JP6374257B2

JP6374257B2 - 有機化合物

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Publication number: JP6374257B2
Application number: JP2014153090A
Authority: JP
Inventors: 桃子嘉藤; 泰裕新倉; 誠池永; 小林　学; 学小林; 石谷　哲二; 哲二石谷
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 2013-07-30
Filing date: 2014-07-28
Publication date: 2018-08-15
Anticipated expiration: 2034-07-28
Also published as: JP2015044797A; KR20160040249A; US9580651B2; KR102274669B1; US20150038722A1; WO2015016093A1; TWI639683B; TW201508053A

Description

本発明は、物、方法、または、製造方法に関する。または、本発明は、プロセス、マシン、マニュファクチャ、または、組成物（コンポジション・オブ・マター）に関する。また、本発明の一態様は、半導体装置、表示装置、それらの駆動方法、または、それらの製造方法に関する。特に、本発明の一態様は、新規有機化合物、該新規有機化合物を含む液晶組成物、液晶素子、及び液晶表示装置、並びにこれらの作製方法に関する。

近年、液晶は多様なデバイスに応用されており、特に薄型、軽量の特徴を持つ液晶表示装置（液晶ディスプレイ）は幅広い分野のディスプレイにおいて用いられている。

液晶表示装置に求められる付加価値の一つとして、低消費電力がある。例えば、アクティブマトリクス型の液晶表示装置において、液晶素子に電圧を印加する機能を有するトランジスタとして、オフ電流の低いトランジスタを適用することで、同一画像（静止画）を表示している期間においてデータを書き換える間隔を長期間化して（リフレッシュレートを低減して）、消費電力を低減する液晶表示装置が報告されている（特許文献１）。

特開２０１１−１４１５２２号公報

液晶表示装置の低消費電力化を図るためには、液晶素子の電極間に充電された電荷のリークをできるだけ少なくすることが望まれる。電荷がリークしてしまうと、液晶層に印加された電圧が変動して、画素の透過率が変化してしまうためである。

特に、液晶表示装置においてリフレッシュレートを低減する駆動では、静止画像の経時的な変化が使用者に認識されないようにする必要があるが、液晶層に印加された電圧の変化が同一画像における階調値のずれとして許容できる範囲よりも大きくなると、使用者が画像のちらつき（フリッカー）を知覚してしまい、結果として表示品質の低下を招くことになる。

電荷のリークを抑制するためには、液晶表示装置に適用する液晶素子として、電圧保持率（ＶＨＲ：ＶｏｌｔａｇｅＨｏｌｄｉｎｇｒａｔｉｏ）の高い素子を適用することが望まれる。また、電圧保持率の高い液晶素子を適用することで、液晶表示装置の高コントラスト化を図ることも可能となる。

液晶素子の電圧保持率に影響を及ぼす要因の一つとして、液晶層の容量（Ｃ）抵抗（Ｒ）時定数による電荷の減衰があげられる。よって、液晶層を構成する液晶組成物として抵抗率の高い材料を用いることで、該液晶組成物を含む液晶素子の電圧保持率を高めることができる。

そこで、本発明の一態様は、多様な液晶デバイスに用いることができる新規有機化合物を提供することを課題の一とする。

または、該新規有機化合物を含む液晶組成物、並びに、その液晶組成物を用いて作製した液晶素子又は液晶表示装置を提供することを課題の一とする。

または、本発明の一態様は、抵抗率の高い液晶組成物を提供することを課題の一とする。または、本発明の一態様は、電圧保持率の高い液晶素子を提供することを課題の一とする。

または、本発明の一態様は、消費電力を低減することが可能な液晶表示装置を提供することを課題の一とする。

なお、これらの課題の記載は、他の課題の存在を妨げるものではない。本発明の一態様は、これらの課題の全てを解決する必要はないものとする。また、上記以外の課題は、明細書等の記載から自ずと明らかになるものであり、明細書等の記載から上記以外の課題を抽出することが可能である。

本発明の一態様は、下記一般式（Ｇ１００）で表される有機化合物である。

一般式（Ｇ１００）中、Ａｒ^１０１は、フェニレン基、シクロアルキレン基又はシクロアルケニレン基を表す。また、Ｒ^１０１は、水素原子、炭素数１乃至１１のアルキル基又は炭素数１乃至１１のアルコキシ基を表す。Ｒ^１０２は、水素原子、フッ素原子、炭素数１乃至１１のアルキル基又は炭素数１乃至１１のアルコキシ基を表す。また、ｍは、０又は１である。また、ａ^１−Ｘ^１０１ _，ａ^２−Ｘ^１０２ _，ａ^３−Ｘ^１０３ _，及びａ^４−Ｘ^１０４は、それぞれＣ−Ｈ，Ｃ−Ｆ，Ｃ−ＣＨ_３，及びＮから選ばれたいずれか一を表す。また、Ｘ^１０５及びＸ^１０６は、それぞれ独立に水素原子、フッ素原子、又はメチル基を表す。ただし、Ｘ^１０１乃至Ｘ^１０６のうちフッ素原子の数は、０以上３以下である。

また、本発明の他の一態様は、下記一般式（Ｇ１０）で表される有機化合物を提供するものである。

一般式（Ｇ１０）中、Ａｒ^１１は、フェニレン基、シクロアルキレン基又はシクロアルケニレン基を表し、Ｒ^１１は、炭素数２乃至１１のアルキル基又はアルコキシ基を表す。また、Ｘ^１１及びＸ^１５は、それぞれ独立に水素原子、フッ素原子、又はメチル基を表す。また、Ｘ^１２乃至Ｘ^１４は、それぞれ独立に水素原子又はフッ素原子を表す。ただし、Ｘ^１１及びＸ^１５の一方がメチル基のとき、他方もメチル基であり、Ｘ^１１乃至Ｘ^１５のうちフッ素原子の数は、０以上２以下である。

また、本発明の他の一態様は、下記一般式（Ｇ１１）で表される有機化合物である。

一般式（Ｇ１１）中、Ａｒ^２１は、フェニレン基、シクロアルキレン基又はシクロアルケニレン基を表し、Ｒ^２１は、炭素数２乃至１１のアルキル基又はアルコキシ基を表す。また、Ｘ^２１乃至Ｘ^２５は、それぞれ独立に水素原子、又はフッ素原子を表す。ただし、Ｘ^２１乃至Ｘ^２５のうちフッ素原子の数は、０以上２以下である。

また、本発明の他の一態様は、下記一般式（Ｇ１２）で表される有機化合物である。

一般式（Ｇ１２）中、Ａｒ^３１は、フェニレン基、シクロアルキレン基又はシクロアルケニレン基を表し、Ｒ^３１は、炭素数２乃至１１のアルキル基又はアルコキシ基を表す。また、Ｘ^３２乃至Ｘ^３４は、それぞれ独立に水素原子、又はフッ素原子を表す。ただし、Ｘ^３２乃至Ｘ^３４のうちフッ素原子の数は、０以上２以下である。

また、本発明の他の一態様は、下記一般式（Ｇ２０）で表される有機化合物である。

一般式（Ｇ２０）中、Ａｒ^４１は、フェニレン基、シクロアルキレン基又はシクロアルケニレン基を表し、Ｒ^４１及びＲ^４２は、それぞれ独立に水素原子、炭素数１乃至１１のアルキル基又はアルコキシ基を表す。また、ｍは、０又は１である。また、ａ^１−Ｘ^１０１ _，ａ^２−Ｘ^１０２ _，ａ^３−Ｘ^１０３ _，及びａ^４−Ｘ^１０４は、それぞれＣ−Ｈ，Ｃ−Ｆ，Ｃ−ＣＨ_３，及びＮから選ばれたいずれか一を表す。

また、本発明の他の一態様は、上記一般式（Ｇ１００）、（Ｇ１０）、（Ｇ１１）、（Ｇ１２）又は（Ｇ２０）で表される有機化合物を含む液晶組成物である。

また、本発明の他の一態様は、上述の液晶組成物を含む液晶素子、及び該液晶素子を適用した液晶表示装置である。

本発明の一態様により、液晶デバイスに適用可能な新規有機化合物を提供することができる。

また、本発明の一態様により、新規有機化合物を含む液晶組成物、並びに、その液晶組成物を用いて作製した液晶素子及び液晶表示装置を提供することができる。

また、本発明の一態様により、抵抗率の高い液晶組成物を提供することができる。また、本発明の一態様により、電荷保持率の高い液晶素子を提供することができる。

また、本発明の一態様により、消費電力を低減することが可能な液晶表示装置を提供することができる。

液晶素子及び液晶表示装置の一態様を説明する図。液晶表示装置の一態様を説明する図。液晶表示装置の駆動方法の一例を示す概念図。液晶表示装置の駆動方法の一例を示す概念図。電子機器の一形態を示す図。ＣＰＰ−３ＦＨＨＦの^１ＨＮＭＲチャート図。ＣＰＰ−３ＭｅＨＨＨＭｅの^１ＨＮＭＲチャート図。ＣＰＰ−３ＭｅＨＨＨＭｅ、ＣＰＰ−３、ＣＰＰ−３ＦＨＨＨＦの吸収スペクトルを示す図。Ｎ−ＣＰＰ（Ｆ）−３の^１ＨＮＭＲチャート図。Ｎ−ＣＰＰ（Ｆ）−３の吸収スペクトルを示す図。実施例で作製した液晶素子の電圧保持率を示す図。Ｎ−ＣＰＰｙ（Ｆ）−５の^１ＨＮＭＲチャート図。実施例で作製した液晶素子の電圧保持率を示す図。

以下に、開示する発明の実施の形態及び実施例について図面を用いて詳細に説明する。ただし、本明細書に開示する発明は、以下の説明に限定されず、その形態及び詳細を様々に変更し得ることは、当業者であれば容易に理解される。また、本明細書に開示する発明は以下に示す実施の形態及び実施例の記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、以下に説明する構成において、同一部分又は同様の機能を有する部分については同一の符号を異なる図面間で共通して用い、その繰り返しの説明は省略する。

また、本明細書等において、液晶表示装置とは、画像表示デバイス、若しくは光源（照明装置を含む）を指す。また、コネクター、例えばＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅｐｒｉｎｔｅｄｃｉｒｃｕｉｔ）又はＴＣＰ（ＴａｐｅＣａｒｒｉｅｒＰａｃｋａｇｅ）が取り付けられたモジュール、ＴＣＰの先にプリント配線板が設けられたモジュール、または表示素子にＣＯＧ（ＣｈｉｐＯｎＧｌａｓｓ）方式によりＩＣ（集積回路）が直接実装されたモジュールも全て液晶表示装置に含むものとする。また、本明細書等における液晶表示装置としては、液晶特性を利用した電子機器を全て含むものとし、例えば、表示機能を有していない液晶電気光学装置もその範疇に含むものとする。

なお、以下において、「第１」、「第２」等として付される序数詞は、便宜上用いるものであり、工程順又は積層順を示すものではない。そのため、例えば、「第１の」を「第２の」又は「第３の」などと適宜置き換えて説明することができる。また、本明細書等に記載されている序数詞と、本発明の一態様を特定するために用いられる序数詞は一致しない場合がある。

（実施の形態１）
本実施の形態では、本発明の一態様に係る新規有機化合物について説明する。

本発明の一態様に係る新規有機化合物は、下記一般式（Ｇ１００）で表される有機化合物である。

本実施の形態の一般式（Ｇ１００）で表される有機化合物は、液晶組成物の材料として適用することが可能である。

本発明の一態様の液晶組成物は、一般式（Ｇ１００）で表される有機化合物に加えて、他の液晶性化合物、非液晶性化合物、及び／又はカイラル剤を含有してなるものである。

また、一般式（Ｇ１００）で表される有機化合物は、高い抵抗率を有する。また、一般式（Ｇ１００）で表される有機化合物を含むことで、本発明の一態様の液晶組成物は高い抵抗率を有する。

以上、本実施の形態は、他の実施の形態に記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。

（実施の形態２）
本実施の形態では、本発明の一態様に係る新規有機化合物について説明する。

本発明の一態様に係る新規有機化合物は、下記一般式（Ｇ１０）で表される有機化合物である。

また、本発明の一態様に係る新規有機化合物は、下記一般式（Ｇ１１）で表される有機化合物である。

また、一般式（Ｇ１１）で表される有機化合物において、Ｘ^２１及びＸ^２５がともにメチル基であると、Ｘ^２１及びＸ^２５がともに水素原子の場合と比較して吸収スペクトルのピークを短波長側にシフトさせることができる。このような有機化合物は、紫外光に対する耐性の高い有機化合物とすることができるため、安定性が向上し、好ましい。したがって、下記一般式（Ｇ１２）で表される有機化合物であることがより好ましい。

一般式（Ｇ１１）で表される有機化合物の具体例としては、構造式（１００）〜構造式（１１１）及び構造式（２００）〜（２０９）で表される構造を挙げることができる。ただし、本発明はこれらに限定されない。

本実施の形態の一般式（Ｇ１０）で表される有機化合物の合成方法としては、種々の反応の適用が可能である。例えば、下記に示す合成スキーム（Ａ−１）を行うことによって合成することができる。

合成スキーム（Ａ−１）に示すように、フェニル誘導体のハロゲン化物又はトリフラート置換体（化合物１）と、フェニル誘導体の有機ボロン化合物又はボロン酸（化合物２）とを、鈴木・宮浦反応によりカップリングして、一般式（Ｇ１０）で表される本発明の一態様の有機化合物を合成することができる。

合成スキーム（Ａ−１）中、Ｘ^１６はハロゲン原子又はトリフラート基を表す。また、Ａｒ^１１は、フェニレン基、シクロアルキレン基又はシクロアルケニレン基を表し、Ｒ^１１は、炭素数２乃至１１のアルキル基又はアルコキシ基を表す。また、Ｘ^１１及びＸ^１５は、それぞれ独立に水素原子、フッ素原子、又はメチル基を表す。また、Ｘ^１２乃至Ｘ^１４は、それぞれ独立に水素原子又はフッ素原子を表す。ただし、Ｘ^１１及びＸ^１５の一方がメチル基のとき、他方もメチル基であり、Ｘ^１１乃至Ｘ^１５のうちフッ素原子の数は、０以上２以下である。

以上によって得られる本実施の形態の一般式（Ｇ１０）で表される有機化合物は、液晶組成物の材料として適用することが可能である。

本発明の一態様の液晶組成物は、一般式（Ｇ１０）で表される有機化合物に加えて、他の液晶性化合物、非液晶性化合物、及び／又はカイラル剤を含有してなるものである。

また、一般式（Ｇ１０）で表される有機化合物は、高い抵抗率を有する。また、一般式（Ｇ１０）で表される有機化合物を含むことで、本発明の一態様の液晶組成物は高い抵抗率を有する。

（実施の形態３）
本実施の形態では、本発明の一態様に係る新規有機化合物について説明する。

本発明の一態様に係る新規有機化合物は、下記一般式（Ｇ２０）で表される有機化合物である。

一般式（Ｇ２０）中、Ａｒ^４１は、フェニレン基、シクロアルキレン基又はシクロアルケニレン基を表し、Ｒ^４１及びＲ^４２はそれぞれ独立に、水素原子、炭素数１乃至１１のアルキル基又はアルコキシ基を表す。また、ｍは、０又は１である。また、ａ^１−Ｘ^１０１ _，ａ^２−Ｘ^１０２ _，ａ^３−Ｘ^１０３ _，及びａ^４−Ｘ^１０４は、それぞれＣ−Ｈ，Ｃ−Ｆ，Ｃ−ＣＨ_３，及びＮから選ばれたいずれか一を表す。

一般式（Ｇ２０）で表される有機化合物の具体例としては、構造式（３００）〜構造式（３０９）で表される構造を挙げることができる。ただし、本発明はこれらに限定されない。

本実施の形態の一般式（Ｇ２０）で表される有機化合物の合成方法としては、種々の反応の適用が可能である。

例えば、一般式（Ｇ２０）において、ａ^４１−Ｘ^４１又はａ^４２−Ｘ^４２の一方が窒素原子の場合、すなわち、下記一般式（Ｇ２０−１）で表される有機化合物である場合、合成スキーム（Ｂ−１）を行うことによって一般式（Ｇ２０）に係る有機化合物を合成することができる。

合成スキーム（Ｂ−１）に示すように、ピリジン誘導体のハロゲン化物又はトリフラート置換体（化合物３）と、フェニル誘導体の有機ボロン化合物又はボロン酸（化合物４）とを、鈴木・宮浦反応によりカップリングして、フェニルピリジン誘導体（化合物５）を合成する。

次いで、フェニルピリジン誘導体（化合物５）と、マグネシウムを用いたグリニヤール試薬（化合物６）とを、グリニヤール反応により反応させることによって、一般式（Ｇ２０−１）で表される有機化合物を合成することができる。

合成スキーム（Ｂ−１）中、Ｘ^４５及びＸ^４６はそれぞれ独立にハロゲン原子又はトリフラート基を表す。ただし、Ｘ^４５及びＸ^４６としては、異なる置換基が結合しているものとする。また、Ａｒ^４１は、フェニレン基、シクロアルキレン基又はシクロアルケニレン基を表し、Ｒ^４１及びＲ^４２はそれぞれ独立に、水素原子、炭素数１乃至１１のアルキル基又はアルコキシ基を表す。また、ｍは、０又は１である。また、ａ^１−Ｘ^１０１ _，ａ^２−Ｘ^１０２ _，ａ^３−Ｘ^１０３ _，及びａ^４−Ｘ^１０４は、それぞれＣ−Ｈ，Ｃ−Ｆ，Ｃ−ＣＨ_３，及びＮから選ばれたいずれか一を表す。

また、例えば、一般式（Ｇ２０）において、ａ^４３−Ｘ^４３又はａ^４４−Ｘ^４４の一方が窒素原子の場合、すなわち、下記一般式（Ｇ２０−２）で表される有機化合物である場合、合成スキーム（Ｂ−２）を行うことによって一般式（Ｇ２０）に係る有機化合物を合成することができる。

合成スキーム（Ｂ−２）に示すように、フェニル誘導体の有機ボロン化合物又はボロン酸（化合物７）と、ピリジン誘導体のハロゲン化物又はトリフラート置換体（化合物８）とを、鈴木・宮浦反応によりカップリングして、一般式（Ｇ２０−２）で表される有機化合物を合成することができる。

合成スキーム（Ｂ−２）中、Ｘ^４５はハロゲン原子又はトリフラート基を表す。また、Ａｒ^４１は、フェニレン基、シクロアルキレン基又はシクロアルケニレン基を表し、Ｒ^４１及びＲ^４２はそれぞれ独立に、水素原子、炭素数１乃至１１のアルキル基又はアルコキシ基を表す。また、ｍは、０又は１である。また、ａ^１−Ｘ^１０１ _，ａ^２−Ｘ^１０２ _，ａ^３−Ｘ^１０３ _，及びａ^４−Ｘ^１０４は、それぞれＣ−Ｈ，Ｃ−Ｆ，Ｃ−ＣＨ_３，及びＮから選ばれたいずれか一を表す。

なお、合成スキーム（Ｂ−２）に示すように、一般式（Ｇ２０）において、ａ^４３−Ｘ^４３又はａ^４４−Ｘ^４４の一方が窒素原子であると、（すなわち、上記一般式（Ｇ２０−２）で表される有機化合物であると）、合成のステップ数を削減でき、合成を容易に行うことができるため、好ましい。

以上によって得られる本実施の形態の一般式（Ｇ２０）で表される有機化合物は、液晶組成物の材料として適用することが可能である。

本発明の一態様の液晶組成物は、一般式（Ｇ２０）で表される有機化合物に加えて、他の液晶性化合物、非液晶性化合物、及び／又はカイラル剤を含有してなるものである。

また、一般式（Ｇ２０）で表される有機化合物は、高い抵抗率を有する。また、一般式（Ｇ２０）で表される有機化合物を含むことで、本発明の一態様の液晶組成物は高い抵抗率を有する。

（実施の形態４）
本実施の形態では、実施の形態１乃至３で示した一般式（Ｇ１００）、（Ｇ１０）、（Ｇ１１）、（Ｇ１２）、もしくは（Ｇ２０）で表される有機化合物、又は該有機化合物を含有する液晶組成物を適用した液晶素子及び液晶表示装置について、図面を参照して説明する。

本実施の形態に係る液晶素子及び液晶表示装置の例を図１（Ａ）及び図１（Ｂ）に示す。

なお、本明細書等において、液晶素子とは、液晶の光学的変調作用により光の透過又は非透過を制御する素子であり、一対の電極及びその間に挟持された液晶層を少なくとも含んで構成される。また、液晶層は、液晶組成物で構成される。

図１（Ａ）及び図１（Ｂ）は、第１の基板２００と第２の基板２０１とは、液晶組成物２０８を間に挟持して対向するように配置された液晶表示装置である。

本実施の形態において液晶素子は、少なくとも一対の電極（電位の異なる画素電極層２３０及び共通電極層２３２）の間に、実施の形態１乃至３で示した一般式（Ｇ１００）、（Ｇ１０）、（Ｇ１１）、（Ｇ１２）、もしくは（Ｇ２０）で表される有機化合物を含む液晶組成物２０８を有する。

図１（Ａ）及び図１（Ｂ）の液晶素子及び液晶表示装置は、液晶組成物２０８に対する画素電極層２３０及び共通電極層２３２の配置が異なる例である。

図１（Ａ）では、第１の基板２００と液晶組成物２０８との間に画素電極層２３０と、共通電極層２３２が隣接して設けられている。図１（Ａ）の構成であると、基板に概略平行な電界を生じさせて、基板と平行な面内で液晶分子を動かして、階調を制御する方式を用いることができる。

図１（Ｂ）では、液晶組成物２０８を挟持して第１の基板２００側に画素電極層２３０、第２の基板２０１側に共通電極層２３２が設けられている。図１（Ｂ）の構成であると、基板に概略垂直な電界を生じさせて、基板と垂直な面内で液晶分子を動かして、階調を制御する方式を用いることができる。

また、液晶組成物２０８と、画素電極層２３０及び共通電極層２３２との間に配向膜２０２ａ、配向膜２０２ｂを設けてもよい。本発明の一態様に係る液晶組成物は、様々な構成の液晶素子及び様々な表示モードの液晶表示装置に用いることができる。

液晶組成物２０８の厚さ（膜厚）の最大値は１μｍ以上２０μｍ以下とすることが好ましい。

液晶組成物２０８を形成する方法として、ディスペンサ法（滴下法）や、第１の基板２００と第２の基板２０１とを貼り合わせてから毛細管現象等を用いて液晶を注入する注入法を用いることができる。

また、図１（Ａ）及び図１（Ｂ）では図示しないが、偏光板、位相差板、反射防止膜などの光学フィルムなどは適宜設ける。例えば、偏光板及び位相差板による円偏光を用いてもよい。また、光源としてバックライトなどを用いることができる。

本明細書では、半導体素子（例えばトランジスタ）、画素電極層、及び共通電極層が形成されている基板を素子基板（第１の基板）といい、該素子基板と液晶組成物を介して対向する基板を対向基板（第２の基板）という。

本発明の一態様に係る液晶表示装置として、光源の光を透過することによって表示を行う透過型の液晶表示装置、入射する光を反射することによって表示を行う反射型の液晶表示装置、又は透過型と反射型を両方有する半透過型の液晶表示装置を提供することができる。

透過型の液晶表示装置の場合、光が透過する画素領域に存在する画素電極層、共通電極層、第１の基板、第２の基板、その他の絶縁膜、導電膜などは可視光の波長領域の光に対して透光性とする。図１（Ａ）の構成の液晶表示装置においては、画素電極層、共通電極層は透光性が好ましいが、開口パターンを有する場合は形状によっては金属膜などの非透光性材料を用いてもよい。

一方、反射型の液晶表示装置の場合、液晶組成物に対して視認側と反対側には液晶組成物を透過した光を反射する反射性の部材（反射性を有する膜や基板など）を設ければよい。そして、液晶組成物の視認側と反射性の部材との間に設けられる、基板、絶縁膜、及び導電膜は、透光性を有する材料を用いればよい。なお、本明細書で透光性とは少なくとも可視光の波長領域の光を透過する性質をいう。図１（Ｂ）の構成の液晶表示装置においては、視認側と反対側の画素電極層又は共通電極層を反射性とし、反射性の部材として用いることができる。

画素電極層２３０、共通電極層２３２は、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）、酸化インジウムに酸化亜鉛（ＺｎＯ）を混合したインジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）、酸化インジウムに酸化シリコン（ＳｉＯ_２）を混合した導電材料、有機インジウム、有機スズ、酸化タングステンを含むインジウム酸化物、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化物、酸化チタンを含むインジウム錫酸化物、グラフェン、またはタングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、バナジウム（Ｖ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、クロム（Ｃｒ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、チタン（Ｔｉ）、白金（Ｐｔ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）等の金属、又はその合金、若しくはその金属窒化物から一つ、又は複数種を用いて形成することができる。

第１の基板２００、第２の基板２０１にはバリウムホウケイ酸ガラスやアルミノホウケイ酸ガラスなどのガラス基板、石英基板、プラスチック基板などを用いることができる。

本発明の一態様の一般式（Ｇ１００）、（Ｇ１０）、（Ｇ１１）、（Ｇ１２）、もしくは（Ｇ２０）で表される有機化合物を含む液晶組成物は、高い抵抗率を有する。高い抵抗率を有する液晶組成物を液晶素子に適用することで、当該液晶素子を高い電圧保持率を有する素子とすることが可能となる。

また、液晶素子として、高い電圧保持率を有する素子を含む液晶表示装置は、当該液晶素子を介した電荷のリークが抑制されるため、低消費電力化、またはコントラストの向上を図ることができる。

以上、本実施の形態に示す構成、方法などは、他の実施の形態に示す構成、方法などと適宜組み合わせて用いることができる。

（実施の形態５）
本発明の一態様に係る液晶表示装置として、パッシブマトリクス型の液晶表示装置、アクティブマトリクス型の液晶表示装置を提供することができる。本実施の形態は、本発明の一態様に係るアクティブマトリクス型の液晶表示装置の例を、図２を用いて説明する。

図２（Ａ）は、本実施の形態の液晶表示装置の平面図を示す。また、図２（Ｂ）は、表示部に含まれる画素の一画素分の平面図を示す。図２（Ｃ）は、図２（Ａ）のＭ−Ｎにおける断面図に相当する。

図２（Ａ）において、基板４０１上に設けられた画素部４０２と、走査線駆動回路４０４とを囲むようにして、シール材４０５が設けられている。また画素部４０２と、走査線駆動回路４０４の上に基板４０６が設けられている。よって画素部４０２と、走査線駆動回路４０４とは、基板４０１とシール材４０５と基板４０６とによって、液晶素子と共に封止されている。

図２（Ａ）においては、基板４０１上のシール材４０５によって囲まれている領域とは異なる領域に、ＩＣチップ、又は別途用意された基板上に単結晶半導体膜又は多結晶半導体膜で形成された信号線駆動回路４０３が実装されている。信号線駆動回路４０３と走査線駆動回路４０４を通して画素部４０２に与えられる各種信号及び電位は、ＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅｐｒｉｎｔｅｄｃｉｒｃｕｉｔ）４１８から供給されている。

また図２（Ａ）においては、信号線駆動回路４０３を別途形成し、基板４０１に実装している例を示しているが、この構成に限定されない。走査線駆動回路を別途形成して実装してもよいし、信号線駆動回路の一部又は走査線駆動回路の一部のみを別途形成して実装してもよい。

なお、別途形成した駆動回路の接続方法は、特に限定されるものではなく、ＣＯＧ（ＣｈｉｐＯｎＧｌａｓｓ）法、ワイヤボンディング法、或いはＴＡＢ（ＴａｐｅＡｕｔｏｍａｔｅｄＢｏｎｄｉｎｇ）法などを用いることができる。図２（Ａ）は、ＣＯＧ法により信号線駆動回路４０３を実装する例である。

なお、液晶表示装置とは、液晶素子が封止された状態にあるパネルと、該パネルにコントローラを含むＩＣ等を実装した状態にあるモジュールとを含む。すなわち、本明細書中における液晶表示装置とは、画像表示装置、もしくは光源（照明装置含む）を指す。また、液晶素子が封止された状態にあるパネルだけでなく、コネクター、例えば、ＦＰＣ又はＴＣＰ（ＴａｐｅＣａｒｒｉｅｒＰａｃｋａｇｅ）が取り付けられたモジュール、ＴＣＰの先にプリント配線板が設けられたモジュール、又は表示素子にＣＯＧ方式によりＩＣ（集積回路）が直接実装されたモジュールも全て液晶表示装置に含むものとする。

また基板上に設けられた画素部及び走査線駆動回路は、トランジスタを複数有している。トランジスタとしては、酸化物半導体にチャネルが形成されるトランジスタを適用することが好ましい。

酸化物半導体は、エネルギーギャップが３．０ｅＶ以上と大きく、酸化物半導体を適切な条件で加工し、そのキャリア密度を十分に低減して得られた酸化物半導体膜が適用されたトランジスタにおいては、オフ状態でのソースとドレイン間のリーク電流（オフ電流）を、従来のシリコンを用いたトランジスタと比較して極めて低いものとすることができる。

本実施の形態において、液晶表示装置に適用するトランジスタ４１０、４１１、特に画素部に適用するトランジスタ４１０のオフ電流は小さいほど好ましい。好ましくは、チャネル長１μｍあたりのオフ電流が１００ｚＡ以下のトランジスタであるとよい。オフ電流は少ないほど好ましいため、この規格化されたオフ電流が１０ｚＡ／μｍ以下、あるいは１ｚＡ／μｍ以下とすることが好ましく、１０ｙＡ／μｍ以下であることがさらに好ましい。

電子供与体（ドナー）となる水分または水素等の不純物を低減し、かつ酸素欠損も低減することで、酸化物半導体をｉ型（真性半導体）にする、あるいはｉ型に限りなく近づけることができる。ここでは、このような酸化物半導体を高純度化酸化物半導体と呼ぶことにする。高純度化酸化物半導体でチャネルを形成することで、規格化されたオフ電流を数ｙＡ／μｍ〜数ｚＡ／μｍ程度に低くすることができる。

適用可能な酸化物半導体としては、少なくともインジウム（Ｉｎ）あるいは亜鉛（Ｚｎ）を含むことが好ましい。特にＩｎとＺｎを含むことが好ましい。また、該酸化物半導体を用いたトランジスタの電気特性のばらつきを減らすためのスタビライザーとして、それらに加えてガリウム（Ｇａ）、スズ（Ｓｎ）、ハフニウム（Ｈｆ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、チタン（Ｔｉ）、スカンジウム（Ｓｃ）、イットリウム（Ｙ）、ランタノイド（例えば、セリウム（Ｃｅ）、ネオジム（Ｎｄ）、ガドリニウム（Ｇｄ））から選ばれた一種、または複数種が含まれていることが好ましい。酸化物半導体を用いたトランジスタについては、実施の形態４で詳述する。

なお、図２（Ｃ）では、トランジスタ４１０、４１１をボトムゲート型のトランジスタとしたが、本実施の形態はこれに限られず、トップゲート型のトランジスタとしてもよい。また、チャネルを挟んで２つのゲート電極を有するデュアルゲート型としてもよい。酸化物半導体を含むトランジスタ４１０、４１１をデュアルゲート型とすることで、電流駆動特性を向上、及び／又はしきい値電圧の変動を抑制させることができる。

本発明の一態様に係る液晶表示装置は、縦電界方式、又は、横電界方式を適用することができる。図２（Ｃ）では、ＦＦＳ（ＦｒｉｎｇｅＦｉｅｌｄＳｗｉｔｃｈｉｎｇ）モードを採用する例を示す。

図２（Ａ）及び（Ｃ）に示すように、液晶表示装置は接続端子電極４１５及び端子電極４１６を有しており、接続端子電極４１５及び端子電極４１６はＦＰＣ４１８が有する端子と異方性導電層４１９を介して、電気的に接続されている。

接続端子電極４１５は、第１の電極層４３４と同じ導電層から形成され、端子電極４１６は、トランジスタ４１０、４１１のゲート電極層と同じ導電層で形成されている。

トランジスタ４１０、４１１上には絶縁層４３２ａ、４３２ｂが設けられている。

また、図２（Ｃ）では、絶縁層４３２ｂ上に平坦化絶縁層４４０が設けられ、第１の電極層４３４と第２の電極層４３１との間に絶縁層４４２が設けられている。

トランジスタ４１０、４１１に含まれるゲート絶縁層は、単層構造又は積層構造とすることができる。本実施の形態では、ゲート絶縁層４２０ａ、４２０ｂの積層構造を含む。また、図２（Ｃ）においては、ゲート絶縁層４２０ａと、絶縁層４３２ｂとが、端子電極４１６端部を覆うように、シール材４０５下に延在しており、絶縁層４３２ｂは、ゲート絶縁層４２０ｂ及び絶縁層４３２ａの側面を覆っている。

平坦化絶縁層４４０としては、アクリル系樹脂、ポリイミド系樹脂、ベンゾシクロブテン系樹脂、ポリアミド系樹脂、エポキシ等の有機樹脂を用いることができる。また上記有機材料の他に、低誘電率材料（ｌｏｗ−ｋ材料）、シロキサン系樹脂等を用いることができる。

図２（Ｃ）において、液晶素子４１３は、第１の電極層４３４、第２の電極層４３１、及び液晶層４０８を含む。液晶層４０８は、実施の形態１乃至３で示した一般式（Ｇ１００）、（Ｇ１０）、（Ｇ１１）、（Ｇ１２）、もしくは（Ｇ２０）で表される有機化合物を含む液晶組成物で形成される。なお、液晶層４０８を挟持するように配向膜として機能する絶縁層４３８、４３３が設けられている。

また、液晶素子４１３は、液晶層４０８の下方に開口パターンを有する第２の電極層４３１を有し、絶縁層４４２を介して第２の電極層４３１のさらに下方に、平板状の第１の電極層４３４を有する。開口パターンを有する第２の電極層４３１は、屈曲部や枝分かれした櫛歯状を含む形状である。第２の電極層４３１に開口パターンを設けることにより、第１の電極層４３４及び第２の電極層４３１はその電極間に電界を発生させることができる。なお、平坦化絶縁層４４０上に接して平板上の第２の電極層４３１を形成し、絶縁層４４２を介して第２の電極層４３１上に、画素電極として機能し、開口パターンを有する第１の電極層４３４を有する構成としてもよい。

第１の電極層４３４、第２の電極層４３１は、酸化タングステンを含むインジウム酸化物、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化物、酸化チタンを含むインジウム錫酸化物、インジウム錫酸化物、インジウム亜鉛酸化物、酸化ケイ素を添加したインジウム錫酸化物、グラフェンなどの透光性を有する導電性材料を用いることができる。

また、第１の電極層４３４、第２の電極層４３１はタングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、バナジウム（Ｖ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、クロム（Ｃｒ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、チタン（Ｔｉ）、白金（Ｐｔ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）等の金属、又はその合金、若しくはその金属窒化物から一つ、又は複数種を用いて形成することができる。

また、第１の電極層４３４、第２の電極層４３１として、導電性高分子（導電性ポリマーともいう）を含む導電性組成物を用いて形成することができる。

またスペーサ４３５は絶縁層を選択的にエッチングすることで得られる柱状のスペーサであり、液晶層４０８の膜厚（セルギャップ）を制御するために設けられている。なお球状のスペーサを用いていてもよい。

液晶表示装置に設けられる保持容量の大きさは、画素部に配置されるトランジスタのリーク電流等を考慮して、所定の期間の間電荷を保持できるように設定される。保持容量の大きさは、トランジスタのオフ電流等を考慮して設定すればよい。本実施の形態で示す液晶表示装置は、電圧保持率の高い液晶素子を含むことで、当該液晶素子を介した電荷のリークを抑制することができるため、保持容量を小さく設計することができる。また、トランジスタとして酸化物半導体を有するトランジスタを用いることにより、保持容量の大きさを縮小することができる。よって、各画素における開口率を向上させることができ、液晶表示装置の高精細化を図ることができる。

特に、保持容量としての容量素子を設けない構成とし、第１の電極層４３４と第２の電極層４３１の間に生じる寄生容量を保持容量として用いることが好ましい。このように、容量素子を設けない構成とすることにより、画素の開口率をさらに向上させることができる。

保持容量としての容量素子を画素に設けない場合の、画素構成の一例を図２（Ｂ）に示す。画素には、トランジスタ４１０のゲート電極層と電気的に接続する配線４５０と、トランジスタ４１０のソース電極層又はドレイン電極層の一方と電気的に接続する配線４５２の交差部を有する。図２（Ｂ）に示す画素は保持容量としての容量素子を有していないため、画素の占有面積に対する、開口パターンを有する第２の電極層４３１の面積を極めて大きくすることができ、極めて高い開口率が実現されている。

上述したように酸化物半導体を用いたトランジスタは、オフ状態における電流値（オフ電流値）を低く制御することができる。よって、画像信号等の電気信号の保持時間を長くすることができ、書き込み間隔も長く設定できる。

本実施の形態の液晶表示装置は、オフ電流値の低いトランジスタを適用することで、少なくとも２つの駆動方法（モード）で表示を行う液晶表示装置とすることができる。第１の駆動モードは、従来の液晶表示装置の駆動方法であり、１フレームごとにデータを逐次書き換える駆動方法である。第２の駆動モードは、データの書き込み処理を実行した後、データの書き換えを停止する駆動方法である。すなわち、リフレッシュレートを低減した駆動モードである。

動画の表示は、第１の駆動モードにより行われる。静止画の表示は、フレームごとの画像データに変化がないため、１フレームごとにデータの書き換えを行う必要がない。そこで、静止画を表示する際は、第２の駆動モードで液晶表示装置を動作させると、画面のちらつきをなくすとともに、電力消費を削減することができる。

また、本実施の形態の液晶表示装置に適用される液晶素子は、電圧保持率が高いため、液晶素子を介した電荷のリークを抑制することができる。よって、例えば、液晶表示装置においてリフレッシュレートを低減する駆動モードを適用した場合であっても液晶層に印加された電圧の変化を長期間抑制することが可能であるため、使用者による画像のちらつきの知覚をより防止することができる。したがって、低消費電力化と表示品質の向上を図ることができる。

なお、本発明の一態様の液晶表示装置において、ブラックマトリクス（遮光層）、偏光部材、位相差部材、反射防止部材などの光学部材（光学基板）などは適宜設ける。例えば、偏光板及び位相差板による円偏光を用いてもよい。また、光源としてバックライト、サイドライトなどを用いてもよい。

また、画素部における表示方式は、プログレッシブ方式やインターレース方式等を用いることができる。また、カラー表示する際に画素で制御する色要素としては、ＲＧＢ（Ｒは赤、Ｇは緑、Ｂは青を表す）の三色に限定されない。例えば、ＲＧＢＷ（Ｗは白を表す）、又はＲＧＢに、イエロー、シアン、マゼンタ等を一色以上追加したものがある。なお、色要素のドット毎にその表示領域の大きさが異なっていてもよい。ただし、開示する発明はカラー表示の表示装置に限定されるものではなく、モノクロ表示の表示装置に適用することもできる。

また、液晶表示装置はタッチセンサを備えていてもよい。画素部４０２と重ねてタッチセンサを設けた液晶表示装置を電子機器等に適用することにより、より直感的な操作が可能な電子機器を実現することができる。

（実施の形態６）
本実施の形態では、本発明の一態様の液晶表示装置に適用することが可能な酸化物半導体を含むトランジスタについて説明する。

トランジスタのチャネルを形成する酸化物半導体として、酸化インジウム、酸化スズ、酸化亜鉛、Ｉｎ−Ｚｎ系酸化物、Ｓｎ−Ｚｎ系酸化物、Ａｌ−Ｚｎ系酸化物、Ｚｎ−Ｍｇ系酸化物、Ｓｎ−Ｍｇ系酸化物、Ｉｎ−Ｍｇ系酸化物、Ｉｎ−Ｇａ系酸化物、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ａｌ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ系酸化物、Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物、Ａｌ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物、Ｓｎ−Ａｌ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｈｆ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｚｒ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｔｉ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｓｃ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｙ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｌａ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｃｅ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｐｒ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｎｄ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｓｍ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｅｕ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｇｄ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｔｂ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｄｙ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｈｏ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｅｒ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｔｍ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｙｂ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｌｕ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｈｆ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ａｌ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｓｎ−Ａｌ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｈｆ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｈｆ−Ａｌ−Ｚｎ系酸化物を用いることができる。

ここで、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物とは、ＩｎとＧａとＺｎを主成分として有する酸化物という意味であり、ＩｎとＧａとＺｎの比率は問わない。また、ＩｎとＧａとＺｎ以外の金属元素が入っていてもよい。

また、酸化物半導体として、ＩｎＭＯ_３（ＺｎＯ）_ｍ（ｍ＞０）で表記される材料を用いてもよい。なお、Ｍは、Ｇａ、Ｆｅ、ＭｎおよびＣｏから選ばれた一の金属元素または複数の金属元素、若しくは上記のスタビライザーとしての元素を示す。また、酸化物半導体として、Ｉｎ_２ＳｎＯ_５（ＺｎＯ）_ｎ（ｎ＞０）で表記される材料を用いてもよい。

例えば、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：３：２、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝３：１：２、あるいはＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝２：１：３の原子数比のＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物やその組成の近傍の酸化物を用いるとよい。

酸化物半導体膜に水素が多量に含まれると、酸化物半導体と結合することによって、水素の一部がドナーとなり、キャリアである電子を生じてしまう。これにより、酸化物半導体を含むトランジスタのしきい値電圧がマイナス方向にシフトしてしまう。そのため、酸化物半導体膜の形成後において、脱水化処理（脱水素化処理）を行い酸化物半導体膜から、水素、又は水分を除去して不純物が極力含まれないように高純度化することが好ましい。

なお、酸化物半導体膜への脱水化処理（脱水素化処理）によって、酸化物半導体膜から酸素も同時に減少してしまうことがある。よって、酸化物半導体膜への脱水化処理（脱水素化処理）によって増加した酸素欠損を補填するため酸素を酸化物半導体膜に加える処理を行うことが好ましい。ここでは酸化物半導体膜に酸素を供給する処理を、加酸素化処理と記す場合がある、または酸化物半導体膜に含まれる酸素を化学量論的組成よりも多くする場合を過酸素化処理と記すことがある。

このように、酸化物半導体膜は、脱水化処理（脱水素化処理）により、水素または水分が除去され、加酸素化処理により酸素欠損を補填することによって、ｉ型（真性）化またはｉ型に限りなく近く実質的にｉ型（真性）である高純度化酸化物半導体膜とすることができる。なお、実質的に真性とは、酸化物半導体膜中にドナーに由来するキャリアが極めて少なく（ゼロに近く）、キャリア密度が１×１０^１７／ｃｍ^３以下、１×１０^１６／ｃｍ^３以下、１×１０^１５／ｃｍ^３以下、１×１０^１４／ｃｍ^３以下、１×１０^１３／ｃｍ^３以下であることをいう。

以下では、酸化物半導体膜の構造について説明する。

酸化物半導体膜は、単結晶酸化物半導体膜と非単結晶酸化物半導体膜とに大別される。非単結晶酸化物半導体膜とは、非晶質酸化物半導体膜、微結晶酸化物半導体膜、多結晶酸化物半導体膜、ＣＡＡＣ−ＯＳ（ＣＡｘｉｓＡｌｉｇｎｅｄＣｒｙｓｔａｌｌｉｎｅＯｘｉｄｅＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）膜などをいう。

非晶質酸化物半導体膜は、膜中における原子配列が不規則であり、結晶成分を有さない酸化物半導体膜である。微小領域においても結晶部を有さず、膜全体が完全な非晶質構造の酸化物半導体膜が典型である。

微結晶酸化物半導体膜は、例えば、１ｎｍ以上１０ｎｍ未満の大きさの微結晶（ナノ結晶ともいう。）を含む。従って、微結晶酸化物半導体膜は、非晶質酸化物半導体膜よりも原子配列の規則性が高い。そのため、微結晶酸化物半導体膜は、非晶質酸化物半導体膜よりも欠陥準位密度が低いという特徴がある。

ＣＡＡＣ−ＯＳ膜は、複数の結晶部を有する酸化物半導体膜の一つであり、ほとんどの結晶部は、一辺が１００ｎｍ未満の立方体内に収まる大きさである。従って、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜に含まれる結晶部は、一辺が１０ｎｍ未満、５ｎｍ未満または３ｎｍ未満の立方体内に収まる大きさの場合も含まれる。ＣＡＡＣ−ＯＳ膜は、微結晶酸化物半導体膜よりも欠陥準位密度が低いという特徴がある。以下、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜について詳細な説明を行う。

ＣＡＡＣ−ＯＳ膜を透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ：ＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎＥｌｅｃｔｒｏｎＭｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）によって観察すると、結晶部同士の明確な境界、即ち結晶粒界（グレインバウンダリーともいう。）を確認することができない。そのため、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜は、結晶粒界に起因する電子移動度の低下が起こりにくいといえる。

ＣＡＡＣ−ＯＳ膜を、試料面と概略平行な方向からＴＥＭによって観察（断面ＴＥＭ観察）すると、結晶部において、金属原子が層状に配列していることを確認できる。金属原子の各層は、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の膜を形成する面（被形成面ともいう。）または上面の凹凸を反映した形状であり、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の被形成面または上面と平行に配列する。

一方、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜を、試料面と概略垂直な方向からＴＥＭによって観察（平面ＴＥＭ観察）すると、結晶部において、金属原子が三角形状または六角形状に配列していることを確認できる。しかしながら、異なる結晶部間で、金属原子の配列に規則性は見られない。

断面ＴＥＭ観察および平面ＴＥＭ観察より、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の結晶部は配向性を有していることがわかる。

ＣＡＡＣ−ＯＳ膜に対し、Ｘ線回折（ＸＲＤ：Ｘ−ＲａｙＤｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）装置を用いて構造解析を行うと、例えばＩｎＧａＺｎＯ_４の結晶を有するＣＡＡＣ−ＯＳ膜のｏｕｔ−ｏｆ−ｐｌａｎｅ法による解析では、回折角（２θ）が３１°近傍にピークが現れる場合がある。このピークは、ＩｎＧａＺｎＯ_４の結晶の（００９）面に帰属されることから、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の結晶がｃ軸配向性を有し、ｃ軸が被形成面または上面に概略垂直な方向を向いていることが確認できる。

一方、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜に対し、ｃ軸に概略垂直な方向からＸ線を入射させるｉｎ−ｐｌａｎｅ法による解析では、２θが５６°近傍にピークが現れる場合がある。このピークは、ＩｎＧａＺｎＯ_４の結晶の（１１０）面に帰属される。ＩｎＧａＺｎＯ_４の単結晶酸化物半導体膜であれば、２θを５６°近傍に固定し、試料面の法線ベクトルを軸（φ軸）として試料を回転させながら分析（φスキャン）を行うと、（１１０）面と等価な結晶面に帰属されるピークが６本観察される。これに対し、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の場合は、２θを５６°近傍に固定してφスキャンした場合でも、明瞭なピークが現れない。

以上のことから、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜では、異なる結晶部間ではａ軸およびｂ軸の配向は不規則であるが、ｃ軸配向性を有し、かつｃ軸が被形成面または上面の法線ベクトルに平行な方向を向いていることがわかる。従って、前述の断面ＴＥＭ観察で確認された層状に配列した金属原子の各層は、結晶のａｂ面に平行な面である。

なお、結晶部は、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜を成膜した際、または加熱処理などの結晶化処理を行った際に形成される。上述したように、結晶のｃ軸は、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の被形成面または上面の法線ベクトルに平行な方向に配向する。従って、例えば、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の形状をエッチングなどによって変化させた場合、結晶のｃ軸がＣＡＡＣ−ＯＳ膜の被形成面または上面の法線ベクトルと平行にならないこともある。

また、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜中の結晶化度が均一でなくてもよい。例えば、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の結晶部が、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の上面近傍からの結晶成長によって形成される場合、上面近傍の領域は、被形成面近傍の領域よりも結晶化度が高くなることがある。また、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜に不純物を添加する場合、不純物が添加された領域の結晶化度が変化し、部分的に結晶化度の異なる領域が形成されることもある。

なお、ＩｎＧａＺｎＯ_４の結晶を有するＣＡＡＣ−ＯＳ膜のｏｕｔ−ｏｆ−ｐｌａｎｅ法による解析では、２θが３１°近傍のピークの他に、２θが３６°近傍にもピークが現れる場合がある。２θが３６°近傍のピークは、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜中の一部に、ｃ軸配向性を有さない結晶が含まれることを示している。ＣＡＡＣ−ＯＳ膜は、２θが３１°近傍にピークを示し、２θが３６°近傍にピークを示さないことが好ましい。

ＣＡＡＣ−ＯＳ膜を用いたトランジスタは、可視光や紫外光の照射による電気特性の変動が小さい。よって、当該トランジスタは、信頼性が高い。

なお、酸化物半導体膜は、例えば、非晶質酸化物半導体膜、微結晶酸化物半導体膜、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜のうち、二種以上を有する積層膜であってもよい。

なお、本明細書において、「平行」とは、二つの直線が−１０°以上１０°以下の角度で配置されている状態をいう。従って、−５°以上５°以下の場合も含まれる。また、「垂直」とは、二つの直線が８０°以上１００°以下の角度で配置されている状態をいう。従って、８５°以上９５°以下の場合も含まれる。

また、本明細書において、結晶が三方晶または菱面体晶である場合、六方晶系として表す。

（実施の形態７）
本実施の形態では、上記実施の形態で説明したリフレッシュレートを低減する意義に関して説明を行う。

目の疲労には、神経系の疲労と、筋肉系の疲労の２種類がある。神経系の疲労は、長時間液晶表示装置の発光、点滅画面を見続けることで、その明るさが眼の網膜や神経、脳を刺激して疲れさせるものである。筋肉系の疲労は、ピント調節のときに使用する毛様体の筋肉を酷使することにより疲れさせるものである。

図３（Ａ）に、従来の液晶表示装置の表示を表す模式図を示す。図３（Ａ）に示すように、従来の液晶表示装置の表示では、１秒間に６０回の画像の書き換えが行われている。このような画面を長時間見続けることにより、使用者の眼の網膜や神経、脳を刺激して眼の疲労が引き起こされるおそれがあった。

本発明の一態様では、液晶表示装置の画素部に、オフ電流の極めて低いトランジスタ、例えば酸化物半導体を用いたトランジスタを適用する。また、液晶素子として、電圧保持率の高い液晶素子を適用する。これらによって、液晶層に印加された電荷のリークを抑制することが可能となるため、フレーム周波数を下げても、液晶表示装置の輝度の維持が可能となる。

つまり、図３（Ｂ）に示すように、例えば、５秒間に１回の画像の書き換えが可能となるため、極力長い時間同じ映像を見ることが可能となり、使用者に視認される画面のちらつきが低減される。これにより、使用者の眼の網膜や神経、脳の刺激が低減され、神経系の疲労が軽減される。

また、図４（Ａ）に示すように、１画素のサイズが大きい場合（例えば精細度が１５０ｐｐｉ未満の場合）、液晶表示装置に表示された文字はぼやけてしまう。液晶表示装置に表示されたぼやけた文字を長時間見続けると、毛様体の筋肉が、絶えずピントを合わせようと動いているにもかかわらず、ピントが合わせづらい状態が続くことになり、目に負担をかけてしまうおそれがあった。

これに対し、図４（Ｂ）に示すように、本発明の一態様にかかる液晶表示装置では、１画素のサイズが小さく高精細な表示が可能となるため、緻密で滑らかな表示とすることができる。これにより、毛様体の筋肉が、ピントを合わせやすくなるため、使用者の筋肉系の疲労が軽減される。

なお、目の疲労を定量的に測定する方法が検討されている。例えば、神経系の疲労の評価指標としては、臨界融合周波数（ＣＦＦ：ＣｒｉｔｉｃａｌＦｌｉｃｋｅｒ（Ｆｕｓｉｏｎ）Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）などが知られている。また、筋肉系の疲労の評価指標としては、調節時間や調節近点距離などが知られている。

そのほか、目の疲労を評価する方法として、脳波測定、サーモグラフィ法、瞬きの回数の測定、涙液量の評価、瞳孔の収縮反応速度の評価や、自覚症状を調査するためのアンケート等がある。

本発明の一態様によれば、目に優しい液晶表示装置を提供することができる。

（実施の形態８）
本明細書に開示する液晶表示装置は、さまざまな電子機器（遊技機も含む）に適用することができる。電子機器としては、例えば、テレビジョン装置（テレビ、またはテレビジョン受信機ともいう）、コンピュータ用などのモニタ、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ、デジタルフォトフレーム、携帯電話機（携帯電話、携帯電話装置ともいう）、携帯型ゲーム機、携帯情報端末、音響再生装置、パチンコ機などの大型ゲーム機などが挙げられる。

図５（Ａ）は、ノート型のパーソナルコンピュータであり、本体３００１、筐体３００２、表示部３００３、キーボード３００４などによって構成されている。上記実施の形態のいずれかで示した液晶表示装置を表示部３００３に適用することにより、低電圧駆動が可能で、低消費電力化を達成したノート型のパーソナルコンピュータとすることができる。

図５（Ｂ）は、携帯情報端末（ＰＤＡ）であり、本体３０２１には表示部３０２３と、外部インターフェイス３０２５と、操作ボタン３０２４等が設けられている。また操作用の付属品としてスタイラス３０２２がある。上記実施の形態のいずれかで示した液晶表示装置を表示部３０２３に適用することにより、低電圧駆動が可能で、低消費電力化を達成した携帯情報端末（ＰＤＡ）とすることができる。

図５（Ｃ）は、電子書籍であり、筐体２７０１および筐体２７０３の２つの筐体で構成されている。筐体２７０１および筐体２７０３は、軸部２７１１により一体とされており、該軸部２７１１を軸として開閉動作を行うことができる。このような構成により、紙の書籍のような動作を行うことが可能となる。

筐体２７０１には表示部２７０５が組み込まれ、筐体２７０３には表示部２７０７が組み込まれている。表示部２７０５および表示部２７０７は、続き画面を表示する構成としてもよいし、異なる画面を表示する構成としてもよい。異なる画面を表示する構成とすることで、例えば右側の表示部（図５（Ｃ）では表示部２７０５）に文章を表示し、左側の表示部（図５（Ｃ）では表示部２７０７）に画像を表示することができる。上記実施の形態のいずれかで示した液晶表示装置を表示部２７０５、表示部２７０７に適用することにより、低電圧駆動が可能で、低消費電力化を達成した電子書籍とすることができる。表示部２７０５として半透過型、又は反射型の液晶表示装置を用いる場合、比較的明るい状況下での使用も予想されるため、太陽電池を設け、太陽電池による発電、及びバッテリーでの充電を行えるようにしてもよい。なおバッテリーとしては、リチウムイオン電池を用いると、小型化を図れる等の利点がある。

また、図５（Ｃ）では、筐体２７０１に操作部などを備えた例を示している。例えば、筐体２７０１において、電源２７２１、操作キー２７２３、スピーカー２７２５などを備えている。操作キー２７２３により、頁を送ることができる。なお、筐体の表示部と同一面にキーボードやポインティングデバイスなどを備える構成としてもよい。また、筐体の裏面や側面に、外部接続用端子（イヤホン端子、ＵＳＢ端子など）、記録媒体挿入部などを備える構成としてもよい。さらに、電子書籍は、電子辞書としての機能を持たせた構成としてもよい。

また、電子書籍は、無線で情報を送受信できる構成としてもよい。無線により、電子書籍サーバから、所望の書籍データなどを購入し、ダウンロードする構成とすることも可能である。

図５（Ｄ）は、携帯電話であり、筐体２８００及び筐体２８０１の二つの筐体で構成されている。筐体２８０１には、表示パネル２８０２、スピーカー２８０３、マイクロフォン２８０４、ポインティングデバイス２８０６、カメラ用レンズ２８０７、外部接続端子２８０８などを備えている。また、筐体２８００には、携帯電話の充電を行う太陽電池セル２８１０、外部メモリスロット２８１１などを備えている。また、アンテナは筐体２８０１内部に内蔵されている。上記実施の形態のいずれかで示した液晶表示装置を表示パネル２８０２に適用することにより、低電圧駆動が可能で、低消費電力化を達成した携帯電話とすることができる。

また、表示パネル２８０２はタッチパネルを備えており、図５（Ｄ）には映像表示されている複数の操作キー２８０５を点線で示している。なお、太陽電池セル２８１０で出力される電圧を各回路に必要な電圧に昇圧するための昇圧回路も実装している。

表示パネル２８０２は、使用形態に応じて表示の方向が適宜変化する。また、表示パネル２８０２と同一面上にカメラ用レンズ２８０７を備えているため、テレビ電話が可能である。スピーカー２８０３及びマイクロフォン２８０４は音声通話に限らず、テレビ電話、録音、再生などが可能である。さらに、筐体２８００と筐体２８０１は、スライドし、図５（Ｄ）のように展開している状態から重なり合った状態とすることができ、携帯に適した小型化が可能である。

外部接続端子２８０８はＡＣアダプタ及びＵＳＢケーブルなどの各種ケーブルと接続可能であり、充電及びパーソナルコンピュータなどとのデータ通信が可能である。また、外部メモリスロット２８１１に記録媒体を挿入し、より大量のデータ保存及び移動に対応できる。

また、上記機能に加えて、赤外線通信機能、テレビ受信機能などを備えたものであってもよい。

図５（Ｅ）は、デジタルビデオカメラであり、本体３０５１、表示部（Ａ）３０５７、接眼部３０５３、操作スイッチ３０５４、表示部（Ｂ）３０５５、バッテリー３０５６などによって構成されている。上記実施の形態のいずれかで示した液晶表示装置を表示部（Ａ）３０５７、表示部（Ｂ）３０５５に適用することにより、低電圧駆動が可能で、低消費電力化を達成したデジタルビデオカメラとすることができる。

図５（Ｆ）は、テレビジョン装置であり、筐体９６０１や表示部９６０３などによって構成されている。表示部９６０３により、映像を表示することが可能である。また、ここでは、スタンド９６０５により筐体９６０１を支持した構成を示している。上記実施の形態のいずれかで示した液晶表示装置を表示部９６０３に適用することにより、低電圧駆動が可能で、低消費電力化を達成したテレビジョン装置とすることができる。

テレビジョン装置の操作は、筐体９６０１が備える操作スイッチや、別体のリモコン操作機により行うことができる。また、リモコン操作機に、当該リモコン操作機から出力する情報を表示する表示部を設ける構成としてもよい。

なお、テレビジョン装置は、受信機やモデムなどを備えた構成とする。受信機により一般のテレビ放送の受信を行うことができ、さらにモデムを介して有線または無線による通信ネットワークに接続することにより、一方向（送信者から受信者）または双方向（送信者と受信者間、あるいは受信者間同士など）の情報通信を行うことも可能である。

本実施例では、実施の形態２において構造式（１００）で表される２，５−ジフルオロ−４’−（ｔｒａｎｓ−４−ｎ−プロピルシクロヘキシル）ビフェニル（略称：ＣＰＰ−３ＦＨＨＦ）を合成する例を示す。

構造式（１００）で表される２，５−ジフルオロ−４’−（ｔｒａｎｓ−４−ｎ−プロピルシクロヘキシル）ビフェニル（略称：ＣＰＰ−３ＦＨＨＦ）の合成スキームを下記（Ｅ１−１）に示す。

２．７ｇ（９．５ｍｍｏｌ）の１−ブロモ−４−（ｔｒａｎｓ−４−ｎ−プロピルシクロヘキシル）ベンゼンと、１．８ｇ（１１ｍｍｏｌ）の２，５−ジフルオロフェニルボロン酸と、０．１４ｇ（０．４８ｍｍｏｌ）のトリス（２−メチルフェニル）ホスフィンと、２３ｍＬのトルエンと、２３ｍＬのエタノールと、９．５ｍＬの２Ｍ炭酸カリウム水溶液をフラスコに加え、減圧下で撹拌しながら脱気し、脱気後フラスコ内の雰囲気を窒素置換した。

この混合物に２１ｍｇ（０．１０ｍｍｏｌ）の酢酸パラジウム（ＩＩ）を加え、９０℃で３．５時間攪拌した。得られた混合物に酢酸エチルと水を加え、有機層を取り出し、水層を酢酸エチルで抽出した。得られた抽出溶液と有機層を合わせ、水と、飽和食塩水で洗浄後、硫酸マグネシウムで乾燥した。この混合物を自然濾過により濾別し、濾液を濃縮してセライト（和光純薬工業株式会社、カタログ番号：５３１−１６８５５）、アルミナ、フロリジール（和光純薬工業株式会社、カタログ番号：５４０−００１３５）を通して吸引ろ過した。この混合物をシリカゲルカラムクロマトグラフィー（展開溶媒：クロロホルム）により精製した。

得られたフラクションを濃縮し真空乾燥して、無色油状物を得た。この油状物を高速液体カラムクロマトグラフィー（ＨＰＬＣ）（展開溶媒：クロロホルム）により精製した。得られたフラクションを濃縮して、目的物である白色固体を収量０．４１ｇ、収率１４％で得た。この固体をトレインサブリメーション法により昇華精製した。昇華精製は、圧力２．６Ｐａ、アルゴン流量１０ｍＬ／ｍｉｎの条件で、白色固体を１１５℃で加熱して行った。昇華精製後、目的物である２，５−ジフルオロ−４’−（ｔｒａｎｓ−４−ｎ−プロピルシクロヘキシル）ビフェニルの白色固体を収量０．１４ｇ、回収率３４％で得た。

核磁気共鳴法（ＮＭＲ）によって、この化合物が目的物である２，５−ジフルオロ−４’−（ｔｒａｎｓ−４−ｎ−プロピルシクロヘキシル）ビフェニル（ＣＰＰ−３ＦＨＨＦ）であることを確認した。

得られた物質ＣＰＰ−３ＦＨＨＦ（略称）の^１ＨＮＭＲデータを以下に示す。また、図６にＮＭＲチャートを示す。なお、図６（Ｂ）は、図６（Ａ）における０ｐｐｍ〜５．０ｐｐｍの範囲を拡大して表したチャートである。また、図６（Ｃ）は、図６（Ａ）における５．０ｐｐｍ〜１０ｐｐｍの範囲を拡大して表したチャートである。

^１ＨＮＭＲ（ＣＤＣｌ_３、３００ＭＨｚ）：δ（ｐｐｍ）＝０．９１（ｔ、３Ｈ）、１．００−１．５１（ｍ、９Ｈ）、１．８７−１．９５（ｍ、４Ｈ）、２．４７−２．５６（ｍ、１Ｈ）、６．９６−７．１６（ｍ、３Ｈ）、７．２９（ｄ、２Ｈ）、７．４６（ｄ、２Ｈ）。

本実施例では、実施の形態２において構造式（２００）で表される２，６−ジメチル−４’−（ｔｒａｎｓ−４−ｎ−プロピルシクロヘキシル）ビフェニル（略称：ＣＰＰ−３ＭｅＨＨＨＭｅ）を合成する例を示す。

構造式（２００）で表される２，６−ジメチル−４’−（ｔｒａｎｓ−４−ｎ−プロピルシクロヘキシル）ビフェニル（略称：ＣＰＰ−３ＭｅＨＨＨＭｅ）の合成スキームを下記（Ｅ２−１）に示す。

２．８ｇ（９．８ｍｍｏｌ）の１−ブロモ−４−（ｔｒａｎｓ−４−ｎ−プロピルシクロヘキシル）ベンゼンと、１．８ｇ（１２ｍｍｏｌ）の２，６−ジメチルフェニルボロン酸と、０．１５ｇ（０．４９ｍｍｏｌ）のトリス（２−メチルフェニル）ホスフィンと、２５ｍＬのトルエンと、２５ｍＬのエタノールと、９．８ｍＬの２Ｍ炭酸カリウム水溶液をフラスコに加え、減圧下で撹拌しながら脱気し、脱気後フラスコ内の雰囲気を窒素置換した。

この混合物に２２ｍｇ（０．１０ｍｍｏｌ）の酢酸パラジウム（ＩＩ）を加え、９０℃で２．５時間攪拌した。得られた混合物に酢酸エチルと水を加え、有機層を取り出し、水層を酢酸エチルで抽出した。得られた抽出溶液と有機層を合わせ、水と、飽和食塩水で洗浄後、硫酸マグネシウムで乾燥した。この混合物を自然濾過により濾別し、濾液を濃縮してセライト、アルミナ、フロリジールを通して吸引ろ過した。この混合物をシリカゲルカラムクロマトグラフィー（展開溶媒：クロロホルム）により精製した。

得られたフラクションを濃縮し真空乾燥して、黄色固体を得た。この固体を高速液体カラムクロマトグラフィー（ＨＰＬＣ）（展開溶媒：クロロホルム）により精製した。得られたフラクションを濃縮して、目的物である淡黄色固体を収量２．２ｇ、収率７３％で得た。

この固体をトレインサブリメーション法により昇華精製した。昇華精製は、圧力２．６Ｐａ、アルゴン流量１０ｍＬ／ｍｉｎの条件で、淡黄色固体を１２６℃で加熱して行った。昇華精製後、目的物である２，６−ジメチル−４’−（ｔｒａｎｓ−４−ｎ−プロピルシクロヘキシル）ビフェニルの白色固体を収量１．１ｇ、回収率５０％で得た。

核磁気共鳴法（ＮＭＲ）によって、この化合物が目的物である２，６−ジメチル−４’−（ｔｒａｎｓ−４−ｎ−プロピルシクロヘキシル）ビフェニル（ＣＰＰ−３ＭｅＨＨＨＭｅ）であることを確認した。

得られた物質ＣＰＰ−３ＭｅＨＨＨＭｅ（略称）の^１ＨＮＭＲデータを以下に示す。また、図７にＮＭＲチャートを示す。なお、図７（Ｂ）は、図７（Ａ）における０ｐｐｍ〜５．０ｐｐｍの範囲を拡大して表したチャートである。また、図７（Ｃ）は、図７（Ａ）における５．０ｐｐｍ〜１０ｐｐｍの範囲を拡大して表したチャートである。

^１ＨＮＭＲ（ＣＤＣｌ_３、３００ＭＨｚ）：δ（ｐｐｍ）＝０．９１（ｔ、３Ｈ）、１．０１−１．５９（ｍ、９Ｈ）、１．８７−１．９８（ｍ、４Ｈ）、２．０３（ｓ、６Ｈ）、２．４７−２．５５（ｍ、１Ｈ）、７．０３−７．１７（ｍ、５Ｈ）、７．２４（ｄ、２Ｈ）。

また、ＣＰＰ−３ＭｅＨＨＨＭｅ（略称）のジクロロメタン溶液の吸収スペクトルを図８に示す。図８では、比較例として、フェニル基の２位及び６位にメチル基を有さない４−（ｔｒａｎｓ−４−ｎ−プロピルシクロヘキシル）ビフェニル（略称：ＣＰＰ−３）、２，６−ジフルオロ−４’−（ｔｒａｎｓ−４−ｎ−プロピルシクロヘキシル）ビフェニル（略称：ＣＰＰ−３ＦＨＨＨＦ）のジクロロメタン溶液の吸収スペクトルをともに示す。なお、図８において比較例として用いた有機化合物の構造式を下記に示す。

図８において吸収スペクトルの測定には、紫外可視分光光度計（日本分光株式会社製、Ｖ５５０型）を用いた。溶液は石英セルに入れて測定し、図８では、石英セルにジクロロメタンのみを入れて測定した吸収スペクトルを差し引いた吸収スペクトルを示す。なお、図８において横軸は波長（ｎｍ）、縦軸は強度（任意単位）を表す。

図８より、本実施例のＣＰＰ−３ＭｅＨＨＨＭｅ（略称）では、２３０ｎｍ付近に吸収スペクトルのピークが見られることを確認した。また、比較例のＣＰＰ−３（略称）では、２５５ｎｍ付近に吸収スペクトルのピークが見られ、ＣＰＰ−３ＦＨＨＨＦ（略称）では、２６０ｎｍ付近に吸収スペクトルのピークが見られた。したがって、本実施例で示すフェニル基の２位及び６位にメチル基を有するＣＰＰ−３ＭｅＨＨＨＭｅ（略称）は、吸収スペクトルのピークがフェニル基の２位及び６位にメチル基を有さない化合物よりも短波長側にシフトしていることが確認された。

本実施例では、実施の形態２において構造式（１１２）で表される２−フルオロ−４’−（ｔｒａｎｓ−４−ｎ−プロピルシクロヘキシル）ビフェニル（略称：Ｎ−ＣＰＰ（Ｆ）−３）を合成する例を示す。

［ステップ１：２−フルオロ−４’−（ｔｒａｎｓ−４−ｎ−プロピルシクロヘキシル）ビフェニル（略称：Ｎ−ＣＰＰ（Ｆ）−３）の合成］
１．０ｇ（４．１ｍｍｏｌ）の４−（ｔｒａｎｓ−４−ｎ−プロピルシクロヘキシル）フェニルボロン酸と、０．８５ｇ（４．９ｍｍｏｌ）の２−ブロモフルオロベンゼンと、０．０６２ｇ（０．２０ｍｍｏｌ）のトリス（２−メチルフェニル）ホスフィンと、２０ｍＬのトルエンと、２０ｍＬのエタノールと、４．９ｍＬの２Ｍ炭酸カリウム水溶液をフラスコに加え、減圧下で撹拌しながら脱気し、脱気後フラスコ内の雰囲気を窒素置換した。

この混合物に９．１ｍｇ（０．０４１ｍｍｏｌ）の酢酸パラジウム（ＩＩ）を加え、９０℃で３時間攪拌した。得られた混合物にトルエンと水を加え、有機層を取り出し、水層をトルエンで抽出した。得られた抽出溶液と有機層を合わせ、水と、飽和食塩水で洗浄後、硫酸マグネシウムで乾燥した。この混合物を自然濾過により濾別し、濾液を濃縮してセライト、アルミナ、フロリジールを通して吸引ろ過した。この混合物をシリカゲルカラムクロマトグラフィー（展開溶媒：ヘキサン）により精製した。

得られたフラクションを濃縮して、白色固体を得た。この固体を高速液体カラムクロマトグラフィー（ＨＰＬＣ）（展開溶媒：クロロホルム）により精製した。得られたフラクションを濃縮して、目的物である白色固体を収量０．８０ｇ、収率６７％で得た。

この固体をトレインサブリメーション法により昇華精製した。昇華精製は、圧力５．０Ｐａ、アルゴン流量１０ｍＬ／ｍｉｎの条件で、白色固体を８０℃で加熱して行った。昇華精製後、目的物である２−フルオロ−４’−（ｔｒａｎｓ−４−ｎ−プロピルシクロヘキシル）ビフェニル（略称：Ｎ−ＣＰＰ（Ｆ）−３）の白色固体を収量０．５８ｇ、回収率７３％で得た。以上のステップ１の合成スキームを、下記（Ｅ３−１）に示す。

得られた物質Ｎ−ＣＰＰ（Ｆ）−３（略称）の^１ＨＮＭＲデータを以下に示す。また、図９にＮＭＲチャートを示す。

^１ＨＮＭＲ（ＣＤＣｌ_３、３００ＭＨｚ）：δ（ｐｐｍ）＝０．９１（ｔ、３Ｈ）、１．０１−１．５６（ｍ、９Ｈ）、１．８７−１．９６（ｍ、４Ｈ）、２．４７−２．５５（ｍ、１Ｈ）、７．１０−７．３２（ｍ、５Ｈ）、７．４０−７．５０（ｍ、２Ｈ）。

また、Ｎ−ＣＰＰ（Ｆ）−３（略称）のジクロロメタン溶液の吸収スペクトルを図１０に示す。

本実施例では、実施例２で作製した本発明の一態様の有機化合物であるＣＰＰ−３ＭｅＨＨＨＭｅ（略称）と実施例３で作製した本発明の一態様の有機化合物であるＮ−ＣＰＰ（Ｆ）−３（略称）を使用した液晶組成物（実施例試料１１乃至実施例試料１４）と、比較例として本発明の一態様の有機化合物を含有しない液晶組成物（比較例試料１１及び比較例試料１２）とを用いて液晶素子を作製し、それぞれの電圧保持特性の評価を行った。

本実施例で作製した液晶素子に用いた液晶組成物の構成を表１（実施例試料１１）、表２（実施例試料１２）、表３（実施例試料１３）及び表４（実施例試料１４）に示す。割合（混合比）は全て重量比で表している。

比較例試料としては、ＣＰＰ−３ＭｅＨＨＨＭｅ（略称）、又はＮ−ＣＰＰ（Ｆ）−３（略称）を添加しない、実施例試料１１又は実施例試料１３の母体材料として用いた混合液晶ＭＬＣ−７０３０（メルク株式会社製）を比較例試料１１とし、ＣＰＰ−３ＭｅＨＨＨＭｅ（略称）、又はＮ−ＣＰＰ（Ｆ）−３（略称）を添加しない、実施例試料１２又は実施例試料１４の母体材料として用いた混合液晶Ｅ−８（株式会社ＬＣＣ製）を比較例試料１２とした。混合液晶ＭＬＣ−７０３０、及び混合液晶Ｅ−８はともに誘電率の異方性が正である混合液晶である。

実施例試料１１乃至実施例試料１４の液晶素子は、透明電極層及び配向膜が形成されたガラス基板同士が配向膜を内側にして空隙（２μｍ）を有してシール材によって貼り合わせた後、注入法によって等方相の状態で攪拌した表１乃至表４で示す材料及び割合で混合させた液晶組成物を基板間に注入して作製した。

比較例試料１１及び比較例試料１２の液晶素子についても同様のセルに混合液晶ＭＬＣ−７０３０、又は混合液晶Ｅ−８をそれぞれ注入して作製した。

透明電極層は酸化珪素を含むインジウム錫酸化物（ＩＴＳＯ）を用いてスパッタリング法にて形成した。なお、その膜厚は１１０ｎｍとした。また、シール材は熱硬化型シール材を用い、硬化処理として０．３ｋｇｆ／ｃｍ^２の圧力をかけながら、１６０℃、６時間の熱処理を行い硬化させた。

続いて、これらの試料の電圧保持率を６２５４型液晶物性評価装置（東陽テクニカ社製）で測定した。測定条件は、選択期間を６０μｓｅｃ、非選択期間を１６．６７ｍｓｅｃ、選択期間中の印加電圧を５Ｖ、測定温度を３０℃とした。そして印加電圧５Ｖに対する１６．６７ｍｓｅｃ後の保持電圧の比を電圧保持率として測定した。

実施例試料１１及び実施例試料１２、比較例試料１１及び比較例試料１２の電圧保持率の結果を図１１（Ａ）に示す。

図１１（Ａ）より、電圧保持率の高いＭＬＣ−７０３０（比較例試料１１）に、ＣＰＰ−３ＭｅＨＨＨＭｅ（略称）を添加した実施例試料１１では比較例試料１１と同等の電圧保持特性が得られている。ここから、ＣＰＰ−３ＭｅＨＨＨＭｅ（略称）の添加によって、ＭＬＣ−７０３０の電圧保持特性は阻害されず、高い電圧保持特性を維持可能であることが示された。一方、電圧保持率の低いＥ−８（比較例試料１２）にＣＰＰ−３ＭｅＨＨＨＭｅ（略称）を添加した実施例試料１２では、比較例試料１２と比べて電圧保持特性の向上が確認された。ここから、ＣＰＰ−３ＭｅＨＨＨＭｅ（略称）を添加することで、液晶組成物の母体材料に依存せずに高い電圧保持率を有する液晶素子を形成可能であることが示された。

続いて、実施例試料１３及び実施例試料１４、比較例試料１１及び比較例試料１２の電圧保持率の結果を図１１（Ｂ）に示す。

図１１（Ｂ）より、電圧保持率の高いＭＬＣ−７０３０（比較例試料１１）に、Ｎ−ＣＰＰ（Ｆ）−３（略称）を添加した実施例試料１３では比較例試料１１と同等の電圧保持特性が得られている。ここから、Ｎ−ＣＰＰ（Ｆ）−３（略称）の添加によって、ＭＬＣ−７０３０の電圧保持特性は阻害されず、高い電圧保持特性を維持可能であることが示された。一方、電圧保持率の低いＥ−８（比較例試料１２）にＮ−ＣＰＰ（Ｆ）−３（略称）を添加した実施例試料１４では、比較例試料１２と比べて電圧保持特性の向上が確認された。ここから、Ｎ−ＣＰＰ（Ｆ）−３（略称）を添加することで、液晶組成物の母体材料に依存せずに高い電圧保持率を有する液晶素子を形成可能であることが示された。

以上より、本発明の一態様の有機化合物であるＣＰＰ−３ＭｅＨＨＨＭｅ（略称）、又はＮ−ＣＰＰ（Ｆ）−３（略称）を含む液晶組成物を液晶素子に適用することで、該液晶素子を電圧保持率の高い素子とすることが可能となる。これは、本発明の一態様の有機化合物であるＣＰＰ−３ＭｅＨＨＨＭｅ（略称）、又はＮ−ＣＰＰ（Ｆ）−３（略称）を含む液晶組成物が高い抵抗率を有するためと考察することができる。

本実施例で示す実施例試料１１乃至実施例試料１４は、高い電圧保持率を有するため、該実施例試料を用いた液晶素子を液晶表示装置に適用することで、液晶表示装置の低消費電力化を図ることが可能となる。また、リフレッシュレートを低減させた駆動方法を適用した場合であっても、表示品質を損なうことなく駆動させることが可能となる。

本実施例では、実施の形態３において構造式（３０１）で表される２−フルオロ−３−［４−（ｔｒａｎｓ−４−ｎ−ペンチルシクロヘキシル）フェニル］ピリジン（略称：Ｎ−ＣＰＰｙ（Ｆ）−５）を合成する例を示す。

［ステップ１：４−（ｔｒａｎｓ−４−ｎ−ペンチルシクロヘキシル）フェニルボロン酸の合成］
６．８ｇ（２２ｍｍｏｌ）の１−ブロモ−４−（ｔｒａｎｓ−４−ｎ−ペンチルシクロヘキシル）ベンゼンと、１１８ｍＬのテトラヒドロフラン（ＴＨＦ）を３００ｍＬの三口フラスコへ入れ−８０℃で攪拌した。この混合物へ１５ｍＬ（２４ｍｍｏｌ）のブチルリチウムを滴下し、−８０℃で２時間攪拌した。この混合物へ３．２ｍＬ（２９ｍｍｏｌ）のトリメチルボラートを加え室温で２４時間攪拌した。この混合物へ希塩酸を加え室温で１時間攪拌した。

得られた混合物に飽和炭酸水素ナトリウム水溶液を加え中和し、有機層を取り出し、水層を酢酸エチルで抽出した。得られた抽出溶液と有機層を合わせ、水と、飽和食塩水で洗浄後、硫酸マグネシウムで乾燥した。この混合物を自然濾過により濾別し、濾液を濃縮して白色固体を得た。得られた固体にヘキサンを加え超音波を照射し、吸引濾過により固体を濾別し、目的物である４−（ｔｒａｎｓ−４−ｎ−ペンチルシクロヘキシル）フェニルボロン酸の白色固体を収量２．９ｇ、収率４８％で得た。以上のステップ１の合成スキームを、下記（Ｅ４−１）に示す。

［ステップ２：２−フルオロ−３−［４−（ｔｒａｎｓ−４−ｎ−ペンチルシクロヘキシル）フェニル］ピリジンの合成］
０．９０ｇ（５．１ｍｍｏｌ）の３−ブロモ−２−フルオロピリジンと、１．４ｇ（５．１ｍｍｏｌ）の４−（ｔｒａｎｓ−４−ｎ−ペンチルシクロヘキシル）フェニルボロン酸と、８０ｍｇ（０．２６ｍｍｏｌ）のトリス（２−メチルフェニル）ホスフィンと、１３ｍＬのトルエンと、１３ｍＬのエタノールと、５．１ｍＬの２Ｍ炭酸カリウム水溶液をフラスコに加え、減圧下で撹拌しながら脱気し、脱気後フラスコ内の雰囲気を窒素置換した。この混合物に１２ｍｇ（５１μｍｏｌ）の酢酸パラジウム（ＩＩ）を加え、９０℃で１７．５時間攪拌した。

得られた混合物に酢酸エチルと水を加え、有機層を取り出し、水層を酢酸エチルで抽出した。得られた抽出溶液と有機層を合わせ、水と、飽和食塩水で洗浄後、硫酸マグネシウムで乾燥した。この混合物を自然濾過により濾別し、濾液を濃縮してセライト（和光純薬工業株式会社、カタログ番号：５３１−１６８５５）、アルミナ、フロリジール（和光純薬工業株式会社、カタログ番号：５４０−００１３５）、シリカゲルを通して吸引ろ過した。得られた濾液を濃縮し、淡褐色固体を得た。この固体を高速液体カラムクロマトグラフィー（ＨＰＬＣ）（展開溶媒：クロロホルム）により精製した。得られたフラクションを濃縮して、目的物である白色固体を収量０．７４ｇ、収率４６％で得た。この固体をトレインサブリメーション法により昇華精製した。昇華精製は、圧力２．６Ｐａ、アルゴン流量１０ｍＬ／ｍｉｎの条件で、白色固体を１３５℃で加熱して行った。昇華精製後、目的物である２−フルオロ−３−［４−（ｔｒａｎｓ−４−ｎ−ペンチルシクロヘキシル）フェニル］ピリジンの白色固体を収量０．３３ｇ、回収率４５％で得た。以上のステップ２の合成スキームを、下記（Ｅ４−２）に示す。

核磁気共鳴法（ＮＭＲ）によって、この化合物が目的物である２−フルオロ−３−［４−（ｔｒａｎｓ−４−ｎ−ペンチルシクロヘキシル）フェニル］ピリジン（Ｎ−ＣＰＰｙ（Ｆ）−５）であることを確認した。

得られた物質Ｎ−ＣＰＰｙ（Ｆ）−５（略称）の^１ＨＮＭＲデータを以下に示す。また、図１２にＮＭＲチャートを示す。なお、図１２（Ｂ）は、図１２（Ａ）における０ｐｐｍ〜５．０ｐｐｍの範囲を拡大して表したチャートである。また、図１２（Ｃ）は、図１２（Ａ）における５．０ｐｐｍ〜１０ｐｐｍの範囲を拡大して表したチャートである。

^１ＨＮＭＲ（ＣＤＣｌ_３、３００ＭＨｚ）：δ（ｐｐｍ）＝０．９０（ｔ、３Ｈ）、１．０５−１．５４（ｍ、１３Ｈ）、１．８７−１．９５（ｍ、４Ｈ）、２．４８−２．５７（ｍ、１Ｈ）、７．２４−７．２８（ｍ、１Ｈ）、７．３１（ｄ、２Ｈ）、７．５０（ｄ、２Ｈ）、７．８７（ｔ、１Ｈ）、８．１７（ｄ、１Ｈ）。

本実施例では、実施例５で作製した本発明の一態様の有機化合物であるＮ−ＣＰＰｙ（Ｆ）−５（略称）を使用した液晶組成物（実施例試料２１乃至実施例試料２３）と、比較例として本発明の一態様の有機化合物を含有しない液晶組成物（比較例試料２１乃至比較例試料２３）とを用いて液晶素子を作製し、それぞれの電圧保持特性の評価を行った。

本実施例で作製した液晶素子に用いた液晶組成物の構成を表５（実施例試料２１）、表６（実施例試料２２）、表７（実施例試料２３）に示す。割合（混合比）は全て重量比で表している。

比較例試料としては、実施例試料２１においてＮ−ＣＰＰｙ（Ｆ）−５（略称）を添加しない混合液晶ＭＬＣ−７０３０（メルク株式会社製）を比較例試料２１とし、実施例試料２２においてＮ−ＣＰＰｙ（Ｆ）−５（略称）を添加しない混合液晶Ｅ−８（株式会社ＬＣＣ製）を比較例試料２２とし、実施例試料２３においてＮ−ＣＰＰｙ（Ｆ）−５（略称）を添加しない混合液晶ＭＬＣ−３００６（メルク株式会社製）を比較例試料２３とした。混合液晶ＭＬＣ−７０３０、及び混合液晶Ｅ−８はともに誘電率の異方性が正である混合液晶である。また、混合液晶ＭＬＣ−３００６は、誘電率の異方性が負である混合液晶である。

実施例試料２１乃至実施例試料２３の液晶素子は、透明電極層及び配向膜が形成されたガラス基板同士が配向膜を内側にして空隙（２μｍ）を有してシール材によって貼り合わせた後、注入法によって等方相の状態で攪拌した表５乃至表７で示す材料及び割合で混合させた液晶組成物を基板間に注入して作製した。

比較例試料２１乃至比較例試料２３の液晶素子についても同様のセルに混合液晶ＭＬＣ−７０３０、混合液晶Ｅ−８、又は混合液晶ＭＬＣ−３００６をそれぞれ注入して作製した。

実施例試料２１乃至実施例試料２３、比較例試料２１乃至比較例試料２３の電圧保持率の結果を図１３に示す。

図１３より、電圧保持率の高いＭＬＣ−７０３０（比較例試料２１）に、Ｎ−ＣＰＰｙ（Ｆ）−５（略称）を添加した実施例試料２１では比較例試料２１と同等の電圧保持特性が得られている。ここから、Ｎ−ＣＰＰｙ（Ｆ）−５（略称）の添加によって、ＭＬＣ−７０３０の電圧保持特性は阻害されず、高い電圧保持特性を維持可能であることが示された。一方、電圧保持率の低いＥ−８（比較例試料２２）にＮ−ＣＰＰｙ（Ｆ）−５（略称）を添加した実施例試料２２では、比較例試料２２と比べて電圧保持特性の向上が確認された。さらに、誘電率の異方性が負であるＭＬＣ−３００６（比較例試料２３）にＮ−ＣＰＰｙ（Ｆ）−５（略称）を添加した実施例試料２３は比較例試料２３と同等の高い電圧保持特性が得られている。ここから、Ｎ−ＣＰＰｙ（Ｆ）−５（略称）を添加することで、液晶組成物の母体材料に依存せずに高い電圧保持率を有する液晶素子を形成可能であることが示された。

以上より、本発明の一態様の有機化合物であるＮ−ＣＰＰｙ（Ｆ）−５（略称）を含む液晶組成物を液晶素子に適用することで、該液晶素子を電圧保持率の高い素子とすることが可能となる。これは、本発明の一態様の有機化合物であるＮ−ＣＰＰｙ（Ｆ）−５（略称）を含む液晶組成物が高い抵抗率を有することに起因する。

本実施例で示す実施例試料２１乃至実施例試料２３は、高い電圧保持率を有するため、該実施例試料を用いた液晶素子を液晶表示装置に適用することで、液晶表示装置の低消費電力化を図ることが可能となる。また、リフレッシュレートを低減させた駆動方法を適用した場合であっても、表示品質を損なうことなく駆動させることが可能となる。

２００基板
２０１基板
２０２ａ配向膜
２０２ｂ配向膜
２０８液晶組成物
２３０画素電極層
２３２共通電極層
４０１基板
４０２画素部
４０３信号線駆動回路
４０４走査線駆動回路
４０５シール材
４０６基板
４０８液晶層
４１０トランジスタ
４１１トランジスタ
４１３液晶素子
４１５接続端子電極
４１６端子電極
４１８ＦＰＣ
４１９異方性導電層
４２０ａゲート絶縁層
４２０ｂゲート絶縁層
４３１電極層
４３２ａ絶縁層
４３２ｂ絶縁層
４３３絶縁層
４３４電極層
４３５スペーサ
４３８絶縁層
４４０平坦化絶縁層
４４２絶縁層
４５０配線
４５２配線
２７０１筐体
２７０３筐体
２７０５表示部
２７０７表示部
２７１１軸部
２７２１電源
２７２３操作キー
２７２５スピーカー
２８００筐体
２８０１筐体
２８０２表示パネル
２８０３スピーカー
２８０４マイクロフォン
２８０５操作キー
２８０６ポインティングデバイス
２８０７カメラ用レンズ
２８０８外部接続端子
２８１０太陽電池セル
２８１１外部メモリスロット
３００１本体
３００２筐体
３００３表示部
３００４キーボード
３０２１本体
３０２２スタイラス
３０２３表示部
３０２４操作ボタン
３０２５外部インターフェイス
３０５１本体
３０５３接眼部
３０５４操作スイッチ
３０５６バッテリー
９６０１筐体
９６０３表示部
９６０５スタンド

Claims

下記一般式（Ｇ１２）で表される有機化合物。

（一般式（Ｇ１２）中、Ａｒ^３１は、シクロアルキレン基又はシクロアルケニレン基を表し、Ｒ^３１は、炭素数２乃至１１のアルキル基又はアルコキシ基を表す。また、Ｘ^３２乃至Ｘ^３４は、それぞれ独立に水素原子、又はフッ素原子を表す。ただし、Ｘ^３２乃至Ｘ^３４のうちフッ素原子の数は、２以下である。）
下記式（２００）で表される有機化合物。