JP6696312B2 - 液晶組成物および液晶表示素子 - Google Patents

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Description

本発明は、液晶組成物、この組成物を含有する液晶表示素子などに関する。特に、大きな光学異方性ならびに大きな正の誘電率異方性を有する液晶組成物、およびこの組成物を含有する素子に関する。
液晶表示素子において、液晶分子の動作モードに基づいた分類は、PC(phase change)、TN(twisted nematic)、STN(super twisted nematic)、ECB(electrically controlled birefringence)、OCB(optically compensated bend)、IPS(in-plane switching)、VA(vertical alignment)、FFS(Fringe Field Switching)、FPA(field-induced photo-reactive alignment)などのモードである。素子の駆動方式に基づいた分類は、PM(passive matrix)とAM(active matrix)である。PMはスタティック(static)とマルチプレックス(multiplex)などに分類され、AMはTFT(thin film transistor)、MIM(metal insulator metal)などに分類される。TFTの分類は非晶質シリコン(amorphous silicon)および多結晶シリコン(polycrystal silicon)である。後者は製造工程によって高温型と低温型とに分類される。光源に基づいた分類は、自然光を利用する反射型、バックライトを利用する透過型、そして自然光とバックライトの両方を利用する半透過型である。
液晶表示素子はネマチック相を有する液晶組成物を含有する。この組成物は適切な特性を有する。この組成物の特性を向上させることによって、良好な特性を有するAM素子を得ることができる。2つの特性における関連を下記の表1にまとめる。組成物の特性を市販されているAM素子に基づいてさらに説明する。ネマチック相の温度範囲は、素子の使用できる温度範囲に関連する。ネマチック相の好ましい上限温度は約70℃以上であり、そしてネマチック相の好ましい下限温度は約−10℃以下である。組成物の粘度は素子の応答時間に関連する。素子で動画を表示するためには短い応答時間が好ましい。1ミリ秒でもより短い応答時間が望ましい。したがって、組成物における小さな粘度が好ましい。しかしながら、カー効果に基づき電場誘起転移を示すモード(例えば、高分子安定化ブルー相(PSBP)液晶ディスプレイ、ナノカプセル液晶ディスプレイなど)ではこの限りではなく、液晶の粘性によらず、より高速な応答が期待できる。

Figure 0006696312
組成物の光学異方性は、素子のコントラスト比に関連する。素子のモードに応じて、大きな光学異方性または小さな光学異方性、すなわち適切な光学異方性が必要である。組成物の光学異方性(Δn)と素子のセルギャップ(d)との積(Δn×d)は、コントラスト比を最大にするように設計される。適切な積の値は動作モードの種類に依存する。TNのようなモードの素子では、適切な値は約0.45μmである。この場合、小さなセルギャップの素子には大きな光学異方性を有する組成物が好ましい。組成物における大きな誘電率異方性は、素子における低いしきい値電圧、小さな消費電力と大きなコントラスト比に寄与する。したがって、大きな誘電率異方性が好ましい。組成物における大きな比抵抗は、素子における大きな電圧保持率と大きなコントラスト比に寄与する。したがって、初期段階において室温だけでなくネマチック相の上限温度に近い温度でも大きな比抵抗を有する組成物が好ましい。長時間使用したあと、室温だけでなくネマチック相の上限温度に近い温度でも大きな比抵抗を有する組成物が好ましい。紫外線および熱に対する組成物の安定性は、液晶表示素子の寿命に関連する。これらの安定性が高いとき、この素子の寿命は長い。このような特性は、液晶プロジェクター、液晶テレビなどに用いるAM素子に好ましい。
TNモードを有するAM素子においては正の誘電率異方性を有する組成物が用いられる。VAモードを有するAM素子においては負の誘電率異方性を有する組成物が用いられる。IPSモードまたはFFSモードを有するAM素子においては正または負の誘電率異方性を有する組成物が用いられる。高分子支持配向(PSA;polymer sustained alignment)型のAM素子においては正または負の誘電率異方性を有する組成物が用いられる。正の誘電率異方性を有する液晶組成物の例は次の特許文献1ないし4に開示されている。
国際公報第2012/111423号パンフレット 国際公開第2012/126570号パンフレット
液晶表示素子技術は、主要な問題点がほとんど解決されつつある。視野角の問題は、マルチドメイン構造と光補償フィルムの使用で改善され、応答時間の問題は反応性モノマーの操作による液晶のプレチルト角の制御とオーバードライブ法の利用で改良され、コントラストの問題はバックライトのローカルデミング技術により軽減された。しかしながら、さらに細かく見ると、製造コストを低減する技術、フレキシブルディスプレイ技術など残された技術もまだある。これらを解決する活動として高分子分散液晶(PDLC)、ポリマーネットワーク液晶(PNLC)およびピクセルアイソレイテッド液晶(PILC)などが検討されているが解決するには至っていない。
これらの問題を解決する手段として、ナノカプセル化された液晶表示素子が検討されている。IPSモードと組合せるこの液晶表示素子技術の特徴は、(1)セル製造工程に配向層を必要とせず、片面基板構造であるため組立工程がなく費用対効果が高い。(2)電圧がオフの状態はナノカプセル化された層に定着された極度に小さい液晶ナノカプセルの粒子サイズ効果のために光学的に等方性である。(3)従来の液晶注入工程を必要とする代わりに、片面基板への液晶ナノカプセルの印刷法で製造されるためフレキシブルディスプレイと良好な適合性を示す。ナノカプセル化された液晶表示素子は、カー効果に基づき光学的な等方性状態から異方性状態に電場誘起転移を示す。できる限り大きなカー効果を得るために、大きな光学異方性および大きな誘電率異方性をもつネマチック相を示す液晶が適している。
また、このような大きな光学異方性および大きな誘電率異方性を必要とする素子として2D−3D間スイッチングを可能とする液晶レンズへの使用も考えられる。
2D−3D間スイッチング可能な素子のための技術として、(1)液晶バリアタイプ、および(2)液晶レンズタイプがある。液晶バリアタイプは製造が容易であり、2D−3D間スイッチングも容易である。しかしながら、液晶バリアによる輝度の低下により、3D画像の輝度が50%以上低下する欠点がある。液晶レンズタイプはこの欠点がない有望な素子として期待されている。
本発明の1つの目的は、ネマチック相の高い上限温度、ネマチック相の低い下限温度、大きな光学異方性、大きな正の誘電率異方性、紫外線に対する高い安定性などの特性において、少なくとも1つの特性を充足する液晶組成物を提供することである。他の目的は、少なくとも2つの特性のあいだで適切なバランスを有する液晶組成物を提供することである。別の目的は、このような組成物を含有する液晶表示素子を提供することである。別の目的は、このような液晶組成物がカプセルに内包された液晶表示素子を提供することである。別の目的は、このような液晶組成物が3Dレンズの構成要素となる液晶表示素子を提供することである。
本発明は、第一成分として式(1)で表される化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物、および第二成分として式(2−1)および式(2−2)で表される化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物を含有し、液晶組成物の重量に基づいて、式(1)で表される化合物の割合が7重量%から70重量%である、液晶組成物。

Figure 0006696312
式(1)、式(2−1)および式(2−2)において、R11、R12、R21およびR22は独立して、水素、炭素数1から12のアルキル、炭素数1から12のアルコキシ、または炭素数2から12のアルケニルであり、このアルキルおいて、互いに隣接しない任意の−CH−は−O−で置き換えられてもよく、これらの基において、少なくとも1つの水素はハロゲンで置き換えられてもよく;環A11および環A12は独立して、1,4−シクロへキシレン、1,4−シクロヘキセニレン、少なくとも1つの水素がハロゲンで置き換えられてもよい1,4−フェニレン、テトラヒドロピラン−2,5−ジイル、1,3−ジオキサン−2,5−ジイル、ピリミジン−2,5−ジイル、ナフタレン−2,6−ジイル、またはピリジン−2,5−ジイルであり;環A21および環A24は独立して、1,4−シクロヘキシレン、1,4−シクロヘキセニレン、少なくとも1つの水素がハロゲンで置き換えられてもよい1,4−フェニレン、テトラヒドロピラン−2,5−ジイル、1,3−ジオキサン−2,5−ジイル、ピリミジン−2,5−ジイル、ピリジン−2,5−ジイル、または少なくとも1つの水素がハロゲンで置き換えられてもよいベンゾチオフェン−2,6−ジイルであり;環A22、環A23、環A25および環A26は独立して、少なくとも1つの水素がフッ素で置き換えられてもよい1,4−フェニレンであり;aおよびbは独立して、0、1、2、3または4であり、aおよびbの和は4以下であり、aまたはbが2以上のとき、複数存在する環A11、環A12、Z12およびZ13は、同一であっても、異なっていてもよく;cおよびdは独立して、0、1または2であり、cまたはdが2を表す場合、複数存在する環A21、Z21、環A24およびZ23は、それぞれ同じであっても、異なっていてもよく;Z11は単結合または−O−であり;Z12およびZ13は独立して、単結合、−(CH−、−CH=CH−、−CF=CF−、−C≡C−、−COO−、−OCO−、−CFO−、−OCF−、−CHO−、−OCH−、−(CH−,−(CHCFO−、−(CHOCF−、−CFO(CH−,−OCF(CH−、−CH=CH−(CH−、または−(CH−CH=CH−であり;Z21、Z22、Z23およびZ24は独立して、単結合、−(CH−、−CH=CH−、−CF=CF−、−C≡C−、−COO−、−OCO−、−CFO−、−OCF−、−CHO−、−OCH−、−(CH−,−(CHCFO−、−(CHOCF−、−CFO(CH−,−OCF(CH−、−CH=CH−(CH−、または−(CH−CH=CH−であり;X11は、水素、フッ素、または塩素であり:X21、X22、X23およびX24は独立して、水素またはフッ素であり;Y21およびY22は独立して、フッ素、塩素、少なくとも1つの水素がハロゲンで置き換えられてもよい炭素数1から12のアルキル、少なくとも1つの水素がハロゲンで置き換えられてもよい炭素数1から12のアルコキシ、または少なくとも1つの水素がハロゲンで置き換えられてもよい炭素数2から12のアルケニルである。
本発明の長所は、ネマチック相の高い上限温度、ネマチック相の低い下限温度、大きな光学異方性、大きな正の誘電率異方性、紫外線に対する高い安定性などの特性において、少なくとも1つの特性を充足する液晶組成物が得られることである。別の長所は、少なくとも2つの特性のあいだで適切なバランスを有する液晶組成物が得られることである。別の長所は、このような液晶組成物を含有する液晶表示素子である。別の長所は、このような液晶組成物がカプセルに内包された液晶表示素子に利用できることである。別の長所は、このような液晶組成物が3Dレンズの構成要素となる液晶表示素子に利用できることである。
この明細書における用語の使い方は次のとおりである。「液晶組成物」および「液晶表示素子」の用語をそれぞれ「組成物」および「素子」と略すことがある。「液晶表示素子」は液晶表示パネルおよび液晶表示モジュールの総称である。「液晶性化合物」は、ネマチック相、スメクチック相などの液晶相を有する化合物、および液晶相を有しないがネマチック相の温度範囲、粘度、誘電率異方性のような特性を調節する目的で組成物に混合される化合物の総称である。この化合物は、例えば1,4−シクロヘキシレンや1,4−フェニレンのような六員環を有し、その分子構造は棒状(rod like)である。「重合性化合物」は、組成物中に重合体を生成させる目的で添加される化合物である。式(1)で表される化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物を「化合物(1)」と略すことがある。「化合物(1)」は、式(1)で表される1つの化合物または2つ以上の化合物を意味する。他の式で表される化合物についても同様である。「置き換えられた」に関する「少なくとも1つの」は、位置だけでなく、その個数についても制限なく選択してよいことを意味する。
液晶組成物は、複数の液晶性化合物を混合することによって調製される。液晶性化合物の割合(含有量)は、この液晶組成物の重量に基づいた重量百分率(重量%)で表される。この液晶組成物に、光学活性化合物、酸化防止剤、紫外線吸収剤、色素、消泡剤、重合性化合物、重合開始剤、重合禁止剤のような添加物が必要に応じて添加される。添加物の割合(添加量)は、液晶性化合物の割合と同様に、液晶組成物の重量に基づいた重量百分率(重量%)で表される。重量百万分率(ppm)が用いられることもある。重合開始剤および重合禁止剤の割合は、例外的に重合性化合物の重量に基づいて表される。
「ネマチック相の上限温度」を「上限温度」と略すことがある。「ネマチック相の下限温度」を「下限温度」と略すことがある。「比抵抗が大きい」は、組成物が初期段階において室温だけでなくネマチック相の上限温度に近い温度でも大きな比抵抗を有し、そして長時間使用したあと室温だけでなくネマチック相の上限温度に近い温度でも大きな比抵抗を有することを意味する。「電圧保持率が大きい」は、素子が初期段階において室温だけでなくネマチック相の上限温度に近い温度でも大きな電圧保持率を有し、そして長時間使用したあと室温だけでなくネマチック相の上限温度に近い温度でも大きな電圧保持率を有することを意味する。
「少なくとも1つの‘A’は、‘B’で置き換えられてもよい」の表現は、‘A’の数は任意であることを意味する。‘A’の数が1つのとき、‘A’の位置は任意であり、‘A’の数が2つ以上のときも、それらの位置は制限なく選択できる。このルールは、「少なくとも1つの‘A’が、‘B’で置き換えられた」の表現にも適用される。「少なくとも1つのAが、B、C、またはDで置き換えられてもよい」という表現は、任意のAがBで置き換えられる場合、任意のAがCで置き換えられる場合、および任意のAがDで置き換えられる場合、さらに複数のAがB、C、Dの少なくとも2つで置き換えられる場合を含むことを意味する。例えば、少なくとも1つの−CH−が−O−または−CH=CH−で置き換えられてもよいアルキルには、アルキル、アルケニル、アルコキシ、アルコキシアルキル、アルコキシアルケニル、アルケニルオキシアルキルが含まれる。なお、連続する2つの−CH−が−O−で置き換えられて、−O−O−のようになることは好ましくない。
成分化合物の化学式において、末端基R11の記号を複数の化合物に用いた。これらの化合物において、任意の2つのR11が表わす2つの基は同一であってもよく、または異なってもよい。例えば、化合物(1−1)のR11がエチルであり、化合物(1−2)のR11がエチルであるケースがある。化合物(1)のR11がエチルであり、化合物(1−2)のR11がプロピルであるケースもある。このルールは、R12、R21、R22、R31、R41,R42などの記号にも適用される。式(1)において、aが2のとき、2つの環A11が存在する。この化合物において、2つの環A11が表わす2つの環は、同一であってもよく、または異なってもよい。このルールは、Z12、Z13、環A12、環A21、Z21、環A24、Z23、環A31、Z31、環A42、Z42などにも適用される。
ハロゲンはフッ素、塩素、臭素およびヨウ素を意味する。好ましいハロゲンは、フッ素および塩素である。さらに好ましいハロゲンはフッ素である。アルキルは、直鎖状または分岐状であり、環状アルキルを含まない。直鎖状アルキルは、一般的に分岐状アルキルよりも好ましい。これらのことは、アルコキシ、アルケニルなどの末端基についても同様である。テトラヒドロピラン−2,5−ジイルは、下記の2つの二価基を意味する。化学式において、酸素はは左向き(L)であってもよいし、右向き(R)であってもよい。このルールは、1,4−シクロヘキセニレン、1,3−ジオキサン−2,5−ジイル、ピリミジン−2,5−ジイル、−ピリジン−2,5−ジイル、ベンゾチオフェン−2,6−ジイルのような、非対称な環の二価基にも適用される。

Figure 0006696312
本発明は、下記の項などである。
項1. 第一成分として式(1)で表される化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物、および第二成分として式(2−1)および式(2−2)で表される化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物を含有し、液晶組成物の重量に基づいて、式(1)で表される化合物の割合が7重量%から70重量%である、液晶組成物。

Figure 0006696312
式(1)、式(2−1)および式(2−2)において、R11、R12、R21およびR22は独立して、水素、炭素数1から12のアルキル、炭素数1から12のアルコキシ、または炭素数2から12のアルケニルであり、このアルキルおいて、互いに隣接しない任意の−CH−は−O−で置き換えられてもよく、これらの基において、少なくとも1つの水素はハロゲンで置き換えられてもよく;環A11および環A12は独立して、1,4−シクロへキシレン、1,4−シクロヘキセニレン、少なくとも1つの水素がハロゲンで置き換えられてもよい1,4−フェニレン、テトラヒドロピラン−2,5−ジイル、1,3−ジオキサン−2,5−ジイル、ピリミジン−2,5−ジイル、ナフタレン−2,6−ジイル、またはピリジン−2,5−ジイルであり;環A21および環A24は独立して、1,4−シクロヘキシレン、1,4−シクロヘキセニレン、少なくとも1つの水素がハロゲンで置き換えられてもよい1,4−フェニレン、テトラヒドロピラン−2,5−ジイル、1,3−ジオキサン−2,5−ジイル、ピリミジン−2,5−ジイル、ピリジン−2,5−ジイル、または少なくとも1つの水素がハロゲンで置き換えられてもよいベンゾチオフェン−2,6−ジイルであり;環A22、環A23、環A25および環A26は独立して、少なくとも1つの水素がフッ素で置き換えられてもよい1,4−フェニレンであり;aおよびbは独立して、0、1、2、3または4であり、aおよびbの和は4以下であり、aまたはbが2以上のとき、複数存在する環A11、環A12、Z12およびZ13は、同一であっても、異なっていてもよく;cおよびdは独立して、0、1または2であり、cまたはdが2を表す場合、複数存在する環A21、Z21、環A24およびZ23は、それぞれ同じであっても、異なっていてもよく;Z11は単結合または−O−であり、R11のZ11に隣接する末端が−O−であるときは、Z11は単結合であり;Z12およびZ13は独立して、単結合、−(CH−、−CH=CH−、−CF=CF−、−C≡C−、−COO−、−OCO−、−CFO−、−OCF−、−CHO−、−OCH−、−(CH−,−(CHCFO−、−(CHOCF−、−CFO(CH−,−OCF(CH−、−CH=CH−(CH−、または−(CH−CH=CH−であり;Z21、Z22、Z23およびZ24は独立して、単結合、−(CH−、−CH=CH−、−CF=CF−、−C≡C−、−COO−、−OCO−、−CFO−、−OCF−、−CHO−、−OCH−、−(CH−,−(CHCFO−、−(CHOCF−、−CFO(CH−,−OCF(CH−、−CH=CH−(CH−、または−(CH−CH=CH−であり;X11は、水素、フッ素、または塩素であり:X21、X22、X23およびX24は独立して、水素またはフッ素であり;Y21およびY22は独立して、フッ素、塩素、少なくとも1つの水素がハロゲンで置き換えられてもよい炭素数1から12のアルキル、少なくとも1つの水素がハロゲンで置き換えられてもよい炭素数1から12のアルコキシ、または少なくとも1つの水素がハロゲンで置き換えられてもよい炭素数2から12のアルケニルである。
項2. 第一成分として式(1−1)から式(1−8)で表される化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物を含有する、項1に記載の液晶組成物。
Figure 0006696312
これらの式において、R11およびR12は独立して、水素、炭素数1から12のアルキル、炭素数1から12のアルコキシ、または炭素数2から12のアルケニルであり、このアルキルおいて、互いに隣接しない任意の−CH−は−O−で置き換えられてもよく、これらの基において、少なくとも1つの水素はハロゲンで置き換えられてもよい。
項3. 第二成分として式(2−1−1)から式(2−1−19)および式(2−2−1)から式(2−2−3)で表される化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物を含有する、項1または2に記載の液晶組成物。

Figure 0006696312

Figure 0006696312

Figure 0006696312
これらの式において、R21およびR22は独立して、水素、炭素数1から12のアルキル、炭素数1から12のアルコキシ、または炭素数2から12のアルケニルであり、このアルキルおいて、互いに隣接しない任意の−CH−は−O−で置き換えられてもよく、これらの基において、少なくとも1つの水素はハロゲンで置き換えられてもよい。
項4. 液晶組成物の重量に基づいて、請求項1に記載の式(2−1)および式(2−2)で表される化合物の割合が10重量%から70重量%の範囲である、項1および2に記載の液晶組成物。
項5. 第三成分として式(3)で表される化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物をさらに含有する、項1から4のいずれか1項に記載の液晶組成物。

Figure 0006696312

式(3)において、R31は、水素、炭素数1から12のアルキル、炭素数1から12のアルコキシ、または炭素数2から12のアルケニルであり、このアルキルおいて、互いに隣接しない任意の−CH−は−O−で置き換えられてもよく、これらの基において、少なくとも1つの水素はハロゲンで置き換えられてもよく;環A31は、1,4−シクロヘキシレン、1,4−シクロヘキセニレン、少なくとも1つの水素がハロゲンで置き換えられてもよい1,4−フェニレン、テトラヒドロピラン−2,5−ジイル、1,3−ジオキサン−2,5−ジイル、ピリミジン−2,5−ジイル、またはピリジン−2,5−ジイルであり;環A32は少なくとも1つの水素がハロゲンで置き換えられてもよい1,4−フェニレンであり;Z31およびZ32は独立して、単結合、−(CH−、−CH=CH−、−CF=CF−、−C≡C−、−COO−、−OCO−、−CHO−、−OCH−、−(CH−,−(CHCFO−、−(CHOCF−、−CFO(CH−,−OCF(CH−、−CH=CH−(CH−、または−(CH−CH=CH−であり;X31およびX32は独立して、水素またはフッ素であり;Y31はフッ素、塩素、少なくとも1つの水素がハロゲンで置き換えられてもよい炭素数1から12のアルキル、少なくとも1つの水素がハロゲンで置き換えられてもよい炭素数1から12のアルコキシ、または少なくとも1つの水素がハロゲンで置き換えられてもよい炭素数2から12のアルケニルであり;eは、0、1、2または3であり、eが2または3を表す場合、複数存在する環A31およびZ31は、それぞれ同じであっても、異なっていてもよい。
項6. 第三成分として式(3−1)から式(3−12)で表される化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物を含有する、項1から5のいずれか1項に記載の液晶組成物。


Figure 0006696312

Figure 0006696312

これらの式において、R31は、水素、炭素数1から12のアルキル、炭素数1から12のアルコキシ、または炭素数2から12のアルケニルであり、このアルキルおいて、互いに隣接しない任意の−CH−は−O−で置き換えられてもよく、これらの基において、少なくとも1つの水素はハロゲンで置き換えられてもよい。
項7. 液晶組成物の重量に基づいて、第三成分の割合が0重量%から50重量%の範囲である、項1から6のいずれか1項に記載の液晶組成物。
項8. 第四成分として式(4)で表される化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物をさらに含有する、項1から7のいずれか1項に記載の液晶組成物。
Figure 0006696312
式(4)において、R41およびR42は独立して、水素、炭素数1から12のアルキル、炭素数1から12のアルコキシ、または炭素数2から12のアルケニルであり、このアルキルおいて、互いに隣接しない任意の−CH−は−O−で置き換えられてもよく、これらの基において、少なくとも1つの水素はハロゲンで置き換えられてもよく;環A41および環A42は独立して、1,4−シクロへキシレン、1,4−シクロヘキセニレン、少なくとも1つの水素がハロゲンで置き換えられていてもよい1,4−フェニレン、テトラヒドロピラン−2,5−ジイル、1,3−ジオキサン−2,5−ジイル、ピリミジン−2,5−ジイル、ナフタレン−2,6−ジイル、またはピリジン−2,5−ジイルであり;Z41およびZ42は独立して、単結合、−(CH−、−CH=CH−、−CF=CF−、−C≡C−、−COO−、−OCO−、−CFO−、−OCF−、−CHO−、−OCH−、−(CH−,−(CHCFO−、−(CHOCF−、−CFO(CH−,−OCF(CH−、−CH=CH−(CH−、または−(CH−CH=CH−であり;fは、0、1または2であり、fが2を表す場合、複数存在する環A42およびZ42は、それぞれ同じであっても、異なっていてもよい。
項9. 第四成分として式(4−1)から式(4−16)で表される化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物を含有する、項1から8のいずれか1項に記載の液晶組成物。

Figure 0006696312

Figure 0006696312

これらの式において、R41およびR42は独立して、水素、炭素数1から12のアルキル、炭素数1から12のアルコキシ、または炭素数2から12のアルケニルであり、このアルキルおいて、互いに隣接しない任意の−CH−は−O−で置き換えられてもよく、これらの基において、少なくとも1つの水素はハロゲンで置き換えられてもよい。
項10. 液晶組成物の重量に基づいて、第四成分の割合が0重量%から80重量%の範囲である、項1から9のいずれか1項に記載の液晶組成物。
項11. 波長589nmにおける光学異方性(25℃で測定)が0.20〜0.35の範囲であり、そして周波数1kHzにおける誘電率異方性(25℃で測定)が8〜40の範囲である、項1から10のいずれか1項に記載の液晶組成物。
項12. 項1から11のいずれか1項に記載の液晶組成物を含有する液晶表示素子。
項13. 項1から11のいずれか1項に記載の液晶組成物をカプセルに内包させることを特徴とする、請求項12に記載の液晶表示素子。
項14. 項1から11のいずれか1項に記載の液晶組成物を2D−3D間スイッチングに利用されるレンズに使用することを特徴とする、項12に記載の液晶表示素子。
項15. 項1から11のいずれか1項に記載の液晶組成物の液晶表示素子における使用。
本発明は、次の項も含む。(a)光学活性化合物、酸化防止剤、紫外線吸収剤、色素、消泡剤、重合性化合物、重合開始剤、重合禁止剤などの添加物の少なくとも1つをさらに含有する上記の組成物。(b)上記の組成物を含有するAM素子。(c)重合性化合物をさらに含有する上記の組成物、およびこの組成物を含有する高分子支持配向(PSA)型のAM素子。(d)上記の組成物を含有し、この組成物中の重合性化合物が重合されている、高分子支持配向(PSA)型のAM素子。(e)上記の組成物を含有し、そしてPC、TN、STN、ECB、OCB、IPS、VA、FFS、またはFPAのモードを有する素子。(f)上記の組成物を含有する透過型の素子。(g)上記の組成物を、ネマチック相を有する組成物としての使用。(h)上記の組成物に光学活性化合物を添加することによって光学活性な組成物としての使用。
本発明の組成物を次の順で説明する。第一に、組成物における成分化合物の構成を説明する。第二に、成分化合物の主要な特性、およびこの化合物が組成物に及ぼす主要な効果を説明する。第三に、組成物における成分の組み合わせ、成分の好ましい割合およびその根拠を説明する。第四に、成分化合物の好ましい形態を説明する。第五に、好ましい成分化合物を示す。第六に、組成物に添加してもよい添加物を説明する。最後に、組成物の用途を説明する。
第一に、組成物における成分化合物の構成を説明する。本発明の組成物は組成物Aと組成物Bに分類される。組成物Aは、化合物(1)、化合物(2−1)、化合物(2−2)、化合物(3)、および化合物(4)から選択された液晶性化合物の他に、その他の液晶性化合物、添加物などをさらに含有してもよい。「その他の液晶性化合物」は、化合物(1)、化合物(2−1)、化合物(2−2)、化合物(3)、および化合物(4)とは異なる液晶性化合物である。このような化合物は、特性をさらに調整する目的で組成物に混合される。添加物は、光学活性化合物、酸化防止剤、紫外線吸収剤、色素、消泡剤、重合性化合物、重合開始剤、重合禁止剤などである。
組成物Bは、実質的に、化合物(1)、化合物(2−1)、化合物(2−2)、化合物(3)、および化合物(4)から選択された液晶性化合物のみからなる。「実質的に」は、組成物が添加物を含有してもよいが、その他の液晶性化合物を含有しないことを意味する。組成物Bは組成物Aに比較して成分の数が少ない。コストを下げるという観点から、組成物Bは組成物Aよりも好ましい。その他の液晶性化合物を混合することによって特性をさらに調整できるという観点から、組成物Aは組成物Bよりも好ましい。
第二に、成分化合物の主要な特性、およびこの化合物が組成物の特性に及ぼす主要な効果を説明する。成分化合物の主要な特性を本発明の効果に基づいて表2にまとめる。表2の記号において、Lは大きいまたは高い、Mは中程度の、Sは小さいまたは低い、を意味する。記号L、M、Sは、成分化合物のあいだの定性的な比較に基づいた分類であり、記号0は、値がゼロであるか、またはゼロに近いことを意味する。
表2 化合物の特性

Figure 0006696312
成分化合物を組成物に混合したとき、成分化合物が組成物の特性に及ぼす主要な効果は次のとおりである。化合物(1)は光学異方性を上げ、VHRを上げる。化合物(2−1)および化合物(2−2)は光学異方性を調整し、誘電率異方性を上げる。化合物(3)は光学異方性を調整し、誘電率異方性を上げ、下限温度を下げる。化合物(4)は光学異方性を上げ、そして上限温度を上げる、または下限温度を下げる。
第三に、組成物における成分の組み合わせ、成分化合物の好ましい割合およびその根拠を説明する。組成物における成分の組み合わせは、第一成分+第二成分、第一成分+第二成分+第三成分、第一成分+第二成分+第四成分、第一成分+第二成分+第三成分+第四成分である。組成物における成分の好ましい組み合わせは、第一成分+第二成分+第四成分であり、より好ましくは第一成分+第二成分+第三成分+第四成分である。
液晶組成物の重量に基づいて、第一成分の好ましい割合は、光学異方性を上げるため、または上限温度を上げるために約7重量%以上であり、誘電率異方性を上げるために約70重量%以下である。さらに好ましい割合は約7重量%から約50重量%の範囲である。特に好ましい割合は約7重量%から約30重量%の範囲である。
液晶組成物の重量に基づいて、第二成分の好ましい割合は、誘電率異方性を上げるため、光学異方性を上げるため、または上限温度を上げるために約10重量%以上であり、下限温度を下げるために約70重量%以下である。より好ましい割合は約10重量%から約70重量%の範囲である。さらに好ましい割合は約15重量%から約60重量%の範囲である。特に好ましい割合は約20重量%から約50重量%の範囲である。
液晶組成物の重量に基づいて、第二成分として式(2−1)で表される化合物を用いる場合の好ましい割合は、誘電率異方性を上げるため、光学異方性を上げるため、または上限温度を上げるために約5重量%以上であり、下限温度を下げるために約60重量%以下である。さらに好ましい割合は約5重量%から50重量%の範囲である。特に好ましい割合は約10重量%から40重量%の範囲である。
液晶組成物の重量に基づいて、第二成分として式(2−2)で表される化合物を用いる場合の好ましい割合は、誘電率異方性を上げるため、光学異方性を上げるため、または上限温度を上げるために約0重量%以上であり、下限温度を下げるために約40重量%以下である。さらに好ましい割合は約0重量%から30重量%の範囲である。特に好ましい割合は約0重量%から20重量%の範囲である。
液晶組成物の重量に基づいて、第三成分の好ましい割合は、誘電率異方性を上げるため、または上限温度を上げるために約0重量%以上であり、光学異方性を上げるため、または下限温度を下げるために約50重量%以下である。さらに好ましい割合は約0重量%から45重量%の範囲である。特に好ましい割合は約0重量%から30重量%の範囲である。
液晶組成物の重量に基づいて、第四成分の好ましい割合は、光学異方性を上げ、そして上限温度を上げる、または下限温度を下げるために約0重量%以上であり、誘電率異方性を上げるために約80重量%以下である。さらに好ましい割合は約10重量%から約70重量%の範囲である。特に好ましい割合は約20重量%から約60重量%の範囲である。
第四に、成分化合物の好ましい形態を説明する。R11、R12、R21、R22、R31、R41およびR42は独立して、水素、炭素数1から12のアルキル、このアルキルおいて、互いに隣接しない任意の−CH−は−O−で置き換えられてもよく、炭素数1から12のアルコキシ、または炭素数2から12のアルケニルであり、これらの基において、少なくとも1つの水素はハロゲンで置き換えられてもよい。
好ましいアルキルは、メチル、エチル、プロピル、ブチル、ペンチル、ヘキシル、ヘプチル、またはオクチルである。さらに好ましいアルキルは、粘度を下げるためにエチル、プロピル、ブチル、ペンチル、またはヘプチルである。
このアルキルにおいて、互いに隣接しない任意の−CH−が−O−で置き換えられた場合に好ましくは、メトキシメチル、エトキシメチル、プロポキシメチル、ブトキシメチル、ペンチロキシメチル、2−エトキシエチル、2−ブトキシエチルである。さらに好ましくは、メトキシメチル、エトキシメチル、プロポキシメチルである。
好ましいアルコキシは、メトキシ、エトキシ、プロポキシ、ブトキシ、ペンチルオキシ、ヘキシルオキシ、またはヘプチルオキシである。粘度を下げるために、さらに好ましいアルコキシは、メトキシまたはエトキシである。
好ましいアルケニルは、ビニル、1−プロペニル、2−プロペニル、1−ブテニル、2−ブテニル、3−ブテニル、1−ペンテニル、2−ペンテニル、3−ペンテニル、4−ペンテニル、1−ヘキセニル、2−ヘキセニル、3−ヘキセニル、4−ヘキセニル、または5−ヘキセニルである。さらに好ましいアルケニルは、粘度を下げるために、ビニル、1−プロペニル、3−ブテニル、または3−ペンテニルである。これらのアルケニルにおける−CH=CH−の好ましい立体配置は、二重結合の位置に依存する。粘度を下げるためなどから1−プロペニル、1−ブテニル、1−ペンテニル、1−ヘキセニル、3−ペンテニル、3−ヘキセニルのようなアルケニルにおいてはトランスが好ましい。2−ブテニル、2−ペンテニル、2−ヘキセニルのようなアルケニルにおいてはシスが好ましい。これらのアルケニルにおいては、分岐よりも直鎖のアルケニルが好ましい。
aおよびbは独立して、0、1、2、3、または4であり、aおよびbの和は4以下である。好ましいaとbの和は、0、1、または2である。
aとbの和が0であるときは、粘度が小さい。aとbの和が1または2であるときは、透明点が高い。
c、d、eおよびfは0、1または2である。好ましいcは、誘電率異方性を上げるため、光学異方性を上げるため、または上限温度をあげるために1である。好ましいdは、誘電率異方性を上げるため、光学異方性を上げるため、または上限温度をあげるために1である。好ましいeは、誘電率異方性を上げるため、または上限温度を上げるために1である。好ましいfは、下限温度を下げるために0である。
11は−O−または単結合である。Z11が−O−である化合物は、透明点が高く光学違方性が大きいので好ましい。Z11が単結合である化合物は、粘度が小さいので好ましい。Z11が−C≡C−であるときは、光学異方性が大きい。
12およびZ13は独立して、単結合、−(CH−、−CH=CH−、−CF=CF−、−C≡C−、−COO−、−OCO−、−CFO−、−OCF−、−CHO−、−OCH−、−(CH−,−(CHCFO−、−(CHOCF−、−CFO(CH−,−OCF(CH−、−CH=CH−(CH−、または−(CH−CH=CH−である。
12またはZ13が単結合であるときは、化学的安定性が高く、そして粘度が小さい。Z12またはZ13が−C≡C−であるときは、光学異方性が大きい。


21、Z22、Z23、Z24,Z41およびZ42は独立して、単結合、−(CH−、−CH=CH−、−CF=CF−、−C≡C−、−COO−、−OCO−、−CFO−、−OCF−、−CHO−、−OCH−、−(CH−,−(CHCFO−、−(CHOCF−、−CFO(CH−,−OCF(CH−、−CH=CH−(CH−、または−(CH−CH=CH−であ
31およびZ32は独立して、単結合、−(CH−、−CH=CH−、−CF=CF−、−C≡C−、−COO−、−OCO−、−CHO−、−OCH−、−(CH−,−(CHCFO−、−(CHOCF−、−CFO(CH−,−OCF(CH−、−CH=CH−(CH−、または−(CH−CH=CH−である。好ましいZ31、Z32またはZ33は、比抵抗を上げるために単結合である。
環A11および環A12は独立して、1,4−シクロへキシレン、1,4−シクロヘキセニレン、少なくとも1つの水素がハロゲンで置き換えられてもよい1,4−フェニレン、テトラヒドロピラン−2,5−ジイル、1,3−ジオキサン−2,5−ジイル、ピリミジン−2,5−ジイル、ナフタレン−2,6−ジイル、またはピリジン−2,5−ジイルである。好ましい環A11または環A12は、1,4−シクロヘキシレン、1,4−フェニレン、2−フルオロ−1,4−フェニレン、2,3−ジフルオロ−1,4−フェニレン、2,6−ジフルオロ−1,4−フェニレン、2,3,5−トリフルオロ−1,4−フェニレン、テトラヒドロピラン−2,5−ジイル、1,3−ジオキサン−2,5−ジイル、またはピリミジン−2,5−ジイルである。さらに好ましい環A11または環A12は、1,4−シクロヘキシレン、1,4−フェニレン、2−フルオロ−1,4−フェニレン、2,6−ジフルオロ−1,4−フェニレン、またはテトラヒドロピラン−2,5−ジイルである。特に好ましい環A11または環A12は、1,4−シクロヘキシレン、1,4−フェニレン、2−フルオロ−1,4−フェニレン、または2,6−ジフルオロ−1,4−フェニレンである。
環A11または環A12が1,4−シクロヘキシレンであるときは、透明点が高く、粘度が小さい。環A11または環A12が1,4−フェニレンであるとき、または少なくとも1つの水素がフッ素で置き換えられた1,4−フェニレンであるときは、光学異方性が大きく、そして配向秩序パラメーター(orientational order parameter)が比較的大きい。環A11または環A12が少なくとも1つの水素がフッ素で置き換えられた1,4−フェニレンであるときは、誘電率異方性が大きい。
環A21および環A24は独立して、1,4−シクロヘキシレン、1,4−シクロヘキセニレン、少なくとも1つの水素がハロゲンで置き換えられてもよい1,4−フェニレン、テトラヒドロピラン−2,5−ジイル、1,3−ジオキサン−2,5−ジイル、ピリミジン−2,5−ジイル、ピリジン−2,5−ジイル、または少なくとも1つの水素がハロゲンで置き換えられてもよいベンゾチオフェン−2,6−ジイルである。好ましい環A21または環A24は、光学異方性を上げるために、1,4−フェニレンであり、誘電率異方性を上げるために、1,3−ジオキサン−2,5−ジイルであり、上限温度を上げるために、1,4−シクロヘキシレンである。
環A22、環A23、環A25、環A26および環A32は独立して、少なくとも1つの水素がハロゲンで置き換えられてもよい1,4−フェニレンである。好ましい環A22、環A23、環A25、環A26、環A32および環A33は、光学異方性を上げるため、または下限温度をさせるために1,4−フェニレン、2−フルオロ−1,4−フェニレン、または2,6−ジフルオロ−1,4−フェニレンである。環A31は、1,4−シクロヘキシレン、1,4−シクロヘキセニレン、少なくとも1つの水素がハロゲンで置き換えられてもよい1,4−フェニレン、テトラヒドロピラン−2,5−ジイル、1,3−ジオキサン−2,5−ジイル、ピリミジン−2,5−ジイル、またはピリジン−2,5−ジイルである。好ましい環A31は、光学異方性を上げるために、1,4−フェニレンであり、誘電率異方性を上げるために、1,3−ジオキサン−2,5−ジイルであり、上限温度を上げるために、1,4−シクロヘキシレンである。
環A41および環A42は独立して、1,4−シクロヘキシレン、1,4−シクロヘキセニレン、少なくとも1つの水素がハロゲンで置き換えられてもよい1,4−フェニレン、テトラヒドロピラン−2,5−ジイル、1,3−ジオキサン−2,5−ジイル、ピリミジン−2,5−ジイル、またはピリジン−2,5−ジイルである。好ましい環A41および環A42は、光学異方性を上げるために、1,4−フェニレンであり、上限温度を上げるために、1,4−シクロヘキシレンである。
1,4−シクロヘキシレンに関する立体配置は、上限温度を上げるためにシスよりもトランスが好ましい。テトラヒドロピラン−2,5−ジイルは、

Figure 0006696312
11、は水素、フッ素または塩素である。好ましいX11は下限温度を下げるためにフッ素である。X21、X22、X23、X24、X31およびX32は独立して、水素またはフッ素である。好ましいX21、X22、X23、X24、X31またはX32は、誘電率異方性を上げるためにフッ素である。
21、Y22およびY31は独立して、フッ素、塩素、少なくとも1つの水素がハロゲンで置き換えられてもよい炭素数1から12のアルキル、少なくとも1つの水素がハロゲンで置き換えられてもよい炭素数1から12のアルコキシ、または少なくとも1つの水素がハロゲンで置き換えられてもよい炭素数2から12のアルケニルである。好ましいY21、Y22またはY31は、誘電率異方性を上げるためにフッ素である。
第五に、好ましい成分化合物を示す。好ましい化合物(1)は、下記の化合物(1−1)から化合物(1−8)である。


Figure 0006696312
これらの化合物において、第一成分の少なくとも1つが、化合物(1−6)、化合物(1−7)、または化合物(1−8)であることが好ましい。第一成分の少なくとも2つが、化合物(1−7)および化合物(1−8)の組み合わせであることが好ましい。
好ましい化合物(2−1)は、上記の化合物(2−1−1)から化合物(2−1−19)である。
Figure 0006696312



Figure 0006696312


Figure 0006696312
好ましい化合物(2−2)は、上記の化合物(2−2−1)から化合物(2−2−3)である。
Figure 0006696312
これらの化合物において、第二成分の少なくとも1つが、化合物(2−1−2)、化合物(2−1−4)、化合物(2−1−7)、化合物(2−1−8)、または化合物(2−2−1)であることが好ましい。第二成分の少なくとも2つが、化合物(2−1−2)および化合物(2−2−1)、化合物(2−1−7)および化合物(2−2−1)、または化合物(2−1−8)および化合物(2−2−1)の組み合わせであることが好ましい。
好ましい化合物(3)は、下記の化合物(3−1)から化合物(3−12)である。


Figure 0006696312

Figure 0006696312
これらの化合物において、第三成分の少なくとも1つが、化合物(3−1)、化合物(3−8)、化合物(3−9)、化合物(3−11)、または化合物(3−12)であることが好ましい。第三成分の少なくとも2つが、化合物(3−1)および化合物(3−11)、化合物(3−1)および化合物(3−12)、または化合物(3−8)および化合物(3−9)の組み合わせであることが好ましい。
好ましい化合物(4)は、下記の化合物(4−1)から化合物(4−16)である。


Figure 0006696312

Figure 0006696312
これらの化合物において、第四成分の少なくとも1つが、化合物(4−3)、化合物(4−10)、化合物(4−11)、または化合物(4−12)であることが好ましい。第三成分の少なくとも2つが、化合物(4−3)および化合物(4−10)、化合物(4−3)および化合物(4−11)、または化合物(4−3)および化合物(4−12)の組み合わせであることが好ましい。
第六に、組成物に添加してもよい添加物を説明する。このような添加物は、光学活性化合物、酸化防止剤、紫外線吸収剤、色素、消泡剤、重合性化合物、重合開始剤、重合禁止剤などである。以下において、これらの添加物の混合割合は、特に断らない場合は、液晶組成物の重量に基づく割合(重量)である。
液晶のらせん構造を誘起してねじれ角を与える目的で光学活性化合物が組成物に添加される。このような化合物の例は、化合物(5−1)から化合物(5−5)である。光学活性化合物の好ましい割合は約5重量%以下である。さらに好ましい割合は約0.01重量%から約2重量%の範囲である。

Figure 0006696312
大気中での加熱による比抵抗の低下を防止するために、または素子を長時間使用したあと、室温だけではなく上限温度に近い温度でも大きな電圧保持率を維持するために、酸化防止剤が組成物に添加される。酸化防止剤の好ましい例は、tが1から9の整数である化合物(6)などである。

Figure 0006696312
化合物(6)において、好ましいtは、1、3、5、7、または9である。さらに好ましいtは7である。tが7である化合物(6)は、揮発性が小さいので、素子を長時間使用したあと、室温だけではなく上限温度に近い温度でも大きな電圧保持率を維持するのに有効である。酸化防止剤の好ましい割合は、その効果を得るために約50ppm以上であり、上限温度を下げないように、または下限温度を上げないように約600ppm以下である。さらに好ましい割合は、約100ppmから約300ppmの範囲である。
紫外線吸収剤の好ましい例は、ベンゾフェノン誘導体、ベンゾエート誘導体、トリアゾール誘導体などである。立体障害のあるアミンのような光安定剤もまた好ましい。これらの吸収剤や安定剤における好ましい割合は、その効果を得るために約50ppm以上であり、上限温度を下げないように、または下限温度を上げないために約10000ppm以下である。さらに好ましい割合は約100ppmから約10000ppmの範囲である。
GH(guest host)モードの素子に適合させるために、アゾ系色素、アントラキノン系色素などのような二色性色素(dichroic dye)が組成物に添加される。色素の好ましい割合は、約0.01重量%から約10重量%の範囲である。泡立ちを防ぐために、ジメチルシリコーンオイル、メチルフェニルシリコーンオイルなどの消泡剤が組成物に添加される。消泡剤の好ましい割合は、その効果を得るために約1ppm以上であり、表示不良を防ぐために約1000ppm以下である。さらに好ましい割合は、約1ppmから約500ppmの範囲である。
高分子支持配向(PSA)型の素子に適合させるために重合性化合物が組成物に添加される。重合性化合物の好ましい例は、アクリレート、メタクリレート、ビニル化合物、ビニルオキシ化合物、プロペニルエーテル、エポキシ化合物(オキシラン、オキセタン)、ビニルケトンなどの重合可能な基を有する化合物である。さらに好ましい例は、アクリレートまたはメタクリレートの誘導体である。重合性化合物の好ましい割合は、その効果を得るために、約0.05重量%以上であり、表示不良を防ぐために約10重量%以下である。さらに好ましい割合は、約0.1重量%から約2重量%の範囲である。重合性化合物は紫外線照射により重合する。光重合開始剤などの開始剤の存在下で重合させてもよい。重合のための適切な条件、開始剤の適切なタイプ、および適切な量は、当業者には既知であり、文献に記載されている。例えば光開始剤であるIrgacure651(登録商標;BASF)、Irgacure184(登録商標;BASF)、またはDarocur1173(登録商標;BASF)がラジカル重合に対して適切である。光重合開始剤の好ましい割合は、重合性化合物の重量100重量部に基づいて約0.1重量部から約5重量部の範囲である。さらに好ましい割合は、約1重量部から約3重量部の範囲である。
重合性化合物を保管するとき、重合を防止するために重合禁止剤を添加してもよい。重合性化合物は、通常は重合禁止剤を除去しないまま組成物に添加される。重合禁止剤の例は、ヒドロキノン、メチルヒドロキノンのようなヒドロキノン誘導体、4−tert−ブチルカテコール、4−メトキシフェノ−ル、フェノチアジンなどである。
最後に、組成物の用途を説明する。本発明の組成物は主として、約−10℃以下の下限温度、約70℃以上の上限温度、そして約0.20から約0.35の範囲の光学異方性(波長589nm、25℃)を有する。この組成物を含有する素子は大きな電圧保持率を有する。この組成物はAM素子に適する。この組成物は透過型のAM素子に特に適する。成分化合物の割合を制御することによって、またはその他の液晶性化合物を混合することによって、約0.15から約0.20の範囲の光学異方性を有する組成物、さらには約0.35から約0.40の範囲の光学異方性を有する組成物を調製してもよい。この組成物は、ネマチック相を有する組成物としての使用、光学活性化合物を添加することによって光学活性な組成物としての使用が可能である。
この組成物はAM素子への使用が可能である。さらにPM素子への使用も可能である。この組成物は、PC、TN、STN、ECB、OCB、IPS、FFS、VA、FPAなどのモードを有するAM素子およびPM素子への使用が可能である。TN、OCB、IPSモードまたはFFSモードを有するAM素子への使用は特に好ましい。IPSモードまたはFFSモードを有するAM素子において、電圧が無印加のとき、液晶分子の配列がガラス基板に対して並行であってもよく、または垂直であってもよい。これらの素子が反射型、透過型または半透過型であってもよい。透過型の素子への使用は好ましい。非結晶シリコン−TFT素子または多結晶シリコン−TFT素子への使用も可能である。この組成物をマイクロカプセル化して作製したNCAP(nematic curvilinear aligned phase)型の素子や、組成物中に三次元の網目状高分子を形成させたPD(polymer dispersed)型の素子にも使用できる。
この組成物は特に、カプセルに内包させることを特徴とする液晶表示素子に使用できる。より詳しくは、液晶カプセルとバインダーを含む混合物を、バーコーター、スリットコーター、インクジェット等を利用して、櫛歯型基板に塗布し、片側基板のみで駆動する液晶表示素子が知られている。この片側基板をプラスチック等の曲げる事ができる基板とすることにより、フレキシブルディスプレイでの利用が期待される。このような液晶表示素子は、カー効果を用いて駆動させるものである。さらに、この液晶組成物は2D−3D間スイッチングに利用されるレンズに使用できる。より詳しくは、一つは、レンズ形状の型に液晶組成物を封入する液晶素子への利用であり、もう一つは、平板状のガラス基板間に液晶組成物を封入し、電圧を加えてレンズ状の屈折率分布を生成する液晶GRINレンズへの利用である。
実施例により本発明をさらに詳しく説明する。本発明はこれらの実施例によっては制限されない。本発明は、実施例の組成物の少なくとも2つを混合した混合物をも含む。合成した化合物は、NMR分析などの方法により同定した。化合物および組成物の特性は、下記に記載した方法により測定した。
NMR分析:測定には、ブルカーバイオスピン社製のDRX−500を用いた。H−NMRの測定では、試料をCDClなどの重水素化溶媒に溶解させ、測定は、室温で、500MHz、積算回数16回の条件で行った。テトラメチルシランを内部標準として用いた。19F−NMRの測定では、CFClを内部標準として用い、積算回数24回で行った。核磁気共鳴スペクトルの説明において、sはシングレット、dはダブレット、tはトリプレット、qはカルテット、quinはクインテット、sexはセクステット、mはマルチプレット、brはブロードであることを意味する。
ガスクロマト分析:測定には島津製作所製のGC−14B型ガスクロマトグラフを用いた。キャリアーガスはヘリウム(2mL/分)である。試料気化室を280℃に、検出器(FID)を300℃に設定した。成分化合物の分離には、Agilent Technologies Inc.製のキャピラリカラムDB−1(長さ30m、内径0.32mm、膜厚0.25μm;固定液相はジメチルポリシロキサン;無極性)を用いた。このカラムは、200℃で2分間保持したあと、5℃/分の割合で280℃まで昇温した。試料はアセトン溶液(0.1重量%)に調製したあと、その1μLを試料気化室に注入した。記録計は島津製作所製のC−R5A型Chromatopac、またはその同等品である。得られたガスクロマトグラムは、成分化合物に対応するピークの保持時間およびピークの面積を示した。
試料を希釈するための溶媒は、クロロホルム、ヘキサンなどを用いてもよい。成分化合物を分離するために、次のキャピラリカラムを用いてもよい。Agilent Technologies Inc.製のHP−1(長さ30m、内径0.32mm、膜厚0.25μm)、Restek Corporation製のRtx−1(長さ30m、内径0.32mm、膜厚0.25μm)、SGE International Pty. Ltd製のBP−1(長さ30m、内径0.32mm、膜厚0.25μm)。化合物ピークの重なりを防ぐ目的で島津製作所製のキャピラリカラムCBP1−M50−025(長さ50m、内径0.25mm、膜厚0.25μm)を用いてもよい。
組成物に含有される液晶性化合物の割合は、次のような方法で算出してよい。液晶性化合物の混合物をガスクロマトグラフ(FID)で検出する。ガスクロマトグラムにおけるピークの面積比は液晶性化合物の割合(重量比)に相当する。上に記載したキャピラリカラムを用いたときは、各々の液晶性化合物の補正係数を1とみなしてよい。したがって、液晶性化合物の割合(重量%)は、ピークの面積比から算出することができる。
測定試料:組成物の特性を測定するときは、組成物をそのまま試料として用いた。化合物の特性を測定するときは、この化合物(15重量%)を母液晶(85重量%)に混合することによって測定用の試料を調製した。測定によって得られた値から外挿法によって化合物の特性値を算出した。(外挿値)={(試料の測定値)−0.85×(母液晶の測定値)}/0.15。この割合でスメクチック相(または結晶)が25℃で析出するときは、化合物と母液晶の割合を10重量%:90重量%、5重量%:95重量%、1重量%:99重量%の順に変更した。この外挿法によって化合物に関する上限温度、光学異方性、粘度、および誘電率異方性の値を求めた。
下記の母液晶を用いた。成分化合物の割合は重量%で示した。

Figure 0006696312
測定方法:特性の測定は下記の方法で行った。これらの多くは、社団法人電子情報技術産業協会(Japan Electronics and Information Technology Industries Association;以下JEITAという)で審議制定されるJEITA規格(JEITA・ED−2521B)に記載された方法、またはこれを修飾した方法であった。測定に用いたTN素子には、薄膜トランジスター(TFT)を取り付けなかった。
(1)ネマチック相の上限温度(NI;℃):偏光顕微鏡を備えた融点測定装置のホットプレートに試料を置き、1℃/分の速度で加熱した。試料の一部がネマチック相から等方性液体に変化したときの温度を測定した。
(2)ネマチック相の下限温度(T;℃):ネマチック相を有する試料をガラス瓶に入れ、0℃、−10℃、−20℃、−30℃、および−40℃のフリーザー中に10日間保管したあと、液晶相を観察した。例えば、試料が−20℃ではネマチック相のままであり、−30℃では結晶またはスメクチック相に変化したとき、Tを<−20℃と記載した。
(3)粘度(バルク粘度;η;20℃で測定;mPa・s):測定には東京計器株式会社製のE型回転粘度計を用いた。
(4)粘度(回転粘度;γ1;20℃で測定;mPa・s):測定は、M. Imai et al., Molecular Crystals and Liquid Crystals, Vol. 259, 37 (1995)に記載された方法に従った。ツイスト角が0°であり、そして2枚のガラス基板の間隔(セルギャップ)が5μmであるTN素子に試料を入れた。この素子に16Vから19.5Vの範囲で0.5V毎に段階的に印加した。0.2秒の無印加のあと、ただ1つの矩形波(矩形パルス;0.2秒)と無印加(2秒)の条件で印加を繰り返した。この印加によって発生した過渡電流(transient current)のピーク電流(peak current)とピーク時間(peak time)を測定した。これらの測定値とM. Imaiらの論文中の40頁記載の計算式(8)とから回転粘度の値を得た。この計算で必要な誘電率異方性の値は、この回転粘度を測定した素子を用い、下に記載した方法で求めた。
(5)光学異方性(屈折率異方性;Δn;25℃で測定):測定は、波長589nmの光を用い、接眼鏡に偏光板を取り付けたアッベ屈折計により行なった。主プリズムの表面を一方向にラビングしたあと、試料を主プリズムに滴下した。屈折率n‖は偏光の方向がラビングの方向と平行であるときに測定した。屈折率n⊥は偏光の方向がラビングの方向と垂直であるときに測定した。光学異方性の値は、Δn=n‖−n⊥、の式から計算した。カー効果による光学変化を利用するモードにおいては、光学異方性と誘電率異方性の積が大きい方が望ましいため、光学異方性はできる限り大きい方が好ましい。光学異方性は好ましくは0.20〜0.35の範囲であり、さらに好ましくは0.23〜0.32の範囲である。
(6)誘電率異方性(Δε;25℃で測定):2枚のガラス基板の間隔(セルギャップ)が9μmであり、そしてツイスト角が80度であるTN素子に試料を入れた。この素子にサイン波(10V、1kHz)を印加し、2秒後に液晶分子の長軸方向における誘電率(ε‖)を測定した。この素子にサイン波(0.5V、1kHz)を印加し、2秒後に液晶分子の短軸方向における誘電率(ε⊥)を測定した。誘電率異方性の値は、Δε=ε‖−ε⊥、の式から計算した。誘電率異方性は駆動電圧を低減するために大きい方が望ましい。特に、高分子安定化あるいはカプセル化などにより液晶組成物にかかる電界が制限されるモードにおいては、駆動電圧が高くなる傾向があるため、誘電率異方性はできる限り大きい方が好ましい。また、カー効果による光学変化を利用するモードにおいては、光学異方性と誘電率異方性の積が大きい方が望ましいため、誘電率異方性はできる限り大きい方が好ましい。誘電率異方性は好ましくは8〜40の範囲であり、さらに好ましくは10〜30の範囲である。
(7)しきい値電圧(Vth;25℃で測定;V):測定には大塚電子株式会社製のLCD5100型輝度計を用いた。光源はハロゲンランプであった。2枚のガラス基板の間隔(セルギャップ)が0.45/Δn(μm)であり、ツイスト角が80度であるノーマリーホワイトモード(normally white mode)のTN素子に試料を入れた。この素子に印加する電圧(32Hz、矩形波)は0Vから10Vまで0.02Vずつ段階的に増加させた。この際に、素子に垂直方向から光を照射し、素子を透過した光量を測定した。この光量が最大になったときが透過率100%であり、この光量が最小であったときが透過率0%である電圧−透過率曲線を作成した。しきい値電圧は透過率が90%になったときの電圧で表した。
(8)電圧保持率(VHR−1;25℃で測定;%):測定に用いたTN素子はポリイミド配向膜を有し、そして2枚のガラス基板の間隔(セルギャップ)は5μmであった。この素子は試料を入れたあと紫外線で硬化する接着剤で密閉した。このTN素子にパルス電圧(5Vで60マイクロ秒)を印加して充電した。減衰する電圧を高速電圧計で16.7ミリ秒のあいだ測定し、単位周期における電圧曲線と横軸との間の面積Aを求めた。面積Bは減衰しなかったときの面積であった。電圧保持率は面積Bに対する面積Aの百分率で表した。
(9)電圧保持率(VHR−2;80℃で測定;%):25℃の代わりに、80℃で測定した以外は、上記と同じ手順で電圧保持率を測定した。得られた値をVHR−2で表した。
(10)電圧保持率(VHR−3;25℃で測定;%):紫外線を照射したあと、電圧保持率を測定し、紫外線に対する安定性を評価した。測定に用いたTN素子はポリイミド配向膜を有し、そしてセルギャップは5μmであった。この素子に試料を注入し、光を20分間照射した。光源は超高圧水銀ランプUSH−500D(ウシオ電機製)であり、素子と光源の間隔は20cmであった。VHR−3の測定では、16.7ミリ秒のあいだ減衰する電圧を測定した。大きなVHR−3を有する組成物は紫外線に対して大きな安定性を有する。VHR−3は90%以上が好ましく、95%以上がより好ましい。
(11)電圧保持率(VHR−4;25℃で測定;%):試料を注入したTN素子を80℃の恒温槽内で500時間加熱したあと、電圧保持率を測定し、熱に対する安定性を評価した。VHR−4の測定では、16.7ミリ秒のあいだ減衰する電圧を測定した。大きなVHR−4を有する組成物は熱に対して大きな安定性を有する。
(12)応答時間(τ;25℃で測定;ms):測定には大塚電子株式会社製のLCD5100型輝度計を用いた。光源はハロゲンランプであった。ローパス・フィルター(Low-pass filter)は5kHzに設定した。2枚のガラス基板の間隔(セルギャップ)が5.0μmであり、ツイスト角が80度であるノーマリーホワイトモード(normally white mode)のTN素子に試料を入れた。この素子に矩形波(60Hz、5V、0.5秒)を印加した。この際に、素子に垂直方向から光を照射し、素子を透過した光量を測定した。この光量が最大になったときが透過率100%であり、この光量が最小であったときが透過率0%であるとみなした。立ち上がり時間(τr:rise time;ミリ秒)は、透過率が90%から10%に変化するのに要した時間である。立ち下がり時間(τf:fall time;ミリ秒)は透過率10%から90%に変化するのに要した時間である。応答時間は、このようにして求めた立ち上がり時間と立ち下がり時間との和で表した。
(13)弾性定数(K;25℃で測定;pN):測定には横河・ヒューレットパッカード株式会社製のHP4284A型LCRメータを用いた。2枚のガラス基板の間隔(セルギャップ)が20μmである水平配向素子に試料を入れた。この素子に0ボルトから20ボルト電荷を印加し、静電容量および印加電圧を測定した。測定した静電容量(C)と印加電圧(V)の値を「液晶デバイスハンドブック」(日刊工業新聞社)、75頁にある式(2.98)、式(2.101)を用いてフィッティングし、式(2.99)からK11およびK33の値を得た。次に同171頁にある式(3.18)に、先ほど求めたK11およびK33の値を用いてK22を算出した。弾性定数は、このようにして求めたK11、K22、およびK33の平均値で表した。
(14)比抵抗(ρ;25℃で測定;Ωcm):電極を備えた容器に試料1.0mLを注入した。この容器に直流電圧(10V)を印加し、10秒後の直流電流を測定した。比抵抗は次の式から算出した。(比抵抗)={(電圧)×(容器の電気容量)}/{(直流電流)×(真空の誘電率)}。
(15)らせんピッチ(P;室温で測定;μm):らせんピッチはくさび法にて測定した。「液晶便覧」、196頁(2000年発行、丸善)を参照。試料をくさび形セルに注入し、室温で2時間静置した後、ディスクリネーションラインの間隔(d2−d1)を偏光顕微鏡(ニコン(株)、商品名MM40/60シリーズ)によって観察した。らせんピッチ(P)は、くさびセルの角度をθと表した次の式から算出した。P=2×(d2−d1)×tanθ。
(16)短軸方向における誘電率(ε⊥;25℃で測定):2枚のガラス基板の間隔(セルギャップ)が9μmであり、そしてツイスト角が80度であるTN素子に試料を入れた。この素子にサイン波(0.5V、1kHz)を印加し、2秒後に液晶分子の短軸方向における誘電率(ε⊥)を測定した。
実施例における化合物は、下記の表3の定義に基づいて記号により表した。表3において、1,4−シクロヘキシレンに関する立体配置はトランスである。記号の後にあるかっこ内の番号は化合物の番号に対応する。(−)の記号はその他の液晶性化合物を意味する。液晶性化合物の割合(百分率)は、液晶組成物の重量に基づいた重量百分率(重量%)である。最後に、組成物の特性値をまとめた。

Figure 0006696312

[比較例1]
比較例として、式(1)で表される化合物を使用していない液晶組成物を調製した。
3−BB(F,F)XB(F,F)−F (2−1−2) 9%
3−BB(F)B(F,F)XB(F)−F (2−1−7) 3%
3−BB(F)B(F,F)XB(F,F)−F
(2−1−8) 2%
4−BB(F)B(F,F)XB(F,F)−F
(2−1−8) 7%
5−BB(F)B(F,F)XB(F,F)−F
(2−1−8) 7%
3−BB(F,F)XB(F)B(F,F)−F
(2−2−1) 6%
3−BB(F)B(F,F)−F (3−8) 3%
2−BTB−O1 (4−3) 7.8%
3−BTB−O1 (4−3) 7.8%
4−BTB−O1 (4−3) 7.8%
4−BTB−O2 (4−3) 7.8%
5−BTB−O1 (4−3) 7.8%
3−H2BTB−2 (4−10) 3%
3−H2BTB−3 (4−10) 3%
3−H2BTB−4 (4−10) 3%
3−HB(F)TB−2 (4−11) 5%
3−HB(F)TB−3 (4−11) 5%
3−HB(F)TB−4 (4−11) 5%
NI=90.0℃;Tc<−20℃;Δn=0.246;Δε=9.4;Vth=1.88V;η=42.7mPa・s.
[実施例1]
比較例1の式(4)で表される化合物の一部を、本発明の必須成分である式(1)で表される化合物に置き換えた液晶組成物を調製した。
3−btB(2F)B−3 (1−7) 10%
3−BB(F,F)XB(F,F)−F (2−1−2) 9%
3−BB(F)B(F,F)XB(F)−F (2−1−7) 3%
3−BB(F)B(F,F)XB(F,F)−F
(2−1−8) 2%
4−BB(F)B(F,F)XB(F,F)−F
(2−1−8) 7%
5−BB(F)B(F,F)XB(F,F)−F
(2−1−8) 7%
3−BB(F,F)XB(F)B(F,F)−F
(2−2−1) 6%
3−BB(F)B(F,F)−F (3―8) 3%
2−BTB−O1 (4−3) 6.2%
3−BTB−O1 (4−3) 6.2%
4−BTB−O1 (4−3) 6.2%
4−BTB−O2 (4−3) 6.2%
5−BTB−O1 (4−3) 6.2%
3−H2BTB−2 (4−10) 4%
3−H2BTB−3 (4−10) 3%
3−HB(F)TB−2 (4−11) 5%
3−HB(F)TB−3 (4−11) 5%
3−HB(F)TB−4 (4−11) 5%
NI=93.7℃;Tc<−10℃;Δn=0.260;Δε=10.2;Vth=1.77V.
比較例1の式(3)で表される化合物の一部を、本発明の必須成分である式(2)で表される化合物に置き換えることにより、NIが高く、Δnが大きく、Δεが大きく、Vthが小さい液晶組成物を調製することができた。
[実施例2]
2O−btB(2F)B−3 (1−7) 10%
3−BB(F,F)XB(F,F)−F (2−1−2) 9%
3−BB(F)B(F,F)XB(F)−F (2−1−7) 3%
3−BB(F)B(F,F)XB(F,F)−F
(2−1−8) 2%
4−BB(F)B(F,F)XB(F,F)−F
(2−1−8) 7%
5−BB(F)B(F,F)XB(F,F)−F
(2−1−8) 7%
3−BB(F,F)XB(F)B(F,F)−F
(2−2−1) 6%
3−BB(F)B(F,F)−F (3−8) 3%
2−BTB−O1 (4−3) 8.4%
3−BTB−O1 (4−3) 8.4%
4−BTB−O1 (4−3) 8.4%
4−BTB−O2 (4−3) 8.4%
5−BTB−O1 (4−3) 8.4%
3−HB(F)TB−2 (4−11) 5%
3−HB(F)TB−3 (4−11) 3%
3−HB(F)TB−4 (4−11) 3%
NI=95.3℃;Tc<−10℃;Δn=0.265;Δε=10.1;Vth=1.81V.
[実施例3]
2O−bt(7F)B(2F)B−O4 (1−8) 10%
3−BB(F,F)XB(F,F)−F (2−1−2) 9%
3−BB(F)B(F,F)XB(F)−F (2−1−7) 3%
3−BB(F)B(F,F)XB(F,F)−F
(2−1−8) 2%
4−BB(F)B(F,F)XB(F,F)−F
(2−1−8) 7%
5−BB(F)B(F,F)XB(F,F)−F
(2−1−8) 7%
3−BB(F,F)XB(F)B(F,F)−F
(2−2−1) 6%
3−BB(F)B(F,F)−F (3−8) 3%
2−BTB−O1 (4−3) 8.6%
3−BTB−O1 (4−3) 8.6%
4−BTB−O1 (4−3) 8.6%
4−BTB−O2 (4−3) 8.6%
5−BTB−O1 (4−3) 8.6%
3−HB(F)TB−2 (4−11) 5%
3−HB(F)TB−3 (4−11) 5%
NI=94.8℃;Tc<−10℃;Δn=0.264;Δε=9.7;Vth=1.84V.
[実施例4]
2O−bt(7F)B(2F)B−3 (1−8) 17%
3−BB(F)B(F,F)XB(F,F)−F
(2−1−8) 2%
4−BB(F)B(F,F)XB(F,F)−F
(2−1−8) 10%
5−BB(F)B(F,F)XB(F,F)−F
(2−1−8) 6%
5-btB(F)B(F,F)XB(F,F)−F
(2−1−18) 12%
3−BB(F,F)XB(F)B(F,F)−F
(2−2−1) 6%
2−BTB−O1 (4−3) 8.8%
3−BTB−O1 (4−3) 8.8%
4−BTB−O1 (4−3) 8.8%
4−BTB−O2 (4−3) 8.8%
5−BTB−O1 (4−3) 8.8%
3−HB(F)TB−2 (4−11) 3%
NI=112.3℃;Tc<−10℃;Δn=0.290;Δε=8.5;Vth=2.02V.
[実施例5]
2O−bt(7F)B(2F)B−3 (1−8) 10%
2O−bt(7F)B(2F)B−4 (1−8) 7%
2O−bt(7F)B(2F)B−5 (1−8) 4%
3−BB(F,F)XB(F,F)−F (2−1−2) 13%
3−BB(F)B(F,F)XB(F,F)−F
(2−1−8) 2%
4−BB(F)B(F,F)XB(F,F)−F
(2−1−8) 7%
5−BB(F)B(F,F)XB(F,F)−F
(2−1−8) 6%
3−BB(F,F)XB(F)B(F,F)−F
(2−2−1) 6%
3−BB(F)B(F,F)−F (3−8) 3%
2−BTB−O1 (4−3) 8.4%
3−BTB−O1 (4−3) 8.4%
4−BTB−O1 (4−3) 8.4%
4−BTB−O2 (4−3) 8.4%
5−BTB−O1 (4−3) 8.4%
NI=92.8℃;Tc<−20℃;Δn=0.274;Δε=9.9;Vth=1.70V.
[実施例6]
2O−bt(7F)B(2F)B−3 (1−8) 10%
2O−bt(7F)B(2F)B−4 (1−8) 7%
2O−bt(7F)B(2F)B−5 (1−8) 4%
3−BB(F)B(F,F)XB(F,F)−F
(2−1−8) 2%
4−BB(F)B(F,F)XB(F,F)−F
(2−1−8) 10%
5−BB(F)B(F,F)XB(F,F)−F
(2−1−8) 6%
3−BB(F,F)XB(F)B(F,F)−F
(2−2−1) 12%
3−BTB(F)−F (3−1) 7%
3−GB(F)B(F)B(F)−F (3−11) 5%
3−GBB(F)B(F,F)−F (3−12) 2%
4−GBB(F)B(F,F)−F (3−12) 4%
2−BTB−O1 (4−3) 6.2%
3−BTB−O1 (4−3) 6.2%
4−BTB−O1 (4−3) 6.2%
4−BTB−O2 (4−3) 6.2%
5−BTB−O1 (4−3) 6.2%
NI=115.0℃;Tc<−10℃;Δn=0.280;Δε=14.8;Vth=1.69V.
[実施例7]
2O−bt(7F)B(2F)B−3 (1−8) 6%
2O−bt(7F)B(2F)B−4 (1−8) 5%
2O−bt(7F)B(2F)B−5 (1−8) 5%
3−BB(F,F)XB(F,F)−F (2−1−2) 6%
3−BB(F)B(F,F)XB(F,F)−F
(2−1−8) 2%
4−BB(F)B(F,F)XB(F,F)−F
(2−1−8) 10%
5−BB(F)B(F,F)XB(F,F)−F
(2−1−8) 6%
3−BB(F,F)XB(F)B(F,F)−F
(2−2−1) 7%
3−BB(F)B(F,F)−F (3−8) 5%
3−BB(F)B(F,F)−CF3 (3−9) 3%
2−BTB−O1 (4−3) 7.2%
3−BTB−O1 (4−3) 7.2%
4−BTB−O1 (4−3) 7.2%
4−BTB−O2 (4−3) 7.2%
5−BTB−O1 (4−3) 7.2%
3−H2BTB−2 (4−10) 3%
3−H2BTB−3 (4−10) 3%
3−H2BTB−4 (4−10) 3%
NI=103.0℃;Tc<−10℃;Δn=0.273;Δε=11.9;Vth=1.70V.
本発明の液晶組成物は、高い上限温度、低い下限温度、大きな光学異方性、大きな正の誘電率異方性、紫外線に対する高い安定性などの特性において、少なくとも1つの特性を充足する、または少なくとも2つの特性に関して適切なバランスを有する。この組成物を含有する液晶表示素子は、TN、OCB、IPS、FFS、またはFPAのモードを有するAM(active matrix)素子に用いることができ、特に、この組成物をカプセルに内包させることにより、製造コストを低減する、あるいはフレキシブルディスプレイに用いることができる。また、この組成物を含有する素子は、2D−3D間スイッチング素子として用いることができる。

Claims (15)

  1. 第一成分として式(1)で表される化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物、および第二成分として式(2−1)および式(2−2)で表される化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物を含有し、液晶組成物の重量に基づいて、式(1)で表される化合物の割合が7重量%から70重量%である、液晶組成物。

    Figure 0006696312
    式(1)、式(2−1)および式(2−2)において、R11、R12、R21およびR22は独立して、水素、炭素数1から12のアルキル、炭素数1から12のアルコキシ、または炭素数2から12のアルケニルであり、このアルキルおいて、互いに隣接しない任意の−CH−は−O−で置き換えられてもよく、これらの基において、少なくとも1つの水素はハロゲンで置き換えられてもよく;環A11および環A12は独立して、1,4−シクロへキシレン、1,4−シクロヘキセニレン、少なくとも1つの水素がハロゲンで置き換えられてもよい1,4−フェニレン、テトラヒドロピラン−2,5−ジイル、1,3−ジオキサン−2,5−ジイル、ピリミジン−2,5−ジイル、ナフタレン−2,6−ジイル、またはピリジン−2,5−ジイルであり;環A21および環A24は独立して、1,4−シクロヘキシレン、1,4−シクロヘキセニレン、少なくとも1つの水素がハロゲンで置き換えられてもよい1,4−フェニレン、テトラヒドロピラン−2,5−ジイル、1,3−ジオキサン−2,5−ジイル、ピリミジン−2,5−ジイル、ピリジン−2,5−ジイル、または少なくとも1つの水素がハロゲンで置き換えられてもよいベンゾチオフェン−2,6−ジイルであり;
    環A22、環A23、環A25および環A26は独立して、少なくとも1つの水素がフッ素で置き換えられてもよい1,4−フェニレンであり;aおよびbは独立して、0、1、2、3または4であり、aおよびbの和は4以下であり、aまたはbが2以上のとき、複数存在する環A11、環A12、Z12およびZ13は、同一であっても、異なっていてもよく;cおよびdは独立して、0、1または2であり、cまたはdが2を表す場合、複数存在する環A21、Z21、環A24およびZ23は、それぞれ同じであっても、異なっていてもよく;Z11は単結合または−O−であり、R11のZ11に隣接する末端が−O−であるときは、Z11は単結合であり;
    12およびZ13は独立して、単結合、−(CH−、−CH=CH−、−CF=CF−、−C≡C−、−COO−、−OCO−、−CFO−、−OCF−、−CHO−、−OCH−、−(CH−,−(CHCFO−、−(CHOCF−、−CFO(CH−,−OCF(CH−、−CH=CH−(CH−、または−(CH−CH=CH−であり;Z21、Z22、Z23およびZ24は独立して、単結合、−(CH−、−CH=CH−、−CF=CF−、−C≡C−、−COO−、−OCO−、−CFO−、−OCF−、−CHO−、−OCH−、−(CH−,−(CHCFO−、−(CHOCF−、−CFO(CH−,−OCF(CH−、−CH=CH−(CH−、または−(CH−CH=CH−であり;X11は、水素、フッ素、または塩素であり:X21、X22、X23およびX24は独立して、水素またはフッ素であり;Y21およびY22は独立して、フッ素、塩素、少なくとも1つの水素がハロゲンで置き換えられてもよい炭素数1から12のアルキル、少なくとも1つの水素がハロゲンで置き換えられてもよい炭素数1から12のアルコキシ、または少なくとも1つの水素がハロゲンで置き換えられてもよい炭素数2から12のアルケニルである。
  2. 第一成分として式(1−1)から式(1−8)で表される化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物を含有する、請求項1に記載の液晶組成物。
    Figure 0006696312
    これらの式において、R11およびR12は独立して、水素、炭素数1から12のアルキル、炭素数1から12のアルコキシ、または炭素数2から12のアルケニルであり、このアルキルおいて、互いに隣接しない任意の−CH−は−O−で置き換えられてもよく、これらの基において、少なくとも1つの水素はハロゲンで置き換えられてもよい。
  3. 第二成分として式(2−1−1)から式(2−1−19)および式(2−2−1)から式(2−2−3)で表される化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物を含有する、請求項1または2に記載の液晶組成物。

    Figure 0006696312



    Figure 0006696312

    Figure 0006696312
    これらの式において、R21およびR22は独立して、水素、炭素数1から12のアルキル、炭素数1から12のアルコキシ、または炭素数2から12のアルケニルであり、このアルキルおいて、互いに隣接しない任意の−CH−は−O−で置き換えられてもよく、これらの基において、少なくとも1つの水素はハロゲンで置き換えられてもよい。
  4. 液晶組成物の重量に基づいて、請求項1に記載の式(2−1)および式(2−2)で表される化合物の割合が10重量%から70重量%の範囲である、請求項1または2に記載の液晶組成物。
  5. 第三成分として式(3)で表される化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物をさらに含有する、請求項1から4のいずれか1項に記載の液晶組成物。


    Figure 0006696312


    式(3)において、R31は、水素、炭素数1から12のアルキル、炭素数1から12のアルコキシ、または炭素数2から12のアルケニルであり、このアルキルおいて、互いに隣接しない任意の−CH−は−O−で置き換えられてもよく、これらの基において、少なくとも1つの水素はハロゲンで置き換えられてもよく;環A31は、1,4−シクロヘキシレン、1,4−シクロヘキセニレン、少なくとも1つの水素がハロゲンで置き換えられてもよい1,4−フェニレン、テトラヒドロピラン−2,5−ジイル、1,3−ジオキサン−2,5−ジイル、ピリミジン−2,5−ジイル、またはピリジン−2,5−ジイルであり;
    環A32は少なくとも1つの水素がハロゲンで置き換えられてもよい1,4−フェニレンであり;Z31およびZ32は独立して、単結合、−(CH−、−CH=CH−、−CF=CF−、−C≡C−、−COO−、−OCO−、−CHO−、−OCH−、−(CH−,−(CHCFO−、−(CHOCF−、−CFO(CH−,−OCF(CH−、−CH=CH−(CH−、または−(CH−CH=CH−であり;X31およびX32は独立して、水素またはフッ素であり;Y31はフッ素、塩素、少なくとも1つの水素がハロゲンで置き換えられてもよい炭素数1から12のアルキル、少なくとも1つの水素がハロゲンで置き換えられてもよい炭素数1から12のアルコキシ、または少なくとも1つの水素がハロゲンで置き換えられてもよい炭素数2から12のアルケニルであり;eは0、1、2または3であり、eが2または3を表す場合、複数存在する環A31およびZ31は、それぞれ同じであっても、異なっていてもよい。
  6. 第三成分として式(3−1)から(3−12)で表される化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物を含有する、請求項1から5のいずれか1項に記載の液晶組成物。


    Figure 0006696312

    Figure 0006696312


    これらの式において、R31は、水素、炭素数1から12のアルキル、炭素数1から12のアルコキシ、または炭素数2から12のアルケニルであり、このアルキルおいて、互いに隣接しない任意の−CH−は−O−で置き換えられてもよく、これらの基において、少なくとも1つの水素はハロゲンで置き換えられてもよい。
  7. 液晶組成物の重量に基づいて、第三成分の割合が0重量%から50重量%の範囲である、請求項1から6のいずれか1項に記載の液晶組成物。
  8. 第四成分として式(4)で表される化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物をさらに含有する、請求項1から7のいずれか1項に記載の液晶組成物。
    Figure 0006696312
    式(4)において、R41およびR42は独立して、水素、炭素数1から12のアルキル、炭素数1から12のアルコキシ、または炭素数2から12のアルケニルであり、このアルキルおいて、互いに隣接しない任意の−CH−は−O−で置き換えられてもよく、これらの基において、少なくとも1つの水素はハロゲンで置き換えられてもよく;環A41および環A42は独立して、1,4−シクロへキシレン、1,4−シクロヘキセニレン、少なくとも1つの水素がハロゲンで置き換えられていてもよい1,4−フェニレン、テトラヒドロピラン−2,5−ジイル、1,3−ジオキサン−2,5−ジイル、ピリミジン−2,5−ジイル、ナフタレン−2,6−ジイル、またはピリジン−2,5−ジイルであり;Z41およびZ42は独立して、単結合、−(CH−、−CH=CH−、−CF=CF−、−C≡C−、−COO−、−OCO−、−CFO−、−OCF−、−CHO−、−OCH−、−(CH−,−(CHCFO−、−(CHOCF−、−CFO(CH−,−OCF(CH−、−CH=CH−(CH−、または−(CH−CH=CH−であり;fは、0、1または2であり、fが2を表す場合、複数存在する環A42およびZ42は、それぞれ同じであっても、異なっていてもよい。
  9. 第四成分として式(4−1)から式(4−16)で表される化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物を含有する、請求項1から8のいずれか1項に記載の液晶組成物。

    Figure 0006696312

    Figure 0006696312

    これらの式において、R41およびR42は独立して、水素、炭素数1から12のアルキル、炭素数1から12のアルコキシ、または炭素数2から12のアルケニルであり、このアルキルおいて、互いに隣接しない任意の−CH−は−O−で置き換えられてもよく、これらの基において、少なくとも1つの水素はハロゲンで置き換えられてもよい。
  10. 液晶組成物の重量に基づいて、第四成分の割合が0重量%から80重量%の範囲である、請求項1から9のいずれか1項に記載の液晶組成物。
  11. 波長589nmにおける光学異方性(25℃で測定)が0.20〜0.35の範囲であり、そして周波数1kHzにおける誘電率異方性(25℃で測定)が8〜40の範囲である、請求項1から10のいずれか1項に記載の液晶組成物。
  12. 請求項1から11のいずれか1項に記載の液晶組成物を含有する液晶表示素子。
  13. 請求項1から11のいずれか1項に記載の液晶組成物をカプセルに内包させることを特徴とする、請求項12に記載の液晶表示素子。
  14. 請求項1から11のいずれか1項に記載の液晶組成物を2D−3D間スイッチングに利用されるレンズに使用することを特徴とする、請求項12に記載の液晶表示素子。
  15. 請求項1から11のいずれか1項に記載の液晶組成物の液晶表示素子における使用。
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