JP6828852B2 - 配向助剤、液晶組成物及び液晶表示素子 - Google Patents
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Description
この特許文献1には、負の誘電異方性を有する極性化合物の混合物を基礎とし、水酸基を有する自発配向性添加剤を含有することを特徴とする液晶媒体が開示されている。また、特許文献1には、この液晶媒体を、配向膜を含まないディスプレイにおいて好適に使用し得る旨が記載されている。
液晶分子を十分に配向させる観点からは、液晶媒体(液晶組成物)中に含まれる自発配向性添加剤(配向助剤)の量を多くすることが考えられる。しかしながら、特許文献1に開示されるように、1種類の自発配向性添加剤のみ使用する場合、液晶媒体へ混合可能な自発配向性添加剤の量が制限される。また、自発配向性添加剤の量を多くすると、液晶媒体を保存している際に、自発配向性添加剤の結晶が析出し易くなるという問題点を有していた。
(1) 液晶分子を自発的に配向させる配向助剤であって、
極性基を有する第1の化合物と、
該第1の化合物と異なるが、前記極性基と同一の極性基を有する第2の化合物とを含有することを特徴とする配向助剤。
(2) 前記極性基は、下記式で表される群より選択される構造を含む、上記(1)に記載の配向助剤。
(式中、Rat1は炭素原子数1〜5のアルキル基を表し、
Zat1は、単結合、炭素原子数1〜15の直鎖状若しくは分岐状のアルキレン基又は炭素原子数2〜18の直鎖状若しくは分岐状のアルケニレン基を表し[該アルキレン基又はアルケニレン基中の−CH2−は、酸素原子が直接隣接しないように−O−、−COO−、−C(=O)−、−OCO−で置換されてもよい。]、
Xat1は、水素原子又は炭素原子数1〜15のアルキル基を表す[該アルキル基中の−CH2−は、酸素原子が直接隣接しないように−O−、−COO−、−C(=O)−、−OCO−で置換されてもよい。]。
*は、結合手を表す。)
(4) 前記第1の化合物及び前記第2の化合物は、それぞれ少なくとも1つの重合性基を含む上記(1)〜(3)のいずれか1つに記載の配向助剤。
(5) 前記重合性基は、下記一般式(AP−1)〜一般式(AP−9)で表される群より選ばれる上記(4)に記載の配向助剤。
(式中、RAP1及びRAP2は、それぞれ独立して、水素原子、炭素原子数1〜5のアルキル基又は炭素原子数1〜10のハロゲン化アルキル基を表し[該アルキル基中の1個又は2個以上の−CH2−は、酸素原子が直接隣接しないように−O−又は−CO−で置換されてもよく、前記アルキル基中の1個又は2個以上の水素原子は、それぞれ独立して、ハロゲン原子又は水酸基で置換されてもよい。]、
WAP1は、単結合、−O−、−COO−、−OCO−又は−CH2−を表し、
tAP1は、0、1又は2を表し、
*は、結合手を表す。)
前記極性基又は前記重合性基は、直接又はスペーサ基を介して前記メソゲン基に結合している上記(1)〜(5)のいずれか1つに記載の配向助剤。
(7) 前記第1の化合物及び前記第2の化合物は、それぞれ前記メソゲン基の前記極性基と反対側に結合し、液晶分子の配向を誘導する機能を有する配向誘導基を含む上記(6)に記載の配向助剤。
(9) 前記スペーサ基は、炭素原子数1〜30のアルキレン基(ただし、該アルキレン基中の−CH2−は、酸素原子が直接隣接しないように−O−、−CO−、−COO−、−OCO−、−CH=CH−又は−C≡C−で置換されてもよく、前記アルキレン基中の水素原子は、ハロゲン原子で置換されてもよい。)である上記(6)〜(8)のいずれか1つに記載の配向助剤。
AAL1及びAAL2は、それぞれ独立して、2価の環式基を表し、
ZAL1、AAL1及びAAL2中の1個又は2個以上の水素原子は、それぞれ独立して、ハロゲノ基、前記極性基、PAP1−SpAP1−又は1価の有機基で置換されてもよく[PAP1は前記重合性基を表し、SpAP1は、単結合又は前記スペーサ基を表す。]、
分子内にZAL1及びAAL1が複数存在する場合に、それぞれ互いに同一であっても異なってもよく、
mAL1は、1〜5の整数を表す。
*は、結合手を表す。)
Pp1及びPp2は、それぞれ独立して、下記一般式(Pp1−1)〜式(Pp1−9)のいずれかを表し、
[式中、Rp11及びRp12は、それぞれ独立して、水素原子、炭素原子数1〜5のアルキル基又は炭素原子数1〜5のハロゲン化アルキル基を表し、Wp11は、単結合、−O−、−COO−、−OCO−、又は−CH2−を表し、tp11は、0、1又は2を表すが、分子内にRp11、Rp12、Wp11及び/又はtp11が複数存在する場合、それらは同一であっても異なってもよく、*は、結合手を表す。]
Spp1及びSpp2は、それぞれ独立して、単結合又は前記スペーサ基を表し、
Zp1及びZp2は、それぞれ独立して、単結合、−O−、−S−、−CH2−、−OCH2−、−CH2O−、−CO−、−C2H4−、−COO−、−OCO−、−OCOOCH2−、−CH2OCOO−、−OCH2CH2O−、−CO−NRZP1−、−NRZP1−CO−、−SCH2−、−CH2S−、−CH=CRZP1−COO−、−CH=CRZP1−OCO−、−COO−CRZP1=CH−、−OCO−CRZP1=CH−、−COO−CRZP1=CH−COO−、−COO−CRZP1=CH−OCO−、−OCO−CRZP1=CH−COO−、−OCO−CRZP1=CH−OCO−、−(CH2)2−COO−、−(CH2)2−OCO−、−OCO−(CH2)2−、−(C=O)−O−(CH2)2−、−CH=CH−、−CF=CF−、−CF=CH−、−CH=CF−、−CF2−、−CF2O−、−OCF2−、−CF2CH2−、−CH2CF2−、−CF2CF2−又は−C≡C−を表し[式中、RZP1は、それぞれ独立して、水素原子又は炭素原子数1〜4のアルキル基を表すが、分子内にRZP1が複数存在する場合、それらは同一であっても異なってもよい。]、
Ap1、Ap2及びAp3は、それぞれ独立して、
(ap) 1,4−シクロヘキシレン基[この基中に存在する1個の−CH2−又は隣接していない2個以上の−CH2−は、−O−で置換されてもよい。]
(bp) 1,4−フェニレン基[この基中に存在する1個の−CH=又は隣接していない2個以上の−CH=は、−N=で置換されてもよい。]及び
(cp) ナフタレン−2,6−ジイル基、ナフタレン−1,4−ジイル基、ナフタレン−1,5−ジイル基、1,2,3,4−テトラヒドロナフタレン−2,6−ジイル基、デカヒドロナフタレン−2,6−ジイル基、フェナントレン−2,7−ジイル基又はアントラセン−2,6−ジイル基[これらの基中に存在する1個の−CH=又は隣接していない2個以上の−CH=は、−N=で置換されてもよい。]
からなる群より選ばれる基[前記基(ap)、基(bp)及び基(cp)は、それぞれ独立して、この基中に存在する水素原子が、ハロゲン原子、炭素原子数1〜8のアルキル基又は炭素原子数1〜8のアルケニル基、シアノ基又は−Spp2−Pp2で置換されてもよい。]を表し、
mp1は、0、1、2又は3を表し、
分子内にZp1、Ap2、Spp2及び/又はPp2が複数存在する場合、それらは同一であっても異なってもよいが、mp1が0で、Ap1が前記基(cp)で表される基である場合、Ap3は単結合であっても良い。
*は、結合手を表す。)
(13) 2つの基板と、該2つの基板の間に設けられた上記(12)に記載の液晶組成物を含む液晶層とを備えることを特徴とする液晶表示素子。
(14) 前記液晶層は、前記第1の化合物及び前記第2の化合物の重合物を含む上記(13)に記載の液晶表示素子。
(15) PSA型、PSVA型、VA型、IPS型、FFS型又はECB型である上記(13)又は(14)に記載の液晶表示素子。
(16) 前記2つの基板のうちの少なくとも一方の基板は、配向膜を有さない上記(13)〜(15)のいずれか1つに記載の液晶表示素子。
(液晶組成物)
本発明の液晶組成物は、液晶表示素子が有する液晶層を形成するために用いられる。この液晶組成物は、誘電率異方性(Δε)が負である液晶分子と、液晶分子を自発的に配向させる機能を有する配向助剤(本発明の配向助剤)とを含有している。
((配向助剤))
配向助剤は、液晶組成物を含む液晶層と直接当接する部材(電極(例えば、ITO)、基板(例えば、ガラス基板、アクリル基板、透明基板、フレキシブル基板等)、樹脂層(例えば、カラーフィルタ、配向膜、オーバーコート層等)、絶縁膜(例えば、無機材料膜、SiNx等))に対して相互作用し、液晶層に含まれる液晶分子のホメオトロピック配列を誘起する機能を備えている。
メソゲン基に対し、吸着基及び配向誘導基が結合し、重合性基はメソゲン基、吸着基及び配向誘導基に直接又は必要に応じスペーサ基を介して置換していることが好ましい。特に、重合性基は、吸着基中に組み込まれた状態で、メソゲン基に置換していることが好ましい。
以下、化学式中の左端の*及び右端の*は結合手を表す。
配向誘導基は、液晶分子の配向を誘導する機能を有しており、下記一般式(AK)で表される基であることが好ましい。
また、アルキル基中の1個又は隣接しない2個以上の−CH2−は、それぞれ独立して、−CH=CH−、−C≡C−、−O−、−CO−、−COO−又は−OCO−で置換されてもよい。
さらに、アルキル基中の水素原子は、フッ素原子又は塩素原子で置換されてもよく、フッ素原子で置換されてもよい。
配向助剤に対していわゆる両親媒性を付与する観点から、上記配向誘導基は、メソゲン基の吸着基と反対側に結合していることが好ましい。
重合性基は、PAP1−で表され、−SpAP1−(単結合又はスペーサ基)を介してメソゲン基に結合していることが好ましい。
PAP1は、下記一般式(AP−1)〜一般式(AP−9)で表される群より選ばれる基であることが好ましい。
WAP1は、単結合、−O−、−COO−、−OCO−又は−CH2−を表す。
tAP1は、0、1又は2を表す。
SpAP1は、単結合又は直鎖状若しくは分岐状の炭素原子数1〜20のアルキレン基を表すことが好ましく、単結合又は直鎖状の炭素原子数1〜20のアルキレン基を表すことがより好ましく、単結合又は直鎖状の炭素原子数2〜10のアルキレン基を表すことがさらに好ましい。
また、SpAP1において、アルキレン基中の1個又は2個以上の−CH2−は、酸素原子が直接隣接しないようにそれぞれ独立して、−CH=CH−、−C≡C−、−O−、−CO−、−COO−又は−OCO−で置換されてもよい。
PAP1−SpAP1−中の水素原子は、重合性基、吸着基及び/又は配向誘導基で置換されてもよい。
PAP1−SpAP1−は、重合性基、メソゲン基、吸着基及び/又は配向誘導基に対して結合してもよい。
また、PAP1−SpAP1−は、メソゲン基、吸着基又は配向誘導基に対して結合することが好ましく、メソゲン基又は吸着基に対して結合することがより好ましい。
なお、分子内にPAP1及び/又はSpAP1−が複数存在する場合に、それぞれ互いに同一であっても異なってもよい。
メソゲン基は、剛直な部分を備えた基、例えば環式基を1つ以上備えた基をいい、環式基を2〜4個を備えた基が好ましく、環式基を3〜4個備えた基がより好ましい。なお、必要に応じて、環式基は、連結基で連結されてもよい。メソゲン基は、液晶層に使用される液晶分子(液晶化合物)と類似の骨格を有することが好ましい。
なお、本明細書中において、「環式基」は、構成する原子が環状に結合した原子団をいい、炭素環、複素環、飽和又は不飽和環式構造、単環、2環式構造、多環式構造、芳香族、非芳香族などを含む。
また、環式基は、少なくとも1つのヘテロ原子を含んでもよく、さらに、少なくとも1つの置換基(ハロゲノ基、重合性基、有機基(アルキル基、アルコキシ基、アリール基等)で置換されてもよい。環式基が単環である場合には、メソゲン基は、2個以上の単環を含んでいることが好ましい。
ZAL1、AAL1及びAAL2中の1個又は2個以上の水素原子は、それぞれ独立して、ハロゲノ基、吸着基、PAP1−SpAP1−又は1価の有機基で置換されてもよく、
なお、分子内にZAL1及びAAL1が複数存在する場合に、それぞれ互いに同一であっても異なってもよい。
mAL1は、1〜5の整数を表す。
一般式(AL)中、ZAL1は、単結合又は炭素原子数2〜20のアルキレン基であることが好ましく、単結合又は炭素原子数2〜10のアルキレン基であることがより好ましく、単結合、−(CH2)2−又は−(CH2)4−であることがさらに好ましい。アルキレン基中の1個又は2個以上の−CH2−は、酸素原子が直接隣接しないように−O−、−COO−又は−OCO−で置換されてもよい。
さらに、棒状分子の直線性を高めることを目的とする場合は、ZAL1は、環と環とが直接連結した形態である単結合や、環と環とを直接結ぶ原子の数が偶数個の形態が好ましい。例えば、−CH2−CH2COO−の場合、環と環とを直接結ぶ原子の数は4つである。
なお、これらの基は、非置換又は置換基で置換されてもよい。この置換基としては、フッ素原子又は炭素原子数1〜8のアルキル基であることが好ましい。さらに、アルキル基は、フッ素原子又は水酸基で置換されてもよい。
また、環式基中の1個又は2個以上の水素原子は、ハロゲノ基、吸着基、PAP1−SpAP1−又は1価の有機基で置換されてもよい。
かかる1価の有機基としては、例えば、炭素原子数1〜15のアルキル基、炭素原子数2〜15のアルケニル基、炭素原子数1〜14のアルコキシ基、炭素原子数2〜15のアルケニルオキシ基などが挙げられ、炭素原子数1〜15のアルキル基又は炭素原子数1〜14のアルコキシ基であることが好ましく、炭素原子数1〜8のアルキル基又は炭素原子数1〜8のアルコキシ基であることがより好ましく、炭素原子数1〜5のアルキル基又は炭素原子数1〜4のアルコキシ基であることがさらに好ましく、炭素原子数1〜3のアルキル基又は炭素原子数1〜2のアルコキシ基であることが特に好ましく、炭素原子数1又は2のアルキル基又は炭素原子数1のアルコキシ基であることが最も好ましい。
また、上記アルキル基、アルケニル基、アルコキシ基、アルケニルオキシ基中の1個又は2個以上の−CH2−は、酸素原子が直接隣接しないように−O−、−COO−又は−OCO−で置換されてもよい。さらには、上記1価の有機基は、前述の配向誘導基としての役割を有してもよい。
上記一般式(AL)中、mAL1は、1〜4の整数であることが好ましく、1〜3の整数であることがより好ましく、2又は3であることがさらに好ましい。
これらの式(me−1)〜(me−45)において、シクロヘキサン環、ベンゼン環又はナフタレン環中の1つ又は2つ以上の水素原子は、それぞれ独立して、ハロゲノ基、PAP1−SpAP1−、1価の有機基(例えば、炭素原子数1〜15のアルキル基、炭素原子数1〜14のアルコキシ基)、吸着基又は配向誘導基で置換されてもよい。
上記メソゲン基のうち、好ましい形態は、式(me−8)〜(me−44)であり、より好ましい形態は、式(me−8)〜(me−10)、式(me−12)〜(me−18)、式(me−22)〜(me−24)、式(me−26)〜(me−27)及び式(me−29)〜(me−44)であり、さらに好ましい形態は、式(me−12)、(me−14)、(me−16)、(me−22)〜(me−24)、(me−29)、(me−34)、(me−36)〜(me−37)、(me−42)〜(me−44)である。
環AAL11、環AAL12及び環AAL21は、それぞれ独立して、シクロヘキサン環又はベンゼン環を表す。
XAL101〜XAL118、XAL201〜XAL214のいずれか1つ又は2つ以上が、後述する吸着基で置換されている。
XAL101〜XAL118、XAL201〜XAL214のいずれか1つ又は2つ以上が、前記配向誘導基で置換されている。
後述する吸着基及び前記配向誘導基は、PAP1−SpAP1−で置換されてもよい。
一般式(AL−1)又は一般式(AL−2)は、その分子内にPAP1−SpAPl−を1つ又は2つ以上有する。
一般式(AL−1)において、XAL109、XAL110及びXAL111の少なくとも1つが後述する吸着基であることが好ましく、XAL109及びXAL110がともに後述する吸着基であること又はXAL110が後述する吸着基であることがより好ましく、XAL110が後述する吸着基であることがさらに好ましい。
一般式(AL−1)において、XAL109、XAL110及びXAL111の少なくとも1つが後述する吸着基のうちPAP1−SpAP1−又は構造内に重合可能な部位を有する吸着基であることが好ましく、XAL109及びXAL111の両方又は一方がPAP1−SpAP1−であることがより好ましい。
一般式(AL−1)において、XAL104〜XAL108、XAL112〜XAL116の1つ又は2つがそれぞれ独立して、炭素原子数1〜5のアルキル基、炭素原子数1〜5のアルコキシ基又はハロゲノ基であることが好ましく、炭素原子数1〜3のアルキル基又はフッ素原子であることがより好ましい。特に、XAL105、XAL106又はXAL107がそれぞれ独立して、炭素原子数1〜3のアルキル基又はフッ素原子であることが好ましい。
一般式(AL−2)において、XAL207、XAL208及びXAL209の少なくとも1つが後述する吸着基であることが好ましく、XAL207及びXAL208がともに後述する吸着基であること又はXAL208が後述する吸着基であることがより好ましく、XAL208が後述する吸着基であることがさらに好ましい。
一般式(AL−2)において、XAL207、XAL208及びXAL209の少なくとも1つが後述する吸着基のうちPAP1−SpAP1−又は構造内に重合可能な部位を有する吸着基であることが好ましく、XAL207及びXAL209の両方又は一方がPAP1−SpAP1−であることがより好ましい。
一般式(AL−2)において、XAL202〜XAL206、XAL210〜XAL214の1つ又は2つがそれぞれ独立して、炭素原子数1〜5のアルキル基、炭素原子数1〜5のアルコキシ基又はハロゲノ基であることが好ましく、炭素原子数1〜3のアルキル基又はフッ素原子であることがより好ましい。特に、XAL204、XAL205又はXAL206がそれぞれ独立して、炭素原子数1〜3のアルキル基又はフッ素原子であることが好ましい。
吸着基は、基板、膜、電極など液晶組成物と当接する層である吸着媒と吸着する役割を備えた基である。
吸着は、一般的に、化学結合(共有結合、イオン結合又は金属結合)をつくって吸着媒と吸着質との間で吸着する化学吸着と、化学吸着以外の物理吸着とに分別される。本明細書中において、吸着は、化学吸着又は物理吸着のいずれでもよいが、物理吸着であることが好ましい。そのため、吸着基は、吸着媒と物理吸着可能な基であることが好ましく、分子間力により吸着媒と結合可能な基であることがより好ましい。
分子間力により吸着媒と結合する形態としては、永久双極子、永久四重極子、分散力、電荷移動力又は水素結合などの相互作用による形態が挙げられる。
吸着基の好ましい形態としては、水素結合により吸着媒と結合可能な形態が挙げられる。この場合、吸着基が水素結合を介在するプロトンのドナー及びアクセプターのいずれの役割を果たしてもよく、若しくは双方の役割を果たしてもよい。
ヘテロ原子としては、N、O、S、P、B及びSiからなる群から選択される少なくとも1種であることが好ましく、N、O及びSからなる群から選択される少なくとも1種であることがより好ましく、N及びOからなる群から選択される少なくとも1種であることがさらに好ましく、Oであることが特に好ましい。
また、配向助剤において、極性要素の価数は、1価、2価、3価など特に制限されず、また吸着基中の極性要素の個数も特に制限されることはない。
配向助剤は、一分子中に1〜8個の吸着基を有することが好ましく、1〜4個の吸着基を有することがより好ましく、1〜3個の吸着基を有することがさらに好ましい。
なお、吸着基からは、重合性基及び配向誘導基を除くが、吸着基中の水素原子がPAP1−SpAP1−で置換された構造及びPAP1−SpAP1−中の水素原子が−OHで置換された構造は吸着基に含む。
環式基型は、その構造中に極性要素を含む環状構造を備えた環式基を含む形態であり、鎖式基型は、その構造中に極性要素を含む環状構造を備えた環式基を含まない形態である。
鎖式基型は、直鎖又は分岐した鎖状基中に極性要素を有する形態であり、その一部に極性要素を含まない環状構造を有していてもよい。
環式基型の吸着基とは、少なくとも1つの極性要素を環状の原子配列内に含む構造を有する形態を意味する。
なお、本明細書中において、環式基とは、上述した通りである。そのため、環式基型の吸着基は、極性要素を含む環式基さえ含んでいればよく、吸着基全体としては分岐しても直鎖状であってもよい。
一方、鎖式基型の吸着基とは、分子内に極性要素を含む環状の原子配列を含まず、かつ少なくとも1つの極性要素を線状の原子配列(枝分かれしてもよい)内に含む構造を有する形態を意味する。
したがって、鎖式基には、例えば、アルキル基、アルケニル基、アルコキシ基、エステル基、エーテル基又はケトン基などが含まれる。なお、これらの基中の水素原子は、少なくとも1つの置換基(反応性官能基(ビニル基、アクリル基、メタクリル基等)、鎖状有機基(アルキル基、シアノ基等))で置換されてもよい。また、鎖式基は、直鎖状又は分岐状のいずれでもよい。
鎖式基型の吸着基としては、構造内の水素原子や−CH2−が極性要素で置換された直鎖状若しくは分岐状の炭素原子数1〜20のアルキル基であることが好ましい。なお、アルキル基中の1個又は隣接しない2個以上の−CH2−は、−CH=CH−、−C≡C−、−O−、−CO−、−COO−又は−OCO−で置換されてもよい。また、鎖式基型の吸着基は、その端部に1つ又は2つ以上の極性要素を含むことが好ましい。
極性要素の具体例としては、酸素原子を含む極性要素(以下、含酸素極性要素)、窒素原子を含む極性要素(以下、含窒素極性要素)、リン原子を含む極性要素(以下、含リン極性要素)、ホウ素原子を含む極性要素(以下、含ホウ素極性要素)、ケイ素原子を含む極性要素(以下、含ケイ素極性要素)又は硫黄原子を含む極性要素(以下、含硫黄極性要素)が挙げられる。吸着能の観点から、極性要素としては、含窒素極性要素又は含酸素極性要素であることが好ましく、含酸素極性要素であることがより好ましい。
含窒素極性要素としては、シアノ基、1級アミノ基、2級アミノ基、3級アミノ基、ピリジル基、カルバモイル基及びウレイド基からなる群から選択される少なくとも1種の基又は当該基が炭素原子に連結している基であることが好ましい。
そのため、吸着基としては、含酸素極性要素を備えた環式基(以下、含酸素環式基)、含窒素極性要素を備えた環式基(以下、含窒素環式基)、含酸素極性要素を備えた鎖式基(以下、含酸素鎖式基)及び含窒素極性要素を備えた鎖式基(以下、含窒素鎖式基)からなる群から選択される1種又は2種以上の基自体または当該基を含むことが好ましい。
Zat1は、単結合、炭素原子数1〜15の直鎖状若しくは分岐状のアルキレン基又は炭素原子数2〜18の直鎖状若しくは分岐状のアルケニレン基を表す。ただし、アルキレン基又はアルケニレン基中の−CH2−は、酸素原子が直接隣接しないように−O−、−COO−、−C(=O)−、−OCO−で置換されてもよい。
Xat1は、水素原子又は炭素原子数1〜15のアルキル基を表す。ただし、アルキル基中の−CH2−は、酸素原子が直接隣接しないように−O−、−COO−、−C(=O)−、−OCO−で置換されてもよい。
WAT1は、単結合又は下記一般式(WAT1)又は(WAT2)を表す。
ZAT1は、極性要素を含む1価の基を表す。ただし、ZAT1中の水素原子は、−OH、−CN又はPAP1−SpAP1−で置換されてもよい。
(式中、SpWAT1及びSpWAT2は、それぞれ独立して、単結合、炭素原子数1〜25の直鎖状若しくは分岐状のアルキレン基を表し、アルキレン基中の水素原子は、−OH、−CN又はPAP1−SpAP1−で置換されてもよく、アルキレン基中の−CH2−は、酸素原子が直接隣接しないように環式基、−O−、−COO−、−C(=O)−、−OCO−又は−CH=CH−で置換されてもよい。)
また、SpAT1、SpWAT1及びSpWAT2において、アルキレン基中の1個又は2個以上の−CH2−は、それぞれ独立して、酸素原子が直接隣接しないように、−CH=CH−、−C≡C−、−O−、−CO−、−COO−又は−OCO−で置換されてもよい。
また、SpAT1及びSpWAT1中の水素原子は、それぞれ独立して、−WAT1−ZAT1又はPAP1−SpAP1−で置換されてもよい。
ZZAT11は、極性要素を含む基を表す。
一般式(ZAT1−2)中のZZAT12を含む環で表した構造は、5〜7員環を表す。
ZZAT11及びZZAT12中の水素原子は、−OH、−CN又はPAP1−SpAP1−で置換されてもよい。
RZAT11及びRZAT12は、それぞれ独立して、水素原子、炭素原子数1〜8の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基を表す。ただし、アルキル基中の水素原子は、−OH、−CN又はPAP1−SpAP1−で置換されてもよく、アルキル基中の−CH2−は、酸素原子が直接隣接しないように環式基、−O−、−COO−、−C(=O)−、−OCO−、−CH=CH−又は−ZZAT11−で置換されてもよい。
SpZAT11は、単結合、炭素原子数1〜25の直鎖状若しくは分岐状のアルキレン基を表す。ただし、アルキレン基中の水素原子は、−OH、−CN、−ZZAT11−RZAT11又はPAP1−SpAP1−で置換されてもよく、アルキレン基中の−CH2−は、酸素原子が直接隣接しないように環式基、−O−、−COO−、−C(=O)−、−OCO−又は−CH=CH−で置換されてもよい。
RZAT11は、水素原子、炭素原子数1〜8の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基を表す。ただし、アルキル基中の水素原子は、−OH、−CN、−SpAT1−WAT1−ZAT1又はPAP1−SpAP1−で置換されてもよく、アルキル基中の−CH2−は、酸素原子が直接隣接しないように環式基、−O−、−COO−、−C(=O)−、−OCO−、−CH=CH−又は−ZZAT11−で置換されてもよい。
SpZAT11は、単結合、炭素原子数1〜25の直鎖状若しくは分岐状のアルキレン基を表す。ただし、アルキレン基中の水素原子は、−OH、−CN又はPAP1−SpAP1−で置換されてもよく、アルキレン基中の−CH2−は、酸素原子が直接隣接しないように環式基、−O−、−COO−、−C(=O)−、−OCO−、−CH=CH−又は−ZZAT11−で置換されてもよい。
分子内の水素原子は、PAP1−SpAP1−で置換されてもよい。
*は、結合手を表す。
具体的には、配向助剤は、メソゲン基の同一環上に重合性基及び吸着基を有する形態であることが好ましい。かかる形態には、1つ以上の重合性基及び1つ以上の吸着基がそれぞれ同一環上に結合している形態と、1つ以上の重合性基の少なくとも1つ又は1つ以上の吸着基の少なくとも1つのうち、一方が他方に結合して、同一環上に重合性基及び吸着基を有する形態とが含まれる。
また、この場合、重合性基に結合するスペーサ基中の水素原子が、吸着基で置換されてもよく、さらには吸着基中の水素原子が、スペーサ基を介して重合性基で置換されてもよい。
RAK1は、一般式(AK)におけるRAK1と同じ意味を表す。
ZAL1は、一般式(AL)におけるZAL1と同じ意味を表す。
mAL1は、一般式(AL)におけるmAL1と同じ意味を表す。
SpAT1は、一般式(AT)におけるSpAT1と同じ意味を表す。
WAT1は、一般式(AT)におけるWAT1と同じ意味を表す。
ZAT1は、一般式(AT)におけるZAT1と同じ意味を表す。
ここで、1種類のみの化合物を含有する配向助剤を使用した場合、配向助剤の飽和溶解度との関係で、液晶組成物に溶解可能な配向助剤の量が制限され、液晶分子に対する配向規制力を十分に高めることができない。一方、これを解消すべく、液晶組成物に多量の配向助剤を強制的に溶解すると、液晶組成物の保存時に配向助剤が析出し易い。
これに対して、配向助剤として第1の化合物と第2の化合物とを併用することにより、各化合物を飽和溶解度又はその近傍まで液晶組成物に溶解させることで、液晶組成物中に含まれる配向助剤の全量が増大し、液晶分子に対する配向規制力を高めることができる。
一方で、各化合物をその飽和溶解度を超えて、強制的に液晶組成物に溶解させている訳ではない。このため、本発明の液晶組成物は、長期間保存しても各化合物が析出し難く、保存安定性に優れる。
また、各化合物が有する吸着基の数は、1つでもよいが、2つ以上が好ましく、2つがより好ましい。2つの上記吸着基を有する化合物は、吸着媒に対する吸着力が適度になる。このため、液晶組成物を吸着媒に供給した際に、各化合物が吸着媒上を良好に濡れ広がる。その結果、吸着媒の面方向の各領域において、液晶分子を均一に垂直配向させることができる。
なお、第1の化合物及び第2の化合物は、それらの双方が重合性基を有さなくてもよく、いずれか一方が重合性基を有さなくてもよい。ただし、第1の化合物及び第2の化合物がそれぞれ少なくとも1つの重合性基を有することが好ましい。この場合、これらの重合物を形成することにより、液晶分子に対する配向規制力をより向上することができる。
液晶組成物中に含まれる配向助剤の量は、0.01〜10質量%程度であることが好ましい。そのより好ましい下限値は、液晶分子を更に好適に配向させる観点から、0.05質量%、0.1質量%である。一方、そのより好ましい上限値は、応答特性を改善する観点から、7質量%、5質量%、4質量%、3質量%、1質量%である。本発明の構成を採用することにより、十分な量の配向助剤を液晶組成物に溶解し得る。
本発明の液晶組成物は、下記一般式(P)で表される重合性化合物を含有することが好ましい。かかる重合性化合物は、液晶分子に所定のプレチルト角を付与する機能を有する。なお、液晶組成物は、この重合性化合物を2種以上含有することもできる。
式(P)中、Rp1は、水素原子、フッ素原子、シアノ基、炭素原子数1〜15のアルキル基又は−Spp2−Pp2を表す。ただし、アルキル基中に存在する1個又は隣接しない2個以上の−CH2−は、それぞれ独立して、−CH=CH−、−C≡C−、−O−、−CO−、−COO−又は−OCO−で置換されてもよい。また、アルキル基中に存在する1個又は2個以上の水素原子は、それぞれ独立して、シアノ基、フッ素原子又は塩素原子で置換されてもよい。
(式中、Rp11及びRp12は、それぞれ独立して、水素原子、炭素原子数1〜5のアルキル基又は炭素原子数1〜5のハロゲン化アルキル基を表し、Wp11は、単結合、−O−、−COO−、−OCO−、又は−CH2−を表し、tp11は、0、1又は2を表すが、分子内にRp11、Rp12、Wp11及び/又はtp11が複数存在する場合、それらは同一であっても異なってもよい。)
Zp1及びZp2は、それぞれ独立して、単結合、−O−、−S−、−CH2−、−OCH2−、−CH2O−、−CO−、−C2H4−、−COO−、−OCO−、−OCOOCH2−、−CH2OCOO−、−OCH2CH2O−、−CO−NRZP1−、−NRZP1−CO−、−SCH2−、−CH2S−、−CH=CRZP1−COO−、−CH=CRZP1−OCO−、−COO−CRZP1=CH−、−OCO−CRZP1=CH−、−COO−CRZP1=CH−COO−、−COO−CRZP1=CH−OCO−、−OCO−CRZP1=CH−COO−、−OCO−CRZP1=CH−OCO−、−(CH2)2−COO−、−(CH2)2−OCO−、−OCO−(CH2)2−、−(C=O)−O−(CH2)2−、−CH=CH−、−CF=CF−、−CF=CH−、−CH=CF−、−CF2−、−CF2O−、−OCF2−、−CF2CH2−、−CH2CF2−、−CF2CF2−又は−C≡C−(式中、RZP1は、それぞれ独立して、水素原子又は炭素原子数1〜4のアルキル基を表すが、分子内にRZP1が複数存在する場合、それらは同一であっても異なってもよい。)を表す。
(ap) 1,4−シクロヘキシレン基(この基中に存在する1個の−CH2−又は隣接していない2個以上の−CH2−は、−O−で置換されてもよい。)
(bp) 1,4−フェニレン基(この基中に存在する1個の−CH=又は隣接していない2個以上の−CH=は、−N=で置換されてもよい。)及び
(cp) ナフタレン−2,6−ジイル基、ナフタレン−1,4−ジイル基、ナフタレン−1,5−ジイル基、1,2,3,4−テトラヒドロナフタレン−2,6−ジイル基、デカヒドロナフタレン−2,6−ジイル基、フェナントレン−2,7−ジイル基又はアントラセン−2,6−ジイル基(これらの基中に存在する1個の−CH=又は隣接していない2個以上の−CH=は、−N=で置換されてもよい。)
からなる群より選ばれる基(前記基(ap)、基(bp)及び基(cp)は、それぞれ独立して、この基中に存在する水素原子が、ハロゲン原子、炭素原子数1〜8のアルキル基又は炭素原子数1〜8のアルケニル基、シアノ基又は−Spp2−Pp2で置換されてもよい。)を表す。
分子内にZp1、Ap2、Spp2及び/又はPp2が複数存在する場合、それらは同一であっても異なってもよい。ただし、Ap3は、mp1が0で、Ap1が基(cp)で表される基である場合、単結合であっても良い。
なお、重合性化合物からは、配向助剤を除く。
Pp1及びPp2は、それぞれ独立して、一般式(Pp1−1)〜式(Pp1−3)のいずれかであることが好ましく、(Pp1−1)であることがより好ましい。
Rp11及びRp12は、それぞれ独立して、水素原子又はメチル基であることが好ましい。
tp11は、0又は1であることが好ましい。
Wp11は、単結合、−CH2−又は−C2H4−であることが好ましい。
mp1は、0、1又は2であることが好ましく、0又は1であることが好ましい。
また、分子内に存在するZp1及びZp2の1つのみが、−CH=CH−COO−、−COO−CH=CH−、−(CH2)2−COO−、−(CH2)2−OCO−、−O−CO−(CH2)2−、−COO−(CH2)2−からなる群から選択される連結基であり、他がすべて単結合であることが好ましい。
中でも、Spp1及びSpp2は、それぞれ独立して、直鎖の炭素原子数1〜10のアルキレン基又は単結合であることが好ましい。
Ap1、Ap2及びAp3は、それぞれ独立して、1,4−フェニレン基又は1,4−シクロヘキシレン基であることが好ましく、1,4−フェニレン基であることがより好ましい。
1,4−フェニレン基は、液晶分子(液晶化合物)との相溶性を改善するために、1個のフッ素原子、1個のメチル基又は1個のメトキシ基で置換されていることが好ましい。
式中、Pp21、Pp22、Spp21及びSpp22は、一般式(P)におけるPp1、Pp2、Spp1及びSpp2と同じ意味を表す。
AN11、AN12、AN21、AN22、AN31及びAN32は、それぞれ独立して、
(a) 1,4−シクロヘキシレン基(該基中に存在する任意の1個又は隣接しない2個以上の−CH2−は、−O−で置換されてもよい。)、
(b) 1,4−フェニレン基(該基中に存在する任意の1個又は隣接しない2個以上の−CH=は、−N=で置換されてもよい。)、
(c) ナフタレン−2,6−ジイル基、1,2,3,4−テトラヒドロナフタレン−2,6−ジイル基又はデカヒドロナフタレン−2,6−ジイル基(該基中に存在する任意の1個又は隣接しない2個以上の−CH=は、−N=で置換されてもよい。)、及び
(d) 1,4−シクロヘキセニレン基
からなる群より選ばれる基を表すが、上記の基(a)、基(b)、基(c)及び基(d)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もよい。
XN21は、水素原子又はフッ素原子を表す。
TN31は、−CH2−又は酸素原子を表す。
nN11、nN12、nN21、nN22、nN31及びnN32は、それぞれ独立して、0〜3の整数を表すが、nN11+nN12、nN21+nN22及びnN31+nN32は、それぞれ独立して、1、2又は3であり、AN11〜AN32、ZN11〜ZN32が複数存在する場合には、それらは同一であっても異なっていてもよい。
具体的には、AN11、AN12、AN21、AN22、AN31及びAN32は、それぞれ独立して、トランス−1,4−シクロへキシレン基、1,4−フェニレン基、2−フルオロ−1,4−フェニレン基、3−フルオロ−1,4−フェニレン基、3,5−ジフルオロ−1,4−フェニレン基、2,3−ジフルオロ−1,4−フェニレン基、1,4−シクロヘキセニレン基、1,4−ビシクロ[2.2.2]オクチレン基、ピペリジン−1,4−ジイル基、ナフタレン−2,6−ジイル基、デカヒドロナフタレン−2,6−ジイル基又は1,2,3,4−テトラヒドロナフタレン−2,6−ジイル基であることが好ましく、下記化61の基のうちのいずれかであることがより好ましく、トランス−1,4−シクロへキシレン基、1,4−シクロヘキセニレン基又は1,4−フェニレン基であることがさらに好ましい。
XN21は、フッ素原子であることが好ましい。
TN31は、酸素原子であることが好ましい。
nN11+nN12、nN21+nN22及びnN31+nN32は、1又は2であることが好ましい。具体的には、nN11が1でありnN12が0である組み合わせ、nN11が2でありnN12が0である組み合わせ、nN11が1でありnN12が1である組み合わせ、nN21が1でありnN22が0である組み合わせ、nN21が2でありnN22が0である組み合わせ、nN31が1でありnN32が0である組み合わせ、nN31が2でありnN32が0である組み合わせが好ましい。
液晶組成物の粘度(η)を低く保ち、応答速度を高める場合は、一般式(N−1)〜(N−3)で表される化合物の量は、下限値が低くかつ上限値も低い方が好ましい。さらに、液晶組成物のネマチック相−等方性液体相転移温度(Tni)を高く保ち、温度安定性を改善する場合は、その量は下限値が低くかつ上限値も低い方が好ましい。また、液晶表示素子の駆動電圧を低く保つため、液晶組成物の誘電率異方性(Δε)を大きくする場合は、その量は下限値が高くかつ上限値も高い方が好ましい。
nNa11は、0又は1を表す。
nNb11は、1又は2を表す。
nNc11は、0又は1を表す。
nNd11は、1又は2を表す。
nNe11は、1又は2を表す。
nNf12は、1又は2を表す。
nNg11は、1又は2を表す。
ANg11は、トランス−1,4−シクロへキシレン基、1,4−シクロヘキセニレン基又は1,4−フェニレン基を表すが、少なくとも1つは、1,4−シクロヘキセニレン基を表す。
ZNe11は、単結合又はエチレン基を表すが、少なくとも1つは、エチレン基を表す。
ただし、ANe11、ZNe11及び/又はANg11が複数存在する場合、それらは同一であっても異なっていてもよい。
一般式(N−1−1)で表される化合物は、下記の化合物である。
式中、RN111及びRN112は、それぞれ独立して、一般式(N−1)におけるRN11及びRN12と同じ意味を表す。
RN111は、炭素原子数1〜5のアルキル基又は炭素原子数2〜5のアルケニル基であることが好ましく、プロピル基、ペンチル基又はビニル基であることがより好ましい。
RN112は、炭素原子数1〜5のアルキル基、炭素原子数4〜5のアルケニル基又は炭素原子数1〜4のアルコキシ基であることが好ましく、エトキシ基又はブトキシ基であることがより好ましい。
併用可能な化合物の種類は、特に制限されないが、低温での溶解性、転移温度、電気的な信頼性、複屈折率などの求められる性能に応じて、適宜選択される。
使用する化合物の種類は、例えば本発明の一つの実施形態では、1種類であり、2種類であり、3種類であり、4種類であり、5種類以上である。
その好ましい下限値は、5質量%、10質量%、13質量%、15質量%、17質量%、20質量%、23質量%、25質量%、27質量%、30質量%、33質量%、35質量%である。一方、その好ましい上限値は、50質量%、40質量%、38質量%、35質量%、33質量%、30質量%、28質量%、25質量%、23質量%、20質量%、18質量%、15質量%、13質量%、10質量%、8質量%、7質量%、6質量%、5質量%、3質量%である。
液晶組成物中に含まれる式(N−1−1.1)〜(N−1−1.25)で表される化合物の単独又は併用での量は、次の通りであることが好ましい。すなわち、その好ましい下限値は、5質量%、10質量%、13質量%、15質量%、17質量%、20質量%、23質量%、25質量%、27質量%、30質量%、33質量%、35質量%である。一方、その好ましい上限値は、50質量%、40質量%、38質量%、35質量%、33質量%、30質量%、28質量%、25質量%、23質量%、20質量%、18質量%、15質量%、13質量%、10質量%、8質量%、7質量%、6質量%、5質量%、3質量%である。
式中、RN121及びRN122は、それぞれ独立して、一般式(N−1)におけるRN11及びRN12と同じ意味を表す。
RN121は、炭素原子数1〜5のアルキル基又は炭素原子数2〜5のアルケニル基であることが好ましく、エチル基、プロピル基、ブチル基又はペンチル基であることがより好ましい。
RN122は、炭素原子数1〜5のアルキル基、炭素原子数4〜5のアルケニル基又は炭素原子数1〜4のアルコキシ基であることが好ましく、メチル基、プロピル基、メトキシ基、エトキシ基又はプロポキシ基であることがより好ましい。
併用可能な化合物の種類は、特に制限されないが、低温での溶解性、転移温度、電気的な信頼性、複屈折率などの求められる性能に応じて、適宜選択される。
使用する化合物の種類は、例えば本発明の一つの実施形態では、1種類であり、2種類であり、3種類であり、4種類であり、5種類以上である。
その好ましい下限値は、5質量%、7質量%、10質量%、13質量%、15質量%、17質量%、20質量%、23質量%、25質量%、27質量%、30質量%、33質量%、35質量%、37質量%、40質量%、42質量%である。一方、その好ましい上限値は、50質量%、48質量%、45質量%、43質量%、40質量%、38質量%、35質量%、33質量%、30質量%、28質量%、25質量%、23質量%、20質量%、18質量%、15質量%、13質量%、10質量%、8質量%、7質量%、6質量%、5質量%である。
なお、一般式(N−1−2)で表される化合物は、Δεの改良を重視する場合には、式(N−1−2.3)〜(N−1−2.7)で表される化合物から選ばれることが好ましく、Tniの改良を重視する場合には、式(N−1−2.10)、式(N−1−2.11)及び式(N−1−2.13)で表される化合物から選ばれることが好ましく、応答速度の改良を重視する場合には、式(N−1−2.20)で表される化合物であることが好ましい。
液晶組成物中に含まれる式(N−1−2.1)〜(N−1−2.25)で表される化合物の単独又は併用での量は、次の通りであることが好ましい。すなわち、その好ましい下限値は、5質量%、10質量%、13質量%、15質量%、17質量%、20質量%、23質量%、25質量%、27質量%、30質量%、33質量%、35質量%である。一方、その好ましい上限値は、50質量%、40質量%、38質量%、35質量%、33質量%、30質量%、28質量%、25質量%、23質量%、20質量%、18質量%、15質量%、13質量%、10質量%、8質量%、7質量%、6質量%、5質量%、3質量%である。
式中、RN131及びRN132は、それぞれ独立して、一般式(N−1)におけるRN11及びRN12と同じ意味を表す。
RN131は、炭素原子数1〜5のアルキル基又は炭素原子数2〜5のアルケニル基であることが好ましく、エチル基、プロピル基又はブチル基であることがより好ましい。
RN132は、炭素原子数1〜5のアルキル基、炭素原子数3〜5のアルケニル基又は炭素原子数1〜4のアルコキシ基であることが好ましく、1−プロペニル基、エトキシ基、プロポキシ基又はブトキシ基であることがより好ましい。
併用可能な化合物の種類は、特に制限されないが、低温での溶解性、転移温度、電気的な信頼性、複屈折率などの求められる性能に応じて、適宜選択される。
使用する化合物の種類は、例えば本発明の一つの実施形態では、1種類であり、2種類であり、3種類であり、4種類であり、5種類以上である。
その好ましい下限値は、5質量%、10質量%、13質量%、15質量%、17質量%、20質量%である。一方、その好ましい上限値は、35質量%、30質量%、28質量%、25質量%、23質量%、20質量%、18質量%、15質量%、13質量%である。
液晶組成物中に含まれる式(N−1−3.1)〜(N−1−3.4)、式(N−1−3.6)及び式(N−1−3.21)で表される化合物の単独又は併用での量は、次の通りであることが好ましい。すなわち、その好ましい下限値は、5質量%、10質量%、13質量%、15質量%、17質量%、20質量%である。一方、その好ましい上限値は、35質量%、30質量%、28質量%、25質量%、23質量%、20質量%、18質量%、15質量%、13質量%である。
式中、RN141及びRN142は、それぞれ独立して、一般式(N−1)におけるRN11及びRN12と同じ意味を表す。
RN141及びRN142は、それぞれ独立して、炭素原子数1〜5のアルキル基、炭素原子数4〜5のアルケニル基又は炭素原子数1〜4のアルコキシ基であることが好ましく、メチル基、プロピル基、エトキシ基又はブトキシ基であることがより好ましい。
併用可能な化合物の種類は、特に制限されないが、低温での溶解性、転移温度、電気的な信頼性、複屈折率などの求められる性能に応じて、適宜選択される。
使用する化合物の種類は、例えば本発明の一つの実施形態では、1種類であり、2種類であり、3種類であり、4種類であり、5種類以上である。
その好ましい下限値は、3質量%、5質量%、7質量%、10質量%、13質量%、15質量%、17質量%、20質量%である。一方、その好ましい上限値は、35質量%、30質量%、28質量%、25質量%、23質量%、20質量%、18質量%、15質量%、13質量%、11質量%、10質量%、8質量%である。
液晶組成物中に含まれる式(N−1−4.1)〜(N−1−4.24)で表される化合物の単独又は併用での量は、次の通りであることが好ましい。すなわち、その好ましい下限値は、3質量%、5質量%、7質量%、10質量%、13質量%、15質量%、17質量%、20質量%である。一方、その好ましい上限値は、35質量%、30質量%、28質量%、25質量%、23質量%、20質量%、18質量%、15質量%、13質量%、11質量%、10質量%、8質量%である。
式中、RN151及びRN152は、それぞれ独立して、一般式(N−1)におけるRN11及びRN12と同じ意味を表す。
RN151及びRN152は、それぞれ独立して、炭素原子数1〜5のアルキル基、炭素原子数4〜5のアルケニル基又は炭素原子数1〜4のアルコキシ基であることが好ましく、エチル基、プロピル基又はブチル基であることがより好ましい。
併用可能な化合物の種類は、特に制限されないが、低温での溶解性、転移温度、電気的な信頼性、複屈折率などの求められる性能に応じて、適宜選択される。
使用する化合物の種類は、例えば本発明の一つの実施形態では、1種類であり、2種類であり、3種類であり、4種類であり、5種類以上である。
その好ましい下限値は、5質量%、8質量%、10質量%、13質量%、15質量%、17質量%、20質量%である。一方、その好ましい上限値は、35質量%、33質量%、30質量%、28質量%、25質量%、23質量%、20質量%、18質量%、15質量%、13質量%である。
液晶組成物中に含まれる式(N−1−5.1)、式(N−1−5.2)及び式(N−1−5.4)で表される化合物の単独又は併用での量は、次の通りであることが好ましい。すなわち、その好ましい下限値は、5質量%、8質量%、10質量%、13質量%、15質量%、17質量%、20質量%である。一方、その好ましい上限値は、35質量%、33質量%、30質量%、28質量%、25質量%、23質量%、20質量%、18質量%、15質量%、13質量%である。
式中、RN1101及びRN1102は、それぞれ独立して、一般式(N−1)におけるRN11及びRN12と同じ意味を表す。
RN1101は、炭素原子数1〜5のアルキル基又は炭素原子数2〜5のアルケニル基であることが好ましく、エチル基、プロピル基、ブチル基、ビニル基又は1−プロペニル基であることがより好ましい。
RN1102は、炭素原子数1〜5のアルキル基、炭素原子数4〜5のアルケニル基又は炭素原子数1〜4のアルコキシ基であることが好ましく、エトキシ基、プロポキシ基又はブトキシ基であることがより好ましい。
併用可能な化合物の種類は、特に制限されないが、低温での溶解性、転移温度、電気的な信頼性、複屈折率などの求められる性能に応じて、適宜選択される。
使用する化合物の種類は、例えば本発明の一つの実施形態では、1種類であり、2種類であり、3種類であり、4種類であり、5種類以上である。
その好ましい下限値は、5質量%、10質量%、13質量%、15質量%、17質量%、20質量%である。一方、その好ましい上限値は、35質量%、30質量%、28質量%、25質量%、23質量%、20質量%、18質量%、15質量%、13質量%である。
液晶組成物中に含まれる式(N−1−10.1)及び式(N−1−10.2)で表される化合物の単独又は併用での量は、次の通りであることが好ましい。すなわち、その好ましい下限値は、5質量%、10質量%、13質量%、15質量%、17質量%、20質量%である。一方、その好ましい上限値は、35質量%、30質量%、28質量%、25質量%、23質量%、20質量%、18質量%、15質量%、13質量%である。
式中、RN1111及びRN1112は、それぞれ独立して、一般式(N−1)におけるRN11及びRN12と同じ意味を表す。
RN1111は、炭素原子数1〜5のアルキル基又は炭素原子数2〜5のアルケニル基であることが好ましく、エチル基、プロピル基、ブチル基、ビニル基又は1−プロペニル基であることがより好ましい。
RN1112は、炭素原子数1〜5のアルキル基、炭素原子数4〜5のアルケニル基又は炭素原子数1〜4のアルコキシ基であることが好ましく、エトキシ基、プロポキシ基又はブトキシ基であることがより好ましい。
併用可能な化合物の種類は、特に制限されないが、低温での溶解性、転移温度、電気的な信頼性、複屈折率などの求められる性能に応じて、適宜選択される。
使用する化合物の種類は、例えば本発明の一つの実施形態では、1種類であり、2種類であり、3種類であり、4種類であり、5種類以上である。
その好ましい下限値は、5質量%、10質量%、13質量%、15質量%、17質量%、20質量%である。一方、その好ましい上限値は、35質量%、30質量%、28質量%、25質量%、23質量%、20質量%、18質量%、15質量%、13質量%である。
液晶組成物中に含まれる式(N−1−11.2)及び式(N−1−11.4)で表される化合物の単独又は併用での量は、次の通りであることが好ましい。すなわち、その好ましい下限値は、5質量%、10質量%、13質量%、15質量%、17質量%、20質量%である。一方、その好ましい上限値は、35質量%、30質量%、28質量%、25質量%、23質量%、20質量%、18質量%、15質量%、13質量%である。
式中、RN1121及びRN1122は、それぞれ独立して、一般式(N−1)におけるRN11及びRN12と同じ意味を表す。
RN1121は、炭素原子数1〜5のアルキル基又は炭素原子数2〜5のアルケニル基であることが好ましく、エチル基、プロピル基又はブチル基であることがより好ましい。
RN1122は、炭素原子数1〜5のアルキル基、炭素原子数4〜5のアルケニル基又は炭素原子数1〜4のアルコキシ基であることが好ましく、エトキシ基、プロポキシ基又はブトキシ基であることがより好ましい。
併用可能な化合物の種類は、特に制限されないが、低温での溶解性、転移温度、電気的な信頼性、複屈折率などの求められる性能に応じて、適宜選択される。
使用する化合物の種類は、例えば本発明の一つの実施形態では、1種類であり、2種類であり、3種類であり、4種類であり、5種類以上である。
その好ましい下限値は、5質量%、10質量%、13質量%、15質量%、17質量%、20質量%である。一方、その好ましい上限値は、35質量%、30質量%、28質量%、25質量%、23質量%、20質量%、18質量%、15質量%、13質量%である。
式中、RN1131及びRN1132は、それぞれ独立して、一般式(N−1)におけるRN11及びRN12と同じ意味を表す。
RN1131は、炭素原子数1〜5のアルキル基又は炭素原子数2〜5のアルケニル基であることが好ましく、エチル基、プロピル基又はブチル基であることがより好ましい。
RN1132は、炭素原子数1〜5のアルキル基、炭素原子数4〜5のアルケニル基又は炭素原子数1〜4のアルコキシ基であることが好ましく、エトキシ基、プロポキシ基又はブトキシ基であることがより好ましい。
併用可能な化合物の種類は、特に制限されないが、低温での溶解性、転移温度、電気的な信頼性、複屈折率などの求められる性能に応じて、適宜選択される。
使用する化合物の種類は、例えば本発明の一つの実施形態では、1種類であり、2種類であり、3種類であり、4種類であり、5種類以上である。
その好ましい下限値は、5質量%、10質量%、13質量%、15質量%、17質量%、20質量%である。一方、その好ましい上限値は、35質量%、30質量%、28質量%、25質量%、23質量%、20質量%、18質量%、15質量%、13質量%である。
式中、RN1141及びRN1142は、それぞれ独立して、一般式(N−1)におけるRN11及びRN12と同じ意味を表す。
RN1141は、炭素原子数1〜5のアルキル基又は炭素原子数2〜5のアルケニル基であることが好ましく、メチル基、エチル基、プロピル基又はブチル基であることがより好ましい。
RN1142は、炭素原子数1〜5のアルキル基、炭素原子数4〜5のアルケニル基又は炭素原子数1〜4のアルコキシ基であることが好ましく、エトキシ基、プロポキシ基又はブトキシ基であることがより好ましい。
併用可能な化合物の種類は、特に制限されないが、低温での溶解性、転移温度、電気的な信頼性、複屈折率などの求められる性能に応じて、適宜選択される。
使用する化合物の種類は、例えば本発明の一つの実施形態では、1種類であり、2種類であり、3種類であり、4種類であり、5種類以上である。
その好ましい下限値は、5質量%、10質量%、13質量%、15質量%、17質量%、20質量%である。一方、その好ましい上限値は、35質量%、30質量%、28質量%、25質量%、23質量%、20質量%、18質量%、15質量%、13質量%である。
式中、RN1221及びRN1222は、それぞれ独立して、一般式(N−1)におけるRN11及びRN12と同じ意味を表す。
RN1221及びRN1222は、それぞれ独立して、炭素原子数1〜5のアルキル基又は炭素原子数2〜5のアルケニル基であることが好ましく、エチル基、プロピル基又はブチル基であることがより好ましい。
併用可能な化合物の種類は、特に制限されないが、低温での溶解性、転移温度、電気的な信頼性、複屈折率などの求められる性能に応じて、適宜選択される。
使用する化合物の種類は、例えば本発明の一つの実施形態では、1種類であり、2種類であり、3種類であり、4種類であり、5種類以上である。
その好ましい下限値は、1質量%、5質量%、10質量%、13質量%、15質量%、17質量%、20質量%である。一方、その好ましい上限値は、35質量%、30質量%、28質量%、25質量%、23質量%、20質量%、18質量%、15質量%、13質量%、10質量%、5質量%である。
nL1は、0、1、2又は3を表す。
(a) 1,4−シクロヘキシレン基(該基中に存在する任意の1個又は隣接しない2個以上の−CH2−は、−O−で置換されてもよい。)、
(b) 1,4−フェニレン基(該基中に存在する任意の1個又は隣接しない2個以上の−CH=は、−N=で置換されてもよい。)、及び
(c) ナフタレン−2,6−ジイル基、1,2,3,4−テトラヒドロナフタレン−2,6−ジイル基又はデカヒドロナフタレン−2,6−ジイル基(該基中に存在する任意の1個又は隣接しない2個以上の−CH=は、−N=で置換されてもよい。)
からなる群より選ばれる基を表すが、上記の基(a)、基(b)及び基(c)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もよい。
nL1が2又は3であってAL2が複数存在する場合には、それらは同一であっても異なっていてもよい。
nL1が2又は3であってZL3が複数存在する場合には、それらは同一であっても異なっていてもよい。
ただし、一般式(N−1)、(N−2)及び(N−3)で表される化合物を除く。
併用可能な化合物の種類は、特に制限されないが、低温での溶解性、転移温度、電気的な信頼性、複屈折率などの所望の性能に応じて、適宜選択される。
使用する化合物の種類は、例えば本発明の一つの実施形態では、1種類である。あるいは、使用する化合物の種類は、本発明の別の実施形態では、2種類であり、3種類であり、4種類であり、5種類であり、6種類であり、7種類であり、8種類であり、9種類であり、10種類以上である。
その好ましい下限値は、1質量%、10質量%、20質量%、30質量%、40質量%、50質量%、55質量%、60質量%、65質量%、70質量%、75質量%、80質量%である。一方、その好ましい上限値は、95質量%、85質量%、75質量%、65質量%、55質量%、45質量%、35質量%、25質量%である。
信頼性を重視する場合には、RL1及びRL2の双方がアルキル基であることが好ましく、揮発性を低減させることを重視する場合には、RL1及びRL2の双方がアルコキシ基であることが好ましく、液晶組成物の粘性の低下を重視する場合には、RL1及びRL2の少なくとも一方がアルケニル基であることが好ましい。
分子内に存在するハロゲン原子の数は、0、1、2又は3個であることが好ましく、0又は1個であることがより好ましく、他の液晶分子との相溶性を重視する場合には、1個であることがさらに好ましい。
各式中の黒点は、環構造中の炭素原子を表す。
nL1は、応答速度を重視する場合には0であることが好ましく、ネマチック相の上限温度を改善するためには2又は3であることが好ましく、これらのバランスをとるためには1であることが好ましい。また、液晶組成物として求められる特性を満たすためには、nL1が異なる値である複数種類の一般式(L)で表される化合物を併用することが好ましい。
具体的には、AL1、AL2及びAL3は、それぞれ独立して、トランス−1,4−シクロへキシレン基、1,4−フェニレン基、2−フルオロ−1,4−フェニレン基、3−フルオロ−1,4−フェニレン基、3,5−ジフルオロ−1,4−フェニレン基、1,4−シクロヘキセニレン基、1,4−ビシクロ[2.2.2]オクチレン基、ピペリジン−1,4−ジイル基、ナフタレン−2,6−ジイル基、デカヒドロナフタレン−2,6−ジイル基又は1,2,3,4−テトラヒドロナフタレン−2,6−ジイル基であることが好ましく、下記化85の基のうちのいずれかであることがより好ましく、トランス−1,4−シクロへキシレン基又は1,4−フェニレン基であることがさらに好ましい。
一般式(L)で表される化合物は、その分子内に存在するハロゲン原子の数が0又は1個であることが好ましい。
より具体的には、一般式(L)で表される化合物は、下記一般式(L−1)〜(L−7)で表される化合物から選ばれることが好ましい。
式中、RL11及びRL12は、それぞれ独立して、一般式(L)におけるRL1及びRL2と同じ意味を表す。
RL11及びRL12は、それぞれ独立して、直鎖状の炭素原子数1〜5のアルキル基、直鎖状の炭素原子数1〜4のアルコキシ基又は直鎖状の炭素原子数2〜5のアルケニル基であることが好ましい。
併用可能な化合物の種類は、特に制限されないが、低温での溶解性、転移温度、電気的な信頼性、複屈折率などの求められる性能に応じて、適宜選択される。
使用する化合物の種類は、例えば本発明の一つの実施形態では、1種類であり、2種類であり、3種類であり、4種類であり、5種類以上である。
液晶組成物の粘度を低く保ち、応答速度を高める必要がある場合には、上記の下限値が高く、かつ上限値が高いことが好ましい。さらに、液晶組成物のTniを高く保ち、温度安定性を高める必要がある場合には、上記の下限値が中庸、かつ上限値が中庸であることが好ましい。また、液晶組成物の駆動電圧を低く保つべく、その誘電率異方性を大きくしたい場合には、上記の下限値が低く、かつ上限値も低いことが好ましい。
特に、式(L−1−2.2)で表される化合物は、液晶組成物の応答速度を特に改善するため好ましい。また、応答速度よりも高いTniを求めるときは、式(L−1−2.3)又は式(L−1−2.4)で表される化合物を用いることが好ましい。なお、液晶組成物中に含まれる式(L−1−2.3)で表される化合物と式(L−1−2.4)で表される化合物との合計量は、低温での溶解度を良くするためには、30質量%以上にすることは好ましくない。
液晶組成物中に含まれる式(L−1−1.3)で表される化合物と式(L−1−2.2)で表される化合物との合計量は、次の通りであることが好ましい。すなわち、その好ましい下限値は、10質量%、15質量%、20質量%、25質量%、27質量%、30質量%、35質量%、40質量%である。一方、その好ましい上限値は、60質量%、55質量%、50質量%、45質量%、43質量%、40質量%、38質量%、35質量%、32質量%、30質量%、27質量%、25質量%、22質量%である。
式中、RL13及びRL14は、それぞれ独立して、炭素原子数1〜8のアルキル基又は炭素原子数1〜8のアルコキシ基を表す。
RL13及びRL14は、それぞれ独立して、直鎖状の炭素原子数1〜5のアルキル基、直鎖状の炭素原子数1〜4のアルコキシ基又は直鎖状の炭素原子数2〜5のアルケニル基であることが好ましい。
特に、式(L−1−3.1)で表される化合物は、液晶組成物の応答速度を特に改善するため好ましい。また、応答速度よりも高いTniを求めるときは、式(L−1−3.3)、式(L−1−3.4)、式(L−1−3.11)又は式(L−1−3.12)で表される化合物を用いることが好ましい。なお、液晶組成物中に含まれる式(L−1−3.3)で表される化合物と、式(L−1−3.4)で表される化合物と、式(L−1−3.11)で表される化合物と式(L−1−3.13)で表される化合物との合計量は、低温での溶解度を良くするためには、20質量%以上にすることは好ましくない。
式中、RL15及びRL16は、それぞれ独立して、炭素原子数1〜8のアルキル基又は炭素原子数1〜8のアルコキシ基を表す。
RL15及びRL16は、それぞれ独立して、直鎖状の炭素原子数1〜5のアルキル基、直鎖状の炭素原子数1〜4のアルコキシ基又は直鎖状の炭素原子数2〜5のアルケニル基であることが好ましい。
液晶組成物中に含まれる式(L−1−5)で表される化合物の量は、次の通りであることが好ましい。すなわち、その好ましい下限値は、1質量%、5質量%、10質量%、13質量%、15質量%、17質量%、20質量%である。一方、その好ましい上限値は、25質量%、23質量%、20質量%、17質量%、15質量%、13質量%、10質量%である。
液晶組成物中に含まれるこれらの化合物の合計量は、次の通りであることが好ましい。すなわち、その好ましい下限値は、1質量%、2質量%、3質量%、5質量%、7質量%、10質量%、13質量%、15質量%、18質量%、20質量%、23質量%、25質量%、27質量%、30質量%、33質量%、35質量%である。一方、その好ましい上限値は、80質量%、70質量%、60質量%、50質量%、45質量%、40質量%、37質量%、35質量%、33質量%、30質量%、28質量%、25質量%、23質量%、20質量%である。
式中、RL17及びRL18は、それぞれ独立して、メチル基又は水素原子を表す。
液晶組成物中に含まれる一般式(L−1−6)で表される化合物の量は、次の通りであることが好ましい。すなわち、その好ましい下限値は、1質量%、5質量%、10質量%、15質量%、17質量%、20質量%、23質量%、25質量%、27質量%、30質量%、35質量%である。一方、その好ましい上限値は、60質量%、55質量%、50質量%、45質量%、42質量%、40質量%、38質量%、35質量%、33質量%、30質量%である。
式中、RL21及びRL22は、それぞれ独立して、一般式(L)におけるRL1及びRL2と同じ意味を表す。
RL21は、炭素原子数1〜5のアルキル基又は炭素原子数2〜5のアルケニル基であることが好ましい。
RL22は、炭素原子数1〜5のアルキル基、炭素原子数4〜5のアルケニル基又は炭素原子数1〜4のアルコキシ基であることが好ましい。
併用可能な化合物の種類は、特に制限されないが、低温での溶解性、転移温度、電気的な信頼性、複屈折率などの求められる性能に応じて、適宜選択される。
使用する化合物の種類は、例えば本発明の一つの実施形態では、1種類であり、2種類であり、3種類であり、4種類であり、5種類以上である。
その好ましい下限値は、1質量%、2質量%、3質量%、5質量%、7質量%、10質量%である。一方、その好ましい上限値は、20質量%、15質量%、13質量%、10%質量%、8質量%、7質量%、6質量%、5質量%、3質量%である。
式中、RL31及びRL32は、それぞれ独立して、一般式(L)におけるRL1及びRL2と同じ意味を表す。
RL31及びRL32は、それぞれ独立して、炭素原子数1〜5のアルキル基、炭素原子数4〜5のアルケニル基又は炭素原子数1〜4のアルコキシ基であることが好ましい。
一般式(L−3)で表される化合物は、1種類を単独で使用することも、2種類以上を併用することもできる。
併用可能な化合物の種類は、特に制限されないが、低温での溶解性、転移温度、電気的な信頼性、複屈折率などの求められる性能に応じて、適宜選択される。
使用する化合物の種類は、例えば本発明の一つの実施形態では、1種類であり、2種類であり、3種類であり、4種類であり、5種類以上である。
液晶組成物中に含まれる一般式(L−3)で表される化合物の量は、高い複屈折率を得る場合には高めに設定すると効果が高く、反対に、高いTniを重視する場合には低めに設定すると効果が高い。さらに、滴下痕や焼き付き特性を改良する場合は、その量の範囲を中間に設定することが好ましい。
式中、RL41及びRL42は、それぞれ独立して、一般式(L)におけるRL1及びRL2と同じ意味を表す。
RL41は、炭素原子数1〜5のアルキル基又は炭素原子数2〜5のアルケニル基であることが好ましい。
RL42は、炭素原子数1〜5のアルキル基、炭素原子数4〜5のアルケニル基又は炭素原子数1〜4のアルコキシ基であることが好ましい。
併用可能な化合物の種類は、特に制限されないが、低温での溶解性、転移温度、電気的な信頼性、複屈折率などの求められる性能に応じて、適宜選択される。
使用する化合物の種類は、例えば本発明の一つの実施形態では、1種類であり、2種類であり、3種類であり、4種類であり、5種類以上である。
その好ましい下限値は、1質量%、2質量%、3質量%、5質量%、7質量%、10質量%、14質量%、16質量%、20質量%、23質量%、26質量%、30質量%、35質量%、40質量%である。一方、その好ましい上限値は、50質量%、40質量%、35質量%、30質量%、20質量%、15質量%、10質量%、5質量%である。
液晶組成物が式(L−4.1)で表される化合物と式(L−4.2)で表される化合物との双方を含有する場合には、それらの液晶組成物中に含まれる合計量は、次の通りであることが好ましい。すなわち、その好ましい下限値は、15質量%、19質量%、24質量%、30質量%である。一方、その好ましい上限値は、45質量%、40質量%、35質量%、30質量%、25質量%、23質量%、20質量%、18質量%、15質量%、13質量%である。
液晶組成物が式(L−4.4)で表される化合物と式(L−4.5)で表される化合物との双方を含有する場合には、これらの液晶組成物中に含まれる合計量は、次の通りであることが好ましい。すなわち、その好ましい下限値は、15質量%、19質量%、24質量%、30質量%である。一方、その好ましい上限値は、45質量%、40質量%、35質量%、30質量%、25質量%、23質量%、20質量%、18質量%、15質量%、13質量%である。
式中、RL51及びRL52は、それぞれ独立して、一般式(L)におけるRL1及びRL2と同じ意味を表す。
RL51は、炭素原子数1〜5のアルキル基又は炭素原子数2〜5のアルケニル基であることが好ましい。
RL52は、炭素原子数1〜5のアルキル基、炭素原子数4〜5のアルケニル基又は炭素原子数1〜4のアルコキシ基であることが好ましい。
併用可能な化合物の種類は、特に制限されないが、低温での溶解性、転移温度、電気的な信頼性、複屈折率などの求められる性能に応じて、適宜選択される。
使用する化合物の種類は、例えば本発明の一つの実施形態では、1種類であり、2種類であり、3種類であり、4種類であり、5種類以上である。
その好ましい下限値は、1質量%、2質量%、3質量%、5質量%、7質量%、10質量%、14質量%、16質量%、20質量%、23質量%、26質量%、30質量%、35質量%、40質量%である。一方、その好ましい上限値は、50質量%、40質量%、35質量%、30質量%、20質量%、15質量%、10質量%、5質量%である。
各化合物の液晶組成物中に含まれる量は、次の通りであることが好ましい。すなわち、その好ましい下限値は、1質量%、2質量%、3質量%、5質量%、7質量%である。一方、その好ましい上限値は、20質量%、15質量%、13質量%、10質量%、9質量%である。
各化合物の液晶組成物中に含まれる量は、次の通りであることが好ましい。すなわち、その好ましい下限値は、1質量%、2質量%、3質量%、5質量%、7質量%である。一方、その好ましい上限値は、20質量%、15質量%、13質量%、10質量%、9質量%である。
各化合物の液晶組成物中に含まれる量は、次の通りであることが好ましい。すなわち、その好ましい下限値は、1%質量%、2質量%、3質量%、5質量%、7質量%である。一方、その好ましい上限値は、20質量%、15質量%、13質量%、10質量%、9質量%である。
式中、RL61及びRL62は、それぞれ独立して、一般式(L)におけるRL1及びRL2と同じ意味を表す。
XL61及びXL62は、それぞれ独立して、水素原子又はフッ素原子を表す。
RL61及びRL62は、それぞれ独立して、炭素原子数1〜5のアルキル基又は炭素原子数2〜5のアルケニル基であることが好ましい。
XL61及びXL62のうちの一方がフッ素原子であり、他方が水素原子であることが好ましい。
併用可能な化合物の種類は、特に制限されないが、低温での溶解性、転移温度、電気的な信頼性、複屈折率などの求められる性能に応じて、適宜選択される。
使用する化合物の種類は、例えば本発明の一つの実施形態では、1種類であり、2種類であり、3種類であり、4種類であり、5種類以上である。
液晶組成物中に含まれる一般式(L−6)で表される化合物の量は、次の通りであることが好ましい。すなわち、その好ましい下限値は、1質量%、2質量%、3質量%、5質量%、7質量%、10質量%、14質量%、16質量%、20質量%、23質量%、26質量%、30質量%、35質量%、40質量%である。一方、その好ましい上限値は、50質量%、40質量%、35質量%、30質量%、20質量%、15質量%、10質量%、5質量%である。なお、一般式(L−6)で表される化合物の量は、Δnを大きくすることに重点を置く場合には多くした方が好ましく、低温での析出に重点を置く場合には少ない方が好ましい。
また、併用する化合物の分子量分布が広いことも溶解性に有効であるため、例えば、式(L−6.1)及び式(L−6.2)で表される化合物の中から1種類と、式(L−6.4)及び式(L−6.5)で表される化合物の中から1種類と、式(L−6.6)及び式(L−6.7)で表される化合物の中から1種類と、式(L−6.8)及び式(L−6.9)で表される化合物の中から1種類とを選択し、これらを適宜組み合わせることが好ましい。
中でも、式(L−6.1)、式(L−6.3)、式(L−6.4)、式(L−6.6)及び式(L−6.9)で表される化合物を含むことが好ましい。
なお、液晶組成物の信頼性及び長期安定性を重視する場合には、カルボニル基を有する化合物の液晶組成物中に含まれる量を、5質量%以下とすることが好ましく、3質量%以下とすることがより好ましく、1質量%以下とすることがさらに好ましく、実質的に0(ゼロ)質量%とすることが最も好ましい。
UV照射による安定性を重視する場合には、塩素原子が置換している化合物の液晶組成物中の量を、15質量%以下とすることが好ましく、10質量%以下とすることがより好ましく、8質量%以下とすることがさらに好ましく、5質量%以下とすることがさらに好ましく、3質量%以下とすることが特に好ましく、実質的に0(ゼロ)質量%とすることが最も好ましい。
液晶組成物の酸化による劣化を防止又は抑制するためには、環構造としてシクロヘキセン環を有する化合物の液晶組成物中に含まれる量を少なくすることが好ましく、具体的には10質量%以下とすることが好ましく、8質量%以下とすることがより好ましく、5質量%以下とすることがさらに好ましく、3質量%以下とすることが特に好ましく、実質的に0(ゼロ)質量%とすることが最も好ましい。
液晶組成物の粘度(η)を改善し、かつネマチック相−等方性液体相転移温度(Tni)を改善することを重視する場合には、水素原子がハロゲン原子で置換されてもよい2−メチルベンゼン−1,4−ジイル基を分子内に有する化合物の液晶組成物中に含まれる量を少なくすることが好ましく、具体的には10質量%以下とすることが好ましく、5質量%以下とすることがより好ましく、実質的に0(ゼロ)質量%とすることがさらに好ましい。
また、液晶組成物の安定性を重視する場合には、側鎖としてアルケニル基を有し、かつ2,3−ジフルオロベンゼン−1,4−ジイル基を有する化合物の液晶組成物中に含まれる量を少なくすることが好ましく、具体的には10質量%以下とすることが好ましく、5質量%以下とすることがより好ましく、実質的に0(ゼロ)質量%とすることがさらに好ましい。
液晶組成物の25℃における屈折率異方性(Δn)(以下、単に「屈折率異方性」とも言う。)の値は、0.08〜0.13程度であることが好ましく、0.09〜0.12程度であることがより好ましい。
液晶組成物の25℃における回転粘度(γ1)(以下、単に「回転粘度」とも言う。)は、165mPa・s未満が好ましく、80〜145mPa・s程度がより好ましく、90〜130mPa・s程度がさらに好ましい。かかる回転粘度を有する液晶組成物を用いることにより、液晶層(液晶表示素子)の応答速度の低下を防止することができる。
式中、γ1は、回転粘度を表し、Δnは、屈折率異方性を表す。
Zは、13,000mPa・s以下であることが好ましく、12,000mPa・s以下であることがより好ましく、11,000mPa・s以下であることがさらに好ましい。
液晶組成物の比抵抗は、1012Ω・cm以上であることが好ましく、1013Ω・cm以上であることがより好ましく、1014Ω・cm以上であることがさらに好ましい。
液晶組成物の25℃における誘電率異方性(Δε)の絶対値は、2.5〜5程度であることが好ましく、2.6〜4.5程度であることがより好ましく、2.7〜4程度であることがさらに好ましく、2.8〜3.5程度であることが特に好ましい。かかる誘電率異方性を有する液晶組成物を用いることにより、液晶層(液晶表示素子)をより低電圧で駆動することができるようになる。
ただし、液晶組成物の化学的な安定性が求められる場合には、他の化合物は、その構造中に塩素原子を有さないことが好ましい。また、液晶組成物の紫外線等の光に対する安定性が求められる場合には、他の化合物は、その構造中にナフタレン環等に代表される共役長が長く紫外領域に吸収ピークを有する縮合環等を有さないことが好ましい。
本発明の液晶組成物は、液晶表示素子の液晶層を形成するのに使用される。以下、図1,2を適宜参照しながら、本実施形態に係る液晶表示素子について説明する。
図1は、液晶表示素子の一実施形態に模式的に示す分解斜視図、図2は、図1におけるI線で囲まれた領域を拡大した平面図である。
なお、図1及び図2では、便宜上、各部の寸法及びそれらの比率を誇張して示し、実際とは異なる場合がある。また、以下に示す材料、寸法等は一例であって、本発明は、それらに限定されず、その要旨を変更しない範囲で適宜変更することが可能である。
アクティブマトリクス基板AMは、第1の基板2と、第1の基板2の液晶層4側の面に設けられた画素電極層5と、第1の基板2の液晶層4と反対側の面に設けられた第1の偏光板7とを有している。
液晶層4は負の誘電率異方性を用いた垂直配向型であり、液晶層4中では、電極層5、6間に電圧を印加しない状態で、液晶分子は基板AM、CFに対してほぼ垂直に配向する。
第1の基板2及び第2の基板3は、それぞれ、例えばガラス材料、又はプラスチック材料のような柔軟性(可撓性)を有する材料で形成されている。
第1の基板2及び第2の基板3は、双方が透光性を有していても、一方のみが透光性を有していてもよい。後者の場合は、他方の基板は、例えば金属材料、シリコン材料のような不透明な材料で構成することができる。
複数のゲートバスライン11と複数のデータバスライン12とは、互いに交差してマトリクス状に配置され、これらで囲まれた領域により、液晶表示素子1の単位画素が形成されている。各単位画素内には、1つの画素電極13が形成されている。なお、各画素は複数のサブ画素から構成されていても良い。
かかる構造の画素電極13によれば、液晶分子が幹部に対して枝部が傾斜する4方向に一致して傾斜配向するようになる。このため、1つの画素内に4分割されたドメインが形成され、液晶表示素子1の視野角を広げることができる。
一対のゲートバスライン11、11の間には、ゲートバスライン11とほぼ平行にCs電極14が設けられている。また、ゲートバスライン11とデータバスライン12とが互いに交差する交差部近傍には、ソース電極15及びドレイン電極16を含む薄膜トランジスタが設けられている。ドレイン電極16には、コンタクトホール17が設けられている。
画素電極13は、例えば、光の透過率を向上させるために透明電極で構成されている。透明電極は、ZnO、InGaZnO、SiGe、GaAs、IZO(Indium Zinc Oxide)、ITO(Indium Tin Oxide)、SnO、TiO、AZTO(AlZnSnO)のような化合物をスパッタリング等することにより形成される。
透明電極の平均厚さは、10〜200nm程度であることが好ましい。また、電気的抵抗を低減するために、アモルファスのITO膜を焼成することにより多結晶のITO膜として透明電極を形成することもできる。
カラーフィルタ9は、例えば、顔料分散法、印刷法、電着法又は染色法等によって作成することができる。
顔料分散法では、カラーフィルタ用の硬化性着色組成物を、第2の基板3上に所定のパターンとなるように供給した後、加熱又は光照射することにより硬化させる。この操作を、赤、緑、青の3色について行うことにより、カラーフィルタ9を得ることができる。
なお、カラーフィルタ9は、第1の基板2側に配置してもよい。
なお、ブラックマトリクスは、第2の基板3側にカラーフィルタ9とともに配置してもよく、第1の基板2側にカラーフィルタ9とともに配置してもよく、ブラックマトリクスを第1の基板2側にカラーフィルタ9を第2の基板3側にそれぞれ個別に配置してもよい。また、ブラックマトリクスは、カラーフィルタ9の各色を重ね合わせ、透過率を低下させた部分で構成することもできる。
なお、アクティブマトリックス基板AMとカラーフィルタ基板CFとの間には、それらの離間距離を保持するスペーサを配置してもよい。スペーサとしては、例えばガラス粒子、プラスチック粒子、アルミナ粒子のような粒状スペーサ、フォトリソグラフィー法により形成された樹脂製のスペーサ柱等が挙げられる。
アクティブマトリックス基板AMとカラーフィルタ基板CFとの平均離間距離(すなわち、液晶層4の平均厚さ)は、1〜100μm程度であることが好ましい。
なお、液晶表示素子1では、アクティブマトリックス基板AM及びカラーフィルタ基板CFのうちの少なくとも一方の液晶層4側に、液晶層4に接触するようにして、ポリイミド配向膜等の配向膜を設けることができる。換言すれば、本発明では、上述したような液晶組成物を用いることにより、アクティブマトリックス基板AM及びカラーフィルタ基板CFのうちの少なくとも一方の基板は、配向膜を有さなくてもよい。
次に、このような液晶表示素子1の製造方法について説明する。
本実施形態の液晶表示素子の製造方法は、基板及び液晶組成物を準備する準備工程[1]と、各部を組み立てる組立工程[2]と、配向助剤及び重合性化合物のうちの少なくとも一方を重合させる重合工程[3]とを有している。
[1] 準備工程
まず、アクティブマトリックス基板AMと、カラーフィルタ基板CFと、前述したような液晶組成物とを用意する。
次に、アクティブマトリクス基板AM及びカラーフィルタ基板CFの少なくとも一方の縁部に沿って、ディスペンサーを用いてシール材を閉ループ土手状に描画する。
その後、所定量の液晶組成物をシール材の内側に滴下した後、減圧下に液晶組成物に接触するように、アクティブマトリクス基板AMとカラーフィルタ基板CFとを対向させて配置する。
このような滴下注入(ODF:One Drop Fill)法では、液晶表示素子1のサイズに応じて最適な注入量を滴下する必要がある。前述したような液晶組成物は、例えば、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滴下し続けることが可能である。このため、液晶表示素子1の歩留まりを高く維持することができる。
また、ODF法によれば、液晶組成物を基板に滴下した際の滴下痕の発生を抑えることができる。なお、滴下痕とは、黒表示した場合に液晶組成物を滴下した痕が白く浮かび上がる現象である。
その後、紫外線(活性エネルギー線)照射及び加熱により、シール材を硬化させる。なお、シール材の種類によっては、シール材の硬化を紫外線照射及び加熱のいずれか一方のみで行うようにしてもよい。
次に、紫外線、電子線のような活性エネルギー線を液晶組成物に対して照射することにより、配向助剤及び重合性化合物のうちの少なくとも一方を重合させる。
これにより、液晶層4の界面に液晶配向を制御するポリマ層(配向助剤及び重合性化合物のうちの少なくとも一方の重合物)が形成され、液晶表示素子1が得られる。
液晶分子に対して十分なプレチルト角を付与するためには、適度な重合速度が望ましい。このため、重合の際には、活性エネルギー線を単一、併用または順番に照射することが好ましい。紫外線を使用する場合は、偏光光源を用いてもよいし、非偏光光源を用いてもよい。
また、重合は次のように複数段階で行ってもよい。具体的には、まず、電場、磁場または温度等の条件を調整し、液晶分子の配向状態を変化させる。この状態で、活性エネルギー線を液晶組成物に照射して、配向助剤及び重合性化合物のうちの少なくとも一方を重合させる。次に、電場または磁場を与えることなく、活性化エネルギー線を液晶組成物に照射して、残存する未重合物(残存モノマ)を重合させる。
印加する交流の周波数は、10Hz〜10kHz程度であることが好ましく、60Hz〜10kHz程度であることがより好ましい。
印加する交流の電圧は、液晶表示素子1の所望のプレチルト角に依存して選ばれる。つまり、印加する交流の電圧を調整することにより、液晶表示素子1のプレチルト角を制御することができる。液晶分子に付与されるプレチルト角は、85〜89.5°程度であることが好ましく、87.5〜89°程度であることがより好ましい。かかる範囲に液晶分子のプレチルト角を調整することにより、液晶表示素子1の応答速度を十分に高めつつ、コントラストの低下を防止することができる。
紫外線を発生させるランプとしては、メタルハライドランプ、高圧水銀ランプ、超高圧水銀ランプ、蛍光管等を用いることができる。
また、照射する紫外線は、液晶組成物の吸収波長域でない波長を有する紫外線であることが好ましく、必要に応じて所定の波長をカットして使用することがより好ましい。
照射する紫外線のエネルギー量は、適宜調整することができるが、10mJ/cm2〜500J/cm2程度であることが好ましく、100mJ/cm2〜200J/cm2程度であることがより好ましい。
また、紫外線を照射する時間は、その強度により適宜選択されるが、10〜3600秒程度であることが好ましく、10〜600秒程度であることがより好ましい。
このようにして得られた液晶表示素子1は、PSA型、PSVA型、VA型、IPS型、FFS型またはECB型の液晶表示素子であることが好ましく、PSA型の液晶表示素子であることがより好ましい。
液晶混合物について測定した特性は、次の通りである。
Tni :ネマチック相−等方性液体相転移温度(℃)
Δn :293Kにおける屈折率異方性
Δε :293Kにおける誘電率異方性
γ1 :293Kにおける回転粘度(mPa・s)
K11 :293Kにおける広がりの弾性定数(pN)
K33 :293Kにおける曲がりの弾性定数(pN)
(側鎖)
−n −CnH2n+1:炭素原子数nの直鎖状アルキル基
n− CnH2n+1−:炭素原子数nの直鎖状のアルキル基
−On −OCnH2n+1:炭素原子数nの直鎖状アルコキシ基
−V1 −CH=CH−CH3:プロペニル基
V− CH2=CH−:ビニル基
1V2− CH3−CH=CH−CH2−CH2−:ペンテニル基
(実施例1)
LC−1に対して、配向助剤(A)が0.3質量%、配向助剤(B)が0.3質量%ととなるように混合して、加熱溶融することにより液晶組成物を調製した。
(実施例2〜14、比較例1〜4)
液晶混合物、配向助剤及び重合性化合物の種類及び添加量を表1に示す通り変更した以外は、実施例1と同様にして、液晶組成物を調製した。
2−1.低温保存性の評価
まず、液晶組成物をメンブレンフィルター(Agilent Technologies社製、PTFEフィルタ:直径13mm、孔径0.2μm)を用いてろ過し、真空減圧条件で15分間静置して、溶存空気を除去した。
次に、これをアセトンで洗浄し、十分に乾燥させたバイアル瓶に0.5g秤量し、−25℃の環境下に14日間静置した。
その後、目視にて析出の有無を観察し、以下の4段階の評価基準に従って判定した。
◎:14日静置後においても、析出が確認できなかった。
○:7日静置後において、析出が確認された。
△:3日静置後において、析出が確認された。
×:1日静置後において、析出が確認された。
まず、絶縁層上にパターン化された透明な共通電極からなる透明電極層を有し、カラーフィルタ層を具備した配向膜を有さない第1の基板(共通電極基板)と、アクティブ素子により駆動される透明画素電極を有する画素電極層を有する配向膜を有さない第2の基板(画素電極基板)とを作製した。
次に、第1の基板上に液晶組成物を滴下した後、第2の基板上で挟持して、シール材を常圧で110℃2時間の条件で硬化させ、セルギャップ3.2μmの液晶セルを得た。
このときの垂直配向性及び滴下痕などの配向ムラを、偏光顕微鏡を用いて観察し、以下の4段階の評価基準に従って評価した。
◎:全面に渡り、均一に垂直配向
○:ごく僅かに配向欠陥が有るも許容できるレベル
△:配向欠陥が有り許容できないレベル
×:配向不良がかなり劣悪
評価2−2で作製した液晶セルについて、液晶分子のプレチルト角を、プレチルト角測定システム(シンテック社製、「OPTIPRO」)を用いて測定した。このプレチルト角を初期値とした。
次に、液晶セルに対して、周波数100Hzで30Vの矩形電圧を印加しつつ、バックライトから10時間連続して光を照射した。その後、プレチルト角を再度測定し、プレチルト角(試験後値)とした。
測定されたプレチルト角(初期値)からプレチルト角(試験後値)を減算した値を、プレチルト角変化量(=プレチルト角変化の絶対値)[°]として、以下の基準に従って評価した。
A:0.5°未満の変化
B:0.5〜1°の変化
C:1°超の変化
プレチルト角変化量は、0[°]に近い程、プレチルト角の変化による表示不良が発生する可能性がより低くなる。
以上の結果を、以下の表2に示す。
各実施例で得られた液晶組成物では、十分な量の配向助剤が安定して溶解している。このため、基板上に液晶組成物を滴下すると、配向助剤が基板の表面で濡れ広がるとともに、表面に付着する。その結果、配向助剤のメソゲン基が基板の表面に対して垂直に立ち上がり、これが液晶分子と相互作用して、液晶分子を垂直配向させる。また、互いの構造が異なるメソゲン基を有する複数種の配向助剤を用いているため、メソゲン基同士の間に液晶分子が入り込む空間が形成され易く、液晶分子との相互作用が強まることで、液晶分子の垂直配向性が向上する。さらに、複数種の配向助剤を重合させると、架橋状態がより複雑になり、得られるポリマの構造安定性が向上することで、プレチルト安定性が高まっているものと考えられる。
AM アクティブマトリクス基板
CF カラーフィルタ基板
2 第1の基板
3 第2の基板
4 液晶層
5 画素電極層
6 共通電極層
7 第1の偏光板
8 第2の偏光板
9 カラーフィルタ
11 ゲートバスライン
12 データバスライン
13 画素電極
14 Cs電極
15 ソース電極
16 ドレイン電極
17 コンタクトホール
Claims (12)
- 液晶分子及び配向助剤を含む液晶組成物であって、
前記配向助剤は、
前記液晶分子を自発的に配向させ、
極性基を有する第1の化合物と、
該第1の化合物と異なるが、前記極性基と同一の極性基を有する第2の化合物とを含有し、
前記極性基は、下記式
Rat1は炭素原子数1〜5のアルキル基を表し、
Zat1は、単結合、炭素原子数1〜15の直鎖状若しくは分岐状のアルキレン基又は炭素原子数2〜18の直鎖状若しくは分岐状のアルケニレン基を表し[該アルキレン基又はアルケニレン基中の−CH2−は、酸素原子が直接隣接しないように−O−、−COO−、−C(=O)−、−OCO−で置換されてもよい。]、
Xat1は、水素原子又は炭素原子数1〜15のアルキル基を表す[該アルキル基中の−CH2−は、酸素原子が直接隣接しないように−O−、−COO−、−C(=O)−、−OCO−で置換されてもよい。]。
*は、結合手を表す。)
で表される構造からなる群より選択される構造を含み、
前記第1の化合物及び前記第2の化合物は、それぞれ少なくとも2つの重合性基を含み、
前記第1の化合物及び前記第2の化合物は、それぞれメソゲン基を含み、
前記極性基又は前記重合性基は、直接又はスペーサ基を介して前記メソゲン基に結合し、
前記第1の化合物及び前記第2の化合物は、それぞれ前記メソゲン基の前記極性基と反対側に結合し、前記液晶分子の配向を誘導する機能を有する配向誘導基を含む配向助剤であって、
前記液晶分子として、誘電率異方性(Δε)が負である液晶分子及び
下記式(L−3.1)
- 前記極性基は、1〜3個の水酸基を含む請求項1に記載の液晶組成物。
- 前記重合性基は、下記一般式(AP−1)〜一般式(AP−9)で表される群より選ばれる請求項1又は2に記載の液晶組成物。
RAP1及びRAP2は、それぞれ独立して、水素原子、炭素原子数1〜5のアルキル基又は炭素原子数1〜10のハロゲン化アルキル基を表し[該アルキル基中の1個又は2個以上の−CH2−は、酸素原子が直接隣接しないように−O−又は−CO−で置換されてもよく、前記アルキル基中の1個又は2個以上の水素原子は、それぞれ独立して、ハロゲン原子又は水酸基で置換されてもよい。]、
WAP1は、単結合、−O−、−COO−、−OCO−又は−CH2−を表し、
tAP1は、0、1又は2を表し、
*は、結合手を表す。) - 前記スペーサ基は、炭素原子数1〜30のアルキレン基(ただし、該アルキレン基中の−CH2−は、酸素原子が直接隣接しないように−O−、−CO−、−COO−、−OCO−、−CH=CH−又は−C≡C−で置換されてもよく、前記アルキレン基中の水素原子は、ハロゲン原子で置換されてもよい。)である請求項1〜4のいずれか1項に記載の液晶組成物。
- 前記メソゲン基は、下記一般式(AL)で表される請求項1〜5のいずれか1項に記載の液晶組成物。
ZAL1は、単結合、−CH=CH−、−CF=CF−、−C≡C−、−COO−、−OCO−、−OCOO−、−CF2O−、−OCF2−、−CH=CHCOO−、−OCOCH=CH−、−CH2−CH2COO−、−OCOCH2−CH2−、−CH=C(CH3)COO−、−OCOC(CH3)=CH−、−CH2−CH(CH3)COO−、−OCOCH(CH3)−CH2−、−OCH2CH2O−又は炭素原子数1〜20のアルキレン基を表す[該アルキレン基中の1個又は2個以上の−CH2−は、酸素原子が直接隣接しないように−O−、−COO−又は−OCO−で置換されてもよい。]、
AAL1及びAAL2は、それぞれ独立して、2価の環式基を表し、
ZAL1、AAL1及びAAL2中の1個又は2個以上の水素原子は、それぞれ独立して、ハロゲノ基、前記極性基、PAP1−SpAP1−又は1価の有機基で置換されてもよく[PAP1は前記重合性基を表し、SpAP1は、単結合又は前記スペーサ基を表す。]、
分子内にZAL1及びAAL1が複数存在する場合に、それぞれ互いに同一であっても異なってもよく、
mAL1は、1〜5の整数を表す。
*は、結合手を表す。) - 前記配向助剤が、さらに、下記一般式(P)で表される重合性化合物を含有する請求項1〜6のいずれか1項に記載の液晶組成物。
Rp1は、水素原子、フッ素原子、シアノ基、炭素原子数1〜15のアルキル基又は−Spp2−Pp2を表し[前記アルキル基中に存在する1個又は隣接しない2個以上の−CH2−は、それぞれ独立して、−CH=CH−、−C≡C−、−O−、−CO−、−COO−又は−OCO−で置換されてもよく、前記アルキル基中に存在する1個又は2個以上の水素原子は、それぞれ独立して、シアノ基、フッ素原子又は塩素原子で置換されてもよい。]、
Pp1及びPp2は、それぞれ独立して、下記一般式(Pp1−1)〜式(Pp1−9)のいずれかを表し、
Rp11及びRp12は、それぞれ独立して、水素原子、炭素原子数1〜5のアルキル基又は炭素原子数1〜5のハロゲン化アルキル基を表し、
Wp11は、単結合、−O−、−COO−、−OCO−、又は−CH2−を表し、tp11は、0、1又は2を表すが、
分子内にRp11、Rp12、Wp11及び/又はtp11が複数存在する場合、それらは同一であっても異なってもよく、
*は、結合手を表す。]
Spp1及びSpp2は、それぞれ独立して、単結合又は前記スペーサ基を表し、
Zp1及びZp2は、それぞれ独立して、単結合、−O−、−S−、−CH2−、−OCH2−、−CH2O−、−CO−、−C2H4−、−COO−、−OCO−、−OCOOCH2−、−CH2OCOO−、−OCH2CH2O−、−CO−NRZP1−、−NRZP1−CO−、−SCH2−、−CH2S−、−CH=CRZP1−COO−、−CH=CRZP1−OCO−、−COO−CRZP1=CH−、−OCO−CRZP1=CH−、−COO−CRZP1=CH−COO−、−COO−CRZP1=CH−OCO−、−OCO−CRZP1=CH−COO−、−OCO−CRZP1=CH−OCO−、−(CH2)2−COO−、−(CH2)2−OCO−、−OCO−(CH2)2−、−(C=O)−O−(CH2)2−、−CH=CH−、−CF=CF−、−CF=CH−、−CH=CF−、−CF2−、−CF2O−、−OCF2−、−CF2CH2−、−CH2CF2−、−CF2CF2−又は−C≡C−を表し[式中、RZP1は、それぞれ独立して、水素原子又は炭素原子数1〜4のアルキル基を表すが、分子内にRZP1が複数存在する場合、それらは同一であっても異なってもよい。]、
Ap1、Ap2及びAp3は、それぞれ独立して、
(ap) 1,4−シクロヘキシレン基[この基中に存在する1個の−CH2−又は隣接していない2個以上の−CH2−は、−O−で置換されてもよい。]
(bp) 1,4−フェニレン基[この基中に存在する1個の−CH=又は隣接していない2個以上の−CH=は、−N=で置換されてもよい。]及び
(cp) ナフタレン−2,6−ジイル基、ナフタレン−1,4−ジイル基、ナフタレン−1,5−ジイル基、1,2,3,4−テトラヒドロナフタレン−2,6−ジイル基、デカヒドロナフタレン−2,6−ジイル基、フェナントレン−2,7−ジイル基又はアントラセン−2,6−ジイル基[これらの基中に存在する1個の−CH=又は隣接していない2個以上の−CH=は、−N=で置換されてもよい。]
からなる群より選ばれる基[前記基(ap)、基(bp)及び基(cp)は、それぞれ独立して、この基中に存在する水素原子が、ハロゲン原子、炭素原子数1〜8のアルキル基又は炭素原子数1〜8のアルケニル基、シアノ基又は−Spp2−Pp2で置換されてもよい。]を表し、
mp1は、0、1、2又は3を表し、
分子内にZp1、Ap2、Spp2及び/又はPp2が複数存在する場合、それらは同一であっても異なってもよいが、
mp1が0で、Ap1が前記基(cp)で表される基である場合、Ap3は単結合であっても良い。
*は、結合手を表す。) - 2つの基板と、該2つの基板の間に設けられた請求項1〜8に記載の液晶組成物を含む液晶層とを備えることを特徴とする液晶表示素子。
- 前記液晶層は、前記第1の化合物及び前記第2の化合物のうちの少なくとも一方の重合物を含む請求項9に記載の液晶表示素子。
- PSA型、PSVA型、VA型、IPS型、FFS型又はECB型である請求項9又は10に記載の液晶表示素子。
- 前記2つの基板のうちの少なくとも一方の基板は、配向膜を有さない請求項9〜11のいずれか1項に記載の液晶表示素子。
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