WO2014030482A1 - ネマチック液晶組成物 - Google Patents

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crystal composition
general formula
ocf
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昌和 金親
竹内 清文
大澤 政志
健太 東條
楠本 哲生
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Dic株式会社
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    • C09K2019/548Macromolecular compounds stabilizing the alignment; Polymer stabilized alignment
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/0009Materials therefor
    • G02F1/0045Liquid crystals characterised by their physical properties

Definitions

  • the present invention relates to a nematic liquid crystal composition having a positive dielectric anisotropy ( ⁇ ) useful as an electro-optical liquid crystal display material.
  • Liquid crystal display elements are used in various measuring instruments, automobile panels, word processors, electronic notebooks, printers, computers, televisions, watches, advertisement display boards, etc., including clocks and calculators.
  • Typical liquid crystal display methods include TN (twisted nematic) type, STN (super twisted nematic) type, VA type characterized by vertical alignment using TFT (thin film transistor) and horizontal alignment.
  • the liquid crystal composition used in these liquid crystal display elements is stable against external factors such as moisture, air, heat, light, etc., and exhibits a liquid crystal phase in the widest possible temperature range centering on room temperature, and has low viscosity. And a low driving voltage is required.
  • the liquid crystal composition has several to several tens of kinds of compounds in order to optimize the dielectric anisotropy ( ⁇ ) and the refractive index anisotropy ( ⁇ n) for each display element. It is composed of
  • a liquid crystal composition having a negative ⁇ is used for a vertical alignment type display
  • a liquid crystal composition having a positive ⁇ is used for a horizontal alignment type display such as a TN type, STN type, or IPS type.
  • a driving method has been reported in which a liquid crystal composition having a positive ⁇ is vertically aligned when no voltage is applied and an IPS type / FFS type electric field is applied, and the necessity of a liquid crystal composition having a positive ⁇ is reported. Is growing further. On the other hand, low voltage driving, high-speed response, and a wide operating temperature range are required in all driving systems.
  • is positive, the absolute value is large, the viscosity ( ⁇ ) is small, and a high nematic phase-isotropic liquid phase transition temperature (T ni ) is required.
  • T ni nematic phase-isotropic liquid phase transition temperature
  • the problem to be solved by the present invention is adjusted to a desired refractive index anisotropy ( ⁇ n) to suppress a decrease in the nematic phase-isotropic liquid phase transition temperature (T ni ) and an increase in the minimum temperature of the nematic phase.
  • ⁇ n refractive index anisotropy
  • the present inventor has studied various fluorobenzene derivatives and found that the above problem can be solved by combining specific compounds, and has completed the present invention.
  • the present invention is a liquid crystal composition having positive dielectric anisotropy, wherein the liquid crystal composition contains one or more compounds selected from compounds represented by the general formula (LC0), Furthermore, the present invention provides a liquid crystal composition comprising one or more compounds selected from the group of compounds represented by general formula (LC1) to general formula (LC5), and further provides the liquid crystal composition A liquid crystal display element using the object is provided.
  • the liquid crystal composition contains one or more compounds selected from compounds represented by the general formula (LC0)
  • the present invention provides a liquid crystal composition comprising one or more compounds selected from the group of compounds represented by general formula (LC1) to general formula (LC5), and further provides the liquid crystal composition A liquid crystal display element using the object is provided.
  • R 01 represents an alkenyl group having 2 to 5 carbon atoms
  • R 11 to R 41 each independently represents an alkyl group having 1 to 15 carbon atoms, and one or two or more of the alkyl groups
  • —CH 2 — in which —O—, —CH ⁇ CH—, —CO—, —OCO—, —COO—, —C ⁇ C—, —CF 2 O— -OCF 2- may be substituted
  • one or more hydrogen atoms in the alkyl group may be optionally substituted with halogen
  • R 51 and R 52 each independently represents 1 to 15 represents an alkyl group, and one or more —CH 2 — in the alkyl group is —O—, —CH ⁇ CH—, —CO—, —OCO, so that the oxygen atom is not directly adjacent.
  • a 51 or A 53 described later In the case of a chlorohexane ring, it may be —OCF 3 or —CF 3 —, and A 01 to A 42 are each independently one of the following structures:
  • —CH 2 — in the cyclohexane ring in the structure may be substituted with —O— so that the oxygen atom is not directly adjacent, and one or two of the benzene rings in the structure
  • —CH ⁇ may be substituted with —N ⁇ so that the nitrogen atom is not directly adjacent to each other
  • X 61 and X 62 are each independently —H, —Cl, —F, —CF 3 or — OCF 3 is represented
  • a 51 to A 53 are each independently any one of the following structures:
  • X 01 represents a hydrogen atom or a fluorine atom
  • X 11 to X 43 each independently represents —H, —Cl, —F, —CF 3 or —OCF 3
  • Y 01 to Y 41 each represent —Cl, —F, —OCHF 2 , —CF 3 or —OCF 3 .
  • each of m 01 to m 51 independently represents an integer of 0 to 3
  • m 01 + m 02 , m 31 + m 32 and m 41 + m 42 are each independently 1, 2, 3 or 4 and A 01 , A 03 , A 23 , A 31 , A 32 , A 41 , A 42 , A 52 , Z 01 , Z 02 , Z 31 , Z 32 , Z 41 , If Z 42 and / or Z 52 there are a plurality, they may be the same , It may be different. )
  • the liquid crystal composition of the present invention is characterized in that ⁇ is positive and its absolute value can be increased. Also, ⁇ is low, rotational viscosity ( ⁇ 1 ) is small, liquid crystallinity is excellent, and a stable liquid crystal phase is exhibited over a wide temperature range. Further, it is a practical and reliable liquid crystal composition that is chemically stable to heat, light, water, and the like and can be driven at a low voltage.
  • the liquid crystal composition in the present invention contains one or more compounds selected from the compounds represented by the general formula (LC0), and further compounds represented by the general formulas (LC1) to (LC5). 1 type, or 2 or more types of compounds chosen from the compound group which consists of these are contained.
  • a liquid crystal composition containing the compound represented by the general formula (LC0) and the compounds represented by the general formula (LC1) to the general formula (LC5) exhibits a stable liquid crystal phase even at a low temperature. It can be said that.
  • R 01 in the general formula (LC0) is an alkenyl group having 2 to 5 carbon atoms, and is preferably selected from groups represented by any one of the formulas (R1) to (R5).
  • R 01 in the general formula (LC0) is an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms or an alkoxy group having 1 to 8 carbon atoms.
  • a 01 to A 42 are each independently a trans-1,4-cyclohexylene group, 1,4-phenylene group, 3-fluoro-1,4-phenylene group, or 3,5-difluoro-1,4-phenylene. Or a tetrahydropyran-2,5-diyl group is preferred.
  • a 01 to A 42 contain a tetrahydropyran-2,5-diyl group, A 01 , A 11 , A 21 , A 31 and A 41 are preferable.
  • a 51 to A 53 are each independently a trans-1,4-cyclohexylene group, 1,4-phenylene group, 3-fluoro-1,4-phenylene group or 2-fluoro-1,4-phenylene group. preferable.
  • Z 31 to Z 42 are each independently a single bond, —CH ⁇ CH—, —C ⁇ C—, —CH 2 CH 2 —, —OCH 2 —, —CH 2 O—, —OCF 2 — or —CF 2 O— is preferred, and one of Z 31 to Z 42 present is —CH ⁇ CH—, —C ⁇ C—, —CH 2 CH 2 —, — (CH 2 ) 4 —, —OCF 2 — or —CF When it represents 2 O—, the others are preferably single bonds.
  • the others are preferably single bonds, more preferably all represent single bonds.
  • X 01 in the general formula (LC0) is F because the viscosity ( ⁇ ) is remarkably low with respect to a large dielectric anisotropy ( ⁇ ) or a comparable dielectric anisotropy ( ⁇ ).
  • X 11 to X 43 are each independently preferably H or F, and X 11 , X 21 , X 31 , and X 41 are preferably F.
  • X 23 , X 24 , X 25 and X 26 each independently represent a hydrogen atom, Cl, F, CF 3 or OCF 3 , and X 22 , R 21 and Y 21 in the general formula (LC2) It is more preferable that it is a compound represented by.
  • the compound groups represented by general formula (LC2-1) to general formula (LC2-4) and general formula (LC2-9) to general formula (LC2-11) are more preferable.
  • the compounds represented by general formula (LC3) are represented by the following general formula (LC3-1) to general formula (LC3-32).
  • a compound group in which X 33 and X 34 in the general formula (LC3-20) and the general formula (LC3-21) are F and / or the general formula (LC3-25), the general formula (LC3-26), the general formula ( A compound selected from the group of compounds having a tetrahydropyran ring represented by general formula (LC3-32) from LC3-30) is also more preferable.
  • X 44 , X 45 , X 46 and X 47 each independently represent H, Cl, F, CF 3 or OCF 3
  • X 42 , X 43 , R 41 and Y 41 represent the general formula (LC4 ) Represents the same meaning as in It is further more preferable that it is a compound represented by these.
  • To the compound group represented by formula (LC4-17) is more preferably used in combination with formula (LC0) which is an essential component of the present invention.
  • R 51 and R 52 represent the same meaning as in general formula (LC5)), and are more preferable.
  • general formula (LC5-1) to general formula (LC5-8) general formula (LC5-14), general formula (LC5-16), and general formula (LC5-18) to general formula (LC5-26)
  • the compound group represented by general formula (LC0) which is an essential component of the present invention is used in combination.
  • at least one of R 51 and R 52 is more preferably an alkenyl group, and any one of the alkenyl groups of the following formulas (R1) to (R5) More preferably it is.
  • One or more compounds represented by the general formula (LC5) are preferably contained, and the content is preferably 30 to 70% by mass, and more preferably 20% to 70% by mass.
  • the liquid crystal composition of the present invention contains a compound represented by general formula (LC0) and a compound selected from the group of compounds represented by general formula (LC1) to general formula (LC5).
  • the content of the represented compound is preferably in the range of 5 to 50% by mass, and more preferably in the range of 10 to 40% by mass.
  • the liquid crystal composition of the present invention preferably has a viscosity ⁇ at 20 ° C. of 20 mPa ⁇ s or less.
  • the liquid crystal composition of the present invention can contain one or more optically active compounds. Any optically active compound can be used as long as the liquid crystal molecules can be twisted and aligned. Usually, since this twist changes with temperature, a plurality of optically active compounds can be used to obtain a desired temperature dependency. In order not to adversely affect the temperature range and viscosity of the nematic liquid crystal phase, it is preferable to select and use an optically active compound having a strong twisting effect.
  • a liquid crystal such as cholesteric nonanate or a compound represented by the following general formulas (Ch-1) to (Ch-6) is preferably contained.
  • R c1 , R c2 , and R * each independently represents an alkyl group having 1 to 15 carbon atoms, and one or two or more —CH 2 — in the alkyl group has a direct oxygen atom May be substituted with —O—, —CH ⁇ CH—, —CO—, —OCO—, —COO—, —C ⁇ C—, —CF 2 O— or —OCF 2 — so as not to be adjacent,
  • One or more hydrogen atoms in the alkyl group may be optionally substituted with halogen, provided that R * has at least one branched or halogen substituent having optical activity
  • Z c1 , Z c2 each independently a single bond, —CH ⁇ CH—, —C ⁇ C—, —CH 2 CH 2 —, — (CH 2 ) 4 —, —COO—, —OCO—, —OCH 2 -, - CH 2 O -, - OCF 2 - or
  • D 3 and D 4 represent a cyclohexane ring or a benzene ring, and one or more of —CH 2 — in the cyclohexane ring is substituted with —O— so that the oxygen atom is not directly adjacent.
  • one or more of —CH 2 CH 2 — in the ring note may be substituted with —CH ⁇ CH—, —CF 2 O— or —OCF 2 —.
  • One or more —CH ⁇ may be substituted with —N ⁇ so that the nitrogen atoms are not directly adjacent, and one or more hydrogen atoms in the ring are substituted with F, Cl, CH 3 May be used).
  • the polymerizable compound is represented by the general formula (PC)
  • P 1 represents a polymerizable functional group
  • Sp 1 represents a spacer group having 0 to 20 carbon atoms
  • Q p1 represents a single bond, —O— , —NH—, —NHCOO—, —OCONH—, —CH ⁇ CH—, —CO—, —COO—, —OCO—, —OCOO—, —OOCO—, —CH ⁇ CH—, —CH ⁇ CH— COO—, —OCO—CH ⁇ CH— or —C ⁇ C—
  • p 1 and p 2 each independently represent 1, 2 or 3
  • MG p represents a mesogenic group or a mesogenic supporting group
  • R p1 represents a halogen atom, a cyano group or an alkyl group having 1 to 25 carbon atoms, and one or two or more CH 2 groups in the alkyl group are —O -, -S-, -NH-, -N (CH 3 )-, -CO
  • C 01 to C 03 are each independently 1,4-phenylene group, 1,4-cyclohexylene group, 1,4-cyclohexenyl group, tetrahydropyran-2,5-diyl group, 1,3 -Dioxane-2,5-diyl group, tetrahydrothiopyran-2,5-diyl group, 1,4-bicyclo (2,2,2) octylene group, decahydronaphthalene-2,6-diyl group, pyridine-2 , 5-diyl group, pyrimidine-2,5-diyl group, pyrazine-2,5-diyl group, 1,2,3,4-tetrahydronaphthalene-2,6-diyl group, 2,6-naphthylene group, phenanthrene -2,7-diyl group, 9,10-dihydrophenanthrene-2,7
  • Z p1 and Z p2 are each independently —COO—, —OCO—, —CH 2 CH 2 —, —OCH 2 —, —CH 2 O—, —CH ⁇ CH—, —C ⁇ C—.
  • -CH CHCOO -
  • - OCOCH CH -, - CH 2 CH 2 COO -, - CH 2 CH 2 OCO -, - COOCH 2 CH 2 -, - OCOCH 2 CH 2 -, - CONH -, - NHCO- Or a single bond p 3 represents 0, 1 or 2.
  • the alkylene group may be substituted by one or more halogen atoms or CN, and one or two present in the group
  • the above CH 2 groups are —O—, —S—, —NH—, —N (CH 3 ) —, —CO—, —COO—, —OCO—, —OC
  • R p2 to R p6 each independently represents a hydrogen atom, a halogen atom, or an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms.
  • PC polymerizable compound general formula
  • R p1 is F, CF 3 , OCF 3 , CH 3 or OCH 3
  • the number of substitutions of the substituent R p1 is 1, 2, 3 or 4 A polymerizable compound.
  • R 7 independently represents P 1 -Sp 1 -Q p 1 or a substituent of the general formula (PC1-e), and R 81 and R 82 each independently represents a hydrogen atom, a halogen atom or methyl
  • R 83 represents an alkoxy group having 1 to 20 carbon atoms, and at least one hydrogen atom in the alkoxy group is a substituent represented by the general formulas (PC0-a) to (PC0-d).
  • the amount of the polymerizable compound used is preferably 0.05 to 2.0% by mass.
  • the liquid crystal composition of the present invention containing a polymerizable compound is produced by polymerizing the polymerizable compound. At this time, it is desired to reduce the unpolymerized component to less than desired.
  • the liquid crystal composition of the present invention suitable for this preferably contains a compound having a biphenyl group and / or a terphenyl group as a partial structure in the general formula (LC0). More specifically, the general formula (LC0-4) to the general formula (LC0-6), the general formula (LC0-10) to the general formula (LC0-16), and the general formula (LC0-27) to the general formula (LC0 It is preferable to select one or two or more compounds from the group of compounds represented by -107) to contain 0.1 to 40% by mass. In addition, it is preferably used in combination with a polymerizable compound represented by general formula (PL1-1) to general formula (PL1-3), general formula (PC1-8) or general formula (PC1-9).
  • the liquid crystal composition may further contain one or more antioxidants, and may further contain one or more UV absorbers.
  • the antioxidant is preferably selected from those represented by the following general formula (E-1) and / or general formula (E-2).
  • the hydrogen atom of may be optionally substituted with halogen
  • Z e1 and Z e2 are each independently a single bond, —CH ⁇ CH—, —C ⁇ C—, —CH 2 CH 2 —, — (CH 2 ) 4 —, —COO—, —OCO—, —OCH 2 —, —CH 2 O—, —OCF 2 — or —CF 2 O—
  • E 1 represents a cyclohexane ring or a benzene ring
  • one or more —CH 2 — in the cyclohexane ring represents an oxygen atom May be substituted with —O— so that they are not directly adjacent to each other
  • one or more —CH 2 CH 2 — in the ring note may be —CH ⁇ CH—, —CF 2 O— or —OCF 2 - as can be substituted
  • one or more -CH nitrogen atom in the benzene ring are not directly adjacent with may be substituted
  • the liquid crystal composition of the present invention can be used as a liquid crystal display element, particularly an active matrix driving liquid crystal display element, for example, TN mode, OCB mode, ECB mode, IPS (including FFS electrode) mode or VA-IPS mode (including FFS electrode).
  • TN mode for example, TN mode, OCB mode, ECB mode, IPS (including FFS electrode) mode or VA-IPS mode (including FFS electrode).
  • VA-IPS mode refers to a pixel electrode arranged on the same substrate surface by aligning a liquid crystal material ( ⁇ > 0) having a positive dielectric anisotropy perpendicular to the substrate surface when no voltage is applied. This is a method of driving liquid crystal molecules by a common electrode.
  • the liquid crystal composition is a liquid crystal composition containing no compound represented by the general formula (LC0) having a partial structure of -Ph3-OCH 2 -of the present application.
  • Example 1 has a much lower viscosity and a smaller ⁇ 1 despite a large dielectric anisotropy ( ⁇ ) and a high nematic phase-isotropic liquid phase transition temperature (T ni ). It can be seen that the combination of the invention is very excellent (Example 3).
  • the prepared liquid crystal composition and its physical property values are shown below.
  • Example 6 The prepared liquid crystal composition and its physical property values are shown below.
  • Example 7 The prepared liquid crystal composition and its physical property values are shown below.
  • Example 8 The prepared liquid crystal composition and its physical property values are shown below.
  • Example 9 The prepared liquid crystal composition and its physical property values are shown below.
  • Example 10 The prepared liquid crystal composition and its physical property values are shown below.
  • the liquid crystal compositions of Examples 2-10 has a low viscosity, gamma 1 is small, it can be seen that the combination of the present invention is that excellent.
  • Example 11 Using a first substrate in which a pair of transparent electrodes having a comb-shaped electrode structure is provided on the same substrate and a second substrate not having an electrode structure, a vertical alignment film is formed on each substrate, and the first substrate and An IPS empty cell having a gap interval of 4.0 microns was fabricated on the second substrate. The liquid crystal composition shown in Example 1 was injected into this empty cell to produce a liquid crystal display element.

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Abstract

 本発明は電気光学的液晶表示材料として有用な誘電率異方性(Δε)が正の値を示すネマチック液晶組成物に関するもので、所望の屈折率異方性(Δn)に調整され、ネマチック相-等方性液体相転移温度(Tni)の低減及びネマチック相の下限温度の上昇を抑えることによってネマチック相の温度範囲を悪化させることなく、粘度(η)が十分に低く、なおかつ、誘電率異方性(Δε)が正の液晶組成物であって、前記液晶組成物が一般式(LC0)で表される化合物から選ばれる1種又は2種以上の化合物を含有し、一般式(LC1)から一般式(LC5)で表される化合物群から選ばれる1種又は2種以上の化合物を含有する液晶組成物を提供する。

Description

ネマチック液晶組成物
 本発明は電気光学的液晶表示材料として有用な誘電率異方性(Δε)が正の値を示すネマチック液晶組成物に関する。
 液晶表示素子は、時計、電卓をはじめとして、各種測定機器、自動車用パネル、ワードプロセッサー、電子手帳、プリンター、コンピューター、テレビ、時計、広告表示板等に用いられるようになっている。液晶表示方式としては、その代表的なものにTN(ツイステッド・ネマチック)型、STN(スーパー・ツイステッド・ネマチック)型、TFT(薄膜トランジスタ)を用いた垂直配向を特徴としたVA型や水平配向を特徴としたIPS(イン・プレーン・スイッチング)型/FFS型等がある。これらの液晶表示素子に用いられる液晶組成物は水分、空気、熱、光などの外的要因に対して安定であること、また、室温を中心としてできるだけ広い温度範囲で液晶相を示し、低粘性であり、かつ駆動電圧が低いことが求められる。さらに液晶組成物は個々の表示素子に対してあわせ最適な誘電率異方性(Δε)または及び屈折率異方性(Δn)等を最適な値とするために、数種類から数十種類の化合物から構成されている。
 垂直配向型ディスプレイではΔεが負の液晶組成物が用いられており、TN型、STN型又はIPS型等の水平配向型ディスプレイではΔεが正の液晶組成物が用いられている。近年、Δεが正の液晶組成物を電圧無印加時に垂直に配向させ、IPS型/FFS型電界を印加する事で表示する駆動方式も報告されており、Δεが正の液晶組成物の必要性はさらに高まっている。一方、全ての駆動方式において低電圧駆動、高速応答、広い動作温度範囲が求められている。すなわち、Δεが正で絶対値が大きく、粘度(η)が小さく、高いネマチック相-等方性液体相転移温度(Tni)が要求されている。また、Δnとセルギャップ(d)との積であるΔn×dの設定から、液晶組成物のΔnをセルギャップに合わせて適当な範囲に調節する必要がある。加えて液晶表示素子をテレビ等へ応用する場合においては高速応答性が重視されるため、γの小さい液晶組成物が要求される。
 液晶組成物の構成成分として、Δεが正の液晶化合物である式(A-1)や(A-2)で表される化合物を使用した液晶組成物の開示があるが(特許文献1から4)、これら液晶組成物は十分に低い粘性を実現するに至っていない。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000011
WO96/032365号 特開平09-157202号 WO98/023564号 特開2003-183656号
 本発明が解決しようとする課題は、所望の屈折率異方性(Δn)に調整され、ネマチック相-等方性液体相転移温度(Tni)の低減及びネマチック相の下限温度の上昇を抑えることによってネマチック相の温度範囲を悪化させることなく、粘度(η)が十分に低く、なおかつ、誘電率異方性(Δε)が正の液晶組成物を提供することにある。
 本発明者は、種々のフルオロベンゼン誘導体を検討し、特定の化合物を組み合わせることにより前記課題を解決することができることを見出し、本件発明を完成するに至った。
 本発明は、正の誘電率異方性を有する液晶組成物であって、前記液晶組成物が一般式(LC0)で表される化合物から選ばれる1種又は2種以上の化合物を含有し、さらに、一般式(LC1)から一般式(LC5)で表される化合物群から選ばれる1種又は2種以上の化合物を含有することを特徴とする液晶組成物を提供し、更に、当該液晶組成物を用いた液晶表示素子を提供する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000012
(式中、R01は炭素数2~5のアルケニル基を表し、R11~R41はそれぞれ独立して炭素数1~15のアルキル基を表し、該アルキル基中の1つ又は2つ以上の-CH-は、酸素原子が直接隣接しないように、-O-、-CH=CH-、-CO-、-OCO-、-COO-、-C≡C-、-CFO-又は-OCF-で置換されてよく、該アルキル基中の1つ又は2つ以上の水素原子は任意にハロゲンで置換されていてもよく、R51及びR52はそれぞれ独立して炭素数1~15のアルキル基を表し、該アルキル基中の1つ又は2つ以上の-CH-は、酸素原子が直接隣接しないように、-O-、-CH=CH-、-CO-、-OCO-、-COO-又は-C≡C-で置換されてよく、後述のA51又はA53がシクロヘキサン環の場合は-OCF又は-CF-であってもよく、A01~A42はそれぞれ独立して下記の何れかの構造
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000013
(該構造中シクロヘキサン環の1つ又は2つ以上の-CH-は酸素原子が直接隣接しないように、-O-で置換されていてもよく、該構造中ベンゼン環の1つ又は2つ以上の-CH=は窒素原子が直接隣接しないように、-N=で置換されていてもよく、X61及びX62はそれぞれ独立して-H、-Cl、-F、-CF又は-OCFを表す。)を表し、A51~A53はそれぞれ独立して下記の何れかの構造
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000014
(式中、シクロヘキサン環中の1つ又は2つ以上の-CHCH-は-CH=CH-、-CFO-又は-OCF-で置換されていてもよく、ベンゼン環中の1つ又は2つ以上の-CH=は窒素原子が直接隣接しないように、-N=で置換されていてもよい。)を表し、X01は水素原子又はフッ素原子を表し、X11~X43はそれぞれ独立して-H、-Cl、-F、-CF又は-OCFを表し、Y01~Y41は-Cl、-F、-OCHF、-CF又は-OCFを表し、Z01及びZ02はそれぞれ独立して単結合、-CH=CH-、-C≡C-、-CHCH-、-(CH-、-OCF-又は-CFO-を表し、Z31~Z42はそれぞれ独立して単結合、-CH=CH-、-C≡C-、-CHCH-、-(CH-、-OCF-又は-CFO-を表し、存在するZ31及びZ32の内少なくとも1つは単結合でなく、Z51及びZ52はそれぞれ独立して単結合、-CH=CH-、-C≡C-、-CHCH-、-(CH-、-OCH-、-CHO-、-OCF-又は-CFO-を表し、m01~m51はそれぞれ独立して0~3の整数を表し、m01+m02、m31+m32及びm41+m42はそれぞれ独立して1、2、3又は4を表し、A01、A03、A23、A31、A32、A41、A42、A52、Z01、Z02、Z31、Z32、Z41、Z42及び/又はZ52が複数存在する場合、それらは同一であっても、異なっていてもよい。)
 本発明の液晶組成物は、Δεが正であってその絶対値が大きくできるという特徴を有する。またηも低く、回転粘性(γ)も小さく、液晶性に優れ、広い温度範囲で安定な液晶相を示す。更に、熱、光、水等に対し、化学的に安定であり、低電圧駆動が可能である実用的で信頼性の高い液晶組成物である。
 本願発明における液晶組成物は前記一般式(LC0)で表される化合物から選ばれる1種又は2種以上の化合物を含有し、さらに一般式(LC1)から一般式(LC5)で表される化合物からなる化合物群から選ばれる1種又は2種以上の化合物を含有する。一般式(LC0)で表される化合物と一般式(LC1)から一般式(LC5)で表される化合物を含む液晶組成物は低温においても安定した液晶相を示すため、実用的な液晶組成物であるということができる。
 一般式(LC0)におけるR01は炭素数2~5のアルケニル基であるが、式(R1)から式(R5)のいずれかで表される基から選ばれることが好ましい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000015
(各式中の黒点は環との連結点を表す。)
 一般式(LC0)におけるR01が炭素数1~8のアルキル基、又は炭素数1~8のアルコキシ基である化合物を併用することも好ましい。
 一般式(LC1)から一般式(LC5)中、R11~R52はそれぞれ独立して炭素数1~8のアルキル基、炭素数2~8のアルケニル基又は炭素数1~8のアルコキシ基であることが好ましく、直鎖であることが好ましい。R11~R52がアルケニル基の場合、上記の式(R1)から式(R5)のいずれかで表される基から選ばれることが好ましい。 A01、A11、A21、A31、A41、A51、A53がトランス-1,4-シクロヘキシレン基の場合、式(R1)、式(R2)、式(R4)がより好ましい。一般式(LC5)におけるR51、R53の少なくとも一方が式(R1)から式(R5)のいずれかのアルケニル基である化合物を1種又は2種以上含有することは更に好ましい。
 A01~A42はそれぞれ独立して、トランス-1,4-シクロヘキシレン基、1,4-フェニレン基、3-フルオロ-1,4-フェニレン基、3,5-ジフルオロ-1,4-フェニレン基又はテトラヒドロピラン-2,5-ジイル基が好ましい。A01~A42にテトラヒドロピラン-2,5-ジイル基が含まれる場合には、A01、A11、A21、A31及びA41であることが好ましい。
 A51~A53はそれぞれ独立して、トランス-1,4-シクロヘキシレン基、1,4-フェニレン基、3-フルオロ-1,4-フェニレン基又は2-フルオロ-1,4-フェニレン基が好ましい。
 Z01及びZ02はそれぞれ独立して単結合、-CH=CH-、-C≡C-、-CHCH-、-OCF-又は-CFO-が好ましく、存在するZ01及びZ02のうち一つが-CH=CH-、-C≡C-、-CHCH-、-(CH-、-OCF-又は-CFO-を表す場合、他は単結合を表すことが好ましく、全てが単結合を表すことが更に好ましい。
 Z31~Z42はそれぞれ独立して単結合、-CH=CH-、-C≡C-、-CHCH-、-OCH-、-CHO-、-OCF-又は-CFO-が好ましく、存在するZ31~Z42の一つが-CH=CH-、-C≡C-、-CHCH-、-(CH-、-OCF-又は-CFO-を表す場合、他は単結合であることが好ましい。
 Z51及びZ52はそれぞれ独立して単結合、-CH=CH-、-C≡C-、-CHCH-、-OCF-又は-CFO-が好ましく、存在するZ51及びZ52の一つが-CH=CH-、-C≡C-、-CHCH-、-(CH-、-OCH-、-CHO-、-OCF-又は-CFO-を表す場合、他は単結合であることが好ましく、全てが単結合を表すことが更に好ましい。
 一般式(LC0)におけるX01がFであることが大きな誘電率異方性(Δε)又は同程度の誘電率異方性(Δε)に対し顕著に低い粘度(η)となることから特に好ましい。 X11~X43はそれぞれ独立してH又はFが好ましく、X11、X21、X31、及びX41はFが好ましい。
 Y01~Y41はそれぞれ独立してF、CF又はOCFが特に好ましい。
01~m51はそれぞれ独立して0~3の整数を表すことが出来るが、m01+m02は1又は2が特に好ましく、m21は0が特に好ましく、m31+m32は1、2又は3が特に好ましく、m41+m42は1又は2が特に好ましい。
 一般式(LC0)で表される液晶化合物は、下記一般式(LC0-a)から(LC0-h)
(式中、R01、A01、A02、A03、Z01、Z02、X01及びY01は一般式(LC0)におけると同じ意味を表し、A01、A03及び/又はZ01、Z02が2個以上存在する場合にはそれぞれ同一であっても異なっていてもよい。)で表される化合物であることがより好ましい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000016
 さらに下記一般式(LC0-1)から一般式(LC0-111)
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000017
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000018
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000019
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000020
(式中、Rは一般式(LC0)におけるR01と同じ意味を表し、「-F,CF,OCF」はY01がそれぞれ独立して-F,CF又はOCFのいずれかを表し、「(-F)」は置換基としてH又はFを表す。)で表される化合物であることがさらに好ましい。一般式(LC0-1)から一般式(LC0-19)で表される化合物は、大きい誘電率異方性(Δε)と顕著に低い粘度(η)を有すると同時に優位な相溶性を有することから特に好ましい。一般式(LC0-20)から一般式(LC0-111)で表される化合物は、大きい誘電率異方性(Δε)と比較的低い粘度(η)を有すると同時に高いネマチック相-等方性液体相転移温度(Tni)を有することから特に好ましい。
 一般式(LC2)で表される化合物は、下記一般式(LC2-1)から一般式(LC2-14)
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000021
(式中、X23、X24、X25及びX26はそれぞれ独立して水素原子、Cl、F、CF又はOCFを表し、X22、R21及びY21は一般式(LC2)におけると同じ意味を表す。)で表される化合物であることがさらに好ましい。一般式(LC2-1)から一般式(LC2-4)及び一般式(LC2-9)から一般式(LC2-11)で表される化合物群はさらに好ましい。
 一般式(LC3)で表される化合物は、下記一般式(LC3-1)から一般式(LC3-32)
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000022
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000023
(式中、X33、X34、X35、X36、X37及びX38はそれぞれ独立してH、Cl、F、CF又はOCFを表し、X32、R31、A31、Y31及びZ31は一般式(LC3)におけると同じ意味を表す。)で表される化合物であることがさらに好ましい。この中で、一般式(LC3-5)、一般式(LC3-15)、一般式(LC3-20)から一般式(LC3-32)で表される化合物群は本発明の必須成分である一般式(LC0)と併用するとより好ましい。また、一般式(LC3-20)及び一般式(LC3-21)におけるX33とX34がFである化合物群及び又は一般式(LC3-25)、一般式(LC3-26)、一般式(LC3-30)から一般式(LC3-32)であるテトラヒドロピラン環を有する化合物群から選ばれる化合物もより好ましい。
 一般式(LC4)で表される化合物は、下記一般式(LC4-1)から一般式(LC4-23)
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000024
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000025
(式中、X44、X45、X46及びX47はそれぞれ独立してH、Cl、F、CF又はOCFを表し、X42、X43、R41及びY41は一般式(LC4)におけると同じ意味を表す。)
で表される化合物であることがさらに好ましい。この内、一般式(LC4-1)から一般式(LC4-3)、一般式(LC4-6)、一般式(LC4-9)、一般式(LC4-10)、一般式(LC4-12)から一般式(LC4-17)で表される化合物群は本発明の必須成分である一般式(LC0)と併用することがより好ましい。更にこの中で、一般式(LC4-9)から一般式(LC4-11)及び一般式(LC4-15)から一般式(LC4-17)におけるX44及び又はX45がFである化合物群から選ばれる化合物を1種又は2種以上含有することは特に好ましい。
 一般式(LC5)で表される化合物は下記一般式(LC5-1)から一般式(LC5-26)
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000026
(式中、R51及びR52は一般式(LC5)におけると同じ意味を表す。)で表される化合物であることがより好ましい。この内、一般式(LC5-1)から一般式(LC5-8)、一般式(LC5-14)、一般式(LC5-16)、一般式(LC5-18)から一般式(LC5-26)で表される化合物群は本発明の必須成分である一般式(LC0)と併用すると特に好ましい。一般式(LC5-1)及び一般式(LC5-4)におけるR51及びR52の少なくとも一方がアルケニル基であることがより好ましく、下記式(R1)から(R5)のいずれかのアルケニル基であることが更に好ましい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000027
一般式(LC5)で表される化合物は1種又は2種以上含有すること好ましく、含有量は30~70質量%であることが好ましく、20質量%から70質量%であることはより好ましい。
 本発明の液晶組成物が一般式(LC0)で表される化合物と一般式(LC1)から一般式(LC5)で表される化合物群から選ばれる化合物を含有するが、一般式(LC0)で表される化合物の含有量は、5~50質量%の範囲で含有することが好ましく、10~40質量%の範囲であることがさらに好ましい。
 本発明の液晶組成物は、20℃での粘度ηが20mPa・s以下であることが好ましい。
 本発明の液晶組成物は、光学活性化合物を1種又は2種以上含有することが出来る。光学活性化合物は、液晶分子を捩らせて配向させることが可能であればどんなものでも使用できる。通常この捩れは温度で変化するので所望の温度依存性を得るために複数の光学活性化合物を使用することも出来る。ネマチック液晶相の温度範囲や粘度などに悪影響しないようにするために、捩れ効果の強い光学活性化合物を選んで使用することは好ましい。この様な光学活性化合物として、コレステリックノナネイトなどの液晶や下記一般式(Ch-1)から一般式(Ch-6)で表される化合物を含有することが好ましい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000028
(式中、Rc1、Rc2、Rはそれぞれ独立して炭素数1~15のアルキル基を表し、該アルキル基中の1つ又は2つ以上の-CH-は、酸素原子が直接隣接しないように、-O-、-CH=CH-、-CO-、-OCO-、-COO-、-C≡C-、-CFO-又は-OCF-で置換されてよく、該アルキル基中の1つ又は2つ以上の水素原子は任意にハロゲンで置換されていてもよく、但しRは光学活性を有する分岐鎖基又はハロゲン置換基を少なくとも1は有しており、Zc1、Zc2、それぞれ独立して単結合、-CH=CH-、-C≡C-、-CHCH-、-(CH-、-COO-、-OCO-、-OCH-、-CHO-、-OCF-又は-CFO-を表しD、Dはシクロヘキサン環又はベンゼン環を表し、シクロヘキサン環中の1つ又は2つ以上の-CH-は酸素原子が直接隣接しないように-O-で置換されていてもよく、また該環注の1つ又は2つ以上の-CHCH-は-CH=CH-、-CFO-又は-OCF-で置換されていてもよく、ベンゼン環中の1つ又は2つ以上の-CH=は窒素原子が直接隣接しないように、-N=で置換されていてもよく、該環中の1つ以上の水素原子がF、Cl、CHで置換されていてもよく、t、tは0、1、2、3を表し、MG*、Qc1、Qc2、は下記の構造
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000029
(式中、D、Dはシクロヘキサン環又はベンゼン環を表し、シクロヘキサン環中の1つ又は2つ以上の-CH-は酸素原子が直接隣接しないように-O-で置換されていてもよく、また該環注の1つ又は2つ以上の-CHCH-は-CH=CH-、-CFO-又は-OCF-で置換されていてもよく、ベンゼン環中の1つ又は2つ以上の-CH=は窒素原子が直接隣接しないように、-N=で置換されていてもよく、該環中の1つ以上の水素原子がF、Cl、CHで置換されていてもよい。)を表す。
 本発明の液晶組成物は重合性化合物を1種又は2種以上含有してもよく、重合性化合物が、ベンゼン誘導体、トリフェニレン誘導体、トルキセン誘導体、フタロシアニン誘導体又はシクロヘキサン誘導体を分子の中心の母核とし、直鎖のアルキル基、直鎖のアルコキシ基又は置換ベンゾイルオキシ基がその側鎖として放射状に置換した構造である円盤状液晶化合物であることが好ましい。
 具体的には重合性化合物が一般式(PC)
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000030
で表される重合性化合物であることが好ましい(式中、Pは重合性官能基を表し、Spは炭素原子数0~20のスペーサー基を表し、Qp1は単結合、-O-、-NH-、-NHCOO-、-OCONH-、-CH=CH-、-CO-、-COO-、-OCO-、-OCOO-、-OOCO-、-CH=CH-、-CH=CH-COO-、-OCO-CH=CH-又は-C≡C-を表し、p及びpはそれぞれ独立して1、2又は3を表し、MGはメソゲン基又はメソゲン性支持基を表し、Rp1は、ハロゲン原子、シアノ基又は炭素原子数1~25のアルキル基を表し、該アルキル基中の1つ又は2つ以上のCH基は、O原子が直接隣接しないように、-O-、-S-、-NH-、-N(CH)-、-CO-、-COO-、-OCO-、-OCOO-、-SCO-、-COS-又は-C≡C-により置き換えられていても良く、あるいはRp1はP-Sp-Qp2-であることができ、P、Sp、Qp2はそれぞれ独立してP、Sp、Qp1と同じ意味を表す。)
 より好ましくは、重合性化合物一般式(PC)におけるMGが以下の構造
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000031
で表される重合性化合物である。
(式中、C01~C03はそれぞれ独立して1,4-フェニレン基、1,4-シクロヘキシレン基、1,4-シクロヘキセニル基、テトラヒドロピラン-2,5-ジイル基、1,3-ジオキサン-2,5-ジイル基、テトラヒドロチオピラン-2,5-ジイル基、1,4-ビシクロ(2,2,2)オクチレン基、デカヒドロナフタレン-2,6-ジイル基、ピリジン-2,5-ジイル基、ピリミジン-2,5-ジイル基、ピラジン-2,5-ジイル基、1,2,3,4-テトラヒドロナフタレン-2,6-ジイル基、2,6-ナフチレン基、フェナントレン-2,7-ジイル基、9,10-ジヒドロフェナントレン-2,7-ジイル基、1,2,3,4,4a,9,10a-オクタヒドロフェナントレン2,7-ジイル基又はフルオレン2,7-ジイル基を表し、該1,4-フェニレン基、1,2,3,4-テトラヒドロナフタレン-2,6-ジイル基、2,6-ナフチレン基、フェナントレン-2,7-ジイル基、9,10-ジヒドロフェナントレン-2,7-ジイル基、1,2,3,4,4a,9,10a-オクタヒドロフェナントレン2,7-ジイル基及びフルオレン2,7-ジイル基は置換基として1個以上のF、Cl、CF、OCF、シアノ基、炭素原子数1~8のアルキル基、アルコキシ基、アルカノイル基、アルカノイルオキシ基、炭素原子数2~8のアルケニル基、アルケニルオキシ基、アルケノイル基又はアルケノイルオキシ基を有していても良く、Zp1及びZp2はそれぞれ独立して-COO-、-OCO-、-CHCH-、-OCH-、-CHO-、-CH=CH-、-C≡C-、-CH=CHCOO-、-OCOCH=CH-、-CHCHCOO-、-CHCHOCO-、-COOCHCH-、-OCOCHCH-、-CONH-、-NHCO-又は単結合を表し、pは0、1又は2を表す。)
 ここで、Sp及びSpはそれぞれ独立してアルキレン基である場合、該アルキレン基は1つ以上のハロゲン原子又はCNにより置換されていても良く、この基中に存在する1つ又は2つ以上のCH基はO原子が直接隣接しないように-O-、-S-、-NH-、-N(CH)-、-CO-、-COO-、-OCO-、-OCOO-、-SCO-、-COS-又は-C≡C-により置き換えられていてもよい。また、P及びPはそれぞれ独立して下記の一般式
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000032
のいずれかであることが好ましい。
(式中、Rp2からRp6はそれぞれ独立して水素原子、ハロゲン原子又は炭素原子数1~5のアルキル基を表す。)
 より具体的には、重合性化合物一般式(PC)が一般式(PC0-1)から一般式(PC0-6)
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000033
(式中、pはそれぞれ独立して1、2又は3を表す。)で表される重合性化合物であることが好ましい。さらに別の好ましい下位の具体式としては、重合性化合物一般式(PC0)が一般式(PC1-1)から一般式(PC1-9)
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000034
(式中、pは0、1、2、3又は4を表す。)で表される重合性化合物である。
 さらに好ましくは、一般式(PC)から一般式(PC1-9)におけるSp、Sp、Qp1及びQp2がすべて単結合である重合性化合物、P及びPが式(PC0-a)、アクリレート及び又はメタアクリレートである重合性化合物、一般式(PC0-1)及び一般式(PC0-2)におけるp及びpがp+pが1~6である重合性化合物、一般式(PC1-1)及び一般式(PC1-9)におけるRp1がF、CF、OCF、CH又はOCHであり、該置換基Rp1の置換数は1、2、3又は4である重合性化合物。
 また、一般式(PC)におけるMGが一般式(PC1)-9で表される円盤状液晶化合物であることも好ましい
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000035
(式中、Rはそれぞれ独立してP-Sp-Qp1又は一般式(PC1-e)の置換基を表し、R81及びR82はそれぞれ独立して水素原子、ハロゲン原子又はメチル基を表し、R83は炭素原子数1~20アルコキシ基を表し、該アルコキシ基中の少なくとも1つの水素原子は前記一般式(PC0-a)から(PC0-d)で表される置換基で置換されている。)重合性化合物の使用量は好ましくは0.05~2.0質量%である。
 重合性化合物を含有する本発明の液晶組成物は、該重合性化合物を重合させて液晶表示素子を作製する。この時未重合成分を所望以下に低減することが要望される。これに適した本発明の液晶組成物には、一般式(LC0)における部分構造として、ビフェニール基及び又はターフェニル基を有する化合物を含有することが好ましい。さらに具体的には、一般式(LC0-4)から一般式(LC0-6)、一般式(LC0-10)から一般式(LC0-16)、一般式(LC0-27)から一般式(LC0-107)で表される化合物群から一種又は二種以上を選んで、0.1~40質量%含有させることが好ましい。また、一般式(PL1-1)から一般式(PL1-3)、一般式(PC1-8)又は一般式(PC1-9)で表される重合性化合物と併用することが好ましい。
 前記液晶組成物は、さらに酸化防止剤を1種又は2種以上含有することもでき、さらにUV吸収剤を1種又は2種以上含有することもできる。酸化防止剤としては、下記一般式(E-1)及び又は一般式(E-2)で表される中から選ぶことが好ましい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000036
(式中、Re1は炭素数1~15のアルキル基を表し、該アルキル基中の1つ又は2つ以上の-CH-は、酸素原子が直接隣接しないように、-O-、-CH=CH-、-CO-、-OCO-、-COO-、-C≡C-、-CFO-又は-OCF-で置換されてよく、該アルキル基中の1つ又は2つ以上の水素原子は任意にハロゲンで置換されていてもよく、
e1、Ze2はそれぞれ独立して単結合、-CH=CH-、-C≡C-、-CHCH-、-(CH-、-COO-、-OCO-、-OCH-、-CHO-、-OCF-又は-CFO-を表し
はシクロヘキサン環又はベンゼン環を表し、シクロヘキサン環中の1つ又は2つ以上の-CH-は酸素原子が直接隣接しないように-O-で置換されていてもよく、また該環注の1つ又は2つ以上の-CHCH-は-CH=CH-、-CFO-又は-OCF-で置換されていてもよく、ベンゼン環中の1つ又は2つ以上の-CH=は窒素原子が直接隣接しないように、-N=で置換されていてもよく、該環中の1つ以上の水素原子がF、Cl、CHで置換されていてもよく、qは0、1、2、3を表す。)
 本発明の液晶組成物は、液晶表示素子特にアクティブマトリックス駆動用液晶表示素子として、例えばTNモード、OCBモード、ECBモード、IPS(FFS電極を含む)モード又はVA-IPSモード(FFS電極を含む)に使用することが出来る。ここで、VA-IPSモードとは、電圧無印加時に、誘電率異方性が正の液晶材料(Δε>0)を基板面に対し垂直に配向させ、同一基板面上に配置した画素電極と共通電極により液晶分子を駆動する方法であり、画素電極と共通電極で発生する湾曲電界の方向に液晶分子が配列することから、容易に画素分割やマルチドメインを形成することができ、応答にも優れる利点がある。非特許文献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)によれば、EOC、VA-IPSなど種々の呼称がされているが、本発明においては以下「VA-IPS」と略称する。
 一般的にTN、ECB方式におけるフレデリックス転移の閾値電圧(Vc)は次の式
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000037
STN方式においては次の式
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000038
VA方式は次の式で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000039
(式中、Vcはフレデリックス転移(V)、Πは円周率、dcellは第一基板と第二基板の間隔(μm)、dgapは画素電極と共通電極の間隔(μm)、dITOは画素電極及び/又は共通電極の幅(μm)、<r1>、<r2>、及び<r3>は外挿長(μm)、K11はスプレイの弾性定数(N)、K22はツイストの弾性定数(N)、K33はベンドの弾性定数(N)を表し、Δεは誘電率の異方性を表す。)
 一方、VA-IPS方式においては、本発明等は下記数4が適用されることを見出した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000040
(式中、Vcはフレデリックス転移(V)、Πは円周率、dcellは第一基板と第二基板の間隔(μm)、dgapは画素電極と共通電極の間隔(μm)、dITOは画素電極及び/又は共通電極の幅(μm)、<r>、<r‘>、<r3>は外挿長(μm)、K33はベンドの弾性定数(N)、Δεは誘電率の異方性を表す。)数4からセル構成としては、dgapをなるべく小さく、dITOをなるべく大きくすることにより、低駆動電圧化が図れ、使用する液晶組成物としてはΔεの絶対値が大きく、K33が小さいものを選択することにより、低駆動電圧化が図れる。
 本発明の液晶組成物は、好ましいΔε、K11、K33などを調整することが出来る。液晶組成物の屈折率異方性(Δn)と表示装置の第一の基板と、第二の基板との間隔(d)の積(Δn・d)は、視角特性や応答速度に強く関連する。そのため、間隔(d)は3~4μmと薄くなる傾向にある。積(Δn・d)は、TN、ECB、IPS(無印加時の液晶配向が基板面に略水平)方式の場合0.31~0.33が特に好ましい。VA-IPS方式においては、両基板に対して垂直配向の場合0.20~0.59が好ましく、0.30~0.40が特に好ましい。このように各種表示素子のモードの種類によって、積(Δn・d)の適性値が異なるため、液晶組成物の屈折率異方性(Δn)は0.070~0.110の範囲、0.100~0.140の範囲、あるいは、0.130~0.180の範囲と各々異なった範囲の屈折率異方性(Δn)を有する液晶組成物が求められている。本発明の液晶組成物において、小さい若しくは比較的小さい屈折率異方性(Δn)を得るためには、一般式(LC0-1)から一般式(LC0-3)、一般式(LC0-7)から一般式(LC0-9)、一般式(LC0-20)から一般式(LC0-30)で表される化合物からなる群から一種又は二種以上を選び、0.1~80質量%含有させることが好ましく、大きい若しくは比較的大きい屈折率異方性(Δn)を得るためには、一般式(LC0-4)から一般式(LC0-6)、一般式(LC0-10)から一般式(LC0-16)、一般式(LC0-27)から一般式(LC0-107)で表される化合物ならなる群から一種又は二種以上を選び、0.1~60質量%含有させることが好ましい。
 無印加時の液晶配向が基板面に略水平を必要とするTN、ECB方式の場合のチルト角は0.5~7°が好ましく、無印加時の液晶配向が基板面に略垂直を必要とするVA-IP方式の場合のチルト角は85~90°が好ましい。この様に液晶組成物を配向させるためには、ポリイミド(PI)、ポリアミド、カルコン、シンナメート又はシンナモイル等からなる配向膜を設けることができる。また、配向膜は光配向技術を用いて作成したものを使用することが好ましい。X01がFの部分構造を有する一般式(LC0)で表される化合物を含有する本発明の液晶組成物は、配向膜の容易軸に並び易く所望のチルト角を作製しやすい。
 更に、重合性化合物として一般式(PC)で表される化合物含有した本発明の液晶組成物は、電圧印加下あるいは電圧無印加下で該液晶組成物中に含有する重合性化合物を重合させて作製した高分子安定化のTNモード、OCBモード、ECBモード、IPSモード又はVA-IPSモード用液晶表示素子を提供できる。
 以下、例を挙げて本願発明を更に詳述するが、本願発明はこれらによって限定されるものではない。また、以下の実施例及び比較例の組成物における「%」は『質量%』を意味する。
 液晶組成物の物性として、以下のように表す。
TN-I :ネマチック相-等方性液体相転移温度(℃)
T-n  :ネマチック相の下限温度(℃)
ε⊥ :25℃での分子長軸方向に対し垂直な方向の誘電率
Δε :25℃での誘電率異方性
no  :25℃での常光に対する屈折率
Δn :25℃での屈折率異方性
Vth  :25℃での周波数1KHzの矩形波を印加した時の透過率が10%変化するセル厚6μmのセルでの印加電圧(V)
粘度:20℃でのバルク粘性(mPa・s)
γ  :回転粘性(mPa・s)
 化合物記載に下記の略号を使用する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000041
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000042
(実施例1)
 以下に、調製した液晶組成物とその物性値を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000043
(比較例2)
 以下に、調製した液晶組成物とその物性値を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000044
 当該液晶組成物は、本願の-Ph3-OCH-の部分構造を持つ一般式(LC0)で表される化合物を含有しない液晶組成物である。実施例1の方が、大きな誘電率異方性(Δε)で高いネマチック相-等方性液体相転移温度(Tni)にもかかわらず、はるかに低粘度であり、γも小さく、本発明の組み合わせが非常に優れたものであることがわかる
(実施例3)
 以下に、調製した液晶組成物とその物性値を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000045
(実施例4)
 以下に、調製した液晶組成物とその物性値を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000046
(実施例4)
 以下に、調製した液晶組成物とその物性値を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000047
(実施例5)
 以下に、調製した液晶組成物とその物性値を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000048
(実施例6)
 以下に、調製した液晶組成物とその物性値を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000049
(実施例7)
 以下に、調製した液晶組成物とその物性値を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000050
(実施例8)
 以下に、調製した液晶組成物とその物性値を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000051
(実施例9)
 以下に、調製した液晶組成物とその物性値を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000052
(実施例10)
 以下に、調製した液晶組成物とその物性値を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000053
このように、実施例2~10の液晶組成物は低粘度であり、γも小さく、本発明の組み合わせが非常に優れたものであることがわかる。
(実施例11)
櫛形電極構造の透明電極を同一基板に一対設けた第一の基板と電極構造を設けない第二の基板を使用し各々の基板上に垂直配向性の配向膜を形成し、第一の基板と第二の基板をギャップ間隔4.0ミクロンのIPS用空セルを作製した。この空セルに実施例1で示された液晶組成物を注入し液晶表示素子を作製した。
この実施例1で示された液晶組成物99%に対して、式(PC-1)-3-1で表される重合性化合物
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000054
を1%添加し均一溶解することにより重合性液晶組成物CLC-Aを調製した。CLC-Aの物性は実施例1で示された液晶組成物の物性とほとんど違いはなかった。
上述のIPS用空セルにCLC-Aを挟持した後、周波数1KHzで1.8Vの矩形波を印加しながら、300nm以下の紫外線をカットするフィルターを介して、高圧水銀灯により液晶セルに紫外線を照射した。セル表面の照射強度が20mW/cmとなるように調整して600秒間照射して、重合性液晶組成物中の重合性化合物を重合させた垂直配向性液晶表示素子を得た。この表示素子は、実施例1で示された液晶組成物のみで作製した液晶表示素子と比較して、非常に速い応答速度であった。

Claims (22)

  1. 正の誘電率異方性を有する液晶組成物であって、前記液晶組成物が一般式(LC0)で表される化合物から選ばれる1種又は2種以上の化合物を含有し、さらに、一般式(LC1)から一般式(LC5)で表される化合物群から選ばれる1種又は2種以上の化合物を含有することを特徴とする液晶組成物。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000001
    (式中、R01は炭素数2~5のアルケニル基を表し、R11~R41はそれぞれ独立して炭素数1~15のアルキル基を表し、該アルキル基中の1つ又は2つ以上の-CH-は、酸素原子が直接隣接しないように、-O-、-CH=CH-、-CO-、-OCO-、-COO-、-C≡C-、-CFO-又は-OCF-で置換されてよく、該アルキル基中の1つ又は2つ以上の水素原子は任意にハロゲンで置換されていてもよく、R51及びR52はそれぞれ独立して炭素数1~15のアルキル基を表し、該アルキル基中の1つ又は2つ以上の-CH-は、酸素原子が直接隣接しないように、-O-、-CH=CH-、-CO-、-OCO-、-COO-又は-C≡C-で置換されてよく、後述のA51又はA53がシクロヘキサン環の場合は-OCF又は-CF-であってもよく、A01~A42はそれぞれ独立して下記の何れかの構造
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000002
    (該構造中シクロヘキサン環の1つ又は2つ以上の-CH-は酸素原子が直接隣接しないように、-O-で置換されていてもよく、該構造中ベンゼン環の1つ又は2つ以上の-CH=は窒素原子が直接隣接しないように、-N=で置換されていてもよく、X61及びX62はそれぞれ独立して-H、-Cl、-F、-CF又は-OCFを表す。)を表し、A51~A53はそれぞれ独立して下記の何れかの構造
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000003
    (式中、シクロヘキサン環中の1つ又は2つ以上の-CHCH-は-CH=CH-、-CFO-又は-OCF-で置換されていてもよく、ベンゼン環中の1つ又は2つ以上の-CH=は窒素原子が直接隣接しないように、-N=で置換されていてもよい。)を表し、X01は水素原子又はフッ素原子を表し、X11~X43はそれぞれ独立して-H、-Cl、-F、-CF又は-OCFを表し、Y01~Y41は-Cl、-F、-OCHF、-CF又は-OCFを表し、Z01及びZ02はそれぞれ独立して単結合、-CH=CH-、-C≡C-、-CHCH-、-(CH-、-OCF-又は-CFO-を表し、Z31~Z42はそれぞれ独立して単結合、-CH=CH-、-C≡C-、-CHCH-、-(CH-、-OCF-又は-CFO-を表し、存在するZ31及びZ32の内少なくとも1つは単結合でなく、Z51及びZ52はそれぞれ独立して単結合、-CH=CH-、-C≡C-、-CHCH-、-(CH-、-OCH-、-CHO-、-OCF-又は-CFO-を表し、m01~m51はそれぞれ独立して0~3の整数を表し、m01+m02、m31+m32及びm41+m42はそれぞれ独立して1、2、3又は4を表し、A01、A03、A23、A31、A32、A41、A42、A52、Z01、Z02、Z31、Z32、Z41、Z42及び/又はZ52が複数存在する場合、それらは同一であっても、異なっていてもよい。)
  2. 一般式(LC0)におけるR01が下記式(R1)から(R5)のいずれかである1種又は2種以上の化合物を5~50質量%含有する請求項1記載の液晶組成物。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000004
    (各式中の黒点は環との連結点を表す。)
  3. 一般式(LC0)においてX01がFである請求項1又は2記載の液晶組成物。
  4. 一般式(LC2)で表される化合物として一般式(LC2-1)から一般式(LC2-14)で表される化合物からなる群より選ばれる1種又は2種以上の化合物を含有する請求項1から3のいずれか一項に記載の液晶組成物。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000005
  5. 一般式(LC3)で表される化合物として一般式(LC3-1)から一般式(LC3-32)で表される化合物からなる群より選ばれる1種又は2種以上の化合物を含有する請求項1から4のいずれか一項に記載の液晶組成物。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000006
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000007
     (式中、X33、X34、X35、X36、X37及びX38はそれぞれ独立してH、Cl、F、CF又はOCFを表し、X32、R31、A31、Y31及びZ31は請求項1と同じ意味を表す。)
  6. 一般式(LC4)で表される化合物として一般式(LC4-1)から一般式(LC4-23)で表される化合物からなる群より選ばれる1種又は2種以上の化合物を含有する請求項1から5のいずれか一項に記載の液晶組成物。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000008
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000009
    (式中、X44、X45、X46及びX47はそれぞれ独立してH、Cl、F、CF又はOCFを表し、X42、X43、R41及びY41は請求項1と同じ意味を表す。)
  7. 一般式(LC5)で表される化合物として一般式(LC5-1)から一般式(LC5-26)で表される化合物からなる群より選ばれる1種又は2種以上の化合物を含有する請求項1から6のいずれか一項に記載の液晶組成物。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000010
    (式中、R51及びR52は請求項1と同じ意味を表す。)
  8. 一般式(LC1)から一般式(LC5)に存在するR02からR41、R51及び又はR52が炭素数2~5のアルケニル基である化合物を1種又は2種以上含有する請求項1から7のいずれか一項に記載の液晶組成物。
  9. 一般式(LC0)から一般式(LC5)に存在するA11からA42及び又はA51からA53の少なくともいずれかひとつがテトラヒドロピラン-2,5-ジイル基である化合物を1種又は2種以上含有する請求項1から8のいずれか一項に記載の液晶組成物。
  10. 一般式(LC0)、一般式(LC3)から一般式(LC5)に存在するZ01、Z02、Z31からZ42、Z51及び又はZ52の少なくともいずれかひとつが-CFO-又は-OCF-である化合物を1種又は2種以上含有する請求項1から9のいずれか一項に記載の液晶組成物。
  11. 一般式(LC5)で表される化合物を30~70質量%含有し、20℃でのバルク粘度ηが20mPa・s以下である請求項1から10のいずれか一項に記載の液晶組成物。
  12. 光学活性化合物を1種又は2種以上含有する請求項1から11のいずれか一項に記載の液晶組成物。
  13. 重合性化合物を1種又は2種以上含有する請求項1から12のいずれか一項に記載の液晶組成物。
  14. 酸化防止剤を1種又は2種以上含有する請求項1から13のいずれか一項に記載の液晶組成物。
  15. UV吸収剤を1種又は2種以上含有する請求項1から14のいずれか一項に記載の液晶組成物。
  16. 請求項1から15のいずれか一項に記載の液晶組成物を用いた液晶表示素子。
  17. 請求項1から16のいずれか一項に記載の液晶組成物を用いたアクティブマトリックス駆動用液晶表示素子。
  18. 請求項1から17のいずれか一項に記載の液晶組成物を用いたTNモード、OCBモード、ECBモード、IPSモード又はVA-IPSモード用液晶表示素子
  19. 請求項13に記載の液晶組成物を用い、電圧印加下あるいは電圧無印加下で該液晶組成物中に含有する重合性化合物を重合させて作製した高分子安定化のTNモード、OCBモード、ECBモード、IPSモード又はVA-IPSモード用液晶表示素子。
  20. 液晶分子と接する面で該液晶分子を水平、チルト及び又は垂直に配向させる配向層が、ポリイミド(PI)、ポリアミド、カルコン、シンナメート又はシンナモイルの少なくとも一種から選ばれた化合物を含有する配向膜を設けた請求項16から19のいずれか一項に記載の液晶表示素子。
  21. 請求項20記載の配向層に更に重合性液晶化合物及び又は重合性非液晶化合物を含有することを特徴とした液晶表示素子。
  22. 液晶組成物と接する面の配向層として、光配向技術を用いて作製した配向膜を設けた請求項20及び又は21記載の液晶表示素子。
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