WO2016035667A1 - 液晶組成物及びそれを使用した液晶表示素子 - Google Patents

液晶組成物及びそれを使用した液晶表示素子 Download PDF

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河村 丞治
求龍 姜
偉 呉
士朗 谷口
篤生 小林
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Dic株式会社
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    • G02F1/13Devices 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 for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells

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
  • liquid crystal compositions are required to have small changes in quality and performance over time even when used for a long time in order to extend the life of liquid crystal display elements.
  • a liquid crystal composition containing an additive in a compound having a pyrimidine ring in order to solve this problem, a liquid crystal composition containing an additive in a compound having a pyrimidine ring. (Patent Document 19) and a liquid crystal composition (Patent Document 20) containing an additive in a liquid crystal composition having a negative dielectric anisotropy in which a specific compound is combined is disclosed.
  • VA vertical alignment
  • IPS in-plane switching
  • the injection method of liquid crystal composition into the substrate is the mainstream injection method from the conventional vacuum injection method (ODF: One : Drop Fill) (see Patent Document 21).
  • ODF One : Drop Fill
  • the problems to be solved by the present invention include a liquid crystal phase in a wide temperature range, low viscosity, good solubility at low temperatures, high specific resistance and high voltage holding ratio, and stability against heat and light.
  • a liquid crystal composition such as an IPS type or a TN type, which has a certain ⁇ positive liquid crystal composition, and is excellent in display quality by using this liquid crystal composition and hardly causes display defects such as image sticking and dripping marks. is there.
  • the present inventors have studied various liquid crystal compounds and various chemical substances, and found that the above problems can be solved by combining specific compounds, and have completed the present invention.
  • the present invention is the general formula (I) as the first component
  • R 1 represents a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 10 carbon atoms, or an alkenyl group having 2 to 10 carbon atoms
  • R 2 to R 5 represent carbon atoms. 0.001% by mass to 5% by mass of a compound having a partial structure represented by formula 1 to 4)
  • the general formula (III) As the second component, the general formula (III)
  • R 31 represents an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms or an alkenyl group having 2 to 10 carbon atoms
  • M 31 to M 33 are each independently a trans-1,4-cyclohexylene group.
  • One or two hydrogen atoms in the phenylene group may be substituted with a fluorine atom
  • M 34 is a group represented by the formula (A-1) and the formula (A-2)
  • X 31 to X 33 each independently represents a hydrogen atom or a fluorine atom, and Y 31 represents a fluorine atom, a trifluoromethoxy group or a trifluoromethyl group
  • Z 31 represents , —CF 2 O—, —OCH 2 — or —CH 2 O—
  • n 31 and n 32 each independently represent 0, 1 or 2
  • n 31 + n 32 represents 1, 2 or 3
  • a liquid crystal composition containing one or more compounds selected from the group consisting of compounds represented by formula (II) and having a positive dielectric anisotropy ( ⁇ ) is provided, and a liquid crystal display device using the liquid crystal composition I will provide a.
  • the liquid crystal composition having a positive ⁇ according to the present invention can obtain a significantly low viscosity, has good solubility at low temperature, and has very little change in specific resistance and voltage holding ratio due to heat and light.
  • a liquid crystal display element such as an IPS type or an FFS type using the same can achieve a high-speed response and display defects such as image sticking and dripping marks are suppressed, which is very useful.
  • the liquid crystal composition according to the present invention has the general formula (I) as the first component.
  • R 1 represents a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 10 carbon atoms, or an alkenyl group having 2 to 10 carbon atoms
  • R 2 to R 5 represent carbon atoms. 1 type or 2 types or more of the compound which has the partial structure represented by Formula 1-4 is represented.
  • Examples of the compound having the partial structure include compounds represented by general formula (I-1) and general formula (I-2).
  • R H1 to R H5 each independently represents a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms
  • M 1 represents an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms
  • One of —CH 2 — may be substituted with —O—, —COO— or —OCO—
  • M 2 represents an alkylene group having 1 to 20 carbon atoms.
  • Two —CH 2 — may be substituted with —O—, —COO— or —OCO—, and one —CH 2 —CH 2 — in the alkylene group may be substituted with —CH ⁇ CH—.
  • N H1 and n H2 each independently represent 0 or 1 and n H3 represents an integer of 1 to 4.
  • R H1 represents a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, and particularly preferably a hydrogen atom.
  • R H1 When it is an alkyl group, it preferably has 1 to 8 carbon atoms, preferably 1 to 5 carbon atoms, preferably 1 to 3 carbon atoms, and 1 carbon atom. Further preferred.
  • M 1 represents an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, but considering the viscosity given to the liquid crystal composition and its volatility, M 1 has 5 to 18 carbon atoms. Alkyl groups are preferred, and alkyl groups having 8 to 18 carbon atoms are preferred.
  • R H1 and R H2 each independently represent a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, and particularly preferably a hydrogen atom.
  • it is an alkyl group, it preferably has 1 to 8 carbon atoms, preferably 1 to 5 carbon atoms, preferably 1 to 3 carbon atoms, and 1 carbon atom. Further preferred.
  • M 2 represents alkylene having 1 to 15 carbon atoms.
  • M 2 represents alkylene having 2 to 10 carbon atoms. Is preferable, alkylene having 4 to 8 carbon atoms is preferable, and alkylene having 6 or 8 carbon atoms is preferable.
  • R H3 , R H4 and R H5 each independently represent a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms
  • M 1 and M 2 each independently represent carbon.
  • it is an alkyl group, it preferably has 1 to 8 carbon atoms, preferably 1 to 5 carbon atoms, preferably 1 to 3 carbon atoms, and 1 carbon atom. Further preferred.
  • n H1 and n H2 each independently represent 0 or 1, and n H3 represents an integer of 1 to 4.
  • n H3 represents 2, 3 or 4, and preferably represents 2.
  • the compound represented by the general formula (I-3) Since the compound represented by the general formula (I-3) has a high effective amine concentration, it is a compound that acts more effectively. Further, among the compounds represented by the general formula (I-1), those having a small molecular weight are adsorbed on the alignment film in the liquid crystal display element, and there are cases where display unevenness is induced, but the general formula (I Since the compound represented by -3) has a high molecular weight, it is possible to prevent display unevenness.
  • the compound represented by these is preferable.
  • the compound represented by these is preferable.
  • Examples of the compound represented by the general formula (I-3) include compounds represented by the general formula (I-31) and the general formula (I-32).
  • R H3 , R H4 and R H5 in these formulas are as described above.
  • the compound represented by the general formula (I) is preferably contained in an amount of 0.01 to 5% by mass, preferably 0.01 to 0.3% by mass, and 0.02 to 0.8%. It is more preferably 3% by mass, and particularly preferably 0.05 to 0.12% by mass. More specifically, when emphasizing the suppression of precipitation at low temperatures, the content is preferably 0.01 to 0.11% by mass. Furthermore, two or more compounds represented by the general formula (I) may be used in combination.
  • the liquid crystal composition according to the present invention has the general formula (III) as the second component.
  • R 31 represents an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms or an alkenyl group having 2 to 10 carbon atoms, and is an alkyl group having 2 to 5 carbon atoms or an alkenyl group having 2 to 5 carbon atoms. It is preferable.
  • R 31 is an alkenyl group, Formula (R1) to Formula (R5)
  • M 31 to M 33 each independently represent a trans-1,4-cyclohexylene group or a 1,4-phenylene group, and one or two — in the trans-1,4-cyclohexylene group CH 2 — may be substituted with —O— so that oxygen atoms are not directly adjacent to each other, and one or two hydrogen atoms in the phenylene group may be substituted with fluorine atoms.
  • a 1,4-cyclohexylene group, a tetrahydropyran group, a 1,4-dioxane-2,5-diyl group or a 1,4-phenylene group is preferred.
  • M 31 and M 33 When there are a plurality of M 31 and M 33, they may be the same or different.
  • M 34 represents formula (A-1) and formula (A-2)
  • X 31 to X 33 each independently represent a hydrogen atom or a fluorine atom, but both X 31 and X 32 are preferably fluorine atoms.
  • Y 31 represents a fluorine atom, a trifluoromethoxy group or a trifluoromethyl group, but is preferably a fluorine atom or a trifluoromethoxy group, and more preferably a fluorine atom.
  • Z 31 represents —CF 2 O—, —OCH 2 — or —CH 2 O—.
  • n 31 and n 32 each independently represents 0, 1 or 2, and n 31 + n 32 represents 1, 2 or 3, but n 31 + n 32 is preferably 1 or 2 or.
  • the compound represented by the general formula (III) has 3 to 5 rings, and further has any one of —CF 2 O—, —OCH 2 —, and —CH 2 O— as a linking group. It is characterized by that.
  • liquid crystal compounds represented by the general formula (III) are specifically the following general formulas (III-1) to (III-6)
  • liquid crystal compounds represented by the general formula (III-1) are specifically the following general formulas (III-1-a) to (III-1-f)
  • X 34 to X 39 each independently represents a hydrogen atom or a fluorine atom
  • X 34 to X 39 are preferred.
  • liquid crystal compounds represented by the general formula (III-2) are specifically the following general formulas (III-2-a) to (III-2-d)
  • liquid crystal compounds represented by the general formula (III-3) are specifically the following general formulas (III-3-a) to (III-3-n)
  • liquid crystal compound represented by the general formula (III-4) is represented by the following general formula (III-4-a) to general formula (III-4-g).
  • liquid crystal compounds represented by the general formula (III-5) are specifically the following general formulas (III-5-a) to (III-5-i)
  • liquid crystal compounds represented by the general formula (III-6) are specifically the following general formulas (III-6-a) to (III-6-c)
  • the content of the compound represented by the general formula (III) as the second component is 1% by mass to 60% by mass, preferably 5% by mass to 50% by mass, and more preferably 5% by mass to 40% by mass. 10 mass% to 40 mass% is preferable, 10 mass% to 35 mass% is preferable, and 15 mass% to 35 mass% is preferable.
  • the liquid crystal composition according to the present invention has, as a third component, a general formula (II-a) to a general formula (II-j)
  • R 21 and R 22 each independently represent an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 10 carbon atoms, or an alkenyl group having 2 to 10 carbon atoms. It is preferably an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 5 carbon atoms, or an alkenyl group having 2 to 5 carbon atoms.
  • X 21 represents an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 3 carbon atoms, a fluorine atom or a hydrogen atom, preferably an alkyl group having 1 carbon atom, a fluorine atom or a hydrogen atom. More preferably, they are a fluorine atom or a hydrogen atom.
  • the content of the compound selected from the compound group represented by the general formula (II-a) to the general formula (II-j) as the third component is 1% by mass to 60% by mass, but from 5% by mass. 55% by mass is preferable, 5% by mass to 50% by mass is preferable, 8% by mass to 50% by mass is preferable, 10% by mass to 50% by mass is preferable, 15% by mass to 50% by mass is preferable, and from 20% by mass 50 mass% is preferable, 25 mass% to 50 mass% is preferable, and 25 mass% to 45 mass% is preferable.
  • liquid crystal composition in the present invention is further represented by the general formula (V)
  • the compound represented by these can be contained.
  • R 51 represents an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 10 carbon atoms, or an alkenyl group having 2 to 10 carbon atoms, and an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, carbon An alkoxy group having 1 to 5 atoms or an alkenyl group having 2 to 5 carbon atoms is preferred.
  • X 51 and X 52 each independently represent a hydrogen atom or a fluorine atom, and Y 51 represents a fluorine atom, a trifluoromethoxy group or a trifluoromethyl group, and X 51 is preferably a fluorine atom. .
  • M 51 to M 53 each independently represent a trans-1,4-cyclohexylene group or a 1,4-phenylene group, and one or two — in the trans-1,4-cyclohexylene group CH 2 — may be substituted with —O— so that oxygen atoms are not directly adjacent to each other, and one or two hydrogen atoms in the phenylene group may be substituted with fluorine atoms.
  • a 1,4-cyclohexylene group, a tetrahydropyran group, a 1,4-dioxane-2,5-diyl group or a 1,4-phenylene group is preferable, and a trans-1,4-cyclohexylene group or 1
  • the 4-phenylene group is preferred.
  • Z 51 to Z 53 each independently represent a single bond or —CH 2 CH 2 —, and two of Z 51 to Z 53 are preferably single bonds, and all of Z 51 to Z 53 Is more preferably a single bond.
  • n 51 and n 52 each independently represent 0, 1 or 2
  • n 51 + n 52 represents 0, 1 or 2
  • n 51 + n 52 is preferably 1 or 2.
  • X 54 to X 59 each independently represent a hydrogen atom or a fluorine atom.
  • the content of the compound represented by the general formula (V) which is another component is 0% by mass to 50% by mass, preferably 0% by mass to 40% by mass, and more preferably 5% by mass to 40% by mass. 5 mass% to 35 mass% is preferable, 5 mass% to 30 mass% is preferable, 5 mass% to 25 mass% is preferable, and 5 mass% to 20 mass% is preferable.
  • the liquid crystal composition of the present invention comprises a compound represented by general formula (I) as the first component, a compound represented by general formula (III) as the second component, and a general formula (II-
  • the total content of the compound selected from the compound group represented by general formula (II-j) from a) and the compound represented by general formula (V), which is another component, is 70 to 100% by mass. It is preferably 80 to 100% by mass, more preferably 85 to 100% by mass, still more preferably 90 to 100% by mass, and still more preferably 95 to 100% by mass. preferable.
  • the liquid crystal composition of the present invention preferably has a dielectric anisotropy ( ⁇ ) at 25 ° C. of 1.5 to 20.0, more preferably 1.5 to 18.0, and more preferably 1.5 to 15. 0 is more preferable, 1.5 to 11 is more preferable, and 1.5 to 8 is particularly preferable.
  • the liquid crystal composition of the present invention preferably has a dielectric anisotropy ( ⁇ ) at 25 ° C. of +1.5 to 2.5, preferably 3.5 to 8.0, +4.5 To 7.0, and preferably +8.5 to 10.
  • the liquid crystal composition of the present invention has a refractive index anisotropy ( ⁇ n) at 20 ° C. of 0.08 to 0.14, more preferably 0.09 to 0.13, and 0.09 to 0.12. Particularly preferred. More specifically, it is preferably 0.10 to 0.13 when dealing with a thin cell gap, and preferably 0.08 to 0.10 when dealing with a thick cell gap.
  • the liquid crystal composition of the present invention has a viscosity ( ⁇ ) at 20 ° C. of 10 to 50 mPa ⁇ s, more preferably 10 to 40 mPa ⁇ s, and particularly preferably 10 to 35 mPa ⁇ s.
  • the liquid crystal composition of the present invention has a rotational viscosity ( ⁇ 1 ) at 20 ° C. of 60 to 130 mPa ⁇ s, more preferably 60 to 110 mPa ⁇ s, and particularly preferably 60 to 100 mPa ⁇ s. .
  • the liquid crystal composition of the present invention has a nematic phase-isotropic liquid phase transition temperature (T ni ) of 60 ° C to 120 ° C, more preferably 70 ° C to 100 ° C, and particularly preferably 70 ° C to 90 ° C.
  • T ni nematic phase-isotropic liquid phase transition temperature
  • 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 twist effect. As such an optically active compound, specifically, liquid crystals such as cholesteric nonanate and compounds represented by the following general formulas (Ch-1) to (Ch-6) are preferable.
  • 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 chain group or halogen substituent having optical activity, and 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 -CF 2 O-a represents, D 1
  • D 2 is Cyclohexane represents a ring or a benzene ring
  • one or two or more -CH 2 in the cyclohexane ring - may have an oxygen atom which may be substituted with -O- so as not to directly adjacent
  • Two or more —CH 2 CH 2 — may be substituted with —CH ⁇ CH—, —CF 2 O— or —OCF 2 —
  • one or more —CH 2 in the benzene ring ⁇ may be substituted with —N ⁇ such that the nitrogen atom is not directly adjacent
  • 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 liquid crystal composition of the present invention may contain one or more polymerizable compounds, and the polymerizable compound contains a benzene derivative, a triphenylene derivative, a truxene derivative, a phthalocyanine derivative or a cyclohexane derivative at the center of the molecule. And a discotic liquid crystal compound having a structure in which a linear alkyl group, a linear alkoxy group or a substituted benzoyloxy group is radially substituted as its side chain.
  • 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 support group
  • R p1 represents a halogen atom, a cyano group or a carbon atom Represents an alkyl group of 1 to 25, and one or more CH 2 groups in the alkyl group are —O—, —S—, —NH—
  • MG p in the polymerizable compound general formula (PC) has the following structure:
  • 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
  • 3 represents 0, 1 or 2.
  • Sp 1 and Sp 2 are each independently an alkylene group
  • 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—, —
  • 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
  • p 4 are each independently represents 1, 2 or 3.
  • Sp 1 , Sp 2 , Q p1 and Q p2 are preferably a single bond
  • P 1 and P 2 are preferably the formula (PC0-a), and are an acryloyloxy group and a methacryloyloxy group. More preferably, p 1 + p 4 is preferably 2, 3 or 4, and R p1 is preferably H, F, CF 3 , OCF 3 , CH 3 or OCH 3 .
  • compounds represented by general formula (PC1-2), general formula (PC1-3), general formula (PC1-4) and general formula (PC1-8) are preferred.
  • MG p in the general formula (PC) is a discotic liquid crystal compound represented by the general formula (PC1) -9.
  • 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). Has been replaced.
  • the amount of the polymerizable compound used is preferably 0.05 to 2.0% by mass.
  • the liquid crystal composition of the present invention 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).
  • R e1 represents an alkyl group having 1 to 15 carbon atoms, and one or two or more —CH 2 — in the alkyl group is —O—, —
  • One or more of the alkyl groups may be substituted with CH ⁇ CH—, —CO—, —OCO—, —COO—, —C ⁇ C—, —CF 2 O— or —OCF 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.
  • Vc threshold voltage of Fredericks transition in TN and ECB systems
  • the VA system is represented by the formula (III).
  • Vc is the Frederick transition (V)
  • is the circumference
  • d cell is the distance between the first substrate and the second substrate ( ⁇ m)
  • d gap is the distance between the pixel electrode and the common electrode ( ⁇ m)
  • d ITO is the pixel electrode and / or common electrode width ( ⁇ m)
  • ⁇ r1>, ⁇ r2>, and ⁇ r3> are extrapolated lengths ( ⁇ m)
  • K11 is the spray elastic constant (N)
  • K22 is the twist elasticity.
  • Constant (N) represents the elastic constant (N) of the bend
  • represents the anisotropy of the dielectric constant.
  • the formula (IV) is applied.
  • Vc is the Frederick transition (V)
  • is the circumference
  • d cell is the distance between the first substrate and the second substrate ( ⁇ m)
  • d gap is the distance between the pixel electrode and the common electrode ( ⁇ m)
  • d ITO is the width of the pixel electrode and / or common electrode ( ⁇ m)
  • ⁇ r>, ⁇ r ′>, ⁇ r3> are extrapolation lengths ( ⁇ m)
  • K33 is the bend elastic constant (N)
  • is the dielectric constant (Expression of anisotropy) From the formula (IV), the cell configuration is as small as possible for d gap and as large as possible for d ITO, and the absolute value of ⁇ of the liquid crystal composition to be used is increased. , K33 can be selected to reduce the drive voltage.
  • the liquid crystal composition of the present invention can be adjusted to preferable ⁇ , K11, and K33.
  • the product ( ⁇ n ⁇ d) of the refractive index anisotropy ( ⁇ n) of the liquid crystal composition and the distance (d) between the first substrate and the second substrate of the display device is strongly related to viewing angle characteristics and response speed. . Therefore, the interval (d) tends to be as thin as 3 to 4 ⁇ m.
  • the product ( ⁇ n ⁇ d) is preferably 0.31 to 0.33 in the TN mode, ECB mode, and IPS mode. In the VA-IPS mode, 0.20 to 0.59 is preferable in the case of vertical alignment with respect to both substrates, and 0.30 to 0.40 is particularly preferable.
  • the tilt angle in the TN mode and ECB mode where the liquid crystal alignment when no voltage is applied needs to be substantially horizontal is preferably 0.5 to 7 °, and the liquid crystal alignment when no voltage is applied needs to be approximately perpendicular to the substrate surface.
  • the tilt angle is preferably 85 to 90 °.
  • an alignment film made of polyimide (PI), polyamide, chalcone, cinnamate, cinnamoyl, or the like can be provided. Further, it is preferable to use an alignment film prepared by using a photo-alignment technique.
  • the liquid crystal composition of the present invention containing the compound in which X 103 in the general formula (LC0) is F can be easily aligned on the easy axis of the alignment film and can easily control a desired tilt angle.
  • liquid crystal composition of the present invention containing the compound represented by the general formula (PC) as the polymerizable compound is obtained by polymerizing the polymerizable compound contained in the liquid crystal composition with voltage applied or without voltage applied.
  • the produced polymer stabilized liquid crystal display element for TN mode, OCB mode, ECB mode, IPS mode or VA-IPS mode can be provided.
  • Tni Nematic phase-isotropic liquid phase transition temperature (° C) ⁇ n: Refractive index anisotropy at 298K (also known as birefringence) ⁇ : Dielectric anisotropy at 298K ⁇ : Viscosity at 293K (mPa ⁇ s) ⁇ 1: Rotational viscosity at 298K (mPa ⁇ s) VHR: Voltage holding ratio (%) at 333 K under conditions of frequency 60 Hz and applied voltage 5 V Light-resistant VHR: The liquid crystal composition is irradiated with ultraviolet rays at 1 kJ / m 2 using an ultrahigh pressure mercury lamp through a glass having a thickness of 0.5 mm. The voltage holding ratio of the liquid crystal after ultraviolet irradiation is measured by the same method as the above VHR measurement. However, the irradiation intensity was 1 W / m 2 at 366 nm.
  • Burn-in The burn-in evaluation of the liquid crystal display element is such that the afterimage of the fixed pattern is displayed at an unacceptable afterimage level when the entire screen is uniformly displayed after the predetermined fixed pattern is displayed in the display area for an arbitrary test time (Ht).
  • the test time (Ht) to reach was measured. 1)
  • the test time (Ht) mentioned here indicates the display time of the fixed pattern, and the longer this time is, the more the afterimage is suppressed and the higher the performance.
  • An unacceptable afterimage level is a level at which an afterimage that fails a pass / fail decision is observed.
  • Drop marks Evaluation of the drop mark of the liquid crystal display device was carried out by maintaining the liquid crystal display panel at room temperature for 1 hour and visually observing the drop mark that appeared white when the entire surface was displayed in halftone, and evaluated the following five levels. .
  • a liquid crystal composition was prepared by adding the compound of formula (I-28H) to the liquid crystal composition LC1. (Examples 1 to 5)
  • a liquid crystal composition prepared by adding the compound of formula (I-28H) or the compound of formula (I-32H) to liquid crystal composition LC5 was prepared. (Examples 6 to 10) By increasing the amount of the compound of formula (I-28H) or the compound of formula (I-32H) added to LC5, the corresponding VHR, image sticking, and solubility at low temperature are improved. It was confirmed. Further, depending on the presence or absence of the compound of formula (I-28H) or the compound of formula (I-32H), a difference was observed in the dropping marks and process suitability.
  • a liquid crystal composition prepared by adding the compound of formula (I-28H) or the compound of formula (I-32H) to liquid crystal composition LC7 was prepared. (Examples 11 to 15) By increasing the amount of the compound of formula (I-28H) or the compound of formula (I-32H) added to LC7, the corresponding VHR, image sticking, and solubility at low temperature are improved. It was confirmed. Further, depending on the presence or absence of the compound of formula (I-28H) or the compound of formula (I-32H), a difference was observed in the dropping marks and process suitability.
  • a liquid crystal composition in which a compound of formula (I-28H) or a compound of formula (I-32H) was added to liquid crystal compositions LC9 and LC14 was prepared.
  • Examples 16 to 21 For any liquid crystal composition, by increasing the amount of the compound of formula (I-28H) or the compound of formula (I-32H), the corresponding VHR, image sticking, It was confirmed that the solubility was improved. In addition, it was confirmed that the addition of the compound of formula (I-28H) or the compound of formula (I-32H) gives good results of dripping marks and process suitability.
  • a liquid crystal composition was prepared by adding the compound of formula (I-28H) or the compound of formula (I-32H) to liquid crystal compositions LC19, LC21, and LC23. (Examples 22 to 27)
  • the compound of formula (I-28H) or the compound of formula (I-32H) by increasing the amount of the compound of formula (I-28H) or the compound of formula (I-32H), the corresponding VHR, image sticking, It was confirmed that the solubility showed a good result.
  • the addition of the compound of formula (I-28H) or the compound of formula (I-32H) gives good results of dripping marks and process suitability.
  • a liquid crystal composition in which a compound of formula (I-28H) or a compound of formula (I-32H) was added to liquid crystal compositions LC27, LC29, and LC34 was prepared.
  • Examples 28 to 33 For any liquid crystal composition, by increasing the amount of the compound of formula (I-28H) or the compound of formula (I-32H), the corresponding VHR, image sticking, It was confirmed that the solubility showed a good result. In addition, it was confirmed that the addition of the compound of formula (I-28H) or the compound of formula (I-32H) gives good results of dripping marks and process suitability.
  • a liquid crystal composition in which a compound of formula (I-28H) or a compound of formula (I-26H) was added to liquid crystal compositions LC39, LC43, and LC49 was prepared.
  • Examples 34 to 39 For any liquid crystal composition, by increasing the amount of the compound of formula (I-28H) or the compound of formula (I-26H), the corresponding VHR, image sticking, It was confirmed that the solubility showed a good result. Further, it was confirmed that the addition of the compound of the formula (I-28H) or the compound of the formula (I-26H) gives good results of dripping marks and process compatibility.
  • a liquid crystal composition in which a compound of formula (I-28H) or a compound of formula (I-24H) was added to liquid crystal compositions LC53 and LC60 was prepared.
  • Examples 40 to 45 For any liquid crystal composition, by increasing the amount of the compound of formula (I-28H) or the compound of formula (I-24H), the corresponding VHR, image sticking, It was confirmed that the solubility showed a good result. It was also confirmed that the addition of the compound of formula (I-28H) or the compound of formula (I-24H) gives good results in dropping marks and process suitability.
  • a liquid crystal composition in which a compound of formula (I-32H) or a compound of formula (I-24H) was added to liquid crystal compositions LC69 and LC70 was prepared.
  • Examples 46 to 51 For any liquid crystal composition, by increasing the amount of the compound of formula (I-32H) or the compound of formula (I-24H), the corresponding VHR, image sticking, It was confirmed that the solubility showed a good result. In addition, it was confirmed that the addition of the compound of formula (I-32H) or the compound of formula (I-24H) gives good results in dropping marks and process suitability.
  • a liquid crystal composition was prepared by adding the compound of formula (I-28H) or the compound of formula (I-32H) to the liquid crystal compositions LC72 and LC77.
  • Examples 52 to 57 For any liquid crystal composition, by increasing the amount of the compound of formula (I-28H) or the compound of formula (I-32H), the corresponding VHR, image sticking, It was confirmed that the solubility showed a good result. In addition, it was confirmed that the addition of the compound of formula (I-28H) or the compound of formula (I-32H) gives good results of dripping marks and process suitability.
  • a liquid crystal composition in which a compound of formula (I-28H) or a compound of formula (I-32H) was added to liquid crystal compositions LC82, LC86, and LC94 was prepared.
  • Examples 58 to 63 For any liquid crystal composition, by increasing the amount of the compound of formula (I-28H) or the compound of formula (I-32H), the corresponding VHR, image sticking, It was confirmed that the solubility showed a good result. In addition, it was confirmed that the addition of the compound of formula (I-28H) or the compound of formula (I-32H) gives good results of dripping marks and process suitability.
  • a liquid crystal composition was prepared by adding the compound of formula (I-28H) or the compound of formula (I-32H) to the liquid crystal compositions LC95, LC96, and LC97.
  • VHR, image sticking, and solubility at low temperatures are good by adding the compound of formula (I-28H) or the compound of formula (I-32H). It was confirmed to show the results. Moreover, it was confirmed that dripping marks and process compatibility are good results.
  • Liquid crystal compositions prepared by adding the compound of formula (I-28H) to the liquid crystal compositions LC98 and LC99 were prepared. (Examples 70 to 75) For any liquid crystal composition, it was confirmed that the addition of the compound of the formula (I-28H) showed favorable results in VHR, image sticking, and solubility at low temperatures. Moreover, it was confirmed that dripping marks and process compatibility are good results.
  • Example 76 to 81 Furthermore, the liquid crystal compositions of LC100, LC101, and LC102 shown below were prepared and their physical properties were measured. The composition of the liquid crystal composition and the results of its physical properties were as shown in the following table.
  • a liquid crystal composition was prepared by adding the compound of formula (I-28H) or the compound of formula (I-32H) to the liquid crystal compositions LC100, LC101, and LC102.
  • VHR, image sticking, and solubility at low temperatures are good by adding the compound of formula (I-28H) or the compound of formula (I-32H). It was confirmed to show the results. Moreover, it was confirmed that dripping marks and process compatibility are good results.
  • the liquid crystal composition of the present invention has a sufficiently small viscosity ( ⁇ ) without lowering the refractive index anisotropy ( ⁇ n) and the nematic phase-isotropic liquid phase transition temperature (T ni ). It was confirmed that the rotational viscosity ( ⁇ 1 ) was sufficiently small, the solubility at low temperature was good, the light resistance VHR was high, the image sticking, the dropping trace and the process compatibility were good and practical.

Abstract

 本発明は、誘電率異方性が正であって、その誘電率異方性が大きく、粘度が低く、更に、同時に耐光性が高い液晶組成物に関する。低電圧駆動、高コントラスト、高速応答性と同時に耐光性が高く、焼き付きや表示不良が発生しない表示品質に優れた液晶表示素子を提供することができる。本発明の液晶組成物を用いた液晶表示素子はアクティブマトリックス駆動用液晶表示素子に有用であり、TN型、IPS型、FSS型等の液晶表示素子に適用できる。

Description

液晶組成物及びそれを使用した液晶表示素子
 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から特許文献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-C000017
 一方、液晶ディスプレイの性能を改善するために、極性基としてフッ素原子やトリフルオロメトキシ基を有するもの以外にさまざまな基を有する化合物およびそれを含有する組成物に関する発明の開示がある。(特許文献5から特許文献18)しかし、同様にこれら液晶組成物は必ずしも十分に低い粘性を実現するに至っていると言えない。
 高速応答のための低粘性化と別に、液晶組成物においては、液晶表示素子の高寿命化のために長時間使用しても品質や性能が経時的に変化が小さいものが求められる。特に、一般的に低分子有機化合物である液晶材料は紫外線に対して安定性が強くないという問題もあるため、この問題を解決するため、ピリミジン環を有する化合物に添加剤を含有する液晶組成物(特許文献19)や特定の化合物が組み合わせられた誘電異方性が負の液晶組成物に添加剤を含有する液晶組成物(特許文献20)に関する発明の開示がある。
 また、液晶組成物を使用する液晶表示素子はVA(垂直配向)型やIPS(イン・プレーン・スイッチング)型等が広く使用されるに至り、その大きさも50型以上の超大型サイズの表示素子が実用化されるに至り使用されるようになった。基板サイズの大型化に伴い、液晶組成物の基板への注入方法も従来の真空注入法から滴下注入(ODF:One Drop Fill)法が注入方法の主流となり(特許文献21参照)、液晶組成物を基板に滴下した際の滴下痕が表示品位の低下を招く問題が表面化するようになり、表示不良による液晶表示素子の歩留まりの悪化するケースにおいて問題となっている。また、液晶組成物中に酸化防止剤、光吸収剤等の添加物を添加する際にもこのような歩留まりの悪化が問題となる場合があり、更には、このような滴下痕と別に、液晶表示素子において長時間同じ表示をし続けると、表示をオフにしてもその表示がぼんやりと表示してしまう焼き付きと呼ばれる現象の問題が発生する場合もある。液晶表示素子としての基本的性能であるコントラストや応答速度等の特性と、焼き付きや滴下痕の発生し難いという画質品位の信頼性を両立した液晶表示素子の開発が求められ、それに適した液晶組成物の開発が求められていた。
WO96/032365号 特開平09-157202号 WO98/023564号 特開2003-183656号 特表平3-505742号 特表平6-500343号 特表平7-509025号 特表平8-500366号 特表平8-507771号 特表平8-510220号 特開平6-40988号 特開平6-329573号 特開平7-82561号 特開平7-145099号 特開2004-115800号 特開2006-321804号 特開2008-189927号 特表2011-516628号 特開2007-137921号 特開2012-224632号 特開平6-235925号
 本発明が解決しようとする課題は、広い温度範囲の液晶相を有し、粘性が小さく、低温での溶解性が良好で、比抵抗や電圧保持率が高く、熱や光に対して安定であるΔεが正の液晶組成物を提供し、更にこれを用いることで表示品位に優れ、焼き付きや滴下痕等の表示不良の発生し難いIPS型やTN型等の液晶表示素子を提供することにある。
 本発明者は、種々の液晶化合物および種々の化学物質を検討し、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、本発明を完成するに至った。
 本発明は、第一成分として、一般式(I)
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000018
(式中、Rは水素原子、炭素原子数1から10のアルキル基、炭素原子数1から10のアルコキシ基又は炭素原子数2から10のアルケニル基を表し、R~Rは炭素原子数1から4のアルキル基を表す。)で表される部分構造を有する化合物を0.001質量%から5質量%含有し、
第二成分として、一般式(III)
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000019
(式中、R31は炭素原子数1から10のアルキル基又は炭素原子数2から10のアルケニル基を表し、M31~M33はお互い独立して、トランス-1,4-シクロへキシレン基又は1,4-フェニレン基を表し、該トランス-1,4-シクロへキシレン基中の1つ又は2つの-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、該フェニレン基中の1つ又は2つの水素原子はフッ素原子で置換されていてもよく、M34は、式(A-1)及び式(A-2)
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000020
(式中、X31~X33はお互い独立して水素原子又はフッ素原子を表し、Y31はフッ素原子、トリフルオロメトキシ基又はトリフルオロメチル基を表す。)のいずれかを表し、Z31は、-CFO-、-OCH-又は-CHO-を表し、n31は及びn32はお互い独立して0、1又は2を表し、n31+n32は、1、2又は3を表し、M31及びM33が複数存在する場合には同一であっても異なっていても良い。)
で表される化合物からなる群より選ばれる化合物を一種又は二種以上含有し、誘電率異方性(Δε)が正である液晶組成物を提供し、当該液晶組成物を用いた液晶表示素子を提供する。
 本発明のΔεが正の液晶組成物は、大幅に低い粘性を得ることができ、低温での溶解性が良好で、比抵抗や電圧保持率が熱や光によって受ける変化が極めて小さく、更に製品を製造する際の実用性が高く、これを用いたIPS型やFFS型等の液晶表示素子は高速応答を達成でき、焼き付きや滴下痕等の表示不良が抑制され、非常に有用である。
 本願発明における液晶組成物は、第一成分として、一般式(I)
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000021
(式中、Rは水素原子、炭素原子数1から10のアルキル基、炭素原子数1から10のアルコキシ基又は炭素原子数2から10のアルケニル基を表し、R~Rは炭素原子数1から4のアルキル基を表す。)で表される部分構造を有する化合物を1種又は2種以上含有する。
 上記部分構造を有する化合物として、一般式(I-1)及び一般式(I-2)で表される化合物が挙げられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000022
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000023
(式中、RH1~RH5は、それぞれ独立的に水素原子又は炭素原子数1から10のアルキル基を表し、Mは、炭素原子数1から20のアルキル基を表すが、アルキル基中の1つの-CH-が、-O-、-COO-又は-OCO-で置換されていてもよく、Mは、炭素原子数1から20のアルキレン基を表すが、アルキレン基中の1つの-CH-が、-O-、-COO-又は-OCO-で置換されていてもよく、アルキレン基中の1つの-CH-CH-が-CH=CH-に置換されていてもよく、nH1及びnH2はそれぞれ独立的に0又は1を表し、nH3は1から4の整数を表す。nH3が2,3又は4であり、RH5が複数存在する場合は、それらは同一であっても異なっていても良い。)
 一般式(I-1)中、RH1は水素原子又は炭素原子数1から10のアルキル基を表すが、水素原子であることが特に好ましい。アルキル基である場合は炭素原子数1から8であることが好ましく、炭素原子数1から5であることが好ましく、炭素原子数1から3であることが好ましく、炭素原子数1であることが更に好ましい。
 一般式(I-1)中、Mは炭素原子数1から20のアルキル基を表すが、液晶組成物へ与える粘性や自身の揮発性を考慮すると、Mは炭素原子数5から18のアルキル基が好ましく、炭素原子数8から18のアルキル基が好ましい。
 一般式(I-2)中、RH1及びRH2は、それぞれ独立的に水素原子又は炭素原子数1から10のアルキル基を表すが、水素原子であることが特に好ましい。アルキル基である場合は炭素原子数1から8であることが好ましく、炭素原子数1から5であることが好ましく、炭素原子数1から3であることが好ましく、炭素原子数1であることが更に好ましい。
 一般式(I-2)中、Mは炭素原子数1から15のアルキレンを表すが、液晶組成物へ与える粘性や自身の揮発性を考慮すると、Mは炭素原子数2から10のアルキレンが好ましく、炭素原子数4から8のアルキレンが好ましく、炭素原子数6又は8のアルキレンが好ましい。
 一般式(I-3)中、RH3、RH4及びRH5は、それぞれ独立的に水素原子又は炭素原子数1から10のアルキル基を表し、M及びMは、それぞれ独立的に炭素原子数1から20のアルキレン基を表すが、アルキレン基中の1つの-CH-が、-O-、-COO-又は-OCO-で置換されていてもよく、アルキレン基中の1つの-CH-CH-が-CH=CH-に置換されていてもよいが、水素原子であることが特に好ましい。アルキル基である場合は炭素原子数1から8であることが好ましく、炭素原子数1から5であることが好ましく、炭素原子数1から3であることが好ましく、炭素原子数1であることが更に好ましい。
 一般式(I-3)中、nH1及びnH2はそれぞれ独立的に0又は1を表し、nH3は1から4の整数を表す。nH3は2,3又は4を表すが、2を表すことが好ましい。
 一般式(I-3)で表される化合物は有効アミン濃度が高いため、より効果的に作用する化合物である。また、一般式(I-1)で表される化合物において、分子量の小さいものは、液晶表示素子中の配向膜に吸着してしまい、表示ムラを誘発するケースも見られるが、一般式(I-3)で表される化合物は分子量が大きくなるため、表示ムラの誘発を防止することができる。
 一般式(I-1)で表される化合物として、一般式(I―1)から一般式(I-7)
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000024
で表される化合物が好ましい。
 一般式(I-2)で表される化合物として、一般式(I-24)、一般式(I-26)、一般式(I-28)
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000025
で表される化合物が好ましい。
 一般式(I-3)で表される化合物として、一般式(I-31)及び一般式(I-32)で表される化合物が挙げられる。これらの式中のRH3、RH4及びRH5は先述のとおりである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000026
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000027
 より具体的には、一般式(I-32H)で表される化合物が好ましい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000028
 液晶組成物において、一般式(I)で表される化合物を0.01から5質量%含有することが好ましく、0.01から0.3質量%であることが好ましく、0.02から0.3質量%であることが更に好ましく、0.05から0.12質量%であることが特に好ましい。更に詳述すると、低温における析出の抑制を重視する場合にはその含有量は0.01から0.11質量%が好ましい。さらに、一般式(I)で表される化合物を2種類以上併用しても良い。
 本願発明における液晶組成物は、第二成分として、一般式(III)
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000029
で表される化合物を一種又は二種以上含有する。
式中、R31は炭素原子数1から10のアルキル基又は炭素原子数2から10のアルケニル基を表すが、炭素原子数2から5のアルキル基又は炭素原子数2から5のアルケニル基であることが好ましい。
31がアルケニル基の場合、式(R1)から式(R5)
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000030
(各式中の黒点は環との連結点を表す。)のいずれかで表される基から選ばれることが好ましい。
 M31~M33はお互い独立して、トランス-1,4-シクロへキシレン基又は1,4-フェニレン基を表し、該トランス-1,4-シクロへキシレン基中の1つ又は2つの-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、該フェニレン基中の1つ又は2つの水素原子はフッ素原子で置換されていてもよいが、トランス-1,4-シクロへキシレン基、テトラヒドロピラン基、1,4-ジオキサン-2,5-ジイル基又は1,4-フェニレン基であることが好ましい。
 M31及びM33が複数存在する場合には同一であっても異なっていても良い。
 M34は、式(A-1)及び式(A-2)
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000031
を表すが、その式中、X31~X33はお互い独立して水素原子又はフッ素原子を表すが、X31及びX32は共にフッ素原子であることが好ましい。Y31はフッ素原子、トリフルオロメトキシ基又はトリフルオロメチル基を表すがフッ素原子又はトリフルオロメトキシ基であることが好ましく、フッ素原子であることがより好ましい。
 Z31は、-CFO-、-OCH-又は-CHO-を表す。
 n31は及びn32はお互い独立して0、1又は2を表し、n31+n32は、1、2又は3を表すが、n31+n32は、1又は2又であることが好ましい。
 一般式(III)で表される化合物は、3~5つの環を有しており、更に、連結基として-CFO-、-OCH-又は-CHO-のいずれかひとつを有することを特徴としている。
 一般式(III)で表される液晶化合物は、具体的には下記一般式(III-1)から一般式(III-6)
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000032
で表される。
 一般式(III-1)で表される液晶化合物は、具体的には下記一般式(III-1-a)から一般式(III-1-f)
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000033
(式中、X34~X39はお互い独立して水素原子又はフッ素原子を表す。)で表される化合物が好ましい。
 一般式(III-2)で表される液晶化合物は、具体的には下記一般式(III-2-a)から一般式(III-2-d)
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000034
を表わされる化合物が好ましい。
 一般式(III-3)で表される液晶化合物は、具体的には下記一般式(III-3-a)から一般式(III-3-n)
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000035
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000036
を表わされる化合物が好ましい。
 一般式(III-4)で表される液晶化合物は、具体的には下記一般式(III-4-a)から一般式(III-4-g)
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000037
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000038
を表わされる化合物が好ましい。
 一般式(III-5)で表される液晶化合物は、具体的には下記一般式(III-5-a)から一般式(III-5-i)
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000039
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000040
を表わされる化合物が好ましい。
 一般式(III-6)で表される液晶化合物は、具体的には下記一般式(III-6-a)から一般式(III-6-c)
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000041
を表わされる化合物が好ましい。
 第二成分である一般式(III)で表される化合物の含有量は、1質量%から60質量%であるが、5質量%から50質量%が好ましく、5質量%から40質量%が好ましく、10質量%から40質量%が好ましく、10質量%から35質量%が好ましく、15質量%から35質量%が好ましい。
 本願発明における液晶組成物は、第三成分として、一般式(II-a)から一般式(II-j)
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000042
で表される化合物1種又は2種以上含有することが好ましい。
 式中、R21及びR22は、お互い独立して炭素原子数1から10のアルキル基又は炭素原子数1から10のアルコキシ基又は炭素原子数2から10のアルケニル基を表すが、お互い独立して炭素原子数1から5のアルキル基又は炭素原子数1から5のアルコキシ基又は炭素原子数2から5のアルケニル基であることが好ましい。X21は炭素原子数1から3のアルキル基、炭素原子数1から3のアルコキシ基、フッ素原子又は水素原子を表すが、炭素原子数1のアルキル基、フッ素原子又は水素原子であることが好ましく、フッ素原子又は水素原子であることが更に好ましい。
 一般式(II-a)から一般式(II-j)の内、一般式(II-a)、一般式(II-d)、一般式(II-f)、一般式(II-g)、一般式(II-h)及び一般式(II-i)から選ばれる化合物であることが好ましく、一般式(II-a)、一般式(II-f)、一般式(II-g)、一般式(II-h)及び一般式(II-i)から選ばれる化合物であることが更に好ましく、一般式(II-a)、一般式(II-f)及び一般式(II-i)から選ばれる化合物であることが更に好ましく、一般式(II-a)及び一般式(II-i)から選ばれる化合物であることが特に好ましい。
 第三成分である一般式(II-a)から一般式(II-j)で表される化合物群から選ばれる化合物の含有量は、1質量%から60質量%であるが、5質量%から55質量%が好ましく、5質量%から50質量%が好ましく、8質量%から50質量%が好ましく、10質量%から50質量%が好ましく、15質量%から50質量%が好ましく、20質量%から50質量%が好ましく、25質量%から50質量%が好ましく、25質量%から45質量%が好ましい。
 本願発明における液晶組成物は、更に、一般式(V)
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000043
で表される化合物を含有することができる。
 式中、R51は炭素原子数1から10のアルキル基、炭素原子数1から10のアルコキシ基又は炭素原子数2から10のアルケニル基を表すが、炭素原子数1から5のアルキル基、炭素原子数1から5のアルコキシ基又は炭素原子数2から5のアルケニル基が好ましい。X51及びX52はお互い独立して水素原子又はフッ素原子を表すが、し、Y51はフッ素原子、トリフオロメトキシ基又はトリフルオロメチル基を表すが、X51はフッ素原子であることが好ましい。M51~M53はお互い独立して、トランス-1,4-シクロへキシレン基又は1,4-フェニレン基を表し、該トランス-1,4-シクロへキシレン基中の1つ又は2つの-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、該フェニレン基中の1つ又は2つの水素原子はフッ素原子で置換されていてもよいが、トランス-1,4-シクロへキシレン基、テトラヒドロピラン基、1,4-ジオキサン-2,5-ジイル基又は1,4-フェニレン基であることが好ましく、トランス-1,4-シクロへキシレン基又は1,4-フェニレン基であることが好ましい。Z51~Z53はお互い独立して、単結合又は-CHCH-を表すが、Z51~Z53の内の2つは単結合であることが好ましく、Z51~Z53のすべてが単結合であることが更に好ましい。n51は及びn52はお互い独立して0、1又は2を表し、n51+n52は、0、1又は2を表すが、n51+n52は、1又は2であることが好ましい。M51、M53、Z51及びZ53が複数存在する場合には同一であっても異なっていても良い。
 一般式(V)で表される化合物として、具体的には下記一般式(V-1)から一般式(V-26)
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000044
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000045
(式中、X54~X59はお互い独立して水素原子又はフッ素原子を表す。)
 その他の成分である一般式(V)で表される化合物の含有量は、0質量%から50質量%であるが、0質量%から40質量%が好ましく、5質量%から40質量%が好ましく、5質量%から35質量%が好ましく、5質量%から30質量%が好ましく、5質量%から25質量%が好ましく、5質量%から20質量%が好ましい。
 本願発明の液晶組成物は、第一成分である一般式(I)で表される化合物、第二成分である一般式(III)で表される化合物、第三成分である一般式(II-a)から一般式(II-j)で表される化合物群から選ばれる化合物及びその他の成分である一般式(V)で表される化合物の合計の含有量が、70~100質量%であることが好ましく、80~100質量%であることがより好ましく、85~100質量%であることが更に好ましく、90~100質量%であることが更に好ましく、95~100質量%であることが更に好ましい。
 本願発明の液晶組成物は、25℃における誘電率異方性(Δε)が1.5から20.0であることが好ましく、1.5から18.0がより好ましく、1.5から15.0がより好ましく、1.5から11がさらに好ましく、1.5から8が特に好ましい。
 本願発明の液晶組成物は、25℃における誘電率異方性(Δε)が+1.5から2.5であることが好ましく、また3.5から8.0であることが好ましく、+4.5から7.0であることが好ましく、+8.5から10であることが好ましい。
 本願発明の液晶組成物は、20℃における屈折率異方性(Δn)が0.08から0.14であるが、0.09から0.13がより好ましく、0.09から0.12が特に好ましい。更に詳述すると、薄いセルギャップに対応する場合は0.10から0.13であることが好ましく、厚いセルギャップに対応する場合は0.08から0.10であることが好ましい。
 本願発明の液晶組成物は、20℃における粘度(η)が10から50mPa・sであるが、10から40mPa・sであることがより好ましく、10から35mPa・sであることが特に好ましい。
 本願発明の液晶組成物は、20℃における回転粘性(γ)が60から130mPa・sであるが、60から110mPa・sであることがより好ましく、60から100mPa・sであることが特に好ましい。
 本願発明の液晶組成物は、ネマチック相-等方性液体相転移温度(Tni)が60℃から120℃であるが、70℃から100℃がより好ましく、70℃から90℃が特に好ましい。
 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を与え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が好ましい。この様な光学活性化合物として、具体的には、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)で表される化合物が好ましい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000046
(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ひとつ有しており、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又は3を表し、MG*、Qc1及びQc2は下記の構造
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000047
(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-C000048
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-C000049
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、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-C000050
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-C000051
(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。さらに具体的には、一般式(PC1-1)から一般式(PC1-9)
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000052
(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が好ましい。その内、Sp、Sp、Qp1及びQp2が単結合であることが好ましく、P及びPが式(PC0-a)であることが好ましく、アクリロイルオキシ基及びメタクリロイルオキシ基であることがより好ましく、p+pが2、3又は4であることが好ましく、Rp1がH、F、CF、OCF、CH又はOCHであることが好ましい。更に、一般式(PC1-2)、一般式(PC1-3)、一般式(PC1-4)及び一般式(PC1-8)で表される化合物が好ましい。
 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-C000053
(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。
 本発明の液晶組成物は、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-C000054
(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又は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)は式(I)
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000055
により表され、STN方式においては式(II)
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000056
により表され、VA方式は式(III)により表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000057
(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、本発明者等によって、式(IV)が適用されることを見出している。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000058
(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。)式(IV)から、セル構成は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の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に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モード、ECBモード、IPSモードの場合0.31~0.33が好ましい。VA-IPSモードおいては、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。無印加時の液晶配向が基板面に略水平を必要とするTNモード、ECBモード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モード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。一般式(LC0)におけるX103がFであ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制御しやすい。
 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。
 以下に実施例を挙げて本発明を更に詳述するが、本発明はこれらの実施例に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。
 実施例中の組成例を、測定した特性は以下の通りである。
 Tni:ネマチック相-等方性液体相転移温度(℃)
 Δn:298Kにおける屈折率異方性(別名:複屈折率)
 Δε:298Kおける誘電率異方性
 η:293Kにおける粘度(mPa・s)
 γ1:298Kにおける回転粘性(mPa・s)
 VHR:周波数60Hz,印加電圧5Vの条件下で333Kにおける電圧保持率(%)
 耐光VHR:液晶組成物に対して、厚さ0.5mmのガラスを介して超高圧水銀ランプを用いて紫外線を1kJ/m照射する。紫外線照射後の液晶の電圧保持率を上述のVHR測定と同様の方法で測定する。但し、照射強度は366nmで1W/mとした。
 化合物記載に下記の略号を使用する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000059
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000060
 実施例中で行った評価は以下の通りである。
 焼き付き:
 液晶表示素子の焼き付き評価は、表示エリア内に所定の固定パターンを任意の試験時間(Ht)表示させた後に、全画面均一な表示を行ったときの固定パターンの残像が、許容できない残像レベルに達するまでの試験時間(Ht)を計測した。
1)ここで言う試験時間(Ht)とは固定パターンの表示時間を示し、この時間が長いほど残像の発生が抑制されており、性能が高いことを示している。
2)許容できない残像レベルとは、合否判定で不合格となる残像が観察されるレベルである。
滴下痕:
 液晶表示装置の滴下痕の評価は、液晶表示パネルを作製後室温で1時間保持し、全面中間調表示した場合に白く浮かび上がる滴下痕を目視にて観察し、以下の5段階の評価をした。
 5:滴下痕無し(優)
 4:滴下痕ごく僅かに有るも許容できるレベル(良)
 3:滴下痕僅かに有り、合否判定のボーダーラインレベル(条件付で可)
 2:滴下痕有り、許容できないレベル(不可)
 1:滴下痕有り、かなり劣悪(悪)
 プロセス適合性:
 45インチのLCDパネル作製時、ODFプロセスにおいて、定積計量ポンプを用いて1回100μLずつフロントプレーン全面に適量の液晶を滴下する。次に、シール剤を介してバックプレーンとフロントプレーンを貼合し、LCDパネルを作製する。できたLCDパネルを420Kの高温槽で30分保持した後、ICを装着して評価用LCDパネルを作製する。このLCDパネルを全面中間調表示した場合における輝度を測定し、輝度斑の発生レベルを1~5の5段階で評価した。数字が大きいほどODFプロセスに基づく輝度斑が少ないことを示し、プロセス適合性が良いことを表す。
 5:輝度斑無し(優)
 4:輝度斑ごく僅かに有るも許容できるレベル(良)
 3:輝度斑僅かに有り、合否判定のボーダーラインレベル(条件付で可)
 2:輝度斑有り、許容できないレベル(不可)
 1:輝度斑有り、かなり劣悪(悪)
 低温での溶解性:
 低温での溶解性評価は、液晶組成物を調製後、2mLのサンプル瓶に液晶組成物を1g秤量し、これに温度制御式試験槽の中で、次の運転状態「-20℃(1時間保持)→昇温(0.1℃/毎分)→0℃(1時間保持)→昇温(0.1℃/毎分)→20℃(1時間保持)→降温(-0.1℃/毎分)→0℃(1時間保持)→降温(-0.1℃/毎分)→-20℃」を1サイクルとして温度変化を与え続け、目視にて液晶組成物からの析出物の発生を観察し、析出物が観察されたときの試験時間を計測した。
 試験時間が長いほど長時間にわたって安定して液晶相を保っており、低温での溶解性が良好である。
 製造装置汚染性:
 液晶材料の揮発性評価は、真空攪拌脱泡ミキサーの運転状態をストロボスコープを用いて観察し、液晶材料の発泡を目視により観察することによって行った。具体的には、容量2.0Lの真空攪拌脱泡ミキサーの専用容器に液晶組成物を0.8kg入れ、4kPaの脱気下、公転速度15S-1、自転速度7.5S-1で真空攪拌脱泡ミキサーを運転し、公転速度に同期して発光するように設定したストロボスコープを用いて観察し、発泡が始まるまでの時間を計測した。
 発泡が始まるまでの時間が長いほど揮発しにくく、製造装置を汚染する可能性が低いので、高性能であることを示す。
(実施例1~21及び比較例1~3)
 以下に示すLC1、LC5、LC7、LC9、LC14の液晶組成物を調製し、その物性値を測定した。液晶組成物の構成とその物性値の結果は表のとおりであった。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000061
 液晶組成物LC1に対して、式(I-28H)の化合物を添加した液晶組成物を調製した。(実施例1~5)
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000062
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000063
LC1に対して、式(I-28H)の化合物の添加量を増やすことにより、対応VHR、焼き付き、低温での溶解性を改善することを確認した。また、式(I-28H)の化合物の有無により、滴下痕やプロセス適合性に差異が認められた。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000064
 液晶組成物LC5に対して、式(I-28H)の化合物又は式(I-32H)の化合物を添加した液晶組成物を調製した。(実施例6~10)LC5に対して、式(I-28H)の化合物又は式(I-32H)の化合物の添加量を増やすことにより、対応VHR、焼き付き、低温での溶解性を改善することを確認した。また、式(I-28H)の化合物又は式(I-32H)の化合物の有無により、滴下痕やプロセス適合性に差異が認められた。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000065
 液晶組成物LC7に対して、式(I-28H)の化合物又は式(I-32H)の化合物を添加した液晶組成物を調製した。(実施例11~15)LC7に対して、式(I-28H)の化合物又は式(I-32H)の化合物の添加量を増やすことにより、対応VHR、焼き付き、低温での溶解性を改善することを確認した。また、式(I-28H)の化合物又は式(I-32H)の化合物の有無により、滴下痕やプロセス適合性に差異が認められた。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000066
 液晶組成物LC9、LC14に対して、式(I-28H)の化合物又は式(I-32H)の化合物を添加した液晶組成物を調製した。(実施例16~21)いずれの液晶組成物に対しても、式(I-28H)の化合物又は式(I-32H)の化合物の添加量を増やすことにより、対応VHR、焼き付き、低温での溶解性を改善することを確認した。また、式(I-28H)の化合物又は式(I-32H)の化合物の添加により、滴下痕やプロセス適合性が良好な結果になることが確認された。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000067
(実施例22~63)
 更に、以下に示すLC19、LC21、LC23、LC27、LC29、LC34、LC39、LC43、LC49、LC53、LC60、LC69、LC70、LC72、LC77、LC82、LC86、LC90の液晶組成物を調製し、その物性値を測定した。液晶組成物の構成とその物性値の結果は表のとおりであった。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000068
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000069
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000070
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000071
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000072
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000073
 液晶組成物LC19、LC21、LC23に対して、式(I-28H)の化合物又は式(I-32H)の化合物を添加した液晶組成物を調製した。(実施例22~27)いずれの液晶組成物に対しても、式(I-28H)の化合物又は式(I-32H)の化合物の添加量を増やすことにより、対応VHR、焼き付き、低温での溶解性が良好な結果を示すことが確認された。また、式(I-28H)の化合物又は式(I-32H)の化合物の添加により、滴下痕やプロセス適合性が良好な結果になることが確認された。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000074
 液晶組成物LC27、LC29、LC34に対して、式(I-28H)の化合物又は式(I-32H)の化合物を添加した液晶組成物を調製した。(実施例28~33)いずれの液晶組成物に対しても、式(I-28H)の化合物又は式(I-32H)の化合物の添加量を増やすことにより、対応VHR、焼き付き、低温での溶解性が良好な結果を示すことが確認された。また、式(I-28H)の化合物又は式(I-32H)の化合物の添加により、滴下痕やプロセス適合性が良好な結果になることが確認された。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000075
 液晶組成物LC39、LC43、LC49に対して、式(I-28H)の化合物又は式(I-26H)の化合物を添加した液晶組成物を調製した。(実施例34~39)いずれの液晶組成物に対しても、式(I-28H)の化合物又は式(I-26H)の化合物の添加量を増やすことにより、対応VHR、焼き付き、低温での溶解性が良好な結果を示すことが確認された。また、式(I-28H)の化合物又は式(I-26H)の化合物の添加により、滴下痕やプロセス適合性が良好な結果になることが確認された。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000076
 液晶組成物LC53、LC60に対して、式(I-28H)の化合物又は式(I-24H)の化合物を添加した液晶組成物を調製した。(実施例40~45)いずれの液晶組成物に対しても、式(I-28H)の化合物又は式(I-24H)の化合物の添加量を増やすことにより、対応VHR、焼き付き、低温での溶解性が良好な結果を示すことが確認された。また、式(I-28H)の化合物又は式(I-24H)の化合物の添加により、滴下痕やプロセス適合性が良好な結果になることが確認された。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000077
 液晶組成物LC69、LC70に対して、式(I-32H)の化合物又は式(I-24H)の化合物を添加した液晶組成物を調製した。(実施例46~51)いずれの液晶組成物に対しても、式(I-32H)の化合物又は式(I-24H)の化合物の添加量を増やすことにより、対応VHR、焼き付き、低温での溶解性が良好な結果を示すことが確認された。また、式(I-32H)の化合物又は式(I-24H)の化合物の添加により、滴下痕やプロセス適合性が良好な結果になることが確認された。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000078
 液晶組成物LC72、LC77に対して、式(I-28H)の化合物又は式(I-32H)の化合物を添加した液晶組成物を調製した。(実施例52~57)いずれの液晶組成物に対しても、式(I-28H)の化合物又は式(I-32H)の化合物の添加量を増やすことにより、対応VHR、焼き付き、低温での溶解性が良好な結果を示すことが確認された。また、式(I-28H)の化合物又は式(I-32H)の化合物の添加により、滴下痕やプロセス適合性が良好な結果になることが確認された。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000079
 液晶組成物LC82、LC86、LC94に対して、式(I-28H)の化合物又は式(I-32H)の化合物を添加した液晶組成物を調製した。(実施例58~63)いずれの液晶組成物に対しても、式(I-28H)の化合物又は式(I-32H)の化合物の添加量を増やすことにより、対応VHR、焼き付き、低温での溶解性が良好な結果を示すことが確認された。また、式(I-28H)の化合物又は式(I-32H)の化合物の添加により、滴下痕やプロセス適合性が良好な結果になることが確認された。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000080
(実施例64~69)
 更に、以下に示すLC95、LC96、LC97の液晶組成物を調製し、その物性値を測定した。液晶組成物の構成とその物性値の結果は以下の表のとおりであった。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000081
液晶組成物LC95、LC96、LC97に対して、式(I-28H)の化合物又は式(I-32H)の化合物を添加した液晶組成物を調製した。(実施例64~69)いずれの液晶組成物に対しても、式(I-28H)の化合物又は式(I-32H)の化合物の添加により、VHR、焼き付き、低温での溶解性が良好な結果を示すことが確認された。また、滴下痕やプロセス適合性が良好な結果になることが確認された。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000082
(実施例70~75)
 更に、以下に示すLC98、LC99の液晶組成物を調製し、その物性値を測定した。液晶組成物の構成とその物性値の結果は以下の表のとおりであった。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000083
液晶組成物LC98、LC99に対して、式(I-28H)の化合物を添加した液晶組成物を調製した。(実施例70~75)いずれの液晶組成物に対しても、式(I-28H)の化合物の添加により、VHR、焼き付き、低温での溶解性が良好な結果を示すことが確認された。また、滴下痕やプロセス適合性が良好な結果になることが確認された。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000084
(実施例76~81)
 更に、以下に示すLC100、LC101、LC102の液晶組成物を調製し、その物性値を測定した。液晶組成物の構成とその物性値の結果は以下の表のとおりであった。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000085
液晶組成物LC100、LC101、LC102に対して、式(I-28H)の化合物又は式(I-32H)の化合物を添加した液晶組成物を調製した。(実施例76~81)いずれの液晶組成物に対しても、式(I-28H)の化合物又は式(I-32H)の化合物の添加により、VHR、焼き付き、低温での溶解性が良好な結果を示すことが確認された。また、滴下痕やプロセス適合性が良好な結果になることが確認された。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000086
以上のことから、本発明の液晶組成物は、屈折率異方性(Δn)及びネマチック相-等方性液体相転移温度(Tni)を低下させることなく、粘度(η)が十分に小さく、回転粘性(γ)が十分に小さく、低温での溶解性が良く、耐光VHRが高く、焼き付き、滴下痕、プロセス適合性が良好で実用的なものであることが確認された。

Claims (12)

  1. 第一成分として、一般式(I)
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000001
    (式中、Rは水素原子、炭素原子数1から10のアルキル基、炭素原子数1から10のアルコキシ基又は炭素原子数2から10のアルケニル基を表し、R~Rは炭素原子数1から4のアルキル基を表す。)で表される部分構造を有する化合物を0.001質量%から5質量%含有し、
    第二成分として、一般式(III)
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000002
    (式中、R31は炭素原子数1から10のアルキル基又は炭素原子数2から10のアルケニル基を表し、M31~M33はお互い独立して、トランス-1,4-シクロへキシレン基又は1,4-フェニレン基を表し、該トランス-1,4-シクロへキシレン基中の1つ又は2つの-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、該フェニレン基中の1つ又は2つの水素原子はフッ素原子で置換されていてもよく、M34は、式(A-1)及び式(A-2)
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000003
    (式中、X31~X33はお互い独立して水素原子又はフッ素原子を表し、Y31はフッ素原子、トリフルオロメトキシ基又はトリフルオロメチル基を表す。)のいずれかを表し、Z31は、-CFO-、-OCH-又は-CHO-を表し、n31は及びn32はお互い独立して0、1又は2を表し、n31+n32は、1、2又は3を表し、M31及びM33が複数存在する場合には同一であっても異なっていても良い。)
    で表される化合物を一種又は二種以上含有し、誘電率異方性(Δε)が正である液晶組成物。
  2. 第三成分として、一般式(II-a)から一般式(II-j)
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000004
    (式中、R21及びR22は、お互い独立して炭素原子数1から10のアルキル基又は炭素原子数1から10のアルコキシ基又は炭素原子数2から10のアルケニル基を表し、X21は炭素原子数1から3のアルキル基、炭素原子数1から3のアルコキシ基、フッ素原子又は水素原子を表す。)で表される化合物群から選ばれる化合物を一種又は二種以上含有する請求項1記載の液晶組成物。
  3. 一般式(I)で表される部分構造を有する化合物が、一般式(I-1)~一般式(I-3)
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000005
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000006
    (式中、RH1~RH5は、それぞれ独立的に水素原子又は炭素原子数1から10のアルキル基を表し、Mは、炭素原子数1から20のアルキル基を表すが、アルキル基中の1つの-CH-が、-O-、-COO-又は-OCO-で置換されていてもよく、Mは、炭素原子数1から20のアルキレン基を表すが、アルキレン基中の1つの-CH-が、-O-、-COO-又は-OCO-で置換されていてもよく、アルキレン基中の1つの-CH-CH-が-CH=CH-に置換されていてもよく、nH1及びnH2はそれぞれ独立的に0又は1を表し、nH3は1から4の整数を表す。nH3が2,3又は4であり、RH5が複数存在する場合は、それらは同一であっても異なっていても良い。)を表わされる化合物群より選ばれる化合物である請求項1又は2に記載の液晶組成物。
  4. 一般式(III)が、一般式(III-1-a)から一般式(III-1-f)
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000007
    (式中、X34~X39はお互い独立して水素原子又はフッ素原子を表す。)で表わされる化合物である請求項1から3のいずれか一項に記載の液晶組成物。
  5. 一般式(III)が、一般式(III-2-a)から一般式(III-2-d)
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000008
    で表わされる化合物である請求項1から3のいずれか一項に記載の液晶組成物。
  6. 一般式(III)が、一般式(III-3-a)から一般式(III-3-n)
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000009
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000010
    で表わされる化合物である請求項1から3のいずれか一項に記載の液晶組成物。
  7. 一般式(III)が、一般式(III-4-a)から一般式(III-4-g)
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000011
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000012
    で表わされる化合物である請求項1から3のいずれか一項に記載の液晶組成物。
  8. 一般式(III)が、一般式(III-5-a)から一般式(III-5-i)
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000013
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000014
    で表わされる化合物である請求項1から3のいずれか一項に記載の液晶組成物。
  9. 一般式(III)が、一般式(III-6-a)から一般式(III-6-c)
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000015
    で表わされる化合物である請求項1から3のいずれか一項に記載の液晶組成物。
    載の液晶組成物。
  10. 更に、一般式(V)
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000016
    (式中、R51は炭素原子数1から10のアルキル基、炭素原子数1から10のアルコキシ基又は炭素原子数2から10のアルケニル基を表し、X51及びX52はお互い独立して水素原子又はフッ素原子を表し、Y51はフッ素原子、トリフオロメトキシ基又はトリフルオロメチル基を表し、M51~M53はお互い独立して、トランス-1,4-シクロへキシレン基又は1,4-フェニレン基を表し、該トランス-1,4-シクロへキシレン基中の1つ又は2つの-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、該フェニレン基中の1つ又は2つの水素原子はフッ素原子で置換されていてもよく、Z51~Z53はお互い独立して、単結合又は-CHCH-を表し、n51は及びn52はお互い独立して0、1又は2を表し、n51+n52は、0、1又は2を表し、M51、M53、Z51及びZ53が複数存在する場合には同一であっても異なっていても良い。)で表される化合物を一種又は二種以上含有する請求項1から9のいずれかに一項に記載の液晶組成物。
  11. 請求項1から10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。
  12. 請求項1から10のいずれか一項に記載の液晶組成物を用いたIPSモード、FFSモード又はVA-IPSモード用液晶表示素子。
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