KR20160058112A

KR20160058112A - 네마틱 액정 조성물 및 이를 사용한 액정 표시 소자

Info

Publication number: KR20160058112A
Application number: KR1020167007931A
Authority: KR
Inventors: 신이치 히라타; 차효복; 나오미 하타노; 도모아키 하라; 야스오 우메츠
Original assignee: 디아이씨 가부시끼가이샤
Priority date: 2013-10-08
Filing date: 2014-03-27
Publication date: 2016-05-24
Also published as: JP5741776B1; EP3040398A4; JP6245211B2; WO2015052948A1; US10093857B2; JP2015180728A; JPWO2015052948A1; EP3040398A1; CN105637065A; US20160237349A1; CN105637065B; EP3040398B1

Abstract

본 발명은 액정 표시 재료로서 유용한 유전율 이방성(Δε)이 음의 값을 나타내는 네마틱 액정 조성물 및 이를 사용한 액정 표시 소자에 관한 것이다. 본 발명의 액정 조성물은 굴절률 이방성(Δn) 및 네마틱상-등방성 액체상 전이 온도(T_ni)를 저하시키지 않고, 점도(η)가 충분히 작으며, 회전 점성(γ₁)이 충분히 작고, 탄성 상수(K₃₃)가 크며, 절대값이 큰 음의 유전율 이방성(Δε)을 갖는 액정 조성물을 제공하며, 또한 이를 사용한 VA형 등의 표시 불량이 없는 또는 억제된, 표시 품위가 우수한, 응답 속도가 빠른 액정 표시 소자를 제공할 수 있다. 본 발명의 액정 조성물을 사용한 액정 표시 소자는 액티브 매트릭스 구동용 액정 표시 소자에 유용하며, VA 모드, PSVA 모드 등의 액정 표시 소자에 적용할 수 있다.

Description

네마틱 액정 조성물 및 이를 사용한 액정 표시 소자{NEMATIC LIQUID CRYSTAL COMPOSITION AND LIQUID CRYSTAL DISPLAY ELEMENT USING SAME}

본 발명은 액정 표시 재료로서 유용한 유전율 이방성(Δε)이 음의 값을 나타내는 네마틱 액정 조성물 및 이를 사용한 액정 표시 소자에 관한 것이다.

액정 표시 소자는, 시계, 전자계산기를 비롯해서, 가정용 각종 전기기기, 측정기기, 자동차용 패널, 워드프로세서, 전자수첩, 프린터, 컴퓨터, 텔레비전 등에 사용되고 있다. 액정 표시 방식으로서는, 그 대표적인 것으로 TN(트위스티드 네마틱)형, STN(수퍼 트위스티드 네마틱)형, DS(동적광 산란)형, GH(게스트·호스트)형, IPS(인 플레인 스위칭)형, OCB(광학 보상 복굴절)형, ECB(전압 제어 복굴절)형, VA(수직 배향)형, CSH(컬러 수퍼 호메오트로픽)형, 또는 FLC(강유전성 액정) 등을 들 수 있다. 또한 구동 방식으로서도 스태틱 구동, 멀티플렉스 구동, 단순 매트릭스 방식, TFT(박막 트랜지스터)나 TFD(박막 다이오드) 등에 의해 구동되는 액티브 매트릭스(AM) 방식을 들 수 있다.

이들 표시 방식에 있어서, IPS형, ECB형, VA형, 혹은 CSH형 등은, Δε가 음인 값을 나타내는 액정 재료를 사용한다는 특징을 갖는다. 이들 중에서 특히 AM 구동에 의한 VA형 표시 방식은, 고속이며 광시야각이 요구되는 표시 소자, 예를 들면 텔레비전 등의 용도로 사용되고 있다.

VA형 등의 표시 방식에 사용되는 네마틱 액정 조성물에는, 저전압 구동, 고속 응답 및 넓은 동작 온도 범위가 요구된다. 즉, Δε가 음이며 절대값이 크고, 저점도이며, 높은 네마틱상-등방성 액체상 전이 온도(T_ni)가 요구되고 있다. 또한, 굴절률 이방성(Δn)과 셀갭(d)과의 곱인 Δn×d의 설정으로부터, 액정 재료의 Δn을 셀갭에 맞춰서 적당한 범위로 조절할 필요가 있다. 더해서 액정 표시 소자를 텔레비전 등에 응용할 경우에 있어서는 고속 응답성이 중시되기 때문에, 점도(η)가 낮은 액정 재료가 요구된다.

지금까지는, Δε가 음이며 그 절대값이 큰 화합물을 각종 검토함에 의해 액정 조성물의 특성이 개량되어 왔다.

Δε가 음인 액정 재료로서, 이하와 같은 2,3-디플루오로페닐렌 골격을 갖는 액정 화합물(A) 및 (B)(특허문헌 1 참조)을 사용한 액정 조성물이 개시되어 있다.

이 액정 조성물은, Δε가 거의 0인 화합물로서 액정 화합물(C) 및 (D)을 사용하고 있지만, 이 액정 조성물은, 액정 텔레비전 등의 고속 응답이 요구되는 액정 조성물에 있어서는 충분히 낮은 점성을 실현하기에 이르러 있지 않다.

한편, 식(E)으로 표시되는 화합물을 사용한 액정 조성물도 이미 개시되어 있지만, 상기한 액정 화합물(D)을 조합한 Δn이 작은 액정 조성물(특허문헌 2 참조)이나 응답 속도의 개선을 위하여 액정 화합물(F)과 같이 알케닐기를 분자 내에 갖는 화합물(알케닐 화합물)을 첨가한 액정 조성물(특허문헌 3 참조)이며, 높은 Δn과 고신뢰성을 양립시키기 위해서는 추가적인 검토가 필요했다.

또한, 식(G)으로 표시되는 화합물을 사용한 액정 조성물은 이미 개시되어 있지만(특허문헌 4 참조), 이 액정 조성물도 상기한 액정 화합물(F)과 같이 알케닐 화합물을 포함하는 화합물을 함유한 액정 조성물이기 때문에, 소부(燒付)나 표시 불균일 등의 표시 불량이 발생하기 쉬운 폐해가 있었다.

또, 알케닐 화합물을 포함하는 액정 조성물의 표시 불량에의 영향에 대해서는 이미 개시되어 있지만(특허문헌 5 참조), 일반적으로는 알케닐 화합물의 함유량이 감소하면 액정 조성물의 η가 상승해, 고속 응답의 달성이 곤란해지기 때문에, 표시 불량의 억제와 고속 응답의 양립이 곤란했다.

이렇게 Δε가 음인 값을 나타내는 화합물과 액정 화합물(C), (D) 및 (F)을 조합하는 것만으로는, 높은 Δn과 낮은 η를 양립시키며, 또한, 표시 불량이 없는 또는 억제된 Δε가 음인 액정 조성물의 개발은 곤란했다.

또한, 특허문헌 6에 있어서, (식 1)으로 표시되는 지수(FoM)가 큰 액정 재료를 사용함으로써 호메오트로픽 액정셀의 응답 속도를 향상시키는 것이 개시되어 있지만, 명세서 중에 기재되어 있는 액정 조성물의 응답 속도의 개선은 충분하다고 할 수 있는 것은 아니었다.

이상의 점에서, 액정 텔레비전 등의 고속 응답이 요구되는 액정 조성물에 있어서는, 굴절률 이방성(Δn) 및 네마틱상-등방성 액체상 전이 온도(T_ni)를 저하시키지 않고, 고체상-네마틱상 전이 온도(T_cn)가 충분히 낮으며, 점도(η)를 충분히 작게, 회전 점성(γ1)을 충분히 작게, 탄성 상수(K₃₃)를 크게 하고, 그것과 동시에 소부나 표시 불균일 등의 표시 불량이 발생하기 어렵다는, 성능과 품질(신뢰성)을 양립하는 것이 요구되고 있었다.

일본국 특개평8-104869호 유럽 특허출원공개 제0474062호 일본국 특개2006-37054호 일본국 특개2001-354967호 일본국 특개2008-144135호 일본국 특개2006-301643호

본 발명이 해결하려고 하는 과제는, 굴절률 이방성(Δn) 및 네마틱상-등방성 액체상 전이 온도(T_ni)를 저하시키지 않고, 고체상-네마틱상 전이 온도(T_cn)가 충분히 낮으며, 점도(η)가 충분히 작고, 회전 점성(γ1)이 충분히 작으며, 탄성 상수(K₃₃)가 크고, 절대값이 큰 음의 유전율 이방성(Δε)을 가짐과 동시에 높은 내광성을 갖는 액정 조성물을 제공하며, 또한 이를 사용한 VA형 등의 표시 불량이 없는 또는 억제되고, 표시 품위가 우수한, 응답 속도가 빠르며, 높은 신뢰성을 갖는 액정 표시 소자를 제공하는 것에 있다.

본 발명자는, 각종 화합물군을 검토해, 특정의 화합물을 조합함에 의해 상기 과제를 해결할 수 있는 것을 알아내, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

본 발명은, 제1 성분으로서 일반식(I-a)

(식 중, R¹¹ 및 R¹²은 탄소 원자수 1 내지 8의 알킬기 또는 탄소 원자수 2 내지 8의 알케닐기를 나타내고, 기 중의 -CH₂- 또는 인접해 있지 않은 2개 이상의 -CH₂-는 각각 독립적으로 -O- 또는 -S-로 치환되어도 되며, 또한, 기 중에 존재하는 1개 또는 2개 이상의 수소 원자는 각각 독립적으로 불소 원자 또는 염소 원자로 치환되어도 되고,

L¹¹ 및 L¹²은 -OCH₂-, -CH₂O-, -CF₂O-, -OCF₂-, -CH₂CH₂-, -CF₂CF₂- 또는 단결합을 나타내고, L¹¹ 및 L¹²이 복수 존재하는 경우는 그들은 동일해도 되며 달라도 되고,

m¹¹ 및 m¹²은 각각 독립적으로 0, 1 또는 2를 나타내지만, m¹¹+m¹²은 1, 2 또는 3을 나타내고,

환A1 및 환B1은 각각 독립적으로 트랜스-1,4-시클로헥실렌기, 1,4-페닐렌기, 2-플루오로-1,4-페닐렌기, 3-플루오로-1,4-페닐렌기, 3,5-디플루오로-1,4-페닐렌기, 2,3-디플루오로-1,4-페닐렌기, 1,4-시클로헥세닐렌기, 1,4-비시클로[2.2.2]옥틸렌기, 피페리딘-1,4-디일기, 나프탈렌-2,6-디일기, 데카히드로나프탈렌-2,6-디일기 또는 1,2,3,4-테트라히드로나프탈렌-2,6-디일기를 나타내지만, 환A1 및/또는 환B1이 복수 존재하는 경우는 그들은 동일해도 되며 달라도 되고, 환A1 및 환B1은 각각 독립하여 탄소 원자수 1∼12의 알킬기, 탄소 원자수 1∼12의 할로겐화알킬기, 탄소 원자수 1∼12의 알콕시기, 탄소 원자수 1∼12의 할로겐화알콕시기, 할로겐, 시아노기 또는 니트로기로 치환되어 있어도 되지만, R¹¹ 및 R¹² 중 적어도 한쪽은 탄소 원자수 2 내지 8의 알케닐기를 나타낸다)으로 표시되는 화합물을 1종 또는 2종 이상 함유하고, 제2 성분으로서, 일반식(I-b)

식 중, R¹³ 및 R¹⁴은 탄소 원자수 1 내지 8의 알킬기 또는 탄소 원자수 2 내지 8의 알케닐기를 나타내고, 기 중의 -CH₂- 또는 인접해 있지 않은 2개 이상의 -CH₂-는 각각 독립적으로 -O- 또는 -S-로 치환되어도 되며, 또한, 기 중에 존재하는 1개 또는 2개 이상의 수소 원자는 각각 독립적으로 불소 원자 또는 염소 원자로 치환되어도 되고,

L¹³은 -OCH₂-, -CH₂O-, -CF₂O-, -OCF₂-, -CH₂CH₂-, -CF₂CF₂- 또는 단결합을 나타내고,

환C1 및 환D1은 각각 독립적으로 트랜스-1,4-시클로헥실렌기, 1,4-페닐렌기, 2-플루오로-1,4-페닐렌기, 3-플루오로-1,4-페닐렌기, 3,5-디플루오로-1,4-페닐렌기, 2,3-디플루오로-1,4-페닐렌기, 1,4-시클로헥세닐렌기, 1,4-비시클로[2.2.2]옥틸렌기, 피페리딘-1,4-디일기, 나프탈렌-2,6-디일기, 데카히드로나프탈렌-2,6-디일기 또는 1,2,3,4-테트라히드로나프탈렌-2,6-디일기를 나타내지만, 환C1 및 환D1은 각각 독립하여 탄소 원자수 1∼12의 알킬기, 탄소 원자수 1∼12의 할로겐화알킬기, 탄소 원자수 1∼12의 알콕시기, 탄소 원자수 1∼12의 할로겐화알콕시기, 할로겐, 시아노기 또는 니트로기로 치환되어 있어도 된다)으로 표시되는 화합물을 1종 또는 2종 이상 함유하고, 제2 성분 중, R¹³ 및 R¹⁴이 탄소 원자수 2 내지 8의 알케닐기가 아닌 화합물의 함유량이 90∼100질량%인 것을 특징으로 하는 액정 조성물을 제공하며, 또한, 이를 사용한 액정 표시 소자를 제공한다.

본 발명의 액정 조성물은, 굴절률 이방성(Δn) 및 네마틱상-등방성 액체상 전이 온도(T_ni)를 저하시키지 않고, 고체상-네마틱상 전이 온도(T_cn)가 충분히 낮으며, 점도(η)가 충분히 작고, 회전 점성(γ1)이 충분히 작으며, 탄성 상수(K₃₃)가 크고, 전압 유지율(VHR)이 높으며, 절대값이 큰 음의 유전율 이방성(Δε)을 갖기 때문에, 이를 사용한 VA형 등의 액정 표시 소자는 표시 불량이 없는 또는 억제된, 표시 품위가 우수한, 응답 속도가 빠른 것이고, 추가로 자외선에 대해서도 강하고 높은 신뢰성을 갖는 것이다.

본 발명의 액정 조성물은, 제1 성분으로서, 일반식(I-a)

으로 표시되는 화합물을 함유한다.

식 중, R¹¹ 및 R¹²은 탄소 원자수 1 내지 8의 알킬기 또는 탄소 원자수 2 내지 8의 알케닐기를 나타내고, 기 중의 -CH₂- 또는 인접해 있지 않은 2개 이상의 -CH₂-는 각각 독립적으로 -O- 또는 -S-로 치환되어도 되며, 또한, 기 중에 존재하는 1개 또는 2개 이상의 수소 원자는 각각 독립적으로 불소 원자 또는 염소 원자로 치환되어도 되지만, R¹¹ 및 R¹² 중 적어도 한쪽은 탄소 원자수 2 내지 8의 알케닐기를 나타낸다. 그 알케닐기는, 탄소 원자수 2 내지 5의 알케닐기인 것이 보다 바람직하며, 탄소 원자수 2 내지 4의 알케닐기인 것이 더 바람직하고, 탄소 원자수 2 내지 3의 알케닐기인 것이 더 바람직하다. R¹¹ 및 R¹²이 알케닐기가 아닌 경우는, 탄소 원자수 1 내지 8의 알킬기 또는 탄소 원자수 1 내지 8의 알콕시기인 것이 바람직하며, 탄소 원자수 1 내지 5의 알킬기 또는 탄소 원자수 1 내지 5의 알콕시기인 것이 보다 바람직하다.

L¹¹ 및 L¹²은 -OCH₂-, -CH₂O-, -CF₂O-, -OCF₂-, -CH₂CH₂-, -CF₂CF₂- 또는 단결합을 나타내지만, -OCH₂-, -CH₂O-, -CH₂CH₂-, 또는 단결합인 것이 바람직하다. L¹¹ 및 L¹²이 복수 존재하는 경우는 그들은 동일해도 되며 달라도 된다.

m¹¹ 및 m¹²은 각각 독립적으로 0, 1 또는 2를 나타내지만, m¹¹+m¹²은 1, 2 또는 3을 나타내지만, m¹¹+m¹²은 1 또는 2인 것이 바람직하다.

환A1 및 환B1은 각각 독립적으로 트랜스-1,4-시클로헥실렌기, 1,4-페닐렌기, 2-플루오로-1,4-페닐렌기, 3-플루오로-1,4-페닐렌기, 3,5-디플루오로-1,4-페닐렌기, 2,3-디플루오로-1,4-페닐렌기, 1,4-시클로헥세닐렌기, 1,4-비시클로[2.2.2]옥틸렌기, 피페리딘-1,4-디일기, 나프탈렌-2,6-디일기, 데카히드로나프탈렌-2,6-디일기 또는 1,2,3,4-테트라히드로나프탈렌-2,6-디일기를 나타내고, 각각 독립하여 탄소 원자수 1∼12의 알킬기, 탄소 원자수 1∼12의 할로겐화알킬기, 탄소 원자수 1∼12의 알콕시기, 탄소 원자수 1∼12의 할로겐화알콕시기, 할로겐, 시아노기 또는 니트로기로 치환되어 있어도 되지만, 트랜스-1,4-시클로헥실렌기, 1,4-페닐렌기, 2-플루오로-1,4-페닐렌기, 3-플루오로-1,4-페닐렌기, 나프탈렌-2,6-디일기 또는 1,2,3,4-테트라히드로나프탈렌-2,6-디일기인 것이 바람직하며, 트랜스-1,4-시클로헥실렌기, 1,4-페닐렌기, 또는 나프탈렌-2,6-디일기인 것이 보다 바람직하고, 트랜스-1,4-시클로헥실렌기, 또는 1,4-페닐렌기인 것이 더 바람직하다.

환A1 및/또는 환B1이 복수 존재하는 경우는 그들은 동일해도 되며 달라도 된다.

일반식(I-a)으로 표시되는 화합물은, 구체적으로는, 식(I-A1)∼(I-A6), (I-B1)∼(I-B6) 및 (I-C1)∼(I-C6)

(식 중, R¹¹ 및 R¹²은 각각 독립적으로 식(I-a) 중의 R¹¹ 및 R¹²과 같은 의미를 나타낸다)으로 표시되는 화합물이 바람직하다.

추가로, 일반식(I-a)으로 표시되는 화합물로서, 일반식(Ⅴ)

(식 중, R⁵¹ 및 R⁵²은 각각 독립적으로 식(I-a) 중의 R¹¹ 및 R¹²과 같은 의미를 나타낸다)으로 표시되는 화합물을 함유할 수도 있다.

일반식(I-a)으로 표시되는 화합물은, 1종 또는 2종 이상 함유하지만, 2종 이상 함유하는 것이 바람직하며, 3종 이상 함유하는 것이 더 바람직하다.

일반식(I-a)으로 표시되는 화합물은, 3 내지 60질량% 함유하지만, 5 내지 55질량%인 것이 바람직하며, 8 내지 50질량%인 것이 더 바람직하고, 10 내지 50질량%인 것이 특히 바람직하다. 더 상세히 기술하면, 점도 또는 회전 점성을 작게 할 경우에는 그 함유량은 20 내지 40질량%가 바람직하지만, 저온에 있어서의 석출의 억제를 중시할 경우에는 그 함유량은 5 내지 30질량%가 바람직하며, 10 내지 25질량%가 더 바람직하고, 10 내지 20질량%가 특히 바람직하다.

본 발명의 액정 조성물은, 제2 성분으로서, 일반식(I-b)

으로 표시되는 화합물을 함유한다.

식 중, R¹³ 및 R¹⁴은 탄소 원자수 1 내지 8의 알킬기 또는 탄소 원자수 2 내지 8의 알케닐기를 나타내고, 기 중의 -CH₂- 또는 인접해 있지 않은 2개 이상의 -CH₂-는 각각 독립적으로 -O- 또는 -S-로 치환되어도 되며, 또한, 기 중에 존재하는 1개 또는 2개 이상의 수소 원자는 각각 독립적으로 불소 원자 또는 염소 원자로 치환되어도 되지만, 탄소 원자수 1 내지 5의 알킬기, 탄소 원자수 1 내지 5의 알콕시기, 탄소 원자수 2 내지 5의 알케닐기 또는 탄소 원자수 2 내지 5의 알케닐옥시기인 것이 바람직하며, 탄소 원자수 1 내지 5의 알킬기, 탄소 원자수 1 내지 5의 알콕시기 또는 탄소 원자수 2 내지 5의 알케닐기인 것이 바람직하고, 탄소 원자수 1 내지 5의 알킬기 또는 탄소 원자수 1 내지 5의 알콕시기인 것이 보다 바람직하고, 탄소 원자수 1 내지 5의 알킬기인 것이 더 바람직하다.

L¹³은 -OCH₂-, -CH₂O-, -CF₂O-, -OCF₂-, -CH₂CH₂-, -CF₂CF₂- 또는 단결합을 나타내지만, -CH₂CH₂- 또는 단결합인 것이 바람직하며, 단결합인 것이 보다 바람직하다.

환C1 및 환D1은 각각 독립적으로 트랜스-1,4-시클로헥실렌기, 1,4-페닐렌기, 2-플루오로-1,4-페닐렌기, 3-플루오로-1,4-페닐렌기, 3,5-디플루오로-1,4-페닐렌기, 2,3-디플루오로-1,4-페닐렌기, 1,4-시클로헥세닐렌기, 1,4-비시클로[2.2.2]옥틸렌기, 피페리딘-1,4-디일기, 나프탈렌-2,6-디일기, 데카히드로나프탈렌-2,6-디일기 또는 1,2,3,4-테트라히드로나프탈렌-2,6-디일기를 나타내고, 각각 독립하여 탄소 원자수 1∼12의 알킬기, 탄소 원자수 1∼12의 할로겐화알킬기, 탄소 원자수 1∼12의 알콕시기, 탄소 원자수 1∼12의 할로겐화알콕시기, 할로겐, 시아노기 또는 니트로기로 치환되어 있어도 되지만, 트랜스-1,4-시클로헥실렌기, 1,4-페닐렌기, 2-플루오로-1,4-페닐렌기, 3-플루오로-1,4-페닐렌기, 1,4-시클로헥세닐렌기, 나프탈렌-2,6-디일기 또는 1,2,3,4-테트라히드로나프탈렌-2,6-디일기인 것이 바람직하며, 트랜스-1,4-시클로헥실렌기, 1,4-페닐렌기, 나프탈렌-2,6-디일기 또는 1,2,3,4-테트라히드로나프탈렌-2,6-디일기인 것이 보다 바람직하고, 트랜스-1,4-시클로헥실렌기 또는 1,4-페닐렌기인 것이 더 바람직하다.

일반식(I-b)으로 표시되는 화합물은, 구체적으로는, 식(I-D1)∼(I-D3)

(식 중, R¹³ 및 R¹⁴은 각각 독립적으로 식(I-b) 중의 R¹³ 및 R¹⁴과 같은 의미를 나타낸다)으로 표시되는 화합물이 바람직하다.

제2 성분은 일반식(I-b)으로 표시되는 화합물로 구성되지만, 제2 성분 중, R¹³ 및 R¹⁴이 알케닐기가 아닌 화합물이 90∼100질량% 함유한다. 여기에서의 알케닐기란, 기 중의 -CH₂- 또는 인접해 있지 않은 2개 이상의 -CH₂-는 각각 독립적으로 -O- 또는 -S-로 치환되어 있는 것, 또한, 기 중에 존재하는 1개 또는 2개 이상의 수소 원자는 각각 독립적으로 불소 원자 또는 염소 원자로 치환되어 있는 것도 포함한다.

제2 성분은, 3 내지 70질량% 함유하지만, 5 내지 60질량%인 것이 바람직하며, 5 내지 55질량%인 것이 더 바람직하고, 10 내지 55질량%인 것이 특히 바람직하다. 더 상세히 기술하면, Δn 및 Tni를 크게 할 경우에는 그 함유량은 15 내지 60질량%가 바람직하지만, 저온에 있어서의 석출의 억제를 중시할 경우에는 그 함유량은 5 내지 35질량%가 바람직하다. 제2 성분은 1종 또는 2종 이상 함유하지만, 1종 내지 10종이 바람직하며, 1종 내지 5종이 더 바람직하다.

본 발명의 액정 조성물은, 제3 성분으로서, 일반식(I-c)

으로 표시되는 화합물을 함유할 수 있다.

식 중, R¹⁵ 및 R¹⁶은 탄소 원자수 1 내지 8의 알킬기 또는 탄소 원자수 2 내지 8의 알케닐기를 나타내고, 기 중의 -CH₂- 또는 인접해 있지 않은 2개 이상의 -CH₂-는 각각 독립적으로 -O- 또는 -S-로 치환되어도 되며, 또한, 기 중에 존재하는 1개 또는 2개 이상의 수소 원자는 각각 독립적으로 불소 원자 또는 염소 원자로 치환되어도 되지만, 탄소 원자수 1 내지 5의 알킬기, 탄소 원자수 1 내지 5의 알킬기, 탄소 원자수 2 내지 5의 알케닐기 또는 탄소 원자수 2 내지 5의 알케닐옥시기인 것이 바람직하며, 탄소 원자수 1 내지 5의 알킬기 또는 탄소 원자수 2 내지 5의 알케닐기인 것이 보다 바람직하다.

L¹⁴은 -OCH₂-, -CH₂O-, -CF₂O-, -OCF₂-, -CH₂CH₂-, -CF₂CF₂- 또는 단결합을 나타내지만, -OCH₂-, -CH₂O-, -CH₂CH₂- 또는 단결합인 것이 바람직하며, -CH₂CH₂- 또는 단결합인 것이 보다 바람직하고, 단결합인 것이 더 바람직하다.

환C2 및 환D2는 각각 독립적으로 트랜스-1,4-시클로헥실렌기, 1,4-페닐렌기, 2-플루오로-1,4-페닐렌기, 3-플루오로-1,4-페닐렌기, 3,5-디플루오로-1,4-페닐렌기, 2,3-디플루오로-1,4-페닐렌기, 1,4-시클로헥세닐렌기, 1,4-비시클로[2.2.2]옥틸렌기, 피페리딘-1,4-디일기, 나프탈렌-2,6-디일기, 데카히드로나프탈렌-2,6-디일기 또는 1,2,3,4-테트라히드로나프탈렌-2,6-디일기를 나타내고, 각각 독립하여 탄소 원자수 1∼12의 알킬기, 탄소 원자수 1∼12의 할로겐화알킬기, 탄소 원자수 1∼12의 알콕시기, 탄소 원자수 1∼12의 할로겐화알콕시기, 할로겐, 시아노기 또는 니트로기로 치환되어 있어도 되지만, 트랜스-1,4-시클로헥실렌기, 1,4-페닐렌기, 2-플루오로-1,4-페닐렌기, 3-플루오로-1,4-페닐렌기, 3,5-디플루오로-1,4-페닐렌기 또는 나프탈렌-2,6-디일기인 것이 바람직하며, 트랜스-1,4-시클로헥실렌기, 1,4-페닐렌기 또는 나프탈렌-2,6-디일기인 것이 더 바람직하다.

복수 존재하는 환D2는 동일해도 되며 달라도 된다. m¹³은 2 또는 3을 나타낸다.

일반식(I-c)으로 표시되는 화합물은, 구체적으로는,

식(I-E1)∼(I-E9)

(식 중, R¹⁵ 및 R¹⁶은 각각 독립적으로 식(I-c) 중의 R¹⁵ 및 R¹⁶과 같은 의미를 나타낸다)으로 표시되는 화합물이 바람직하다.

일반식(I-c)의 화합물로서, 일반식(Np-1) 및 (Np-2)

(식 중, R^Np1 및 R^Np2은 각각 독립적으로 탄소 원자수 1 내지 5의 알킬기 또는 탄소 원자수 2 내지 5의 알케닐기를 나타내고, 기 중에 존재하는 1개의 -CH₂- 또는 인접해 있지 않은 2개 이상의 -CH₂-는 각각 독립적으로 -O- 또는 -S-로 치환되어도 되며, 또한, 기 중에 존재하는 1개 또는 2개 이상의 수소 원자는 각각 독립적으로 불소 원자로 치환되어도 되고,

X^Np1, X^Np2, X^Np3, X^Np4 및 X^Np5는 각각 독립적으로 수소 원자 또는 불소 원자를 나타낸다)으로 표시되는 화합물도 바람직하다. PSA 모드 또는 PSVA 모드 등의 액정 표시 소자를 제작할 때에 사용되는 중합성 화합물을 함유시킨 액정 조성물에 대해, 일반식(Np-1) 및 (Np-2)의 화합물을 함유시킴에 의해 함유하는 중합성 화합물 중합 속도를 충분히 빠르게 해, 중합 후의 중합성 화합물의 잔류량이 없거나, 충분히 억제시키는 효과가 있다. 그 때문에, 예를 들면, 중합성 화합물을 중합시키기 위한 UV 조사 램프의 사양에 적합하게 하기 위한 중합 반응 속도의 조정제로서 사용할 수도 있다.

제3 성분은, 3 내지 40질량% 함유하지만, 5 내지 30질량%인 것이 바람직하며, 5 내지 25질량%인 것이 더 바람직하고, 10 내지 25질량%인 것이 특히 바람직하다. 더 상세히 기술하면, Δn 및 Tni를 크게 할 경우에는 그 함유량은 15 내지 35질량%가 바람직하지만, 저온에 있어서의 석출의 억제를 중시할 경우에는 그 함유량은 5 내지 20질량%가 바람직하다. 제3 성분은 1종 또는 2종 이상 함유하지만, 1종 내지 10종이 바람직하며, 1종 내지 5종이 더 바람직하다.

본 발명의 액정 조성물은, 제1 성분, 제2 성분 및 제3 성분으로 표시되는 화합물의 합계는 80% 내지 100%인 것이 바람직하며, 85% 내지 100%가 보다 바람직하고, 90% 내지 100%가 더 바람직하고, 95% 내지 100%가 특히 바람직하다.

본 발명의 액정 조성물은, 20℃에 있어서의 유전율 이방성(Δε)이 -2.0 내지 -8.0이지만, -2.0 내지 -6.0이 바람직하며, -2.0 내지 -5.0이 보다 바람직하고, -2.5 내지 -4.0이 특히 바람직하다. 더 상세히 기술하면 액정 재료의 응답 속도를 중시하는 경우는 -2.0 내지 -4.5가 바람직하고, 구동 전압을 중시하는 경우는 -3.5 내지 -6.0이 바람직하다.

본 발명의 액정 조성물은, 20℃에 있어서의 굴절률 이방성(Δn)이 0.08 내지 0.14이지만, 0.09 내지 0.13이 보다 바람직하며, 0.09 내지 0.12가 특히 바람직하다. 더 상세히 기술하면, 얇은 셀갭에 대응하는 경우는 0.10 내지 0.13인 것이 바람직하고, 두꺼운 셀갭에 대응하는 경우는 0.08 내지 0.10인 것이 바람직하다.

본 발명의 액정 조성물은, 20℃에 있어서의 점도(η)가 5 내지 30mPa·s이지만, 10 내지 25mPa·s인 것이 보다 바람직하며, 10 내지 22mPa·s인 것이 특히 바람직하다.

본 발명의 액정 조성물은, 20℃에 있어서의 회전 점성(γ₁)이 60 내지 150mPa·s이지만, 60 내지 110mPa·s인 것이 보다 바람직하며, 60 내지 100mPa·s인 것이 특히 바람직하다.

본 발명의 액정 조성물은, 네마틱상-등방성 액체상 전이 온도(T_ni)가 60℃ 내지 120℃이지만, 70℃ 내지 100℃가 더 바람직하며, 70℃ 내지 85℃가 특히 바람직하다.

본 발명의 액정 조성물은, 탄성 상수(K₃₃)가 12.5 이상이지만, 13.0 이상이 바람직하며, 13.5 이상이 더 바람직하고, 14.0 이상이 특히 바람직하다.

본 발명의 액정 조성물은, 상술한 화합물 이외에, 통상의 네마틱 액정, 스멕틱 액정, 콜레스테릭 액정, 산화방지제, 자외선흡수제 등을 함유해도 된다.

본 발명의 액정 조성물은, 중합성 화합물을 1종 또는 2종 이상 함유할 수 있다.

중합성 화합물을 함유하는 액정 조성물은, 예를 들면, PSA 모드 또는 PSVA 모드 등의 액정 표시 소자를 제작하기 위한 액정 조성물로서 사용할 수 있다.

그 경우의 중합성 화합물은, 구체적으로는, 예를 들면, 일반식(RM-1)

으로 표시되는 화합물을 들 수 있다.

식 중, Z^M1 및 Z^M2는 각각 독립하여

를 나타내고, X^M1∼X^M5는 수소 원자, 불소 원자 또는

를 나타내고, X^M1∼X^M5 중의 적어도 1개는,

를 나타내지만, X^M2 또는 X^M3가,

인 것이 바람직하고, X^M3가,

인 것이 바람직하다.

S^M1는, 탄소 원자수 1∼12의 알킬렌기, 또는 단결합을 나타내며, 당해 알킬렌기 중의 -CH₂-는 산소 원자끼리가 직접 결합하지 않는 것으로서 산소 원자, -COO-, -OCO-, 또는 -OCOO-로 치환되어도 되지만, PSA 모드의 액정 표시 소자에 있어서는 적어도 한쪽이 단결합인 것이 바람직하며, 모두 단결합인 화합물 또는 한쪽이 단결합이고 다른 한쪽이 탄소 원자수 1∼8의 알킬렌기 또는 -O-(CH₂)_s-인 것이 바람직하며, 이 경우, 탄소 원자수 1∼4의 알킬렌기가 바람직하고, s는 1∼4가 바람직하다.

R^M1은 이하의 식(R-1) 내지 식(R-15)

중 어느 하나를 나타내지만, 식(R-1) 또는 식(R-2)이 바람직하다.

L^M1 및 L^M2은 서로 독립하여, 단결합, -O-, -CH₂-, -OCH₂-, -CH₂O-, -CO-, -C₂H₄-, -COO-, -OCO-, -CH=CH-COO-, -COO-CH=CH-, -OCO-CH=CH-, -CH=CH-OCO-, -COOC₂H₄-, -OCOC₂H₄-, -C₂H₄OCO-, -C₂H₄COO-, -OCOCH₂-, -CH₂COO-, -CH=CH-, -CF=CH-, -CH=CF-, -CF=CF-, -CF₂-, -CF₂O-, -OCF₂-, -CF₂CH₂-, -CH₂CF₂-, -CF₂CF₂- 또는 -C≡C-를 나타내고, L^M2이 복수 존재하는 경우는 그들은 동일해도 되며 달라도 되지만, -COO-, -OCO-, -CH=CH-COO-, -CH=CH-OCO-, -COO-CH=CH-, -OCO-CH=CH-, -COO-CH₂CH₂-, -OCO-CH₂CH₂-, -CH₂CH₂-COO-, -CH₂CH₂-OCO-, -C≡C- 또는 단결합이 바람직하며, -COO-, -OCO-, -CH=CH-COO-, -CH=CH-OCO-, -COO-CH=CH-, -OCO-CH=CH-, -COO-CH₂CH₂-, -OCO-CH₂CH₂-, -CH₂CH₂-COO-, -CH₂CH₂-OCO- 또는 단결합이 더 바람직하다.

존재하는 M^M1은, 1,4-페닐렌기, 1,4-시클로헥실렌기, 나프탈렌-2,6-디일기를 나타내지만, 이들 기 중에 포함되는 수소 원자가 불소 원자, 염소 원자, 또는 탄소 원자수 1∼8의 알킬기, 할로겐화알킬기, 할로겐화알콕시기, 알콕시기, 니트로기, 또는

로 치환되어 있어도 된다.

m^M1은 0, 1 또는 2를 나타내지만, 0 또는 1이 바람직하다.

X^M1∼X^M5, S^M1, R^M1, L^M2 및/또는 M^M1이 복수 존재할 경우에는 그들은 동일해도 되며 달라도 된다.

더 상세히 기술하면, 일반식(RM-1)으로 표시되는 중합성 화합물에 있어서, L^M1이 단결합이고 m^M1이 0일 경우의 환 구조인 식(XXa-1) 내지 식(XXa-5)인 것이 바람직하며, 식(XXa-1) 내지 식(XXa-3)인 것이 더 바람직하고, 식(XXa-1) 또는 식(XXa-2)인 것이 특히 바람직하다.

(단, 상기한 환 구조 양단에는,

가 결합한다)

이들 골격을 포함하는 일반식(RM-1)으로 표시되는 중합성 화합물은 중합 후의 배향 규제력이 PSA 모드의 액정 표시 소자에 최적이며, 양호한 배향 상태가 얻어지므로, 표시 불균일이 억제되거나, 또는, 전혀 발생하지 않는 효과가 있다.

이상의 점에서, 중합성 화합물로서, 더 구체적으로는 식(XX-1) 내지 일반식(XX-10)으로 표시되는 화합물이 바람직하며, 식(XX-1) 내지 식(XX-4)이 더 바람직하다.

식 중, Sp^xx는 탄소 원자수 1∼8의 알킬렌기 또는 -O-(CH₂)_s-(식 중, s는 2 내지 7의 정수를 나타내고, 산소 원자는 환에 결합하는 것으로 한다)을 나타낸다.

일반식(RM-1)으로 표시되는 중합성 화합물에 있어서, m^M1이 1일 경우의 환 구조인, 예를 들면, 식(M31) 내지 식(M48) 및 (M4-1) 내지 (M4-7)과 같은 중합성 화합물이 바람직하다.

식 중의 페닐기 및 나프탈렌기 중의 수소 원자는, 추가로, -F, -Cl, -CF₃, -CH₃, 식(R-1) 내지 식(R-15) 중 어느 하나에 의해서 치환되어 있어도 된다.

일반식(RM-1)으로 표시되는 중합성 화합물에 있어서, L^M1이 단결합이고, m^M1이 1일 경우의 환 구조인, 예를 들면, 식(M301) 내지 식(M316)과 같은 중합성 화합물도 바람직하다.

중합성 화합물의 함유량이 적을 경우, 액정 조성물에 대한 배향 규제력이 약해진다. 반대로, 중합성 화합물의 함유량이 지나치게 많을 경우, 중합 시의 필요 에너지가 상승해, 중합하지 않고 잔존해버리는 중합성 화합물의 양이 증가해, 표시 불량의 원인으로 되기 때문에, 그 함유량은 0.01∼2.00질량%인 것이 바람직하며, 0.05∼1.00질량%인 것이 더 바람직하고, 0.10∼0.50질량%인 것이 특히 바람직하다.

본 발명의 액정 조성물에 중합성 화합물을 함유시킨 중합성 화합물 함유 액정 조성물은, 낮은 점도(η), 낮은 회전 점성(γ₁) 및 큰 탄성 상수(K₃₃)가 얻어지기 때문에, 이를 사용한 PSA 모드 또는 PSVA 모드의 액정 표시 소자는 표시 불균일의 억제와 고속 응답의 양립을 실현할 수 있다.

본 발명의 액정 조성물은, 추가로, 일반식(Q)으로 표시되는 화합물을 함유해도 된다.

식 중, R^Q은, 탄소 원자수 1 내지 22의 직쇄 알킬기 또는 분기쇄 알킬기를 나타내고, 기 중의 1개 또는 비인접의 2개 이상의 CH₂기는, -O-, -CH=CH-, -CO-, -OCO-, -COO-, -C≡C-, -CF₂O-, -OCF₂-에 의해서 치환되어 있어도 된다.

M^Q은, 트랜스-1,4-시클로헥실렌기, 1,4-페닐렌기 또는 단결합을 나타낸다.

일반식(Q)으로 표시되는 화합물은, 구체적으로는, 하기의 일반식(Q-a) 내지 일반식(Q-e)으로 표시되는 화합물이 바람직하다.

식 중, R^Q1은, 탄소 원자수 1 내지 10의 직쇄 알킬기 또는 분기쇄 알킬기가 바람직하다.

R^Q2은, 탄소 원자수 1 내지 20의 직쇄 알킬기 또는 분기쇄 알킬기가 바람직하다.

R^Q3은, 탄소 원자수 1 내지 8의 직쇄 알킬기, 분기쇄 알킬기, 직쇄 알콕시기 또는 분기쇄 알콕시기가 바람직하다.

L^Q은 탄소 원자수 1 내지 8의 직쇄 알킬렌기 또는 분기쇄 알킬렌기가 바람직하다.

L^Q2은 탄소 원자수 2 내지 12의 직쇄 알킬렌기 또는 분기쇄 알킬렌기가 바람직하다.

일반식(Q-a) 내지 일반식(Q-e)으로 표시되는 화합물 중, 일반식(Q-c), 일반식(Q-d) 및 일반식(Q-e)으로 표시되는 화합물이 더 바람직하다.

본 발명의 액정 조성물은, 일반식(Q)으로 표시되는 화합물을 1종 또는 2종 이상 함유하지만, 1종 내지 5종 함유하는 것이 바람직하며, 1종 내지 3종 함유하는 것이 더 바람직하고, 1종 함유하는 것이 특히 바람직하다. 또한, 그 함유량은 0.001질량% 내지 1질량%인 것이 바람직하며, 0.001질량% 내지 0.1질량%가 더 바람직하고, 0.001질량% 내지 0.05질량%가 특히 바람직하다.

본 발명의 액정 조성물을 사용한 액정 표시 소자는, 고속 응답이라는 현저한 특징을 유용하고 있으며, 특히, 액티브 매트릭스 구동용 액정 표시 소자에 유용해, PSA 모드, PSVA 모드, VA 모드, IPS 모드 또는 ECB 모드용 액정 표시 소자에 사용할 수 있다.

본 발명의 액정 조성물은, 액정 조성물의 복굴절을 이용해서 광의 투과 광량을 제어하는 액정 표시 소자에 사용된다. 액정 표시 소자로서, AM-LCD(액티브 매트릭스 액정 표시 소자), TN-LCD(트위스티드 네마틱 액정 표시 소자), STN-LCD(수퍼 트위스티드 네마틱 액정 표시 소자), OCB-LCD 및 IPS-LCD(인 플레인 스위칭 액정 표시 소자)에 유용하지만, AM-LCD에 특히 유용하며, 투과형 또는 반사형의 액정 표시 소자에 사용할 수 있다.

액정 표시 소자에 사용되는 액정셀의 2매의 기판은 유리 또는 플라스틱과 같이 유연성을 갖는 투명한 재료를 사용할 수 있고, 한편으로는 실리콘 등의 불투명한 재료여도 된다. 투명 전극층을 갖는 투명 기판은, 예를 들면, 유리판 등의 투명 기판 상에 인듐주석옥사이드(ITO)를 스퍼터링함에 의해 얻을 수 있다.

컬러 필터는, 예를 들면, 안료분산법, 인쇄법, 전착법 또는, 염색법 등에 의해서 작성할 수 있다. 안료분산법에 따른 컬러 필터의 작성 방법을 일례로 설명하면, 컬러 필터용의 경화성 착색 조성물을, 당해 투명 기판 상에 도포하고, 패터닝 처리를 실시하고, 그리고 가열 또는 광조사에 의해 경화시킨다. 이 공정을, 적, 녹, 청의 3색에 대하여 각각 행함으로써, 컬러 필터용의 화소부를 작성할 수 있다. 그 외, 당해 기판 상에, TFT, 박막 다이오드, 금속 절연체 금속 비저항 소자 등의 능동 소자를 마련한 화소 전극을 설치해도 된다.

상기 기판을, 투명 전극층이 내측을 되도록 대향시킨다. 그때, 스페이서를 개재(介在)해서, 기판의 간격을 조정해도 된다. 이때는, 얻어지는 조광층의 두께가 1∼100㎛로 되도록 조정하는 것이 바람직하다. 1.5 내지 10㎛가 더 바람직하고, 편광판을 사용하는 경우는, 콘트라스트가 최대로 되도록 액정의 굴절률 이방성Δn과 셀두께d와의 곱을 조정하는 것이 바람직하다. 또한, 2매의 편광판이 있는 경우는, 각 편광판의 편광축을 조정해서 시야각이나 콘트라스트가 양호해지도록 조정할 수도 있다. 추가로, 시야각을 넓히기 위한 위상차 필름도 사용할 수도 있다. 스페이서로서는, 예를 들면, 유리 입자, 플라스틱 입자, 알루미나 입자, 포토레지스트 재료 등을 들 수 있다. 그 후, 에폭시계 열경화성 조성물 등의 씰제를, 액정 주입구를 마련한 형태로 당해 기판에 스크린 인쇄하고, 당해 기판끼리를 첩합하고, 가열해 씰제를 열경화시킨다.

2매의 기판간에 액정 조성물을 협지시키는 방법은, 통상의 진공 주입법 또는 ODF법 등을 사용할 수 있다.

본 발명의 액정 조성물에 중합성 화합물을 함유시킨 중합성 화합물 함유 액정 조성물 중의 중합성 화합물을 중합시키는 방법으로서는, 액정의 양호한 배향 성능을 얻기 위해서는, 적당한 중합 속도가 바람직하므로, 자외선 또는 전자선 등의 활성 에너지선을 단일 또는 병용 또는 차례로 조사함에 의해서 중합시키는 방법이 바람직하다. 자외선을 사용할 경우, 편광 광원을 사용해도 되고, 비편광 광원을 사용해도 된다. 또한, 중합성 화합물 함유 액정 조성물을 2매의 기판간에 협지시킨 상태에서 중합을 행할 경우에는, 적어도 조사면측의 기판은 활성 에너지선에 대해서 적당한 투명성이 부여되어 있지 않으면 안 된다. 또한, 광조사 시에 마스크를 사용해서 특정의 부분만을 중합시킨 후, 전장(電場)이나 자장 또는 온도 등의 조건을 변화시킴에 의해, 미중합 부분의 배향 상태를 변화시키고, 추가로 활성 에너지선을 조사해서 중합시킨다는 수단을 사용해도 된다. 특히 자외선 노광할 때에는, 중합성 화합물 함유 액정 조성물에 교류 전계를 인가하면서 자외선 노광하는 것이 바람직하다. 인가하는 교류 전계는, 주파수 10㎐ 내지 10㎑의 교류가 바람직하며, 주파수 60㎐ 내지 10㎑가 보다 바람직하고, 전압은 액정 표시 소자의 원하는 프리틸트각에 의존해서 선택된다. 즉, 인가하는 전압에 의해 액정 표시 소자의 프리틸트각을 제어할 수 있다. MVA 모드의 액정 표시 소자에 있어서는, 배향안정성 및 콘트라스트의 관점에서 프리틸트각을 80도 내지 89.9도로 제어하는 것이 바람직하다.

조사 시의 온도는, 본 발명의 액정 조성물의 액정 상태가 유지되는 온도 범위 내인 것이 바람직하다. 실온에 가까운 온도, 즉, 전형적으로는 15∼35℃에서 중합시키는 것이 바람직하다. 자외선을 발생시키는 램프로서는, 메탈할라이드 램프, 고압 수은 램프, 초고압 수은 램프 등을 사용할 수 있다. 또한, 조사하는 자외선의 파장으로서는, 액정 조성물의 흡수 파장역이 아닌 파장 영역의 자외선을 조사하는 것이 바람직하고, 필요에 따라서, 자외선을 컷해서 사용하는 것이 바람직하다. 조사하는 자외선의 강도는, 0.1㎽/㎠∼100W/㎠가 바람직하며, 2㎽/㎠∼50W/㎠가 더 바람직하다. 조사하는 자외선의 에너지량은, 적의 조정할 수 있지만, 10mJ/㎠ 내지 500J/㎠가 바람직하며, 100mJ/㎠ 내지 200J/㎠가 더 바람직하다. 자외선을 조사할 때에, 강도를 변화시켜도 된다. 자외선을 조사하는 시간은 조사하는 자외선 강도에 따라 적의 선택되지만, 10초 내지 3600초가 바람직하며, 10초 내지 600초가 더 바람직하다.

[실시예]

이하에 실시예를 들어서 본 발명을 더 상세히 기술하지만, 본 발명은 이들 실시예로 한정되는 것은 아니다. 또한, 이하의 실시예 및 비교예의 조성물에 있어서의 「%」는 『질량%』를 의미한다.

실시예에 있어서 화합물의 기재에 대하여 이하의 약호를 사용한다.

(측쇄)

-n -C_nH_2n+1 탄소 원자수 n의 직쇄상의 알킬기

n- C_nH_2n+1- 탄소 원자수 n의 직쇄상의 알킬기

-On -OC_nH_2n+1 탄소 원자수 n의 직쇄상의 알콕시기

nO- C_nH_2n+1O- 탄소 원자수 n의 직쇄상의 알콕시기

-V -CH=CH₂

V- CH₂=CH-

-V1 -CH=CH-CH₃

1V- CH₃-CH=CH-

-2V -CH₂-CH₂-CH=CH₃

V2- CH₃=CH-CH₂-CH₂-

-2V1 -CH₂-CH₂-CH=CH-CH₃

1V2- CH₃-CH=CH-CH₂-CH₂

(환 구조)

실시예 중, 측정한 특성은 이하와 같다.

T_ni : 네마틱상-등방성 액체상 전이 온도(℃)

T_cn : 고체상-네마틱상 전이 온도(℃)

Δn : 20℃에 있어서의 굴절률 이방성

Δε : 20℃에 있어서의 유전율 이방성

η : 20℃에 있어서의 점도(mPa·s)

γ₁ : 20℃에 있어서의 회전 점성(mPa·s)

K₃₃ : 20℃에 있어서의 탄성 상수K₃₃(pN)

초기 전압 유지율(VHR) : UV를 조사하기 전의 VHR(%)

UV 조사 후 전압 유지율(VHR) : UV를 조사한 후의 VHR(%)

테스트셀에 프리틸트각을 형성시키는 경우는, 테스트셀에 10V, 100㎐, 직사각형파 전압을 인가하면서, UV를 60J(365㎚) 조사했다. UV 광원으로서 USHIO샤의 멀티라이트를 사용했다.

시료의 응답 속도를 측정하는 경우는, 셀두께는 3.5㎛, 배향막은 JALS2096의 테스트셀을 사용하고, Vsel은 5V, Vnsel은 1V, 측정 온도는 20℃에서, AUTRONIC-MELCHERS사의 DMS301을 사용했다.

테스트셀의 내UV성을 평가하는 경우는 SP-7(USHIO)을 100㎽/㎝^-2로 소정의 시간 조사하고, UV 조사 전후의 VHR을 측정함으로써 실시했다.

VHR의 측정은 VHR-1(도요테크니카)을 사용해, 1V, 60㎐, 60℃에서 실시했다.

(비교예 1, 실시예 1∼8)

LC-A(비교예 1), LC-1(실시예 1), LC-2(실시예 2), LC-3(실시예 3), LC-4(실시예 4), LC-5(실시예 5), LC-6(실시예 6), LC-7(실시예 7) 및 LC-8(실시예 8)의 액정 조성물을 조제하고, 그 물성값을 측정했다. 액정 조성물의 구성과 그 물성값의 결과는 표 1 및 표 2와 같았다.

[표 1]

[표 2]

본 발명의 액정 조성물 LC-1, LC-2, LC-3, LC-4, LC-5, LC-6, LC-7 및 LC-8은, 회전 점성(γ₁)이 작고, 탄성 상수(K₃₃)가 크며, γ₁/K₃₃가, 비교예인 LC-A와 동등하거나 그 보다도 작은 값이었다.

이들을 사용한 테스트셀의 VHR을 측정한 바, LC-1, LC-2, LC-3, LC-4, LC-5, LC-6, LC-7 및 LC-8의 UV 조사 후의 VHR은 명확하게 비교예 1인 LC-A보다도 높은 값을 나타냈다.

이상의 점에서, 본 발명의 액정 조성물은, 굴절률 이방성(Δn) 및 네마틱상-등방성 액체상 전이 온도(T_ni)를 저하시키지 않고, 점도(η)가 충분히 작으며, 회전 점성(γ₁)이 충분히 작고, 탄성 상수(K₃₃)가 크며, 절대값이 큰 음의 유전율 이방성(Δε)을 갖기 때문에, 이를 사용한 VA형 등의 액정 표시 소자는 표시 품위가 우수한, 내UV성이 높아, 높은 신뢰성을 갖는 것임이 확인되었다.

(비교예 2, 실시예 9∼19)

액정 조성물 LC-A, LC-1, LC-2, LC-3, LC-4, LC-5, LC-6, LC-7 및 LC-8에 대해서, 중합성 화합물(M1-1), (M1-3), (M4-7) 및 (I-33)

을 첨가해, MLC-A(비교예 2), MLC-1(실시예 9), MLC-2(실시예 10), MLC-3(실시예 11), MLC-4(실시예 12), MLC-5(실시예 13), MLC-6-1(실시예 14), MLC-6-2(실시예 15), MLC-6-3(실시예 16), MLC-6-4(실시예 17), MLC-7(실시예 18) 및 MLC-8(실시예 19)의 액정 조성물을 조제하고, 테스트셀에 진공 주입한 후, 그 UV 조사 전후의 VHR을 측정했다. 액정 조성물의 구성과 그 VHR의 측정 결과는 표 3 및 표 4와 같았다.

[표 3]

[표 4]

본 발명의 액정 조성물 MLC-1∼5, MLC-6-1∼4, MLC-7 및 MLC-8의 UV 조사 후의 VHR은 명확하게 비교예 2인 MLC-A보다도 높은 값을 나타냈다.

이상의 점에서, 본 발명의 액정 조성물은, 굴절률 이방성(Δn) 및 네마틱상-등방성 액체상 전이 온도(T_ni)를 저하시키지 않고, 점도(η)가 충분히 작으며, 회전 점성(γ1)이 충분히 작고, 탄성 상수(K₃₃)가 크며, 절대값이 큰 음의 유전율 이방성(Δε)을 갖기 때문에, 이를 사용한 VA형 등의 액정 표시 소자는 표시 품위가 우수한, 내UV성이 높아, 높은 신뢰성을 갖는 것임이 확인되었다.

(비교예 3, 실시예 20, 실시예 21)

LC-B(비교예 3), LC-9(실시예 20) 및 LC-10(실시예 21)의 액정 조성물을 조제하고, 그 물성값을 측정했다. 액정 조성물의 구성과 그 물성값의 결과는 표 5와 같았다.

[표 5]

본 발명의 액정 조성물 LC-9 및 LC-10은, 회전 점성(γ₁)이 작고, 탄성 상수(K₃₃)가 크며, γ₁/K₃₃가, 비교예인 LC-B의 그것 보다도 현저하게 작은 값이었다. 이들을 사용한 테스트셀의 VHR을 측정한 바, LC-9 및 LC-10의 UV 조사 후의 VHR은 비교예인 LC-B와 같은 정도의 값을 나타냈다.

(비교예 4, 실시예 22, 실시예 23)

LC-C(비교예 4), LC-11(실시예 22) 및 LC-12(실시예 23)의 액정 조성물을 조제하고, 그 물성값을 측정했다. 액정 조성물의 구성과 그 물성값의 결과는 표 6과 같았다.

[표 6]

본 발명의 액정 조성물 LC-11 및 LC-12는, 회전 점성(γ₁)이 작고, 탄성 상수(K₃₃)가 크며, γ₁/K₃₃가, 비교예인 LC-C와 같은 정도의 값이었다. 이들을 사용한 테스트셀의 VHR을 측정한 바, LC-11 및 LC-12의 UV 조사 후의 VHR은 비교예인 LC-C보다도 현저하게 높은 값을 나타냈다.

(비교예 5, 실시예 24, 실시예 25)

LC-B, LC-9 및 LC-10에 대해서, 중합성 화합물(M1-1)을 첨가해, MLC-B(비교예 5), MLC-9(실시예 24) 및 MLC-10(실시예 25)의 액정 조성물을 조제하고, 테스트셀에 진공 주입한 후, 그 UV 조사 전후의 VHR을 측정했다. 액정 조성물의 구성과 그 VHR의 측정 결과는 표 7과 같았다.

[표 7]

본 발명의 액정 조성물 MLC-9 및 MLC-10은, 회전 점성(γ₁)이 작고, 탄성 상수(K₃₃)가 크며, γ₁/K₃₃가, 비교예인 MLC-B보다도 현저하게 작은 값이었다. 이들을 사용한 테스트셀의 VHR을 측정한 바, MLC-9 및 MLC-10의 UV 조사 후의 VHR은 비교예인 MLC-B와 동등한 값을 나타냈다.

(비교예 6, 실시예 26, 실시예 27)

LC-C, LC-11 및 LC-12에 대해서, 중합성 화합물(M1-1)을 첨가해, MLC-C(비교예 6), MLC-11(실시예 26) 및 MLC-12(실시예 27)의 액정 조성물을 조제하고, 테스트셀에 진공 주입한 후, 그 UV 조사 전후의 VHR을 측정했다. 액정 조성물의 구성과 그 VHR의 측정 결과는 표 8과 같았다.

[표 8]

이들을 사용한 테스트셀의 VHR을 측정한 바, MLC-11 및 MLC-12의 UV 조사 후의 VHR은 비교예인 MLC-C보다도 현저하게 높은 값을 나타냈다.

(실시예 28∼실시예 33)

LC-13(실시예 28), LC-14(실시예 29), LC-15(실시예 30), LC-16(실시예 31), LC-17(실시예 32) 및 LC-18(실시예 33)의 액정 조성물을 조제하고, 그 물성값을 측정했다. 액정 조성물의 구성과 그 물성값의 결과는 표 9와 같았다.

[표 9]

본 발명의 액정 조성물 LC-13∼LC-18은, 회전 점성(γ₁)이 작고, 탄성 상수(K₃₃)가 크며, γ₁/K₃₃가 충분히 작은 값이었다. 이들을 사용한 테스트셀의 VHR을 측정한 바, LC-13∼LC-18의 UV 조사 후의 VHR은 현저하게 높은 값을 나타냈다.

(실시예 34∼실시예 39)

LC-13∼LC-18에 대해서, 중합성 화합물(I-33)을 첨가해, MLC-13(실시예 34), MLC-14(실시예 35), MLC-15(실시예 36), MLC-16(실시예 37), MLC-17(실시예 38) 및 MLC-18(실시예 39)의 액정 조성물을 조제하고, 테스트셀에 진공 주입한 후, 그 UV 조사 전후의 VHR을 측정했다. 액정 조성물의 구성과 그 VHR의 측정 결과는 표 10과 같았다.

[표 10]

이들을 사용한 테스트셀의 VHR을 측정한 바, MLC-13∼MLC-18의 UV 조사 후의 VHR은 현저하게 높은 값을 나타냈다.

Claims

제1 성분으로서 일반식(I-a)

(식 중, R¹¹ 및 R¹²은 탄소 원자수 1 내지 8의 알킬기 또는 탄소 원자수 2 내지 8의 알케닐기를 나타내고, 기 중의 -CH₂- 또는 인접해 있지 않은 2개 이상의 -CH₂-는 각각 독립적으로 -O- 또는 -S-로 치환되어도 되며, 또한, 기 중에 존재하는 1개 또는 2개 이상의 수소 원자는 각각 독립적으로 불소 원자 또는 염소 원자로 치환되어도 되고,
L¹¹ 및 L¹²은 -OCH₂-, -CH₂O-, -CF₂O-, -OCF₂-, -CH₂CH₂-, -CF₂CF₂- 또는 단결합을 나타내고, L¹¹ 및 L¹²이 복수 존재하는 경우는 그들은 동일해도 되며 달라도 되고,
m¹¹ 및 m¹²은 각각 독립적으로 0, 1 또는 2를 나타내지만, m¹¹+m¹²은 1, 2 또는 3을 나타내고,
환A1 및 환B1은 각각 독립적으로 트랜스-1,4-시클로헥실렌기, 1,4-페닐렌기, 2-플루오로-1,4-페닐렌기, 3-플루오로-1,4-페닐렌기, 3,5-디플루오로-1,4-페닐렌기, 2,3-디플루오로-1,4-페닐렌기, 1,4-시클로헥세닐렌기, 1,4-비시클로[2.2.2]옥틸렌기, 피페리딘-1,4-디일기, 나프탈렌-2,6-디일기, 데카히드로나프탈렌-2,6-디일기 또는 1,2,3,4-테트라히드로나프탈렌-2,6-디일기를 나타내지만, 환A1 및/또는 환B1이 복수 존재하는 경우는 그들은 동일해도 되며 달라도 되고, 환A1 및 환B1은 각각 독립하여 탄소 원자수 1∼12의 알킬기, 탄소 원자수 1∼12의 할로겐화알킬기, 탄소 원자수 1∼12의 알콕시기, 탄소 원자수 1∼12의 할로겐화알콕시기, 할로겐, 시아노기 또는 니트로기로 치환되어 있어도 되지만, R¹¹ 및 R¹² 중 적어도 한쪽은 탄소 원자수 2 내지 8의 알케닐기를 나타낸다)으로 표시되는 화합물을 1종 또는 2종 이상 함유하고, 제2 성분으로서, 일반식(I-b)

(식 중, R¹³ 및 R¹⁴은 탄소 원자수 1 내지 8의 알킬기 또는 탄소 원자수 2 내지 8의 알케닐기를 나타내고, 기 중의 -CH₂- 또는 인접해 있지 않은 2개 이상의 -CH₂-는 각각 독립적으로 -O- 또는 -S-로 치환되어도 되며, 또한, 기 중에 존재하는 1개 또는 2개 이상의 수소 원자는 각각 독립적으로 불소 원자 또는 염소 원자로 치환되어도 되고,
L¹³은 -OCH₂-, -CH₂O-, -CF₂O-, -OCF₂-, -CH₂CH₂-, -CF₂CF₂- 또는 단결합을 나타내고,
환C1 및 환D1은 각각 독립적으로 트랜스-1,4-시클로헥실렌기, 1,4-페닐렌기, 2-플루오로-1,4-페닐렌기, 3-플루오로-1,4-페닐렌기, 3,5-디플루오로-1,4-페닐렌기, 2,3-디플루오로-1,4-페닐렌기, 1,4-시클로헥세닐렌기, 1,4-비시클로[2.2.2]옥틸렌기, 피페리딘-1,4-디일기, 나프탈렌-2,6-디일기, 데카히드로나프탈렌-2,6-디일기 또는 1,2,3,4-테트라히드로나프탈렌-2,6-디일기를 나타내지만, 환C1 및 환D1은 각각 독립하여 탄소 원자수 1∼12의 알킬기, 탄소 원자수 1∼12의 할로겐화알킬기, 탄소 원자수 1∼12의 알콕시기, 탄소 원자수 1∼12의 할로겐화알콕시기, 할로겐, 시아노기 또는 니트로기로 치환되어 있어도 된다)으로 표시되는 화합물을 1종 또는 2종 이상 함유하고, 제2 성분 중, R¹³ 및 R¹⁴이 탄소 원자수 2 내지 8의 알케닐기가 아닌 화합물의 함유량이 90∼100질량%인 것을 특징으로 하는 액정 조성물.
제1항에 있어서,
일반식(I-a)으로 표시되는 화합물이, 식(I-A1)∼(I-A6), (I-B1)∼(I-B6) 및 (I-C1)∼(I-C6)

(식 중, R¹¹ 및 R¹²은 각각 독립적으로 식(I-a) 중의 R¹¹ 및 R¹²과 같은 의미를 나타낸다)
으로 이루어지는 군에서 선택되는 화합물인 액정 조성물.
제1항 또는 제2항에 있어서,
일반식(I-b)으로 표시되는 화합물이, 식(I-D1)∼(I-D3)

(식 중, R¹³ 및 R¹⁴은 각각 독립적으로 식(I-b) 중의 R¹³ 및 R¹⁴과 같은 의미를 나타낸다)으로 이루어지는 군에서 선택되는 화합물인 액정 조성물.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
제3 성분으로서, 일반식(I-c)

(식 중, R¹⁵ 및 R¹⁶은 탄소 원자수 1 내지 8의 알킬기 또는 탄소 원자수 2 내지 8의 알케닐기를 나타내고, 기 중의 -CH₂- 또는 인접해 있지 않은 2개 이상의 -CH₂-는 각각 독립적으로 -O- 또는 -S-로 치환되어도 되며, 또한, 기 중에 존재하는 1개 또는 2개 이상의 수소 원자는 각각 독립적으로 불소 원자 또는 염소 원자로 치환되어도 되고,
L¹⁴은 -OCH₂-, -CH₂O-, -CF₂O-, -OCF₂-, -CH₂CH₂-, -CF₂CF₂- 또는 단결합을 나타내고,
환C2 및 환D2는 각각 독립적으로 트랜스-1,4-시클로헥실렌기, 1,4-페닐렌기, 2-플루오로-1,4-페닐렌기, 3-플루오로-1,4-페닐렌기, 3,5-디플루오로-1,4-페닐렌기, 2,3-디플루오로-1,4-페닐렌기, 1,4-시클로헥세닐렌기, 1,4-비시클로[2.2.2]옥틸렌기, 피페리딘-1,4-디일기, 나프탈렌-2,6-디일기, 데카히드로나프탈렌-2,6-디일기 또는 1,2,3,4-테트라히드로나프탈렌-2,6-디일기를 나타내지만, 환C2 및 환D2는 각각 독립하여 탄소 원자수 1∼12의 알킬기, 탄소 원자수 1∼12의 할로겐화알킬기, 탄소 원자수 1∼12의 알콕시기, 탄소 원자수 1∼12의 할로겐화알콕시기, 할로겐, 시아노기 또는 니트로기로 치환되어 있어도 되고, 복수 존재하는 환D2는 동일해도 되며 달라도 되고, m¹³은 2 또는 3을 나타낸다)으로 표시되는 화합물을 1종 또는 2종 이상 함유하는 액정 조성물.
제4항에 있어서,
일반식(I-c)의 화합물이, 식(I-E1)∼(I-E9)

(식 중, R¹⁵ 및 R¹⁶은 각각 독립적으로 식(I-c) 중의 R¹⁵ 및 R¹⁶과 같은 의미를 나타낸다)
으로 이루어지는 군에서 선택되는 화합물인 액정 조성물.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
일반식(I-a)으로 표시되는 화합물로서, 일반식(Ⅴ)

(식 중, R⁵¹ 및 R⁵²은 각각 독립적으로 식(I-a) 중의 R¹¹ 및 R¹²과 같은 의미를 나타낸다)으로 표시되는 화합물이 1종 또는 2종 이상 함유하는 액정 조성물.
제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
일반식(I-c)으로 표시되는 화합물로서, 일반식(Np-1) 및 (Np-2)

(식 중, R^Np1 및 R^Np2은 각각 독립적으로 탄소 원자수 1 내지 5의 알킬기 또는 탄소 원자수 2 내지 5의 알케닐기를 나타내고, 기 중에 존재하는 1개의 -CH₂- 또는 인접해 있지 않은 2개 이상의 -CH₂-는 각각 독립적으로 -O- 또는 -S-로 치환되어도 되며, 또한, 기 중에 존재하는 1개 또는 2개 이상의 수소 원자는 각각 독립적으로 불소 원자로 치환되어도 되고,
X^Np1, X^Np2, X^Np3, X^Np4 및 X^Np5는 각각 독립적으로 수소 원자 또는 불소 원자를 나타낸다)으로 이루어지는 군에서 선택되는 화합물을 1종 또는 2종 이상 함유하는 액정 조성물.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
20℃에 있어서의 유전율 이방성(Δε)이 -2.0 내지 -8.0의 범위이고, 20℃에 있어서의 굴절률 이방성(Δn)이 0.08 내지 0.14의 범위이고, 20℃에 있어서의 점도(η)가 5 내지 30mPa·s의 범위이고, 20℃에 있어서의 회전 점성(γ1)이 50 내지 150mPa·s의 범위이고, 네마틱상-등방성 액체상 전이 온도(T_ni)가 60℃ 내지 120℃의 범위인 액정 조성물.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
추가로 중합성 화합물을 1종 또는 2종 이상 함유하는 액정 조성물.
제9항에 있어서,
중합성 화합물이 일반식(RM-1)

(식 중, Z^M1 및 Z^M2는 각각 독립하여

를 나타내고, X^M1∼X^M5는 수소 원자, 불소 원자 또는

를 나타내지만, X^M1∼X^M5 중의 적어도 1개는,

를 나타내고,
S^M1는, 탄소 원자수 1∼12의 알킬렌기, 또는 단결합을 나타내며, 당해 알킬렌기 중의 -CH₂-는 산소 원자끼리가 직접 결합하지 않는 것으로서 산소 원자, -COO-, -OCO-, 또는 -OCOO-로 치환되어도 되고,
R^M1은 이하의 식(R-1) 내지 식(R-15)

중 어느 하나를 나타내고,
L^M1 및 L^M2은 서로 독립하여, 단결합, -O-, -CH₂-, -OCH₂-, -CH₂O-, -CO-, -C₂H₄-, -COO-, -OCO-, -CH=CH-COO-, -COO-CH=CH-, -OCO-CH=CH-, -CH=CH-OCO-, -COOC₂H₄-, -OCOC₂H₄-, -C₂H₄OCO-, -C₂H₄COO-, -OCOCH₂-, -CH₂COO-, -CH=CH-, -CF=CH-, -CH=CF-, -CF=CF-, -CF₂-, -CF₂O-, -OCF₂-, -CF₂CH₂-, -CH₂CF₂-, -CF₂CF₂- 또는 -C≡C-를 나타내고, L^M2이 복수 존재하는 경우는 그들은 동일해도 되며 달라도 되고,
존재하는 M^M1은, 1,4-페닐렌기, 1,4-시클로헥실렌기, 나프탈렌-2,6-디일기를 나타내지만, 이들 기 중에 포함되는 수소 원자가 불소 원자, 염소 원자, 또는 탄소 원자수 1∼8의 알킬기, 할로겐화알킬기, 할로겐화알콕시기, 알콕시기, 니트로기, 또는

로 치환되어 있어도 되고,
m^M1은 0, 1 또는 2를 나타내지만,
X^M1∼X^M5, S^M1, R^M1, L^M2 및/또는 M^M1이 복수 존재할 경우에는 그들은 동일해도 되며 달라도 된다)으로 표시되는 화합물인 액정 조성물.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 기재된 액정 조성물을 사용한 액정 표시 소자.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 기재된 액정 조성물을 사용한 액티브 매트릭스 구동용 액정 표시 소자.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 기재된 액정 조성물을 사용한 VA 모드, PSA 모드, PSVA 모드, IPS 모드 또는 ECB 모드용 액정 표시 소자.