JP7472469B2 - 液晶組成物及び液晶表示素子 - Google Patents

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Description

本発明は電気光学的液晶表示材料として有用な誘電率異方性(Δε)が正の値を示すネマチック液晶組成物、及び該組成物を用いた液晶表示素子に関する。
液晶表示素子は、時計、電卓をはじめとして、各種測定機器、自動車用パネル、ワードプロセッサー、電子手帳、プリンター、コンピューター、テレビ、時計、広告表示板等に用いられるようになっている。液晶表示方式としては、その代表的なものにTN(ツイステッド・ネマチック)型、STN(スーパー・ツイステッド・ネマチック)型、TFT(薄膜トランジスタ)を用いた垂直配向を特徴としたVA(バーティカル・アライアメント)型や水平配向を特徴としたIPS(イン・プレーン・スイッチング)型、FFS(フリンジ・フィールド・スイッチング)型等がある。これらの液晶表示素子に用いられる液晶組成物は水分、空気、熱、光などの外的要因に対して安定であること、また、室温を中心としてできるだけ広い温度範囲で液晶相を示し、低粘性であり、且つ駆動電圧が低いことが求められる。さらに液晶組成物は個々の表示素子に対してあわせ最適な誘電率異方性(Δε)または及び屈折率異方性(Δn)等を最適な値とするために、数種類から数十種類の化合物から構成されている。
垂直配向(VA)型ディスプレイではΔεが負の液晶組成物が用いられており、TN型、STN型又はIPS型等の水平配向型ディスプレイではΔεが正の液晶組成物が用いられている。また、Δεが正の液晶組成物を電圧無印加時に垂直に配向させ、横電界を印加する事で表示する駆動方式も報告されており、Δεが正の液晶組成物の必要性はさらに高まっている。一方、全ての駆動方式において低電圧駆動、高速応答、広い動作温度範囲が求められている。すなわち、Δεが正で絶対値が大きく、粘度(η)が小さく、高いネマチック相-等方性液体相転移温度(Tni)が要求されている。また、Δnとセルギャップ(d)との積であるΔn×dの設定から、液晶組成物のΔnをセルギャップに合わせて適当な範囲に調節する必要がある。加えて液晶表示素子をテレビ等へ応用する場合においては高速応答性が重視されるため、回転粘度(γ1)の小さい液晶組成物が要求される。
一方で、液晶表示素子の用途が拡大するに至り、その使用方法、製造方法にも大きな変化が見られる。これらの変化に対応するためには、従来知られているような基本的な物性値以外の特性を最適化することが求められるようになった。すなわち、液晶組成物を使用する液晶表示素子はVA型やIPS型等が広く使用されるようになり、その大きさも50型以上の超大型サイズの表示素子が実用化されるに至った。基板サイズの大型化に伴い、液晶組成物の基板への注入方法も従来の真空注入法から滴下注入(ODF:One Drop Fill)法が注入方法の主流となったが、液晶組成物を基板に滴下した際の滴下痕が表示品位の低下を招く問題が生じている。
さらに、ODF法による液晶表示素子製造工程においては、液晶表示素子のサイズに応じて最適な液晶注入量を滴下する必要がある。液晶注入量が最適値から大きくずれると、あらかじめ設計された液晶表示素子の屈折率や駆動電界のバランスが崩れ、斑発生やコントラスト不良などの表示不良が生じる。特に、最近流行しているスマートフォンに多用される小型液晶表示素子は、最適な液晶注入量自体が少量であるために最適値からのずれを一定範囲内に制御することが難しい。従って、液晶表示素子の歩留まり高く保持するために、例えば、液晶滴下時に生じる滴下装置内の急激な圧力変化や衝撃に対する影響が少なく、長時間にわたって安定的に液晶を滴下し続けることが可能な性能も必要である。
信頼性が高く、焼き付きや滴下痕等の表示不良の発生し難い液晶組成物の構成として、例えばΔεが中性の液晶化合物である式(D5-i)で表される化合物、及びΔεが正の液晶化合物である式(D5-ii)で表される化合物を組み合わせて使用した液晶組成物が開示されている(例えば特許文献5参照)。
Figure 0007472469000001
しかしながら、特許文献5に開示の液晶組成物は、Tni、十分に広いネマチック温度範囲及び低温保存性等を維持しつつ高速応答化に向けた低粘性化を達成しなければならない現在の要求には十分に応えられていない。
このように、TFT素子等で駆動するアクティブマトリックス駆動液晶表示素子に使用される液晶組成物おいては、高速応答性能等の液晶表示素子として求められている特性や性能を維持しつつ、従来から重視されてきた高い電圧保持率を有することや、光、熱等の外部刺激に対して安定であるという特性に加えて、液晶表示素子の製造方法を考慮した開発が求められている。
特開2008-037918号 特開2008-038018号 特開2010-275390号 特開2011-052120号 特開2016-204479号
本発明が解決しようとする課題は、Δεが正の液晶組成物であって、回転粘度が小さく、広い温度範囲の液晶相を有し、低温で析出や相変化を起こさず保存安定性が良好であり、且つ、液晶表示素子として必要な高い電圧保持率と、熱及び光に対する高い安定性とを両立した液晶組成物を提供することにある。さらにこれを用いることで、高速応答性に優れ、動作温度範囲が広い液晶表示素子を提供することにある。
本発明者は、種々の液晶化合物及び種々の化学物質を検討し、特定の液晶化合物を組み合わせることにより前記課題が解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。
即ち、本発明の液晶組成物は、下記一般式(i)
Figure 0007472469000002
(式中Ri1は炭素原子数1~8のアルキル基を表す。)で表される化合物の1種又は2種以上と、
下記一般式(ii)
Figure 0007472469000003
(式中Rii1は炭素原子数1~8のアルキル基を表す。)で表される化合物の1種又は2種以上と、
下記一般式(iii)
Figure 0007472469000004
(式中Riii1及びRiii2は互いに独立して炭素原子数1~8のアルキル基を表す。)で表される化合物の1種又は2種以上とを含有する。
本発明の液晶表示素子は、上述した液晶組成物を用いたものである。本発明の液晶表示素子としては、TN(ツイステッド・ネマチック)型、ECB(エレクトリカリー・コントロールド・バイリフリジェンス)型、IPS(イン・プレーン・スイッチング)型又はFFS(フリンジ・フィールド・スイッチング)型であることが好適である。
本発明の正の誘電率異方性を有する液晶組成物は、回転粘度が小さく、広い温度範囲の液晶相を有し、低温で析出や相変化を起こさず保存安定性が良好であり、且つ、液晶表示素子として必要な高い電圧保持率と、熱及び光に対する高い安定性とを両立している。そのため、この液晶組成物は、製品の実用性が高く、液晶表示素子に用いたときに高速応答を達成することができると共に、広い動作温度範囲を実現することができる。
1.液晶組成物
本発明の液晶組成物は、下記一般式(i)で表される化合物の1種又は2種以上と、下記一般式(ii)で表される化合物の1種又は2種以上と、下記一般式(iii)で表される化合物の1種又は2種以上とを含有する。
Figure 0007472469000005
Figure 0007472469000006
Figure 0007472469000007
本発明の液晶組成物は、室温(25℃)において液晶相を呈することが好ましく、ネマチック相を呈することがさらに好ましい。また、本発明の液晶組成物は、誘電的にほぼ中性の化合物(誘電率異方性Δεの値が-2以上2以下)及び正の化合物(Δεの値が2より大きい)を含有する。尚、化合物の誘電率異方性は、25℃において誘電的にほぼ中性の液晶組成物に対して当該化合物を添加することによって得られた液晶組成物の誘電率異方性の測定値から外挿した値である。
<一般式(i)で表される化合物>
一般式(i)中、Ri1は炭素原子数1~8のアルキル基を表す。Ri1は、炭素原子数1~5のアルキル基がより好ましく、炭素原子数2~5のアルキル基がさらに好ましい。
粘度を下げることを重視する場合には、一般式(i)で表される化合物は、Ri1が炭素原子数2のアルキル基(エチル基)である下記式(i-2)で表される化合物であるか、Ri1が炭素原子数3のアルキル基(プロピル基)である下記式(i-3)で表される化合物であることが好ましく、式(i-3)で表される化合物であることがより好ましい。
Figure 0007472469000008
Figure 0007472469000009
さらに、ネマチック相-等方性液体相転移温度Tniと誘電率異方性Δεを重視する場合には、一般式(i)で表される化合物は、上述した式(i-3)で表される化合物であることが好ましい。
一般式(i)で表される化合物としては、1種類又は2種類を使用してもよいし、3種以上を組み合わせて使用することもできる。液晶組成物に対する溶解性を良くする観点から、上記式(i-2)で表される化合物と上記式(i-3)で表される化合物とを併用することがより好ましい。
一般式(i)で表される化合物の液晶組成物中における好ましい含有量の下限値は、1質量%であり、2質量%であり、4質量%であり、5質量%であり、8質量%であり、10質量%であり、13質量%であり、15質量%であり、18質量%であり、20質量%である。好ましい含有量の上限値は、30質量%であり、28質量%であり、25質量%であり、23質量%であり、20質量%であり、18質量%であり、15質量%であり、13質量%であり、10質量%であり、8質量%であり、5質量%である。
<一般式(ii)で表される化合物>
一般式(ii)中、Rii1は炭素原子数1~8のアルキル基を表す。Rii1は、炭素原子数1~5のアルキル基がより好ましく、炭素原子数2~5のアルキル基がさらに好ましい。
広い温度範囲で液晶相を呈することを重視する場合には、一般式(ii)で表される化合物は、Rii1が炭素原子数3のアルキル基(プロピル基)である、式(ii-3)で表される化合物であることが好ましい。
Figure 0007472469000010
一般式(ii)で表される化合物としては、1種類又は2種類を使用してもよいし、3種以上を組み合わせて使用することもできる。
一般式(ii)で表される化合物の液晶組成物中における好ましい含有量の下限値は、0.5質量%であり、1質量%であり、2質量%であり、3質量%であり、4質量%であり、6質量%であり、8質量%である。好ましい含有量の上限値は、20質量%であり、16質量%であり、12質量%であり、10質量%であり、8質量%であり、5質量%である。
一般式(ii)で表される化合物の液晶組成物中の含有量が多いと、液晶相を呈する温度範囲の下限値が低下する一方、回転粘度γ1が上昇する傾向にある。液晶相を呈する温度範囲の下限値を低下させつつ回転粘性γ1を小さくすることができることから、0.5質量%以上5質量%以下であることが好ましい。
<一般式(iii)で表される化合物>
一般式(iii)中、Riii1は炭素原子数1~8のアルキル基を表す。Riii1は、炭素原子数1~5のアルキル基がより好ましく、炭素原子数1~3のアルキル基がさらに好ましい。Tniを重視する場合には炭素原子数3のアルキル基(プロピル基)が特に好ましい。
iii2は炭素原子数1~8のアルキル基を表す。Riii2は、炭素原子数1~5のアルキル基がより好ましく、炭素原子数1~3のアルキル基がさらに好ましい。Tniを重視する場合には、Riii2は炭素原子数1のアルキル基(メチル基)であることが特に好ましい。低い粘性を重視する場合には、Riii2は炭素原子数3のアルキル基(プロピル基)であることが特に好ましい。
一般式(iii)で表される化合物としては、1種類又は2種類を使用してもよいし、3種以上を組み合わせて使用することもできる。特に、下記式(iii-1)又は式(iii-3)で表される化合物を用いることが好ましく、式(iii-1)で表される化合物を用いることがより好ましい。
Figure 0007472469000011
一般式(iii)で表される化合物の液晶組成物中における好ましい含有量の下限値は、1質量%であり、2質量%であり、4質量%であり、6質量%であり、8質量%である。好ましい含有量の上限値は、20質量%であり、16質量%であり、14質量%であり、12質量%であり、10質量%である。
<一般式(J)で表される化合物>
本発明の液晶組成物は、さらに、一般式(J)で表される化合物を1種類又は2種類以上含有することが好ましい。但し、一般式(i)で表される化合物を除く。これらの化合物は誘電的に正の化合物(Δεが2より大きい。)に該当する。
Figure 0007472469000012
一般式(J)中、RJ1は炭素原子数1~8のアルキル基を表し、該アルキル基中の1個又は非隣接の2個以上の-CH-はそれぞれ独立して-CH=CH-、-C≡C-、-O-、-CO-、-COO-又は-OCO-によって置換されていてもよく、
J1は、0、1、2、3又は4を表し、
J1、AJ2及びAJ3はそれぞれ独立して、
(a) 1,4-シクロヘキシレン基(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-O-に置き換えられてもよい。)
(b) 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=に置き換えられてもよい。)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(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=に置き換えられてもよい。)
からなる群より選ばれる基を表し、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、塩素原子、メチル基、トリフルオロメチル基又はトリフルオロメトキシ基で置換されていてもよく、
J1及びZJ2はそれぞれ独立して単結合、-CHCH-、-(CH-、-OCH-、-CHO-、-OCF-、-CFO-、-COO-、-OCO-又は-C≡C-を表し、
J1が2、3又は4であってAJ2が複数存在する場合は、それらは同一であっても異なっていてもよく、nJ1が2、3又は4であってZJ1が複数存在する場合は、それらは同一であっても異なっていてもよく、
J1は、水素原子、フッ素原子、塩素原子、シアノ基、トリフルオロメチル基、フルオロメトキシ基、ジフルオロメトキシ基、トリフルオロメトキシ基又は2,2,2-トリフルオロエチル基を表す。
一般式(J)中、RJ1は、炭素原子数1~8のアルキル基、炭素原子数1~8のアルコキシ基、炭素原子数2~8のアルケニル基又は炭素原子数2~8のアルケニルオキシ基が好ましく、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、炭素原子数2~5のアルケニル基又は炭素原子数2~5のアルケニルオキシ基が好ましく、炭素原子数1~5のアルキル基又は炭素原子数2~5のアルケニル基がさらに好ましく、炭素原子数2~5のアルキル基又は炭素原子数2~3のアルケニル基がさらに好ましく、炭素原子数3のアルケニル基(プロペニル基)が特に好ましい。
信頼性を重視する場合にはRJ1はアルキル基であることが好ましく、粘性の低下を重視する場合にはアルケニル基であることが好ましい。
また、それが結合する環構造がフェニル基(芳香族)である場合には、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のアルコキシ基及び炭素原子数4~5のアルケニル基が好ましく、それが結合する環構造がシクロヘキサン、ピラン及びジオキサンなどの飽和した環構造の場合には、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のアルコキシ基及び直鎖状の炭素原子数2~5のアルケニル基が好ましい。ネマチック相を安定化させるためには炭素原子及び存在する場合酸素原子の合計が5以下であることが好ましく、直鎖状であることが好ましい。
アルケニル基としては、式(R1)から式(R5)のいずれかで表される基から選ばれることが好ましい。各式中の黒点はアルケニル基が結合している環構造中の炭素原子を表す。
Figure 0007472469000013
J1、AJ2及びAJ3はそれぞれ独立してΔnを大きくすることが求められる場合には芳香族であることが好ましく、応答速度を改善するためには脂肪族であることが好ましく、トランス-1,4-シクロへキシレン基、1,4-フェニレン基、1,4-シクロヘキセニレン基、1,4-ビシクロ[2.2.2]オクチレン基、ピペリジン-1,4-ジイル基、ナフタレン-2,6-ジイル基、デカヒドロナフタレン-2,6-ジイル基又は1,2,3,4-テトラヒドロナフタレン-2,6-ジイル基を表すことが好ましく、それらはフッ素原子により置換されていてもよく、下記の構造を表すことがより好ましく、
Figure 0007472469000014
下記の構造を表すことがさらに好ましい。
Figure 0007472469000015
J1及びZJ2はそれぞれ独立して-CHO-、-OCH-、-CFO-、-CHCH-、-CFCF-又は単結合を表すことが好ましく、-OCH-、-CFO-、-CHCH-又は単結合がさらに好ましく、-OCH-、-CFO-又は単結合が特に好ましい。
J1はフッ素原子又はトリフルオロメトキシ基が好ましく、フッ素原子が好ましい。
J1は、0、1、2又は3が好ましく、0、1又は2が好ましく、Δεの改善に重点を置く場合には0又は1が好ましく、Tniを重視する場合には1又は2が好ましい。
組み合わせることができる化合物の種類に特に制限は無いが、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組み合わせて使用する。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としては1種類であり、2種類であり、3種類である。またさらに、本発明の別の実施形態では4種類であり、5種類であり、6種類であり、7種類以上である。
本発明の液晶組成物において、一般式(J)で表される化合物の含有量は、低温での溶解性、転移温度、電気的な信頼性、複屈折率、プロセス適合性、滴下痕、焼き付き、誘電率異方性などの求められる性能に応じて適宜調整する必要がある。
本発明の液晶組成物の総量に対しての一般式(J)で表される化合物の好ましい含有量の下限値は、1質量%であり、10質量%であり、20質量%であり、30質量%であり、40質量%であり、50質量%であり、55質量%であり、60質量%であり、65質量%であり、70質量%であり、75質量%であり、80質量%である。好ましい含有量の上限値は、本発明の液晶組成物の総量に対して、例えば本発明の一つの形態では95質量%であり、85質量%であり、75質量%であり、65質量%であり、55質量%であり、45質量%であり、35質量%であり、25質量%である。
本発明の液晶組成物の粘度を低く保ち、応答速度が速い液晶組成物が必要な場合は上記の下限値を低めに、上限値を低めにすることが好ましい。さらに、本発明の液晶組成物のTniを高く保ち、温度安定性に優れた液晶組成物が必要な場合は上記の下限値を低めに、上限値を低めにすることが好ましい。また、駆動電圧を低く保つために誘電率異方性を大きくしたいときは、上記の下限値を高めに、上限値を高めにすることが好ましい。
信頼性を重視する場合にはRJ1はアルキル基であることが好ましく、粘性の低下を重視する場合にはアルケニル基であることが好ましい。
一般式(J)で表される化合物としては、一般式(M)で表される化合物を挙げることができる。すなわち、本発明の液晶組成物は、一般式(M)で表される化合物を1種類又は2種類以上含有することが好ましい。但し、一般式(i)で表される化合物を除く。これらの化合物は誘電的に正の化合物(Δεが2より大きい。)に該当する。
Figure 0007472469000016
一般式(M)中、RM1は炭素原子数1~8のアルキル基を表し、該アルキル基中の1個又は非隣接の2個以上の-CH-はそれぞれ独立して-CH=CH-、-C≡C-、-O-、-CO-、-COO-又は-OCO-によって置換されていてもよく、
M1は、0、1、2、3又は4を表し、
M1及びAM2はそれぞれ独立して、
(a) 1,4-シクロヘキシレン基(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-O-又は-S-に置き換えられてもよい。)及び
(b) 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=に置き換えられてもよい。)
からなる群より選ばれる基を表し、上記の基(a)及び基(b)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いてもよく、
M1及びZM2はそれぞれ独立して単結合、-CHCH-、-(CH-、-OCH-、-CHO-、-OCF-、-CFO-、-COO-、-OCO-又は-C≡C-を表し、
M1が2、3又は4であってAM2が複数存在する場合は、それらは同一であっても異なっていてもよく、nM1が2、3又は4であってZM1が複数存在する場合は、それらは同一であっても異なっていてもよく、
M1及びXM3はそれぞれ独立して水素原子、塩素原子又はフッ素原子を表し、
M2は、水素原子、フッ素原子、塩素原子、シアノ基、トリフルオロメチル基、フルオロメトキシ基、ジフルオロメトキシ基、トリフルオロメトキシ基又は2,2,2-トリフルオロエチル基を表す。
M1は、炭素原子数1~8のアルキル基、炭素原子数1~8のアルコキシ基、炭素原子数2~8のアルケニル基又は炭素原子数2~8のアルケニルオキシ基が好ましく、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、炭素原子数2~5のアルケニル基又は炭素原子数2~5のアルケニルオキシ基が好ましく、炭素原子数1~5のアルキル基又は炭素原子数2~5のアルケニル基がさらに好ましく、炭素原子数2~5のアルキル基又は炭素原子数2~3のアルケニル基がさらに好ましく、炭素原子数3のアルケニル基(プロペニル基)が特に好ましい。
信頼性を重視する場合にはRM1はアルキル基であることが好ましく、粘性の低下を重視する場合にはアルケニル基であることが好ましい。
M1は、それが結合する環構造がフェニル基(芳香族)である場合には、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のアルコキシ基及び炭素原子数4~5のアルケニル基が好ましく、それが結合する環構造がシクロヘキサン、ピラン及びジオキサンなどの飽和した環構造の場合には、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のアルコキシ基及び直鎖状の炭素原子数2~5のアルケニル基が好ましい。ネマチック相を安定化させるためには炭素原子及び存在する場合酸素原子の合計が5以下であることが好ましく、直鎖状であることが好ましい。
アルケニル基としては、式(R1)から式(R5)のいずれかで表される基から選ばれることが好ましい。各式中の黒点はアルケニル基が結合している環構造中の炭素原子を表す。
Figure 0007472469000017
M1及びAM2はそれぞれ独立してΔnを大きくすることが求められる場合には芳香族であることが好ましく、応答速度を改善するためには脂肪族であることが好ましく、トランス-1,4-シクロへキシレン基、1,4-フェニレン基、2-フルオロ-1,4-フェニレン基、3-フルオロ-1,4-フェニレン基、3,5-ジフルオロ-1,4-フェニレン基、2,3-ジフルオロ-1,4-フェニレン基、1,4-シクロヘキセニレン基、1,4-ビシクロ[2.2.2]オクチレン基、ピペリジン-1,4-ジイル基、ナフタレン-2,6-ジイル基、デカヒドロナフタレン-2,6-ジイル基又は1,2,3,4-テトラヒドロナフタレン-2,6-ジイル基を表すことが好ましく、下記の構造を表すことがより好ましく、
Figure 0007472469000018
下記の構造を表すことがさらに好ましい。
Figure 0007472469000019
M1及びZM2はそれぞれ独立して-CHO-、-CFO-、-CHCH-、-CFCF-又は単結合を表すことが好ましく、-CFO-、-CHCH-又は単結合がさらに好ましく、-CFO-又は単結合が特に好ましい。
M1は、0、1、2又は3が好ましく、0、1又は2が好ましい。nM1は、Δεの改善に重点を置く場合には0又は1が好ましく、Tniを重視する場合には1又は2が好ましい。
組み合わせることができる化合物の種類に特に制限は無いが、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組み合わせて使用する。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としては1種類であり、2種類であり、3種類である。またさらに、本発明の別の実施形態では4種類であり、5種類であり、6種類であり、7種類以上である。
本発明の液晶組成物において、一般式(M)で表される化合物の含有量は、低温での溶解性、転移温度、電気的な信頼性、複屈折率、プロセス適合性、滴下痕、焼き付き、誘電率異方性などの求められる性能に応じて適宜調整する必要がある。
本発明の液晶組成物の総量に対しての式(M)で表される化合物の好ましい含有量の下限値は、1質量%であり、10質量%であり、20質量%であり、30質量%であり、40質量%であり、50質量%であり、55質量%であり、60質量%であり、65質量%であり、70質量%であり、75質量%であり、80質量%である。好ましい含有量の上限値は、本発明の液晶組成物の総量に対して、例えば本発明の一つの形態では95質量%であり、85質量%であり、75質量%であり、65質量%であり、55質量%であり、45質量%であり、35質量%であり、25質量%である。
本発明の液晶組成物の粘度を低く保ち、応答速度が速い液晶組成物が必要な場合は上記の下限値を低めに、上限値を低めにすることが好ましい。さらに、本発明の液晶組成物のTniを高く保ち、温度安定性に優れた液晶組成物が必要な場合は上記の下限値を低めに、上限値を低めにすることが好ましい。また、駆動電圧を低く保つために誘電率異方性を大きくしたいときは、上記の下限値を高めに、上限値を高めにすることが好ましい。
一般式(M)で表される化合物は、例えば一般式(M-1)で表される化合物群から選ばれる化合物であることが好ましい。
Figure 0007472469000020
一般式(M-1)中、RM11は炭素原子数1~5のアルキル基、炭素原子数2~5のアルケニル基又は炭素原子数1~4のアルコキシ基を表し、XM11からXM15はそれぞれ独立して水素原子又はフッ素原子を表し、YM11はフッ素原子又はOCFを表す。
組み合わせることができる化合物の種類に特に制限は無いが、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組み合わせて使用する。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としては1種類であり、2種類であり、3種類以上である。
本発明の液晶組成物の総量に対しての式(M-1)で表される化合物の好ましい含有量の下限値は、1質量%であり、2質量%であり、5質量%であり、8質量%であり、10質量%であり、13質量%であり、15質量%であり、18質量%であり、20質量%であり、22質量%であり、25質量%であり、30質量%である。好ましい含有量の上限値は、30質量%であり、28質量%であり、25質量%であり、23質量%であり、20質量%であり、18質量%であり、15質量%であり、13質量%であり、10質量%であり、8質量%であり、5質量%である。
本発明の液晶組成物の粘度を低く保ち、応答速度が速い液晶組成物が必要な場合は上記の下限値を低めに、上限値を低めにすることが好ましい。さらに、本発明の液晶組成物のTniを高く保ち、温度安定性に優れた液晶組成物が必要な場合は上記の下限値を低めに、上限値を低めにすることが好ましい。また、駆動電圧を低く保つために誘電率異方性を大きくしたいときは、上記の下限値を高めに、上限値を高めにすることが好ましい。
さらに、一般式(M-1)で表される化合物は、具体的には式(M-1.1)から式(M-1.4)で表される化合物であることが好ましく、式(M-1.1)又は式(M-1.2)で表される化合物が好ましく、式(M-1.2)で表される化合物がさらに好ましい。また、式(M-1.1)又は式(M-1.2)で表される化合物を同時に使用することも好ましい。
Figure 0007472469000021
本発明の液晶組成物の総量に対しての式(M-1.1)で表される化合物の好ましい含有量の下限値は、1質量%であり、2質量%であり、5質量%であり、6質量%である。好ましい含有量の上限値は、15質量%であり、13質量%であり、10質量%であり、8質量%であり、5質量%である。
本発明の液晶組成物の総量に対しての式(M-1.2)で表される化合物の好ましい含有量の下限値は、1質量%であり、2質量%であり、5質量%であり、6質量%である。好ましい含有量の上限値は、30質量%であり、25質量%であり、23質量%であり、20質量%であり、18質量%であり、15質量%であり、13質量%であり、10質量%であり、8質量%である。
本発明の液晶組成物の総量に対しての式(M-1.1)及び式(M-1.2)で表される化合物の合計の好ましい含有量の下限値は、1質量%であり、2質量%であり、5質量%であり、6質量%である。好ましい含有量の上限値は、30質量%であり、25質量%であり、23質量%であり、20質量%であり、18質量%であり、15質量%であり、13質量%であり、10質量%であり、8質量%である。
さらに、一般式(M)で表される化合物は、例えば一般式(M-2)で表される化合物群から選ばれる化合物であることが好ましい。
Figure 0007472469000022
一般式(M-2)中、RM21は炭素原子数1~5のアルキル基、炭素原子数2~5のアルケニル基又は炭素原子数1~4のアルコキシ基を表し、XM21及びXM22はそれぞれ独立して水素原子又はフッ素原子を表し、YM21はフッ素原子、塩素原子又はOCFを表す。
本発明の液晶組成物の総量に対しての式(M-1)で表される化合物の好ましい含有量の下限値は、1質量%であり、2質量%であり、5質量%であり、8質量%であり、10質量%であり、13質量%であり、15質量%であり、18質量%であり、20質量%であり、22質量%であり、25質量%であり、30質量%である。好ましい含有量の上限値は、30質量%であり、28質量%であり、25質量%であり、23質量%であり、20質量%であり、18質量%であり、15質量%であり、13質量%であり、10質量%であり、8質量%であり、5質量%である。
本発明の液晶組成物の粘度を低く保ち、応答速度が速い液晶組成物が必要な場合は上記の下限値を低めに、上限値を低めにすることが好ましい。さらに、本発明の液晶組成物のTniを高く保ち、焼きつきの発生しにくい液晶組成物が必要な場合は上記の下限値を低めに、上限値を低めにすることが好ましい。また、駆動電圧を低く保つために誘電率異方性を大きくしたいときは、上記の下限値を高めに、上限値を高めにすることが好ましい。
さらに、一般式(M-2)で表される化合物は、式(M-2.1)から式(M-2.5)で表される化合物であることが好ましく、式(M-2.3)又は/及び式(M-2.5)で表される化合物であることが好ましい。
Figure 0007472469000023
本発明の液晶組成物の総量に対しての式(M-2.2)で表される化合物の好ましい含有量の下限値は、1質量%であり、2質量%であり、5質量%であり、6質量%である。好ましい含有量の上限値は、15質量%であり、13質量%であり、10質量%であり、8質量%であり、5質量%である。
本発明の液晶組成物の総量に対しての式(M-2.3)で表される化合物の好ましい含有量の下限値は、1質量%であり、2質量%であり、5質量%であり、6質量%である。好ましい含有量の上限値は、30質量%であり、25質量%であり、23質量%であり、20質量%であり、18質量%であり、15質量%であり、13質量%であり、10質量%であり、8質量%である。
本発明の液晶組成物の総量に対しての式(M-2.5)で表される化合物の好ましい含有量の下限値は、1質量%であり、2質量%であり、5質量%であり、6質量%である。好ましい含有量の上限値は、30質量%であり、25質量%であり、23質量%であり、20質量%であり、18質量%であり、15質量%であり、13質量%であり、10質量%であり、8質量%である。
式(M-2.2)、(M-2.3)及び式(M-2.5)で表される化合物の合計の含有量は、本発明の液晶組成物の総量に対して1質量%以上であることが好ましく、5質量%以上がより好ましく、8質量%以上がさらに好ましく、10質量%以上がさらに好ましく、14質量%以上がさらに好ましく、16質量%以上が特に好ましい。また、低温での溶解性、転移温度、電気的な信頼性などを考慮して、最大比率を30質量%以下にとどめることが好ましく、25質量%以下がさらに好ましく、22質量%以下がより好ましく、20質量%未満が特に好ましい。
本発明の液晶組成物に使用される一般式(M)で表される化合物は、一般式(M-3)で表される化合物であることが好ましい。
Figure 0007472469000024
一般式(M-3)中、RM31は炭素原子数1~5のアルキル基、炭素原子数2~5のアルケニル基又は炭素原子数1~4のアルコキシ基を表し、XM31からXM36はそれぞれ独立して水素原子又はフッ素原子を表し、YM31はフッ素原子、塩素原子又はOCFを表す。
組み合わせることのできる化合物に特に制限は無いが、低温での溶解性、転移温度、電気的な信頼性、複屈折率などを考慮して1種から2種類以上組み合わせることが好ましい。
一般式(M-3)で表される化合物の含有量は、低温での溶解性、転移温度、電気的な信頼性、複屈折率などの特性を考慮して実施形態ごとに上限値と下限値がある。本発明の液晶組成物の総量に対しての式(M-3)で表される化合物の好ましい含有量の下限値は、1質量%であり、2質量%であり、4質量%であり、5質量%であり、8質量%であり、10質量%であり、13質量%であり、15質量%であり、18質量%であり、20質量%である。好ましい含有量の上限値は、20質量%であり、18質量%であり、15質量%であり、13質量%であり、10質量%であり、8質量%であり、5質量%である。
さらに、本発明の液晶組成物に使用される一般式(M-3)で表される化合物は、具体的には式(M-3.1)から式(M-3.8)で表される化合物であることが好ましく、中でも式(M-3.1)及び/又は式(M-3.2)で表される化合物を含有することが好ましい。
Figure 0007472469000025
本発明の液晶組成物の総量に対しての式(M-3.1)で表される化合物の好ましい含有量の下限値は、1質量%であり、2質量%であり、4質量%であり、5質量%であり、8質量%であり、10質量%であり、13質量%であり、15質量%であり、18質量%であり、20質量%である。好ましい含有量の上限値は、20質量%であり、18質量%であり、15質量%であり、13質量%であり、10質量%であり、8質量%であり、5質量%である。
本発明の液晶組成物の総量に対しての式(M-3.2)で表される化合物の好ましい含有量の下限値は、1質量%であり、2質量%であり、4質量%であり、5質量%であり、8質量%であり、10質量%であり、13質量%であり、15質量%であり、18質量%であり、20質量%である。好ましい含有量の上限値は、20質量%であり、18質量%であり、15質量%であり、13質量%であり、10質量%であり、8質量%であり、5質量%である。
本発明の液晶組成物の総量に対しての式(M-3.1)及び式(M-3.2)で表される化合物の合計の好ましい含有量の下限値は、1質量%であり、2質量%であり、4質量%であり、5質量%であり、8質量%であり、10質量%であり、13質量%であり、15質量%であり、18質量%であり、20質量%である。好ましい含有量の上限値は、20質量%であり、18質量%であり、15質量%であり、13質量%であり、10質量%であり、8質量%であり、5質量%である。
さらに、一般式(M)で表される化合物は、一般式(M-4)で表される群より選ばれる化合物であることが好ましい。
Figure 0007472469000026
一般式(M-4)中、RM41は炭素原子数1~5のアルキル基、炭素原子数2~5のアルケニル基又は炭素原子数1~4のアルコキシ基を表し、XM41からXM48はそれぞれ独立してフッ素原子又は水素原子を表し、YM41はフッ素原子、塩素原子又はOCFを表す。
組み合わせることのできる化合物に特に制限は無いが、低温での溶解性、転移温度、電気的な信頼性、複屈折率などを考慮して1種、2種又は3種類以上組み合わせることが好ましい。
一般式(M-4)で表される化合物の含有量は、低温での溶解性、転移温度、電気的な信頼性、複屈折率などの特性を考慮して実施形態ごとに上限値と下限値がある。本発明の液晶組成物の総量に対しての式(M-4)で表される化合物の好ましい含有量の下限値は、1質量%であり、2質量%であり、4質量%であり、5質量%であり、8質量%であり、10質量%であり、13質量%であり、15質量%であり、18質量%であり、20質量%である。好ましい含有量の上限値は、30質量%であり、28質量%であり、25質量%であり、23質量%であり、20質量%であり、18質量%であり、15質量%であり、13質量%であり、10質量%であり、8質量%であり、5質量%である。
本発明の液晶組成物が、セルギャップの小さい液晶表示素子用に用いられる場合は、一般式(M-4)で表される化合物の含有量を多めにすることが適している。駆動電圧の小さい液晶表示素子用に用いられる場合は、一般式(M-4)で表される化合物の含有量を多めにすることが適している。また、低温の環境で用いられる液晶表示素子用に用いられる場合は一般式(M-4)で表される化合物の含有量を少なめにすることが適している。応答速度の速い液晶表示素子に用いられる液晶組成物である場合は、一般式(M-4)で表される化合物の含有量を少なめにすることが適している。
さらに、本発明の液晶組成物に使用される一般式(M-4)で表される化合物は、具体的には式(M-4.1)から式(M-4.4)で表される化合物であることが好ましく、中でも式(M-4.2)から式(M-4.4)で表される化合物を含有することが好ましく、式(M-4.2)で表される化合物を含有することがより好ましい。
Figure 0007472469000027
さらに、一般式(M)で表される化合物は、一般式(M-5)で表される化合物であることが好ましい。
Figure 0007472469000028
一般式(M-5)中、RM51は炭素原子数1~5のアルキル基、炭素原子数2~5のアルケニル基又は炭素原子数1~4のアルコキシ基を表し、XM51及びXM52はそれぞれ独立して水素原子又はフッ素原子を表し、YM51はフッ素原子、塩素原子又はOCFを表す。
組み合わせることのできる化合物の種類に制限は無いが、低温での溶解性、転移温度、電気的な信頼性、複屈折率などを考慮して、実施形態ごとに適宜組み合わせて使用する。例えば、本発明の一つの実施形態では1種類、別の実施形態では2種類、さらに別の実施形態では3種類、またさらに別の実施形態では4種類、またさらに別の実施形態では5種類、またさらに別の実施形態では6種類以上組み合わせる。
本発明の液晶組成物の総量に対しての式(M-5)で表される化合物の好ましい含有量の下限値は、1質量%であり、2質量%であり、5質量%であり、8質量%であり、10質量%であり、13質量%であり、15質量%であり、18質量%であり、20質量%であり、22質量%であり、25質量%であり、30質量%である。好ましい含有量の上限値は、50質量%であり、45質量%であり、40質量%であり、35質量%であり、33質量%であり、30質量%であり、28質量%であり、25質量%であり、23質量%であり、20質量%であり、18質量%であり、15質量%であり、13質量%であり、10質量%であり、8質量%であり、5質量%である。
本発明の液晶組成物の粘度を低く保ち、応答速度が速い液晶組成物が必要な場合は上記の下限値を低めに、上限値を低めにすることが好ましい。さらに、本発明の液晶組成物のTniを高く保ち、焼きつきの発生しにくい液晶組成物が必要な場合は上記の下限値を低めに、上限値を低めにすることが好ましい。また、駆動電圧を低く保つために誘電率異方性を大きくしたいときは、上記の下限値を高めに、上限値を高めにすることが好ましい。
さらに、一般式(M-5)で表される化合物は、式(M-5.1)から式(M-5.4)で表される化合物であることが好ましく、式(M-5.1)から式(M-5.4)で表される化合物であることが好ましい。
Figure 0007472469000029
本発明の液晶組成物の総量に対してのこれらの化合物の好ましい含有量の下限値は、1質量%であり、2質量%であり、5質量%であり、8質量%であり、10質量%であり、13質量%であり、15質量%である。好ましい含有量の上限値は、30質量%であり、28質量%であり、25質量%であり、23質量%であり、20質量%であり、18質量%であり、15質量%であり、13質量%であり、10質量%であり、8質量%であり、5質量%である。
さらに、一般式(M-5)で表される化合物は、式(M-5.11)から式(M-5.17)で表される化合物であることが好ましく、式(M-5.11)、式(M-5.13)及び式(M-5.17)で表される化合物であることが好ましい。
Figure 0007472469000030
本発明の液晶組成物の総量に対してのこれらの化合物の好ましい含有量の下限値は、1質量%であり、2質量%であり、5質量%であり、8質量%であり、10質量%であり、13質量%であり、15質量%である。好ましい含有量の上限値は、30質量%であり、28質量%であり、25質量%であり、23質量%であり、20質量%であり、18質量%であり、15質量%であり、13質量%であり、10質量%であり、8質量%であり、5質量%である。
さらに、一般式(M-5)で表される化合物は、式(M-5.21)から式(M-5.28)で表される化合物であることが好ましく、式(M-5.21)、式(M-5.22)、式(M-5.23)及び式(M-5.25)で表される化合物であることが好ましい。
Figure 0007472469000031
本発明の液晶組成物の総量に対してのこれらの化合物の好ましい含有量の下限値は、1質量%であり、2質量%であり、5質量%であり、8質量%であり、10質量%であり、13質量%であり、15質量%であり、18質量%であり、20質量%であり、22質量%であり、25質量%であり、30質量%である。好ましい含有量の上限値は、40質量%であり、35質量%であり、33質量%であり、30質量%であり、28質量%であり、25質量%であり、23質量%であり、20質量%であり、18質量%であり、15質量%であり、13質量%であり、10質量%であり、8質量%であり、5質量%である。
さらに、一般式(M)で表される化合物は、一般式(M-6)で表される化合物であることが好ましい。
Figure 0007472469000032
一般式(M-6)中、RM61は炭素原子数1~5のアルキル基、炭素原子数2~5のアルケニル基又は炭素原子数1~4のアルコキシ基を表し、XM61からXM64はそれぞれ独立してフッ素原子又は水素原子を表し、YM61はフッ素原子、塩素原子又はOCFを表す。
組み合わせることのできる化合物の種類に制限は無いが、低温での溶解性、転移温度、電気的な信頼性、複屈折率などを考慮して実施形態ごとに適宜組み合わせる。
本発明の組成物の総量に対しての式(M-6)で表される化合物の好ましい含有量の下限値は、1%であり、2%であり、4%であり、5%であり、8%であり、10%であり、13%であり、15%であり、18%であり、20%である。好ましい含有量の上限値は、30%であり、28%であり、25%であり、23%であり、20%であり、18%であり、15%であり、13%であり、10%であり、8%であり、5%である。
本発明の組成物が、駆動電圧の小さい液晶表示素子用に用いられる場合は、一般式(M-6)で表される化合物の含有量を多めにすることが適している。また応答速度の速い液晶表示素子に用いられる組成物である場合は、一般式(M-6)で表される化合物の含有量を少なめにすることが適している。
さらに、一般式(M-6)で表される化合物は具体的には式(M-6.1)から式(M-6.4)で表される化合物であることが好ましく、中でも式(M-6.2)及び式(M-6.4)で表される化合物を含有することが好ましい。
Figure 0007472469000033
本発明の組成物の総量に対してのこれら化合物の好ましい含有量の下限値は、1%であり、2%であり、4%であり、5%であり、8%であり、10%であり、13%であり、15%であり、18%であり、20%である。好ましい含有量の上限値は、30%であり、28%であり、25%であり、23%であり、20%であり、18%であり、15%であり、13%であり、10%であり、8%であり、5%である。
さらに、一般式(M-6)で表される化合物は具体的には式(M-6.11)から式(M-6.14)で表される化合物であることが好ましく、中でも式(M-6.12)及び式(M-6.14)で表される化合物を含有することが好ましい。
Figure 0007472469000034
本発明の組成物の総量に対してのこれら化合物の好ましい含有量の下限値は、1%であり、2%であり、4%であり、5%であり、8%であり、10%であり、13%であり、15%であり、18%であり、20%である。好ましい含有量の上限値は、30%であり、28%であり、25%であり、23%であり、20%であり、18%であり、15%であり、13%であり、10%であり、8%であり、5%である。
さらに、一般式(M-6)で表される化合物は具体的には式(M-6.21)から式(M-6.24)で表される化合物であることが好ましく、中でも式(M-6.21)、式(M-6.22)及び式(M-6.24)で表される化合物を含有することが好ましい。
Figure 0007472469000035
本発明の組成物の総量に対してのこれら化合物の好ましい含有量の下限値は、1%であり、2%であり、4%であり、5%であり、8%であり、10%であり、13%であり、15%であり、18%であり、20%である。好ましい含有量の上限値は、30%であり、28%であり、25%であり、23%であり、20%であり、18%であり、15%であり、13%であり、10%であり、8%であり、5%である。
さらに、一般式(M-6)で表される化合物は具体的には式(M-6.31)から式(M-6.34)で表される化合物が好ましい。中でも式(M-6.31)及び式(M-6.32)で表される化合物を含有することが好ましい。
Figure 0007472469000036
本発明の組成物の総量に対してのこれら化合物の好ましい含有量の下限値は、1%であり、2%であり、4%であり、5%であり、8%であり、10%であり、13%であり、15%であり、18%であり、20%である。好ましい含有量の上限値は、30%であり、28%であり、25%であり、23%であり、20%であり、18%であり、15%であり、13%であり、10%であり、8%であり、5%である。
さらに、一般式(M-6)で表される化合物は具体的には式(M-6.41)から式(M-6.44)で表される化合物であることが好ましく、中でも式(M-6.42)で表される化合物を含有することが好ましい。
Figure 0007472469000037
本発明の組成物の総量に対してのこれら化合物の好ましい含有量の下限値は、1%であり、2%であり、4%であり、5%であり、8%であり、10%であり、13%であり、15%であり、18%であり、20%である。好ましい含有量の上限値は、30%であり、28%であり、25%であり、23%であり、20%であり、18%であり、15%であり、13%であり、10%であり、8%であり、5%である。
さらに、一般式(M)で表される化合物は、一般式(M-7)で表される化合物群から選ばれる化合物であることが好ましい。
Figure 0007472469000038
一般式(M-7)中、XM71からXM76はそれぞれ独立してフッ素原子又は水素原子を表し、RM71は炭素原子数1~5のアルキル基、炭素原子数2~5のアルケニル基又は炭素原子数1~4のアルコキシ基を表し、YM71はフッ素原子又はOCFを表す。但し、一般式(i)で表される化合物を除く。
組み合わせることができる化合物の種類に特に制限は無いが、これらの化合物の中から1種~2種類含有することが好ましく、1種~3種類含有することがより好ましく、1種~4種類含有することがさらに好ましい。
一般式(M-7)で表される化合物の含有量は、低温での溶解性、転移温度、電気的な信頼性、複屈折率などの特性を考慮して実施形態ごとに上限値と下限値がある。
本発明の組成物の総量に対しての式(M-7)で表される化合物の好ましい含有量の下限値は、1%であり、2%であり、4%であり、5%であり、8%であり、10%であり、13%であり、15%であり、18%であり、20%である。好ましい含有量の上限値は、30%であり、28%であり、25%であり、23%であり、20%であり、18%であり、15%であり、13%であり、10%であり、8%であり、5%である。
本発明の組成物が、セルギャップの小さい液晶表示素子用に用いられる場合は、一般式(M-7)で表される化合物の含有量を多めにすることが適している。駆動電圧の小さい液晶表示素子用に用いられる場合は、一般式(M-7)で表される化合物の含有量を多めにすることが適している。また、低温の環境で用いられる液晶表示素子用に用いられる場合は一般式(M-7)で表される化合物の含有量を少なめにすることが適している。応答速度の速い液晶表示素子に用いられる組成物である場合は、一般式(M-7)で表される化合物の含有量を少なめにすることが適している。
さらに、一般式(M-7)で表される化合物は、式(M-7.1)から式(M-7.4)で表される化合物であることが好ましく、式(M-7.2)で表される化合物であることが好ましい。
Figure 0007472469000039
本発明の組成物の総量に対してのこれら化合物の好ましい含有量の下限値は、1%であり、2%であり、4%であり、5%であり、8%であり、10%であり、13%であり、15%であり、18%であり、20%である。好ましい含有量の上限値は、30%であり、28%であり、25%であり、23%であり、20%であり、18%であり、15%であり、13%であり、10%であり、8%であり、5%である。
さらに、一般式(M-7)で表される化合物は、式(M-7.21)から式(M-7.24)で表される化合物であることが好ましく、式(M-7.21)及び式(M-7.22)で表される化合物であることが好ましい。
Figure 0007472469000040
本発明の組成物の総量に対してのこれら化合物の好ましい含有量の下限値は、1%であり、2%であり、4%であり、5%であり、8%であり、10%であり、13%であり、15%であり、18%であり、20%である。好ましい含有量の上限値は、30%であり、28%であり、25%であり、23%であり、20%であり、18%であり、15%であり、13%であり、10%であり、8%であり、5%である。
さらに、一般式(M)で表される化合物は、一般式(M-8)で表される化合物であることが好ましい。
Figure 0007472469000041
一般式(M-8)中、式中、XM81からXM84はそれぞれ独立してフッ素原子又は水素原子を表し、YM81はフッ素原子、塩素原子又は-OCFを表し、RM81は炭素原子数1~5のアルキル基、炭素原子数2~5のアルケニル基又は炭素原子数1~4のアルコキシ基を表し、AM81及びAM82はそれぞれ独立して、1,4-シクロヘキシレン基、1,4-フェニレン基又は
Figure 0007472469000042
を表すが、1,4-フェニレン基上の水素原子はフッ素原子によって置換されていてもよい。
本発明の液晶組成物の総量に対しての一般式(M-8)で表される化合物の好ましい含有量の下限値は、1質量%であり、2質量%であり、4質量%であり、5質量%であり、8質量%であり、10質量%であり、13質量%であり、15質量%であり、18質量%であり、20質量%である。好ましい含有量の上限値は、30質量%であり、28質量%であり、25質量%であり、23質量%であり、20質量%であり、18質量%であり、15質量%であり、13質量%であり、10質量%であり、8質量%であり、5質量%である。
本発明の液晶組成物の粘度を低く保ち、応答速度が速い液晶組成物が必要な場合は上記の下限値を低めに、上限値を低めにすることが好ましい。さらに、焼き付きの発生しにくい液晶組成物が必要な場合は上記の下限値を低めに、上限値を低めにすることが好ましい。また、駆動電圧を低く保つために誘電率異方性を大きくしたいときは、上記の下限値を高めに、上限値を高めにすることが好ましい。
さらに、本発明の液晶組成物に使用される一般式(M-8)で表される化合物は、具体的には式(M-8.1)から式(M-8.4)で表される化合物であることが好ましく、中でも式(M-8.1)及び式(M-8.2)で表される化合物を含有することが好ましい。
Figure 0007472469000043
本発明の液晶組成物の総量に対してのこれらの化合物の好ましい含有量の下限値は、1質量%であり、2質量%であり、4質量%であり、5質量%であり、8質量%であり、10質量%であり、13質量%であり、15質量%であり、18質量%であり、20質量%である。好ましい含有量の上限値は、30質量%であり、28質量%であり、25質量%であり、23質量%であり、20質量%であり、18質量%であり、15質量%であり、13質量%であり、10質量%であり、8質量%であり、5質量%である。
さらに、本発明の液晶組成物に使用される一般式(M-8)で表される化合物は、具体的には式(M-8.11)から式(M-8.14)で表される化合物であることが好ましく、中でも式(M-8.12)で表される化合物を含有することが好ましい。
Figure 0007472469000044
本発明の液晶組成物の総量に対してのこれらの化合物の好ましい含有量の下限値は、1質量%であり、2質量%であり、4質量%であり、5質量%であり、8質量%であり、10質量%であり、13質量%であり、15質量%であり、18質量%であり、20質量%である。好ましい含有量の上限値は、30質量%であり、28質量%であり、25質量%であり、23質量%であり、20質量%であり、18質量%であり、15質量%であり、13質量%であり、10質量%であり、8質量%であり、5質量%である。
さらに、本発明の液晶組成物に使用される一般式(M-8)で表される化合物は、具体的には式(M-8.21)から式(M-8.24)で表される化合物であることが好ましく、中でも式(M-8.22)で表される化合物を含有することが好ましい。
Figure 0007472469000045
本発明の液晶組成物の総量に対してのこれらの化合物の好ましい含有量の下限値は、1質量%であり、2質量%であり、4質量%であり、5質量%であり、8質量%であり、10質量%であり、13質量%であり、15質量%であり、18質量%であり、20質量%である。好ましい含有量の上限値は、30質量%であり、28質量%であり、25質量%であり、23質量%であり、20質量%であり、18質量%であり、15質量%であり、13質量%であり、10質量%であり、8質量%であり、5質量%である。
さらに、本発明の液晶組成物に使用される一般式(M-8)で表される化合物は、具体的には式(M-8.31)から式(M-8.34)で表される化合物であることが好ましく、中でも式(M-8.32)で表される化合物を含有することが好ましい。
Figure 0007472469000046
本発明の液晶組成物の総量に対してのこれらの化合物の好ましい含有量の下限値は、1質量%であり、2質量%であり、4質量%であり、5質量%であり、8質量%であり、10質量%であり、13質量%であり、15質量%であり、18質量%であり、20質量%である。好ましい含有量の上限値は、30質量%であり、28質量%であり、25質量%であり、23質量%であり、20質量%であり、18質量%であり、15質量%であり、13質量%であり、10質量%であり、8質量%であり、5質量%である。
さらに、本発明の液晶組成物に使用される一般式(M-8)で表される化合物は、具体的には式(M-8.41)から式(M-8.44)で表される化合物であることが好ましく、中でも式(M-8.42)で表される化合物を含有することが好ましい。
Figure 0007472469000047
本発明の液晶組成物の総量に対してのこれらの化合物の好ましい含有量の下限値は、1質量%であり、2質量%であり、4質量%であり、5質量%であり、8質量%であり、10質量%であり、13質量%であり、15質量%であり、18質量%であり、20質量%である。好ましい含有量の上限値は、30質量%であり、28質量%であり、25質量%であり、23質量%であり、20質量%であり、18質量%であり、15質量%であり、13質量%であり、10質量%であり、8質量%であり、5質量%である。
さらに、本発明の液晶組成物に使用される一般式(M-8)で表される化合物は、具体的には式(M-8.51)から式(M-8.54)で表される化合物であることが好ましく、中でも式(M-8.52)で表される化合物を含有することが好ましい。
Figure 0007472469000048
本発明の液晶組成物の総量に対してのこれらの化合物の好ましい含有量の下限値は、1質量%であり、2質量%であり、4質量%であり、5質量%であり、8質量%であり、10質量%であり、13質量%であり、15質量%であり、18質量%であり、20質量%である。好ましい含有量の上限値は、30質量%であり、28質量%であり、25質量%であり、23質量%であり、20質量%であり、18質量%であり、15質量%であり、13質量%であり、10質量%であり、8質量%であり、5質量%である。
<一般式(L)で表される化合物>
さらに、本発明の液晶組成物は、一般式(L)で表される化合物を1種類又は2種類以上含有することが好ましい。但し、一般式(L)で表される化合物として、一般式(ii)及び(iii)で表される化合物を除く。一般式(L)で表される化合物は誘電的にほぼ中性の化合物(Δεの値が-2以上2以下)に該当する。
Figure 0007472469000049
一般式(L)中、RL1及びRL2はそれぞれ独立して炭素原子数1~8のアルキル基を表し、該アルキル基中の1個又は非隣接の2個以上の-CH-はそれぞれ独立して-CH=CH-、-C≡C-、-O-、-CO-、-COO-又は-OCO-によって置換されていてもよく、
L1は0、1、2又は3を表し、
L1、AL2及びAL3はそれぞれ独立して
(a) 1,4-シクロヘキシレン基(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-O-に置き換えられてもよい。)
(b) 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=に置き換えられてもよい。)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(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=に置き換えられてもよい。)
からなる群より選ばれる基を表し、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いてもよく、
L1及びZL2はそれぞれ独立して単結合、-CHCH-、-(CH-、-OCH-、-CHO-、-COO-、-OCO-、-OCF-、-CFO-、-CH=N-N=CH-、-CH=CH-、-CF=CF-又は-C≡C-を表し、
L1が2又は3であってAL2が複数存在する場合は、それらは同一であっても異なっていてもよく、nL1が2又は3であってZL2が複数存在する場合は、それらは同一であっても異なっていてもよい。
一般式(L)で表される化合物は単独で用いてもよいが、組み合わせて使用することもできる。組み合わせることができる化合物の種類に特に制限は無いが、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組み合わせて使用する。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としては1種類である。或いは、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。
本発明の液晶組成物において、一般式(L)で表される化合物の含有量は、低温での溶解性、転移温度、電気的な信頼性、複屈折率、プロセス適合性、滴下痕、焼き付き、誘電率異方性などの求められる性能に応じて適宜調整する必要がある。
本発明の液晶組成物の総量に対しての式(L)で表される化合物の好ましい含有量の下限値は、1質量%であり、10質量%であり、20質量%であり、30質量%であり、40質量%であり、50質量%であり、55質量%であり、60質量%であり、65質量%であり、70質量%であり、75質量%であり、80質量%である。好ましい含有量の上限値は、95質量%であり、85質量%であり、75質量%であり、65質量%であり、55質量%であり、45質量%であり、35質量%であり、25質量%である。
本発明の液晶組成物の粘度を低く保ち、応答速度が速い液晶組成物が必要な場合は上記の下限値が高く上限値が高いことが好ましい。さらに、本発明の液晶組成物のTniを高く保ち、温度安定性に優れた液晶組成物が必要な場合は上記の下限値が高く上限値が高いことが好ましい。また、駆動電圧を低く保つために誘電率異方性を大きくしたいときは、上記の下限値を低く上限値が低いことが好ましい。
一般式(L)で表される化合物の分子内に存在するハロゲン原子は、0、1、2又は3個が好ましく、0又は1が好ましく、他の液晶分子との相溶性を重視する場合には1が好ましい。
信頼性を重視する場合にはRL1及びRL2は共にアルキル基であることが好ましく、化合物の揮発性を低減させることを重視する場合にはアルコキシ基であることが好ましく、粘性の低下を重視する場合には少なくとも一方はアルケニル基であることが好ましい。
L1及びRL2は、それが結合する環構造がフェニル基(芳香族)である場合には、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のアルコキシ基及び炭素原子数4~5のアルケニル基が好ましい。また、RL1及びRL2は、それが結合する環構造がシクロヘキサン、ピラン及びジオキサンなどの飽和した環構造の場合には、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のアルコキシ基及び直鎖状の炭素原子数2~5のアルケニル基が好ましい。ネマチック相を安定化させるためには炭素原子及び存在する場合酸素原子の合計が5以下であることが好ましく、直鎖状であることが好ましい。
アルケニル基としては、式(R1)から式(R5)のいずれかで表される基から選ばれることが好ましい。(各式中の黒点はアルケニル基が結合している環構造中の炭素原子を表す。)
Figure 0007472469000050
L1は応答速度を重視する場合には0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が好ましく、これらのバランスをとるためには1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異なる値の化合物を組み合わせることが好ましい。
L1、AL2及びAL3は、Δnを大きくすることが求められる場合には芳香族であることが好ましく、応答速度を改善するためには脂肪族であることが好ましい。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-ジイル基を表すことが好ましく、下記式で表される構造を表す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-フェニレン基を表すことがさらに好ましい。
Figure 0007472469000051
L1及びZL2は応答速度を重視する場合には単結合であることが好ましい。
分子内のハロゲン原子数は0個又は1個が好ましい。
一般式(L)で表される化合物は一般式(L-1)~(L-8)で表される化合物群から選ばれる化合物であることが好ましい。特に、本発明の液晶組成物は、ネマチック相-等方性液体相転移温度Tniと屈折率異方性Δnとを両立させるという観点から、後述する一般式(L-5)で表される化合物群から選ばれる化合物を含むことが好ましい。
一般式(L-1)で表される化合物は下記の化合物である。
Figure 0007472469000052
一般式(L-1)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、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のアルコキシ基及び直鎖状の炭素原子数2~5のアルケニル基が好ましい。
一般式(L-1)で表される化合物は単独で使用することもできるが、2以上の化合物を組み合わせて使用することもできる。組み合わせることができる化合物の種類に特に制限は無いが、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組み合わせて使用する。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としては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。
好ましい含有量の下限値は、本発明の液晶組成物の総量に対して、1質量%であり、2質量%であり、3質量%であり、5質量%であり、7質量%であり、10質量%であり、15質量%であり、20質量%であり、25質量%であり、30質量%であり、35質量%であり、40質量%であり、45質量%であり、50質量%であり、55質量%である。好ましい含有量の上限値は、本発明の液晶組成物の総量に対して、95質量%であり、90質量%であり、85質量%であり、80質量%であり、75質量%であり、70質量%であり、65質量%であり、60質量%であり、55質量%であり、50質量%であり、45質量%であり、40質量%であり、35質量%であり、30質量%であり、25質量%である。
本発明の液晶組成物の粘度を低く保ち、応答速度が速い液晶組成物が必要な場合は上記の下限値が高く上限値が高いことが好ましい。さらに、本発明の液晶組成物のTniを高く保ち、温度安定性に優れた液晶組成物が必要な場合は上記の下限値が中庸で上限値が中庸であることが好ましい。また、駆動電圧を低く保つために誘電率異方性を大きくしたいときは、上記の下限値が低く上限値が低いことが好ましい。
一般式(L-1)で表される化合物は一般式(L-1-1)で表される化合物群から選ばれる化合物であることが好ましい。
Figure 0007472469000053
(式中RL12は一般式(L-1)における意味と同じ意味を表す。)
一般式(L-1-1)で表される化合物は、式(L-1-1.1)から式(L-1-1.3)で表される化合物群から選ばれる化合物であることが好ましく、式(L-1-1.2)又は式(L-1-1.3)で表される化合物であることが好ましく、特に、式(L-1-1.3)で表される化合物であることが好ましい。
Figure 0007472469000054
本発明の液晶組成物の総量に対しての式(L-1-1.3)で表される化合物の好ましい含有量の下限値は、1質量%であり、2質量%であり、3質量%であり、5質量%であり、7質量%であり、10質量%である。好ましい含有量の上限値は、本発明の液晶組成物の総量に対して、20質量%であり、15質量%であり、13質量%であり、10質量%であり、8質量%であり、7質量%であり、6質量%であり、5質量%であり、3質量%である。
一般式(L-1)で表される化合物は一般式(L-1-2)で表される化合物群から選ばれる化合物であることが好ましい。一般式(L-1-2)中、RL12は一般式(L-1)における意味と同じ意味を表す。
Figure 0007472469000055
本発明の液晶組成物の総量に対しての式(L-1-2)で表される化合物の好ましい含有量の下限値は、1質量%であり、5質量%であり、10質量%であり、15質量%であり、17質量%であり、20質量%であり、23質量%であり、25質量%であり、27質量%であり、30質量%であり、35質量%である。好ましい含有量の上限値は、本発明の液晶組成物の総量に対して、60質量%であり、55質量%であり、50質量%であり、45質量%であり、42質量%であり、40質量%であり、38質量%であり、35質量%であり、33質量%であり、30質量%である。
さらに、一般式(L-1-2)で表される化合物は、式(L-1-2.1)から式(L-1-2.4)で表される化合物群から選ばれる化合物であることが好ましく、式(L-1-2.1)及び式(L-1-2.2)で表される化合物が好ましく、特に、式(L-1-2.2)で表される化合物は本発明の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。式(L-1-2.3)及び式(L-1-2.4)で表される化合物の含有量は、低温での溶解性を改善するために10質量%以上にすることは好ましくない。
Figure 0007472469000056
本発明の液晶組成物の総量に対しての式(L-1-2.1)で表される化合物の好ましい含有量の下限値は、10質量%であり、15質量%であり、18質量%であり、20質量%であり、23質量%であり、25質量%であり、27質量%であり、30質量%であり、33質量%であり、35質量%であり、38質量%であり、40質量%である。好ましい含有量の上限値は、本発明の液晶組成物の総量に対して、60質量%であり、55質量%であり、50質量%であり、45質量%であり、43質量%であり、40質量%であり、38質量%であり、35質量%であり、32質量%であり、30質量%であり、27質量%であり、25質量%であり、22質量%である。
本発明の液晶組成物の総量に対しての式(L-1-2.2)で表される化合物の好ましい含有量の下限値は、10質量%であり、15質量%であり、18質量%であり、20質量%であり、23質量%であり、25質量%であり、27質量%であり、30質量%であり、33質量%であり、35質量%であり、38質量%であり、40質量%である。応答速度を向上させる観点から、20質量%以上であることがより好ましい。好ましい含有量の上限値は、本発明の液晶組成物の総量に対して、60質量%であり、55質量%であり、50質量%であり、45質量%であり、43質量%であり、40質量%であり、38質量%であり、35質量%であり、32質量%であり、30質量%であり、27質量%であり、25質量%であり、22質量%である。
本発明の液晶組成物の総量に対しての式(L-1-1.3)で表される化合物及び式(L-1-2.2)で表される化合物の合計の好ましい含有量の下限値は、10質量%であり、15質量%であり、20質量%であり、25質量%であり、27質量%であり、30質量%であり、35質量%であり、40質量%である。好ましい含有量の上限値は、本発明の液晶組成物の総量に対して、60質量%であり、55質量%であり、50質量%であり、45質量%であり、43質量%であり、40質量%であり、38質量%であり、35質量%であり、32質量%であり、30質量%であり、27質量%であり、25質量%であり、22質量%である。
一般式(L-1)で表される化合物は一般式(L-1-3)で表される化合物群から選ばれる化合物であることが好ましい。
Figure 0007472469000057
一般式(L-1-3)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、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のアルコキシ基及び直鎖状の炭素原子数2~5のアルケニル基が好ましい。
本発明の液晶組成物の総量に対しての式(L-1-3)で表される化合物の好ましい含有量の下限値は、1質量%であり、5質量%であり、10質量%であり、13質量%であり、15質量%であり、17質量%であり、20質量%であり、23質量%であり、25質量%であり、30質量%である。好ましい含有量の上限値は、本発明の液晶組成物の総量に対して、60質量%であり、55質量%であり、50質量%であり、45質量%であり、40質量%であり、37質量%であり、35質量%であり、33質量%であり、30質量%であり、27質量%であり、25質量%であり、23質量%であり、20質量%であり、17質量%であり、15質量%であり、13質量%であり、10質量%である。
さらに、一般式(L-1-3)で表される化合物は、式(L-1-3.1)から式(L-1-3.12)で表される化合物群から選ばれる化合物であることが好ましく、式(L-1-3.1)、式(L-1-3.3)又は式(L-1-3.4)で表される化合物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本発明の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)及び式(L-1-3.12)で表される化合物を用いることが好ましい。式(L-1-3.3)、式(L-1-3.4)、式(L-1-3.11)及び式(L-1-3.12)で表される化合物の合計の含有量は、低温での溶解性を改善するために20質量%以上にすることは好ましくない。
Figure 0007472469000058
本発明の液晶組成物の総量に対しての式(L-1-3.1)で表される化合物の好ましい含有量の下限値は、1質量%であり、2質量%であり、3質量%であり、5質量%であり、7質量%であり、10質量%であり、13質量%であり、15質量%であり、18質量%であり、20質量%である。好ましい含有量の上限値は、本発明の液晶組成物の総量に対して、20質量%であり、17質量%であり、15質量%であり、13質量%であり、10質量%であり、8質量%であり、7質量%であり、6質量%である。
一般式(L-1)で表される化合物は一般式(L-1-4)及び/又は(L-1-5)で表される化合物群から選ばれる化合物であることが好ましい。
Figure 0007472469000059
上記一般式中、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、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のアルコキシ基及び直鎖状の炭素原子数2~5のアルケニル基が好ましい。
本発明の液晶組成物の総量に対しての式(L-1-4)で表される化合物の好ましい含有量の下限値は、1質量%であり、5質量%であり、10質量%であり、13質量%であり、15質量%であり、17質量%であり、20質量%である。好ましい含有量の上限値は、本発明の液晶組成物の総量に対して、25質量%であり、23質量%であり、20質量%であり、17質量%であり、15質量%であり、13質量%であり、10質量%である。
本発明の液晶組成物の総量に対しての式(L-1-5)で表される化合物の好ましい含有量の下限値は、1質量%であり、5質量%であり、10質量%であり、13質量%であり、15質量%であり、17質量%であり、20質量%である。好ましい含有量の上限値は、本発明の液晶組成物の総量に対して、25質量%であり、23質量%であり、20質量%であり、17質量%であり、15質量%であり、13質量%であり、10質量%である。
さらに、一般式(L-1-4)及び(L-1-5)で表される化合物は、式(L-1-4.1)から式(L-1-5.3)で表される化合物群から選ばれる化合物であることが好ましく、式(L-1-4.2)又は式(L-1-5.2)で表される化合物であることが好ましい。
Figure 0007472469000060
本発明の液晶組成物の総量に対しての式(L-1-4.2)で表される化合物の好ましい含有量の下限値は、1質量%であり、2質量%であり、3質量%であり、5質量%であり、7質量%であり、10質量%であり、13質量%であり、15質量%であり、18質量%であり、20質量%である。好ましい含有量の上限値は、本発明の液晶組成物の総量に対して、20質量%であり、17質量%であり、15質量%であり、13質量%であり、10質量%であり、8質量%であり、7質量%であり、6質量%である。
式(L-1-1.3)、式(L-1-2.2)、式(L-1-3.1)、式(L-1-3.3)、式(L-1-3.4)、式(L-1-3.11)及び式(L-1-3.12)で表される化合物から選ばれる2種以上の化合物を組み合わせることが好ましく、式(L-1-1.3)、式(L-1-2.2)、式(L-1-3.1)、式(L-1-3.3)、式(L-1-3.4)及び式(L-1-4.2)で表される化合物から選ばれる2種以上の化合物を組み合わせることが好ましく、これらの化合物の合計の含有量の好ましい含有量の下限値は、本発明の液晶組成物の総量に対して、1質量%であり、2質量%であり、3質量%であり、5質量%であり、7質量%であり、10質量%であり、13質量%であり、15質量%であり、18質量%であり、20質量%であり、23質量%であり、25質量%であり、27質量%であり、30質量%であり、33質量%であり、35質量%であり、上限値は、本発明の液晶組成物の総量に対して、80質量%であり、70質量%であり、60質量%であり、50質量%であり、45質量%であり、40質量%であり、37質量%であり、35質量%であり、33質量%であり、30質量%であり、28質量%であり、25質量%であり、23質量%であり、20質量%である。液晶組成物の信頼性を重視する場合には、式(L-1-3.1)、式(L-1-3.3)及び式(L-1-3.4))で表される化合物から選ばれる2種以上の化合物を組み合わせることが好ましく、液晶組成物の応答速度を重視する場合には、式(L-1-1.3)、式(L-1-2.2)で表される化合物から選ばれる2種以上の化合物を組み合わせることが好ましい。
一般式(L-2)で表される化合物は下記の化合物である。
Figure 0007472469000061
一般式(L-2)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のアルケニル基が好ましく、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のアルコキシ基が好ましい。
一般式(L-1)で表される化合物は単独で使用することもできるが、2以上の化合物を組み合わせて使用することもできる。組み合わせることができる化合物の種類に特に制限は無いが、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組み合わせて使用する。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としては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。
低温での溶解性を重視する場合は含有量を多めに設定すると効果が高く、反対に、応答速度を重視する場合は含有量を少な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、含有量の範囲を中間に設定することが好ましい。
本発明の液晶組成物の総量に対しての式(L-2)で表される化合物の好ましい含有量の下限値は、1質量%であり、2質量%であり、3質量%であり、5質量%であり、7質量%であり、10質量%である。好ましい含有量の上限値は、本発明の液晶組成物の総量に対して、20質量%であり、15質量%であり、13質量%であり、10質量%であり、8質量%であり、7質量%であり、6質量%であり、5質量%であり、3質量%である。
さらに、一般式(L-2)で表される化合物は、式(L-2.1)から式(L-2.6)で表される化合物群から選ばれる化合物であることが好ましく、式(L-2.1)、式(L-2.3)、式(L-2.4)及び式(L-2.6)で表される化合物であることが好ましい。
Figure 0007472469000062
一般式(L-3)で表される化合物は下記の化合物である。
Figure 0007472469000063
一般式(L-3)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のアルコキシ基が好ましい。
一般式(L-3)で表される化合物は単独で使用することもできるが、2以上の化合物を組み合わせて使用することもできる。組み合わせることができる化合物の種類に特に制限は無いが、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組み合わせて使用する。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としては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。
本発明の液晶組成物の総量に対しての式(L-3)で表される化合物の好ましい含有量の下限値は、1質量%であり、2質量%であり、3質量%であり、5質量%であり、7質量%であり、10質量%である。好ましい含有量の上限値は、本発明の液晶組成物の総量に対して、20質量%であり、15質量%であり、13質量%であり、10質量%であり、8質量%であり、7質量%であり、6質量%であり、5質量%であり、3質量%である。高い複屈折率を得る場合は含有量を多めに設定すると効果が高く、反対に、高いTniを重視する場合は含有量を少な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、含有量の範囲を中間に設定することが好ましい。
さらに、一般式(L-3)で表される化合物は、式(L-3.1)から式(L-3.4)で表される化合物群から選ばれる化合物であることが好ましく、式(L-3.2)から式(L-3.7)で表される化合物であることが好ましい。
Figure 0007472469000064
一般式(L-4)で表される化合物は下記の化合物である。但し、一般式(iii)
で表される化合物は除く。
Figure 0007472469000065
一般式(L-4)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のアルケニル基が好ましく、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のアルコキシ基が好ましい。
一般式(L-4)で表される化合物は単独で使用することもできるが、2以上の化合物を組み合わせて使用することもできる。組み合わせることができる化合物の種類に特に制限は無いが、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組み合わせて使用する。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としては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。
本発明の液晶組成物において、一般式(L-4)で表される化合物の含有量は、低温での溶解性、転移温度、電気的な信頼性、複屈折率、プロセス適合性、滴下痕、焼き付き、誘電率異方性などの求められる性能に応じて適宜調整する必要がある。
本発明の液晶組成物の総量に対しての式(L-4)で表される化合物の好ましい含有量の下限値は、1質量%であり、2質量%であり、3質量%であり、5質量%であり、7質量%であり、10質量%であり、14質量%であり、16質量%であり、20質量%であり、23質量%であり、26質量%であり、30質量%であり、35質量%であり、40質量%である。本発明の液晶組成物の総量に対しての式(L-4)で表される化合物の好ましい含有量の上限値は、50質量%であり、40質量%であり、35質量%であり、30質量%であり、20質量%であり、15質量%であり、10質量%であり、5質量%である。
一般式(L-4)で表される化合物は、例えば式(L-4.1)から式(L-4.3)で表される化合物であることが好ましい。
Figure 0007472469000066
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、式(L-4.1)で表される化合物を含有していても、式(L-4.2)で表される化合物を含有していても、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両方を含有していてもよいし、式(L-4.1)から式(L-4.3)で表される化合物を全て含んでいてもよい。本発明の液晶組成物の総量に対しての式(L-4.1)又は式(L-4.2)で表される化合物の好ましい含有量の下限値は、3質量%であり、5質量%であり、7質量%であり、9質量%であり、11質量%であり、12質量%であり、13質量%であり、18質量%であり、21質量%であり、好ましい上限値は、45であり、40質量%であり、35質量%であり、30質量%であり、25質量%であり、23質量%であり、20質量%であり、18質量%であり、15質量%であり、13質量%であり、10質量%であり、8質量%である。
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両方を含有する場合は、本発明の液晶組成物の総量に対しての両化合物の好ましい含有量の下限値は、15質量%であり、19質量%であり、24質量%であり、30質量%であり、好ましい上限値は、45であり、40質量%であり、35質量%であり、30質量%であり、25質量%であり、23質量%であり、20質量%であり、18質量%であり、15質量%であり、13質量%である。
一般式(L-4)で表される化合物は、式(L-4.7)から式(L-4.10)で表される化合物であることが好ましく、特に、式(L-4.9)で表される化合物が好ましい。
Figure 0007472469000067
一般式(L-5)で表される化合物は下記の化合物である。
Figure 0007472469000068
一般式(L-5)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のアルケニル基が好ましく、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のアルコキシ基が好ましい。
一般式(L-5)で表される化合物は単独で使用することもできるが、2以上の化合物を組み合わせて使用することもできる。組み合わせることができる化合物の種類に特に制限は無いが、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組み合わせて使用する。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としては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。
本発明の組成物において、一般式(L-5)で表される化合物の含有量は、低温での溶解性、転移温度、電気的な信頼性、複屈折率、プロセス適合性、滴下痕、焼き付き、誘電率異方性などの求められる性能に応じて適宜調整する必要がある。
本発明の組成物の総量に対しての式(L-5)で表される化合物の好ましい含有量の下限値は、1%であり、2%であり、3%であり、5%であり、7%であり、10%であり、14%であり、16%であり、20%であり、23%であり、26%であり、30%であり、35%であり、40%である。本発明の組成物の総量に対しての式(L-5)で表される化合物の好ましい含有量の上限値は、50%であり、40%であり、35%であり、30%であり、20%であり、15%であり、10%であり、5%である。
一般式(L-5)で表される化合物は、式(L-5.1)又は式(L-5.2)で表される化合物であることが好ましく、特に、式(L-5.1)で表される化合物であることがより好ましい。
Figure 0007472469000069
本発明の組成物の総量に対してのこれらの化合物の好ましい含有量の下限値は、1%であり、2%であり、3%であり、5%であり、7%である。これらの化合物の好ましい含有量の上限値は、20%であり、15%であり、13%であり、10%であり、9%である。
一般式(L-5)で表される化合物は、式(L-5.3)又は式(L-5.4)で表される化合物であることが好ましい。
Figure 0007472469000070
本発明の組成物の総量に対してのこれらの化合物の好ましい含有量の下限値は、1%であり、2%であり、3%であり、5%であり、7%である。これらの化合物の好ましい含有量の上限値は、20%であり、15%であり、13%であり、10%であり、9%である。
一般式(L-5)で表される化合物は、式(L-5.5)から式(L-5.7)で表される化合物群から選ばれる化合物であることが好ましく、特に式(L-5.7)で表される化合物であることが好ましい。
Figure 0007472469000071
本発明の組成物の総量に対してのこれらの化合物の好ましい含有量の下限値は、1%であり、2%であり、3%であり、5%であり、7%である。これらの化合物の好ましい含有量の上限値は、20%であり、15%であり、13%であり、10%であり、9%である。
一般式(L-6)で表される化合物は下記の化合物である。
Figure 0007472469000072
一般式(L-6)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と同じ意味を表し、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のアルケニル基が好ましく、XL61及びXL62のうち一方がフッ素原子他方が水素原子であることが好ましい。
一般式(L-6)で表される化合物は単独で使用することもできるが、2以上の化合物を組み合わせて使用することもできる。組み合わせることができる化合物の種類に特に制限は無いが、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組み合わせて使用する。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としては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。
本発明の組成物の総量に対しての式(L-6)で表される化合物の好ましい含有量の下限値は、1%であり、2%であり、3%であり、5%であり、7%であり、10%であり、14%であり、16%であり、20%であり、23%であり、26%であり、30%であり、35%であり、40%である。本発明の組成物の総量に対しての式(L-6)で表される化合物の好ましい含有量の上限値は、50%であり、40%であり、35%であり、30%であり、20%であり、15%であり、10%であり、5%である。Δnを大きくすることに重点を置く場合には含有量を多くした方が好ましく、低温での析出に重点を置いた場合には含有量は少ない方が好ましい。
一般式(L-6)で表される化合物は、式(L-6.1)から式(L-6.9)で表される化合物であることが好ましい。
Figure 0007472469000073
組み合わせることができる化合物の種類に特に制限は無いが、これらの化合物の中から1種~3種類含有することが好ましく、1種~4種類含有することがさらに好ましい。また、選ぶ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)又は(L-6.2)で表される化合物から1種類、式(L-6.4)又は(L-6.5)で表される化合物から1種類、式(L-6.6)又は式(L-6.7)で表される化合物から1種類、式(L-6.8)又は(L-6.9)で表される化合物から1種類の化合物を選び、これらを適宜組み合わせることが好ましい。その中でも、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。
さらに、一般式(L-6)で表される化合物は、例えば式(L-6.10)から式(L-6.17)で表される化合物であることが好ましく、その中でも、式(L-6.11)で表される化合物であることが好ましい。
Figure 0007472469000074
本発明の液晶組成物の総量に対してのこれらの化合物の好ましい含有量の下限値は、1質量%であり、2質量%であり、3質量%であり、5質量%であり、7質量%である。これらの化合物の好ましい含有量の上限値は、20質量%であり、15質量%であり、13質量%であり、10質量%であり、9質量%である。
一般式(L-7)で表される化合物は下記の化合物である。
Figure 0007472469000075
一般式(L-7)中、RL71及びRL72はそれぞれ独立して一般式(L)におけるRL1及びRL2と同じ意味を表し、AL71及びAL72はそれぞれ独立して一般式(L)におけるAL2及びAL3と同じ意味を表すが、AL71及びAL72上の水素原子はそれぞれ独立してフッ素原子によって置換されていてもよく、ZL71は一般式(L)におけるZL2と同じ意味を表し、XL71及びXL72はそれぞれ独立してフッ素原子又は水素原子を表す。
式中、RL71及びRL72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2~5のアルケニル基又は炭素原子数1~4のアルコキシ基が好ましい。AL71及びAL72はそれぞれ独立して1,4-シクロヘキシレン基又は1,4-フェニレン基が好ましく、AL71及びAL72上の水素原子はそれぞれ独立してフッ素原子によって置換されていてもよい。AL71は単結合又はCOO-が好ましく、単結合がより好ましい。XL71及びXL72は水素原子が好ましい。
組み合わせることができる化合物の種類に特に制限は無いが、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組み合わせる。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としては1種類であり、2種類であり、3種類であり、4種類である。
本発明の液晶組成物において、一般式(L-7)で表される化合物の含有量は、低温での溶解性、転移温度、電気的な信頼性、複屈折率、プロセス適合性、滴下痕、焼き付き、誘電率異方性などの求められる性能に応じて適宜調整する必要がある。
本発明の液晶組成物の総量に対しての式(L-7)で表される化合物の好ましい含有量の下限値は、1質量%であり、2質量%であり、3質量%であり、5質量%であり、7質量%であり、10質量%であり、14質量%であり、16質量%であり、20質量%である。本発明の液晶組成物の総量に対しての式(L-7)で表される化合物の好ましい含有量の上限値は、30質量%であり、25質量%であり、23質量%であり、20質量%であり、18質量%であり、15質量%であり、10質量%であり、5質量%である。
本発明の液晶組成物が高いTniの実施形態が望まれる場合は式(L-7)で表される化合物の含有量を多めにすることが好ましく、低粘度の実施形態が望まれる場合は含有量を少なめにすることが好ましい。
さらに、一般式(L-7)で表される化合物は、式(L-7.1)から式(L-7.4)で表される化合物であることが好ましく、式(L-7.2)で表される化合物であることが好ましい。
Figure 0007472469000076
さらに、一般式(L-7)で表される化合物は、式(L-7.11)から式(L-7.13)で表される化合物であることが好ましく、式(L-7.11)で表される化合物であることが好ましい。
Figure 0007472469000077
さらに、一般式(L-7)で表される化合物は、式(L-7.21)から式(L-7.23)で表される化合物である。式(L-7.21)で表される化合物であることが好ましい。
Figure 0007472469000078
さらに、一般式(L-7)で表される化合物は、式(L-7.31)から式(L-7.34)で表される化合物であることが好ましく、式(L-7.31)又は/及び式(L-7.32)で表される化合物であることが好ましい。
Figure 0007472469000079
さらに、一般式(L-7)で表される化合物は、式(L-7.41)から式(L-7.44)で表される化合物であることが好ましく、式(L-7.41)又は/及び式(L-7.42)で表される化合物であることが好ましい。
Figure 0007472469000080
一般式(L-8)で表される化合物は下記の化合物である。
Figure 0007472469000081
一般式(L-8)中、RL81及びRL82はそれぞれ独立して一般式(L)におけるRL1及びRL2と同じ意味を表し、AL81は一般式(L)におけるAL1と同じ意味又は単結合を表すが、AL81上の水素原子はそれぞれ独立してフッ素原子によって置換されていてもよく、XL81~XL86はそれぞれ独立してフッ素原子又は水素原子を表す。
式中、RL81及びRL82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2~5のアルケニル基又は炭素原子数1~4のアルコキシ基が好ましい。AL81は1,4-シクロヘキシレン基又は1,4-フェニレン基が好ましく、AL71及びAL72上の水素原子はそれぞれ独立してフッ素原子によって置換されていてもよい。一般式(L-8)中の同一の環構造上にフッ素原子は0個又は1個が好ましく、分子内にフッ素原子は0個又は1個であることが好ましい。
組み合わせることができる化合物の種類に特に制限は無いが、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組み合わせる。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としては1種類であり、2種類であり、3種類であり、4種類である。
本発明の液晶組成物において、一般式(L-8)で表される化合物の含有量は、低温での溶解性、転移温度、電気的な信頼性、複屈折率、プロセス適合性、滴下痕、焼き付き、誘電率異方性などの求められる性能に応じて適宜調整する必要がある。
本発明の液晶組成物の総量に対しての式(L-8)で表される化合物の好ましい含有量の下限値は、1質量%であり、2質量%であり、3質量%であり、5質量%であり、7質量%であり、10質量%であり、14質量%であり、16質量%であり、20質量%である。本発明の液晶組成物の総量に対しての式(L-8)で表される化合物の好ましい含有量の上限値は、30質量%であり、25質量%であり、23質量%であり、20質量%であり、18質量%であり、15質量%であり、10質量%であり、5質量%である。
本発明の液晶組成物が高いTniの実施形態が望まれる場合は式(L-8)で表される化合物の含有量を多めにすることが好ましく、低粘度の実施形態が望まれる場合は含有量を少なめにすることが好ましい。
さらに、一般式(L-8)で表される化合物は、式(L-8.1)から式(L-8.4)で表される化合物であることが好ましく、式(L-8.3)、式(L-8.5)、式(L-8.6)、式(L-8.13)、式(L-8.16)から式(L-8.18)、式(L-8.23)から式(L-8.28)で表される化合物であることがより好ましい。
Figure 0007472469000082
Figure 0007472469000083
Figure 0007472469000084
本発明の液晶組成物の総量に対しての一般式(i)、一般式(ii)、一般式(iii)、一般式(J)及び一般式(L)で表される化合物の好ましい合計含有量の下限値は、80質量%であり、85質量%であり、88質量%であり、90質量%であり、92質量%であり、93質量%であり、94質量%であり、95質量%であり、96質量%であり、97質量%であり、98質量%であり、99質量%であり、100質量%である。好ましい合計含有量の上限値は、100質量%であり、99質量%であり、98質量%であり、95質量%である。
<一般式(N-01)~(N-05)で表される化合物>
本発明の液晶組成物は、下記一般式(N-01)、(N-02)、(N-03)、(N-04)及び(N-05)で表される化合物群から選ばれる化合物を任意に含有することができる。これらの化合物は、1種を使用してもよいし、2種以上を組み合わせて使用することもできる。これらの化合物は誘電的に負の異方性を有する化合物に該当する。これらの化合物は、Δεの符号が負で、その絶対値が2より大きい値を示す。なお、化合物のΔεは、25℃において誘電的にほぼ中性の液晶組成物に該化合物を添加した液晶組成物の誘電率異方性の測定値から外挿した値である。
Figure 0007472469000085
これらの式中、R21及びR22は、それぞれ独立して、炭素原子数1から8のアルキル基、炭素原子数1から8のアルコキシ基、炭素原子数2から8のアルケニル基、炭素原子数2から8のアルケニルオキシ基を表す。これらの基中の1個又は非隣接の2個以上の-CH-はそれぞれ独立して、-CH=CH-、-C≡C-、-O-、-CO-、-COO-又は-OCO-によって置換されていてもよい。Zは、それぞれ独立して、単結合、-CHCH-、-OCH-、-CHO-、-COO-、-OCO-、-OCF-、-CFO-、-CH=CH-、-CF=CF-又は-C≡C-を表す。mは、それぞれ独立して、1又は2を表す。
21は、炭素原子数1から8のアルキル基であることが好ましく、炭素原子数1から5のアルキル基がより好ましく、炭素原子数1から4のアルキル基がさらに好ましい。但し、Zが単結合以外を表す場合は、R21は、炭素原子数1~3のアルキル基が好ましい。
22は、炭素原子数1~8のアルキル基又は炭素原子数1から8のアルコキシ基であることが好ましく、炭素原子数1~5のアルキル基又は炭素原子数1から4のアルコキシ基がより好ましく、炭素原子数1~4のアルコキシ基がさらに好ましい。
21及びR22は、アルケニル基であることもでき、式(R1)から式(R5)のいずれかで表される基(各式中の黒点は環構造中の炭素原子を表す。)から選ばれることが好ましく、式(R1)又は式(R2)が好ましいが、R21及びR22がアルケニル基である化合物の含有量はできる限り少ない方がよく、含有しない方が好ましい場合が多い。
Figure 0007472469000086
は、それぞれ独立して、単結合、-CHCH-、-OCH-、-CHO-、-COO-、-OCO-、-OCF-、-CFO-、-CH=CH-、-CF=CF-又は-C≡C-を表すが、単結合、-CHCH-、-OCH-、-CHO-が好ましく、単結合又は-CHO-がより好ましい。
mが1のとき、Zは単結合であることが好ましい。mが2のとき、Zは-CHCH-、-CHO-、であることが好ましい。
一般式(N-01)、(N-02)、(N-03)、(N-04)及び(N-05)で表される化合物中のフッ素原子は、同じハロゲン族である塩素原子で置換されていてもよい。但し、塩素原子で置換された化合物の含有量はできる限り少ない方がよく、含有しない方が好ましい。
一般式(N-01)、(N-02)、(N-03)、(N-04)及び(N-05)で表される化合物の環上に存在する水素原子は、さらにフッ素原子又は塩素原子で置換されていてもよい。但し、塩素原子で置換された化合物の含有量はできる限り少ない方がよく、含有しない方が好ましい。
一般式(N-01)、(N-02)、(N-03)、(N-04)及び(N-05)で表される化合物は、Δεが負でその絶対値が3よりも大きな化合物であることが好ましい。具体的には、R22は、炭素原子数1から8のアルコキシ基又は炭素原子数2から8のアルケニルオキシ基を表すことが好ましい。
本発明の液晶組成物は、分子内に過酸(-CO-OO-)構造等の酸素原子同士が結合した構造を持つ化合物を含有しないことが好ましい。
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含有量を前記液晶組成物の総質量に対して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、実質的に含有しない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、塩素原子が置換している化合物の含有量を前記液晶組成物の総質量に対して15質量%以下とすることが好ましく、10質量%以下とすることが好ましく、8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、3質量%以下とすることが好ましく、実質的に含有しないことがさらに好ましい。
分子内の環構造がすべて6員環である化合物の含有量を多くすることが好ましく、分子内の環構造がすべて6員環である化合物の含有量を前記液晶組成物の総質量に対して80質量%以上とすることが好ましく、90質量%以上とすることがより好ましく、95質量%以上とすることがさらに好ましく、実質的に分子内の環構造がすべて6員環である化合物のみで液晶組成物を構成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抑えるためには、環構造としてシクロヘキセニレン基を有する化合物の含有量を少なくすることが好ましく、シクロヘキセニレン基を有する化合物の含有量を前記液晶組成物の総質量に対して10質量%以下とすることが好ましく、8質量%以下とすることが好ましく、5質量%以下とすることがより好ましく、3質量%以下とすることが好ましく、実質的に含有しないことがさらに好ましい。
粘度の改善及びTniの改善を重視する場合には、水素原子がハロゲンに置換されていてもよい2-メチルベンゼン-1,4-ジイル基を分子内に持つ化合物の含有量を少なくすることが好ましく、前記2-メチルベンゼン-1,4-ジイル基を分子内に持つ化合物の含有量を前記液晶組成物の総質量に対して10質量%以下とすることが好ましく、8質量%以下とすることが好ましく、5質量%以下とすることがより好ましく、3質量%以下とすることが好ましく、実質的に含有しないことがさらに好ましい。
本願において実質的に含有しないとは、意図せずに含有する物を除いて含有しないという意味である。
一般式(N-01)、(N-02)、(N-03)、(N-04)及び(N-05)で表される化合物が、側鎖としてアルケニル基を有する場合、前記アルケニル基がシクロヘキサンに結合している場合には当該アルケニル基の炭素原子数は2~5であることが好ましく、前記アルケニル基がベンゼンに結合している場合には当該アルケニル基の炭素原子数は4~5であることが好ましく、前記アルケニル基の不飽和結合とベンゼンは直接結合していないことが好ましい。
<重合性化合物>
本発明の液晶組成物には、PSモード、横電界型PSAモード又は横電界型PSVAモードなどの液晶表示素子を作製するために、重合性化合物を含有することができる。使用できる重合性化合物として、光などのエネルギー線により重合が進行する光重合性モノマーなどが挙げられ、構造として、例えば、ビフェニル誘導体、ターフェニル誘導体などの六員環が複数連結した液晶骨格を有する重合性化合物などが挙げられる。さらに具体的には、一般式(XX)で表される二官能モノマーが好ましい。
Figure 0007472469000087
一般式(XX)中、X201及びX202はそれぞれ独立して、水素原子又はメチル基を表し、
Sp201及びSp202はそれぞれ独立して、単結合、炭素原子数1~8のアルキレン基又は-O-(CH-(式中、sは2から7の整数を表し、酸素原子は芳香環に結合するものとする。)が好ましく、
201は-OCH-、-CHO-、-COO-、-OCO-、-CFO-、-OCF-、-CHCH-、-CFCF-、-CH=CH-COO-、-CH=CH-OCO-、-COO-CH=CH-、-OCO-CH=CH-、-COO-CHCH-、-OCO-CHCH-、-CHCH-COO-、-CHCH-OCO-、-COO-CH-、-OCO-CH-、-CH-COO-、-CH-OCO-、-CY=CY-(式中、Y及びYはそれぞれ独立して、フッ素原子又は水素原子を表す。)、-C≡C-又は単結合を表し、
201は1,4-フェニレン基、トランス-1,4-シクロヘキシレン基又は単結合を表し、式中の全ての1,4-フェニレン基は、任意の水素原子がフッ素原子により置換されていてもよい。
201及びX202は、何れも水素原子を表すジアクリレート誘導体、何れもメチル基を有するジメタクリレート誘導体の何れも好ましく、一方が水素原子を表しもう一方がメチル基を表す化合物も好ましい。これらの化合物の重合速度は、ジアクリレート誘導体が最も早く、ジメタクリレート誘導体が遅く、非対称化合物がその中間であり、その用途により好ましい態様を用いることができる。PSA表示素子においては、ジメタクリレート誘導体が特に好ましい。
Sp201及びSp202はそれぞれ独立して、単結合、炭素原子数1~8のアルキレン基又は-O-(CH-を表すが、PSA表示素子においては少なくとも一方が単結合であることが好ましく、共に単結合を表す化合物又は一方が単結合でもう一方が炭素原子数1~8のアルキレン基又は-O-(CH-を表す態様が好ましい。この場合1~4のアルキル基が好ましく、sは1~4が好ましい。
201は、-OCH-、-CHO-、-COO-、-OCO-、-CFO-、-OCF-、-CHCH-、-CFCF-又は単結合が好ましく、-COO-、-OCO-又は単結合がより好ましく、単結合が特に好ましい。
201は任意の水素原子がフッ素原子により置換されていてもよい1,4-フェニレン基、トランス-1,4-シクロヘキシレン基又は単結合を表すが、1,4-フェニレン基又は単結合が好ましい。Cが単結合以外の環構造を表す場合、Z201は単結合以外の連結基も好ましく、M201が単結合の場合、Z201は単結合が好ましい。
これらの点から、一般式(XX)において、Sp201及びSp202の間の環構造は、具体的には次に記載する構造が好ましい。すなわち、一般式(XX)において、M201が単結合を表し、環構造が二つの環で形成される場合において、次の式(XXa-1)から式(XXa-5)を表すことが好ましく、式(XXa-1)から式(XXa-3)を表すことがより好ましく、式(XXa-1)を表すことが特に好ましい。これらの式中、両端はSp201又はSp202に結合するものとする。
Figure 0007472469000088
これらの骨格を含む重合性化合物は、重合後の配向規制力がPSA型液晶表示素子に最適であり、良好な配向状態が得られることから、表示ムラが抑制されるか、又は、全く発生しない。
以上のことから、重合性モノマーとしては、一般式(XX-1)~一般式(XX-4)が特に好ましく、中でも一般式(XX-2)が最も好ましい。
Figure 0007472469000089
これらの式中、ベンゼンはフッ素原子により置換されていてもよく、Sp20は炭素原子数2から5のアルキレン基を表す。
本発明の液晶組成物にモノマーを添加する場合において、重合開始剤が存在しない場合でも重合は進行するが、重合を促進するために重合開始剤を含有していてもよい。重合開始剤としては、ベンゾインエーテル類、ベンゾフェノン類、アセトフェノン類、ベンジルケタール類、アシルフォスフィンオキサイド類等が挙げられる。
本発明における液晶組成物は、さらに一般式(Q)及び/又は一般式(R)で表される末端基を有する化合物を含有することができる。これらの化合物は、構造を適切に選択することによって液晶組成物の相溶性や熱・光に対する安定性、さらには表示素子とした際の焼付き現象に代表される信頼性を改善することができる。
Figure 0007472469000090
但し、式中の波線は結合手を意味する。
Figure 0007472469000091
但し、式中、RはH、O・又は炭素数1~5のアルキル基又はアルコキシ基を表し、波線は結合手を意味する。
一般式(Q)で表される末端基を有する化合物は、具体的には、下記の一般式(Q-a)から一般式(Q-e)で表される化合物であることが好ましい。
Figure 0007472469000092
これらの式中、RQ1は炭素原子数1から10の直鎖状アルキル基又は分岐鎖状アルキル基を表し、RQ2は炭素原子数1から20の直鎖状アルキル基又は分岐鎖状アルキル基を表し、RQ3は炭素原子数1から8の直鎖状アルキル基、分岐鎖状アルキル基、直鎖状アルコキシ基又は分岐鎖状アルコキシ基を表し、RQ4は炭素原子数1から16の直鎖状アルキレン基又は分岐鎖状アルキレン基であって、当該アルキレン基中の1個の-CH-又は隣接していない2個以上の-CH-は-O-に置換されていてもよく、Lは炭素原子数1から8の直鎖状アルキレン基又は分岐鎖状アルキレン基を表し、W及びWは-CH-又はO原子を表し、排他的に-CH-であるか、又は排他的にO原子であることが好ましい。
一般式(Q-a)から一般式(Q-e)で表される化合物中、一般式(Q-a)、(Q-c)及び一般式(Q-e)で表される化合物がさらに好ましい。中でも、一般式(Q-e)で表される化合物を用いた場合、一般式(A1)、一般式(B1)及び一般式(C1)を同時に含有する液晶組成物において、優れた低温安定性や信頼性に関して相乗効果を発揮する点で特に好ましい。
本発明の液晶組成物において、一般式(Q)で表される化合物を1種含有する事が好ましいが、2種以上を含有してもよい。含有量は0.001質量%から1質量%であることが好ましく、0.001質量%から0.1質量%がさらに好ましく、0.001質量%から0.08質量%が特に好ましい。
一般式(R)で表される末端基を有する化合物は、例えば(Tinuvin770、BASF)等の市販されている化合物を転用することもできるし、国際公開公報WO17/154590の段落[0036]~[0037]に記載された、液晶組成物に好適に使用できる化合物を用いることもできる。
本発明の液晶組成物において、一般式(R)で表される末端基を有する化合物は1種含有することが好ましく、1~3種含有することがより好ましい。含有量は0.001質量%から0.5質量%であることが好ましく、0.001質量%から0.2質量%がさらに好ましく、0.001質量%から0.1質量%が特に好ましい。
本発明における液晶組成物は、さらに紫外線吸収剤を含有することもできる。使用可能な紫外線吸収剤は特に制限されないが、ベンゾフェノン系、ベンゾトリアゾール系、シアノアクリレート系、トリアジン系などの市販の紫外線吸収剤を使用することもできる。紫外線吸収剤は1種含有する事が好ましいが、2種以上を含有してもよい。含有量は0.001質量%から1質量%であることが好ましく、0.001質量%から0.1質量%がさらに好ましく、0.001質量%から0.05質量%が特に好ましい。
<液晶組成物の性能>
本発明の液晶組成物の誘電率異方性Δεは、正である。Δεは、駆動電圧を考慮する場合2.0以上であることが好ましく、応答速度を考慮する場合10以下であることが好ましい。
本発明の液晶組成物の屈折率異方性Δnは、液晶表示素子の光学設計に応じて適切に選択することができる。液晶表示素子のセルギャップを考慮すると、0.07以上0.16以下の範囲であることが好ましく、0.08~0.14であることがより好ましく、0.09以上0.12以下の範囲であることが特に好ましい。
本発明の液晶組成物の回転粘度γは、液晶表示素子での高速応答性を考慮すると、より小さい方が好ましい。25℃における回転粘度γは80mPa・s以下であることが好ましく、60以下であることがより好ましい。
本発明の液晶組成物は、広い温度範囲で液晶相を呈し、低温で析出や相変化を起こさず保存安定性に優れている。ネマチック相-等方性液体相転移温度Tniが70℃以上であることが好ましく、75℃以上であることがより好ましく、80℃以上であることが特に好ましい。さらに、ネマチック相を発現する下限温度T→nが-20℃以下であることが好ましく、-30℃以下であることがより好ましい。
そして、本発明の液晶組成物は、液晶表示素子として必要な高い電圧保持率と、熱及び光に対する高い安定性とを両立することができる。後述する方法によって測定された初期VHRが90%以上であることが好ましく、95%以上であることがより好ましい。また、後述する方法によって測定された耐熱試験後VHRが90%以上であることが好ましく、95%以上であることがより好ましい。さらに、後述する方法によって耐光試験後VHRが90%以上であることが好ましく95%以上であることがより好ましい。
さらに、本発明の液晶組成物は、液晶表示素子製造工程において安定的に性能を発揮できるため、工程起因の表示不良が抑制されて歩留まり高く製造できるので、非常に有用である。
また、本発明の液晶組成物は、回転粘度γが小さいため、IPS型やFFS等型等の液晶表示素子に用いた際に、高速応答を達成することができる。
2.液晶表示素子
本発明の液晶組成物は、液晶表示素子に好適に使用することができる。特に、重合性化合物を含有した液晶組成物である場合には、これに含まれる重合性化合物が紫外線照射により重合することで液晶配向能が付与され、組成物の複屈折を利用して光の透過光量を制御する液晶表示素子に使用される。液晶表示素子として、AM-LCD(アクティブマトリックス液晶表示素子)、TN(ネマチック液晶表示素子)、STN-LCD(超ねじれネマチック液晶表示素子)、OCB-LCD及びIPS-LCD(インプレーンスイッチング液晶表示素子)に有用であるが、AM-LCDに特に有用であり、透過型あるいは反射型の液晶表示素子に用いることができる。
本発明の組成物を用いた液晶表示素子は高速応答性と信頼性に優れ、広い動作温度範囲を実現した有用なものであり、アクティブマトリックス駆動用液晶表示素子に好適に使用できる。また、当該液晶組成物は、高い透過率と低減された黒輝度による優れたコントラストを実現できることから、IPS型及びFFS型表示素子用の液晶組成物として特に適している。
以下に実施例を挙げて本発明をさらに詳述するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。また、以下の実施例及び比較例の液晶組成物における「質量%」は『質量%』を意味する。
実施例中、測定した特性は以下の通りである。
ni :ネマチック相-等方性液体相転移温度(℃)
→n :ネマチック相を発現する下限温度(℃)
Δn :298Kにおける屈折率異方性
Δε :298Kにおける誘電率異方性
γ :298Kにおける回転粘度(mPa・s)
VHR :周波数60Hz,印加電圧1Vの条件下で333Kにおける電圧保持率(%)
初期VHR :液晶組成物サンプルを両面ベタ電極のVHR測定用セルに封入し、上述のVHR測定方法と同条件で測定した。
耐熱試験後VHR :液晶組成物サンプルを両面ベタ電極のVHR測定用セルに封入し、120℃の恒温槽中に1時間保持した後、上述のVHR測定方法と同条件で測定した。
耐光試験後VHR :液晶組成物サンプルを両面ベタ電極のVHR測定用セルに封入し、13000cd/mの高輝度バックライトを240時間照射した後、上述のVHR測定方法と同条件で測定した。
低温保存性(LTS) :低温での保存性評価は、液晶組成物を調製後、1mLのサンプル瓶に液晶組成物を0.5g秤量し、これを-25℃の温度制御式試験槽の中で240時間保存して目視にて液晶組成物からの析出物の発生を観察し、析出物が観察されたときの試験時間を計測した。析出発生までの試験時間が長いほど低温での保存性が良好であるといえる。評価結果は以下のA~Dで表す。
A:240時間が経過した時点で析出無し
B:168~240時間の間で析出
C:72~168時間の間で析出
D:72時間以内に析出
尚、実施例において化合物の記載について以下の略号を用いる。
(環構造)
Figure 0007472469000093
(側鎖構造及び連結構造)
(側鎖)
-n -C2n+1 炭素数nの直鎖状のアルキル基
n- C2n+1- 炭素数nの直鎖状のアルキル基
-On -OC2n+1 炭素数nの直鎖状のアルコキシ基
nO- C2n+1O- 炭素数nの直鎖状のアルコキシ基
-V -CH=CH
V- CH=CH-
-V1 -CH=CH-CH
1V- CH-CH=CH-
-F -F
(連結基)
-1O- -CH-O-
-O1- -O-CH
-2- -CH-CH
-COO- -COO-
-OCO- -OCO-
- 単結合
まず、実施例1~9及び比較例1~4の液晶組成物を調製し、その物性値を測定した。これらの液晶組成物に含まれる化合物の成分比(単位は「質量%」である。)及び物性値を表1~3に示す。
Figure 0007472469000094
Figure 0007472469000095
Figure 0007472469000096
表1~3に示すように、実施例1~9の液晶組成物は、比較例1~4の液晶組成物と比較して、TniとT→nとの差が大きいことから、ネマチック温度範囲が広いことが確認された。また、実施例1~9の液晶組成物は、比較例1~4の液晶組成物と比較して、T→nが低く、低温保存性(LTS)が良好であることから、低温で析出や相変化を起こさず保存安定性に優れることが確認された。
また、実施例1~9の液晶組成物は、比較例1~4の液晶組成物と同様に、初期VHRが99を超え、耐熱試験後VHRが99を超え、耐光試験後VHRが98を超えていたことから、液晶表示素子として必要な高い電圧保持率と、熱及び光に対する優れた安定性とを両立することが確認された。また、実施例1~9の液晶組成物は、耐熱試験後VHRが99を超えて高いことから、液晶表示素子に用いたときに焼き付けの発生を抑制できる。
そして、実施例1~9の液晶組成物は、比較例1~4の液晶組成物と比較して、回転粘度γの値がわずかに大きいものの、値としては十分に小さいことが確認された。よって、実施例1~9の液晶組成物は、液晶表示素子として用いたときに、高速応答性を実現することができる。
以上のことから、実施例1~9の液晶組成物は、低温で析出や相変化を起こさず保存安定性が良好という特性、高速応答及び高信頼性を両立した液晶表示素子の用途に好適であることが確認された。

Claims (7)

  1. 下記一般式(i)
    Figure 0007472469000097
    (式中Ri1は炭素原子数1~8のアルキル基を表す。)で表される化合物の1種又は2種以上と、
    下記式(ii-3)
    Figure 0007472469000098
    で表される化合物と、
    下記一般式(iii)
    Figure 0007472469000099
    (式中Riii1及びRiii2は互いに独立して炭素原子数1~8のアルキル基を表す。)で表される化合物の1種又は2種以上と
    下記式(L-5.1)又は(L-5.2)
    Figure 0007472469000100
    で表される化合物の1種又は2種以上と、
    下記式(L-1-2.2)
    Figure 0007472469000101
    で表される化合物と、
    下記式(L-1-1.3)
    Figure 0007472469000102
    で表される化合物とを含有し、
    ここで上記式(L-5.1)又は(L-5.2)で表される化合物を合計10質量%以上となる割合で含有し、
    上記式(L-1-2.2)で表される化合物を20質量%以上となる割合で含有する、
    液晶組成物
    (ただし下記式(1)で表される化合物及び式(2)で表される化合物
    Figure 0007472469000103
    (式中、RおよびRは独立して、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;環Aおよび環Bは独立して、1,4-シクロへキシレンまたは1,4-フェニレンであり;X、X、およびXは独立して、水素またはフッ素であり;Yは、フッ素、塩素、またはトリフルオロメトキシである。)を含む液晶組成物を除く)。
  2. 前記式(ii-3)で表される化合物を、0.5質量%以上5質量%以下となる割合で含有する請求項1に記載の液晶組成物。
  3. 前記一般式(i)で表される化合物として、下記式(i-2)又は(i-3)
    Figure 0007472469000104
    で表される化合物を含有する請求項1又は2に記載の液晶組成物。
  4. 前記一般式(iii)で表される化合物として、下記式(iii-1)又は(iii-3)
    Figure 0007472469000105
    で表される化合物を含有する請求項1~のいずれか1項に記載の液晶組成物。
  5. 前記式(i-2)及び(i-3)で表される化合物を共に含有する請求項1~のいずれか1項に記載の液晶組成物。
  6. 請求項1~のいずれか1項に記載の液晶組成物を用いた液晶表示素子。
  7. TN(ツイステッド・ネマチック)型、ECB(エレクトリカリー・コントロールド・バイリフリジェンス)型、IPS(イン・プレーン・スイッチング)型又はFFS(フリンジ・フィールド・スイッチング)型である請求項に記載の液晶表示素子。
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