフルオロメトキシ基又は2,2,2−トリフルオロエチル基を表すが、フッ素原子、トリフルオロメチル基、フルオロメトキシ基、ジフルオロメトキシ基又はトリフルオロメトキシ基であることが好ましく、フッ素原子、トリフルオロメチル基又はトリフルオロメトキシ基であることが更に好ましい。
一般式(Pa)で表される化合物は、一般式(P01)から(P80)で表される化合物群から選ばれる化合物であることが好ましい。
Figure 0005700268
Figure 0005700268
Figure 0005700268
Figure 0005700268
Figure 0005700268
Figure 0005700268
式中、RNc1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し、基中の1個又は非隣接の2個以上の−CH−はそれぞれ独立的に、−C≡C−、−O−、−CO−、−COO−又は−OCO−によって置換されていても良いが、炭素原子数1〜5のアルキル基又は炭素原子数2〜5のアルケニル基が好ましい。
Nc2は、水素原子、フッ素原子、塩素原子、シアノ基、トリフルオロメチル基、フルオロメトキシ基、ジフルオロメトキシ基、トリフルオロメトキシ基又は2,2,2−トリフルオロエチル基を表すが、フッ素原子、トリフルオロメチル基、フルオロメトキシ基、ジフルオロメトキシ基又はトリフルオロメトキシ基であることが好ましく、フッ素原子、トリフルオロメチル基又はトリフルオロメトキシ基であることが更に好ましい。
本発明の液晶組成物は、第三成分として、誘電率異方性(Δε)がほぼ0である化合物を含有することができる。具体的には、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種以上含有することが好ましい。
Figure 0005700268
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(Ix)で表される化合物と同一の化合物は含まない。
第三成分である誘電率異方性(Δε)がほぼ0である化合物は、一般式(III−A)、一般式(III−D)、一般式(III−F)、一般式(III−G)及び一般式(III−H)から選ばれる化合物であることが更に好ましい。
また、一般式(III−D)、一般式(III−G)及び一般式(III−H)で表される化合物においては、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のアルキル基又は炭素原子数1から5のアルコキシ基であることが好ましい。一般式(III−F)で表される化合物においては、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のアルケニル基であることが好ましい。
第三成分である誘電率異方性(Δε)がほぼ0である化合物の含有量は、その含有量は10から80質量%であることが好ましく、10から60質量%であることが更に好ましく、20から50質量%が特に好ましい。
更なる成分として、一般式(VIII−c)又は一般式(VIII−d)で表される化合物を1種又は2種以上含有しても良い。
Figure 0005700268
Figure 0005700268
式中、R51及びR52は、それぞれ独立的に、炭素原子数1〜5のアルキル基、炭素原子数1〜5のアルコキシル基、炭素原子数2〜5のアルケニル基、炭素原子数2〜5のアルケニルオキシ基を表し、X51及びX52は、それぞれ独立的に、フッ素原子、塩素原子又は水素原子を表す。
本発明の液晶組成物には、PSモード、横電界型PSAモード又は横電界型PSVAモード等の液晶表示素子を作製するために、重合性化合物を含有することができる。使用できる重合性化合物として、光等のエネルギー線により重合が進行するビフェニル誘導体、ターフェニル誘導体等の六員環が複数連結した液晶骨格を有する光重合性モノマーが挙げられるが、具体的には、一般式(XX)で表される二官能モノマーが好ましい。
Figure 0005700268
式中、X201及びX202は、それぞれ独立的に、水素原子又はメチル基を表す。
Sp201及びSp202は、それぞれ独立的に、単結合、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、酸素原子は芳香環に結合するものとする。)を表す。
201は、−OCH−、−CHO−、−COO−、−OCO−、−CFO−、−OCF−、−CHCH−、−CFCF−、−CH=CH−COO−、−CH=CH−OCO−、−COO−CH=CH−、−OCO−CH=CH−、−COO−CHCH−、−OCO−CHCH−、−CHCH−COO−、−CHCH−OCO−、−COO−CH−、−OCO−CH−、−CH−COO−、−CH−OCO−、−CY=CY−(式中、Y及びYは、それぞれ独立的に、フッ素原子又は水素原子を表す。)、−C≡C−又は単結合を表す。
201は、1,4−フェニレン基、トランス−1,4−シクロヘキシレン基又は単結合を表し、式中の全ての1,4−フェニレン基は任意の水素原子がフッ素原子によって置換されていても良い。)を表す。
201及びX202は、何れも水素原子を表すジアクリレート誘導体、何れもメチル基を有するジメタクリレート誘導体の何れも好ましく、一方が水素原子を表しもう一方がメチル基を表す化合物も好ましい。これらの化合物の重合速度は、ジアクリレート誘導体が最も早く、ジメタクリレート誘導体が遅く、非対称化合物がその中間であり、その用途により好ましい態様を用いることができる。横電界型PSA表示素子に使用する場合は、ジメタクリレート誘導体が特に好ましい。
Sp201及びSp202は、それぞれ独立的に、単結合、炭素原子数1〜8のアルキレン基又は−O−(CH−を表すが、PS型表示素子及び横電界型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、共に単結合を表す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−を表す態様が好ましく、この場合1〜4のアルキレン基が好ましく、sは1〜4が好ましい。
201は、−OCH−、−CHO−、−COO−、−OCO−、−CFO−、−OCF−、−CHCH−、−CFCF−又は単結合が好ましく、−COO−、−OCO−又は単結合が更に好ましく、単結合が特に好ましい。
201は、任意の水素原子がフッ素原子によって置換されていても良い1,4−フェニレン基、トランス−1,4−シクロヘキシレン基又は単結合を表すが、1,4−フェニレン基又は単結合が好ましい。
これらの点から、一般式(XX)において、Sp201及びSp202の間の環構造は、式(XXa−1)から式(XXa−5)であることが好ましく、式(XXa−1)から式(XXa−3)であることが更に好ましく、式(XXa−1)であることが特に好ましい。但し、式の両端はSp201又はSp202に結合するものとする。
Figure 0005700268
Figure 0005700268
Figure 0005700268
Figure 0005700268
Figure 0005700268
これらの骨格を含む重合性化合物は重合後の配向規制力がPS型表示素子及び横電界型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。
以上のことから、重合性モノマーとして、式(XX−1)、式(XX−2)、一般式(XX−3)又は一般式(XX−4)で表される化合物が特に好ましく、中でも式(XX−2)が最も好ましい。
Figure 0005700268
Figure 0005700268
Figure 0005700268
Figure 0005700268
式中、Sp20は炭素原子数1から4のアルキレン基を表す。
本発明の液晶組成物に重合性化合物を添加する場合において、重合開始剤が存在しない場合でも重合は進行するが、重合を促進するために重合開始剤を含有していてもよい。重合開始剤としては、ベンゾインエーテル類、ベンゾフェノン類、アセトフェノン類、ベンジルケタール類、アシルフォスフィンオキサイド類等が挙げられる。
本発明における液晶組成物は、さらに、一般式(Q)で表される化合物を含有することができる。
Figure 0005700268
式中、Rは、炭素原子数1から22の直鎖アルキル基又は分岐鎖アルキル基を表し、基中の1つ又は非隣接の2つ以上のCH基は、−O−、−CH=CH−、−CO−、−OCO−、−COO−、−C≡C−、−CFO−、−OCF−によって置換されていても良く。
は、トランス−1,4−シクロへキシレン基、1,4−フェニレン基又は単結合を表す。
一般式(Q)で表される化合物は、具体的には、下記の一般式(Q−a)から一般式(Q−d)で表される化合物が好ましい。
Figure 0005700268
Figure 0005700268
Figure 0005700268
Figure 0005700268
式中、RQ1は、炭素原子数1から10の直鎖アルキル基又は分岐鎖アルキル基が好ましい。
Q2は、炭素原子数1から20の直鎖アルキル基又は分岐鎖アルキル基が好ましい。
Q3は、炭素原子数1から8の直鎖アルキル基、分岐鎖アルキル基、直鎖アルコキシ基又は分岐鎖アルコキシ基が好ましい。
は炭素原子数1から8の直鎖アルキレン基又は分岐鎖アルキレン基が好ましい。
一般式(Q−a)から一般式(Q−d)で表される化合物中、一般式(Q−c)及び一般式(Q−d)で表される化合物が更に好ましい。
本願発明の液晶組成物において、一般式(Q)で表される化合物を1種又は2種を含有することが好ましく、1種から5種含有することが更に好ましく、その含有量は0.001から1質量%であることが好ましく、0.001から0.1質量%が更に好ましく、0.001から0.05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20.0であるが、4.0から18.0が好ましく、4.0から16.0が更に好ましく、4.0から14.0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0.18であるが、0.09から0.15が更に好ましく、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0.18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であることが更に好ましく、10から20mPa・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50から130mPa・sであるが、50から110mPa・sであることが更に好ましく、50から90mPa・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110℃がより好ましく、70℃から100℃が特に好ましい。
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)
-F -F フッ素原子
F- -F フッ素原子
-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 0005700268
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(℃)
cn :固体相−ネマチック相転移温度(℃)
Δn :20℃における屈折率異方性
η :20℃における粘度(mPa・s)
γ :20℃における回転粘性(mPa・s)
Δε :25℃における誘電率異方性
(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。
Figure 0005700268
本発明の液晶組成物LC−1、LC−2及びLC−3は、比較例であるLC−Aよりも、粘度(η)が小さく、回転粘性(γ)が小さい値であった。また、Tcnが顕著に低くなっており、低温での溶解性が顕著に改善されたことを確認した。
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10%以上高速であった。更に、VHRを測定し、十分に高いVHRであることを確認した。なお、セル厚は4um、配向膜はAL1051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、5V、60Hz、測定温度は60℃で、東陽テクニカ社のLCM−2を用いた。
また、比抵抗を測定したところ、1.0E+14(Ω・cm)以上であり、十分に高い比抵抗であることを確認した。なお、比抵抗の測定には川口電機社の比抵抗測定装置MMAII−17を用いた。
(比較例2、実施例4及び実施例5)
LC−B(比較例2)、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。
Figure 0005700268
本発明の液晶組成物LC−4及びLC−5は、比較例であるLC−Bよりも、粘度(η)が小さく、回転粘性(γ)が小さい値であった。また、Tcnが低くなっており、低温での溶解性が改善されたことを確認した。
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%以上高速であった。更に、VHRを測定し、十分に高いVHRであることを確認した。なお、セル厚は4um、配向膜はAL1051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、5V、60Hz、測定温度は60℃で、東陽テクニカ社のLCM−2を用いた。
また、比抵抗を測定したところ、1.0E+14(Ω・cm)以上であり、十分に高い比抵抗であることを確認した。なお、比抵抗の測定には川口電機社の比抵抗測定装置MMAII−17を用いた。
(比較例3、実施例6及び実施例7)
LC−C(比較例3)、LC−6(実施例6)及びLC−7(実施例7)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3のとおりであった。
Figure 0005700268
本発明の液晶組成物LC−6及びLC−7は、比較例であるLC−Cよりも、粘度(η)が小さく、回転粘性(γ)が小さい値であった。また、Tcnが顕著に低くなっており、低温での溶解性が顕著に改善されたことを確認した。
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−6及びLC−7は、十分に高速応答であり、LC−Cよりも10%以上高速であった。更に、VHRを測定し、十分に高いVHRであることを確認した。なお、セル厚は4um、配向膜はAL1051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、5V、60Hz、測定温度は60℃で、東陽テクニカ社のLCM−2を用いた。
また、比抵抗を測定したところ、1.0E+14(Ω・cm)以上であり、十分に高い比抵抗であることを確認した。なお、比抵抗の測定には川口電機社の比抵抗測定装置MMAII−17を用いた。
(比較例4、実施例8、実施例9及び実施例10)
LC−D(比較例4)、LC−8(実施例8)、LC−9(実施例9)及びLC−10(実施例10)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4のとおりであった。
Figure 0005700268
本発明の液晶組成物LC−8、LC−9及びLC−10は、比較例であるLC−Dよりも、粘度(η)が小さく、Tcnが顕著に低くなっていた。
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−8、LC−9及びLC−10は、十分に高速応答であり、LC−Dよりも10%以上高速であった。更に、VHRを測定し、十分に高いVHRであることを確認した。なお、セル厚は4um、配向膜はAL1051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、5V、60Hz、測定温度は60℃で、東陽テクニカ社のLCM−2を用いた。
また、比抵抗を測定したところ、1.0E+14(Ω・cm)以上であり、十分に高い比抵抗であることを確認した。なお、比抵抗の測定には川口電機社の比抵抗測定装置MMAII−17を用いた。
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(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、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P型TFT、IPS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 (14)

  1. 第一成分として、式(Ix)
    Figure 0005700268
    で表される化合物を含有し、その含有量はから60質量%であり、第二成分である誘電率異方性(Δε)が正である成分(A)として、一般式(Pa)
    Figure 0005700268
    (式中、R Nc1 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し、基中の1個又は非隣接の2個以上の−CH −はそれぞれ独立的に、−C≡C−、−O−、−CO−、−COO−又は−OCO−によって置換されていても良く、環P 、P 及びP はそれぞれ独立的に、1,4−シクロヘキシレン基(基中の1個又は非隣接の2個以上の−CH −は−O−又は−S−によって置換されていても良い。)又は1,4−フェニレン基(基中の1個又は非隣接の2個以上の−CH=は−N=に置換されていても良い。)を表し、環P 、P 及びP 中の水素原子はそれぞれ独立的にシアノ基、フッ素原子又は塩素原子で置換されていても良く、Z Nc1 、Z Nc2 及びZ Nc3 は、それぞれ独立的に、単結合、−CH CH −、−(CH −、−OCH −、−CH O−、−OCF −、−CF O−、−COO−、−OCO−又は−C≡C−を表し、n c1 、n c2 及びn c3 は、それぞれ独立的に、0、1又は2を表すが、n c1 +n c2 +n c3 は、1、2、3、4又は5を表すが、n c1 、n c2 又は/及びn c3 が2であって環P 、P 、P 、Z Nc1 、Z Nc2 又は/及びZ Nc3 が複数存在する場合は、それらは同一でも良く、異なっていても良く、X Nc1 及びX Nc2 は、それぞれ独立的に、水素原子、塩素原子又はフッ素原子を表し、Y Nc1 は、フッ素原子、塩素原子、シアノ基、トリフルオロメチル基、フルオロメトキシ基、ジフルオロメトキシ基、トリフルオロメトキシ基又は2,2,2−トリフルオロエチル基を表す。)で表される化合物を1種又は2種以上含有し、一般式(Pa)で表される化合物として、一般式(Pa)中のZ Nc1 、Z Nc2 及びZ Nc3 が単結合を表し、n c1 、n c2 及びn c3 が1を表す化合物を1種又は2種以上を含有する液晶組成物。
  2. 成分(A)の含有量が10から90質量%である請求項1に記載の液晶組成物。
  3. 25℃における誘電率異方性(Δε)が2.0から20.0の範囲であり、20℃における屈折率異方性(Δn)が0.08から0.18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50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又は2に記載の液晶組成物。
  4. 成分(A)として、一般式(Na)又は一般式(Nb)
    Figure 0005700268
    (式中、RNa1及びRNb1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し、基中の1個又は非隣接の2個以上の−CH−はそれぞれ独立的に、−C≡C−、−O−、−CO−、−COO−又は−OCO−によって置換されていても良く、環ANa1及びANb1は、それぞれ独立的に、1,4−シクロヘキシレン基(基中の1個又は非隣接の2個以上の−CH−は−O−又は−S−によって置換されていても良い。)又は、1,4−フェニレン基(基中の1個又は非隣接の2個以上の−CH=は−N=によって置換されていても良い。)を表し、環ANa1及びANb1中の水素原子はそれぞれ独立してシアノ基、フッ素原子又は塩素原子で置換されていても良く、ZNa1、ZNb1及びZNb2は、それぞれ独立的に、単結合、−CHCH−、−(CH−、−OCH−、−CHO−、−OCF−、−CFO−、−COO−、−OCO−又は−C≡C−を表し、nNa1は、1、2、3又は4を表すが、nNa1が2、3又は4であって環ANa1が複数存在する場合は、それらは同一でも良く、異なっていても良く、同様に、ZNa1が複数存在する場合は、それらは同一でも良く、異なっていても良く、nNb1は、0、1、2又は3を表すが、nNb1が2、3又は4であって環ANb1が複数存在する場合は、それらは同一でも良く、異なっていても良く、同様に、ZNb1が複数存在する場合は、それらは同一でも良く、異なっていても良く、XNa1、XNa2、XNa3、XNb1、XNb2、XNb3、XNb4及びXNb5は、それぞれ独立的に、水素原子、塩素原子又はフッ素原子を表し、YNa1及びYNb1は、それぞれ独立的に、フッ素原子、塩素原子、シアノ基、トリフルオロメチル基、フルオロメトキシ基、ジフルオロメトキシ基、トリフルオロメトキシ基又は2,2,2−トリフルオロエチル基を表す。)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から3のいずれか1項に記載の液晶組成物。
  5. 一般式(Na)として一般式(Na01)から一般式(Na12)
    Figure 0005700268
    Figure 0005700268
    (式中、RNa1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し、基中の1個又は非隣接の2個以上の−CH−はそれぞれ独立的に、−C≡C−、−O−、−CO−、−COO−又は−OCO−によって置換されていても良い。ZNa1又はZNa2は、それぞれ独立的に、単結合、−CHCH−、−(CH−、−OCH−、−CHO−、−OCF−、−CFO−、−COO−、−OCO−又は−C≡C−を表す。XNa1からXNa5は、それぞれ独立的に、水素原子、塩素原子又はフッ素原子を表す。YNa1は、フッ素原子、塩素原子、シアノ基、トリフルオロメチル基、フルオロメトキシ基、ジフルオロメトキシ基、トリフルオロメトキシ基又は2,2,2−トリフルオロエチル基を表す。)で表される化合物を1種又は2種以上含有する請求項4に記載の液晶組成物。
  6. 一般式(Nb)として一般式(Nb01)から一般式(Nb16)
    Figure 0005700268
    (式中、RNb1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し、基中の1個又は非隣接の2個以上の−CH−はそれぞれ独立的に、−C≡C−、−O−、−CO−、−COO−又は−OCO−によって置換されていても良い。XNb1からXNb5は、それぞれ独立的に、水素原子、塩素原子又はフッ素原子を表す。YNb1は、フッ素原子、塩素原子、シアノ基、トリフルオロメチル基、フルオロメトキシ基、ジフルオロメトキシ基、トリフルオロメトキシ基又は2,2,2−トリフルオロエチル基を表す。)で表される化合物を1種又は2種以上含有する請求項4に記載の液晶組成物。
  7. 一般式(Pa)として一般式(P01)から一般式(P80)
    Figure 0005700268
    Figure 0005700268
    Figure 0005700268
    Figure 0005700268
    Figure 0005700268
    Figure 0005700268
    (式中、RNc1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し、基中の1個又は非隣接の2個以上の−CH−はそれぞれ独立的に、−C≡C−、−O−、−CO−、−COO−又は−OCO−によって置換されていても良い。YNc2は、フッ素原子、塩素原子、シアノ基、トリフルオロメチル基、フルオロメトキシ基、ジフルオロメトキシ基、トリフルオロメトキシ基又は2,2,2−トリフルオロエチル基を表す。)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に記載の液晶組成物。
  8. 更に第三成分として、一般式(III−A)から一般式(III−J)
    Figure 0005700268
    (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(Ix)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7のいずれか1項に記載の液晶組成物。
  9. 更なる成分として、一般式(VIII−c)又は一般式(VIII−d)
    Figure 0005700268
    Figure 0005700268

    (式中、R51及びR52は、それぞれ独立的に、炭素原子数1〜5のアルキル基、炭素原子数1〜5のアルコキシル基、炭素原子数2〜5のアルケニル基、炭素原子数2〜5のアルケニルオキシ基を表し、X51及びX52は、それぞれ独立的に、フッ素原子、塩素原子又は水素原子を表す。)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8のいずれか1項に記載の液晶組成物。
  10. 更に一般式(XX)
    Figure 0005700268
    (式中、X201及びX202は、それぞれ独立的に、水素原子又はメチル基を表す。Sp201及びSp202は、それぞれ独立的に、単結合、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、酸素原子は芳香環に結合するものとする。)を表す。Z201は、−OCH−、−CHO−、−COO−、−OCO−、−CFO−、−OCF−、−CHCH−、−CFCF−、−CH=CH−COO−、−CH=CH−OCO−、−COO−CH=CH−、−OCO−CH=CH−、−COO−CHCH−、−OCO−CHCH−、−CHCH−COO−、−CHCH−OCO−、−COO−CH−、−OCO−CH−、−CH−COO−、−CH−OCO−、−CY=CY−(式中、Y及びYは、それぞれ独立的に、フッ素原子又は水素原子を表す。)、−C≡C−又は単結合を表す。M201は、1,4−フェニレン基、トランス−1,4−シクロヘキシレン基又は単結合を表し、式中の全ての1,4−フェニレン基は任意の水素原子がフッ素原子によって置換されていても良い。)を表す。)で表される重合性化合物を含有する請求項1から9のいずれか1項に記載の液晶組成物。
  11. 請求項1から10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。
  12. 請求項1から10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。
  13. 請求項1から10のいずれか1項に記載の液晶組成物を用いたTN型、IPS型、FFS型、PSAモードの液晶表示素子。
  14. 請求項1から10のいずれか1項に記載の液晶組成物のアクティブマトリックス駆動用液晶表示素子への使用。
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