TW201435062A - 向列型液晶組成物 - Google Patents

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TW201435062A
TW201435062A TW102135498A TW102135498A TW201435062A TW 201435062 A TW201435062 A TW 201435062A TW 102135498 A TW102135498 A TW 102135498A TW 102135498 A TW102135498 A TW 102135498A TW 201435062 A TW201435062 A TW 201435062A
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liquid crystal
crystal composition
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compound
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Masakazu Kaneoya
Kiyofumi Takeuchi
Masashi Osawa
Kenta Tojo
Tetuo Kusumoto
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Dainippon Ink & Chemicals
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Abstract

本發明提供一種液晶組成物作為不使折射率異向性及向列相-等向性液體相轉移溫度降低或上升，而黏度充分地低，且無顯示不良之介電係數異向性為正之液晶組成物，其係具有正介電係數異向性者，其特徵在於：上述液晶組成物含有選自通式(LC0)表示之化合物中1種或2種以上的化合物，含有選自通式(LC1)至通式(LC5)表示之化合物群中之1種或2種以上的化合物，進而含有1種或2種以上存在於通式(LC2)至通式(LC4)中之A21~A42之至少一者為四氫吡喃-2,5-二基的化合物。

Description

向列型液晶組成物
本發明係關於一種可用作電光性液晶顯示材料之介電係數異向性(△ε)顯示正值之向列型液晶組成物。
液晶顯示元件以鐘錶、計算器開端，逐漸用於各種測定機器、汽車用面板、文字處理機、電子記事本、印表機、電腦、電視、鐘錶、廣告顯示板等。作為液晶顯示方式，其代表性者有TN(扭轉向列)型、STN(超扭轉向列)型、使用TFT(薄膜電晶體)之以垂直配向為特徵之VA型或以水平配向為特徵之IPS(橫向電場效應)型/FFS型等。用於該等之液晶顯示元件之液晶組成物要求對水分、空氣、熱、光等外部因素穩定，又，於以室溫為中心之儘可能較廣之溫度範圍內顯示液晶相，為低黏性，且驅動電壓較低。進而，液晶組成物為了配合各個顯示元件將最適當之介電係數異向性(△ε)或/及折射率異向性(△n)等設為最適當之值，而由數種至數十種之化合物所構成。
垂直配向型顯示器中使用△ε為負之液晶組成物，TN型、STN型或IPS型等水平配向型顯示器中使用△ε為正之液晶組成物。近年來，亦報告有使△ε為正之液晶組成物於未施加電壓時垂直配向，並藉由施加IPS型/FFS型電場而進行顯示之驅動方式，△ε為正之液晶組成物之必要性進一步提高。另一方面，於所有驅動方式中，要求低電壓驅動、 高速響應、較廣之動作溫度範圍。即，要求△ε為正且絕對值較大，黏度(η)較小，且有較高之向列相-等向性液體相轉移溫度(Tni)。又，必須根據作為△n與單元間隙(d)之積之△n×d之設定，將液晶組成物之△n配合單元間隙調節為適當之範圍。此外，由於在將液晶顯示元件應用於電視機等之情形時重視高速響應性，故而要求γ1較小之液晶組成物。
作為液晶組成物之構成成分，有使用作為△ε為正之液晶化合物之式(A-1)或(A-2)所表示之化合物的液晶組成物之揭示(專利文獻1至專利文獻4)，但該等液晶組成物並未實現充分低之黏性。
又，作為液晶化合物，揭示有各種骨架，例如，於專利文獻5至專利文獻19中有作為具有四氫吡喃-2,5-二基之化合物及含有其之組成物之揭示。然而，該等液晶組成物並未實現充分低之黏性。
[專利文獻1]
WO96/032365號
[專利文獻2]
日本特開平09-157202號
[專利文獻3]
WO98/023564號
[專利文獻4]
日本特開2003-183656號
[專利文獻5]
日本特開2005-179676號
[專利文獻6]
日本特開2008-95097號
[專利文獻7]
日本特開2008-95098號
[專利文獻8]
日本特表2006-515283號
[專利文獻9]
日本特表2008-545669號
[專利文獻10]
日本特表2010-500980號
[專利文獻11]
日本特表2008-545666號
[專利文獻12]
日本特開2006-328400號
[專利文獻13]
日本特表2006-508150號
[專利文獻14]
日本特表2007-503485號
[專利文獻15]
日本特表2007-506798號
[專利文獻16]
日本特表2007-507439號
[專利文獻17]
日本特開2008-163316號
[專利文獻18]
日本特表2011-506707號
[專利文獻19]
日本特表2011-510112號
本發明所欲解決之課題在於提供一種液晶組成物，其調整為所需之折射率異向性(△n)，且藉由抑制向列相-等向性液體相轉移溫度(Tni)之降低及向列相之下限溫度之上升而不使向列相之溫度範圍變差，黏度(η)充分低，而且，介電係數異向性(△ε)為正。尤其是在於提供一種具有於低溫範圍中穩定之向列相之液晶組成物。
本發明人對各種氟苯衍生物進行研究，發現藉由將特定之化合物組合，可解決上述課題，從而完成本件發明。
本發明提供一種液晶組成物，其係具有正介電係數異向性者，其特徵在於上述液晶組成物含有選自通式(LC0)所表示之化合物中之1種或2種以上的化合物，進而含有選自通式(LC1)至通式(LC5)所表示之化合物群中之1種或2種以上化合物，含有1種或2種以上存在於通式(LC2)至通式(LC4)中之A21至A42至少任一者為四氫吡喃-2,5-二基之化合物，進而，提供一種使用有該液晶組成物之液晶顯示元件。
(式中，R01~R41分別獨立表示碳數1~15之烷基，該烷基中之1個或2個以上的-CH2-能以氧原子不直接鄰接之方式經-O-、-CH=CH-、-CO-、-OCO-、-COO-、-C≡C-、-CF2O-或-OCF2-取代，該烷基中之1個或2個以上的氫原子亦可任意地經鹵素取代，R51及R52分別獨立表示碳數1~15之烷基，該烷基中之1個或2個以上的-CH2-能以氧原子不直接鄰接之方式經-O-、-CH=CH-、-CO-、-OCO-、-COO-或-C≡C-取代，於下述A51或A53為環己烷環之情形時亦可為-OCF3或- CF3-，A01~A42分別獨立表示下述任一結構，
(該結構中環己烷環之1個或2個以上的-CH2-亦能以氧原子不直接鄰接之方式經-O-取代，該結構中苯環之1個或2個以上的-CH=亦能以氮原子不直接鄰接之方式經-N=取代，X61及X62分別獨立表示-H、-Cl、-F、-CF3或-OCF3)，A51~A53分別獨立表示下述任一結構，
(式中，環己烷環中之1個或2個以上的-CH2CH2-亦可經-CH=CH-、-CF2O-或-OCF2-取代，苯環中之1個或2個以上的-CH=亦能以氮原子不直接鄰接之方式經-N=取代)，X01表示氫原子或氟原子，X11~X43分別獨立表示-H、-Cl、-F、-CF3或-OCF3，Y01~Y41表示-Cl、-F、-OCHF2、-CF3、-OCF3、碳數2~5之經氟化之烷基、烷氧基、烯基或烯氧基，Z01及Z02分別獨立表示單鍵、-CH=CH-、-C≡C-、-CH2CH2-、-(CH2)4-、-OCF2-或-CF2O-，Z31~Z42分別獨立表示單鍵、-CH=CH-、-C≡C-、-CH2CH2-、-(CH2)4-、-OCF2-或-CF2O-，存在之Z31及Z32中之至少一者並非單鍵，Z51及Z52分別獨立表示單鍵、-CH=CH-、-C≡C-、-CH2CH2-、-(CH2)4-、-OCH2-、-CH2O-、-OCF2-或-CF2O-，m01~m51分別獨立表示0~3之整數，m01+m02、m31+m32及m41+m42分別獨立表示1、2、3或4，於存在複數個A01、A03、A23、A31、A32、A41、A42、A52、Z01、Z02、Z31、Z32、Z41、Z42及/或Z52之情形時，該等可相同， 亦可不同)
本發明之液晶組成物具有△ε為正且其絕對值可較大之特徵。又，η亦較低，旋轉黏性(γ1)亦較小，液晶性優異，於較廣之溫度範圍內顯示穩定之液晶相。進而，為對熱、光、水等化學穩定，可進行低電壓驅動之實用且可靠性較高之液晶組成物。
本案發明之液晶組成物含有選自上述通式(LC0)所表示之化合物中之1種或2種以上的化合物，進而含有選自通式(LC1)至通式(LC5)所表示之化合物群中1種或2種以上的化合物。包含通式(LC0)所表示之化合物及通式(LC1)至通式(LC5)所表示之化合物之液晶組成物於低溫下亦顯示穩定之液晶相，故而可謂為實用之液晶組成物。
該等通式(LC0)至通式(LC5)中，較佳為R01~R52分別獨立為碳數1~8之烷基、碳數2~8之烯基或碳數1~8之烷氧基，較佳為直鏈。於R01~R52為烯基之情形時，較佳為選自式(R1)至式(R5)
(各式中之黑點表示與環之連結點)中之任一者所表示之基。於A01、A11、A21、A31、A41、A51、A53為反式-1,4-伸環己基之情形時，該等較佳，進而較佳為式(R1)、式(R2)、式(R4)。進而較佳為含有1種或2種以上之通式(LC5)中之R51、R52之至少一者為式(R1)至式(R5)之任一種烯 基的化合物。
較佳為A01~A42分別獨立為反式-1,4-伸環己基、1,4-伸苯 基、3-氟-1,4-伸苯基或3,5-二氟-1,4-伸苯基及四氫吡喃-2,5-二基。於A01~A42中含有四氫吡喃-2,5-二基之情形時，較佳為A01、A11、A21及A31。作為具體之較佳之具有四氫吡喃-2,5-二基之化合物，可列舉下述記載之通式(LC0-7)至通式(LC0-9)、通式(LC0-23)、通式(LC0-24)、通式(LC0-26)、通式(LC0-27)、通式(LC0-20)、通式(LC0-40)、通式(LC0-51)至通式(LC0-53)、通式(LC0-110)、通式(LC0-111)、通式(LC2-9)至通式(LC2-14)、通式(LC3-23)至通式(LC3-32)、通式(LC4-12)至通式(LC4-14)、通式(LC4-16)、通式(LC4-19)及通式(LC4-22)。於該情形時，為了解決本發明之課題，較佳為含有選自該等化合物群中之1種或2種以上的化合物。
較佳為A51~A53分別獨立為反式-1,4-伸環己基、1,4-伸苯 基、3-氟-1,4-伸苯基或2-氟-1,4-伸苯基。
較佳為Z01及Z02分別獨立為單鍵、-CH=CH-、-C≡C-、 -CH2CH2-、-OCF2-或-CF2O-，於存在之Z01及Z02中之一者表示-CH=CH-、-C≡C-、-CH2CH2-、-(CH2)4-、-OCF2-或-CF2O-之情形時，較佳為另一者表示單鍵，進而較佳為均表示單鍵。
較佳為Z31~Z42分別獨立為單鍵、-CH=CH-、-C≡C-、 -CH2CH2-、-OCH2-、-CH2O-、-OCF2-或-CF2O-，於存在之Z31~Z42中之一者表示-CH=CH-、-C≡C-、-CH2CH2-、-(CH2)4-、-OCF2-或-CF2O-之情形時，較佳為其他為單鍵。
較佳為Z51及Z52分別獨立為單鍵、-CH=CH-、-C≡C-、 -CH2CH2-、-OCF2-或-CF2O-，於存在之Z51及Z52中之一者表示-CH=CH-、-C≡C-、-CH2CH2-、-(CH2)4-、-OCH2-、-CH2O-、 -OCF2-或-CF2O-之情形時，較佳為另一者為單鍵，進而較佳為均表示單鍵。
就較大之介電係數異向性(△ε)或相對於同程度之介電係數異向性(△ε)成為明顯較低之黏度(η)而言，特佳為X01為F。
較佳為X11~X43分別獨立為H或F，較佳為X11、X21、X31、及X41為F。
較佳為Y01~Y41分別獨立為F、CF3或OCF3。
m01~m51可分別獨立表示0~3之整數，更佳為m01+m02為1或2，更佳為m21為0，更佳為m31+m32為1、2或3，更佳為m41+m42為1或2。
更佳為通式(LC0)所表示之液晶化合物為下述通式(LC0-a)至(LC0-h)(式中，R01、A01、A02、A03、Z01、Z02、X01及Y01表示通式(LC0)中之相同含義，於存在2個以上之A01、A03及/或Z01、Z02之情形時，分別可相同，亦可不同)所表示之化合物。
本發明之液晶組成物作為通式(LC0)所表示之化合物，較佳為(LC0-a)至(LC0-h)所表示之化合物。
進而，進而較佳為下述通式(LC0-1)至通式(LC0-111)
(式中，R與通式(LC0)中之R01表示相同含義，「-F、CF3、OCF3」分別獨立表示-F、-CF3、-OCF3或OCF3中之任一者，(-F)表示作為取代基之H或F)所表示之化合物。通式(LC0-1)至通式(LC0-19)所表示之化合物具有較大之介電係數異向性(△ε)與明顯較低之黏度(η)，同時具有優異之相溶性，故而特佳。通式(LC0-20)至通式(LC0-111)所表示之化合物具有較大之介電係數異向性(△ε)與相對較低之黏度(η)，同時具有較高向列相-等向性液體相轉移溫度(Tni)，故而特佳。
通式(LC2)所表示之化合物更佳為下述通式(LC2-1)至通式(LC2-17)
(式中，X23、X24、X25及X26分別獨立表示氫原子、Cl、F、CF3或OCF3，X22、R21及Y21表示於通式(LC2)中之相同含義)所表示之化合物。進而較佳為通式(LC2-1)至通式(LC2-4)及通式(LC2-9)至通式(LC2-11)所表示之化合物群。
關於通式(LC2)中之具有四氫吡喃-2,5-二基之化合物，較佳為通式(LC2-9)至通式(LC2-17)所表示之化合物，更優異為通式(LC2-9)至通式(LC2-12)、通式(LC2-14)。
通式(LC3)所表示之化合物進而較佳為下述通式(LC3-1)至通式(LC3-41)
(式中，X33、X34、X35、X36、X37及X38分別獨立表示H、Cl、F、CF3或OCF3，X32、R31、A31、Y31及Z31表示通式(LC3)中之相同含義)所表示之化合物。更佳為將其中之通式(LC3-5)、通式(LC3-15)、通式(LC3-20)至通式(LC3-32)所表示之化合物群與作為本發明之必需成分之通式(LC0) 併用。又，更佳為將選自通式(LC3-20)及通式(LC3-21)中之X33及X34為F之化合物群及/或通式(LC3-25)、通式(LC3-26)、通式(LC3-30)至通式(LC3-32)之化合物群中之化合物與作為本發明之必需成分之通式(LC0)併用。
關於通式(LC3)中之具有四氫吡喃-2,5-二基之化合物，較佳為通式(LC3-23)至通式(LC3-41)所表示之化合物，較佳為相對於液晶組成物之總和含有5至35%。
通式(LC4)所表示之化合物較佳為下述通式(LC4-1)至通式(LC4-23)
(式中，X44、X45、X46及X47分別獨立表示H、Cl、F、CF3或OCF3，X42、X43、R41及Y41表示與通式(LC4)中相同之含義)所表示之化合物。更佳為將其中之通式(LC4-1)至通式(LC4-3)、通式(LC4-6)、通式(LC4-9)、通式(LC4-10)、通式(LC4-12)至通式(LC4-17)所表示之化合物群與作為本發明之必需成分之通式(LC0)併用。進而較佳為將選自通式(LC4-9)至通式(LC4-11)及通式(LC4-15)至通式(LC4-17)中之X44及/或X45為F之化合物群中之化合物與作為本發明之必需成分之通式(LC0)併用。
通式(LC5)所表示之化合物較佳為下述通式(LC5-1)至通式(LC5-26)
(式中，R51及R52表示通式(LC5)中之相同含義)所表示之化合物。較佳為將其中之通式(LC5-1)至通式(LC5-8)、通式(LC5-14)、通式(LC5-16)、通式(LC5-18)至通式(LC5-26)所表示之化合物群與作為本發明之必需成分之通式(LC0)併用。進而較佳為通式(LC5-1)及通式(LC5-4)中之R51及R52之至少一者為烯基之化合物群，尤其是下述式(R1)至(R5)中之任一種烯基。
較佳為通式(LC5)所表示之化合物係含有1種或2種以上，且含量為20~70質量%，更佳為30~70質量%。
本發明之液晶組成物含有通式(LC0)所表示之化合物與選自通式(LC1)至通式(LC5)所表示之化合物群中之化合物，通式(LC2)至通式(LC4)所表示之化合物之中含有至少一個具有四氫吡喃-2,5-二基之化合物，更佳為通式(LC2)及通式(LC3)所表示之化合物之中含有至少一個具有四氫吡喃-2,5-二基之化合物。
具有四氫吡喃-2,5-二基之化合物之含量較佳為5~50質量%之範圍，更佳為10~40質量%之範圍。
較佳為本發明之液晶組成物於20℃時之黏度η為20mPa‧s以下。
本發明之液晶組成物可含有1種或2種以上之光學活性化合物。光學活性化合物若為可使液晶分子扭轉配向者，則可使用任意者。通常該扭轉會因溫度而變化，故而為了獲得所需之溫度依存性，亦可使用複數種光學活性化合物。為了不對向列型液晶相之溫度範圍或黏度等造成不良影響，較佳為選擇扭轉效果較強之光學活性化合物使用。作為此種光學活性化合物，具體而言，較佳為膽固醇壬酸酯等液晶或下述通式(Ch-1)至通式(Ch-6)所表示之化合物。
(式中，Rc1、Rc2、R*分別獨立表示碳數1~15之烷基，該烷基中之1個或2個以上的-CH2-能以氧原子不直接鄰接之方式經-O-、-CH=CH-、-CO-、-OCO-、-COO-、-C≡C-、-CF2O-或-OCF2-取代，該烷基中之1個或2個以上的氫原子亦可任意地經鹵素取代，其中R*具有至少1個具有光學活性之支鏈基或鹵素取代基，Zc1、Zc2分別獨立表示單鍵、-CH=CH-、-C≡C-、-CH2CH2-、-(CH2)4-、-COO-、-OCO-、-OCH2-、-CH2O-、-OCF2-或-CF2O-，D1、D2表示環己烷環或苯環，環己烷環中之1個或2個以上的-CH2-亦能以氧原子不直接鄰接之方式經-O-取代，又，該環中之1個或2個以上的-CH2CH2-亦可經-CH=CH-、-CF2O-或-OCF2-取代，苯環中之1個或2個以上的-CH=亦能以氮原子不直接鄰接之方式經-N=取代，該環中之1個以上之氫原子可經F、Cl、CH3取代，t1、t2表示0、1、2或3，MG*、Qc1及Qc2表示下述之結構
(式中，D3、D4表示環己烷環或苯環，環己烷環中之1個或2個以上的-CH2-亦能以氧原子不直接鄰接之方式經-O-取代，又，該環中之1個或2個以上的-CH2CH2-亦可經-CH=CH-、-CF2O-或-OCF2-取代，苯環中之1個或2個以上的-CH=亦能以氮原子不直接鄰接之方式經-N=取代，該環中之1個以上之氫原子可經F、Cl、CH3取代)
本發明之液晶組成物亦可含有1種或2種以上之聚合性化合物，聚合性化合物較佳為以苯衍生物、聯三伸苯衍生物、參茚并苯衍生物、酞青素衍生物或環己烷衍生物作為分子之中心之母核，以直鏈烷基、直鏈烷氧基或經取代之苯甲醯氧基作為其側鏈而放射狀地取代之結構的圓盤狀液晶化合物。
具體而言，聚合性化合物較佳為通式(PC)
所表示之聚合性化合物。(式中，P1表示聚合性官能基，Sp1表示碳原子數0~20之間隔基，Qp1表示單鍵、-O-、-NH-、-NHCOO-、-OCONH-、-CH=CH-、-CO-、-COO-、-OCO-、-OCOO-、-OOCO-、-CH=CH-、-CH=CH-COO-、-OCO-CH=CH-或-C≡C-，p1及p2分別獨立表示1、2或3，MGp表示液晶原基或液晶原性支持基，Rp1表示鹵素原子、氰基或碳原子數1~25之烷基，該烷基中之1個或2個以上的CH2基可以O原子不直接鄰接之方式經-O-、-S-、-NH-、-N(CH3) -、-CO-、-COO-、-OCO-、-OCOO-、-SCO-、-COS-或-C≡C-取代，或者，Rp1可為P2-Sp2-Qp2-，P2、Sp2、Qp2分別獨立表示與P1、Sp1、Qp1相同之含義)
更佳為聚合性化合物通式(PC)中之MGp為以下之結構
所表示之聚合性化合物。
(式中，C01~C03分別獨立表示1,4-伸苯基、1,4-伸環己基、1,4-環己烯基、四氫吡喃-2,5-二基、1,3-二烷-2,5-二基、四氫噻喃-2,5-二基、1,4-二環(2,2,2)伸辛基、十氫化萘-2,6-二基、吡啶-2,5-二基、嘧啶-2,5-二基、吡-2,5-二基、1,2,3,4-四氫化萘-2,6-二基、2,6-伸萘基、菲-2,7-二基、9,10-二氫化菲-2,7-二基、1,2,3,4,4a,9,10a-八氫化菲-2,7-二基或茀-2,7-二基，1,4-伸苯基、1,2,3,4-四氫化萘-2,6-二基、2,6-伸萘基、菲-2,7-二基、9,10-二氫化菲-2,7-二基、1,2,3,4,4a,9,10a-八氫化菲-2,7-二基及茀-2,7-二基可含有1個以上之F、Cl、CF3、OCF3、氰基、碳原子數1~8之烷基、烷氧基、烷醯基、烷醯氧基、碳原子數2~8之烯基、烯氧基、烯醯基或烯醯氧基作為取代基，Zp1及Zp2分別獨立表示-COO-、-OCO-、-CH2CH2-、-OCH2-、-CH2O-、-CH=CH-、-C≡C-、-CH=CHCOO-、-OCOCH=CH-、-CH2CH2COO-、-CH2CH2OCO-、-COOCH2CH2-、-OCOCH2CH2-、-CONH-、-NHCO-或單鍵，p3表示0、1或2)
於此，於Sp1及Sp2分別獨立為伸烷基(alkylene)之情形時，該伸烷基可經1個以上之鹵素原子或CN取代，存在於該基中之1個或2個以上的CH2基可以O原子不直接鄰接之方式經-O-、-S-、-NH-、- N(CH3)-、-CO-、-COO-、-OCO-、-OCOO-、-SCO-、-COS-或-C≡C-取代。又，較佳為P1及P2分別獨立為下述通式
中之任一者。
(式中，Rp2至Rp6分別獨立表示氫原子、鹵素原子或碳原子數1~5之烷基)
更具體而言，較佳為聚合性化合物通式(PC)為通式(PC0-1)至通式(PC0-6)
(式中，p4分別獨立表示1、2或3)所表示之聚合性化合物。進而具體而言，較佳為通式(PC1-1)至通式(PC1-9)
(式中，p5表示0、1、2、3或4)所表示之聚合性化合物。其中，Sp1、Sp2、Qp1及Qp2較佳為單鍵，P1及P2較佳為式(PC0-a)，更佳為丙烯醯氧基及甲基丙烯醯氧基，p1+p4較佳為為2、3或4，較佳為Rp1為H、F、CF3、OCF3、CH3或OCH3。進而，較佳為通式(PC1-2)、通式(PC1-3)、通式(PC1-4)及通式(PC1-8)所表示之化合物。
又，亦較佳為通式(PC)中之MGp為通式(PC1)-9所表示之圓盤狀液晶化合物。
(式中，R7分別獨立表示P1-Sp1-Qp1或通式(PC1-e)之取代基，R81及R82分別獨立表示氫原子、鹵素原子或甲基，R83表示碳原子數1~20之烷氧基，該烷氧基中之至少1個氫原子經上述通式(PC0-a)至(PC0-d)所表示之取代基取代)
聚合性化合物之使用量較佳為0.05~2.0質量%。
本發明之含有聚合性化合物之液晶組成物係使該聚合性化合物進行聚合而製作液晶顯示元件。此時，要求將未聚合成分降低至所期望之量以下，較佳為在液晶組成物中含有通式(LC0)中之部分結構中具有聯苯基及/或聯三苯基之聚合性化合物。進而具體而言，較佳為通式(LC0-4)至通式(LC0-6)、通式(LC0-10)至通式(LC0-16)、通式(LC0-27)至通式(LC0-107)所表示之化合物，較佳為選擇一種或兩種以上而含有0.1~40質量%。又，較佳為於通式(PC1-1)至通式(PC1-3)、通式(PC1-8)或通式(PC1-9)所表示之聚合性化合物所組成之群中併用。
上述液晶組成物亦可進而含有1種或2種以上之抗氧化劑，亦可進而含有1種或2種以上之UV吸收劑。作為抗氧化劑，較佳為選自下述通式(E-1)及/或通式(E-2)所表示者之中。
(式中，Re1表示碳數1~15之烷基，該烷基中之1個或2個以上的-CH2-能以氧原子不直接鄰接之方式經-O-、-CH=CH-、-CO-、-OCO -、-COO-、-C≡C-、-CF2O-或-OCF2-取代，該烷基中之1個或2個以上的氫原子亦可任意地經鹵素取代，Ze1、Ze2分別獨立表示單鍵、-CH=CH-、-C≡C-、-CH2CH2-、-(CH2)4-、-COO-、-OCO-、-OCH2-、-CH2O-、-OCF2-或-CF2O-，E1表示環己烷環或苯環，環己烷環中之1個或2個以上的-CH2-亦能以氧原子不直接鄰接之方式經-O-取代，又，該環中之1個或2個以上的-CH2CH2-可經-CH=CH-、-CF2O-或-OCF2取代，苯環中之1個或2個以上的-CH=亦能以氮原子不直接鄰接之方式經-N=取代，該環中之1個以上之氫原子可經F、Cl、CH3取代，q1表示0、1、2或3)
本發明之液晶組成物可以液晶顯示元件、尤其是主動矩陣驅動用液晶顯示元件之形式例如用於TN模式、OCB模式、ECB模式、IPS(包含FFS電極)模式或VA-IPS模式(包含FFS電極)。於此，所謂VA-IPS模式，係於未施加電壓時，將介電係數異向性為正之液晶材料(△ε>0)相對於基板面垂直配向，利用配置於同一基板面上之像素電極及共用電極驅動液晶分子之方法，由於液晶分子排列於以像素電極及共用電極產生之彎曲電場之方向上，故而有可容易地形成像素分割或多區域，且響應亦優異之優勢。根據非專利文獻Proc.13th IDW,97(1997)、Proc.13th IDW,175(1997)、SID Sym.Digest,319(1998)、SID Sym.Digest,838(1998)、SID Sym.Digest,1085(1998)、SID Sym.Digest,334(2000)、Eurodispiay Proc.,142(2009)，有EOC、VA-IPS等各種名稱，本發明中以下簡稱為「VA-IPS」。
一般而言，TN、ECB方式中之弗雷德里克茲(Freedericksz)轉變之閾值電壓(Vc)藉由式(I)
表示，STN方式中係藉由式(II)
表示，VA方式中係藉由式(III)表示。
(式中，Vc表示弗雷德里克茲轉變(V)，表示圓周率，dcell表示第一基板與第二基板之間隔(μm)，dgap表示像素電極與共用電極之間隔(μm)，dITO表示像素電極及/或共用電極之寬(μm)，<r1>、<r2>、及<r3>表示外插長(μm)，K11表示展曲彈性常數(N)，K22表示扭轉彈性常數(N)、K33表示彎曲彈性常數(N)，△ε表示介電常數之異向性)。
另一方面，VA-IPS方式中，根據本發明人等，發現適用式(IV)。
(式中，Vc表示弗雷德里克茲轉變(V)，表示圓周率，dcell表示第一基板與第二基板之間隔(μm)，dgap表示像素電極與共用電極之間隔(μm)， dITO表示像素電極及/或共用電極之寬(μm)，<r>、<r'>、<r3>表示外插長(μm)，K33表示彎曲彈性常數(N)，△ε表示介電常數之異向性)根據式(IV)，單元結構係藉由儘可能減小dgap，儘可能增大dITO而謀求低驅動電壓化，藉由選擇使用之液晶組成物之△ε之絕對值較大、K33較小者而謀求低驅動電壓化。
本發明之液晶組成物可調整為較佳之△ε、K11、K33。
液晶組成物之折射率異向性(△n)同顯示裝置之第一基板與第二基板之間隔(d)之積(△n‧d)與視角特性或響應速度強烈相關。因此，間隔(d)有變薄為3~4μm之傾向。積(△n‧d)於TN模式、ECB模式、IPS模式之情形較佳為0.31~0.33。於VA-IPS模式中，相對於兩基板垂直配向之情形時較佳為0.20~0.59，特佳為0.30~0.40。如此，根據各種顯示元件之模式之種類，積(△n‧d)之適當值不同，故而要求具有0.070~0.110之範圍、0.100~0.140之範圍、或者0.130~0.180之範圍的各不相同之範圍之折射率異向性(△n)之液晶組成物。於本發明之液晶組成物中，為了獲得較小或者相對較小之折射率異向性(△n)，較佳為選擇通式(LC0-1)至通式(LC0-3)、通式(LC0-7)至通式(LC0-9)、通式(LC0-20)至通式(LC0-30)所表示之化合物所組成之群中之一種或兩種以上而含有0.1~80質量%，為了獲得較大或者相對較大之折射率異向性(△n)，較佳為選擇通式(LC0-4)至通式(LC0-6)、通式(LC0-10)至通式(LC0-16)、通式(LC0-27)至通式(LC0-107)所表示之化合物所組成之群中之一種或兩種以上而含有0.1~60質量%。
未施加時之液晶配向必須與基板面大致水平之TN模式、ECB模式之情形時的傾斜角較佳為0.5~7°，未施加時之液晶配向必須與基板面大致垂直之VA-IP模式之情形時的傾斜角較佳為85~90°。為了如此使液晶組成物配向，可設置由聚醯亞胺(PI)、聚醯胺、查耳酮、桂皮酸酯 (cinnamate)或桂皮醯(cinnamoyl)等所構成之配向膜。又，較佳為配向膜係使用利用光配向技術而製成者。含有通式(LC0)中之X01為F之化合物之本發明的液晶組成物易於排列於配向膜之易磁化軸，且易於控制所需之傾斜角。
進而，含有通式(PC)所表示之化合物作為聚合性化合物之本發明之液晶組成物可提供於施加電壓下或者未施加電壓下使該液晶組成物中所含有之聚合性化合物聚合而製作之高分子穩定化之TN模式、OCB模式、ECB模式、IPS模式或VA-IPS模式用液晶顯示元件。
[實施例]
以下，舉例進一步詳述本案發明，但本案發明並不受該等限定。又，以下之實施例及比較例之組成物中之「%」意指『質量%』。
作為液晶組成物之物性，如以下所示。
TN-1：向列相-等向性液體相轉移溫度(℃)
T-n：向列相之下限溫度(℃)
ε⊥：於25℃相對於分子長軸方向垂直之方向之介電常數
△ε：於25℃之介電係數異向性
no：於25℃對尋常光之折射率
△n：於25℃之折射率異向性
Vth：於25℃施加頻率1KHz之矩形波時之穿透率變化10%之在單元厚度為6μm之單元中之施加電壓(V)
η20：於20℃之總體黏性(mPa‧s)
γ1：旋轉黏性(mPa‧S)
化合物記載中係使用下述縮寫。
(實施例1、比較例1及比較例2)
以下，表示製備之本發明之液晶組成物(實1)、及為了比較而製備之液晶組成物(比1)以及(比2)之物性值。
(比1)與(比2)之組成物係不含有通式(LC0)所表示之 化合物之組成物。可知由於(實1)之組成物黏度遠遠較低，-25℃之保存性較佳，故而可提供具有於低溫範圍中穩定之向列相之液晶顯示元件，本發明之組合非常優異。
(實施例2)
以下，表示所製備之液晶組成物及其物性值。
(實施例3)
以下，表示所製備之液晶組成物及其物性值。
(實施例4)
以下，表示所製備之液晶組成物及其物性值。
(實施例5)
以下，表示所製備之液晶組成物及其物性值。
(實施例6)
以下，表示所製備之液晶組成物及其物性值。
(實施例7)
以下，表示所製備之液晶組成物及其物性值。
(實施例8)
以下，表示所製備之液晶組成物及其物性值。
(實施例9)
以下，表示所製備之液晶組成物及其物性值。
(實施例10)
以下，表示所製備之液晶組成物及其物性值。
(實施例11)
以下，表示所製備之液晶組成物及其物性值。
(實施例12)
以下，表示所製備之液晶組成物及其物性值。
(實施例13)
使用於同一基板上設有一對梳形電極構造之透明電極之第一基板與未設有電極構造之第二基板，於各基板上形成垂直配向性之配向膜，以第一基板與第二基板製作間隙間隔4.0微米之IPS用空單元。向該空單元中注入實施例12所示之液晶組成物而製作液晶顯示元件。測定該顯示元件之電光學特性，結果使穿透率變化10%之施加電壓為1.42v。又，施加5v時之響應速度為7.1毫秒，切斷電壓時之響應速度為15.5毫秒。
相對於99%實施例12所示之液晶組成物，添加1%式(PC-1)-3-1所表示之聚合性化合物，
並均勻地溶解，藉此製備聚合性液晶組成物CLC-A。CLC-A之物性與實施例12所示之液晶組成物之物性大致無差異。
將CLC-A夾持於上述IPS用空單元後，一面以頻率1KHz 施加1.8V之矩形波，一面經由截斷300nm以下之紫外線之濾光片，藉由高壓水銀燈對液晶單元照射紫外線。以單元表面之照射強度成為20mW/cm2之方式進行調整，照射600秒鐘，從而獲得使聚合性液晶組成物中之聚合性化合物聚合而成之垂直配向性液晶顯示元件。測定該顯示元件之電光學特性，結果使穿透率變化10%之施加電壓為1.48v。又，施加5v時之響應速度為4.8毫秒。又，切斷電壓時之響應速度為5.2毫秒，與僅以實施例12所示之液晶組成物製作之液晶顯示元件相比，係非常快速者。

Claims (23)

  1. 一種液晶組成物，其係具有正介電係數異向性者，其特徵在於：該液晶組成物含有選自通式(LC0)表示之化合物中1種或2種以上的化合物，進而含有選自通式(LC1)至通式(LC5)表示之化合物群中1種或2種以上的化合物，含有1種或2種以上存在於通式(LC2)至通式(LC4)中之A21至A42至少任一者為四氫吡喃-2,5-二基的化合物， (式中，R01~R41分別獨立表示碳數1~15之烷基，該烷基中之1個或2個以上的-CH2-能以氧原子不直接鄰接之方式經-O-、-CH=CH-、-CO-、-OCO-、-COO-、-C≡C-、-CF2O-或-OCF2-取代，該烷基中之1個或2個以上的氫原子亦可任意地經鹵素取代，R51及R52分別獨立表示碳數1~15之烷基，該烷基中之1個或2個以上的-CH2-能以氧原子 不直接鄰接之方式經-O-、-CH=CH-、-CO-、-OCO-、-COO-或-C≡C-取代，於下述A51或A53為環己烷環之情形時亦可為-OCF3或-CF3，A01~A42分別獨立表示下述任一結構 (該結構中環己烷環之1個或2個以上的-CH2-亦能以氧原子不直接鄰接之方式經-O-取代，該結構中苯環之1個或2個以上的-CH=亦能以氮原子不直接鄰接之方式經-N=取代，X61及X62分別獨立表示-H、-Cl、-F、-CF3或-OCF3)，A51~A53分別獨立表示下述任一結構 (式中，環己烷環中之1個或2個以上的-CH2CH2-亦可經-CH=CH-、-CF2O-或-OCF2-取代，苯環中之1個或2個以上的-CH=亦能以氮原子不直接鄰接之方式經-N=取代)，X01表示氫原子或氟原子，X11~X43分別獨立表示-H、-Cl、-F、-CF3或-OCF3，Y01~Y41表示-Cl、-F、-OCHF2、-CF3、-OCF3、碳數2~5之經氟化之烷基、烷氧基、烯基或烯氧基，Z01及Z02分別獨立表示單鍵、-CH=CH-、-C≡C-、-CH2CH2-、-(CH2)4-、-OCF2-或-CF2O-，Z31~Z42分別獨立表示單鍵、-CH=CH-、-C≡C-、-CH2CH2-、-(CH2)4-、-OCF2-或-CF2O-，存在之Z31及Z32中至少一者並非單鍵，Z51及Z52分別獨立表示單鍵、-CH=CH-、-C≡C-、-CH2CH2-、-(CH2)4-、-OCH2-、-CH2O-、-OCF2-或-CF2O-，m01~m51分別獨立表示0~3之整數，m01+m02、m31+m32及 m41+m42分別獨立表示1、2、3或4，於存在複數個A01、A03、A23、A31、A32、A41、A42、A52、Z01、Z02、Z31、Z32、Z41、Z42及/或Z52之情形時，該等可相同，亦可不同)。
  2. 如申請專利範圍第1項之液晶組成物，其含有1種或2種以上之通式(LC0)表示的化合物，進而含有選自通式(LC1)至通式(LC4)表示之化合物群中1種或2種以上的化合物，進而含有1種或2種以上之通式(LC5)表示的化合物。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之液晶組成物，其中，通式(LC0)中，X01為F。
  4. 如申請專利範圍第1或2項之液晶組成物，其含有選自由存在於通式(LC2)中之A21至A23至少一者為四氫吡喃-2,5-二基的化合物、及存在於通式(LC3)中之A31及A32至少一者為四氫吡喃-2,5-二基的化合物組成之群中1種或2種以上的化合物。
  5. 如申請專利範圍第1或2項之液晶組成物，其含有選自由通式(LC2-1)至通式(LC2-17)表示之化合物組成之群中1種或2種以上的化合物作為通式(LC2)表示之化合物， (式中，X23、X24、X25及X26分別獨立表示氫原子、Cl、F、CF3或OCF3，X22、R21及Y21表示與申請專利範圍第1項相同之含義)。
  6. 如申請專利範圍第1或2項之液晶組成物，其含有選自由通式(LC3-1)至通式(LC3-41)表示之化合物組成之群中1種或2種以上的化合物作為通式(LC3)表示之化合物， (式中，X33、X34、X35、X36、X37及X38分別獨立表示H、Cl、F、CF3或OCF3，X32、R31、A31、Y31及Z31表示與申請專利範圍第1項相同之含義)。
  7. 如申請專利範圍第1或2項之液晶組成物，其含有選自由通式(LC4-1)至通式(LC4-23)表示之化合物組成之群中1種或2種以上的化合物作為通式(LC4)表示之化合物， (式中，X44、X45、X46及X47分別獨立表示H、Cl、F、CF3或OCF3，X42、 X43、R41及Y41表示與申請專利範圍第1項相同之含義)。
  8. 如申請專利範圍第1或2項之液晶組成物，其含有選自由通式(LC5-1)至通式(LC5-26)表示之化合物組成之群中1種或2種以上的化合物作為通式(LC5)表示之化合物， (式中，R51及R52表示與申請專利範圍第1項相同之含義)。
  9. 如申請專利範圍第1或2項之液晶組成物，其含有1種或2種以上存在於通式(LC0)至通式(LC5)中之R01至R52為碳數2~5之烯基的化合物。
  10. 如申請專利範圍第1或2項之液晶組成物，其含有選自由存在於通式(LC0)之A01~A03中至少一者為四氫吡喃-2,5-二基的化合物、通式(LC1)中之A11為四氫吡喃-2,5-二基的化合物、存在於通式(LC4)之A41~A42中至少一者為四氫吡喃-2,5-二基的化合物及存在於通式(LC5)之A51~A53中至少一者為四氫吡喃-2,5-二基的化合物表示之化合物組成之群中1種或2種以上的化合物。
  11. 如申請專利範圍第1或2項之液晶組成物，其含有選自由存在於通式(LC0)之Z01~Z02中至少一者為-CF2O-或-OCF2-的化合物、存在於通式(LC3)之Z31~Z32中至少一者為-CF2O-或-OCF2-的化合物、存在於通式(LC4)之Z41~Z42中至少一者為-CF2O-或-OCF2-的化合物及存在於通式(LC5)之Z51~Z52中至少-者為-CF2O-或-OCF2-的化合物組成之群中1種或2種以上的化合物。
  12. 如申請專利範圍第1或2項之液晶組成物，其含有30~70質量%之通式(LC5)表示之化合物，液晶組成物於20℃之黏度η為20mPa‧s以下。
  13. 如申請專利範圍第1或2項之液晶組成物，其含有1種或2種以上之光學活性化合物。
  14. 如申請專利範圍第1或2項之液晶組成物，其含有1種或2種以上之聚合性化合物。
  15. 如申請專利範圍第1或2項之液晶組成物，其含有1種或2種以上之抗氧化劑。
  16. 如申請專利範圍第1或2項之液晶組成物，其含有1種或2種以上 之UV吸收劑。
  17. 一種液晶顯示元件，其使用有申請專利範圍第1至16項中任一項之液晶組成物。
  18. 一種主動矩陣驅動用液晶顯示元件，其使用有申請專利範圍第1至16項中任一項之液晶組成物。
  19. 一種TN模式、OCB模式、ECB模式、IPS模式或VA-IPS模式用液晶顯示元件，其使用有申請專利範圍第1至16項中任一項之液晶組成物。
  20. 一種高分子穩定化之TN模式、OCB模式、ECB模式、IPS模式或VA-IPS模式用液晶顯示元件，其係使用申請專利範圍第14項之液晶組成物，於施加電壓下或未施加電壓下使該液晶組成物中含有之聚合性化合物聚合而製作。
  21. 如申請專利範圍第17至20項中任一項之液晶顯示元件，其中，於與液晶分子接觸之面使該液晶分子水平、傾斜及/或垂直配向的配向層，係含有選自聚醯亞胺(PI)、聚醯胺、查耳酮、桂皮酸酯(cinnamate)或桂皮醯(cinnamoyl)中至少一種之化合物的配向膜。
  22. 一種液晶顯示元件，其於申請專利範圍第21項之配向層進而含有聚合性液晶化合物及/或聚合性非液晶化合物。
  23. 如申請專利範圍第21項之液晶顯示元件，其設有使用光配向技術製作之配向膜來作為與液晶組成物接觸之面的配向層。
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