JPWO2006098289A1 - 液晶組成物および液晶表示素子 - Google Patents

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Abstract

ネマチック相温度範囲が広く、適切な光学異方性を有し、負の誘電率異方性が大きく、比抵抗が大きい液晶組成物、特にこれら特性を満たしながら、光学異方性が小さくすることが可能で、ネマチック相の下限温度を低くすること、好ましくは−20℃以下とすることが可能である液晶組成物を提供し、さらに、この組成物を含む液晶表示素子を提供する。環構造の基の1つとしてベンゼン環上の隣接する水素2つがフッ素と塩素とに置き換えられた基を有する液晶性化合物からなる第一成分と、ハロゲンを有しない特定構造の液晶性化合物からなる第二成分とを含有する誘電率異方性が負である液晶組成物、およびこの液晶組成物を含有する液晶表示素子。

Description

本発明は、液晶組成物、および液晶表示素子に関する。さらに詳しくは、主としてAM(active matrix)方式で駆動する液晶表示素子に適する液晶組成物、およびこの組成物を含有する液晶表示素子に関する。
液晶表示素子(本発明において液晶表示素子とは液晶表示パネル、液晶表示モジュールの総称を意味する。)は、液晶組成物が有する光学異方性、誘電率異方性などを利用したものであるが、この液晶表示素子の動作モードとしては、PC(phase change)モード、TN(twisted nematic)モード、STN(super twisted nematic)モード、BTN(Bistable twisted nematic)モード、ECB(electrically controlled birefringence)モード、OCB(optically compensated bend)モード、IPS(in-plane switching)モード、VA(vertical alignment)モードなどの様々なモードが知られている。
TNモード、STNモード等においては、正の誘電率異方性を有する組成物が用いられる。一方、VAモードにおいては、負の誘電率異方性を有する組成物が用いられる。IPSモードにおいては正または負の誘電率異方性を有する組成物が用いられる。これら動作モードの中でも負の誘電率異方性を有する組成物を用いたECBモード、IPSモード、VAモードなどは、電界に対して液晶分子が垂直配向することを利用した動作モードであり、特にIPSモードおよびVAモードは、電気的に制御された複屈折(ECB:Electrically Controlled Birefringence)を利用したモードであり、TNモード、STNモード等の従来の表示モードの欠点である視野角の狭さを改善可能であることが知られている。
従来からこれら動作モードの液晶表示素子に使用可能な、負の誘電率異方性を有する液晶組成物として、ベンゼン環上の水素がフッ素で置き換えられた液晶性化合物を含む組成物が数多く検討されてきている(例えば、特許文献1。)。
なお本明細書中では、「液晶性化合物」とは、ネマチック相、スメクチック相などの液晶相を有する化合物、および、液晶相を有さないが液晶組成物として有用な化合物の総称を意味する。成分の含有割合は液晶性化合物の全重量に基づいて算出する。この際の液晶性化合物は、下記(A)式で示される化合物である。この化合物は光学活性であってもよい。
Figure 2006098289
上記(A)式中、RaおよびRbは、各々独立して、水素、アルキル、アルコキシ、アルコキシアルキル、アルコキシアルコキシ、アシルオキシ、アシルオキシアルキル、アルコキシカルボニル、アルコキシカルボニルアルキル、アルケニル、アルケニルオキシ、アルケニルオキシアルキル、アルコキシアルケニル、アルキニル、アルキニルオキシ、シアノ、−NCS、フッ素、または塩素である。これら基において炭素数は10以下である。炭素数が1〜5の基において任意の水素はフッ素または塩素で置き換えられてもよく、置き換えられたフッ素と塩素との合計は、1〜11である。
上記(A)式中、環Bは、1,4−シクロヘキシレン、1,4−フェニレン、ピラン−2,5−ジイル、1,3−ジオキサン−2,5−ジイル、ピリジン−2,5−ジイル、ピリミジン−2,5−ジイル、デカヒドロナフタレン−2,6−ジイル、1,2,3,4−テトラヒドロナフタレン−2,6−ジイル、またはナフタレン−2,6−ジイルである。これら環Bにおいて任意の水素は、フッ素または塩素で置き換えられてもよい。環Bにおいて置き換えられたフッ素と塩素との合計は1〜4である。1,4−フェニレンにおいて任意の1つまたは2つの水素は、シアノ、メチル、ジフルオロメチル、またはトリフルオロメチルで置き換えられてもよい。
上記(A)式中、Yは、単結合、−(CH22−、−COO−、−OCO−、−CH2
O−、−OCH2−、−CF2O−、−OCF2−、−CH=CH−、−CF=CF−、−(CH24−、−(CH23−O−、−O−(CH23−、−CH=CH−(CH22−、−(CH22−CH=CH−、−(CH22CF2O−、−OCF2(CH22−、−(CH22COO−、−(CH22OCO−、−COO(CH22−、−OCO(CH22−、−CH=CH−COO−、−CH=CH−OCO−、−COO−CH=CH−、または、−OCO−CH=CH−である。
上記(A)式中、nは、1、2、3、または4である。
しかし、特許文献1に例示されるベンゼン環上の水素がフッ素で置き換えられた化合物は他の液晶性化合物に対して低い温度領域での相溶性に乏しく、液晶組成物とした場合、低温領域で使用することができない場合があった。
また、2,3−ジフルオロフェニレンを有する化合物を含有する液晶組成物が開示されている(例えば、特許文献2参照。)。しかし、2,3−ジフルオロフェニレンを有する化合物を含有する液晶組成物では光学異方性(Δn)を小さくすること(例えば、0.07以下)ができない場合があった。また、この特許文献2には液晶組成物のネマチック相の下限温度に関する記述はない。
特許文献3には、液晶表示素子に適した化合物として、2,3−ジフルオロフェニレンをその構造中に有する化合物が開示されている。しかし、本発明の成分であるベンゼン環上の水素が塩素とフッ素とで置き換えられた特定構造を有する液晶性化合物についての記述はない。
一方、ベンゼン環上の水素が塩素とフッ素とで置き換えられた特定構造の液晶性化合物を含む組成物が開示されている(例えば、特許文献4参照。)。しかし、この化合物を含む組成物は、高い透明点を有さず、粘度も大きい。
特表平02−503441号公報 特開平10−251644号公報(ファミリー:US 6,248,410B) EP0474062A2明細書(ファミリー:US 5,384,065) 国際公開第98/23561号パンフレット(ファミリー:US 6,329,027)
IPSモードおよびVAモード等の動作モードの液晶表示素子であっても、CRTと比較すれば表示素子としてはいまだ問題があり、物性の向上が望まれている。
上述したIPSモード、あるいはVAモードで動作する液晶表示素子は、主として、負の誘電率異方性を有する液晶組成物から構成されているが、上記特性等をさらに向上させるためには、上記液晶組成物が、以下(1)〜(5)で示す特性を有することが必要である。すなわち、(1)ネマチック相の温度範囲が広い、(2)粘度が低い、(3)光学異方性が適切である、(4)誘電率異方性の絶対値が大きい、(5)比抵抗が大きい、ことが必要である。
ネマチック相の温度範囲は、液晶表示素子を使用する温度範囲に関連をしており、(1)のようにネマチック相の温度範囲が広い液晶組成物からなる液晶表示素子は、液晶表示素子として使用する温度範囲を広くすることができる。
(2)のように粘度の低い液晶組成物からなる液晶表示素子は、応答時間を短くすることができる。液晶表示素子の応答時間が短い場合には、動画表示に好適に使用することができる。また、液晶組成物を液晶表示素子の液晶セルに液晶組成物を注入する際に、注入時間を短縮し作業性を向上できる。
(3)のように光学異方性が適切な液晶組成物からなる液晶表示素子は、コントラスト比を大きくすることができる。
(4)のように誘電率異方性の絶対値が大きい液晶組成物からなる液晶表示素子は、しきい電圧を下げ、駆動電圧を低くすることができる。そして消費電力が小さくすることができる。
(5)のように比抵抗が大きい液晶組成物からなる液晶表示素子は、電圧保持率を大きくすることができ、コントラスト比を大きくすることができる。したがって、初期に大きな比抵抗を有し、さらに長時間使用したあとでも大きな比抵抗を有する液晶組成物が好ましい。
本発明の目的は、ネマチック相温度範囲が広く、適切な光学異方性を有し、負の誘電率異方性が大きく、比抵抗が大きい液晶組成物を提供することにあり、特に、上記特性を満たしながら、光学異方性を小さくすることができ、ネマチック相の下限温度が低い、好ましくは−20℃以下である液晶組成物を提供することである。また、本発明の目的は、上記組成物を含有する、電圧保持率が大きく、VAモード、IPSモードなどに適したアクティブマトリクス(AM)方式で駆動する液晶表示素子を提供することである。
本発明者らは上記課題に鑑み鋭意研究を行った結果、ベンゼン環上の隣接する水素2つが、塩素とフッ素とで置き換えられた特定構造を有する液晶性化合物と特定構造を有する他の液晶性化合物とを含有する液晶組成物が、ネマチック相温度範囲が広く、適切な光学異方性を有し、負の誘電率異方性が大きく、比抵抗が大きいこと、さらに、上記組成物を含有する液晶表示素子が、電圧保持率が大きいことを見い出し、本発明を完成するに到った。
すなわち、本発明は、以下〔1〕〜〔30〕に示す構成を有している。
〔1〕:下記式(1−1)、および式(1−2)で表される化合物群から選択される少なくとも1つの化合物からなる第一成分と、下記式(2−1)、および式(2−2)で表される化合物群から選択される少なくとも1つの化合物からなる第二成分とを含有する誘電率異方性が負である液晶組成物。
Figure 2006098289
上記各式中、各々独立して、R1は炭素数1〜8のアルキル、または炭素数2〜8のアルケニルであり;
2は炭素数1〜8のアルキル、または炭素数1〜7のアルコキシであり;
3は炭素数1〜8のアルキル、または炭素数2〜8のアルケニルであり;
4は炭素数1〜8のアルキル、炭素数2〜8のアルケニル、または炭素数1〜7のアルコキシであり;
1は単結合、−C24−、または−CH2O−であり;
2は単結合、−C24−、−CH2O−、または−COO−であり;
環A1および環A2は、各々独立して、1,4−シクロヘキシレンまたは1,4−フェニレンであり;
1およびX2は、一方がフッ素であり、他方が塩素である。
〔2〕:上記第一成分が、上記式(1−1)で表される化合物群から選択される少なくとも1つの化合物からなる上記〔1〕に記載の液晶組成物。
〔3〕:上記第一成分が、上記式(1−2)で表される化合物群から選択される少なくとも1つの化合物からなる上記〔1〕に記載の液晶組成物。
〔4〕:上記第一成分が、上記式(1−1)で表される化合物群から選択される少なくとも1つの化合物、および上記式(1−2)で表される化合物群から選択される少なくとも1つの化合物からなる上記〔1〕に記載の液晶組成物。
〔5〕:液晶性化合物の全重量に基づいて、
上記第一成分の含有割合が20〜90重量%の範囲であり、
上記第二成分の含有割合が10〜80重量%の範囲である上記〔1〕〜〔4〕のいずれかに記載の液晶組成物。
〔6〕:下記式(1−1−1)〜式(1−1−6)、および下記式(1−2−1)〜式(1−2−12)で表される化合物群から選択される少なくとも1つの化合物からなる第一成分と、下記式(2−1−1)、式(2−1−2)、および下記式(2−2−1)で表される化合物群から選択される少なくとも1つの化合物からなる第二成分とを含有する誘電率異方性が負である液晶組成物。
Figure 2006098289
Figure 2006098289
Figure 2006098289
上記各式中、各々独立して、R1は炭素数1〜8のアルキル、または炭素数2〜8のアルケニルであり;
2は炭素数1〜8のアルキル、または炭素数1〜7のアルコキシであり;
3は炭素数1〜8のアルキル、または炭素数2〜8のアルケニルであり;
4は炭素数1〜8のアルキル、炭素数2〜8のアルケニル、または炭素数1〜7のアルコキシである。
〔7〕:上記第一成分が、上記式(1−1−1)〜式(1−1−6)で表される化合物群から選択される少なくとも1つの化合物からなる上記〔6〕に記載の液晶組成物。
〔8〕:上記第一成分が、上記式(1−2−1)〜式(1−2−12)で表される化合物群から選択される少なくとも1つの化合物からなる上記〔6〕に記載の液晶組成物。
〔9〕:上記第一成分が、上記式(1−1−1)〜式(1−1−6)で表される化合物群から選択される少なくとも1つの化合物、および上記式(1−2−1)〜式(1−2−12)で表される化合物からなる群から選択される少なくとも1つの化合物からなる上記〔6〕に記載の液晶組成物。
〔10〕:上記第一成分が、上記式(1−1−1)〜式(1−1−6)および式(1−2−1)〜式(1−2−6)で表される化合物群から選択される少なくとも1つの化合物からなる上記〔6〕に記載の液晶組成物。
〔11〕:上記第一成分が、上記式(1−1−1)〜式(1−1−3)、上記式(1−2−1)〜式(1−2−3)、および上記式(1−2−7)〜式(1−2−9)で表される化合物群から選択される少なくとも1つの化合物からなる上記〔6〕に記載の液晶組成物。
〔12〕:上記第一成分が、上記式(1−1−4)〜式(1−1−6)、上記式(1−2−4)〜式(1−2−6)、および上記式(1−2−10)〜式(1−2−12)で表される化合物群から選択される少なくとも1つの化合物からなる上記〔6〕に記載の液晶組成物。
〔13〕:上記第一成分が、上記式(1−1−1)、式(1−1−4)、式(1−2−1)、および式(1−2−4)で表される化合物群から選択される少なくとも1つの化合物からなる上記〔6〕に記載の液晶組成物。
〔14〕:上記第一成分が、上記式(1−1−2)、式(1−1−5)、式(1−2−2)、および式(1−2−5)で表される化合物群から選択される少なくとも1つの化合物からなる上記〔6〕に記載の液晶組成物。
〔15〕:上記第一成分が、上記式(1−1−3)、式(1−1−6)、式(1−2−3)、および式(1−2−6)で表される化合物群から選択される少なくとも1つの化合物からなる上記〔6〕に記載の液晶組成物。
〔16〕:液晶性化合物の全重量に基づいて、
上記第一成分の含有割合が20〜90重量%の範囲であり、
上記第二成分の含有割合が10〜80重量%の範囲である、上記〔1〕〜〔15〕のいずれかに記載の液晶組成物。
〔17〕:液晶性化合物の全重量に基づいて、
上記第一成分の含有割合が40〜85重量%であり、
上記第二成分の含有割合が15〜60重量%である、上記〔1〕〜〔15〕のいずれかに記載の液晶組成物。
〔18〕: 下記式(1−1)、および式(1−2)で表される化合物群から選択される少なくとも1つの化合物からなる第一成分と、下記式(2−1)、および式(2−2)で表される化合物群から選択される少なくとも1つの化合物からなる第二成分と、下記式(3−1)、および式(3−2)で表される化合物群から選択される少なくとも1つの化合物からなる第三成分とを含有する誘電率異方性が負である液晶組成物。
Figure 2006098289
(式中、各々独立して、R1は炭素数1〜8のアルキル、または炭素数2〜8のアルケニルであり;
2は炭素数1〜8のアルキル、または炭素数1〜7のアルコキシであり;
3は炭素数1〜8のアルキル、または炭素数2〜8のアルケニルであり;
4は炭素数1〜8のアルキル、炭素数2〜8のアルケニル、または炭素数1〜7のアルコキシであり;
1は単結合、−C24−、または−CH2O−であり;
2は単結合、−C24−、−CH2O−、または−COO−であり;
環A1および環A2は、各々独立して、1,4−シクロヘキシレンまたは1,4−フェニレンであり;
1およびX2は、一方がフッ素であり、他方が塩素であり;
5は炭素数1〜8のアルキル、または炭素数2〜8のアルケニルであり;
6は炭素数1〜8のアルキル、または炭素数1〜7のアルコキシであり;
3は単結合、−C24−、−OCF2−、−OCF224−、または−C24COO−であり;
4は単結合、−C24−、−OCF2−、または−OCF224−であり;
環A3は1,4−シクロヘキシレンまたは1,4−フェニレンである。)
〔19〕:上記第三成分が、下記式(3−1−1)、式(3−2−1)および式(3−2−2)で表される化合物群から選択される少なくとも1つの化合物からなる上記〔18〕に記載の液晶組成物。
Figure 2006098289
上記各式中、各々独立して、R5は炭素数1〜8のアルキル、または炭素数2〜8のアルケニルであり;
6は炭素数1〜8のアルキル、または炭素数1〜7のアルコキシである。)
〔20〕:上記第一成分が、上記式(1−1−1)〜式(1−1−6)で表される化合物群から選択される少なくとも1つの化合物からなり、上記第二成分が、上記式(2−1−1)、式(2−1−2)および式(2−2−1)で表される化合物群から選択される少なくとも1つの化合物からなり、上記第三成分が、上記式(3−1−1)および式(3−2−1)で表される化合物群から選択される少なくとも1つの化合物からなる上記〔19〕に記載の液晶組成物。
〔21〕:上記第一成分が、上記式(1−2−1)〜式(1−2−12)で表される化合物群から選択される少なくとも1つの化合物からなり、上記第二成分が、上記式(2−1−1)、式(2−1−2)および式(2−2−1)で表される化合物群から選択される少なくとも1つの化合物からなり、上記第三成分が、上記式(3−1−1)および式(3−2−1)で表される化合物群から選択される少なくとも1つの化合物からなる上記〔19〕に記載の液晶組成物。
〔22〕:下記式(1−1−1)〜式(1−1−6)で表される化合物群から選択される少なくとも1つの化合物、および下記式(1−2−1)〜式(1−2−12)で表される化合物群から選択される少なくとも1つの化合物との混合物からなる第一成分と、下記式(2−1−1)、式(2−1−2)および式(2−2−1)で表される化合物群から選択される少なくとも1つの化合物からなる第二成分と、下記式(3−1−1)および式(3−2−1)で表される化合物群から選択される少なくとも1つの化合物からなる第三成分とを含有する誘電率異方性が負の液晶組成物。
Figure 2006098289
Figure 2006098289
Figure 2006098289
(式中、各々独立して、R1は炭素数1〜8のアルキル、または炭素数2〜8のアルケニルであり;
2は炭素数1〜8のアルキル、または炭素数1〜7のアルコキシであり;
3は炭素数1〜8のアルキル、または炭素数2〜8のアルケニルであり;
4は炭素数1〜8のアルキル、炭素数2〜8のアルケニル、または炭素数1〜7のアルコキシであり;
5は炭素数1〜8のアルキル、または炭素数2〜8のアルケニルであり;
6は炭素数1〜8のアルキル、または炭素数1〜7のアルコキシである。)
〔23〕:下記式(1−1−1)〜式(1−1−6)および式(1−2−1)〜式(1−2−6)で表される化合物群から選択される少なくとも1つの化合物からなる第一成分と、下記式(2−1−1)、式(2−1−2)および式(2−2−1)で表される化合物群から選択される少なくとも1つの化合物からなる第二成分と、下記式(3−1−1)および式(3−2−1)で表される化合物群から選択される少なくとも1つの化合物からなる第三成分とを含有する誘電率異方性が負の液晶組成物。
Figure 2006098289
Figure 2006098289
(式中、各々独立して、R1は炭素数1〜8のアルキル、または炭素数2〜8のアルケニルであり;
2は炭素数1〜8のアルキル、または炭素数1〜7のアルコキシであり;
3は炭素数1〜8のアルキル、または炭素数2〜8のアルケニルであり;
4は炭素数1〜8のアルキル、炭素数2〜8のアルケニル、または炭素数1〜7のアルコキシであり;
5は炭素数1〜8のアルキル、または炭素数2〜8のアルケニルであり;
6は炭素数1〜8のアルキル、または炭素数1〜7のアルコキシである。)
〔24〕:上記第一成分が、上記式(1−1−1)〜式(1−1−3)、および上記式(1−2−1)〜式(1−2−3)で表される化合物群から選択される少なくとも1つの化合物からなり、上記第二成分が、上記式(2−1−1)、式(2−1−2)および式(2−2−1)で表される化合物群から選択される少なくとも1つの化合物をからなり、上記第三成分が、上記式(3−1−1)および式(3−2−1)で表される化合物群から選択される少なくとも1つの化合物からなる上記〔23〕に記載の液晶組成物。
〔25〕:上記第一成分が、上記式(1−1−4)〜式(1−1−6)、および上記式(1−2−4)〜式(1−2−6)で表される化合物群から選択される少なくとも1つの化合物からなり、上記第二成分が、上記式(2−1−1)、式(2−1−2)および式(2−2−1)で表される化合物群から選択される少なくとも1つの化合物からなり、上記第三成分が、上記式(3−1−1)および式(3−2−1)で表される化合物群から選択される少なくとも1つの化合物からなる上記〔23〕に記載の液晶組成物。
〔26〕:液晶性化合物の全重量に基づいて、
上記第一成分の含有割合が10〜80重量%の範囲であり、
上記第二成分の含有割合が10〜80重量%の範囲であり、
上記第三成分の含有割合が10〜80重量%の範囲である、上記〔18〕〜〔25〕のいずれかに記載の液晶組成物。
〔27〕:液晶性化合物の全重量に基づいて、
上記第一成分の含有割合が30〜70重量%の範囲であり、
上記第二成分の含有割合が10〜50重量%の範囲であり、
上記第三成分の含有割合が20〜60重量%の範囲である、上記〔18〕〜〔25〕のいずれかに記載の液晶組成物。
〔28〕:上記液晶組成物の誘電率異方性の値が−5.0〜−2.0の範囲である上記〔1〕〜〔27〕のいずれかに記載の液晶組成物。
〔29〕:上記〔1〕〜〔28〕のいずれかに記載の液晶組成物を含有する液晶表示素子。
〔30〕:上記液晶表示素子の動作モードが、VAモードまたはIPSモードであり、上記液晶素子の駆動方式がアクティブマトリックス方式である、上記〔29〕に記載の液晶表示素子。
本発明の液晶組成物は、ネマチック相の温度範囲が広く、適切な光学異方性を有し、負の誘電率異方性が大きく、比抵抗が大きい。また上記組成物は、これら特性のバランスにも優れる。本発明の液晶組成物は、ネマチック相の下限温度が低くすること、好ましくは−20℃以下とすることが可能であり、光学異方性を小さくすることも可能である。本発明の液晶表示素子は上記組成物を含有しており、電圧保持率が高い。また、この液晶表示素子は、VAモード、IPSモードなどの動作モードを有するアクティブマトリクス(AM)方式で駆動する液晶表示素子(以下「AM素子」ともいう)として好適に使用することができる。
本発明の液晶組成物は、ベンゼン環上の水素が塩素とフッ素とで置き換えられた特定構造を有する液晶性化合物からなる第一成分と、他の液晶性化合物からなる第二成分と、必要に応じてさらにベンゼン環上の水素2つがフッ素で置き換えられた特定構造を有する液晶性化合物からなる第三成分、とを含有することを特徴とする。
以下、まず各成分につき、成分に用いる化合物の構造、成分の特徴および効果、具体例および好ましい態様について説明をする。
〔第一成分〕
本発明の液晶組成物の第一成分である化合物は、下記式(1−1)または(1−2)で表される液晶性化合物である。
Figure 2006098289
上記各式中、各々独立して、R1、R2、X1、X2、およびZ1は、以下のように定義される。
1は炭素数1〜8のアルキル、または炭素数2〜8のアルケニルである。これらアルキル、またはアルケニルの中でも、直鎖アルキル、またはアルキル鎖が直鎖であるアルケニル、具体的には、メチル、エチル、プロピル、ブチル、ペンチル、ヘキシル、ヘプチル、もしくはオクチル;または、ビニル、1−プロペニル、2−プロペニル、1−ブテニル、2−ブテニル、3−ブテニル、1−ペンテニル、2−ペンテニル、3−ペンテニル、4−ペンテニル、1−ヘキセニル、2−ヘキセニル、3−ヘキセニル、4−ヘキセニル、もしくは5−ヘキセニルが好ましく、エチル、プロピル、ブチル、ペンチル、もしくはヘプチル;または、ビニル、1−プロペニル、3−ブテニルもしくは3−ペンテニルがより好ましい。
2は炭素数1〜8のアルキル、または炭素数1〜7のアルコキシである。これらアルキル、またはアルコキシの中でも、直鎖アルキル、またはアルキル鎖が直鎖であるアルコキシ、具体的には、メチル、エチル、プロピル、ブチル、ペンチル、ヘキシル、ヘプチル、もしくはオクチル;または、メトキシ、エトキシ、プロポキシ、ブトキシ、ペンチルオキシ、ヘキシルオキシ、またはヘプチルオキシが好ましく、メトキシ、エトキシ、プロポキシおよびブトキシがより好ましい。
1およびX2は、一方がフッ素であり、他方が塩素である。
1は単結合、−C24−、または−CH2O−である。
環A1は、1,4−シクロヘキシレンまたは1,4−フェニレンである。
なお、上記式(1−1)または(1−2)で表される化合物に含まれる環が1,4−シクロへキシレンである場合には、その立体配置はトランス配置であることが好ましい。
これら式(1−1)および(1−2)で表される化合物の構造の特徴は、環構造の基の1つとしてベンゼン環上の隣接する水素2つがフッ素と塩素とに置き換えられた基を有し、さらに末端基としてアルキルまたはアルコキシを有することにある。第一成分である液晶性化合物がこのような構造を有することにより、本発明に係る液晶組成物では、負の誘電率異方性を大きくすることができ、さらに、ネマチック相の下限温度を低くすることができる。
これら化合物の中でも上記式(1−1)で表される液晶性化合物(以下、「化合物(1−1)」ともいう。)は、一般的な液晶性化合物と比較すると、ネマチック相の上限温度は必ずしも高くはないが、比抵抗が大きく、粘度が中程度であり、光学異方性が中程度である点に特徴がある。
また、上記式(1−2)で表される液晶性化合物(以下、「化合物(1−2)」ともいう。)は、一般的な液晶性化合物と比較すると、粘度は必ずしも低くはないが、比抵抗が大きく、ネマチック相の上限温度が高く、光学異方性が中程度〜比較的大である点に特徴がある。
これら液晶性化合物(1−1)および(1−2)の中でも、下記式(1−1−1)〜(1−1−6)、および下記式(1−2−1)〜(1−2−12)で表される化合物が好ましい。
Figure 2006098289
Figure 2006098289
Figure 2006098289
これら上記式中におけるR1、R2については、上記化合物(1−1)および(1−2)の場合と同様である。また、上記式中の化合物に含まれる1,4−シクロへキシレンの立体配置は、トランス配置であることが好ましい。さらに、R2が独立してアルコキシで表される化合物が好ましい。
本発明の液晶組成物の第一成分である液晶性化合物が、上記式により表される化合物の場合には、液晶組成物の誘電率異方性を負に大きくすることができ、さらに、ネマチック相の下限温度を低くすることができる。
本発明の液晶組成物の第一成分である液晶性化合物が、上記式(1−1−1)〜(1−1−6)で表される液晶性化合物の場合には、さらに、ネマチック相の上限温度を低く調製することができ、ネマチック相の下限温度をさらに低くすることができる。
本発明の液晶組成物の第一成分である液晶性化合物が、上記式(1−2−1)〜(1−2−12)で表される液晶性化合物の場合には、さらに、ネマチック相の上限温度を高くすることができる。
本発明の液晶組成物の第一成分である液晶性化合物が、上記式(1−1−1)〜(1−1−6)および(1−2−1)〜(1−2−6)で表される液晶性化合物の場合には、さらに、光学異方性を小さくすることができる。
本発明の液晶組成物の第一成分である液晶性化合物が、上記式(1−1−1)〜(1−1−3)、(1−2−1)〜(1−2−3)および(1−2−7)〜(1−2−9)で表される液晶性化合物の場合には、さらに、光学異方性を大きくすることができる場合がある。
本発明の液晶組成物の第一成分である液晶性化合物が、上記式(1−1−4)〜(1−1−6)、(1−2−4)〜(1−2−6)および(1−2−10)〜(1−2−12)で表される液晶性化合物の場合には、さらに、光学異方性を小さくすることができる場合がある。
本発明の液晶組成物の第一成分である液晶性化合物が、上記式(1−1−1)、(1−1−4)、(1−2−1)および(1−2−4)で表される液晶性化合物の場合には、さらに、ネマチック相の上限温度を高く、かつ誘電率異方性を負に大きくすることができる場合がある。またこれら特性に加えてさらに、光学異方性を小さくできる場合もある。
本発明の液晶組成物の第一成分である液晶性化合物が、上記式(1−1−2)、(1−1−5)、(1−2−2)および(1−2−5)で表される液晶性化合物の場合には、さらに、光学異方性を小さくすることができ、さらにネマチック相の下限温度を低くすることができる。
本発明の液晶組成物の第一成分である液晶性化合物が、上記式(1−1−3)、(1−1−6)、(1−2−3)および(1−2−6)で表される液晶性化合物の場合には、さらに、誘電率異方性を負に大きくすることができ、さらに、光学異方性を小さくすることができる。
上記式(1−1−1)〜(1−1−6)、および上記式(1−2−1)〜(1−2−12)で表される液晶性化合物の中でも、上記式(1−2−1)〜(1−2−6)で表される液晶性化合物がより好ましい。
本発明の液晶組成物の第一成分である液晶性化合物が、上記式により表される化合物の場合には、液晶組成物の誘電率異方性を負に大きくすることができ、ネマチック相の上限温度を高くすることができ、適切な光学異方性にすることができ、さらに、ネマチック相の下限温度を低くすることができる。特に、R2がアルコキシである場合にはより負の誘電率異方性を大きくできる。
本発明の液晶組成物に用いる第一成分は、上記式(1−1)において、X1が塩素で、X2がフッ素である1つの化合物だけであってもよい。該第一成分は、X1が塩素で、X2がフッ素である2つ以上の化合物であってもよい。上記式(1−1)において、X1がフッ素で、X2が塩素である1つの化合物だけであってもよい。該第一成分は、X1がフッ素で、X2が塩素である2つ以上の化合物であってもよい。該第一成分は、X1が塩素で、X2がフッ素である化合物と、X1がフッ素で、X2が塩素である化合物との混合物であってもよい。この場合には、液晶組成物のネマチック相の下限温度が低くなることがある。これらのことは、上記式(1−2)においても同様である。さらに、該第一成分は、上記式(1−1)で表される化合物と、上記式(1−2)で表される化合物との混合物であってもよい。
〔第二成分〕
本発明の液晶組成物の第二成分である化合物は、下記式(2−1)または(2−2)で表される液晶性化合物である。
Figure 2006098289
上記各式中、各々独立して、R3、R4、およびA2は、以下のように定義される。
3は炭素数1〜8のアルキル、または炭素数2〜8のアルケニルである。これらアルキル、またはアルケニルの中でも、直鎖アルキル、またはアルキル鎖が直鎖であるアルケニル、具体的には、メチル、エチル、プロピル、ブチル、ペンチル、ヘキシル、ヘプチル、もしくはオクチル;または、ビニル、1−プロペニル、2−プロペニル、1−ブテニル、2−ブテニル、3−ブテニル、1−ペンテニル、2−ペンテニル、3−ペンテニル、4−ペンテニル、1−ヘキセニル、2−ヘキセニル、3−ヘキセニル、4−ヘキセニル、もしくは5−ヘキセニルが好ましく、エチル、プロピル、ブチル、ペンチル、もしくはヘプチル;または、ビニル、1−プロペニル、3−ブテニルもしくは3−ペンテニルがより好ましい。
なお、R3が上記アルケニルである場合には、これらのアルケニルにおける−CH=CH−の好ましい立体配置は、二重結合の位置に依存をしている。
3が、1−プロペニル、1−ブテニル、1−ペンテニル、1−ヘキセニル、3−ペンテニル、3−ヘキセニルである場合にはトランス配置が好ましい。R3が、2−ブテニル、2−ペンテニル、2−ヘキセニル、4−ヘキセニルである場合にはシス配置が好ましい。
4は炭素数1〜8のアルキル、炭素数2〜8のアルケニル、または炭素数1〜7のアルコキシである。これらアルキル、アルケニル、またはアルコキシの中でも、直鎖アルキル、アルキル鎖が直鎖であるアルケニル、またはアルキル鎖が直鎖であるアルコキシ、具体的には、メチル、エチル、プロピル、ブチル、ペンチル、ヘキシル、ヘプチル、もしくはオクチル;ビニル、1−プロペニル、2−プロペニル、1−ブテニル、2−ブテニル、3−ブテニル、1−ペンテニル、2−ペンテニル、3−ペンテニル、4−ペンテニル、1−ヘキセニル、2−ヘキセニル、3−ヘキセニル、4−ヘキセニル、もしくは5−ヘキセニル;または、メトキシ、エトキシ、プロポキシ、ブトキシ、ペンチルオキシ、ヘキシルオキシ、もしくはヘプチルオキシが好ましく、エチル、プロピル、ブチル、ペンチル、もしくはヘプチル;ビニル、1−プロペニル、3−ブテニルもしくは3−ペンテニル;またはメトキシ、エトキシ、プロポキシもしくはブトキシがより好ましい。
なお、R4がアルケニルである場合の好ましい立体配置はR3の場合と同様である。
環A2は、1,4−シクロヘキシレンまたは1,4−フェニレンである。
2は単結合、−C24−、−CH2O−または−COO−である。
なお、上記式(2−1)、または(2−2)で表される化合物に含まれる環が1,4−シクロへキシレンである場合には、その立体配置はトランス配置であることが好ましい。
これら式(2−1)および(2−2)で表される化合物の構造の特徴は、その構造中にハロゲンを含まないことである。第二成分である液晶性化合物がこのような構造を有することにより、本発明に係る液晶組成物では、粘度を小さくし、比抵抗を大きくし、さらに、ネマチック相の下限温度を下げ、ネマチック相の上限温度を調節できるようになる。
これら化合物の中でも上記式(2−1)で表される液晶性化合物(以下、「化合物(2−1)」ともいう。)は、誘電率異方性がほとんどなく、一般的な液晶性化合物と比較すると、ネマチック相の上限温度は必ずしも高くはなく、粘度は小さく、光学異方性が小〜中程度であり、比抵抗が大きい点に特徴がある。
また、上記式(2−2)で表される液晶性化合物(以下、「化合物(2−2)」ともいう。)は、誘電率異方性がほとんどないが、一般的な液晶性化合物と比較すると、ネマチック相の上限温度が高く、粘度が中程度、光学異方性が小さいものから中程度の範囲であり、比抵抗が大きいものである点に特徴がある。
これら液晶性化合物(2−1)および(2−2)の中でも、下記式(2−1−1)〜(2−1−2)、および下記式(2−2−1)〜(2−2−3)で表される化合物が好ましい。
Figure 2006098289
これら、上記式中におけるR3、R4については、上記化合物(2−1)および(2−2)の場合と同様である。また、上記式中の化合物に含まれる1,4−シクロへキシレンの立体配置は、トランス配置であることが好ましい。
本発明の液晶組成物の第二成分である液晶性化合物が、上記式により表される化合物の場合には、液晶組成物の粘度を小さくすることができ、さらに、ネマチック相の下限温度を下げることができ、ネマチック相の上限温度を調節することができ、また、光学異方性を小さくすることもできる。
上記式(2−1−1)〜(2−1−2)、および上記式(2−2−1)〜(2−2−3)で表される液晶性化合物の中でも、上記式(2−1−1)、(2−1−2)、または(2−2−1)で表される液晶性化合物がより好ましい。
本発明の液晶組成物の第二成分である液晶性化合物が、上記式により表される化合物の場合には、比抵抗が大きく、液晶組成物のネマチック相の下限温度を下げることができ、ネマチック相の上限温度を調節することができ、また、光学異方性を小さくすることもでき、特に液晶組成物の粘度を小さくすることができる。
〔第三成分〕
本発明の液晶組成物は、さらに必要に応じて、下記式(3−1)または下記(3−2)で表される液晶性化合物からなる第三成分を含有する。
Figure 2006098289
上記各式中、各々独立して、R5、R6、およびA3は、以下のように定義される。
5は、炭素数1〜8のアルキル、または炭素数2〜8のアルケニルである。
これらアルキルまたはアルケニルの中でも、直鎖アルキル、またはアルキル鎖が直鎖であるアルケニル、具体的には、メチル、エチル、プロピル、ブチル、ペンチル、ヘキシル、ヘプチル、もしくはオクチル;または、ビニル、1−プロペニル、2−プロペニル、1−ブテニル、2−ブテニル、3−ブテニル、1−ペンテニル、2−ペンテニル、3−ペンテニル、4−ペンテニル、1−ヘキセニル、2−ヘキセニル、3−ヘキセニル、4−ヘキセニル、もしくは5−ヘキセニルが好ましく、エチル、プロピル、ブチル、ペンチル、もしくはヘプチル;または、ビニル、1−プロペニル、3−ブテニルもしくは3−ペンテニルがより好ましい。
なお、R5がアルケニルである場合の好ましい立体配置は上記化合物(2−1)、または(2−2)におけるR3の場合と同様である。
6は炭素数1〜8のアルキル、または炭素数1〜7のアルコキシである。これらアルコキシの中でも、アルキル鎖が直鎖であるアルコキシ、具体的には、メトキシ、エトキシ、プロポキシ、ブトキシ、ペンチルオキシ、ヘキシルオキシ、またはヘプチルオキシが好ましく、メトキシ、エトキシ、プロポキシまたはブトキシがより好ましい。
環A3は、1,4−シクロヘキシレンまたは1,4−フェニレンである。
3は単結合、−C24−、−OCF2−、−OCF224−、または−C24COO−であり、Z4は単結合、−C24−、−OCF2−、または−OCF224−である。
なお、上記式(3−1)または、(3−2)で表される化合物に含まれる環が1,4−シクロへキシレンである場合には、その立体配置はトランス配置であることが好ましい。
これら式(3−1)および(3−2)で表される化合物の構造の特徴は、環構造の基の1つとして2,3−ジフルオロフェニレンを有し、さらに末端基としてアルキルまたはアルコキシを有することである。第三成分である液晶性化合物がこのような構造を有することにより、本発明に係る液晶組成物では、負の誘電率異方性を大きくすることができる。
これら化合物の中でも上記式(3−1)で表される液晶性化合物(以下、「化合物(3−1)」ともいう。)は、一般的な液晶性化合物と比較すると、ネマチック相の上限温度は必ずしも高くはないが、誘電率異方性は中程度であり、比抵抗が大きく、粘度が中程度であり、光学異方性が中程度である点に特徴がある。
また、上記式(3−2)で表される液晶性化合物(以下、「化合物(3−2)」ともいう。)は、一般的な液晶性化合物と比較すると、粘度は必ずしも低くはないが、比抵抗が大きく、ネマチック相の上限温度が比較的高く、光学異方性が中程度〜比較的大であり、誘電率異方性が高い点に特徴がある。
これら液晶性化合物(3−1)および(3−2)の中でも、下記式(3−1−1)〜(3−1−4)、および下記式(3−2−1)〜(3−2−4)で表される化合物が好ましい。
Figure 2006098289
これら、上記式中におけるR5、R6については、上記化合物(3−1)および(3−2)の場合と同様である。また、上記式中の化合物に含まれる1,4−シクロへキシレンの立体配置は、トランス配置であることが好ましい。さらに、R6が独立してアルコキシで表される化合物が好ましい。
本発明の液晶組成物の第三成分である液晶性化合物が、上記式により表される化合物の場合には、液晶組成物の誘電率異方性を負に大きくすることができるからである。
上記式(3−1−1)〜(3−1−4)、および上記式(3−2−1)〜(3−2−4)で表される液晶性化合物の中でも、上記式(3−1−1)、(3−2−1)、または(3−2−2)で表される液晶性化合物がより好ましく、上記式(3−1−1)または(3−2−1)で表される液晶性化合物が特に好ましい。
本発明の液晶組成物の第三成分である液晶性化合物が、上記式により表される化合物の場合には、液晶組成物の誘電率異方性を負に大きくすることができ、比抵抗を大きくし、また適切な光学異方性にすることができるからである。特に、R6がアルコキシである場合にはより負の誘電率異方性を大きくできる。
また、上記式(3−2−1)、または(3−2−2)で表される液晶性化合物の場合には、さらに、液晶組成物のネマチック相の上限温度を高くすることができる。上記式(3−1−1)で表される液晶性化合物の場合には、さらに、液晶組成物の粘度を抑えながら、ネマチック相の上限温度を調節することができる。
〔液晶性化合物の合成方法〕
以下、第一成分から第三成分である液晶性化合物の合成法を例示する。
上記式(1−1−1)〜(1−1−6)、および上記式(1−2−1)〜(1−2−12)で表される化合物に代表される化合物(1−1)および化合物(1−2)は、国際公開WO98/23561号パンフレット、あるいは、特願2005−59154に記載された方法に基づいて合成をすることができる。
また上記式(2−1−1)等で表される化合物に代表される化合物(2−1)および(2−2)は、特開昭59−70624号公報、または特開昭60−16940号公報に記載された方法に基づいて合成することができる。
さらに上記式(3−1−1)、(3−2−2)等で表される化合物に代表される化合物(3−1)および(3−2)は、特開平6−228037号公報に記載された方法に基づいて合成をすることができる。
なお、上記文献に開示された方法のみで合成できない化合物については、さらに、オーガニック・シンセシス(Organic Synthesis, John Wiley & Sons, Inc)、オーガニック・リアクション(Organic Reactions, John Wiley & Sons, Inc)、コンプリヘンシブ・オーガニック・シンセシス(Comprehensive Organic Synthesis, Pergamon Press)、新実験化学講座(丸善)などに記載された方法に基づいて合成することができる。
以下、組成物の各成分の組合せ、各成分の好ましい含有割合について説明をする。
なお、各成分は、1つの化合物のみを含有する場合よりも、複数の化合物を含有する方が、液晶組成物のネマチック相の下限温度を低くすることができるので、好ましい。
〔液晶組成物(1)〕
本発明の液晶組成物は、上記第一成分と第二成分とを組み合わせることに特徴がある(以下「液晶組成物(1)」ともいう。)。
これら2成分を組み合わせることにより、液晶組成物のネマチック相の温度範囲を広げ、適切な光学異方性とし、負の誘電率異方性を大きくし、さらに比抵抗を大きな液晶組成物を得ることができる。特に本発明の液晶組成物については、ネマチック相の下限温度を低く、好ましくは−20℃以下にすることができ、光学異方性を小さくすることも可能である。
また、本発明の第二成分と第三成分の組合せである従来の液晶組成物よりも、本発明の第一成分と第二成分の組合せによって光学異方性がより小さな液晶組成物を得ることができる。
本発明に係る上記液晶組成物(1)の第一成分の含有割合は特に制限はされないが、上記液晶組成物(1)中の液晶性化合物の全重量に基づいて、20〜90重量%の範囲であることが好ましく、さらに40〜85重量%の範囲であることがより好ましい。
第一成分の含有割合が上記範囲にある場合には、液晶組成物のしきい電圧を下げることができ、さらにネマチック相の下限温度を下げることができる。
本発明に係る上記液晶組成物(1)の第二成分の含有割合は特に制限はされないが、液晶性化合物の全重量に基づいて、10〜80重量%の範囲であることが好ましく、さらに15〜60重量%の範囲であることがより好ましい。
第二成分の含有割合が上記範囲にある場合には、液晶組成物の粘度を小さくすることができ、さらに、液晶組成物の負の誘電率異方性を大きくし、しきい電圧を下げることができる。
第一成分および第二成分の含有割合が上記範囲にある場合、液晶組成物のネマチック相の下限温度を低くすることができる。好ましくは、第一成分および第二成分の含有割合が上記範囲にあり、第一成分の各化合物の含有割合が1種類につき15重量%以下、好ましくは式(1−2)で表される化合物の含有割合が1種類につき10重量%以下である場合には、液晶組成物のネマチック相の下限温度を−20℃以下に調整しやすい。
第一成分が式(1−1−1)〜式(1−1−6)および式(1−2−1)〜式(1−2−6)だけからなり、第二成分として式(2−1−1)を含有する場合には、液晶組成物の光学異方性を小さくすることができる。
〔液晶組成物(2)〕
本発明に係る液晶組成物では、上記第一成分、第二成分に加えて、さらに上記第三成分を組み合わせたものも好ましい(以下「液晶組成物(2)」ともいう。)。このような組合せとすることによって、液晶組成物のネマチック相の温度範囲を広くし、粘度を小さくし、適切な光学異方性とし、負の誘電率異方性が大きし、比抵抗が大きくすることができ、さらにこれら物性が適切にバランスすることができる。
また、上記第三成分を上記第一成分、および第二成分と組み合わせることで、液晶組成物のネマチック相の下限温度をさらに低くすることができる場合もある。
本発明に係る上記液晶組成物(2)の第一成分、第二成分、および第三成分の含有割合は特に制限はされないが、液晶性化合物の全重量に基づいて、第一成分の含有割合が10〜80重量%の範囲、第二成分の含有割合が10〜80重量%の範囲、第三成分の含有割合が10〜80重量%の範囲であることが好ましく、さらに、第一成分の含有割合が30〜70重量%の範囲、第二成分の含有割合が10〜50重量%の範囲、第三成分の含有割合が20〜60重量%の範囲であることがより好ましい。
上記液晶組成物(2)の第一成分、第二成分、および第三成分の含有割合が上記範囲にある場合には、負の誘電率異方性をさらに大きくすることができ、さらにネマチック相の下限温度をさらに下げることができる。
第一成分、第二成分および第三成分の含有割合が上記範囲にある場合、液晶組成物のネマチック相の下限温度を低くすることができる。好ましくは、第一成分、第二成分および第三成分の含有割合が上記範囲にあり、第一成分および第三成分の各化合物の含有割合が1種類につき15重量%以下、好ましくは式(1−2)および式(3−2)で表される化合物の含有割合が1種類につき10重量%以下である場合には、液晶組成物のネマチック相の下限温度を−20℃以下に調整しやすい。
第一成分が式(1−1−1)〜式(1−1−6)および式(1−2−1)〜式(1−2−6)だけからなり、第二成分として式(2−1−1)を含有し、第三成分が式(3−1−1)および式(3−2−1)だけからなる場合には、液晶組成物の光学異方性を小さくすることができる。
〔液晶組成物の態様等〕
本発明に係る液晶組成物では、上記第一成分、第二成分、および必要に応じて添加する第三成分である液晶性化合物に加えて、例えば液晶組成物の特性をさらに調整する目的で、さらに他の液晶性化合物を添加して使用する場合がある。また、例えばコストの観点から、本発明の液晶組成物では、上記第一成分、第二成分、および必要に応じて添加する第三成分である液晶性化合物以外の液晶性化合物は添加せずに使用する場合もある。
また本発明に係る液晶組成物には、さらに、光学活性化合物、色素、消泡剤、紫外線吸収剤、酸化防止剤等の添加物を添加してもよい。
光学活性化合物を本発明に係る液晶組成物に添加した場合には、液晶にらせん構造を誘起して、ねじれ角を与えることなどができる。
色素を本発明に係る液晶組成物に添加した場合には、液晶組成物をGH(Guest host)モードを有する液晶表示素子に適用することなどが可能となる。
消泡剤を本発明に係る液晶組成物に添加した場合には、液晶組成物の運搬中、あるいは該液晶組成物から液晶表示素子を製造工程中で、発泡を抑制することなどが可能となる。
紫外線吸収剤、あるいは酸化防止剤を本発明に係る液晶組成物に添加した場合には、液晶組成物や該液晶組成物を含む液晶表示素子の劣化を防止することなどが可能となる。例えば酸化防止剤は、液晶組成物を加熱したときに比抵抗の低下を抑制することが可能である。
上記紫外線吸収剤としては、ベンゾフェノン系紫外線吸収剤、ベンゾエート系紫外線吸収剤、トリアゾール系紫外線吸収剤などを挙げることができる。
ベンゾフェノン系紫外線吸収剤の具体例は、2−ヒドロキシ−4−オクトキシベンゾフェノンである。
ベンゾエート系紫外線吸収剤の具体例は、2,4−ジ−tert−ブチルフェニル−3,5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシベンゾエートである。
トリアゾール系紫外線吸収剤の具体例は、2−(2−ヒドロキシ−5−メチルフェニル)ベンゾトリアゾール、2−[2−ヒドロキシ−3−(3,4,5,6−テトラヒドロキシフタルイミド−メチル)−5−メチルフェニル]ベンゾトリアゾール、および2−(3−tert−ブチル−2−ヒドロキシ−5−メチルフェニル)−5−クロロベンゾトリアゾールである。
上記酸化防止剤としては、フェノール系酸化防止剤、有機硫黄系酸化防止剤などを挙げることができる。
フェノール系酸化防止剤の具体例は、3,5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシトルエン、2,6−ジ−tert−ブチル−4−プロピルフェノール、2,6−ジ−tert−ブチル−4−ペンチルフェノール、2,6−ジ−tert−ブチル−4−ヘプチルフェノール、2,2'−メチレンビス(6−tert−ブチル−4−メチルフェノール)、4,4'−ブチリデンビス(6−tert−ブチル−3−メチルフェノール)、2,6−ジ−tert−ブチル−4−(2−オクタデシルオキシカルボニル)エチルフェノール、およびペンタエリスリトールテトラキス[3−(3,5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート]である。
有機硫黄系酸化防止剤の具体例は、ジラウリル−3,3’−チオプロピオネート、ジミリスチル−3,3’−チオプロピオネート、ジステアリル−3,3’−チオプロピオネート、ペンタエリスリトールテトラキス(3−ラウリルチオプロピオネート)、および2−メルカプトベンズイミダゾールである。
紫外線吸収剤、酸化防止剤などに代表される上記添加物は、本発明の目的を損なわず、かつ添加物を添加する目的を達成できる範囲の量で用いることができる。例えば、上記紫外線吸収剤を添加する場合には、その添加割合は、液晶性化合物の全重量に基づいて、通常100ppm〜1000000ppmの範囲の量、好ましくは100〜10000ppmの範囲の量、より好ましくは1000〜10000ppmの範囲の量である。例えば、上記酸化防止剤を添加する場合には、その添加割合は、液晶性化合物の全重量に基づいて、通常10ppm〜500ppmの範囲の量、好ましくは30〜300ppmの範囲の量、より好ましくは40〜200ppmの範囲の量である。
なお、本発明に係る液晶組成物は、液晶組成物を構成する各化合物の合成工程、液晶組成物の調製工程等において混入する合成原料、副生成物、反応溶媒、合成触媒等の不純物を含んでいる場合もある。
〔液晶組成物の製造方法〕
本発明に係る液晶組成物は、例えば、各成分となる化合物が液体の場合には、それぞれの化合物を混合し振とうさせることにより、また固体を含む場合には、それぞれの化合物を混合し、加熱溶解によってお互い液体にしてから振とうさせることにより調製することができる。また、本発明に係る液晶組成物はその他の公知の方法により調製することも可能である。
〔液晶組成物の特性〕
本発明に係る液晶組成物では、ネマチック相の温度範囲を広げること、例えば、ネマチック相の上限温度を70℃以上とし、ネマチック相の下限温度は−20℃以下とすることができる。したがって、この液晶組成物を含む液晶表示素子は広い温度領域で使用することが可能である。
本発明に係る液晶組成物では、通常、0.07〜0.10の範囲の光学異方性を有する。なお、本発明に係る液晶組成物では、組成等を適宜調整することで、光学異方性を0.06〜0.13の範囲、0.05〜0.18の範囲とすることもできる。
また、本発明に係る液晶組成物では、通常、−5.0〜−2.0の範囲の誘電率異方性、好ましくは、−4.5〜−2.5の範囲の誘電率異方性を有する液晶組成物を得ることができる。上記数値範囲にある液晶組成物は、IPSモード、およびVAモードで動作する液晶表示素子として好適に使用することができる。
本発明に係る液晶組成物では、通常、上記数値範囲の光学異方性、および上記数値範囲の誘電率異方性の両方を有する液晶組成物を得ることができる。
また、VAモード、IPSモードで動作する液晶表示素子のコントラスト比を最大にするために、液晶組成物の光学異方性(Δn)と液晶表示素子のセルギャップ(d)との積の値(Δn・d)を一定値とするように設計することもできる。VAモードでは、この値(Δn・d)を0.30〜0.35μmの範囲とすることが好ましく、IPSモードでは、0.20〜0.30μmの範囲とすることが好ましい。なお、セルギャップ(d)は通常3〜6μmであるので、コントラスト比を最大とするためには液晶組成物の光学異方性は、0.050〜0.110の範囲であることが好ましい。
VAモードにおいて4μmまたはそれ以上のセルギャップ(d)の場合には、液晶表示素子の応答速度が遅くなるためには好ましくない場合がある。動画等を表示するためには迅速な応答速度が必要であり、4μmより小さいセルギャップ(d)の液晶表示素子が用いられる。これらに用いられる液晶組成物の光学異方性は、通常の光学異方性の範囲よりも大きく、例えば0.10〜0.15の範囲にある。なお、このことはIPSモードにも当てはまる。
〔液晶表示素子〕
本発明に係る液晶組成物は液晶表示素子に用いることができる。本発明に係る液晶表示素子は、PCモード、TNモード、STNモード、OCBモード等の動作モードを有し、AM方式で駆動をしてもよいし、PCモード、TNモード、STNモード、OCBモード、VAモード、IPSモード等の動作モードを有し、パッシブマトリクス(PM)方式で駆動をしてもよい。
これらAM方式、およびPM方式で駆動する液晶表示素子は、反射型、透過型、半透過型、いずれの液晶ディスプレイ等にも適用ができる。
また、本発明に係る液晶組成物は、導電剤を添加させた液晶組成物を用いたDS(dynamic scattering)モード素子や、液晶組成物をマイクロカプセル化して作製したNCAP(nematic curvilinear aligned phase)素子や、液晶組成物中に三次元の網目状高分子を形成させたPD(polymer dispersed)素子、例えばPN(polymer network)素子にも使用できる。
本発明に係る液晶組成物は上述のような特性を有するので、中でも負の誘電率異方性を利用した動作モード、例えば、VAモード、IPSモードなどで動作するAM方式の液晶表示素子に好適に用いることができ、特に、VAモードで動作するAM方式の液晶表示素子に好適に用いることができる。
なお、TNモード、VAモード等で動作する液晶表示素子においては、電場の方向は、液晶層に対して垂直である。一方、IPSモード等で動作する液晶表示素子においては、電場の方向は、液晶層に対して平行である。なお、VAモードで動作する液晶表示素子の構造は、K. Ohmuro, S. Kataoka, T. Sasaki and Y. Koike, SID '97 Digest of Technical Papers, 28, 845 (1997)に報告されており、IPSモードで動作する液晶表示素子の構造は、国際公開91/10936号パンフレット(ファミリー:US5576867)に報告されている。
〔実施例〕
以下、本発明で得られる液晶組成物を実施例により詳細に説明する。本発明は下記の実施例によって限定されない。なお、実施例で用いる液晶性化合物は、下記表1の定義に基づいて記号により表す。なお、表1中、1,4−シクロへキシレンの立体配置はトランス配置である。各化合物の割合(百分率)は、特に断りのない限り、液晶性化合物の全重量に基づいた重量百分率(重量%)である。以下の実施例は各成分を正確に重量を秤量し調合したものである。各実施例の最後に得られた液晶組成物の特性値を示す。
なお、各実施例で使用する液晶性化合物の部分に記載した番号は、上述した本発明の第一成分から第三成分に用いる液晶性化合物を示す式番号に対応をしており、式番号を記載せずに、単に「−」と記載をしている場合には、この化合物はこれら成分には対応をしていないその他の液晶性化合物であることを意味している。
化合物の記号による表記方法を以下に示す。
Figure 2006098289
特性値の測定は以下の方法にしたがって行った。これら測定方法の多くは、日本電子機械工業会規格(Standard of Electric Industries Association of Japan)EIAJ・ED−2521Aに記載された方法、またはこれを修飾した方法である。
(1)ネマチック相の上限温度(NI;℃)
偏光顕微鏡を備えた融点測定装置のホットプレートに試料を置き、1℃/分の速度で加熱した。試料の一部がネマチック相から等方性液体に変化したときの温度を測定した。以下、ネマチック相の上限温度を「上限温度」と略することがある。
(2)ネマチック相の下限温度(TC;℃)
ネマチック相を有する試料を0℃、−10℃、−20℃、−30℃、および−40℃のフリーザー中に10日間保管したあと、液晶相を観察した。例えば、試料が−20℃ではネマチック相のままであり、−30℃では結晶またはスメクチック相に変化したとき、TCを≦−20℃と記載した。以下、ネマチック相の下限温度を「下限温度」と略すことがある。
(3)光学異方性(Δn;25℃で測定)
波長が589nmである光を用い、接眼鏡に偏光板を取り付けたアッベ屈折計により測定した。まず、主プリズムの表面を一方向にラビングしたあと、試料を主プリズムに滴下した。そして、偏光の方向がラビングの方向と平行であるときの屈折率(n‖)、および偏光の方向がラビングの方向と垂直であるときの屈折率(n⊥)を測定した。光学異方性の値(Δn)は、
(Δn)=(n‖)−(n⊥)
の式から算出した。
(4)粘度(η;20℃で測定;mPa・s)
測定にはE型粘度計を用いた。
(5)誘電率異方性(Δε;25℃で測定)
よく洗浄したガラス基板にオクタデシルトリエトキシシラン(0.16mL)のエタノール(20mL)溶液を塗布した。ガラス基板をスピンナーで回転させたあと、150℃で1時間加熱した。2枚のガラス基板から、間隔(セルギャップ)が20μmであるVA素子を組み立てた。
よく洗浄したガラス基板にポリイミドの配向膜を塗布した。得られたガラス基板の配向膜を焼成後、ラビング処理をした。2枚のガラス基板の間隔が9μmであり、ツイスト角が80度であるTN素子を組み立てた。
得られたVA素子に試料を入れ、0.5V(1kHz、サイン波)を印加して、液晶分子の長軸方向における誘電率(ε‖)を測定した。
また、得られたTN素子に試料を入れ、0.5V(1kHz、サイン波)を印加して、液晶分子の短軸方向における誘電率(ε⊥)を測定した。
誘電率異方性の値は、
(Δε)=(ε‖)−(ε⊥)
の式から算出した。
この値が負である組成物が、負の誘電率異方性を有する組成物である。
(6)電圧保持率(VHR;25℃と100℃で測定;%)
ポリイミド配向膜を有し、そして2枚のガラス基板の間隔(セルギャップ)が6μmであるセルに試料を入れてTN素子を作製した。25℃において、このTN素子にパルス電圧(5Vで60μs)を印加して充電した。TN素子に印加した電圧の波形を陰極線オシロスコープで観測し、単位周期(16.7ms)における電圧曲線と横軸との間の面積を求めた。TN素子を取り除いたあと印加した電圧の波形から同様にして面積を求めた。電圧保持率(%)の値は、
(電圧保持率)=(TN素子がある場合の面積値)/(TN素子がない場合の面積値)×100
の値から算出した。
このようにして得られた電圧保持率を「VHR−1」として示した。つぎに、このTN素子を100℃、250時間加熱した。このTN素子を25℃に戻したあと、上述した方法と同様の方法により電圧保持率を測定した。この加熱試験をした後に得た電圧保持率を「VHR−2」として示した。なお、この加熱テストは促進試験であり、TN素子の長時間耐久試験に対応する試験である。
(7)比抵抗(ρ;25℃で測定;Ωcm)
液体セルに液晶1.0mLを注入し、10Vの直流電圧をかけた。電圧印加後10秒後のセルの直流電流を測定し、比抵抗を算出した。
比抵抗ρは、
(比抵抗) = {(電圧)×(セル容量)}/{(直流電流)×(真空の誘電率)}
の式から算出した。
(8)ガスクロ分析
測定装置は、島津製作所製のGC−14B型ガスクロマトグラフ、またはその同等の測定機器を用いた。カラムは、島津製作所製のキャピラリーカラムCBP1−M25−025(長さ25m、内径0.22mm、膜厚0.25μm;固定液相はジメチルポリシロキサン;無極性)を用いた。キャリアーガスとしてはヘリウムを用い、流量は2ml/分に調整した。このカラムは、200℃で2分間保持した後、5℃/分の割合で280℃まで昇温した。試料気化室の温度を280℃、検出器(FID)部分の温度を300℃に設定した。
試料はアセトンに溶解して、0.1重量%の溶液となるように調製し、得られた溶液1μlを試料気化室に注入した。
記録計としては島津製作所製のC−R5A型Chromatopac、またはその同等品を用いた。得られたガスクロマトグラムには、成分化合物に対応するピークの保持時間およびピークの面積値が示されている。
なお、試料の希釈溶媒としては、例えば、クロロホルム、ヘキサンを用いてもよい。また、カラムとしては、Agilent Technologies Inc.製のキャピラリーカラムDB−1(長さ30m、内径0.32mm、膜厚0.25μm)、Agilent Technologies Inc.製のHP−1(長さ30m、内径0.32mm、膜厚0.25μm)、Restek Corporation製のRtx−1(長さ30m、内径0.32mm、膜厚0.25μm)、SGE International Pty.Ltd製のBP−1(長さ30m、内径0.32mm、膜厚0.25μm)などを用いてもよい。化合物ピークの重なりを防ぐ目的で島津製作所製のキャピラリーカラムCBP1−M50−025(長さ50m、内径0.25mm、膜厚0.25μm)を用いてもよい。
ガスクロマトグラムにおけるピークの面積比は成分化合物の割合に相当する。一般には、試料の成分化合物の重量%は、試料の各ピークの面積%とは完全に同一ではないが、本発明において、上述のカラムを用いる場合には、実質的に補正係数は1であるので、試料中の成分化合物の重量%は、試料中の各ピークの面積%とほぼ対応する。各成分の液晶性化合物における補正係数に大きな差異がないからである。ガスクロクロマトグラムにより液晶組成物中の液晶化合物の組成比をより正確に求めるには、ガスクロマトグラムによる内部標準法を用いる。一定量正確に秤量された各液晶化合物成分(被検成分)と基準となる液晶化合物(基準物質)を同時にガスクロ測定して、得られた被検成分のピークと基準物質のピークとの面積比の相対強度をあらかじめ算出する。基準物質に対する各成分のピーク面積の相対強度を用いて補正すると、液晶組成物中の液晶化合物の組成比をガスクロ分析からより正確に求めることができる。
〔比較例1〕
本発明の第二成分および第三成分を含有する以下の組成物を調合し、上述した方法により各特性値を測定した。
3−HH−4 (2−1−1) 7%
3−HH−5 (2−1−1) 7%
3−HB−O1 (2−1−2) 8%
5−HB−3 (2−1−2) 8%
3−HB(2F,3F)−O2 (3−1−1) 14%
5−HB(2F,3F)−O2 (3−1−1) 14%
3−HHB(2F,3F)−O2 (3−2−1) 11%
5−HHB(2F,3F)−O2 (3−2−1) 11%
2−HHB(2F,3F)−1 (3−2−1) 10%
3−HHB(2F,3F)−1 (3−2−1) 10%
NI=68.9℃;Tc≦−10℃;Δn=0.081;Δε=−3.3;
η=20.3mPa・s;VHR−1=99.3%.
以下の組成物を調合し、上述した方法により各特性値を測定した。
3−HB(2F,3Cl)−O2 (1−1−1) 14%
5−HB(2F,3Cl)−O2 (1−1−1) 14%
3−HHB(2F,3Cl)−O2 (1−2−1) 8%
5−HHB(2F,3Cl)−O2 (1−2−1) 8%
3−HH2B(2F,3Cl)−O2 (1−2−2) 9%
5−HH2B(2F,3Cl)−O2 (1−2−2) 9%
2−HH−5 (2−1−1) 11%
3−HH−4 (2−1−1) 11%
3−HB−O2 (2−1−2) 8%
5−HB−O2 (2−1−2) 8%
NI=69.3℃;Tc≦−20℃;Δn=0.073;Δε=−2.7;
VHR−1=99.4%.
比較例1と較べて、この実施例1の組成物は下限温度≦−20℃と低く、Δnも小さい。そして大きな電圧保持率を有する。
以下の組成物を調合し、上述した方法により各特性値を測定した。
3−HB(2F,3Cl)−O2 (1−1−1) 15%
5−HB(2F,3Cl)−O2 (1−1−1) 15%
3−HHB(2F,3Cl)−O2 (1−2−1) 9%
5−HHB(2F,3Cl)−O2 (1−2−1) 9%
3−HBB(2F,3Cl)−O2 (1−2−7) 9%
5−HBB(2F,3Cl)−O2 (1−2−7) 9%
2−HH−5 (2−1−1) 11%
3−HH−4 (2−1−1) 12%
3−HB−O2 (2−1−2) 11%
NI=69.0℃;Tc≦−20℃;Δn=0.086;Δε=−3.0;
VHR−1=99.2%.
比較例1と較べて、この実施例2の組成物は下限温度≦−20℃と低い。そして大きな電圧保持率を有する。
以下の組成物を調合し、上述した方法により各特性値を測定した。
3−HB(2Cl,3F)−O2 (1−1−4) 5%
5−HB(2Cl,3F)−O2 (1−1−4) 5%
3−H2B(2Cl,3F)−O2 (1−1−5) 15%
5−H2B(2Cl,3F)−O2 (1−1−5) 15%
3−HHB(2Cl,3F)−O2 (1−2−4) 8%
5−HHB(2Cl,3F)−O2 (1−2−4) 8%
3−HH2B(2Cl,3F)−O2 (1−2−5) 12%
5−HH2B(2Cl,3F)−O2 (1−2−5) 12%
5−HH−V (2−1−1) 17%
V−HHB−1 (2−2−1) 3%
NI=70.0℃;Tc≦−20℃;Δn=0.075;Δε=−3.4;
VHR−1=99.2%.
比較例1と較べて、この実施例3の組成物は下限温度≦−20℃と低い。そして大きな電圧保持率を有する。
以下の組成物を調合し、上述した方法により各特性値を測定した。
3−HHB(2F,3Cl)−O2 (1−2−1) 11%
5−HHB(2F,3Cl)−O2 (1−2−1) 11%
2−HHB(2F,3Cl)−1 (1−2−1) 10%
3−HHB(2F,3Cl)−1 (1−2−1) 10%
3−HH−4 (2−1−1) 7%
3−HH−5 (2−1−1) 7%
3−HB−O1 (2−1−2) 8%
5−HB−3 (2−1−2) 8%
3−HB(2F,3F)−O2 (3−1−1) 14%
5−HB(2F,3F)−O2 (3−1−1) 14%
NI=63.9℃;Tc≦−20℃;Δn=0.077;Δε=−3.1;
VHR−1=99.3%.
比較例1の組成物において、3環の2,3−ジフルオロフェニレン化合物を本発明の第一成分である液晶性化合物に置き換えた。比較例1と較べて、この実施例4の組成物は下限温度≦−20℃と低く改善され、Δnも小さくなった。第一成分の組合せによりネマチック相の下限温度を広くすることができる。そして大きな電圧保持率を有する。
以下の組成物を調合し、上述した方法により各特性値を測定した。
2−HHB(2Cl,3F)−1 (1−2−1) 10%
3−HHB(2Cl,3F)−1 (1−2−1) 10%
3−HHB(2Cl,3F)−O2 (1−2−4) 11%
5−HHB(2Cl,3F)−O2 (1−2−4) 11%
3−HH−4 (2−1−1) 7%
3−HH−5 (2−1−1) 7%
3−HB−O1 (2−1−2) 8%
5−HB−3 (2−1−2) 8%
3−HB(2F,3F)−O2 (3−1−1) 14%
5−HB(2F,3F)−O2 (3−1−1) 14%
NI=59.3℃;Tc≦−20℃;Δn=0.073;Δε=−3.1;
VHR−1=99.3%.
比較例1の組成物中において、3環の2,3−ジフルオロフェニレン化合物を本発明の液晶性化合物に置き換えた。比較例1と較べて、この実施例5の組成物は下限温度≦−20℃と低く改善され、Δnも小さくなった。第一成分の組合せによりネマチック相の下限温度を広くすることができる。そして大きな電圧保持率を有する。
以下の組成物を調合し、上述した方法により各特性値を測定した。
3−HB(2F,3Cl)−O2 (1−1−1) 15%
5−HB(2F,3Cl)−O2 (1−1−1) 14%
3−HHB(2F,3Cl)−O2 (1−2−1) 8%
5−HHB(2F,3Cl)−O2 (1−2−1) 8%
3−HH2B(2F,3Cl)−O2 (1−2−2) 9%
5−HH2B(2F,3Cl)−O2 (1−2−2) 8%
3−HH−V (2−1−1) 16%
5−HH−V (2−1−1) 22%
NI=70.1℃;Tc≦−20℃;Δn=0.069;Δε=−2.6;
η=20.8mPa・s;VHR−1=99.3%.
比較例1と較べて、この実施例6の組成物は下限温度≦−20℃と低く、Δnも0.069と小さい。そして大きな電圧保持率を有する。従来の2,3−ジフルオロフェニレンを有する化合物を含有する液晶組成物より、本発明の組成物の方がΔnを小さくすることができる。
以下の組成物を調合し、上述した方法により各特性値を測定した。
3−HB(2F,3Cl)−O2 (1−1−1) 10%
4−HB(2F,3Cl)−O2 (1−1−1) 10%
5−HB(2F,3Cl)−O2 (1−1−1) 10%
3−HB(2Cl,3F)−O2 (1−1−4) 10%
5−HB(2Cl,3F)−O2 (1−1−4) 10%
3−HH−4 (2−1−1) 6%
3−HH−V (2−1−1) 10%
3−HHB−1 (2−2−1) 8%
3−HHB−3 (2−2−1) 12%
V−HHB−1 (2−2−1) 14%
NI=62.6℃;Tc≦−20℃;Δn=0.078;Δε=−2.3;
VHR−1=99.4%.
比較例1と較べて、この実施例7の組成物は下限温度≦−20℃と低い。そして大きな電圧保持率を有する。
以下の組成物を調合し、上述した方法により各特性値を測定した。
3−H2B(2F,3Cl)−O2 (1−1−2) 10%
5−H2B(2F,3Cl)−O2 (1−1−2) 10%
3−H1OB(2F,3Cl)−O2 (1−1−3) 5%
5−H1OB(2F,3Cl)−O2 (1−1−3) 5%
3−HHB(2F,3Cl)−O2 (1−2−1) 9%
5−HHB(2F,3Cl)−O2 (1−2−1) 9%
3−HH2B(2F,3Cl)−O2 (1−2−2) 10%
5−HH2B(2F,3Cl)−O2 (1−2−2) 10%
3−HH1OB(2F,3Cl)−O2 (1−2−3) 10%
5−HH1OB(2F,3Cl)−O2 (1−2−3) 10%
3−HH−4 (2−1−1) 12%
NI=91.2℃;Tc≦−20℃;Δn=0.082;Δε=−4.6;
VHR−1=99.2%.
比較例1と較べて、この実施例8の組成物は上限温度が高く、下限温度≦−20℃と低く、ネマチック相の温度範囲を広く有し、かつ、Δεが負に大きい。そして大きな電圧保持率を有する。
以下の組成物を調合し、上述した方法により各特性値を測定した。
3−H2B(2Cl,3F)−O2 (1−1−5) 10%
5−H2B(2Cl,3F)−O2 (1−1−5) 10%
3−H1OB(2Cl,3F)−O2 (1−1−6) 10%
5−H1OB(2Cl,3F)−O2 (1−1−6) 10%
3−HH2B(2Cl,3F)−O2 (1−2−5) 10%
5−HH2B(2Cl,3F)−O2 (1−2−5) 10%
3−HH1OB(2Cl,3F)−O2 (1−2−6) 10%
5−HH1OB(2Cl,3F)−O2 (1−2−6) 10%
3−HH−4 (2−1−1) 10%
3−HH−5 (2−1−1) 5%
3−HH1OH−3 (2−2−2) 3%
3−HHEH−5 (2−2−3) 2%
NI=74.3℃;Tc≦−20℃;Δn=0.072;Δε=−4.3;
VHR−1=99.1%.
比較例1と較べて、この実施例9の組成物は下限温度≦−20℃と低く、Δnも小さく、かつ、Δεが負に大きい。そして大きな電圧保持率を有する。
以下の組成物を調合し、上述した方法により各特性値を測定した。
3−HB(2F,3Cl)−O2 (1−1−1) 16%
3−HB(2F,3Cl)−O4 (1−1−1) 8%
5−HB(2F,3Cl)−O2 (1−1−1) 8%
2−HHB(2F,3Cl)−O2 (1−2−1) 5%
3−HHB(2F,3Cl)−O2 (1−2−1) 9%
4−HHB(2F,3Cl)−O2 (1−2−1) 5%
5−HHB(2F,3Cl)−O2 (1−2−1) 9%
5−HH−V (2−1−1) 26%
3−HH−V1 (2−1−1) 10%
V2−HHB−1 (2−2−1) 4%
NI=73.2℃;Tc≦−20℃;Δn=0.074;Δε=−2.6;
VHR−1=99.3%.
比較例1と較べて、この実施例10の組成物は下限温度≦−20℃と低く、Δnも小さい。そして大きな電圧保持率を有する。
以下の組成物を調合し、上述した方法により各特性値を測定した。
3−HHB(2F,3Cl)−O2 (1−2−1) 9%
5−HHB(2F,3Cl)−O2 (1−2−1) 9%
3−HH2B(2F,3Cl)−O1 (1−2−2) 4%
3−HH2B(2F,3Cl)−O2 (1−2−2) 8%
5−HH2B(2F,3Cl)−O2 (1−2−2) 8%
3−HBB(2F,3Cl)−O2 (1−2−7) 9%
5−HBB(2F,3Cl)−O2 (1−2−7) 9%
2−HH−5 (2−1−1) 8%
3−HH−4 (2−1−1) 15%
3−HB−O2 (2−1−2) 11%
5−HB−O2 (2−1−2) 10%
NI=101.0℃;Tc≦−20℃;Δn=0.093;Δε=−2.5;
VHR−1=99.4%.
比較例1と較べて、この実施例11の組成物は上限温度が高く、下限温度≦−20℃と低く、ネマチック相の温度範囲を広く有する。そして大きな電圧保持率を有する。
以下の組成物を調合し、上述した方法により各特性値を測定した。
3−HB(2F,3Cl)−O2 (1−1−1) 5%
3−H2B(2F,3Cl)−O2 (1−1−2) 10%
3−H1OB(2F,3Cl)−O2 (1−1−3) 5%
3−HB(2Cl,3F)−O2 (1−1−4) 5%
3−H2B(2Cl,3F)−O2 (1−1−5) 10%
3−H1OB(2Cl,3F)−O2 (1−1−6) 5%
3−HHB(2F,3Cl)−O2 (1−2−1) 5%
3−HH2B(2F,3Cl)−O2 (1−2−2) 10%
3−HH1OB(2F,3Cl)−O2 (1−2−3) 5%
3−HHB(2Cl,3F)−O2 (1−2−4) 5%
3−HH2B(2Cl,3F)−O2 (1−2−5) 10%
3−HH1OB(2Cl,3F)−O2 (1−2−6) 5%
5−HH−V (2−1−1) 5%
V−HHB−1 (2−2−1) 10%
3−HHB−O2 (2−2−1) 5%
NI=80.3℃;Tc≦−30℃;Δn=0.084;Δε=−3.9;
VHR−1=99.3%.
比較例1と較べて、この実施例12の組成物は上限温度が高く、下限温度≦−30℃と低く、ネマチック相の温度範囲を広く有し、かつ、Δεが負に大きい。そして大きな電圧保持率を有する。
以下の組成物を調合し、上述した方法により各特性値を測定した。
3−HB(2F,3Cl)−O2 (1−1−1) 8%
5−HB(2F,3Cl)−O2 (1−1−1) 7%
3−HB(2Cl,3F)−O2 (1−1−4) 8%
5−HB(2Cl,3F)−O2 (1−1−4) 7%
2−HHB(2F,3Cl)−O2 (1−2−1) 3%
3−HHB(2F,3Cl)−O2 (1−2−1) 8%
5−HHB(2F,3Cl)−O2 (1−2−1) 7%
2−HHB(2Cl,3F)−O2 (1−2−4) 3%
3−HHB(2Cl,3F)−O2 (1−2−4) 8%
5−HHB(2Cl,3F)−O2 (1−2−4) 7%
3−HH−4 (2−1−1) 9%
3−HH−5 (2−1−1) 5%
3−HB−O2 (2−1−2) 7%
5−HB−O2 (2−1−2) 7%
3−HHB−1 (2−2−1) 4%
3−HHB−O1 (2−2−1) 2%
NI=78.9℃;Tc≦−30℃;Δn=0.081;Δε=−3.1;
VHR−1=99.3%.
比較例1と較べて、この実施例13の組成物は上限温度が高く、下限温度≦−30℃と低く、ネマチック相の温度範囲を広く有する。そして大きな電圧保持率を有する。
以下の組成物を調合し、上述した方法により各特性値を測定した。
3−HB(2F,3Cl)−O2 (1−1−1) 4%
3−HB(2Cl,3F)−O2 (1−1−4) 4%
3−HH2B(2F,3Cl)−O2 (1−2−2) 10%
5−HH2B(2F,3Cl)−O2 (1−2−2) 10%
3−HH2B(2Cl,3F)−O2 (1−2−5) 10%
5−HH2B(2Cl,3F)−O2 (1−2−5) 10%
3−HB−O2 (2−1−2) 5%
7−HB−1 (2−1−2) 5%
3−HHB−1 (2−2−1) 4%
3−HHB−3 (2−2−1) 6%
3−H2EB(2F,3F)−O2 (3−1−2) 4%
5−H2EB(2F,3F)−O2 (3−1−2) 4%
3−H2EB(2F,3F)−O4 (3−1−2) 8%
4−H2EB(2F,3F)−O4 (3−1−2) 8%
5−H2EB(2F,3F)−O4 (3−1−2) 8%
NI=78.9℃;Tc≦−20℃;Δn=0.085;Δε=−4.0;
VHR−1=99.1%.
比較例1と較べて、この実施例14の組成物は下限温度≦−20℃と低く、Δεが負に大きい。そして大きな電圧保持率を有する。
以下の組成物を調合し、上述した方法により各特性値を測定した。
3−HB(2F,3Cl)−O2 (1−1−1) 7%
3−HB(2Cl,3F)−O2 (1−1−4) 7%
3−HHB(2F,3Cl)−O2 (1−2−1) 8%
3−HHB(2Cl,3F)−O2 (1−2−4) 8%
2−HH−5 (2−1−1) 5%
3−HH−4 (2−1−1) 10%
3−HH−5 (2−1−1) 4%
3−HB−O2 (2−1−2) 8%
3−HB−O4 (2−1−2) 4%
3−HHB−1 (2−2−1) 3%
V−HHB−1 (2−2−1) 4%
3−HB(2F,3F)−O2 (3−1−1) 7%
5−HB(2F,3F)−O2 (3−1−1) 7%
3−HHB(2F,3F)−O2 (3−2−1) 5%
5−HHB(2F,3F)−O2 (3−2−1) 4%
3−HBB(2F,3F)−O2 (3−2−2) 5%
5−HBB(2F,3F)−O2 (3−2−2) 4%
NI=81.1℃;Tc≦−30℃;Δn=0.088;Δε=−2.8;
VHR−1=99.4%.
比較例1と較べて、この実施例15の組成物は上限温度が高く、下限温度≦−30℃と低く、ネマチック相の温度範囲を広く有する。そして大きな電圧保持率を有する。
以下の組成物を調合し、上述した方法により各特性値を測定した。
3−HB(2F,3Cl)−O2 (1−1−1) 14%
5−HB(2F,3Cl)−O2 (1−1−1) 14%
3−HBB(2F,3Cl)−O2 (1−2−7) 9%
5−HBB(2F,3Cl)−O2 (1−2−7) 9%
3−HBB(2Cl,3F)−O2 (1−2−10) 8%
5−HBB(2Cl,3F)−O2 (1−2−10) 8%
3−HBB(2Cl,3F)−O4 (1−2−10) 6%
3−HH−4 (2−1−1) 10%
3−HB−O2 (2−1−2) 6%
V−HHB−1 (2−2−1) 8%
V2−HHB−1 (2−2−1) 8%
NI=81.9℃;Tc≦−20℃;Δn=0.110;Δε=−3.2;
VHR−1=99.2%.
比較例1と較べて、この実施例16の組成物は下限温度≦−20℃と低く、Δnも大きい。そして大きな電圧保持率を有する。
以下の組成物を調合し、上述した方法により各特性値を測定した。
3−HB(2F,3Cl)−O2 (1−1−1) 8%
5−HB(2F,3Cl)−O2 (1−1−1) 8%
3−HHB(2F,3Cl)−O2 (1−2−1) 8%
5−HHB(2F,3Cl)−O2 (1−2−1) 8%
3−HH2B(2F,3Cl)−O2 (1−2−2) 9%
5−HH2B(2F,3Cl)−O2 (1−2−2) 8%
3−HH−V (2−1−1) 14%
5−HH−V (2−1−1) 14%
3−HH−V1 (2−1−1) 8%
V−HHB−1 (2−2−1) 2%
3−BOCF22B(2F,3F)−O2 (3−1−3) 8%
3−HBOCF22B(2F,3F)−O2 (3−2−3) 5%
NI=75.4℃;Tc≦−20℃;Δn=0.075;Δε=−2.5;
η=19.1mPa・s;VHR−1=99.2%.
比較例1と較べて、この実施例17の組成物は下限温度≦−20℃と低い。そして大きな電圧保持率を有する。
以下の組成物を調合し、上述した方法により各特性値を測定した。
5−H1OB(2F,3Cl)−O2 (1−1−3) 6%
3−HHB(2F,3Cl)−O2 (1−2−1) 5%
3−HH1OB(2F,3Cl)−O2 (1−2−3) 6%
3−HHB(2Cl,3F)−O2 (1−2−4) 5%
3−HH−4 (2−1−1) 8%
3−HH−5 (2−1−1) 5%
3−HB−O2 (2−1−2) 7%
5−HB−3 (2−1−2) 4%
7−HB−1 (2−1−2) 5%
V−HHB−1 (2−2−1) 5%
V2−HHB−1 (2−2−1) 5%
3−HB(2F,3F)−O2 (3−1−1) 10%
5−HB(2F,3F)−O2 (3−1−1) 10%
3−HHB(2F,3F)−O2 (3−2−1) 9%
5−HHB(2F,3F)−O2 (3−2−1) 9%
NI=78.3℃;Tc≦−20℃;Δn=0.082;Δε=−3.4;
VHR−1=99.4%.
比較例1と較べて、この実施例18の組成物は下限温度≦−20℃と低い。そして大きな電圧保持率を有する。
以下の組成物を調合し、上述した方法により各特性値を測定した。
3−HH1OB(2F,3Cl)−O2 (1−2−3) 10%
5−HH1OB(2F,3Cl)−O2 (1−2−3) 10%
3−HHB(2Cl,3F)−O2 (1−2−4) 8%
5−HHB(2Cl,3F)−O2 (1−2−4) 8%
3−HH2B(2Cl,3F)−O2 (1−2−5) 8%
5−HH2B(2Cl,3F)−O2 (1−2−5) 8%
3−HH−V (2−1−1) 20%
5−HH−V (2−1−1) 28%
NI=80.5℃;Tc≦−20℃;Δn=0.065;Δε=−2.1;
VHR−1=99.3%.
比較例1と較べて、この実施例19の組成物は上限温度が高く、下限温度≦−20℃と低く、Δnも0.065と小さい。そして大きな電圧保持率を有する。従来の2,3−ジフルオロフェニレンを有する化合物を含有する液晶組成物より、本発明の組成物の方がΔnを小さくすることができる。
実施例2の組成物に酸化防止剤として100ppmの3,5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシトルエンを添加した。得られた組成物の特性は次のとおりであった。
NI=69.0℃;Tc≦−20℃;Δn=0.086;Δε=−3.0;
VHR−1=99.2%.
以下の組成物を調合し、組成物に酸化防止剤として150ppmの3,5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシトルエンを添加した。上述した方法により各特性値を測定した。
3−HB(2F,3Cl)−O2 (1−1−1) 15%
5−HB(2F,3Cl)−O2 (1−1−1) 15%
V−HHB(2F,3Cl)−O2 (1−2−1) 6%
1V−HHB(2F,3Cl)−O2 (1−2−1) 6%
V2−HHB(2F,3Cl)−O2 (1−2−1) 6%
3−HBB(2F,3Cl)−O2 (1−2−7) 6%
5−HBB(2F,3Cl)−O2 (1−2−7) 6%
1V−HBB(2F,3Cl)−O2 (1−2−7) 6%
3−HH−4 (2−1−1) 12%
5−HH−V (2−1−1) 12%
3−HB−O2 (2−1−2) 10%
NI=69.5℃;Tc≦−20℃;Δn=0.087;Δε=−3.2;
VHR−1=99.2%.
比較例1と較べて、この実施例21の組成物は下限温度≦−20℃と低い。そして大きな電圧保持率を有する。
以下の組成物を調合し、組成物に酸化防止剤として150ppmの3,5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシトルエンを添加した。上述した方法により各特性値を測定した。
V−HB(2F,3Cl)−O2 (1−1−1) 10%
1V−HB(2F,3Cl)−O2 (1−1−1) 12%
V2−HB(2F,3Cl)−O2 (1−1−1) 10%
3−HH−V1 (2−1−1) 10%
5−HH−V (2−1−1) 26%
V−HHB(2F,3Cl)−O2 (1−2−1) 8%
1V−HHB(2F,3Cl)−O2 (1−2−1) 8%
V2−HHB(2F,3Cl)−O2 (1−2−1) 8%
V−HHB−1 (2−2−1) 4%
V2−HHB−1 (2−2−1) 4%
NI=71.2℃;Tc≦−20℃;Δn=0.080;Δε=−2.6;
VHR−1=99.3%.
比較例1と較べて、この実施例22の組成物は下限温度≦−20℃と低い。そして大きな電圧保持率を有する。

Claims (19)

  1. 下記式(1−1)、および式(1−2)で表される化合物群から選択される少なくとも1つの化合物からなる第一成分と、下記式(2−1)、および式(2−2)で表される化合物群から選択される少なくとも1つの化合物からなる第二成分とを含有する誘電率異方性が負である液晶組成物。
    Figure 2006098289
    (式中、各々独立して、R1は炭素数1〜8のアルキル、または炭素数2〜8のアルケニルであり;
    2は炭素数1〜8のアルキル、または炭素数1〜7のアルコキシであり;
    3は炭素数1〜8のアルキル、または炭素数2〜8のアルケニルであり;
    4は炭素数1〜8のアルキル、炭素数2〜8のアルケニル、または炭素数1〜7のアルコキシであり;
    1は単結合、−C24−、または−CH2O−であり;
    2は単結合、−C24−、−CH2O−、または−COO−であり;
    環A1および環A2は、各々独立して、1,4−シクロヘキシレンまたは1,4−フェニレンであり;
    1およびX2は、一方がフッ素であり、他方が塩素である。)
  2. 上記第一成分が、上記式(1−1)で表される化合物群から選択される少なくとも1つの化合物からなる請求項1に記載の液晶組成物。
  3. 上記第一成分が、上記式(1−2)で表される化合物群から選択される少なくとも1つの化合物からなる請求項1に記載の液晶組成物。
  4. 上記第一成分が、上記式(1−1)で表される化合物群から選択される少なくとも1つの化合物、および上記式(1−2)で表される化合物群から選択される少なくとも1つの化合物からなる請求項1に記載の液晶組成物。
  5. 液晶性化合物の全重量に基づいて、
    上記第一成分の含有割合が20〜90重量%の範囲であり、
    上記第二成分の含有割合が10〜80重量%の範囲である請求項1に記載の液晶組成物。
  6. 下記式(1−1−1)〜式(1−1−6)、および下記式(1−2−1)〜式(1−2−12)で表される化合物群から選択される少なくとも1つの化合物からなる第一成分と、下記式(2−1−1)、式(2−1−2)、および下記式(2−2−1)で表される化合物群から選択される少なくとも1つの化合物からなる第二成分とを含有する誘電率異方性が負である液晶組成物。
    Figure 2006098289
    Figure 2006098289
    Figure 2006098289
    (式中、各々独立して、R1は炭素数1〜8のアルキル、または炭素数2〜8のアルケニルであり;
    2は炭素数1〜8のアルキル、または炭素数1〜7のアルコキシであり;
    3は炭素数1〜8のアルキル、または炭素数2〜8のアルケニルであり;
    4は炭素数1〜8のアルキル、炭素数2〜8のアルケニル、または炭素数1〜7のアルコキシである。)
  7. 上記第一成分が、上記式(1−1−1)〜式(1−1−6)で表される化合物群から選択される少なくとも1つの化合物からなる請求項6に記載の液晶組成物。
  8. 上記第一成分が、上記式(1−2−1)〜式(1−2−12)で表される化合物群から選択される少なくとも1つの化合物からなる請求項6に記載の液晶組成物。
  9. 上記第一成分が、上記式(1−1−1)〜式(1−1−6)で表される化合物群から選択される少なくとも1つの化合物、および上記式(1−2−1)〜式(1−2−12)で表される化合物からなる群から選択される少なくとも1つの化合物からなる請求項6に記載の液晶組成物。
  10. 上記第一成分が、上記式(1−1−1)〜式(1−1−6)および式(1−2−1)〜式(1−2−6)で表される化合物群から選択される少なくとも1つの化合物からなる請求項6に記載の液晶組成物。
  11. 上記第一成分が、上記式(1−1−1)、式(1−1−4)、式(1−2−1)、および式(1−2−4)で表される化合物群から選択される少なくとも1つの化合物からなる請求項6に記載の液晶組成物。
  12. 液晶性化合物の全重量に基づいて、
    上記第一成分の含有割合が40〜85重量%の範囲であり、
    上記第二成分の含有割合が15〜60重量%の範囲である、請求項6に記載の液晶組成物。
  13. 下記式(1−1)、および式(1−2)で表される化合物群から選択される少なくとも1つの化合物からなる第一成分と、下記式(2−1)、および式(2−2)で表される化合物群から選択される少なくとも1つの化合物からなる第二成分と、下記式(3−1)、および式(3−2)で表される化合物群から選択される少なくとも1つの化合物からなる第三成分とを含有する誘電率異方性が負である液晶組成物。
    Figure 2006098289
    (式中、各々独立して、R1は炭素数1〜8のアルキル、または炭素数2〜8のアルケニルであり;
    2は炭素数1〜8のアルキル、または炭素数1〜7のアルコキシであり;
    3は炭素数1〜8のアルキル、または炭素数2〜8のアルケニルであり;
    4は炭素数1〜8のアルキル、炭素数2〜8のアルケニル、または炭素数1〜7のアルコキシであり;
    1は単結合、−C24−、または−CH2O−であり;
    2は単結合、−C24−、−CH2O−、または−COO−であり;
    環A1および環A2は、各々独立して、1,4−シクロヘキシレンまたは1,4−フェニレンであり;
    1およびX2は、一方がフッ素であり、他方が塩素であり;
    5は炭素数1〜8のアルキル、または炭素数2〜8のアルケニルであり;
    6は炭素数1〜8のアルキル、または炭素数1〜7のアルコキシであり;
    3は単結合、−C24−、−OCF2−、−OCF224−、または−C24COO−であり;
    4は単結合、−C24−、−OCF2−、または−OCF224−であり;
    環A3は1,4−シクロヘキシレンまたは1,4−フェニレンである。)
  14. 上記第三成分が、下記式(3−1−1)、式(3−2−1)および式(3−2−2)で表される化合物群から選択される少なくとも1つの化合物からなる請求項13に記載の液晶組成物。
    Figure 2006098289
    (式中、各々独立して、R5は炭素数1〜8のアルキル、または炭素数2〜8のアルケニルであり;
    6は炭素数1〜8のアルキル、または炭素数1〜7のアルコキシである。)
  15. 下記式(1−1−1)〜式(1−1−6)で表される化合物群から選択される少なくとも1つの化合物、および下記式(1−2−1)〜式(1−2−12)で表される化合物群から選択される少なくとも1つの化合物との混合物からなる第一成分と、下記式(2−1−1)、式(2−1−2)および式(2−2−1)で表される化合物群から選択される少なくとも1つの化合物からなる第二成分と、下記式(3−1−1)および式(3−2−1)で表される化合物群から選択される少なくとも1つの化合物からなる第三成分とを含有する誘電率異方性が負の液晶組成物。
    Figure 2006098289
    Figure 2006098289
    Figure 2006098289
    (式中、各々独立して、R1は炭素数1〜8のアルキル、または炭素数2〜8のアルケニルであり;
    2は炭素数1〜8のアルキル、または炭素数1〜7のアルコキシであり;
    3は炭素数1〜8のアルキル、または炭素数2〜8のアルケニルであり;
    4は炭素数1〜8のアルキル、炭素数2〜8のアルケニル、または炭素数1〜7のアルコキシであり;
    5は炭素数1〜8のアルキル、または炭素数2〜8のアルケニルであり;
    6は炭素数1〜8のアルキル、または炭素数1〜7のアルコキシである。)
  16. 下記式(1−1−1)〜式(1−1−6)および式(1−2−1)〜式(1−2−6)で表される化合物群から選択される少なくとも1つの化合物からなる第一成分と、下記式(2−1−1)、式(2−1−2)および式(2−2−1)で表される化合物群から選択される少なくとも1つの化合物からなる第二成分と、下記式(3−1−1)および式(3−2−1)で表される化合物群から選択される少なくとも1つの化合物からなる第三成分とを含有する誘電率異方性が負の液晶組成物。
    Figure 2006098289
    Figure 2006098289
    (式中、各々独立して、R1は炭素数1〜8のアルキル、または炭素数2〜8のアルケニルであり;
    2は炭素数1〜8のアルキル、または炭素数1〜7のアルコキシであり;
    3は炭素数1〜8のアルキル、または炭素数2〜8のアルケニルであり;
    4は炭素数1〜8のアルキル、炭素数2〜8のアルケニル、または炭素数1〜7のアルコキシであり;
    5は炭素数1〜8のアルキル、または炭素数2〜8のアルケニルであり;
    6は炭素数1〜8のアルキル、または炭素数1〜7のアルコキシである。)
  17. 液晶性化合物の全重量に基づいて、
    上記第一成分の含有割合が30〜70重量%の範囲であり、
    上記第二成分の含有割合が10〜50重量%の範囲であり、
    上記第三成分の含有割合が20〜60重量%の範囲である、請求項13に記載の液晶組成物。
  18. 上記液晶組成物の誘電率異方性の値が−5.0〜−2.0の範囲である請求項1または13に記載の液晶組成物。
  19. 請求項1または13に記載の液晶組成物を含有する液晶表示素子。

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