TWI648384B - Nematic liquid crystal composition - Google Patents

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Abstract

本發明係一種液晶組成物，具有正介電各向導性，且其含有1種或2種以上通式(LC0)所表示之化合物，並含有1種或2種以上通式(LC1)所表示之化合物，
本發明之液晶組成物被調整為所需之折射率各向異性(△n)，且藉由抑制向列相-各向同性液體相轉變溫度(Tni)之降低及向列相之下限溫度之上升而在不使向列相之溫度範圍惡化之情況下使黏度(η)足夠低，藉由將本發明之液晶組成物用於液晶顯示元件，可獲得響應速度較快且可低電壓驅動之於實用上可靠性較高之液晶顯示元件。

Description

向列型液晶組成物
本發明係關於一種可用作電光液晶顯示材料之介電各向導性(△ε)顯示正值之向列型液晶組成物。
液晶顯示元件被應用於鐘錶、計算器、以及各種測定機器、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，其代表性方式有TN(扭轉向列)型、STN(超扭轉向列)型、使用TFT(薄膜電晶體)之以垂直定向為特徵之VA型或以水平定向為特徵之IPS(橫向電場效應)型/FFS型等。對於用於該等液晶顯示元件之液晶組成物要求：對於水分、空氣、熱、光等外在因素較為穩定，又，於以室溫為中心儘可能廣之溫度範圍內顯示液晶相，黏性較低，且驅動電壓較低。進而，為了將對於各個顯示元件綜合最佳之介電各向導性(△ε)或/及折射率各向異性(△n)等設為最佳之值，液晶組成物係由數種至數十種化合物所構成。
垂直定向型顯示器中，使用△ε為負之液晶組成物，TN型、STN型或IPS型等水平定向型顯示器中，使用△ε為正之液晶組成物。近年來，亦報告有如下驅動方式：使△ε為正之液晶組成物於無電壓施加時垂直地定向，且如IPS型/FFS型等般施加橫向電場，△ε為正之液晶組成物之必需性進一步提高。另一方面，於所有驅動方式中要求低電壓驅動、 高速應答、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，向列相-各向同性液體相轉變溫度(Tni)較高。又，就△n與單元間隙(d)之積即△n×d之設定而言，必須將液晶組成物之△n與單元間隙相符地調節為適當之範圍。此外，於將液晶顯示元件應用於電視等之情形時，由於重視高速應答性，因此要求γ1較小之液晶組成物。
作為液晶組成物之構成成分，揭示有使用作為△ε為正之液晶化合物之式(A-1)或(A-2)所表示之化合物之液晶組成物(專利文獻1及專利文獻2)，但該等液晶組成物未實現足夠低之黏性。又，作為連結基為-CF2O-之化合物，揭示有式(A-3)或(A-4)所表示之化合物及使用該等之液晶組成物，但該等液晶組成物中，亦未實現足夠低之黏性(專利文獻3及專利文獻4)。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]WO96/032365號
[專利文獻2]日本特開2003-183656號
[專利文獻3]日本特開2011-136998號
[專利文獻4]日本特開2008-69153號
本發明所欲解決之課題在於提供一種介電各向導性(△ε)為正之液晶組成物，其被調整為所需之介電各向導性(△ε)及折射率各向異性(△n)，藉由抑制向列相-各向同性液體相轉變溫度(Tni)之降低及向列相之下限溫度之上升而在不使向列相之溫度範圍惡化之情況下使黏度(η)足夠低，再者，並且用於液晶顯示元件時之響應速度較快，且可靠性優異。
本發明人對各種氟苯衍生物進行研究，發現藉由組合特定之化合物可解決上述課題，從而完成本發明。
本發明提供一種液晶組成物，具有正介電各向導性，其特徵在於：含有1種或2種以上通式(LC0)所表示之化合物，並含有1種或2種以上通式(LC1)所表示之化合物，
(式中，R01表示碳原子數1~15之烷基，該烷基中之1個或2個以上之CH2基可以氧原子不直接鄰接之方式經-O-、-CH=CH-、-CO-、-OCO-、-COO-、-C≡C-、-CF2O-、-OCF2-取代，該烷基中之1個或2個以上之氫原子亦可任意地經鹵素取代，A01及A02分別獨立地表示反-1,4-伸環己基、1,4-伸苯基、3-氟-1,4-伸苯基、3,5-二氟-1,4-伸苯基、1,4-伸環己烯基、1,4-二環[2.2.2]伸辛基、萘-2,6-二基、十氫萘-2,6-二基或1,2,3,4-四氫萘-2,6-二基，B01表示下述任一結構，
(該結構中，X01、X02、X05、X06及X07分別獨立地表示氫原子或氟原子，Y01及Y02分別獨立地表示氯原子、氰基、氟原子、-CF3或-OCF3)，Z01、Z02及Z03分別獨立地表示單鍵、-CH=CH-、-C≡C-、-CH2CH2-、-(CH2)4-、-OCH2-、-CH2O-、-OCF2-或-CF2O-，X03及X04分別獨立地表示氫原子或氟原子，m01及m02分別獨立地表示0~2之整數，m01+m02分別獨立地表示0、1或2，於存在複數個A01、A02、Z01及/或Z03之情形時，其等可相同，亦可不同)
(式中，R11及R12分別獨立地表示碳原子數1~15之烷基，該烷基中之1個或2個以上之-CH2-可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個以上之氫原子亦可任意地經鹵素取代，A11~A13分別獨立地表示反-1,4-伸環己基、1,4-伸苯基、2-氟-1,4-伸苯基、3-氟-1,4-伸苯基、3,5-二氟-1,4-伸苯基、1,4-伸環己烯基、四氫吡喃-2,5-二基、1,3-二烷-2,5-二基、1,4-二環[2.2.2]伸辛基、萘-2,6-二基、十氫萘-2,6-二基或1,2,3,4-四氫萘-2,6-二基，Z11及Z12分別獨立地表示單鍵、-CH=CH-、-C≡C-、-CH2CH2-、-(CH2)4-、-OCH2-、-CH2O-、-OCF2-或-CF2O-，m11表示0、1或2，於存在複數個A11及/或Z11之情形時，其等既可相同，亦可不同)，進而，提供一種使用該液晶組成物之液晶顯示元件。
本發明之液晶組成物中，△ε為正且其絕對值及折射率各向異性(△n)被調整為所需之值，並且η較低，旋轉黏性(γ1)較小，液晶性優異，且於較廣之溫度範圍內顯示穩定之液晶相。又，對於熱、光、水等化學上穩定，溶解性良好，因此，低溫下之相穩定亦良好。藉由將本發明之液晶組成物用於液晶顯示元件，可獲得響應速度較快且可低電壓驅動之於實用上可靠性較高之液晶顯示元件。
本案發明之液晶組成物含有1種或2種以上通式(LC0)所表示之化合物，且含有1種或2種以上通式(LC1)所表示之化合物。含有通式(LC0)所表示之化合物及通式(LC1)所表示之化合物之液晶組成物由於△ε為正，其絕對值及折射率各向異性(△n)被調整為所需之值，並且黏度較低，且於低溫下亦顯示穩定之液晶層，故而可謂實用之液晶組成物。
於通式(LC0)中，
為了使黏度降低，R01較佳為碳原子數1~8之烷基或碳原子數2~8之烯基，特佳為碳原子數1~5之烷基或碳原子數2~5之烯基。又，較佳為直鏈狀。於R01為烯基之情形時，較佳為選自式(R1)~式(R5)之任一者所表示之基(各式中之黑點表示與環之連結點)。於A01為反-1,4-伸環己基之情形時，R01較佳為表示該等烯基，進而較佳為式(R1)、式(R2)、式(R4)。
為了使黏度降低，A01及A02較佳為分別獨立地為反-1,4-伸環己基、萘-2,6-二基或1,4-伸苯基，進而較佳為反-1,4-伸環己基，為了使△ε增大，較佳為分別獨立地為3-氟-1,4-伸苯基、3,5-二氟-1,4-伸苯基，進而較佳為3,5-二氟-1,4-伸苯基，為了提高T→i，較佳為分 別獨立地為反-1,4-伸環己基或1,4-伸苯基。
為了使黏度降低，B01較佳為 為了提高T→i，較佳為
為了降低黏度及提高T→i，X01、X02、X05、X06及X07較佳為分別獨立地為氫原子，為了使△ε增大，較佳為氟原子。
於X01及X02分別獨立地為氟原子或氫原子之情形時，為了使△ε增大，B01較佳為 為了使黏度降低，較佳為
於X05~X07分別獨立地為氟原子或氫原子之情形時，為了使 △ε增大，B01較佳為 為了使黏度降低，較佳為
B01特佳為選自下述任一部分結構。
Y01及Y02較佳為氟原子、-CF3、-OCF3，可改善向列相之下限溫度，改良液晶組成物之低溫動作或保存性。為了使△ε增大，較佳為氟原子、氰基、-CF3或-OCF3，為了使黏度降低，較佳為氟原子。於考慮到化合物之穩定性之情形時，較佳為氟原子、-CF3或-OCF3。
X03及X04分別獨立地為氫原子或氟原子，但為了使△ε增大，較佳為氟原子，為了提高溶解性，較佳為氟原子。較佳為X03及X04中 之至少一者為氟原子，就△ε及溶解性之觀點而言，更佳為X03及X04兩者為氟原子。
為了使黏度降低，Z1、Z2及Z3較佳為分別獨立地為-CH2O-、-OCH2-、-CF2O-、-OCF2-、-CF=CF-、-CH2CH2-、-CH=CH-、-C≡C-或單鍵，進而較佳為-CF2O-、-OCF2-、-CH2CH2-或單鍵，特佳為單鍵，為了提高T→i，較佳為-C≡C-或單鍵。
關於m01及m02，於重視η之情形時，m01+m02較佳為0或1，於m01+m02表示1之情形時，較佳為，m01表示0，m02表示1。於重視T→i之情形時，m01+m02較佳為1或2。為了提高與液晶組成物之混和性，m01+m02較佳為0或1。
再者，通式(LC0)所表示之化合物中，不會成為雜原子彼此直接鍵結之結構。
又，通式(LC0)所表示之化合物中，通式(LC0)之式中之F取代之數量較佳為2~7個。
進而，通式(LC0)所表示之化合物較佳為滿足下述事項之至少1項之化合物。
‧m01+m02為0之化合物
‧m01為0且m02為1之化合物
‧m01為1且m02為0之化合物
‧m01為2且複數個Z01為單鍵之化合物
‧Z02為單鍵之化合物
‧Z01、Z02及Z03為單鍵之化合物
通式(LC0)所表示之液晶化合物更佳為下述通式(LC0-a)~(LC0-j)(式中，R01、A01、A02、X01~X07、Y01及Y02表示與通式(LC0)中之R01、A01、A02、X01~X07、Y01及Y02相同之含義，X08~X13表示氫原子或氟原子)所表示之化合物。本發明之液晶組成物較佳為含有1種或2種以上(LC0-a)~(LC0-i)所表示之化合物作為通式(LC0)所表示之化合物。
作為通式(LC0-a)所表示之化合物，更佳為下述通式(LC0-a1)~通式(LC0-a11)，進而較佳為通式(LC0-a1)所表示之化合物。
(式中，R01表示與通式(LC0)中之R01相同之含義)
作為通式(LC0-b)所表示之化合物，更佳為下述通式(LC0-b1)~通式(LC0-b24)。
(式中，R01表示與通式(LC0)中之R01相同之含義)
作為通式(LC0-c)所表示之化合物，較佳為下述通式(LC0-c1)~通式(LC0-c17)，更佳為通式(LC0-c1)~通式(LC0-c3)，進而較佳為通式(LC0-c2)及通式(LC0-c3)。
(式中，R01表示與通式(LC0)中之R01相同之含義)
作為通式(LC0-d)所表示之化合物，更佳為下述通式(LC0-d1)~通式(LC0-d9)。
(式中，R01表示與通式(LC0)中之R01相同之含義)
作為通式(LC0-e)所表示之化合物，更佳為下述通式(LC0-e1)~通式(LC0-e8)，進而較佳為通式(LC0-e1)及通式(LC0-e8)。
(式中，R01表示與通式(LC0)中之R01相同之含義)
作為通式(LC0-f)所表示之化合物，更佳為下述通式(LC0-f1)~通式(LC0-f6)，進而較佳為通式(LC0-f2)。
(式中，R01表示與通式(LC0)中之R01相同之含義)
作為通式(LC0-g)所表示之化合物，更佳為下述通式(LC0-g1)~通式(LC0-g12)。
(式中，R01表示與通式(LC0)中之R01相同之含義)
作為通式(LC0-h)所表示之化合物，更佳為下述通式(LC0-h1)~通式(LC0-h4)。
(式中，R01表示與通式(LC0)中之R01相同之含義)
作為通式(LC0-i)所表示之化合物，更佳為下述通式(LC0-i1)~通式(LC0-i6)。
(式中，R01表示與通式(LC0)中之R01相同之含義)
若本發明之液晶組成物中通式(LC0)所表示之化合物之含量較少，則其效果不顯現，因此，作為下限值，組成物中較佳為含有0.1質量%(以下，組成物中之%表示質量%)以上，較佳為含有0.3%以上，較佳為含有0.5%以上，較佳為含有0.8%以上，較佳為含有1%以上，較佳為含有2%以上，較佳為含有3%以上，較佳為含有4%以上，較佳為含有5%以上，較佳為含有6%以上，較佳為含有7%以上，較佳為含有8%以上，較佳為含有9%以上，較佳為含有10%以上，較佳為含有13%以上，較佳為含有15%以上，較佳為含有18%以上，較佳為含有20%以上。又，若含量較多，則會引起析出等問題，因此，作為上限值，較佳為含有80%以下，較佳為含有70%以下，較佳為含有60%以下，較佳為含有55%以下，較佳為含有 50%以下，較佳為含有48%以下，較佳為含有45%以下，較佳為含有43%以下，較佳為含有40%以下，較佳為含有38%以下，較佳為含有37%以下，較佳為含有35%以下，較佳為含有32%以下，較佳為含有30%以下，較佳為含有28%以下，較佳為含有25%以下，較佳為含有23%以下，較佳為含有20%以下。通式(LC0)所表示之化合物可僅使用1種，亦可同時使用2種以上之化合物。
於通式(LC1)中，
R11及R12分別獨立地表示碳原子數1~15之烷基，該烷基中之1個或2個以上之-CH2-可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個以上之氫原子亦可任意地經鹵素取代，但較佳為碳原子數1~8之烷基、碳原子數2~8之烯基、碳原子數1~8之烷氧基或碳原子數2~8之烯氧基，且較佳為直鏈。於R11及R12為烯基之情形時，較佳為選自式(R1)~式(R5)之任一者所表示之基。
(各式中之黑點表示與環之連結點)
於R11及R12為烯氧基之情形時，為了使黏度降低，較佳為碳 原子數2~6之烯基，較佳為選自式(R6)所表示之基。
(式中，R14表示氫原子或碳原子數1~3之烷基，存在於該等基中之1個-CH2-或不鄰接之2個以上之-CH2-亦可經-O-、-COO-、-OCO-或-CO-取代，存在於該等基中之氫原子亦可被氟原子取代，式中之黑點表示與環之連結點)。R14更佳為表示氫原子或甲基。
R11及R12之組合並無特別限定，較佳為兩者均表示烷基之組合、任一者表示烷基且另一者表示烯基之組合、或任一者表示烷基且另一者表示烷氧基之組合、或任一者表示烷基且另一者表示烯氧基之組合。
A11~A13分別獨立地較佳為下述任一結構， 更佳為
Z11及Z12分別獨立地表示單鍵、-CH=CH-、-C≡C-、-CH2CH2-、-(CH2)4-、-OCH2-、-CH2O-、-OCF2-或-CF2O-，進而較佳為單鍵、-CH2CH2-、-OCF2-或-CF2O-，特佳為單鍵。
m11較佳為表示1或2之整數。於存在複數個A11及/或Z11之情形時，其等既可相同，亦可不同。
通式(LC1)所表示之化合物更佳為下述通式(LC1-1)~通式(LC1-39)所表示之化合物。本發明之液晶組成物較佳為含有1種或2種以上(LC1-1)~(LC1-26)所表示之化合物作為通式(LC1)所表示之化合物，更佳為含有1種或2種以上(LC1-1)~(LC1-5)、(LC1-7)、(LC1-15)、(LC1-16)、(LC1-18)、(LC1-21)、(LC1-38)所表示之化合物。
較佳為
(式中，R11及R12分別獨立地表示與通式(LC1)中之R11及R12相同之含義)所表示之化合物。
進而，進而較佳為含有最多70質量%之選自由下述化合物 所組成之群中之1種或2種以上之化合物作為通式(LC1)所表示之化合物。
(式中，alkyl及alkyl＊分別獨立地表示碳原子數1~5之烷基或烷氧基，alkenyl及alkenyl＊分別獨立地表示碳原子數2~5之烯基或烯氧基)
本發明之液晶組成物中，關於通式(LC1)所表示之化合物之含量，作為下限值，較佳為含有1%以上，較佳為含有5%以上，較佳為含有10%以上，較佳為含有15%以上，較佳為含有18%以上，較佳為含有20%以上，較佳為含有25%以上，較佳為含有28%以上，較佳為含有30%以上，較佳為含有33%以上，較佳為含有35%以上，較佳為含有38%以上，較佳為含有40%以上，較佳為含有43%以上，較佳為含有45%以上，較佳 為含有48%以上，較佳為含有50%以上，較佳為含有53%以上，較佳為含有55%以上，較佳為含有58%以上，較佳為含有60%以上。又，作為上限值，較佳為含有99%以下，較佳為含有98%以下，較佳為含有95%以下，較佳為含有93%以下，較佳為含有90%以下，較佳為含有87%以下，較佳為含有85%以下，較佳為含有83%以下，較佳為含有80%以下，較佳為含有88%以下，較佳為含有85%以下，較佳為含有83%以下，較佳為含有80%以下，較佳為含有78%以下，較佳為含有75%以下，較佳為含有73%以下，較佳為含有70%以下，較佳為含有68%以下，較佳為含有65%以下，較佳為含有63%以下，較佳為含有60%以下。通式(LC1)所表示之化合物既可僅使用1種，亦可同時使用2種以上之化合物。
本發明之液晶組成物中，關於通式(LC0)及通式(LC1)之含量，作為下限值，較佳為含有5%以上，較佳為含有10%以上，較佳為含有15%以上，較佳為含有20%以上，較佳為含有25%以上，較佳為含有30%以上，較佳為含有35%以上，較佳為含有40%以上，較佳為含有45%以上，較佳為含有50%以上，較佳為含有55%以上，較佳為含有60%以上，較佳為含有65%以上，較佳為含有70%以上，較佳為含有75%以上。又，作為上限值，較佳為含有100%以下，較佳為含有95%以下，較佳為含有90%以下，較佳為含有85%以下，較佳為含有80%以下，較佳為含有75%以下，較佳為含有70%以下，較佳為含有65%以下，較佳為含有60%以下，較佳為含有55%以下，較佳為含有50%以下，較佳為含有40%以下，較佳為含有30%以下。
進而，上述液晶組成物含有通式(LC2)所表示之化合物，
(式中，R21表示碳原子數1~15之烷基，該烷基中之1個或2個以上之-CH2-可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個以上之氫原子亦可任意地經鹵素取代，A21及A22分別獨立地表示反-1,4-伸環己基、1,4-伸苯基、3-氟-1,4-伸苯基、3,5-二氟-1,4-伸苯基、1,4-伸環己烯基、四氫吡喃-2,5-二基、1,3-二烷-2,5-二基、1,4-二環[2.2.2]伸辛基、萘-2,6-二基、十氫萘-2,6-二基或1,2,3,4-四氫萘-2,6-二基，B21表示下述任一結構，
(該結構中，X21~X25分別獨立地表示氫原子或氟原子，Y21及Y22分別獨立地表示氯原子、氰基、氟原子、-CF3、-OCF3、-CF2CF3、-CHFCF3、-OCF2CF3、-OCHFCF3或-OCF=CF2)，Z21及Z22分別獨立地表示單鍵、-CH=CH-、-C≡C-、-CH2CH2-、-(CH2)4-、-OCH2-、-CH2O-、-OCF2-或-CF2O-，m21表示0、1、2或3，於存在複數個A21及/或Z21之情形時，其等既可相同，亦可不同。其中，通式(LC0)所表示之化合物除外)
R21較佳為碳原子數1~8之烷基、碳原子數2~8之烯基或碳原子數1~8之烷氧基，且較佳為直鏈。於R21為烯基之情形時，較佳為選自式(R1)~式(R5)之任一者所表示之基。
(各式中之黑點表示與環之連結點)
A21及A22較佳為分別獨立地為反-1,4-伸環己基、1,4-伸苯基、3-氟-1,4-伸苯基、3,5-二氟-1,4-伸苯基或四氫吡喃基。
為了使黏度降低，B21較佳為 為了提高T→i，較佳為
為了降低黏度及提高T→i，X21、X22、X23、X24及X25較佳為分別獨立地為氫原子，為了使△ε增大，較佳為氟原子。
於X21及X22分別獨立地為氟原子或氫原子之情形時，為了使△ε增大，較佳為 為了使黏度降低，較佳為
於X23~X25分別獨立地為氟原子或氫原子之情形時，較佳為選自以下之部分結構。
Y21及Y22特佳為組合氟原子、-CF3、-OCF3而使用，可改善向列相之下限溫度，改良液晶組成物之低溫動作或保存性。
B21特佳為選自下述任一部分結構。
Z21及Z22較佳為分別獨立地為單鍵、-CH=CH-、-C≡C -、-CH2CH2-、-(CH2)4-、-OCH2-、-CH2O-、-OCF2-或-CF2O-，更佳為單鍵、-OCH2-、-CH2O-、-OCF2-或-CF2O-。
m21較佳為表示0~2之整數。於存在複數個A21及/或Z21之情形時，其等可相同，亦可不同。
較佳為含有1種或2種以上通式(LC2-a)所表示之化合物作為通式(LC2)所表示之化合物。
(式中，X26及X27分別獨立地表示氫原子或氟原子，Z23表示-OCH2-、-CH2O-、-OCF2-或-CF2O-，R21、A21、Z21、X21、X22、Y21及m21分別獨立地表示與通式(LC2)中之R21、A21、Z21、X21、X22、Y21及m21相同之含義)
X26及X27較佳為氟原子，較佳為X26及X27中之至少一者為氟原子，更佳為X26及X27兩者為氟原子。
通式(LC2-a)所表示之化合物較佳為含有至少一種通式(LC2-a1)~通式(LC2-a11)所表示之化合物，更佳為含有至少一種(LC2-a4)~(LC2-a6)、(LC2-a10)、(LC2-a11)所表示之化合物。
(式中，R21、X21、X22、X26、X27及Y21表示與通式(LC2)中之R21、X21、X22、X26、X27及Y21相同之含義，X30、X31、X32及X33分別獨立地表示氫原子或氟原子)
進而，較佳為含有1種或2種以上通式(LC2-b)所表示之化合物作為通式(LC2)所表示之化合物。
(式中，R21、A21、A22、X21、X22、Y21及m21分別獨立地表示與通式(LC2)中之R21、A21、A22、X21、X22、Y21及m21相同之含義)
通式(LC2-b)所表示之化合物較佳為含有1種或2種以上通式(LC2-b1)~通式(LC2-b21)所表示之化合物，更佳為含有1種或2種以上通式(LC2-b5)~通式(LC2-b8)、通式(LC2-b10)~通式 (LC2-b12)及通式(LC2-b18)所表示之化合物。
(式中，X34、X35、X36、X37、X38、X39、X50及X51分別獨立地表示氫原子或氟原子，R21、X21、X22及Y21分別獨立地表示與通式(LC2-b)中之R21、X21、X22及Y21相同之含義)
又，作為通式(LC2-a)及通式(LC2-b)以外之化合物，較佳為含有以下之化合物作為通式(LC2)所表示之化合物。
(式中，X40、X41、X42、X43、X44及X45分別獨立地表示氫原子或氟原子，R21、X23、X24、X25及Y22分別獨立地表示與通式(LC2)中之R21、X23、X24、X25及Y22相同之含義)
本發明之液晶組成物中，關於通式(LC2)所表示之化合物之含量，作為下限值，較佳為含有1%以上，較佳為含有3%以上，較佳為含有5%以上，較佳為含有8%以上，較佳為含有10%以上，較佳為含有15%以上。又，作為上限值，較佳為含有50%以下，較佳為含有45%以下，較佳為含有40%以下，較佳為含有35%以下，較佳為含有30%以下，較佳為含有25%以下，較佳為含有20%以下。通式(LC2)所表示之化合物既可僅 使用1種，亦可同時使用2種以上之化合物。
本發明之液晶組成物之20℃之黏度η較佳為20mPa‧s以下。
本發明之液晶組成物可含有1種或2種以上光學活性化合物。關於光學活性化合物，只要可使液晶分子扭轉而定向，則可使用任意者。通常，該扭轉根據溫度而變化，因此，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產生不良影響，較佳為選擇扭轉效果較強之光學活性化合物而使用。作為此種光學活性化合物，較佳為含有膽固醇壬酸酯等液晶或下述通式(Ch-1)~通式(Ch-6)所表示之化合物。
(式中，Rc1、Rc2、R＊分別獨立地表示碳原子數1~15之烷基，該烷基中之1個或2個以上之-CH2-可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個以上之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分別獨立地表示單鍵、-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個以上之-CH2-亦可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個以上之-CH2CH2-亦可經-CH=CH-、-CF2O-或-OCF2-取代，苯環中之1個或2個以上之-CH=亦可以氮原子不直接鄰接之方式經-N=取代，該環中之1個以上之氫原子亦可經F、Cl、CH3取代，t1、t2表示0、1、2、3，MG＊、Qc1、Qc2表示下述結構，
(式中，D3、D4表示環己烷環或苯環，環己烷環中之1個或2個以上之-CH2-亦可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個以上之-CH2CH2-亦可經-CH=CH-、-CF2O-或-OCF2-取代，苯環中之1個或2個以上之-CH=亦可以氮原子不直接鄰接之方式經-N=取代，該環中之1個以上之氫原子亦可經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、酞青衍生物或環己烷衍生物為分子中心之母核，且直鏈之烷基、直鏈之烷氧基或取代苯甲醯氧基作為其支鏈而放射狀地經取代之結構之圓盤狀液晶化合物。
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分別獨立地表示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個以上之CH2基亦可以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分別獨立地表示與P1、Sp1、Qp1相同之含義)
更佳為，聚合性化合物通式(PC)中之MGP為以下結構所表示之聚合性化合物。
(式中，C01~C03分別獨立地表示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、1,2,3,4-四氫萘-2,6-二基、2,6-伸萘基、菲-2,7-二基、9,10-二氫菲-2,7-二基、1,2,3,4,4a,9,10a-八氫菲2,7-二基或茀2,7-二基，1,4-伸苯基、1,2,3,4-四氫萘-2,6-二基、2,6-伸萘基、菲-2,7-二基、9,10-二氫菲-2,7-二基、1,2,3,4,4a,9,10a-八氫菲2,7-二基及茀-2,7-二基亦可具有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分別獨立地表示-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)
此處，於Sp1及Sp2分別獨立地為伸烷基之情形時，該伸烷基亦可經1個以上之鹵素原子或CN取代，存在於該基中之1個或2個以上之CH2基亦可以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，P1及P2較佳為分別獨立地為下述通式之任一者。
(式中，Rp2~Rp6分別獨立地表示氫原子、鹵素原子或碳原子數1~5之烷基)
更具體而言，聚合性化合物通式(PC)較佳為通式(PC0-1)~通式(PC0-6)所表示之聚合性化合物。
(PC0-3)P 1 -Sp 1 -Q p1 -MG p -Q p2 -Sp 2 -P 2
(PC0-4)P 1 -Q p1 -MG p -Q p2 -P 2
(PC0-5)P 1 -Sp 1 -Q p1 -MG p -R p1
(PC0-6)P 1 -Q p1 -MG p -R p1
(式中，p4分別獨立地表示1、2或3)。更具體而言，較佳為通式(PC1-1)~通式(PC1-9)所表示之聚合性化合物。
(式中，p5表示0、1、2、3或4)。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2、3或4，Rp1較佳為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，通式(PC)中之MGp亦較佳為通式(PC1-9)所表示之圓盤狀液晶化合物。
(式中，R7分別獨立地表示P1-Sp1-Qp1或通式(PC1-e)之取代基，R81及R82分別獨立地表示氫原子、鹵素原子或甲基，R83表示碳原子數1~20烷氧基，該烷氧基中之至少1個氫原子經上述通式(PC0-a)~(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需量以下，對於液晶組成物，較佳為含有於通式(LC0)中之部分結構具有聯苯基及/或聯三苯基之化合物。更具體而言，較佳為通式(LC0-10)~通式(LC0-27)、通式(LC0-48)~通式(LC0-53)、通式(LC0-60)~通式(LC0-68)所表示之化合物，且較佳為選擇一種或兩種以上，使液晶組成物含有0.1~40質量%。又，較佳為於由通式(PC1-1)~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種以上抗氧化劑，進而，亦可含有1種或2種以上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。
(式中，Rc1表示碳原子數1~15之烷基，該烷基中之1個或2個以上之-CH2-可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個以上之氫原子亦可任意地經鹵素取代，Ze1、Ze2分別獨立地表示單鍵、-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個以上之-CH2-亦可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個以上之-CH2CH2-亦可經-CH=CH-、-CF2O-或-OCF2-取代，苯環中之1個或2個以上之-CH=亦可以氮原子不直接鄰接之方式經-N=取代，該環中之1個以上之氫原子亦可經F、Cl、CH3取代，q1表示0、1、2或3)
本發明之液晶組成物作為液晶顯示元件、尤其是主動矩陣驅動用液晶顯示元件，例如可用於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)。此處，所謂VA-IPS模式，係指如下方法，即，於無電壓施加時，使介電各向導性為正之液晶材料(△ε>0)相對於基板面垂直地定向，藉由配置於同一基板面上之像素電極與共通電極而驅動液晶分子，該模式中，由於液晶分子沿藉由像素電極與共通電極而產生之彎曲電場之方向配列，因此，具有可容易地形成 像素分割或多疇，且應答亦優異之優點。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)、Eurodisplay Proc.,142(2009)，被冠以EOC、VA-IPS等各種名稱，但於本發明中，以下簡稱為「VA-IPS」。
通常，TN、ECB方式中之弗雷德里克茲轉變之閾值電壓(Vc)係由下式表示，
於IPS方式中，由下式表示，
於VA方式中，由下式表示。
(式中，Vc表示弗雷德里克茲(Fredericks)轉變(V)，π表示圓周率，dcel1表示第一基板與第二基板之間隔(μm)，dgap表示像素電極與共通電極之 間隔(μm)，dITO表示像素電極及/或共通電極之寬度(μm)，<r1>、<r2>及<r3>表示外插長度(μm)，K11表示展曲之彈性常數(N)，K22表示扭轉之彈性常數(N)，K33表示彎曲之彈性常數(N)，△ε表示介電常數之各向異性)
另一方面，於VA-IPS方式中，本發明等應用下述數4。
(式中，Vc表示弗雷德里克茲轉變(V)，π表示圓周率，dcell表示第一基板與第二基板之間隔(μm)，dgap表示像素電極與共通電極之間隔(μm)，dITO表示像素電極及/或共通電極之寬度(μm)，<r>、<r'>、<r3>表示外插長度(μm)，K33表示彎曲之彈性常數(N)，△ε表示介電常數之各向異性)。根據數4，藉由作為單元構成儘可能地減小dgap且儘可能地增大dITO，而謀求低驅動電壓化，藉由選擇△ε之絕對值較大且K33較小者作為所使用之液晶組成物，而謀求低驅動電壓化。
關於使用本發明之液晶組成物而製作之液晶顯示元件，作為使液晶分子於基板面定向之方法，可使用聚醯亞胺或聚醯胺化合物等而藉由摩擦處理進行製作。又，亦可使用查耳酮、桂皮酸鹽或桂皮醯基化合物等而藉由光定向技術進行製作。又，作為新的定向方法，亦可應用如下方法，即，將聚合性液晶化合物組入定向層，並使聚合性液晶化合物聚合。
本發明之液晶組成物可調整較佳之△ε、K11、K33等。
液晶組成物之折射率各向異性(△n)與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密切相關。因此，有間隔(d)變薄為3~4μm之傾向。於TN、ECB、IPS(無施加時之液晶定向與基板面大致水平)方式之情形時，積(△n‧d)特佳為0.31~0.33。於VA-IPS方式中，於相對於兩基板垂直定向之情形時，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不同而積(△n‧d)之適性值不同，因此，適合於各種模式之液晶組成物之折射率各向異性(△n)為0.070~0.110之範圍、0.100~0.140之範圍或0.130~0.180之範圍，可製作具有該等各不相同之範圍之折射率各向異性(△n)之液晶組成物。
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，其係於電壓施加下或無電壓施加下使該液晶組成物中含有之聚合性化合物聚合而製作。具體而言，可藉由如下方法製作：於兩片基板間夾持含有聚合性化合物之液晶組成物，並於電壓施加下或無電壓施加下藉由紫外線等之能量使液晶組成物中之聚合性化合物聚合。於該液晶顯示元件中，可藉由聚合性化合物之高分子化而使液晶分子之定向狀態記憶化，藉此，可提高定向狀態之穩定性。又，亦可期待響應速度之改善。
[實施例]
以下，舉例而更加詳細地對本案發明進行說明，但本案發明不受該等示例限定。又，以下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，如下所示。
TN-1：向列相-各向同性液體相轉變溫度(℃)
T→n：向列相之下限溫度(℃)
ε⊥：25℃下之相對於分子長軸方向垂直之方向之介電常數
△ε：25℃下之介電各向導性
no：25℃下之對於常光之折射率
△n：25℃下之折射率各向異性
Vth：25℃下之施加頻率1KHz之矩形波時之透過率變化10%之單元厚6mm之單元中之施加電壓(V)
η：20℃下之整體黏性(mPa‧s)
γ1：旋轉黏性(mPa‧s)
K11/pN：展曲之彈性常數(N)
K22/pN：扭轉之彈性常數(N)
K33/pN：彎曲之彈性常數(N)
於化合物記載中使用下述簡稱。
又，將於-20℃、-25℃、-30℃及-40℃下保存液晶組成物時之特性結果示於表中。表中之數字表示保存時間，○意指於保存時間 後維持與保存前相同之液晶狀態，×表示於保存時間後確認有析出。
(實施例1~6)
以下，表示所製備之液晶組成物及其物性值。
(比較例1、2)
以下，表示所製備之液晶組成物及其物性值。
比較例係以向列相-各向同性液體相轉變溫度(TN-1)、及25℃下之介電各向導性(△ε)之值相對於實施例成為相同程度之方式製備。實施例1~6之η為13.7mPa‧s~14.7mPa‧s之範圍內之值，相對於此，比較例1、2之η分別為18.4mPa‧s、18.5mPa‧s。又，實施例1~6之γ1為68mPa‧s~79mPa‧s之範圍內之值，相對於此，比較例1、2之γ1分別為94Pa‧s、87Pa‧s。又，實施例4、5之液晶組成物於-30℃下 保存168小時後未確認到析出，可確認即便於低溫下亦顯示良好之相穩定，但比較例1、2之液晶組成物於-30℃下保存72小時後確認有析出。
可知，使用本申請案之通式(LC0)所表示之化合物而構成之實施例1~6之液晶組成物與未使用通式(LC0)而構成之比較例1、2之液晶組成物相比，可大幅降低γ1，進而，低溫保存性優異。
(實施例7~10)
以下，表示所製備之液晶組成物及其物性值。
(實施例11~17)
以下，表示所製備之液晶組成物及其物性值。
(實施例18~22)
以下，表示所製備之液晶組成物及其物性值。
(實施例23~27)
以下，表示所製備之液晶組成物及其物性值。
(實施例28~31)
以下，表示所製備之液晶組成物及其物性值。
(實施例32~34)
以下，表示所製備之液晶組成物及其物性值。
(實施例35、36)
以下，表示所製備之液晶組成物及其物性值。
(實施例37~40)
以下，表示所製備之液晶組成物及其物性值。
(實施例41~42)
以下，表示所製備之液晶組成物及其物性值。
(實施例43~46)
以下，表示所製備之液晶組成物及其物性值。

Claims (11)

  1. 一種液晶組成物，具有正介電各向導性，且其含有1種或2種以上通式(LC0)所表示之化合物，並含有1種或2種以上通式(LC1)所表示之化合物， (式中，R01表示碳原子數1~15之烷基，該烷基中之1個或2個以上之-CH2-可任意地以氧原子不直接鄰接之方式經-O-、-CH=CH-、-CO-、-OCO-、-COO-、-C≡C-、-CF2O-、-OCF2-取代，該烷基中之1個或2個以上之氫原子亦可任意地經鹵素取代，A01及A02分別獨立地表示反-1,4-伸環己基、1,4-伸苯基、3-氟-1,4-伸苯基、3,5-二氟-1,4-伸苯基、1,4-伸環己烯基、1,4-二環[2.2.2]伸辛基、萘-2,6-二基、十氫萘-2,6-二基或1,2,3,4-四氫萘-2,6-二基，B01表示下述任一結構， (該結構中，X01、X02、X05、X06及X07分別獨立地表示氫原子或氟原子，Y01及Y02分別獨立地表示氯原子、氰基、氟原子、-CF3或-OCF3)，Z01、Z02及Z03分別獨立地表示單鍵、-CH=CH-、-C≡C-、-CH2CH2-、-(CH2)4-、-OCH2-、-CH2O-、-OCF2-或-CF2O-，X03 及X04分別獨立地表示氫原子或氟原子，m01及m02分別獨立地表示0~2之整數，m01+m02分別獨立地表示0、1或2，於存在複數個A01、A02、Z01及/或Z03之情形時，其等可相同，亦可不同) (式中，R11及R12分別獨立地表示碳原子數1~15之烷基，該烷基中之1個或2個以上之-CH2-可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個以上之氫原子亦可任意地經鹵素取代，A11~A13分別獨立地表示反-1,4-伸環己基、1,4-伸苯基、2-氟-1,4-伸苯基、3-氟-1,4-伸苯基、2,5-二氟-1,4-伸苯基、3,5-二氟-1,4-伸苯基、1,4-伸環己烯基、四氫吡喃-2,5-二基、1,3-二烷-2,5-二基、1,4-二環[2.2.2]伸辛基、萘-2,6-二基、十氫萘-2,6-二基或1,2,3,4-四氫萘-2,6-二基，Z11及Z12分別獨立地表示單鍵、-CH=CH-、-C≡C-、-CH2CH2-、-(CH2)4-、-OCH2-、-CH2O-、-OCF2-或-CF2O-，m11表示0、1或2，於存在複數個A11及/或Z11之情形時，其等既可相同，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種以上通式(LC2)所表示之化合物， (式中，R21表示碳原子數1~15之烷基，該烷基中之1個或2個以上之-CH2-可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個以上之氫原子亦可任意地經鹵素取代，A21及A22分別獨立地表示反-1,4-伸環己基、1,4-伸苯基、3-氟-1,4-伸苯基、3,5-二氟-1,4-伸苯基、1,4-伸環己烯基、四氫吡喃-2,5-二基、1,3-二烷-2,5-二基、1,4-二環[2.2.2]伸辛基、萘-2,6-二基、十氫萘-2,6-二基或1,2,3,4-四氫萘-2,6-二基，B21表示下述任一結構， (該結構中，X21~X25分別獨立地表示氫原子或氟原子，Y21及Y22分別獨立地表示氯原子、氰基、氟原子、-CF3、-OCF3、-CF2CF3、-CHFCF3、-OCF2CF3、-OCHFCF3或-OCF=CF2)，Z21及Z22分別獨立地表示單鍵、-CH=CH-、-C≡C-、-CH2CH2-、-(CH2)4-、-OCH2-、-CH2O-、-OCF2-或-CF2O-，m21表示01、2或3，於存在複數個A21及/或Z21之情形時，其等可相同，亦可不同；其中，不包括通式(LC0)所表示之化合物)。
  3. 如申請專利範圍第2項之液晶組成物，其含有1種或2種以上通式(LC2 -a)所表示之化合物作為通式(LC2)所表示之化合物， (式中，X26及X27分別獨立地表示氫原子或氟原子，Z23表示-OCH2-、-CH2O-、-OCF2-或-CF2O-，R21、A21、Z21、X21、X22、Y21及m21分別獨立地表示與通式(LC2)中之R21、A21、Z21、X21、X22、Y21及m21相同之含義)。
  4. 如申請專利範圍第3項之液晶組成物，其進而含有1種或2種以上通式(LC2-b)所表示之化合物作為通式(LC2)所表示之化合物， (式中，R21、A21、A22、X21、X22、Y21及m21分別獨立地表示與通式(LC2)中之R21、A21、A22、X21、X22、Y21及m21相同之含義)。
  5. 如申請專利範圍第1至4項中任一項之液晶組成物，其含有20~99質量%通式(LC1)所表示之化合物。
  6. 如申請專利範圍第1至4項中任一項之液晶組成物，其含有1~50質量%通式(LC0)所表示之化合物。
  7. 如申請專利範圍第1至4項中任一項之液晶組成物，其含有1種或2種以上聚合性化合物。
  8. 一種液晶顯示元件，其使用有申請專利範圍第1至7項中任一項之液 晶組成物。
  9. 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7項中任一項之液晶組成物。
  10. 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6項中任一項之液晶組成物。
  11. 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7項之液晶組成物，於電壓施加下或無電壓施加下使該液晶組成物中含有之聚合性化合物聚合而製作。
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