WO2017013981A1 - 液晶組成物および液晶表示素子 - Google Patents

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    • G02F2202/02Materials and properties organic material
    • G02F2202/022Materials and properties organic material polymeric

Definitions

  • the present invention relates to a liquid crystal composition, a liquid crystal display element containing the composition, and the like.
  • a liquid crystal composition having a negative dielectric anisotropy which contains a polar compound having a polymerizable group (or a polymer thereof) and can achieve vertical alignment of liquid crystal molecules by the action of the compound, and a liquid crystal display device About.
  • the classification based on the operation mode of the liquid crystal molecules is as follows: PC (phase change), TN (twisted nematic), STN (super twisted nematic), ECB (electrically controlled birefringence), OCB (optically compensated bend), IPS. (In-plane switching), VA (vertical alignment), FFS (fringe field switching), FPA (field-induced photo-reactive alignment) mode.
  • the classification based on the element drive system is PM (passive matrix) and AM (active matrix). PM is classified into static, multiplex, etc., and AM is classified into TFT (thin film insulator), MIM (metal film insulator), and the like. TFTs are classified into amorphous silicon and polycrystalline silicon. The latter is classified into a high temperature type and a low temperature type according to the manufacturing process.
  • the classification based on the light source includes a reflection type using natural light, a transmission type using backlight, and a semi-transmission type using both natural light and backlight.
  • the liquid crystal display element contains a liquid crystal composition having a nematic phase.
  • This composition has suitable properties. By improving the characteristics of the composition, an AM device having good characteristics can be obtained. The relationships in these properties are summarized in Table 1 below. The characteristics of the composition will be further described based on a commercially available AM device.
  • the temperature range of the nematic phase is related to the temperature range in which the device can be used.
  • a preferred upper limit temperature of the nematic phase is about 70 ° C. or more, and a preferred lower limit temperature of the nematic phase is about ⁇ 10 ° C. or less.
  • the viscosity of the composition is related to the response time of the device. A short response time is preferred for displaying moving images on the device. A shorter response time is desirable even at 1 millisecond. Therefore, a small viscosity in the composition is preferred. A small viscosity at low temperatures is even more preferred.
  • the optical anisotropy of the composition is related to the contrast ratio of the device. Depending on the mode of the device, a large optical anisotropy or a small optical anisotropy, ie an appropriate optical anisotropy is required.
  • the product ( ⁇ n ⁇ d) of the optical anisotropy ( ⁇ n) of the composition and the cell gap (d) of the device is designed to maximize the contrast ratio.
  • the appropriate value for the product depends on the type of operating mode. This value is in the range of about 0.30 ⁇ m to about 0.40 ⁇ m for the VA mode element and in the range of about 0.20 ⁇ m to about 0.30 ⁇ m for the IPS mode or FFS mode element.
  • a composition having a large optical anisotropy is preferable for a device having a small cell gap.
  • a large dielectric anisotropy in the composition contributes to a low threshold voltage, a small power consumption and a large contrast ratio in the device. Therefore, a large dielectric anisotropy is preferable.
  • a large specific resistance in the composition contributes to a large voltage holding ratio and a large contrast ratio in the device. Therefore, a composition having a large specific resistance not only at room temperature but also at a temperature close to the upper limit temperature of the nematic phase in the initial stage is preferable.
  • a composition having a large specific resistance not only at room temperature but also at a temperature close to the upper limit temperature of the nematic phase after being used for a long time is preferable.
  • the stability of the composition to ultraviolet light and heat is related to the lifetime of the device. When this stability is high, the lifetime of the device is long. Such characteristics are preferable for an AM device used in a liquid crystal projector, a liquid crystal television, and the like.
  • a polymer-supported alignment (PSA) type liquid crystal display element In a general-purpose liquid crystal display element, vertical alignment of liquid crystal molecules is achieved by a specific polyimide alignment film.
  • PSA polymer-supported alignment
  • a polymer is combined with an alignment film.
  • a composition to which a small amount of a polymerizable compound is added is injected into the device.
  • the composition is irradiated with ultraviolet rays while applying a voltage between the substrates of the device.
  • the polymerizable compound polymerizes to form a polymer network in the composition.
  • the alignment of liquid crystal molecules can be controlled by the polymer, the response time of the device is shortened, and image burn-in is improved.
  • Such an effect of the polymer can be expected for a device having modes such as TN, ECB, OCB, IPS, VA, FFS, and FPA.
  • a liquid crystal composition containing a polymer and a polar compound having no polymerizable group is used.
  • a composition to which a small amount of a polymerizable compound and a small amount of a polar compound are added is injected into the device.
  • polar compounds are adsorbed and arranged on the substrate surface.
  • the liquid crystal molecules are aligned according to this arrangement.
  • the composition is irradiated with ultraviolet rays while applying a voltage between the substrates of the device.
  • the polymerizable compound is polymerized to stabilize the alignment of the liquid crystal molecules.
  • the orientation of liquid crystal molecules can be controlled by the polymer and the polar compound, the response time of the device is shortened, and image burn-in is improved. Furthermore, in the element having no alignment film, the step of forming the alignment film is unnecessary. Since there is no alignment film, the electrical resistance of the device does not decrease due to the interaction between the alignment film and the composition. Such an effect by the combination of the polymer and the polar compound can be expected for a device having a mode such as TN, ECB, OCB, IPS, VA, FFS, and FPA.
  • a mode such as TN, ECB, OCB, IPS, VA, FFS, and FPA.
  • a composition having a positive dielectric anisotropy is used for an AM device having a TN mode.
  • a composition having a negative dielectric anisotropy is used in an AM device having a VA mode.
  • a composition having a positive or negative dielectric anisotropy is used in an AM device having an IPS mode or an FFS mode.
  • a composition having positive or negative dielectric anisotropy is used in a polymer-supported orientation type AM device.
  • Examples of liquid crystal compositions having negative dielectric anisotropy are disclosed in the following Patent Documents 1 to 6.
  • a polar compound having a polymerizable group is combined with a liquid crystal compound, and this composition is used for a liquid crystal display element having no alignment film.
  • One object of the present invention is to provide a liquid crystal composition containing a polar compound having a polymerizable group (or this polymer), wherein the polar compound has high compatibility with the liquid crystal compound. .
  • Another object is to provide a liquid crystal composition capable of achieving vertical alignment of liquid crystal molecules by the action of a polymer generated from the polar compound.
  • Other objectives are: high maximum temperature of nematic phase, low minimum temperature of nematic phase, small viscosity, appropriate optical anisotropy, negatively large dielectric anisotropy, large specific resistance, high stability against ultraviolet rays, high heat resistance It is to provide a liquid crystal composition satisfying at least one of characteristics such as high stability.
  • Another object is to provide a liquid crystal composition having an appropriate balance between at least two of these properties. Another object is to provide a liquid crystal display device containing such a composition. Another object is to provide an AM device having characteristics such as a short response time, a large voltage holding ratio, a low threshold voltage, a large contrast ratio, and a long lifetime.
  • the present invention includes a liquid crystal composition containing at least one compound selected from the group of polar compounds represented by formula (1) as a first additive and having negative dielectric anisotropy, and this composition It is a liquid crystal display element containing a thing.
  • R 1 is hydrogen, fluorine, chlorine, or alkyl having 1 to 25 carbon atoms, and in this alkyl, at least one —CH 2 — is —NR 0 —, —O—, — May be replaced by S-, -CO-, -CO-O-, -O-CO-, -O-CO-O-, or cycloalkylene having 3 to 8 carbon atoms, and at least one tertiary Carbon (> CH—) may be replaced with nitrogen (> N—), in which at least one hydrogen may be replaced with fluorine or chlorine, where R 0 is hydrogen or R 2 represents at least one of an oxygen atom having an OH structure, a sulfur atom having an SH structure, and a nitrogen atom having
  • a polar group having; ring A, ring B and ring C are independently 1,4-cyclohexylene, 1,4-cyclohexenylene, 1,4-phenylene, naphthalene-1,2-diyl, naphthalene-1,3-diyl, naphthalene- 1,4-diyl, naphthalene-1,5-diyl, naphthalene-1,6-diyl, naphthalene-1,7-diyl, naphthalene-1,8-diyl, naphthalene-2,3-diyl, naphthalene-2, 6-diyl, naphthalene-2,7-diyl, tetrahydropyran-2,5-diyl, 1,3-dioxane-2,5-diyl, pyrimidine-2,5-diyl, or pyridine-2,5-diy
  • Z 1 and Z 2 are independently a single bond or alkylene having 1 to 10 carbon atoms, in the alkylene, at least one —CH 2 — may be replaced by —O—, —CO—, —COO—, or —OCO—, and at least one —CH 2 —CH 2 — may be —CH ⁇ CH—, —C (CH 3 ) ⁇ CH—, —CH ⁇ C (CH 3 ) —, or —C (CH 3 ) ⁇ C (CH 3 ) — may be substituted, in which at least one hydrogen is May be replaced by fluorine or chlorine; P 1 , P 2 , and P 3 are polymerizable groups; Sp 1 , Sp 2 , and Sp 3 are independently a single bond or 1 to 10 carbon atoms Alkylene And in this alkylene, at least one —CH 2 — may be replaced by —O—, —COO—, —OCO
  • —CH ⁇ CH— or —C ⁇ C— May be replaced by —CH ⁇ CH— or —C ⁇ C—, in which at least one hydrogen may be replaced by fluorine or chlorine; a and b are independently 0 , 1, 2, 3, or 4 and the sum of a and b is 0, 1, 2, 3, or 4; c and e are independently 0, 1, 2, 3, or 4 and d is 1, 2, 3, or 4.
  • One advantage of the present invention is to provide a liquid crystal composition containing a polar compound having a polymerizable group (or a polymer thereof), wherein the polar compound has high compatibility with the liquid crystal compound. .
  • Another advantage is to provide a liquid crystal composition in which vertical alignment of liquid crystal molecules can be achieved by the action of a polymer generated from the polar compound.
  • Another advantage is the high maximum temperature of the nematic phase, the low minimum temperature of the nematic phase, small viscosity, suitable optical anisotropy, negative large dielectric anisotropy, large specific resistance, high stability against ultraviolet light, high heat resistance It is to provide a liquid crystal composition satisfying at least one of characteristics such as high stability.
  • Another advantage is to provide a liquid crystal composition having an appropriate balance between at least two of these properties. Another advantage is to provide a liquid crystal display device containing such a composition. Another advantage is to provide an AM device having characteristics such as a short response time, a large voltage holding ratio, a low threshold voltage, a large contrast ratio, and a long lifetime.
  • liquid crystal composition and “liquid crystal display element” may be abbreviated as “composition” and “element”, respectively.
  • “Liquid crystal display element” is a general term for liquid crystal display panels and liquid crystal display modules.
  • “Liquid crystal compound” is a compound having a liquid crystal phase such as a nematic phase and a smectic phase, and a liquid crystal phase, but has a composition for the purpose of adjusting characteristics such as temperature range, viscosity, and dielectric anisotropy of the nematic phase. It is a general term for compounds mixed with products.
  • This compound has a six-membered ring such as 1,4-cyclohexylene and 1,4-phenylene, and its molecular structure is rod-like.
  • the “polymerizable compound” is a compound added for the purpose of forming a polymer in the composition.
  • a liquid crystalline compound having alkenyl is not polymerizable in that sense.
  • the liquid crystal composition is prepared by mixing a plurality of liquid crystal compounds. Additives such as optically active compounds, antioxidants, ultraviolet absorbers, dyes, antifoaming agents, polymerizable compounds, polymerization initiators, polymerization inhibitors, and polar compounds are added to this liquid crystal composition as necessary.
  • the ratio of the liquid crystal compound is expressed as a weight percentage (% by weight) based on the weight of the liquid crystal composition not containing the additive even when the additive is added.
  • the ratio of the additive is expressed as a percentage by weight (% by weight) based on the weight of the liquid crystal composition not containing the additive. That is, the ratio of the liquid crystal compound or additive is calculated based on the total weight of the liquid crystal compound. Weight parts per million (ppm) may be used.
  • the ratio of the polymerization initiator and the polymerization inhibitor is exceptionally expressed based on the weight of the polymerizable compound.
  • the upper limit temperature of the nematic phase may be abbreviated as “the upper limit temperature”.
  • “Lower limit temperature of nematic phase” may be abbreviated as “lower limit temperature”.
  • High specific resistance means that the composition has a large specific resistance in the initial stage and a large specific resistance after long-term use.
  • “High voltage holding ratio” means that the device has a large voltage holding ratio not only at room temperature but also at a temperature close to the upper limit temperature in the initial stage, and a large voltage not only at room temperature but also at a temperature close to the upper limit temperature after long-term use. It means having a retention rate.
  • characteristics may be examined before and after a aging test (including an accelerated deterioration test).
  • increasing dielectric anisotropy means that when the composition has a positive dielectric anisotropy, the value increases positively, and the composition having a negative dielectric anisotropy When it is a thing, it means that the value increases negatively.
  • the compound represented by the formula (1) may be abbreviated as “compound (1)”. At least one compound selected from the group of compounds represented by formula (1) may be abbreviated as “compound (1)”. “Compound (1)” means one compound represented by formula (1), a mixture of two compounds, or a mixture of three or more compounds. The same applies to compounds represented by other formulas.
  • the expression “at least one‘ A ’” means that the number of ‘A’ is arbitrary.
  • the expression “at least one 'A' may be replaced by 'B'” means that when the number of 'A' is one, the position of 'A' is arbitrary and the number of 'A' is 2 Even when there are more than two, their positions can be selected without restriction. This rule also applies to the expression “at least one 'A' is replaced by 'B'".
  • the symbol of the terminal group R 1 is used for a plurality of compounds.
  • two groups represented by two arbitrary R 1 may be the same or different.
  • R 1 of the compound (1-1) is ethyl and R 1 of the compound (1-2) is ethyl.
  • R 1 of compound (1-1) is ethyl and R 1 of compound (1-2) is propyl.
  • This rule also applies to symbols such as other end groups.
  • the subscript 'a' is 2
  • there are two rings A In this compound, the two rings represented by the two rings A may be the same or different.
  • This rule also applies to any two rings A when the subscript 'a' is greater than 2.
  • This rule also applies to other symbols.
  • This rule is also applied to the case of two -Sp 10 -P 5 in the compound (4-27).
  • Symbols such as A, B, C, and D surrounded by hexagons correspond to rings such as ring A, ring B, ring C, and ring D, respectively, and represent rings such as six-membered rings and condensed rings.
  • the diagonal line across the hexagonal piece indicates that any hydrogen on the ring may be replaced by a group such as -Sp 1 -P 1 .
  • a subscript such as 'c' indicates the number of groups replaced. When the subscript 'c' is 0, there is no such replacement. When the subscript 'c' is 2 or more, there are a plurality of -Sp 1 -P 1 on the ring A.
  • the plurality of groups represented by —Sp 1 —P 1 may be the same or different.
  • ring A and ring B are independently X, Y, or Z”, since there are plural subjects, “independently” is used. When the subject is “ring A”, since the subject is singular, “independently” is not used.
  • Ring A when “Ring A” is used in more than one formula, the rule “may be the same or different” applies to “Ring A”. The same applies to other groups.
  • 2-Fluoro-1,4-phenylene means the following two divalent groups.
  • fluorine may be leftward (L) or rightward (R).
  • This rule also applies to asymmetric divalent groups generated by removing two hydrogens from the ring, such as tetrahydropyran-2,5-diyl.
  • This rule also applies to divalent linking groups such as carbonyloxy (—COO— or —OCO—).
  • Expressions such as “at least one —CH 2 — may be replaced by —O—” are used herein.
  • —CH 2 —CH 2 —CH 2 — may be converted to —O—CH 2 —O— by replacing non-adjacent —CH 2 — with —O—.
  • adjacent —CH 2 — is not replaced by —O—.
  • —O—O—CH 2 — (peroxide) is formed by this replacement. That is, this expression includes both “one —CH 2 — may be replaced with —O—” and “at least two non-adjacent —CH 2 — may be replaced with —O—”. means.
  • R 1 is alkyl having 1 to 25 carbon atoms. The carbon number of this alkyl may be increased by this type of replacement. In such a case, the maximum carbon number is 30.
  • This rule applies not only to monovalent groups such as R 1 , but also to divalent groups such as alkylene.
  • the alkyl of the liquid crystal compound is linear or branched and does not include cyclic alkyl. Linear alkyl is preferred over branched alkyl. The same applies to terminal groups such as alkoxy and alkenyl.
  • the configuration of 1,4-cyclohexylene is generally preferably trans rather than cis.
  • the present invention includes the following items.
  • R 1 is hydrogen, fluorine, chlorine, or alkyl having 1 to 25 carbon atoms, and in this alkyl, at least one —CH 2 — is —NR 0 —, —O—, — May be replaced by S-, -CO-, -CO-O-, -O-CO-, -O-CO-O-, or cycloalkylene having 3 to 8 carbon atoms, and at least one tertiary Carbon (> CH—) may be replaced with nitrogen (> N—), in which at least one hydrogen may be replaced with fluorine or chlorine, where R 0 is hydrogen or R 2 represents at least one of an oxygen atom having an OH structure, a sulfur atom having an SH structure, and a nitrogen atom having a primary, secondary, or tertiary amine structure.
  • a polar group having; ring A, ring B and ring C are independently 1,4-cyclohexylene, 1,4-cyclohexenylene, 1,4-phenylene, naphthalene-1,2-diyl, naphthalene-1,3-diyl, naphthalene- 1,4-diyl, naphthalene-1,5-diyl, naphthalene-1,6-diyl, naphthalene-1,7-diyl, naphthalene-1,8-diyl, naphthalene-2,3-diyl, naphthalene-2, 6-diyl, naphthalene-2,7-diyl, tetrahydropyran-2,5-diyl, 1,3-dioxane-2,5-diyl, pyrimidine-2,5-diyl, or pyridine-2,5-diy
  • Z 1 and Z 2 are independently a single bond or alkylene having 1 to 10 carbon atoms, in the alkylene, at least one —CH 2 — may be replaced by —O—, —CO—, —COO—, or —OCO—, and at least one —CH 2 —CH 2 — may be —CH ⁇ CH—, —C (CH 3 ) ⁇ CH—, —CH ⁇ C (CH 3 ) —, or —C (CH 3 ) ⁇ C (CH 3 ) — may be substituted, in which at least one hydrogen is May be replaced by fluorine or chlorine; P 1 , P 2 , and P 3 are polymerizable groups; Sp 1 , Sp 2 , and Sp 3 are independently a single bond or 1 to 10 carbon atoms Alkylene And in this alkylene, at least one —CH 2 — may be replaced by —O—, —COO—, —OCO
  • —CH ⁇ CH— or —C ⁇ C— May be replaced by —CH ⁇ CH— or —C ⁇ C—, in which at least one hydrogen may be replaced by fluorine or chlorine; a and b are independently 0 , 1, 2, 3, or 4 and the sum of a and b is 0, 1, 2, 3, or 4; c and e are independently 0, 1, 2, 3, or 4 and d is 1, 2, 3, or 4.
  • R 2 is a group represented by any one of formulas (A1) to (A4).
  • Sp 4 , Sp 6 , and Sp 7 are independently a single bond or a group (—Sp ′′ —X ′′ —), where Sp ′′ is , Alkylene having 1 to 20 carbon atoms, wherein at least one —CH 2 — is —O—, —S—, —NH—, —N (R 0 ) —, —CO—, —CO—.
  • P 1 , P 2 , and P 3 are groups independently selected from the group of polymerizable groups represented by formula (P-1) to formula (P-5). 3. The liquid crystal composition according to 1 or 2.
  • M 1 , M 2 , and M 3 are independently hydrogen, fluorine, alkyl having 1 to 5 carbons, or at least one hydrogen is fluorine or chlorine 1-5 alkyl substituted with
  • Item 4. The liquid crystal according to any one of items 1 to 3, wherein the first additive is at least one compound selected from the group of polar compounds represented by formulas (1-1) to (1-15). Composition.
  • R 1 is hydrogen, fluorine, chlorine, alkyl having 1 to 25 carbons, and in this alkyl, at least one —CH 2 — is —NR 0 -, - O -, - S -, - CO -, - CO-O -, - O-CO -, - O-CO-O-, or may be replaced by a cycloalkylene having a carbon number of 3 to 8
  • at least one tertiary carbon (> CH—) may be replaced with nitrogen (> N—), in which at least one hydrogen may be replaced with fluorine or chlorine;
  • R 0 is hydrogen or alkyl having 1 to 12 carbons
  • Sp 2 is a single bond or alkylene having 1 to 10 carbons, in which at least one —
  • Item 5 The liquid crystal composition according to any one of items 1 to 4, wherein the ratio of the first additive is 10% by weight or less based on the weight of the liquid crystal composition.
  • Item 6. The liquid crystal composition according to any one of items 1 to 5, comprising at least one compound selected from the group of compounds represented by formula (2) as a first component.
  • R 3 and R 4 are independently alkyl having 1 to 12 carbons, alkoxy having 1 to 12 carbons, alkenyl having 2 to 12 carbons, or alkenyloxy having 2 to 12 carbons.
  • Ring D and Ring F are independently 1,4-cyclohexylene, 1,4-cyclohexenylene, 1,4-phenylene, 1,4-substitution in which at least one hydrogen is replaced by fluorine or chlorine Phenylene, or tetrahydropyran-2,5-diyl;
  • ring E is 2,3-difluoro-1,4-phenylene, 2-chloro-3-fluoro-1,4-phenylene, 2,3-difluoro- 5-methyl-1,4-phenylene, it is a 3,4,5-trifluoro-2,6-diyl or 7,8-difluoro-chroman-2,6-diyl,;
  • Z 3 Oyo Z 4 is independently a single bond, -CH 2 CH 2 -, - CH 2 O -, - OCH 2 -, - COO-, or a -OCO-;
  • f is 1, 2 or 3,
  • G is 0 or 1 and the sum of
  • Item 7. The liquid crystal composition according to any one of items 1 to 6, comprising at least one compound selected from the group of compounds represented by formulas (2-1) to (2-21) as a first component: object.
  • R 3 and R 4 are independently alkyl having 1 to 12 carbons, alkoxy having 1 to 12 carbons, alkenyl having 2 to 12 carbons, or It is alkenyloxy having 2 to 12 carbon atoms.
  • Item 8 The liquid crystal composition according to item 6 or 7, wherein the ratio of the first component is in the range of 10% by weight to 90% by weight based on the weight of the liquid crystal composition.
  • Item 9 The liquid crystal composition according to any one of items 1 to 8, comprising at least one compound selected from the group of compounds represented by formula (3) as the second component.
  • R 5 and R 6 are independently alkyl having 1 to 12 carbons, alkoxy having 1 to 12 carbons, alkenyl having 2 to 12 carbons, and at least one hydrogen is replaced by fluorine or chlorine C 1-12 alkyl or C 2-12 alkenyl in which at least one hydrogen is replaced by fluorine or chlorine;
  • Ring G and Ring I are independently 1,4-cyclohexylene , 1,4-phenylene, 2-fluoro-1,4-phenylene, or 2,5-difluoro-1,4-phenylene;
  • Z 5 is a single bond, —CH 2 CH 2 —, —CH 2 O —, —OCH 2 —, —COO—, or —OCO—;
  • h is 1, 2, or 3;
  • Item 10 The liquid crystal composition according to any one of items 1 to 9, comprising at least one compound selected from the group of compounds represented by formulas (3-1) to (3-13) as a second component: object.
  • R 5 and R 6 are independently alkyl having 1 to 12 carbons, alkoxy having 1 to 12 carbons, alkenyl having 2 to 12 carbons, It is alkyl having 1 to 12 carbons in which one hydrogen is replaced with fluorine or chlorine, or alkenyl having 2 to 12 carbons in which at least one hydrogen is replaced with fluorine or chlorine.
  • Item 11 The liquid crystal composition according to item 9 or 10, wherein the ratio of the second component is in the range of 10% by weight to 70% by weight based on the weight of the liquid crystal composition.
  • Item 12. The liquid crystal composition according to any one of items 1 to 11, comprising at least one compound selected from the group of polymerizable compounds represented by formula (4) as the second additive.
  • ring J and ring P are independently cyclohexyl, cyclohexenyl, phenyl, 1-naphthyl, 2-naphthyl, tetrahydropyran-2-yl, 1,3-dioxane-2-yl, pyrimidine- 2-yl or pyridin-2-yl, and in these rings, at least one hydrogen is fluorine, chlorine, alkyl having 1 to 12 carbons, alkoxy having 1 to 12 carbons, or at least one hydrogen.
  • ring K may be 1,4-cyclohexylene, 1,4-cyclohexenylene, 1,4-phenylene, naphthalene-1, 2-diyl, naphthalene-1,3-diyl, naphthalene-1,4-diyl, naphthalene-1,5-diyl, naphthalene-1, -Diyl, naphthalene-1,7-diyl, naphthalene-1,8-diyl, naphthalene-2,3-diyl, naphthalene-2,6-diyl, naphthalene-2,7-diyl, tetrahydropyran-2,5- Diyl, 1,3-dioxane-2,5-diyl, pyrimidine-2,5-diyl, or pyridine-2,5- Diyl, 1,3-dioxane-2,5-
  • P 4 , P 5 , and P 6 are groups independently selected from the group of polymerizable groups represented by formula (P-1) to formula (P-5). 12.
  • M 1 , M 2 , and M 3 are independently hydrogen, fluorine, alkyl having 1 to 5 carbons, or at least one hydrogen is fluorine or chlorine 1-5 alkyl substituted with
  • Item 14 The item according to any one of items 1 to 13, containing at least one compound selected from the group of polymerizable compounds represented by formula (4-1) to formula (4-28) as a second additive. Liquid crystal composition.
  • P 4 , P 5 , and P 6 are each independently a polymerizable group represented by formula (P-1) to formula (P-3).
  • Item 15 The liquid crystal composition according to any one of items 12 to 14, wherein the ratio of the second additive is in the range of 0.03% by weight to 10% by weight based on the weight of the liquid crystal composition.
  • Item 16 A liquid crystal display device comprising the liquid crystal composition according to any one of items 1 to 15.
  • Item 17. The liquid crystal display element according to item 16, wherein the operation mode of the liquid crystal display element is an IPS mode, a VA mode, an FFS mode, or an FPA mode, and the driving method of the liquid crystal display element is an active matrix method.
  • a liquid crystal display element of a polymer-supported alignment type comprising the liquid crystal composition according to any one of items 1 to 15, wherein a polymerizable compound in the liquid crystal composition is polymerized.
  • a liquid crystal display element having no alignment film comprising the liquid crystal composition according to any one of items 1 to 15, wherein a polymerizable compound in the liquid crystal composition is polymerized.
  • Item 20 Use of the liquid crystal composition according to any one of items 1 to 15 in a liquid crystal display device.
  • Item 21 Use of the liquid crystal composition according to any one of items 1 to 15 in a polymer-supported alignment type liquid crystal display element.
  • Item 22 Use of the liquid crystal composition according to any one of items 1 to 15 in a liquid crystal display device having no alignment film.
  • the present invention includes the following items.
  • (A) The liquid crystal composition described above is placed between two substrates, and light is applied to the composition in a state where a voltage is applied to polymerize a polar compound having a polymerizable group contained in the composition.
  • (B) The upper limit temperature of the nematic phase is 70 ° C or higher, the optical anisotropy at a wavelength of 589 nm (measured at 25 ° C) is 0.08 or higher, and the dielectric anisotropy at a frequency of 1 kHz (measured at 25 ° C) ) Is ⁇ 2 or less.
  • the present invention includes the following items.
  • the compounds (5) to (7) described in JP-A-2006-199941 are liquid crystal compounds having positive dielectric anisotropy, but at least selected from the group of these compounds A composition as described above containing one compound.
  • the above composition containing at least two of the above polar compounds (1).
  • the composition described above further comprising a polar compound different from the polar compound (1).
  • One, two, or at least three of additives such as optically active compounds, antioxidants, ultraviolet absorbers, dyes, antifoaming agents, polymerizable compounds, polymerization initiators, polymerization inhibitors, polar compounds A composition as described above containing one.
  • An AM device containing the above composition.
  • (H) A device containing the above composition and having a TN, ECB, OCB, IPS, FFS, VA, or FPA mode.
  • (I) A transmissive element containing the above composition.
  • (J) The above composition is used as a composition having a nematic phase.
  • (K) Use as an optically active composition by adding an optically active compound to the above composition.
  • composition of the present invention will be described in the following order. First, the composition of the composition will be described. Second, the main characteristics of the component compounds and the main effects of the compounds on the composition will be explained. Third, the combination of components in the composition, the preferred ratio of the components, and the basis thereof will be described. Fourth, a preferred form of the component compound will be described. Fifth, preferred component compounds are shown. Sixth, additives that may be added to the composition will be described. Seventh, a method for synthesizing the component compounds will be described. Finally, the use of the composition will be described.
  • composition of the composition will be explained.
  • the composition of the present invention is classified into Composition A and Composition B.
  • the composition A may further contain other liquid crystal compounds, additives and the like in addition to the liquid crystal compound selected from the compound (2) and the compound (3).
  • the “other liquid crystal compound” is a liquid crystal compound different from the compound (2) and the compound (3).
  • Such compounds are mixed into the composition for the purpose of further adjusting the properties.
  • Additives include optically active compounds, antioxidants, ultraviolet absorbers, dyes, antifoaming agents, polymerizable compounds, polymerization initiators, polymerization inhibitors, polar compounds and the like.
  • Composition B consists essentially of a liquid crystalline compound selected from compound (2) and compound (3). “Substantially” means that the composition may contain an additive but no other liquid crystal compound. Composition B has fewer components than composition A. From the viewpoint of reducing the cost, the composition B is preferable to the composition A. The composition A is preferable to the composition B from the viewpoint that the characteristics can be further adjusted by mixing other liquid crystal compounds.
  • the main characteristics of the component compounds and the main effects of the compounds on the composition will be explained.
  • the main characteristics of the component compounds are summarized in Table 2 based on the effects of the present invention.
  • L means large or high
  • M means moderate
  • S means small or low.
  • L, M, and S are classifications based on qualitative comparison among the component compounds, and the symbol “0” means that the value is close to zero.
  • the main effects of the component compound on the properties of the composition are as follows.
  • the compound (1) is adsorbed on the substrate surface by the action of the polar group and controls the alignment of the liquid crystal molecules. In order to obtain the desired effect, it is essential that the compound (1) has high compatibility with the liquid crystal compound.
  • Compound (1) has a six-membered ring such as 1,4-cyclohexylene and 1,4-phenylene, and its molecular structure is rod-shaped, which is optimal for this purpose.
  • Compound (1) gives a polymer by polymerization. This polymer stabilizes the orientation of the liquid crystal molecules, thereby shortening the response time of the device and improving image burn-in.
  • Compound (2) increases the dielectric anisotropy and decreases the minimum temperature.
  • Compound (3) decreases the viscosity.
  • Compound (4) gives a polymer by polymerization. This polymer stabilizes the alignment of the liquid crystal molecules, thereby reducing the response time of the device and improving image burn-in. From the viewpoint of the orientation of the liquid crystal molecules, the polymer of the compound (1) has an interaction with the substrate surface, and thus is presumed to be more effective than the polymer of the compound (4).
  • a preferred combination of components in the composition is compound (1) + compound (2) + compound (3), or compound (1) + compound (2) + compound (3) + compound (4).
  • Compound (1) is added to the composition for the purpose of controlling the orientation of the liquid crystal molecules.
  • a desirable ratio of compound (1) is approximately 0.05% by weight or more for aligning liquid crystal molecules, and approximately 10% by weight or less for preventing display defects of the device.
  • a more desirable ratio is in the range of approximately 0.1% by weight to approximately 7% by weight.
  • a particularly desirable ratio is in the range of approximately 0.5% by weight to approximately 5% by weight.
  • a desirable ratio of the compound (2) is approximately 10% by weight or more for increasing the dielectric anisotropy, and approximately 90% by weight or less for decreasing the minimum temperature.
  • a more desirable ratio is in the range of approximately 20% by weight to approximately 85% by weight.
  • a particularly preferred ratio is in the range of approximately 30% by weight to approximately 85% by weight.
  • a desirable ratio of compound (3) is approximately 10% by weight or more for increasing the maximum temperature or decreasing the minimum temperature, and approximately 90% by weight or less for increasing the dielectric anisotropy.
  • a more desirable ratio is in the range of approximately 15% by weight to approximately 75% by weight.
  • a particularly preferred ratio is in the range of approximately 15% by weight to approximately 60% by weight.
  • Compound (4) is added to the composition for the purpose of adapting to a polymer-supported orientation type device.
  • a desirable ratio of compound (4) is approximately 0.03% by weight or more for improving the long-term reliability of the element, and approximately 10% by weight or less for preventing display defects of the element.
  • a more desirable ratio is in the range of approximately 0.1% by weight to approximately 2% by weight.
  • a particularly preferred ratio is in the range of approximately 0.2% by weight to approximately 1.0% by weight.
  • R 2 is a polar group.
  • Compound (1) is preferably stable because it is added to the composition. When compound (1) is added to the composition, it is preferable that this compound does not lower the voltage holding ratio of the device.
  • the compound (1) preferably has low volatility.
  • a preferred molar mass is 130 g / mol or more.
  • a more preferred molar mass is in the range of 150 g / mol to 500 g / mol.
  • Preferred compound (1) has a polymerizable group such as acryloyloxy (—OCO—CH ⁇ CH 2 ) and methacryloyloxy (—OCO— (CH 3 ) C ⁇ CH 2 ).
  • R 2 is a polar group.
  • Suitable polar groups have non-covalent interactions with the surface of the glass substrate or metal oxide film.
  • Preferred polar groups have a heteroatom selected from the group of nitrogen, oxygen, sulfur, and phosphorus.
  • Preferred polar groups have at least one, or at least two of these heteroatoms.
  • Further preferred polar groups include hydrogen from compounds selected from the group of alcohols, primary, secondary, and tertiary amines, ketones, carboxylic acids, thiols, esters, ethers, thioethers, and combinations thereof. It is a monovalent group derived by removing. The structure of these groups may be linear, branched, cyclic, or a combination thereof.
  • Particularly preferred polar groups have at least one oxygen atom of OH structure or nitrogen atom of a primary, secondary or tertiary amine structure.
  • Examples of the polar group R 2 are groups represented by the formulas (A1) to (A4).
  • Sp 4 , Sp 6 and Sp 7 are independently a single bond or a group (—Sp ′′ —X ′′ —), and X ′′ is a ring Bonded to B or ring C.
  • Sp ′′ is alkylene having 1 to 20 carbons, preferably alkylene having 1 to 12 carbons, in which at least one —CH 2 — is —O—, —S—, —NH—.
  • Preferred X ′′ is —O—, —S—, —CO—, —COO—, —OCO—, —O—COO—, —CO—NR 0 —, —NR 0 —CO—, —NR 0 —. CO—NR 0 — or a single bond.
  • Sp 5 is>CH-,> CR 11 -,> N-, or> C ⁇ . That, Sp 5 in Formula (A2),> CH -, > CR 11 -, or> a N-, meaning that Sp 5 is> C ⁇ in the formula (A3).
  • Preferred Sp ′′ is — (CH 2 ) p1 —, — (CH 2 CH 2 O) q1 —CH 2 CH 2 —, —CH 2 CH 2 —S—CH 2 CH 2 —, or —CH 2 CH 2 —NHCH 2 CH 2 —, wherein p1 is an integer from 1 to 12, and q1 is an integer from 1 to 3.
  • Preferred groups are — (CH 2 ) p1 —, — (CH 2 ) p1 —O—, — (CH 2 ) p1 —O—CO—, — (CH 2 ) p1 —O—CO—O—, where p1 and q1 have the meanings indicated above.
  • Sp ′′ are ethylene, propylene, butylene, pentylene, hexylene, heptylene, octylene, nonylene, decylene, undecylene, dodecylene, octadecylene, ethyleneoxyethylene, methyleneoxybutylene, ethylenethioethylene, ethylene-N-methylimino.
  • X 1 is —NH 2 , —NHR 11 , —N (R 11 ) 2 , —OR 11 , —OH, —COOH, —SH, —SR 11 ,
  • R 11 is alkyl having 1 to 15 carbon atoms, and in this alkyl, at least one —CH 2 — is —C ⁇ C—, —CH ⁇ CH—, —COO—, —OCO. -, -CO-, or -O-, in which at least one hydrogen may be replaced by fluorine or chlorine, and R 0 is hydrogen or C 1-12 Alkyl.
  • X 2 represents —O—, —CO—, —NH—, —NR 11 —, —S—, or a single bond
  • Z 7 represents an alkylene having 1 to 15 carbon atoms or a fat having 5 to 6 carbon atoms.
  • k is 0, 1, 2, or 3.
  • Particularly preferred nitrogen-containing groups R 2 are —NH 2 , —NH— (CH 2 ) n 3 H, — (CH 2 ) n —NH 2 , — (CH 2 ) n —NH— (CH 2 ) n 3 H, — NH— (CH 2 ) n —NH 2 , —NH— (CH 2 ) n —NH— (CH 2 ) n 3 H, — (CH 2 ) n 1 —NH— (CH 2 ) n 2 —NH 2 , — (CH 2 ) n1 —NH— (CH 2 ) n2 —NH— (CH 2 ) n3 H, —O— (CH 2 ) n —NH 2 , — (CH 2 ) n1 —O— (CH 2 ) n —NH 2 , — (CH 2 ) n1 —NH— (CH 2 ) n2 —OH, —O— (CH 2 )
  • Particularly preferred nitrogen-free groups R 2 are —OH, — (CH 2 ) n —OH, —O— (CH 2 ) n —OH, — [O— (CH 2 ) n1 —] n2 —OH, —COOH. , — (CH 2 ) n —COOH, —O— (CH 2 ) n —COOH, or — [O— (CH 2 ) n1 —] n2 —COOH, where n, n1, and n2 are independently And an integer of 1 to 12, preferably 1, 2, 3, or 4.
  • R 2 is particularly preferably —OH or —NH 2 .
  • —OH is preferable to —O—, —CO—, or —COO— because it has a high anchoring force.
  • Groups having a plurality of heteroatoms are particularly preferred. The compound having such a polar group is effective even at a low concentration.
  • R 1 is hydrogen, fluorine, chlorine, alkyl having 1 to 25 carbon atoms, and in this alkyl, at least one —CH 2 — is —NR 0 —, —O—, —S—, —CO—, —CO—O—, —O—CO—, —O—CO—O—, or cycloalkylene having 3 to 8 carbon atoms may be substituted, and at least one tertiary carbon (> CH—) , Nitrogen (> N-), in which at least one hydrogen may be replaced by fluorine or chlorine, wherein R 0 is hydrogen or alkyl of 1 to 12 carbons It is. Preferred R 1 is alkyl having 1 to 25 carbons.
  • P 1 , P 2 , and P 3 are independently a polymerizable group.
  • Preferred P 1 , P 2 , or P 3 is a group selected from the group of polymerizable groups represented by formula (P-1) to formula (P-5). More desirable P 1 , P 2 , or P 3 is a group represented by the formula (P-1), the formula (P-2), or the formula (P-3). Particularly preferred P 1 , P 2 , or P 3 is a group represented by formula (P-1) or formula (P-2). Most preferred P 1 , P 2 or P 3 is a group represented by the formula (P-1).
  • a preferred group represented by the formula (P-1) is —OCO—CH ⁇ CH 2 or —OCO—C (CH 3 ) ⁇ CH 2 .
  • the wavy lines in the formulas (P-1) to (P-5) indicate the binding sites.
  • M 1 , M 2 , and M 3 are independently hydrogen, fluorine, alkyl having 1 to 5 carbons, or at least one hydrogen is fluorine or chlorine 1-5 alkyl substituted with Preferred M 1 , M 2 or M 3 is hydrogen or methyl for increasing the reactivity. More preferred M 1 is hydrogen or methyl, and more preferred M 2 or M 3 is hydrogen.
  • Sp 1 , Sp 2 , and Sp 3 are each independently a single bond or alkylene having 1 to 10 carbon atoms, and in this alkylene, at least one —CH 2 — is —O—, —COO—, —OCO. —, Or —OCOO—, and at least one —CH 2 —CH 2 — may be replaced with —CH ⁇ CH— or —C ⁇ C—, and in these groups, at least One hydrogen may be replaced with fluorine or chlorine.
  • Ring A, Ring B, and Ring C are independently 1,4-cyclohexylene, 1,4-cyclohexenylene, 1,4-phenylene, naphthalene-1,2-diyl, naphthalene-1,3- Diyl, naphthalene-1,4-diyl, naphthalene-1,5-diyl, naphthalene-1,6-diyl, naphthalene-1,7-diyl, naphthalene-1,8-diyl, naphthalene-2,3-diyl, Naphthalene-2,6-diyl, naphthalene-2,7-diyl, tetrahydropyran-2,5-diyl, 1,3-dioxane-2,5-diyl, pyrimidine-2,5-diyl, or pyridine-2, 5-diyl, and in these rings, at least one hydrogen
  • Z 1 and Z 2 are each independently a single bond or alkylene having 1 to 10 carbon atoms, in which at least one —CH 2 — is —O—, —CO—, —COO—, or — OCO— may be substituted and at least one —CH 2 —CH 2 — may be —CH ⁇ CH—, —C (CH 3 ) ⁇ CH—, —CH ⁇ C (CH 3 ) —, or — C (CH 3 ) ⁇ C (CH 3 ) — may be replaced, and in these groups at least one hydrogen may be replaced with fluorine or chlorine.
  • Preferred Z 1 or Z 2 is a single bond, —CH 2 CH 2 —, —CH 2 O—, —OCH 2 —, —COO—, or —OCO—. Further preferred Z 1 or Z 2 is a single bond.
  • a and b are independently 0, 1, 2, 3, or 4, and the sum of a and b is 0, 1, 2, 3, or 4.
  • Preferred a or b is 0, 1, or 2.
  • c and e are independently 0, 1, 2, 3, or 4.
  • Preferred c or e is 1 or 2.
  • d is 1, 2, 3, or 4.
  • Preferred d is 1 or 2.
  • Aromatic group refers to aryl or substituted aryl.
  • Heteroaryl represents an aromatic group having at least one heteroatom.
  • Aryl and heteroaryl may be monocyclic or polycyclic. That is, these groups have at least one ring, which may be fused (eg, naphthyl), the two rings may be covalently linked (eg, biphenyl), or the fused ring and linked It may have a combination of rings.
  • Preferred heteroaryls have at least one heteroatom selected from the group of nitrogen, oxygen, sulfur, and phosphorus.
  • Preferred aryl or heteroaryl has 6 to 25 carbon atoms and may be a 5-membered ring, 6-membered ring, or 7-membered ring.
  • Preferred aryl or heteroaryl may be monocyclic, bicyclic or tricyclic. These groups may be condensed rings or may be substituted.
  • Preferred aryls are benzene, biphenyl, terphenyl, [1,1 ′: 3 ′, 1 ′′] terphenyl, naphthalene, anthracene, binaphthyl, phenanthrene, pyrene, dihydropyrene, chrysene, perylene, tetracene, pentacene, benzopyrene, fluorene.
  • Preferred heteroaryls are pyrrole, pyrazole, imidazole, 1,2,3-triazole, 1,2,4-triazole, tetrazole, furan, thiophene, selenophene, oxazole, isoxazole, 1,2-thiazole, 1,3-thiazole.
  • Preferred heteroaryls are indole, isoindole, indolizine, indazole, benzimidazole, benzotriazole, purine, naphthaimidazole, phenanthrimidazole, pyridaimidazole, pyrazineimidazole, quinoxaline imidazole, benzoxazole, naphthoxazole, anthroxax Sol, phenanthroxazole, isoxazole, benzothiazole, benzofuran, isobenzofuran, dibenzofuran, quinoline, isoquinoline, pteridine, benzo-5,6-quinoline, benzo-6,7-quinoline, benzo-7,8-quinoline, Benzoisoquinoline, acridine, phenothiazine, phenoxazine, benzopyridazine, benzopyrimidine, quinoxaline, phenazine, naphthy
  • Preferred heteroaryl is also a monovalent group derived by removing one hydrogen from a ring formed by combining two groups selected from these five-membered, six-membered and condensed rings. These heteroaryls may be substituted with alkyl, alkoxy, thioalkyl, fluorine, fluoroalkyl, aryl, or heteroaryl.
  • the alicyclic group may be saturated or unsaturated. That is, these groups may have only a single bond or a combination of a single bond and multiple bonds. Saturated rings are preferred over unsaturated rings.
  • the alicyclic group may be a single ring or a plurality of rings.
  • these groups are monocyclic, bicyclic or tricyclic having 3 to 25 carbon atoms, and these groups may be condensed rings or may be substituted.
  • Preferred examples of these groups are five-membered rings, six-membered rings, seven-membered rings, or eight-membered rings, in which at least one carbon may be replaced by silicon, and at least one> CH - May be replaced by> N- and at least one -CH 2 -may be replaced by -O- or -S-.
  • Preferred alicyclic groups include five-membered rings such as cyclopentane, tetrahydrofuran, tetrahydrothiofuran and pyrrolidine, six-membered rings such as cyclohexane, cyclohexene, tetrahydropyran, tetrahydrothiopyran, 1,3-dioxane, 1,3-dithiane and piperidine.
  • ring Membered ring, seven-membered ring such as cycloheptane, tetrahydronaphthalene, decahydronaphthalene, indane, bicyclo [1.1.1] pentane, bicyclo [2.2.2] octane, spiro [3.3] heptane, octahydro- It is a divalent group derived by removing two hydrogens from a condensed ring such as 4,7-methanoindane.
  • Sp 8 is a single bond, alkylene having 1 to 5 carbons, or 1 to 5 carbons in which one —CH 2 — is replaced by —O—.
  • L 1 , L 2 , L 3 , and L 4 are independently hydrogen, fluorine, methyl, or ethyl.
  • R 7 and R 8 are independently hydrogen or methyl.
  • R 3 and R 4 are independently alkyl having 1 to 12 carbons, alkoxy having 1 to 12 carbons, alkenyl having 2 to 12 carbons, or 12 alkenyloxy. Desirable R 3 or R 4 is alkyl having 1 to 12 carbons for increasing the stability, and alkoxy having 1 to 12 carbons for increasing the dielectric anisotropy.
  • R 5 and R 6 are independently alkyl having 1 to 12 carbons, alkoxy having 1 to 12 carbons, alkenyl having 2 to 12 carbons, or 1 to 1 carbons in which at least one hydrogen is replaced by fluorine or chlorine. 12 alkyls or alkenyls having 2 to 12 carbons in which at least one hydrogen is replaced by fluorine or chlorine.
  • Desirable R 5 or R 6 is alkenyl having 2 to 12 carbons for decreasing the viscosity, and alkyl having 1 to 12 carbons for increasing the stability.
  • the alkyl of the liquid crystal compound is linear or branched and does not include cyclic alkyl. Linear alkyl is preferred over branched alkyl. The same applies to terminal groups such as alkoxy and alkenyl.
  • Preferred alkyl is methyl, ethyl, propyl, butyl, pentyl, hexyl, heptyl or octyl. More desirable alkyl is ethyl, propyl, butyl, pentyl, or heptyl for decreasing the viscosity.
  • Preferred alkoxy is methoxy, ethoxy, propoxy, butoxy, pentyloxy, hexyloxy, or heptyloxy. More desirable alkoxy is methoxy or ethoxy for decreasing the viscosity.
  • Preferred alkenyl is vinyl, 1-propenyl, 2-propenyl, 1-butenyl, 2-butenyl, 3-butenyl, 1-pentenyl, 2-pentenyl, 3-pentenyl, 4-pentenyl, 1-hexenyl, 2-hexenyl, 3-hexenyl, 4-hexenyl, or 5-hexenyl. More desirable alkenyl is vinyl, 1-propenyl, 3-butenyl, or 3-pentenyl for decreasing the viscosity.
  • the preferred configuration of —CH ⁇ CH— in these alkenyls depends on the position of the double bond.
  • Trans is preferable in alkenyl such as 1-propenyl, 1-butenyl, 1-pentenyl, 1-hexenyl, 3-pentenyl and 3-hexenyl for decreasing the viscosity.
  • Cis is preferred for alkenyl such as 2-butenyl, 2-pentenyl, and 2-hexenyl.
  • Preferred alkenyloxy is vinyloxy, allyloxy, 3-butenyloxy, 3-pentenyloxy, or 4-pentenyloxy. More preferable alkenyloxy is allyloxy or 3-butenyloxy for decreasing the viscosity.
  • alkyl in which at least one hydrogen is replaced by fluorine or chlorine are fluoromethyl, 2-fluoroethyl, 3-fluoropropyl, 4-fluorobutyl, 5-fluoropentyl, 6-fluorohexyl, 7-fluoroheptyl. Or 8-fluorooctyl. Further preferred examples are 2-fluoroethyl, 3-fluoropropyl, 4-fluorobutyl or 5-fluoropentyl for increasing the dielectric anisotropy.
  • alkenyl in which at least one hydrogen is replaced by fluorine or chlorine are 2,2-difluorovinyl, 3,3-difluoro-2-propenyl, 4,4-difluoro-3-butenyl, 5,5-difluoro -4-pentenyl, or 6,6-difluoro-5-hexenyl. Further preferred examples are 2,2-difluorovinyl or 4,4-difluoro-3-butenyl for decreasing the viscosity.
  • Ring D and Ring F are independently 1,4-cyclohexylene, 1,4-cyclohexenylene, 1,4-phenylene, 1,4-phenylene in which at least one hydrogen is replaced by fluorine or chlorine, Or tetrahydropyran-2,5-diyl.
  • Preferred examples of “1,4-phenylene in which at least one hydrogen is replaced by fluorine or chlorine” are 2-fluoro-1,4-phenylene, 2,3-difluoro-1,4-phenylene, or 2-chloro -3-Fluoro-1,4-phenylene.
  • Preferred ring D or ring F is 1,4-cyclohexylene for decreasing the viscosity, tetrahydropyran-2,5-diyl for increasing the dielectric anisotropy, and for increasing the optical anisotropy.
  • 1,4-phenylene As the configuration of 1,4-cyclohexylene, trans is preferable to cis for increasing the maximum temperature. Tetrahydropyran-2,5-diyl is Or And preferably It is.
  • Ring E is 2,3-difluoro-1,4-phenylene, 2-chloro-3-fluoro-1,4-phenylene, 2,3-difluoro-5-methyl-1,4-phenylene, 3,4, 5-trifluoronaphthalene-2,6-diyl or 7,8-difluorochroman-2,6-diyl.
  • Preferred ring E is 2,3-difluoro-1,4-phenylene for decreasing the viscosity, and 2-chloro-3-fluoro-1,4-phenylene for decreasing the optical anisotropy. In order to increase the anisotropy, 7,8-difluorochroman-2,6-diyl.
  • Ring G and Ring I are independently 1,4-cyclohexylene, 1,4-phenylene, 2-fluoro-1,4-phenylene, or 2,5-difluoro-1,4-phenylene. Desirable ring G or ring I is 1,4-cyclohexylene for decreasing the viscosity or increasing the maximum temperature, and 1,4-phenylene for decreasing the minimum temperature. As the configuration of 1,4-cyclohexylene, trans is preferable to cis for increasing the maximum temperature.
  • Z 3 , Z 4 , and Z 5 are each independently a single bond, —CH 2 CH 2 —, —CH 2 O—, —OCH 2 —, —COO—, or —OCO—.
  • Desirable Z 3 or Z 4 is a single bond for decreasing the viscosity, —CH 2 CH 2 — for decreasing the minimum temperature, and —CH 2 O— or —OCH for increasing the dielectric anisotropy.
  • Desirable Z 5 is a single bond for decreasing the viscosity, —CH 2 CH 2 — for decreasing the minimum temperature, and —COO— or —OCO— for increasing the maximum temperature.
  • F is 1, 2, or 3, g is 0 or 1, and the sum of f and g is 3 or less.
  • Preferred f is 1 for decreasing the viscosity, and 2 or 3 for increasing the maximum temperature.
  • Preferred g is 0 for decreasing the viscosity, and 1 for decreasing the minimum temperature.
  • h is 1, 2 or 3.
  • Preferred h is 1 for decreasing the viscosity, and 2 or 3 for increasing the maximum temperature.
  • P 4 , P 5 and P 6 are independently a polymerizable group.
  • Preferred P 4 , P 5 , or P 6 is a group selected from the group of polymerizable groups represented by formula (P-1) to formula (P-5). More desirable P 4 , P 5 or P 6 is a group represented by the formula (P-1), the formula (P-2) or the formula (P-3). Particularly preferred P 4 , P 5 or P 6 is a group represented by the formula (P-1) or the formula (P-2). Most preferred P 4 , P 5 or P 6 is a group represented by the formula (P-1).
  • a preferred group represented by the formula (P-1) is —OCO—CH ⁇ CH 2 or —OCO—C (CH 3 ) ⁇ CH 2 .
  • the wavy lines in the formulas (P-1) to (P-5) indicate the binding sites.
  • M 1 , M 2 , and M 3 are independently hydrogen, fluorine, alkyl having 1 to 5 carbons, or at least one hydrogen is fluorine or chlorine 1-5 alkyl substituted with Preferred M 1 , M 2 or M 3 is hydrogen or methyl for increasing the reactivity. More preferred M 1 is hydrogen or methyl, and more preferred M 2 or M 3 is hydrogen.
  • Sp 9 , Sp 10 , and Sp 11 are each independently a single bond or alkylene having 1 to 10 carbon atoms, and in this alkylene, at least one —CH 2 — is —O—, —COO—, —OCO. —, Or —OCOO—, and at least one —CH 2 CH 2 — may be replaced with —CH ⁇ CH— or —C ⁇ C—, and in these groups, at least 1 One hydrogen may be replaced with fluorine or chlorine.
  • Ring J and Ring P are independently cyclohexyl, cyclohexenyl, phenyl, 1-naphthyl, 2-naphthyl, tetrahydropyran-2-yl, 1,3-dioxane-2-yl, pyrimidin-2-yl, or pyridine -2-yl, and in these rings, at least one hydrogen is fluorine, chlorine, alkyl having 1 to 12 carbons, alkoxy having 1 to 12 carbons, or at least one hydrogen is replaced by fluorine or chlorine. Further, it may be substituted with alkyl having 1 to 12 carbons.
  • Preferred ring J or ring P is phenyl.
  • Ring K is 1,4-cyclohexylene, 1,4-cyclohexenylene, 1,4-phenylene, naphthalene-1,2-diyl, naphthalene-1,3-diyl, naphthalene-1,4-diyl, naphthalene -1,5-diyl, naphthalene-1,6-diyl, naphthalene-1,7-diyl, naphthalene-1,8-diyl, naphthalene-2,3-diyl, naphthalene-2,6-diyl, naphthalene-2 , 7-diyl, tetrahydropyran-2,5-diyl, 1,3-dioxane-2,5-diyl, pyrimidine-2,5-diyl, or pyridine-2,5-diyl, At least one hydrogen is fluorine, chlorine,
  • Z 6 and Z 8 are each independently a single bond or alkylene having 1 to 10 carbon atoms, in which at least one —CH 2 — is —O—, —CO—, —COO—, or — OCO— may be replaced and at least one —CH 2 CH 2 — may be —CH ⁇ CH—, —C (CH 3 ) ⁇ CH—, —CH ⁇ C (CH 3 ) —, or —C (CH 3 ) ⁇ C (CH 3 ) — may be replaced, and in these groups at least one hydrogen may be replaced with fluorine or chlorine.
  • Preferred Z 6 or Z 8 is a single bond, —CH 2 CH 2 —, —CH 2 O—, —OCH 2 —, —COO—, or —OCO—. Further preferred Z 6 or Z 8 is a single bond.
  • Q is 0, 1, or 2.
  • Preferred q is 0 or 1.
  • j, k, and p are independently 0, 1, 2, 3, or 4, and the sum of j, k, and p is 1 or greater.
  • Preferred j, k, or p is 1 or 2.
  • Desirable compounds (1) are the compounds (1-1) to (1-15) described in item 4.
  • at least one of the first additives is compound (1-6), compound (1-8), compound (1-10), compound (1-11), compound (1-13), or The compound (1-15) is preferred. It is preferable that at least two of the first additives are the compound (1-1) and the compound (1-11), or the combination of the compound (1-3) and the compound (1-8).
  • Desirable compound (2) is the compound (2-1) to the compound (2-21) according to item 7.
  • at least one of the first components is the compound (2-1), the compound (2-3), the compound (2-4), the compound (2-6), the compound (2-8), or the compound (2-10) is preferred.
  • At least two of the first components are compound (2-1) and compound (2-6), compound (2-1) and compound (2-10), compound (2-3) and compound (2-6), The compound (2-3) and the compound (2-10), the compound (2-4) and the compound (2-6), or a combination of the compound (2-4) and the compound (2-8) is preferable.
  • Desirable compound (3) is the compound (3-1) to the compound (3-13) according to item 10.
  • at least one of the second components is the compound (3-1), the compound (3-3), the compound (3-5), the compound (3-6), the compound (3-8), or the compound (3-9) is preferred.
  • At least two of the second components are compound (3-1) and compound (3-3), compound (3-1) and compound (3-5), or compound (3-1) and compound (3-6). A combination is preferred.
  • Desirable compound (4) is the compound (4-1) to the compound (4-28) according to item 14.
  • at least one of the second additives is compound (4-1), compound (4-2), compound (4-24), compound (4-25), compound (4-26), or The compound (4-27) is preferable.
  • At least two of the second additives are compound (4-1) and compound (4-2), compound (4-1) and compound (4-18), compound (4-2) and compound (4-24).
  • additives that may be added to the composition will be described.
  • Such additives are optically active compounds, antioxidants, ultraviolet absorbers, dyes, antifoaming agents, polymerizable compounds, polymerization initiators, polymerization inhibitors, polar compounds and the like.
  • An optically active compound is added to the composition for the purpose of inducing a helical structure of liquid crystal molecules to give a twist angle.
  • Examples of such compounds are compound (5-1) to compound (5-5).
  • a desirable ratio of the optically active compound is approximately 5% by weight or less.
  • a more desirable ratio is in the range of approximately 0.01% by weight to approximately 2% by weight.
  • an antioxidant is composed. Added to the product.
  • a preferred example of the antioxidant is a compound (6) wherein n is an integer of 1 to 9.
  • n 1, 3, 5, 7, or 9. Further preferred n is 7. Since the compound (6) in which n is 7 has low volatility, it is effective for maintaining a large voltage holding ratio not only at room temperature but also at a temperature close to the upper limit temperature after using the device for a long time.
  • a desirable ratio of the antioxidant is approximately 50 ppm or more for achieving its effect, and is approximately 600 ppm or less for avoiding a decrease in the maximum temperature or avoiding an increase in the minimum temperature.
  • a more desirable ratio is in the range of approximately 100 ppm to approximately 300 ppm.
  • the ultraviolet absorber examples include benzophenone derivatives, benzoate derivatives, triazole derivatives and the like. Also preferred are light stabilizers such as sterically hindered amines.
  • a desirable ratio of these absorbers and stabilizers is approximately 50 ppm or more for achieving the effect thereof, and approximately 10,000 ppm or less for avoiding a decrease in the maximum temperature or avoiding an increase in the minimum temperature. A more desirable ratio is in the range of approximately 100 ppm to approximately 10,000 ppm.
  • a dichroic dye such as an azo dye or an anthraquinone dye is added to the composition in order to adapt it to a GH (guest host) mode element.
  • a preferred ratio of the dye is in the range of approximately 0.01% by weight to approximately 10% by weight.
  • an antifoaming agent such as dimethyl silicone oil or methylphenyl silicone oil is added to the composition.
  • a desirable ratio of the antifoaming agent is approximately 1 ppm or more for obtaining the effect thereof, and approximately 1000 ppm or less for preventing a display defect.
  • a more desirable ratio is in the range of approximately 1 ppm to approximately 500 ppm.
  • a polymerizable compound is used to adapt to a polymer support alignment (PSA) type device.
  • PSA polymer support alignment
  • Compound (1) and compound (4) are suitable for this purpose.
  • Other polymerizable compounds different from the compound (1) and the compound (4) may be added to the composition together with the compound (1) and the compound (4).
  • Preferable examples of other polymerizable compounds are compounds such as acrylate, methacrylate, vinyl compound, vinyloxy compound, propenyl ether, epoxy compound (oxirane, oxetane), vinyl ketone and the like. Further preferred examples are acrylate or methacrylate.
  • a desirable ratio of compound (1) and compound (4) is approximately 10% by weight or more based on the total weight of the polymerizable compound. A more desirable ratio is about 50% by weight or more.
  • a particularly desirable ratio is approximately 80% by weight or more.
  • a particularly desirable ratio is also 100% by weight.
  • Polymerizable compounds such as compound (1) and compound (4) are polymerized by ultraviolet irradiation.
  • the polymerization may be performed in the presence of a suitable initiator such as a photopolymerization initiator.
  • a suitable initiator such as a photopolymerization initiator.
  • Appropriate conditions for polymerization, the appropriate type of initiator, and the appropriate amount are known to those skilled in the art and are described in the literature.
  • Irgacure 651 registered trademark; BASF
  • Irgacure 184 registered trademark; BASF
  • Darocur 1173 registered trademark; BASF
  • a desirable ratio of the photopolymerization initiator is in the range of approximately 0.1% by weight to approximately 5% by weight based on the total weight of the polymerizable compound.
  • a more desirable ratio is in the range of approximately 1% by weight to approximately 3% by weight.
  • a polymerization inhibitor may be added to prevent polymerization.
  • the polymerizable compound is usually added to the composition without removing the polymerization inhibitor.
  • the polymerization inhibitor include hydroquinone, hydroquinone derivatives such as methylhydroquinone, 4-t-butylcatechol, 4-methoxyphenol, phenothiazine and the like.
  • compositions are prepared from the compound thus obtained by known methods. For example, the component compounds are mixed and dissolved in each other by heating.
  • compositions have a minimum temperature of about ⁇ 10 ° C. or lower, a maximum temperature of about 70 ° C. or higher, and an optical anisotropy in the range of about 0.07 to about 0.20.
  • a composition having an optical anisotropy in the range of about 0.08 to about 0.25 may be prepared by controlling the ratio of the component compounds or by mixing other liquid crystal compounds.
  • a composition having optical anisotropy in the range of about 0.10 to about 0.30 may be prepared by trial and error.
  • a device containing this composition has a large voltage holding ratio.
  • This composition is suitable for an AM device.
  • This composition is particularly suitable for a transmissive AM device.
  • This composition can be used as a composition having a nematic phase or can be used as an optically active composition by adding an optically active compound.
  • This composition can be used for an AM device. Further, it can be used for PM elements.
  • This composition can be used for an AM device and a PM device having modes such as PC, TN, STN, ECB, OCB, IPS, FFS, VA, and FPA.
  • Use for an AM device having a TN, OCB, IPS mode or FFS mode is particularly preferable.
  • the alignment of liquid crystal molecules may be parallel to or perpendicular to the glass substrate.
  • These elements may be reflective, transmissive, or transflective. Use in a transmissive element is preferred. It can also be used for an amorphous silicon-TFT device or a polycrystalline silicon-TFT device.
  • NCAP non-curvilinear-aligned-phase
  • PD polymer-dispersed
  • An example of a method for producing a conventional polymer-supported orientation type device is as follows. An element having two substrates called an array substrate and a color filter substrate is assembled. This substrate has an alignment film. At least one of the substrates has an electrode layer. A liquid crystal compound is prepared by mixing a liquid crystal compound. A polymerizable compound is added to the composition. You may add an additive further as needed. This composition is injected into the device. The device is irradiated with light with a voltage applied. Ultraviolet light is preferred. The polymerizable compound is polymerized by light irradiation. By this polymerization, a composition containing a polymer is generated. The polymer-supported orientation type element is manufactured by such a procedure.
  • a device without an alignment film is manufactured from a substrate without an alignment film according to the procedure described in the previous paragraph.
  • the compound (1) is arranged on the substrate because the polar group interacts with the substrate surface.
  • the liquid crystal molecules are aligned according to this arrangement.
  • the alignment of liquid crystal molecules is further promoted.
  • the polymerizable group is polymerized by ultraviolet rays, so that a polymer maintaining this orientation is formed.
  • the effect of this polymer additionally stabilizes the orientation of the liquid crystal molecules and shortens the response time of the device. Since image sticking is a malfunction of the liquid crystal molecules, the effect of this polymer also improves the image sticking.
  • the present invention will be described in more detail with reference to examples. The invention is not limited by these examples.
  • the present invention includes a mixture of composition M1 and composition M2.
  • the invention also includes a mixture of at least two of the example compositions.
  • the synthesized compound was identified by a method such as NMR analysis. The characteristics of the compound, composition and device were measured by the following methods.
  • NMR analysis DRX-500 manufactured by Bruker BioSpin Corporation was used for measurement.
  • the sample was dissolved in a deuterated solvent such as CDCl 3, and the measurement was performed at room temperature, 500 MHz, and 16 times of integration.
  • Tetramethylsilane was used as an internal standard.
  • CFCl 3 was used as an internal standard and the number of integrations was 24.
  • s is a singlet
  • d is a doublet
  • t is a triplet
  • q is a quartet
  • quint is a quintet
  • sex is a sextet
  • m is a multiplet
  • br is broad.
  • GC-14B gas chromatograph manufactured by Shimadzu Corporation was used for measurement.
  • the carrier gas is helium (2 mL / min).
  • the sample vaporization chamber was set at 280 ° C, and the detector (FID) was set at 300 ° C.
  • capillary column DB-1 (length 30 m, inner diameter 0.32 mm, film thickness 0.25 ⁇ m; stationary liquid phase is dimethylpolysiloxane; nonpolar) manufactured by Agilent Technologies Inc. was used.
  • the column was held at 200 ° C. for 2 minutes and then heated to 280 ° C. at a rate of 5 ° C./min.
  • a sample was prepared in an acetone solution (0.1% by weight), and 1 ⁇ L thereof was injected into the sample vaporization chamber.
  • the recorder is a C-R5A Chromatopac manufactured by Shimadzu Corporation, or an equivalent product.
  • the obtained gas chromatogram showed the peak retention time and peak area corresponding to the component compounds.
  • capillary column As a solvent for diluting the sample, chloroform, hexane or the like may be used.
  • the following capillary column may be used.
  • HP-1 from Agilent Technologies Inc. (length 30 m, inner diameter 0.32 mm, film thickness 0.25 ⁇ m), Rtx-1 from Restek Corporation (length 30 m, inner diameter 0.32 mm, film thickness 0.25 ⁇ m), BP-1 (length 30 m, inner diameter 0.32 mm, film thickness 0.25 ⁇ m) manufactured by SGE International Pty.
  • a capillary column CBP1-M50-025 length 50 m, inner diameter 0.25 mm, film thickness 0.25 ⁇ m
  • Shimadzu Corporation may be used.
  • the ratio of the liquid crystal compound contained in the composition may be calculated by the following method.
  • the mixture of liquid crystal compounds is analyzed by gas chromatography (FID).
  • FID gas chromatography
  • the area ratio of peaks in the gas chromatogram corresponds to the ratio of liquid crystal compounds.
  • the correction coefficient of each liquid crystal compound may be regarded as 1. Therefore, the ratio (% by weight) of the liquid crystal compound can be calculated from the peak area ratio.
  • Measurement sample When measuring the characteristics of the composition and the device, the composition was used as it was as a sample.
  • a sample for measurement was prepared by mixing this compound (15% by weight) with mother liquid crystals (85% by weight). The characteristic value of the compound was calculated from the value obtained by the measurement by extrapolation.
  • (Extrapolated value) ⁇ (Measured value of sample) ⁇ 0.85 ⁇ (Measured value of mother liquid crystal) ⁇ / 0.15.
  • the ratio of the compound and the mother liquid crystal is 10% by weight: 90% by weight, 5% by weight: 95% by weight, 1% by weight: 99% by weight in this order. changed.
  • the maximum temperature, optical anisotropy, viscosity, and dielectric anisotropy values for the compound were determined.
  • the following mother liquid crystals were used.
  • the ratio of the component compounds is shown by weight%.
  • Measurement method The characteristics were measured by the following method. Many of these are the methods described in the JEITA standard (JEITA ED-2521B) deliberated and established by the Japan Electronics and Information Technology Industries Association (JEITA), or a modified method thereof. Met. No thin film transistor (TFT) was attached to the TN device used for the measurement.
  • JEITA Japan Electronics and Information Technology Industries Association
  • nematic phase (NI; ° C.): A sample was placed on a hot plate of a melting point measuring apparatus equipped with a polarizing microscope and heated at a rate of 1 ° C./min. The temperature was measured when a part of the sample changed from a nematic phase to an isotropic liquid.
  • the upper limit temperature of the nematic phase may be abbreviated as “upper limit temperature”.
  • T C Minimum temperature of nematic phase
  • a sample having a nematic phase is placed in a glass bottle and placed in a freezer at 0 ° C., ⁇ 10 ° C., ⁇ 20 ° C., ⁇ 30 ° C. and ⁇ 40 ° C. for 10 days After storage, the liquid crystal phase was observed. For example, when the sample remained in a nematic phase at ⁇ 20 ° C. and changed to a crystalline or smectic phase at ⁇ 30 ° C., the TC was described as ⁇ 20 ° C.
  • the lower limit temperature of the nematic phase may be abbreviated as “lower limit temperature”.
  • Viscosity Bulk viscosity; ⁇ ; measured at 20 ° C .; mPa ⁇ s: An E-type viscometer manufactured by Tokyo Keiki Co., Ltd. was used for the measurement.
  • Viscosity (rotational viscosity; ⁇ 1; measured at 25 ° C .; mPa ⁇ s): The measurement was performed according to the method described in M. ⁇ Imai et al., Molecular Crystals and Liquid Crystals, Vol. 259, 37 (1995). I followed. A sample was injected into a VA device having a distance (cell gap) between two glass substrates of 20 ⁇ m. This element was applied stepwise in increments of 1 volt within a range of 39 to 50 volts. After no application for 0.2 seconds, the application was repeated under the condition of only one rectangular wave (rectangular pulse; 0.2 seconds) and no application (2 seconds).
  • the peak current (peak current) and peak time (peak time) of the transient current (transient current) generated by this application were measured. These measurements and M.I.
  • the value of rotational viscosity was obtained from the paper by Tsuji Imai et al.
  • the dielectric anisotropy necessary for this calculation was measured by the method described in measurement (6).
  • the dielectric constants ( ⁇ and ⁇ ) were measured as follows. 1) Measurement of dielectric constant ( ⁇ ): An ethanol (20 mL) solution of octadecyltriethoxysilane (0.16 mL) was applied to a well-cleaned glass substrate. The glass substrate was rotated with a spinner and then heated at 150 ° C. for 1 hour. A sample was put in a VA element in which the distance between two glass substrates (cell gap) was 4 ⁇ m, and the element was sealed with an adhesive that was cured with ultraviolet rays.
  • Sine waves (0.5 V, 1 kHz) were applied to the device, and after 2 seconds, the dielectric constant ( ⁇ ) in the major axis direction of the liquid crystal molecules was measured.
  • 2) Measurement of dielectric constant ( ⁇ ) A polyimide solution was applied to a well-cleaned glass substrate. After baking this glass substrate, the obtained alignment film was rubbed. A sample was injected into a TN device in which the distance between two glass substrates (cell gap) was 9 ⁇ m and the twist angle was 80 degrees. Sine waves (0.5 V, 1 kHz) were applied to the device, and after 2 seconds, the dielectric constant ( ⁇ ) in the minor axis direction of the liquid crystal molecules was measured.
  • Threshold voltage (Vth; measured at 25 ° C .; V): An LCD5100 luminance meter manufactured by Otsuka Electronics Co., Ltd. was used for the measurement.
  • the light source was a halogen lamp.
  • a sample is placed in a normally black mode VA element in which the distance between two glass substrates (cell gap) is 4 ⁇ m and the rubbing direction is anti-parallel, and an adhesive that cures the element with ultraviolet rays is used. And sealed.
  • the voltage (60 Hz, rectangular wave) applied to this element was increased stepwise from 0V to 20V by 0.02V.
  • the device was irradiated with light from the vertical direction, and the amount of light transmitted through the device was measured.
  • a voltage-transmittance curve was created in which the transmittance was 100% when the light amount reached the maximum and the transmittance was 0% when the light amount was the minimum.
  • the threshold voltage was expressed as a voltage when the transmittance reached 10%.
  • VHR-1 Voltage holding ratio
  • the TN device used for the measurement had a polyimide alignment film, and the distance between two glass substrates (cell gap) was 5 ⁇ m. . This element was sealed with an adhesive that was cured by ultraviolet rays after the sample was injected.
  • the TN device was charged by applying a pulse voltage (60 microseconds at 5 V).
  • the decaying voltage was measured for 16.7 milliseconds with a high-speed voltmeter, and the area A between the voltage curve and the horizontal axis in a unit cycle was determined.
  • Area B was the area when it was not attenuated.
  • the voltage holding ratio was expressed as a percentage of area A with respect to area B.
  • VHR-2 Voltage holding ratio (VHR-2; measured at 80 ° C .;%): The voltage holding ratio was measured in the same procedure as above except that it was measured at 80 ° C. instead of 25 ° C. The obtained value was expressed as VHR-2.
  • VHR-3 Voltage holding ratio
  • the TN device used for the measurement had a polyimide alignment film, and the cell gap was 5 ⁇ m.
  • a sample was injected into this element and irradiated with light for 20 minutes.
  • the light source was an ultra high pressure mercury lamp USH-500D (manufactured by USHIO), and the distance between the element and the light source was 20 cm.
  • a decaying voltage was measured for 16.7 milliseconds.
  • a composition having a large VHR-3 has a large stability to ultraviolet light.
  • VHR-3 is preferably 90% or more, and more preferably 95% or more.
  • VHR-4 Voltage holding ratio
  • the TN device injected with the sample was heated in a constant temperature bath at 80 ° C. for 500 hours, and then the voltage holding ratio was measured to determine the stability against heat. Evaluated. In the measurement of VHR-4, a voltage decaying for 16.7 milliseconds was measured. A composition having a large VHR-4 has a large stability to heat.
  • an ultraviolet curing multimetal lamp M04-L41 manufactured by Eye Graphics Co., Ltd. was used for irradiation with ultraviolet rays.
  • a rectangular wave 120 Hz was applied to this element.
  • the device was irradiated with light from the vertical direction, and the amount of light transmitted through the device was measured. It was considered that the transmittance was 100% when the light amount was the maximum, and the transmittance was 0% when the light amount was the minimum.
  • the maximum voltage of the rectangular wave was set so that the transmittance was 90%.
  • the minimum voltage of the rectangular wave was set to 2.5 V at which the transmittance was 0%.
  • the response time was expressed as the time required to change the transmittance from 10% to 90% (rise time; millisecond).
  • Elastic constant (K11: spray elastic constant, K33: bend elastic constant; measured at 25 ° C .; pN):
  • an EC-1 type elastic constant measuring instrument manufactured by Toyo Corporation was used. Using. A sample was injected into a vertical alignment element in which the distance between two glass substrates (cell gap) was 20 ⁇ m. A 20 to 0 volt charge was applied to the device, and the capacitance and applied voltage were measured. Fitting the measured values of capacitance (C) and applied voltage (V) using “Liquid Crystal Device Handbook” (Nikkan Kogyo Shimbun), formulas (2.98) and (2.101) on page 75 The value of the elastic constant was obtained from the formula (2.100).
  • Pretilt angle (degrees): A spectroscopic ellipsometer M-2000U (manufactured by J. A. Woollam Co., Inc.) was used to measure the pretilt angle.
  • Synthesis example 1 Compound (1-1) was synthesized by the following method.
  • Step 1 Compound (T-1) (4.98 g), Compound (T-2) (5.00 g), Potassium carbonate (6.88 g), Tetrakis (triphenylphosphine) palladium (0.289 g), and isopropyl Alcohol (IPA; 100 ml) was placed in the reactor and heated to reflux at 80 ° C. for 2 hours. The reaction mixture was poured into water, neutralized with 1N hydrochloric acid, and extracted with ethyl acetate. The combined organic layers were washed with brine and dried over anhydrous magnesium sulfate. The solution was concentrated under reduced pressure, and the residue was purified by silica gel chromatography (toluene) to obtain compound (T-3) (6.38 g; 99%).
  • IPA isopropyl Alcohol
  • compositions examples are shown below.
  • the component compounds were represented by symbols based on the definitions in Table 3 below.
  • Table 3 the configuration regarding 1,4-cyclohexylene is trans.
  • the number in parentheses after the symbolized compound represents the chemical formula to which the compound belongs.
  • the symbol ( ⁇ ) means other liquid crystal compounds.
  • the ratio (percentage) of the liquid crystal compound is a weight percentage (% by weight) based on the weight of the liquid crystal composition containing no additive.
  • Example 1 of device A composition containing a polar compound was injected into an element having no raw material alignment film. After irradiating with ultraviolet rays, the vertical alignment of liquid crystal molecules in this device was examined. First, the raw materials will be explained. The raw materials were appropriately selected from the compositions (M1) to (M15), polar compounds (PC-1) to (PC-12), and polymerizable compounds (RM-1) to (RM-9).
  • the composition is as follows.
  • the first additive is a polar compound (PC-1) to (PC-12).
  • the second additive is a polymerizable compound (RM-1) to (RM-9).
  • Example 1 of vertical alignment of liquid crystal molecules The polar compound (PC-1) was added to the composition (M1) at a ratio of 5% by weight. This mixture was injected on a hot stage at 100 ° C. into an element having no alignment film in which the distance between two glass substrates (cell gap) was 4.0 ⁇ m. The device was irradiated with ultraviolet rays (28J) using an ultra-high pressure mercury lamp USH-250-BY (manufactured by USHIO INC.) To polymerize the polar compound (PC-1).
  • This element was set in a polarizing microscope in which a polarizer and an analyzer were arranged so as to be orthogonal, and the element was irradiated with light from below, and the presence or absence of light leakage was observed.
  • the vertical alignment was judged as “good”.
  • light passing through the element was observed, it was indicated as “defective”.
  • Examples 2 to 25 and Comparative Example 1 A device having no alignment film was manufactured using a mixture of the composition and the polar compound. The presence or absence of light leakage was observed in the same manner as in test number 1. The results are summarized in Table 4.
  • Example 25 a polymerizable compound (PM-1) was also added at a ratio of 0.5% by weight.
  • Comparative Example 1 the following polar compound (PC-13) was selected for comparison. Since this compound does not have polymerizability, it is different from the compound (1).
  • Example 25 a polymerizable compound (RM-1) was further added, and similar results were obtained. On the other hand, in Comparative Example 1, light leakage was observed. This result indicates that the vertical alignment was not good.
  • the liquid crystal composition of the present invention can be used for a liquid crystal projector, a liquid crystal television and the like.

Abstract

重合性基を有する極性化合物を含有し、この化合物(または、重合体)の作用によって液晶分子の垂直配向が達成可能な液晶組成物、この組成物を含有する液晶表示素子を提供する。この組成物は、高い上限温度、低い下限温度、小さな粘度、適切な光学異方性、負に大きな誘電率異方性、大きな比抵抗、紫外線に対する高い安定性、熱に対する高い安定性などの特性において、少なくとも1つの特性を充足するまたは少なくとも2つの特性のあいだで適切なバランスを有する。 第一添加物として極性化合物を含有し、負の誘電率異方性を有するネマチック液晶組成物であり、この組成物は、第一成分として負に大きな誘電率異方性を有する特定の液晶性化合物、第二成分として高い上限温度または小さな粘度を有する特定の液晶性化合物、および第二添加物として重合性化合物を含有してもよく、そしてこの組成物を含有する液晶表示素子である。

Description

液晶組成物および液晶表示素子
 本発明は、液晶組成物、この組成物を含有する液晶表示素子などに関する。特に、重合性基を有する極性化合物(またはその重合体)を含有し、この化合物の作用によって液晶分子の垂直配向が達成可能な、誘電率異方性が負の液晶組成物、および液晶表示素子に関する。
 液晶表示素子において、液晶分子の動作モードに基づいた分類は、PC(phase change)、TN(twisted nematic)、STN(super twisted nematic)、ECB(electrically controlled birefringence)、OCB(optically compensated bend)、IPS(in-plane switching)、VA(vertical alignment)、FFS(fringe field switching)、FPA(field-induced photo-reactive alignment)などのモードである。素子の駆動方式に基づいた分類は、PM(passive matrix)とAM(active matrix)である。PMは、スタティック(static)、マルチプレックス(multiplex)などに分類され、AMは、TFT(thin film transistor)、MIM(metal insulator metal)などに分類される。TFTの分類は非晶質シリコン(amorphous silicon)および多結晶シリコン(polycrystal silicon)である。後者は製造工程によって高温型と低温型とに分類される。光源に基づいた分類は、自然光を利用する反射型、バックライトを利用する透過型、そして自然光とバックライトの両方を利用する半透過型である。
 液晶表示素子はネマチック相を有する液晶組成物を含有する。この組成物は適切な特性を有する。この組成物の特性を向上させることによって、良好な特性を有するAM素子を得ることができる。これらの特性における関連を下記の表1にまとめる。組成物の特性を市販されているAM素子に基づいてさらに説明する。ネマチック相の温度範囲は、素子の使用できる温度範囲に関連する。ネマチック相の好ましい上限温度は約70℃以上であり、そしてネマチック相の好ましい下限温度は約-10℃以下である。組成物の粘度は素子の応答時間に関連する。素子で動画を表示するためには短い応答時間が好ましい。1ミリ秒でもより短い応答時間が望ましい。したがって、組成物における小さな粘度が好ましい。低い温度における小さな粘度はさらに好ましい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000019
 組成物の光学異方性は、素子のコントラスト比に関連する。素子のモードに応じて、大きな光学異方性または小さな光学異方性、すなわち適切な光学異方性が必要である。組成物の光学異方性(Δn)と素子のセルギャップ(d)との積(Δn×d)は、コントラスト比を最大にするように設計される。積の適切な値は動作モードの種類に依存する。この値は、VAモードの素子では約0.30μmから約0.40μmの範囲であり、IPSモードまたはFFSモードの素子では約0.20μmから約0.30μmの範囲である。これらの場合、小さなセルギャップの素子には大きな光学異方性を有する組成物が好ましい。組成物における大きな誘電率異方性は、素子における低いしきい値電圧、小さな消費電力と大きなコントラスト比に寄与する。したがって、大きな誘電率異方性が好ましい。組成物における大きな比抵抗は、素子における大きな電圧保持率と大きなコントラスト比とに寄与する。したがって、初期段階において室温だけでなくネマチック相の上限温度に近い温度でも大きな比抵抗を有する組成物が好ましい。長時間使用したあと、室温だけでなくネマチック相の上限温度に近い温度でも大きな比抵抗を有する組成物が好ましい。紫外線および熱に対する組成物の安定性は、素子の寿命に関連する。この安定性が高いとき、素子の寿命は長い。このような特性は、液晶プロジェクター、液晶テレビなどに用いるAM素子に好ましい。
 汎用の液晶表示素子において、液晶分子の垂直配向は、特定のポリイミド配向膜によって達成される。高分子支持配向(PSA;polymer sustained alignment)型の液晶表示素子では、配向膜に重合体を組み合わせる。まず、少量の重合性化合物を添加した組成物を素子に注入する。次に、この素子の基板のあいだに電圧を印加しながら、組成物に紫外線を照射する。重合性化合物は重合して、組成物中に重合体の網目構造を生成する。この組成物では、重合体によって液晶分子の配向を制御することが可能になるので、素子の応答時間が短縮され、画像の焼き付きが改善される。重合体のこのような効果は、TN、ECB、OCB、IPS、VA、FFS、FPAのようなモードを有する素子に期待できる。
 一方、配向膜を有しない液晶表示素子では、重合体および重合性基を有しない極性化合物を含有する液晶組成物が用いられる。まず、少量の重合性化合物および少量の極性化合物を添加した組成物を素子に注入する。ここで、極性化合物は基板表面に吸着され、配列する。この配列にしたがって液晶分子が配向される。次に、この素子の基板のあいだに電圧を印加しながら、組成物に紫外線を照射する。ここで、重合性化合物が重合し、液晶分子の配向を安定化させる。この組成物では、重合体および極性化合物によって液晶分子の配向を制御することが可能になるので、素子の応答時間が短縮され、画像の焼き付きが改善される。さらに、配向膜を有しない素子では、配向膜を形成する工程が不要である。配向膜がないので、配向膜と組成物との相互作用によって、素子の電気抵抗が低下することはない。重合体と極性化合物の組合せによるこのような効果は、TN、ECB、OCB、IPS、VA、FFS、FPAのようなモードを有する素子に期待できる。
 TNモードを有するAM素子においては正の誘電率異方性を有する組成物が用いられる。VAモードを有するAM素子においては負の誘電率異方性を有する組成物が用いられる。IPSモードまたはFFSモードを有するAM素子においては正または負の誘電率異方性を有する組成物が用いられる。高分子支持配向型のAM素子においては正または負の誘電率異方性を有する組成物が用いられる。負の誘電率異方性を有する液晶組成物の例は次の特許文献1から6に開示されている。本発明では、重合体および極性化合物の代わりに、重合性基を有する極性化合物を液晶性化合物と組み合わせ、この組成物を、配向膜を有しない液晶表示素子に用いた。
国際公開第2014/090362号パンフレット 国際公開第2014/094959号パンフレット 国際公開第2013/004372号パンフレット 国際公開第2012/104008号パンフレット 国際公開第2012/038026号パンフレット 特開昭50-35076号公報
 本発明の1つの目的は、重合性基を有する極性化合物(またはこの重合体)を含有する液晶組成物を提供することであり、ここで極性化合物は、液晶性化合物との高い相溶性を有する。別の目的は、この極性化合物から生じた重合体の作用によって液晶分子の垂直配向が達成可能な液晶組成物を提供することである。別の目的は、ネマチック相の高い上限温度、ネマチック相の低い下限温度、小さな粘度、適切な光学異方性、負に大きな誘電率異方性、大きな比抵抗、紫外線に対する高い安定性、熱に対する高い安定性のような特性の少なくとも1つを充足する液晶組成物を提供することである。別の目的は、これらの特性の少なくとも2つのあいだで適切なバランスを有する液晶組成物を提供することである。別の目的は、このような組成物を含有する液晶表示素子を提供することである。別の目的は、短い応答時間、大きな電圧保持率、低いしきい値電圧、大きなコントラスト比、長い寿命などの特性を有するAM素子を提供することである。
 本発明は、第一添加物として式(1)で表される極性化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物を含有し、そして負の誘電率異方性を有する液晶組成物、およびこの組成物を含有する液晶表示素子である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000020

式(1)において、Rは、水素、フッ素、塩素、または炭素数1から25のアルキルであり、このアルキルにおいて、少なくとも1つの-CH-は、-NR-、-O-、-S-、-CO-、-CO-O-、-O-CO-、-O-CO-O-、または炭素数3から8のシクロアルキレンで置き換えられてもよく、そして少なくとも1つの第三級炭素(>CH-)は、窒素(>N-)で置き換えられてもよく、これらの基において、少なくとも1つの水素は、フッ素または塩素で置き換えられてもよく、ここでRは、水素または炭素数1から12のアルキルであり;Rは、OH構造の酸素原子、SH構造の硫黄原子、および第一級、第二級、または第三級のアミン構造の窒素原子の少なくとも1つを有する極性基であり;環A、環B、および環Cは独立して、1,4-シクロへキシレン、1,4-シクロヘキセニレン、1,4-フェニレン、ナフタレン-1,2-ジイル、ナフタレン-1,3-ジイル、ナフタレン-1,4-ジイル、ナフタレン-1,5-ジイル、ナフタレン-1,6-ジイル、ナフタレン-1,7-ジイル、ナフタレン-1,8-ジイル、ナフタレン-2,3-ジイル、ナフタレン-2,6-ジイル、ナフタレン-2,7-ジイル、テトラヒドロピラン-2,5-ジイル、1,3-ジオキサン-2,5-ジイル、ピリミジン-2,5-ジイル、またはピリジン-2,5-ジイルであり、これらの環において、少なくとも1つの水素は、フッ素、塩素、炭素数1から12のアルキル、炭素数1から12のアルコキシ、または少なくとも1つの水素がフッ素または塩素で置き換えられた炭素数1から12のアルキルで置き換えられてもよく;ZおよびZは独立して、単結合または炭素数1から10のアルキレンであり、このアルキレンにおいて、少なくとも1つの-CH-は、-O-、-CO-、-COO-、または-OCO-で置き換えられてもよく、そして少なくとも1つの-CH-CH-は、-CH=CH-、-C(CH)=CH-、-CH=C(CH)-、または-C(CH)=C(CH)-で置き換えられてもよく、これらの基において、少なくとも1つの水素は、フッ素または塩素で置き換えられてもよく;P、P、およびPは、重合性基であり;Sp、Sp、およびSpは独立して、単結合または炭素数1から10のアルキレンであり、このアルキレンにおいて、少なくとも1つの-CH-は、-O-、-COO-、-OCO-、または-OCOO-で置き換えられてもよく、そして少なくとも1つの-CH-CH-は、-CH=CH-または-C≡C-で置き換えられてもよく、これらの基において、少なくとも1つの水素は、フッ素または塩素で置き換えられてもよく;aおよびbは独立して、0、1、2、3、または4であり、そしてaおよびbの和は、0、1、2、3、または4であり;cおよびeは独立して、0、1、2、3、または4であり、dは、1、2、3、または4である。
 本発明の1つの長所は、重合性基を有する極性化合物(またはこの重合体)を含有する液晶組成物を提供することであり、ここで極性化合物は、液晶性化合物との高い相溶性を有する。別の長所は、この極性化合物から生じた重合体の作用によって液晶分子の垂直配向が達成可能な液晶組成物を提供することである。別の長所は、ネマチック相の高い上限温度、ネマチック相の低い下限温度、小さな粘度、適切な光学異方性、負に大きな誘電率異方性、大きな比抵抗、紫外線に対する高い安定性、熱に対する高い安定性のような特性の少なくとも1つを充足する液晶組成物を提供することである。別の長所は、これらの特性の少なくとも2つのあいだで適切なバランスを有する液晶組成物を提供することである。別の長所は、このような組成物を含有する液晶表示素子を提供することである。別の長所は、短い応答時間、大きな電圧保持率、低いしきい値電圧、大きなコントラスト比、長い寿命などの特性を有するAM素子を提供することである。
 この明細書における用語の使い方は次のとおりである。「液晶組成物」および「液晶表示素子」の用語をそれぞれ「組成物」および「素子」と略すことがある。「液晶表示素子」は液晶表示パネルおよび液晶表示モジュールの総称である。「液晶性化合物」は、ネマチック相、スメクチック相などの液晶相を有する化合物および液晶相を有しないが、ネマチック相の温度範囲、粘度、誘電率異方性のような特性を調節する目的で組成物に混合される化合物の総称である。この化合物は、例えば1,4-シクロヘキシレンや1,4-フェニレンのような六員環を有し、その分子構造は棒状(rod like)である。「重合性化合物」は、組成物中に重合体を生成させる目的で添加する化合物である。アルケニルを有する液晶性化合物は、その意味では重合性ではない。
 液晶組成物は、複数の液晶性化合物を混合することによって調製される。この液晶組成物に、光学活性化合物、酸化防止剤、紫外線吸収剤、色素、消泡剤、重合性化合物、重合開始剤、重合禁止剤、極性化合物のような添加物が必要に応じて添加される。液晶性化合物の割合は、添加物を添加した場合であっても、添加物を含まない液晶組成物の重量に基づいた重量百分率(重量%)で表される。添加物の割合は、添加物を含まない液晶組成物の重量に基づいた重量百分率(重量%)で表される。すなわち、液晶性化合物や添加物の割合は、液晶性化合物の全重量に基づいて算出される。重量百万分率(ppm)が用いられることもある。重合開始剤および重合禁止剤の割合は、例外的に重合性化合物の重量に基づいて表される。
 「ネマチック相の上限温度」を「上限温度」と略すことがある。「ネマチック相の下限温度」を「下限温度」と略すことがある。「比抵抗が大きい」は、組成物が初期段階において大きな比抵抗を有し、そして長時間使用したあと、大きな比抵抗を有することを意味する。「電圧保持率が大きい」は、素子が初期段階において室温だけでなく上限温度に近い温度でも大きな電圧保持率を有し、そして長時間使用したあと室温だけでなく上限温度に近い温度でも大きな電圧保持率を有することを意味する。組成物や素子では、経時変化試験(加速劣化試験を含む)の前後で特性が検討されることがある。「誘電率異方性を上げる」の表現は、誘電率異方性が正である組成物のときは、その値が正に増加することを意味し、誘電率異方性が負である組成物のときは、その値が負に増加することを意味する。
 式(1)で表される化合物を「化合物(1)」と略すことがある。式(1)で表される化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物を「化合物(1)」と略すことがある。「化合物(1)」は、式(1)で表される1つの化合物、2つの化合物の混合物、または3つ以上の化合物の混合物を意味する。他の式で表される化合物についても同様である。「少なくとも1つの‘A’」の表現は、‘A’の数は任意であることを意味する。「少なくとも1つの‘A’は、‘B’で置き換えられてもよい」の表現は、‘A’の数が1つのとき、‘A’の位置は任意であり、‘A’の数が2つ以上のときも、それらの位置は制限なく選択できる。このルールは、「少なくとも1つの‘A’が、‘B’で置き換えられた」の表現にも適用される。
 成分化合物の化学式において、末端基Rの記号を複数の化合物に用いる。これらの化合物において、任意の2つのRが表す2つの基は同一であってもよく、または異なってもよい。例えば、化合物(1-1)のRがエチルであり、化合物(1-2)のRがエチルであるケースがある。化合物(1-1)のRがエチルであり、化合物(1-2)のRがプロピルであるケースもある。このルールは、他の末端基などの記号にも適用される。式(1)において、添え字‘a’が2のとき、2つの環Aが存在する。この化合物において、2つの環Aが表す2つの環は、同一であってもよく、または異なってもよい。このルールは、添え字‘a’が2より大きいとき、任意の2つの環Aにも適用される。このルールは、他の記号にも適用される。このルールは、化合物(4-27)における2つの-Sp10-Pのような場合にも適用される。
 六角形で囲んだA、B、C、Dなどの記号はそれぞれ環A、環B、環C、環Dなどの環に対応し、六員環、縮合環などの環を表す。この六角形の一片を横切る斜線は、環上の任意の水素が-Sp-Pなどの基で置き換えられてもよいことを表す。‘c’などの添え字は、置き換えられた基の数を示す。添え字‘c’が0のとき、そのような置き換えはない。添え字‘c’が2以上のとき、環A上には複数の-Sp-Pが存在する。-Sp-Pが表す複数の基は、同一であってもよいし、または異なってもよい。「環Aおよび環Bは独立して、X、Y、またはZである」の表現では、主語が複数であるから、「独立して」を用いる。主語が「環A」であるときは、主語が単数であるから「独立して」を用いない。「環A」が複数の式で使われる場合には、「同一であってもよく、または異なってもよい」のルールが「環A」に適用される。他の基についても同様である。
 2-フルオロ-1,4-フェニレンは、下記の2つの二価基を意味する。化学式において、フッ素は左向き(L)であってもよいし、右向き(R)であってもよい。このルールは、テトラヒドロピラン-2,5-ジイルのような、環から2つの水素を除くことによって生成した、非対称な二価基にも適用される。このルールは、カルボニルオキシ(-COO-または-OCO-)のような二価の結合基にも適用される。

Figure JPOXMLDOC01-appb-I000021
 「少なくとも1つの-CH-は-O-で置き換えられてもよい」のような表現がこの明細書で使われる。この場合、-CH-CH-CH-は、隣接しない-CH-が-O-で置き換えられることによって-O-CH-O-に変換されてもよい。しかしながら、隣接した-CH-が-O-で置き換えられることはない。この置き換えでは-O-O-CH-(ペルオキシド)が生成するからである。すなわち、この表現は、「1つの-CH-は-O-で置き換えられてもよい」と「少なくとも2つの隣接しない-CH-は-O-で置き換えられてもよい」の両方とを意味する。このルールは、-O-への置き換えだけでなく、-CH=CH-や-COO-のような二価基へ置き換えにも適用される。式(1)において、Rは炭素数1から25のアルキルなどである。このアルキルの炭素数は、この種の置き換えによって増加することがある。このようなとき、最大の炭素数は30である。このルールは、Rのような一価基だけでなく、アルキレンのような二価基にも適用される。
 液晶性化合物のアルキルは、直鎖状または分岐状であり、環状アルキルを含まない。直鎖状アルキルは、分岐状アルキルよりも好ましい。これらのことは、アルコキシ、アルケニルなどの末端基についても同様である。1,4-シクロヘキシレンに関する立体配置は、一般的にシスよりもトランスが好ましい。
 本発明は、下記の項などである。
項1. 第一添加物として式(1)で表される極性化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物を含有し、そして負の誘電率異方性を有する液晶組成物。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000022

式(1)において、Rは、水素、フッ素、塩素、または炭素数1から25のアルキルであり、このアルキルにおいて、少なくとも1つの-CH-は、-NR-、-O-、-S-、-CO-、-CO-O-、-O-CO-、-O-CO-O-、または炭素数3から8のシクロアルキレンで置き換えられてもよく、そして少なくとも1つの第三級炭素(>CH-)は、窒素(>N-)で置き換えられてもよく、これらの基において、少なくとも1つの水素は、フッ素または塩素で置き換えられてもよく、ここでRは、水素または炭素数1から12のアルキルであり;Rは、OH構造の酸素原子、SH構造の硫黄原子、および第一級、第二級、または第三級のアミン構造の窒素原子の少なくとも1つを有する極性基であり;環A、環B、および環Cは独立して、1,4-シクロへキシレン、1,4-シクロヘキセニレン、1,4-フェニレン、ナフタレン-1,2-ジイル、ナフタレン-1,3-ジイル、ナフタレン-1,4-ジイル、ナフタレン-1,5-ジイル、ナフタレン-1,6-ジイル、ナフタレン-1,7-ジイル、ナフタレン-1,8-ジイル、ナフタレン-2,3-ジイル、ナフタレン-2,6-ジイル、ナフタレン-2,7-ジイル、テトラヒドロピラン-2,5-ジイル、1,3-ジオキサン-2,5-ジイル、ピリミジン-2,5-ジイル、またはピリジン-2,5-ジイルであり、これらの環において、少なくとも1つの水素は、フッ素、塩素、炭素数1から12のアルキル、炭素数1から12のアルコキシ、または少なくとも1つの水素がフッ素または塩素で置き換えられた炭素数1から12のアルキルで置き換えられてもよく;ZおよびZは独立して、単結合または炭素数1から10のアルキレンであり、このアルキレンにおいて、少なくとも1つの-CH-は、-O-、-CO-、-COO-、または-OCO-で置き換えられてもよく、そして少なくとも1つの-CH-CH-は、-CH=CH-、-C(CH)=CH-、-CH=C(CH)-、または-C(CH)=C(CH)-で置き換えられてもよく、これらの基において、少なくとも1つの水素は、フッ素または塩素で置き換えられてもよく;P、P、およびPは、重合性基であり;Sp、Sp、およびSpは独立して、単結合または炭素数1から10のアルキレンであり、このアルキレンにおいて、少なくとも1つの-CH-は、-O-、-COO-、-OCO-、または-OCOO-で置き換えられてもよく、そして少なくとも1つの-CH-CH-は、-CH=CH-または-C≡C-で置き換えられてもよく、これらの基において、少なくとも1つの水素は、フッ素または塩素で置き換えられてもよく;aおよびbは独立して、0、1、2、3、または4であり、そしてaおよびbの和は、0、1、2、3、または4であり;cおよびeは独立して、0、1、2、3、または4であり、dは、1、2、3、または4である。
項2. 式(1)において、Rが式(A1)から式(A4)のいずれか1つで表される基である、項1に記載の液晶組成物。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000023

式(A1)から式(A4)において、Sp、Sp、およびSpは独立して、単結合または基(-Sp’’-X’’-)であり、ここで、Sp’’は、炭素数1から20のアルキレンであり、このアルキレンにおいて少なくとも1つの-CH-は、-O-、-S-、-NH-、-N(R)-、-CO-、-CO-O-、-O-CO、-O-CO-O-、-S-CO-、-CO-S-、-N(R)-CO-O-、-O-CO-N(R)-、-N(R)-CO-N(R)-、-CH=CH-、または-C≡C-で置き換えられてもよく、これらの基において、少なくとも1つの水素は、フッ素、塩素、または-CNで置き換えられてもよく、そしてX’’は、-O-、-S-、-CO-、-CO-O-、-O-CO-、-O-CO-O-、-CO-N(R)-、-N(R)-CO-、-N(R)-CO-N(R)-、-OCH-、-CHO-、-SCH-、-CHS-、-CFO-、-OCF-、-CFS-、-SCF-、-CFCH-、-CHCF-、-CFCF-、-CH=N-、-N=CH-、-N=N-、-CH=CR-、-CY=CY-、-C≡C-、-CH=CH-CO-O-、-O-CO-CH=CH-、または単結合であり、ここでRは、水素または炭素数1から12のアルキルであり、YおよびYは独立して、水素、フッ素、塩素、または-CNであり;Spは、>CH-、>CR11-、>N-、または>C<であり;Xは、-OH、-OR11、-COOH、-NH、-NHR11、-N(R11、-SH、-SR11
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000024

であり、ここでRは、水素または炭素数1から12のアルキルであり;Xは、-O-、-CO-、-NH-、-NR11-、-S-、または単結合であり;Zは、炭素数1から15のアルキレン、炭素数5または6の脂環式基、またはこれらの組み合わせであり、これらの基において、少なくとも1つの水素は、-OH、-OR11、-COOH、-NH、-NHR11、-N(R11、フッ素、または塩素で置き換えられてもよく;R11は、炭素数1から15のアルキルであり、このアルキルにおいて、少なくとも1つの-CH-は、-C≡C-、-CH=CH-、-COO-、-OCO-、-CO-、または-O-で置き換えられてもよく、これらの基において、少なくとも1つの水素は、フッ素または塩素で置き換えられてもよく;環Lは、炭素数6から25の芳香族基または炭素数3から25の脂環式基であり、これらの基は縮合環であってもよく、これらの基において、1つから3つの水素はRで置き換えられてもよく;Rは、-OH、-(CH-OH、フッ素、塩素、-CN、-NO、-NCO、-NCS、-OCN、-SCN、-C(=O)N(R、-C(=O)R、-N(R、-(CH-N(R、-SH、-SR、炭素数6から20のアリール、炭素数6から20のへテロアリール、炭素数1から25のアルキル、炭素数1から25のアルコキシ、炭素数2から25のアルキルカルボニル、炭素数2から25のアルコキシカルボニル、炭素数2から25のアルキルカルボニルオキシ、または炭素数2から25のアルコキシカルボニルオキシであり、これらの基において、少なくとも1つの水素は、フッ素または塩素で置き換えられてもよく、ここでRは、水素または炭素数1から12のアルキルであり、jは、1、2、3、または4であり;kは、0、1、2、または3であり;mは、2、3、4、または5である。
項3. 式(1)において、P、P、およびPが独立して式(P-1)から式(P-5)で表される重合性基の群から選択された基である、項1または2に記載の液晶組成物。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000025

式(P-1)から式(P-5)において、M、M、およびMは独立して、水素、フッ素、炭素数1から5のアルキル、または少なくとも1つの水素がフッ素または塩素で置き換えられた炭素数1から5のアルキルである。
項4. 第一添加物が式(1-1)から式(1-15)で表される極性化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物である、項1から3のいずれか1項に記載の液晶組成物。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000026

Figure JPOXMLDOC01-appb-I000027

Figure JPOXMLDOC01-appb-I000028

式(1-1)から式(1-15)において、Rは、水素、フッ素、塩素、炭素数1から25のアルキルであり、このアルキルにおいて、少なくとも1つの-CH-は、-NR-、-O-、-S-、-CO-、-CO-O-、-O-CO-、-O-CO-O-、または炭素数3から8のシクロアルキレンで置き換えられてもよく、そして少なくとも1つの第三級炭素(>CH-)は、窒素(>N-)で置き換えられてもよく、これらの基において、少なくとも1つの水素は、フッ素または塩素で置き換えられてもよく、ここでRは、水素または炭素数1から12のアルキルであり;Spは、単結合または炭素数1から10のアルキレンであり、このアルキレンにおいて、少なくとも1つの-CH-は、-O-、-COO-、-OCO-、または-OCOO-で置き換えられてもよく、そして少なくとも1つの-CH-CH-は、-CH=CH-または-C≡C-で置き換えられてもよく、これらの基において、少なくとも1つの水素は、フッ素または塩素で置き換えられてもよく;Spは、単結合、炭素数1から5のアルキレン、または1つの-CH-が-O-で置き換えられた炭素数1から5のアルキレンであり;L、L、L、およびLは独立して、水素、フッ素、メチル、またはエチルであり;RおよびRは独立して、水素またはメチルである。
項5. 液晶組成物の重量に基づいて、第一添加物の割合が10重量%以下である、項1から4のいずれか1項に記載の液晶組成物。
項6. 第一成分として式(2)で表される化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物を含有する、項1から5のいずれか1項に記載の液晶組成物。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000029

式(2)において、RおよびRは独立して、炭素数1から12のアルキル、炭素数1から12のアルコキシ、炭素数2から12のアルケニル、または炭素数2から12のアルケニルオキシであり;環Dおよび環Fは独立して、1,4-シクロへキシレン、1,4-シクロへキセニレン、1,4-フェニレン、少なくとも1つの水素がフッ素または塩素で置き換えられた1,4-フェニレン、またはテトラヒドロピラン-2,5-ジイルであり;環Eは、2,3-ジフルオロ-1,4-フェニレン、2-クロロ-3-フルオロ-1,4-フェニレン、2,3-ジフルオロ-5-メチル-1,4-フェニレン、3,4,5-トリフルオロナフタレン-2,6-ジイル、または7,8-ジフルオロクロマン-2,6-ジイルであり;ZおよびZは独立して、単結合、-CHCH-、-CHO-、-OCH-、-COO-、または-OCO-であり;fは、1、2、または3であり、gは0または1であり、そしてfとgとの和は3以下である。
項7. 第一成分として式(2-1)から式(2-21)で表される化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物を含有する、項1から6のいずれか1項に記載の液晶組成物。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000030

Figure JPOXMLDOC01-appb-I000031

式(2-1)から式(2-21)において、RおよびRは独立して、炭素数1から12のアルキル、炭素数1から12のアルコキシ、炭素数2から12のアルケニル、または炭素数2から12のアルケニルオキシである。
項8. 液晶組成物の重量に基づいて、第一成分の割合が10重量%から90重量%の範囲である、項6または7に記載の液晶組成物。
項9. 第二成分として式(3)で表される化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物を含有する、項1から8のいずれか1項に記載の液晶組成物。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000032

式(3)において、RおよびRは独立して、炭素数1から12のアルキル、炭素数1から12のアルコキシ、炭素数2から12のアルケニル、少なくとも1つの水素がフッ素または塩素で置き換えられた炭素数1から12のアルキル、または少なくとも1つの水素がフッ素または塩素で置き換えられた炭素数2から12のアルケニルであり;環Gおよび環Iは独立して、1,4-シクロへキシレン、1,4-フェニレン、2-フルオロ-1,4-フェニレン、または2,5-ジフルオロ-1,4-フェニレンであり;Zは、単結合、-CHCH-、-CHO-、-OCH-、-COO-、または-OCO-であり;hは、1、2、または3である。
項10. 第二成分として式(3-1)から式(3-13)で表される化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物を含有する、項1から9のいずれか1項に記載の液晶組成物。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000033

式(3-1)から式(3-13)において、RおよびRは独立して、炭素数1から12のアルキル、炭素数1から12のアルコキシ、炭素数2から12のアルケニル、少なくとも1つの水素がフッ素または塩素で置き換えられた炭素数1から12のアルキル、または少なくとも1つの水素がフッ素または塩素で置き換えられた炭素数2から12のアルケニルである。
項11. 液晶組成物の重量に基づいて、第二成分の割合が10重量%から70重量%の範囲である、項9または10に記載の液晶組成物。
項12. 第二添加物として式(4)で表される重合性化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物を含有する、項1から11のいずれか1項に記載の液晶組成物。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000034

式(4)において、環Jおよび環Pは独立して、シクロヘキシル、シクロヘキセニル、フェニル、1-ナフチル、2-ナフチル、テトラヒドロピラン-2-イル、1,3-ジオキサン-2-イル、ピリミジン-2-イル、またはピリジン-2-イルであり、これらの環において、少なくとも1つの水素は、フッ素、塩素、炭素数1から12のアルキル、炭素数1から12のアルコキシ、または少なくとも1つの水素がフッ素または塩素で置き換えられた炭素数1から12のアルキルで置き換えられてもよく;環Kは、1,4-シクロヘキシレン、1,4-シクロヘキセニレン、1,4-フェニレン、ナフタレン-1,2-ジイル、ナフタレン-1,3-ジイル、ナフタレン-1,4-ジイル、ナフタレン-1,5-ジイル、ナフタレン-1,6-ジイル、ナフタレン-1,7-ジイル、ナフタレン-1,8-ジイル、ナフタレン-2,3-ジイル、ナフタレン-2,6-ジイル、ナフタレン-2,7-ジイル、テトラヒドロピラン-2,5-ジイル、1,3-ジオキサン-2,5-ジイル、ピリミジン-2,5-ジイル、またはピリジン-2,5-ジイルであり、これらの環において、少なくとも1つの水素は、フッ素、塩素、炭素数1から12のアルキル、炭素数1から12のアルコキシ、または少なくとも1つの水素がフッ素または塩素で置き換えられた炭素数1から12のアルキルで置き換えられてもよく;ZおよびZは独立して、単結合または炭素数1から10のアルキレンであり、このアルキレンにおいて、少なくとも1つの-CH-は、-O-、-CO-、-COO-、または-OCO-で置き換えられてもよく、そして少なくとも1つの-CHCH-は、-CH=CH-、-C(CH)=CH-、-CH=C(CH)-、または-C(CH)=C(CH)-で置き換えられてもよく、これらの基において、少なくとも1つの水素は、フッ素または塩素で置き換えられてもよく;P、P、およびPは、重合性基であり;Sp、Sp10、およびSp11は独立して、単結合または炭素数1から10のアルキレンであり、このアルキレンにおいて、少なくとも1つの-CH-は、-O-、-COO-、-OCO-、または-OCOO-で置き換えられてもよく、そして少なくとも1つの-CHCH-は、-CH=CH-または-C≡C-で置き換えられてもよく、これらの基において、少なくとも1つの水素は、フッ素または塩素で置き換えられてもよく;qは0、1、または2であり;j、k、およびpは独立して、0、1、2、3、または4であり、そしてj、k、およびpの和は、1以上である。
項13. 式(4)において、P、P、およびPが独立して式(P-1)から式(P-5)で表される重合性基の群から選択された基である、項12に記載の液晶組成物。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000035

式(P-1)から式(P-5)において、M、M、およびMは独立して、水素、フッ素、炭素数1から5のアルキル、または少なくとも1つの水素がフッ素または塩素で置き換えられた炭素数1から5のアルキルである。
項14. 第二添加物として式(4-1)から式(4-28)で表される重合性化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物を含有する、項1から13のいずれか1項に記載の液晶組成物。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000036

Figure JPOXMLDOC01-appb-I000037

Figure JPOXMLDOC01-appb-I000038

式(4-1)から式(4-28)において、P、P、およびPは独立して、式(P-1)から式(P-3)で表される重合性基の群から選択された基であり、ここでM、M、およびMは独立して、水素、フッ素、炭素数1から5のアルキル、または少なくとも1つの水素がフッ素または塩素で置き換えられた炭素数1から5のアルキルであり;
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000039

Sp、Sp10、およびSp11は独立して、単結合または炭素数1から10のアルキレンであり、このアルキレンにおいて、少なくとも1つの-CH-は、-O-、-COO-、-OCO-、または-OCOO-で置き換えられてもよく、そして少なくとも1つの-CHCH-は、-CH=CH-または-C≡C-で置き換えられてもよく、これらの基において、少なくとも1つの水素は、フッ素または塩素で置き換えられてもよい。
項15. 液晶組成物の重量に基づいて、第二添加物の割合が0.03重量%から10重量%の範囲である、項12から14のいずれか1項に記載の液晶組成物。
項16. 項1から15のいずれか1項に記載の液晶組成物を含有する液晶表示素子。
項17. 液晶表示素子の動作モードが、IPSモード、VAモード、FFSモード、またはFPAモードであり、液晶表示素子の駆動方式がアクティブマトリックス方式である、項16に記載の液晶表示素子。
項18. 項1から15のいずれか1項に記載の液晶組成物を含有し、この液晶組成物中の重合性化合物が重合された、高分子支持配向型の液晶表示素子。
項19. 項1から15のいずれか1項に記載の液晶組成物を含有し、この液晶組成物中の重合性化合物が重合された、配向膜を有しない液晶表示素子。
項20. 項1から15のいずれか1項に記載の液晶組成物の、液晶表示素子における使用。
項21. 項1から15のいずれか1項に記載の液晶組成物の、高分子支持配向型の液晶表示素子における使用。
項22. 項1から15のいずれか1項に記載の液晶組成物の、配向膜を有しない液晶表示素子における使用。
 本発明は、次の項も含む。(a)上記の液晶組成物を2つの基板のあいだに配置し、この組成物に電圧を印加した状態で光を照射し、この組成物に含有された重合性基を有する極性化合物を重合させることによって、上記の液晶表示素子を製造する方法。(b)ネマチック相の上限温度が70℃以上であり、波長589nmにおける光学異方性(25℃で測定)が0.08以上であり、そして周波数1kHzにおける誘電率異方性(25℃で測定)が-2以下である、上記の液晶組成物。
 本発明は、次の項も含む。(c)特開2006-199941号公報に記載された化合物(5)から化合物(7)は、誘電率異方性が正の液晶性化合物であるが、これらの化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物を含有する上記の組成物。(d)上記の極性化合物(1)を少なくとも2つ含有する上記の組成物。(e)極性化合物(1)とは異なる極性化合物をさらに含有する上記の組成物。(f)光学活性化合物、酸化防止剤、紫外線吸収剤、色素、消泡剤、重合性化合物、重合開始剤、重合禁止剤、極性化合物のような添加物の1つ、2つ、または少なくとも3つを含有する上記の組成物。(g)上記の組成物を含有するAM素子。(h)上記の組成物を含有し、そしてTN、ECB、OCB、IPS、FFS、VA、またはFPAのモードを有する素子。(i)上記の組成物を含有する透過型の素子。(j)上記の組成物を、ネマチック相を有する組成物として使用すること。(k)上記の組成物に光学活性化合物を添加することによって光学活性な組成物としての使用。
 本発明の組成物を次の順で説明する。第一に、組成物の構成を説明する。第二に、成分化合物の主要な特性、およびこの化合物が組成物に及ぼす主要な効果を説明する。第三に、組成物における成分の組み合わせ、成分の好ましい割合およびその根拠を説明する。第四に、成分化合物の好ましい形態を説明する。第五に、好ましい成分化合物を示す。第六に、組成物に添加してもよい添加物を説明する。第七に、成分化合物の合成法を説明する。最後に、組成物の用途を説明する。
 第一に、組成物の構成を説明する。本発明の組成物は組成物Aと組成物Bに分類される。組成物Aは、化合物(2)および化合物(3)から選択された液晶性化合物の他に、その他の液晶性化合物、添加物などをさらに含有してもよい。「その他の液晶性化合物」は、化合物(2)および化合物(3)とは異なる液晶性化合物である。このような化合物は、特性をさらに調整する目的で組成物に混合される。添加物は、光学活性化合物、酸化防止剤、紫外線吸収剤、色素、消泡剤、重合性化合物、重合開始剤、重合禁止剤、極性化合物などである。
 組成物Bは、実質的に化合物(2)および化合物(3)から選択された液晶性化合物のみからなる。「実質的に」は、組成物が添加物を含有してもよいが、その他の液晶性化合物を含有しないことを意味する。組成物Bは組成物Aに比較して成分の数が少ない。コストを下げるという観点から、組成物Bは組成物Aよりも好ましい。その他の液晶性化合物を混合することによって特性をさらに調整できるという観点から、組成物Aは組成物Bよりも好ましい。
 第二に、成分化合物の主要な特性、およびこの化合物が組成物に及ぼす主要な効果を説明する。成分化合物の主要な特性を本発明の効果に基づいて表2にまとめる。表2の記号において、Lは大きいまたは高い、Mは中程度の、Sは小さいまたは低い、を意味する。記号L、M、Sは、成分化合物のあいだの定性的な比較に基づいた分類であり、記号‘0’は、値がゼロに近いことを意味する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000040
 成分化合物を組成物に混合したとき、成分化合物が組成物の特性に及ぼす主要な効果は次のとおりである。化合物(1)は、極性基の作用で基板表面に吸着し、液晶分子の配向を制御する。所期の効果を得るには、化合物(1)は、液晶性化合物との高い相溶性を有することが必須である。化合物(1)は、1,4-シクロヘキシレンや1,4-フェニレンのような六員環を有し、その分子構造は棒状であるからこの目的に最適である。化合物(1)は、重合によって重合体を与える。この重合体は, 液晶分子の配向を安定化するので、素子の応答時間を短縮し、そして画像の焼き付きを改善する。化合物(2)は、誘電率異方性を上げ、そして下限温度を下げる。化合物(3)は、粘度を下げる。化合物(4)は、重合によって重合体を与える。この重合体は、液晶分子の配向を安定化するので、素子の応答時間を短縮し、そして画像の焼き付きを改善する。液晶分子の配向という観点から、化合物(1)の重合体は、基板表面との相互作用を有するので、化合物(4)の重合体よりも効果的であると推定される。
 第三に、組成物における成分の組み合わせ、成分の好ましい割合およびその根拠を説明する。組成物における成分の好ましい組み合わせは、化合物(1)+化合物(2)+化合物(3)であるか、または化合物(1)+化合物(2)+化合物(3)+化合物(4)である。
 化合物(1)は、液晶分子の配向を制御する目的で、組成物に添加される。化合物(1)の好ましい割合は、液晶分子を配向させるために約0.05重量%以上であり、素子の表示不良を防ぐために約10重量%以下である。さらに好ましい割合は、約0.1重量%から約7重量%の範囲である。特に好ましい割合は、約0.5重量%から約5重量%の範囲である。
 化合物(2)の好ましい割合は、誘電率異方性を上げるために約10重量%以上であり、下限温度を下げるために約90重量%以下である。さらに好ましい割合は、約20重量%から約85重量%の範囲である。特に好ましい割合は、約30重量%から約85重量%の範囲である。
 化合物(3)の好ましい割合は、上限温度を上げるためにまたは下限温度を下げるために約10重量%以上であり、誘電率異方性を上げるために約90重量%以下である。さらに好ましい割合は、約15重量%から約75重量%の範囲である。特に好ましい割合は、約15重量%から約60重量%の範囲である。
 化合物(4)は、高分子支持配向型の素子に適合させる目的で、組成物に添加される。化合物(4)の好ましい割合は、素子の長期信頼性を向上させるために約0.03重量%以上であり、素子の表示不良を防ぐために約10重量%以下である。さらに好ましい割合は、約0.1重量%から約2重量%の範囲である。特に好ましい割合は、約0.2重量%から約1.0重量%の範囲である。
 第四に、成分化合物の好ましい形態を説明する。式(1)において、Rは、極性基である。化合物(1)は、組成物に添加するので安定であることが好ましい。化合物(1)を組成物に添加したとき、この化合物が素子の電圧保持率を下げないことが好ましい。化合物(1)は、低い揮発性を有することが好ましい。好ましいモル質量は130g/mol以上である。さらに好ましいモル質量は150g/molから500g/molの範囲である。好ましい化合物(1)は、アクリロイルオキシ(-OCO-CH=CH)、メタクリロイルオキシ(-OCO-(CH)C=CH)のような重合性基を有する。
 Rは、極性基である。適切な極性基は、ガラス基板または金属酸化物膜の表面との非共有結合的な相互作用を有する。好ましい極性基は、窒素、酸素、硫黄、およびリンの群から選択されたヘテロ原子を有する。好ましい極性基は、これらのヘテロ原子を少なくとも1つ、または少なくとも2つを有する。さらに好ましい極性基は、アルコール、第一級、第二級、および第三級のアミン、ケトン、カルボン酸、チオール、エステル、エーテル、チオエーテル、およびそれらの組み合わせの群から選択された化合物から水素を除くことによって誘導された一価基である。これらの基の構造は、直鎖状、分岐状、環状、またはそれらの組み合わせでもよい。特に好ましい極性基は、少なくとも1つのOH構造の酸素原子または第一級、第二級、または第三級のアミン構造の窒素原子を有する。
 極性基Rの例は、式(A1)から式(A4)で表される基である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000041
 式(A1)から式(A4)において、Sp、Sp、およびSpは独立して、単結合または基(-Sp’’-X’’-)であり、そしてX’’は、環Bまたは環Cに結合する。Sp’’は、炭素数1から20のアルキレンであり、好ましくは炭素数1から12のアルキレンであり、このアルキレンにおいて少なくとも1つの-CH-は、-O-、-S-、-NH-、-N(R)-、-CO-、-CO-O-、-O-CO、-O-CO-O-、-S-CO-、-CO-S-、-N(R)-CO-O-、-O-CO-N(R)-、-N(R)-CO-N(R)-、-CH=CH-、または-C≡C-で置き換えられてもよく、これらの基において、少なくとも1つの水素は、フッ素、塩素、または-CNで置き換えられてもよく、X’’は、-O-、-S-、-CO-、-CO-O-、-O-CO-、-O-CO-O-、-CO-N(R)-、-N(R)-CO-、-N(R)-CO-N(R)-、-OCH-、-CHO-、-SCH-、-CHS-、-CFO-、-OCF-、-CFS-、-SCF-、-CFCH-、-CHCF-、-CFCF-、-CH=N-、-N=CH-、-N=N-、-CH=CR-、-CY=CY-、-C≡C-、-CH=CH-CO-O-、-O-CO-CH=CH-、または単結合であり、ここでRは、水素または炭素数1から12のアルキルであり、YおよびYは独立して、水素、フッ素、塩素、または-CNである。好ましいX’’は、-O-、-S-、-CO-、-COO-、-OCO-、-O-COO-、-CO-NR-、-NR-CO-、-NR-CO-NR-、または単結合である。Spは、>CH-、>CR11-、>N-、または>C<である。すなわち、式(A2)におけるSpは、>CH-、>CR11-、または>N-であり、式(A3)におけるSpは>C<であることを意味する。
 好ましいSp’’は、-(CHp1-、-(CHCHO)q1-CHCH-、-CHCH-S-CHCH-、または-CHCH-NHCHCH-であり、ここでp1は1から12の整数であり、q1は1から3の整数である。好ましい基(-Sp’’-X’’-)は、-(CHp1-、-(CHp1-O-、-(CHp1-O-CO-、-(CHp1-O-CO-O-であり、ここでp1およびq1は、上に示した意味を有する。さらに好ましい基Sp’’は、エチレン、プロピレン、ブチレン、ペンチレン、ヘキシレン、ヘプチレン、オクチレン、ノニレン、デシレン、ウンデシレン、ドデシレン、オクタデシレン、エチレンオキシエチレン、メチレンオキシブチレン、エチレンチオエチレン、エチレン-N-メチルイミノエチレン、1-メチルアルキレン、エテニレン、プロペニレン、およびブテニレンである。
 Xは、-NH、-NHR11、-N(R11、-OR11、-OH、-COOH、-SH、-SR11
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000042

であり、ここでR11は、炭素数1から15のアルキルであり、このアルキルにおいて、少なくとも1つの-CH-は、-C≡C-、-CH=CH-、-COO-、-OCO-、-CO-、または-O-で置き換えられてもよく、これらの基において、少なくとも1つの水素は、フッ素または塩素で置き換えられてもよく、Rは、水素または炭素数1から12のアルキルである。
 Xは、-O-、-CO-、-NH-、-NR11-、-S-、または単結合であり、Zは、炭素数1から15のアルキレン、炭素数5から6の脂環式基、または、少なくとも1つの環とアルキレンとの組み合わせを表し、これらの基において、少なくとも1つの水素は、-OH、-OR11、-COOH、-NH、-NHR11、-N(R11、フッ素、または塩素で置き換えられてもよく、R11は上に示した意味を有する。kは、0、1、2、または3である。
 特に好ましい窒素含有基Rは、-NH、-NH-(CHn3H、-(CH-NH、-(CH-NH-(CHn3H、-NH-(CH-NH、-NH-(CH-NH-(CHn3H、-(CHn1-NH-(CHn2-NH、-(CHn1-NH-(CHn2-NH-(CHn3H、-O-(CH-NH、-(CHn1-O-(CH-NH、-(CHn1-NH-(CHn2-OH、-O-(CHn1-NH-(CHn2-NH、-O-(CHn1-NH-(CHn2-OH、または-(CHn1-NH-(CHn2-NH-(CHn3Hであり、ここでn、n1、n2、およびn3は独立して、1から12の整数であり、好ましくは1、2、3、または4である。
 特に好ましい窒素非含有基Rは、-OH、-(CH-OH、-O-(CH-OH、-[O-(CHn1-]n2-OH、-COOH、-(CH-COOH、-O-(CH-COOH、または-[O-(CHn1-]n2-COOHであり、ここでn、n1、およびn2は独立して、1から12の整数であり、好ましくは1、2、3、または4である。
 液晶組成物への高い溶解度の観点から、Rは-OHまたは-NHであることが特に好ましい。-OHは、高いアンカー力を有するので-O-、-CO-、または-COO-よりも好ましい。複数のヘテロ原子(窒素、酸素)を有する基は、特に好ましい。そのような極性基を有する化合物は、低い濃度であっても有効である。
 Rは、水素、フッ素、塩素、炭素数1から25のアルキルであり、このアルキルにおいて、少なくとも1つの-CH-は、-NR-、-O-、-S-、-CO-、-CO-O-、-O-CO-、-O-CO-O-、または炭素数3から8のシクロアルキレンで置き換えられてもよく、そして少なくとも1つの第三級炭素(>CH-)は、窒素(>N-)で置き換えられてもよく、これらの基において、少なくとも1つの水素は、フッ素または塩素で置き換えられてもよく、ここでRは、水素または炭素数1から12のアルキルである。好ましいRは、炭素数1から25のアルキルである。
 P、P、およびPは独立して、重合性基である。好ましいP、P、またはPは、式(P-1)から式(P-5)で表される重合性基の群から選択された基である。さらに好ましいP、P、またはPは、式(P-1)、式(P-2)、または式(P-3)で表される基である。特に好ましいP、P、またはPは、式(P-1)または式(P-2)で表される基である。最も好ましいP、P、またはPは、式(P-1)で表される基である。式(P-1)で表される好ましい基は、-OCO-CH=CHまたは-OCO-C(CH)=CHである。式(P-1)から式(P-5)の波線は、結合する部位を示す。

Figure JPOXMLDOC01-appb-I000043
 式(P-1)から式(P-5)において、M、M、およびMは独立して、水素、フッ素、炭素数1から5のアルキル、または少なくとも1つの水素がフッ素または塩素で置き換えられた炭素数1から5のアルキルである。好ましいM、M、またはMは、反応性を上げるために水素またはメチルである。さらに好ましいMは水素またはメチルであり、さらに好ましいMまたはMは水素である。
 Sp、Sp、およびSpは独立して、単結合または炭素数1から10のアルキレンであり、このアルキレンにおいて、少なくとも1つの-CH-は、-O-、-COO-、-OCO-、または-OCOO-で置き換えられてもよく、そして少なくとも1つの-CH-CH-は、-CH=CH-または-C≡C-で置き換えられてもよく、これらの基において、少なくとも1つの水素は、フッ素または塩素で置き換えられてもよい。好ましいSp、Sp、またはSpは、単結合、-CHCH-、-CHO-、-OCH-、-COO-、-OCO-、-CO-CH=CH-、または-CH=CH-CO-である。さらに好ましいSp、SpまたはSpは、単結合である。ただし、環Aおよび環Cがフェニルであるとき、SpおよびSpは単結合である。
 環A、環B、および環Cは独立して、1,4-シクロへキシレン、1,4-シクロヘキセニレン、1,4-フェニレン、ナフタレン-1,2-ジイル、ナフタレン-1,3-ジイル、ナフタレン-1,4-ジイル、ナフタレン-1,5-ジイル、ナフタレン-1,6-ジイル、ナフタレン-1,7-ジイル、ナフタレン-1,8-ジイル、ナフタレン-2,3-ジイル、ナフタレン-2,6-ジイル、ナフタレン-2,7-ジイル、テトラヒドロピラン-2,5-ジイル、1,3-ジオキサン-2,5-ジイル、ピリミジン-2,5-ジイル、またはピリジン-2,5-ジイルであり、これらの環において、少なくとも1つの水素は、フッ素、塩素、炭素数1から12のアルキル、炭素数1から12のアルコキシ、または少なくとも1つの水素がフッ素または塩素で置き換えられた炭素数1から12のアルキルで置き換えられてもよい。好ましい環A、環B、または環Cは、1,4-フェニレンまたは2-フルオロ-1,4-フェニレンである。
 ZおよびZは独立して、単結合または炭素数1から10のアルキレンであり、このアルキレンにおいて、少なくとも1つの-CH-は、-O-、-CO-、-COO-、または-OCO-で置き換えられてもよく、そして少なくとも1つの-CH-CH-は、-CH=CH-、-C(CH)=CH-、-CH=C(CH)-、または-C(CH)=C(CH)-で置き換えられてもよく、これらの基において、少なくとも1つの水素は、フッ素または塩素で置き換えられてもよい。好ましいZまたはZは、単結合、-CHCH-、-CHO-、-OCH-、-COO-、または-OCO-である。さらに好ましいZまたはZは、単結合である。
 aおよびbは独立して、0、1、2、3、または4であり、そしてaおよびbの和は、0、1、2、3、または4である。好ましいaまたはbは、0、1、または2である。cおよびeは独立して、0、1、2、3、または4である。好ましいcまたはeは、1または2である。dは、1、2、3、または4である。好ましいdは、1または2である。
 芳香族基は、アリールまたは置換されたアリールを指す。ヘテロアリールは、少なくとも1つのヘテロ原子を有する芳香族基を表す。アリールおよびヘテロアリールは単環または多環のいずれでもよい。すなわちこれらの基は少なくとも1つの環を有し、この環は縮合(例えば、ナフチル)されてもよく、二つの環は共有結合で連結(例えば、ビフェニル)されてもよく、または縮合環および連結環の組み合わせを有してもよい。好ましいヘテロアリールは、窒素、酸素、硫黄、およびリンの群から選択された少なくとも1つのヘテロ原子を有する。
 好ましいアリールまたはヘテロアリールは、炭素数6から25を有し、五員環、六員環、または七員環であってもよい。好ましいアリールまたはヘテロアリールは、単環であってもよいし、二環または三環であってもよい。これらの基は縮合環であってもよく、置換されてもよい。
 好ましいアリールは、ベンゼン、ビフェニル、ターフェニル、[1,1’:3’,1”]ターフェニル、ナフタレン、アントラセン、ビナフチル、フェナントレン、ピレン、ジヒドロピレン、クリセン、ペリレン、テトラセン、ペンタセン、ベンゾピレン、フルオレン、インデン、インデノフルオレン、スピロビフルオレンから1つの水素を除くことによって誘導される一価基である。
 好ましいヘテロアリールは、ピロール、ピラゾール、イミダゾール、1,2,3-トリアゾール、1,2,4-トリアゾール、テトラゾール、フラン、チオフェン、セレノフェン、オキサゾール、イソキサゾール、1,2-チアゾール、1,3-チアゾール、1,2,3-オキサジアゾール、1,2,4-オキサジアゾール、1,2,5-オキサジアゾール、1,3,4-オキサジアゾール、1,2,3-チアジアゾール、1,2,4-チアジアゾール、1,2,5-チアジアゾール、1,3,4-チアジアゾールなどの五員環化合物、またはピリジン、ピリダジン、ピリミジン、ピラジン、1,3,5-トリアジン、1,2,4-トリアジン、1,2,3-トリアジン、1,2,4,5-テトラジン、1,2,3,4-テトラジン、1,2,3,5-テトラジンなどの六員環化合物から1つの水素を除くことによって誘導される一価基である。
 好ましいヘテロアリールは、インドール、イソインドール、インドリジン、インダゾール、ベンゾイミダゾール、ベンゾトリアゾール、プリン、ナフタイミダゾール、フェナントライミダゾール、ピリダイミダゾール、ピラジンイミダゾール、キノキサリンイミダゾール、ベンゾキサゾール、ナフトキサゾール、アントロキサゾール、フェナントロキサゾール、イソキサゾール、ベンゾチアゾール、ベンゾフラン、イソベンゾフラン、ジベンゾフラン、キノリン、イソキノリン、プテリジン、ベンゾ-5,6-キノリン、ベンゾ-6,7-キノリン、ベンゾ-7,8-キノリン、ベンゾイソキノリン、アクリジン、フェノチアジン、フェノキサジン、ベンゾピリダジン、ベンゾピリミジン、キノキサリン、フェナジン、ナフチリジン、アザカルバゾール、ベンゾカルボリン、フェナントリジン、フェナントロリン、チエノ[2,3b]チオフェン、チエノ[3,2b]チオフェン、ジチエノチオフェン、イソベンゾチオフェン、ジベンゾチオフェン、ベンゾチアジアゾチオフェンなどの縮合環化合物から1つの水素を除くことによって誘導される一価基でもある。好ましいヘテロアリールは、これらの五員環、六員環、縮合環から選択された2つの基を組み合わせた環から1つの水素を除くことによって誘導される一価基でもある。これらのヘテロアリールは、アルキル、アルコキシ、チオアルキル、フッ素、フルオロアルキル、アリール、またはヘテロアリールで置換されてもよい。
 脂環式基は、飽和であってもよいし、不飽和であってもよい。すなわち、これらの基は、単結合だけを有してもよいし、単結合と多重結合との組み合わせを有してもよい。不飽和の環よりも飽和の環の方が好ましい。
 脂環式基は、1つの環であってもよいし、複数の環であってもよい。これらの基の好ましい例は、炭素数3から25の単環、二環、または三環であり、これらの基は縮合環であってもよく、置換されてもよい。これらの基の好ましい例は、五員環、六員環、七員環、または八員環であり、これらの基において、少なくとも1つの炭素はケイ素で置き換えられてもよく、少なくとも1つの>CH-は>N-で置き換えられてもよく、そして少なくとも1つの-CH-は-O-または-S-で置き換えられてもよい。
 好ましい脂環式基は、シクロペンタン、テトラヒドロフラン、テトラヒドロチオフラン、ピロリジンなどの五員環、シクロヘキサン、シクロヘキセン、テトラヒドロピラン、テトラヒドロチオピラン、1,3-ジオキサン、1,3-ジチアン、ピペリジンなどの六員環、シクロヘプタンなどの七員環、テトラヒドロナフタレン、デカヒドロナフタレン、インダン、ビシクロ[1.1.1]ペンタン、ビシクロ[2.2.2]オクタン、スピロ[3.3]ヘプタン、オクタヒドロ-4,7-メタノインダンなどの縮合環から2つの水素を除くことによって誘導される二価基である。
 式(1-1)から式(1-15)において、Spは、単結合、炭素数1から5のアルキレン、または1つの-CH-が-O-で置き換えられた炭素数1から5のアルキレンである。L、L、L、およびLは独立して、水素、フッ素、メチル、またはエチルである。RおよびRは独立して、水素またはメチルである。
 式(2)および式(3)において、RおよびRは独立して、炭素数1から12のアルキル、炭素数1から12のアルコキシ、炭素数2から12のアルケニル、または炭素数2から12のアルケニルオキシである。好ましいRまたはRは、安定性を上げるために炭素数1から12のアルキルであり、誘電率異方性を上げるために炭素数1から12のアルコキシである。RおよびRは独立して、炭素数1から12のアルキル、炭素数1から12のアルコキシ、炭素数2から12のアルケニル、少なくとも1つの水素がフッ素または塩素で置き換えられた炭素数1から12のアルキル、または少なくとも1つの水素がフッ素または塩素で置き換えられた炭素数2から12のアルケニルである。好ましいRまたはRは、粘度を下げるために、炭素数2から12のアルケニルであり、安定性を上げるために炭素数1から12のアルキルである。液晶性化合物のアルキルは、直鎖状または分岐状であり、環状アルキルを含まない。直鎖状アルキルは、分岐状アルキルよりも好ましい。これらのことは、アルコキシ、アルケニルなどの末端基についても同様である。
 好ましいアルキルは、メチル、エチル、プロピル、ブチル、ペンチル、ヘキシル、ヘプチル、またはオクチルである。さらに好ましいアルキルは、粘度を下げるためにエチル、プロピル、ブチル、ペンチル、またはヘプチルである。
 好ましいアルコキシは、メトキシ、エトキシ、プロポキシ、ブトキシ、ペンチルオキシ、ヘキシルオキシ、またはヘプチルオキシである。粘度を下げるために、さらに好ましいアルコキシは、メトキシまたはエトキシである。
 好ましいアルケニルは、ビニル、1-プロペニル、2-プロペニル、1-ブテニル、2-ブテニル、3-ブテニル、1-ペンテニル、2-ペンテニル、3-ペンテニル、4-ペンテニル、1-ヘキセニル、2-ヘキセニル、3-ヘキセニル、4-ヘキセニル、または5-ヘキセニルである。さらに好ましいアルケニルは、粘度を下げるためにビニル、1-プロペニル、3-ブテニル、または3-ペンテニルである。これらのアルケニルにおける-CH=CH-の好ましい立体配置は、二重結合の位置に依存する。粘度を下げるためなどから1-プロペニル、1-ブテニル、1-ペンテニル、1-ヘキセニル、3-ペンテニル、3-ヘキセニルのようなアルケニルにおいてはトランスが好ましい。2-ブテニル、2-ペンテニル、2-ヘキセニルのようなアルケニルにおいてはシスが好ましい。
 好ましいアルケニルオキシは、ビニルオキシ、アリルオキシ、3-ブテニルオキシ、3-ペンテニルオキシ、または4-ペンテニルオキシである。粘度を下げるために、さらに好ましいアルケニルオキシは、アリルオキシまたは3-ブテニルオキシである。
 少なくとも1つの水素がフッ素または塩素で置き換えられたアルキルの好ましい例は、フルオロメチル、2-フルオロエチル、3-フルオロプロピル、4-フルオロブチル、5-フルオロペンチル、6-フルオロヘキシル、7-フルオロヘプチル、または8-フルオロオクチルである。さらに好ましい例は、誘電率異方性を上げるために2-フルオロエチル、3-フルオロプロピル、4-フルオロブチル、または5-フルオロペンチルである。
 少なくとも1つの水素がフッ素または塩素で置き換えられたアルケニルの好ましい例は、2,2-ジフルオロビニル、3,3-ジフルオロ-2-プロペニル、4,4-ジフルオロ-3-ブテニル、5,5-ジフルオロ-4-ペンテニル、または6,6-ジフルオロ-5-ヘキセニルである。さらに好ましい例は、粘度を下げるために2,2-ジフルオロビニルまたは4,4-ジフルオロ-3-ブテニルである。
 環Dおよび環Fは独立して、1,4-シクロへキシレン、1,4-シクロへキセニレン、1,4-フェニレン、少なくとも1つの水素がフッ素または塩素で置き換えられた1,4-フェニレン、またはテトラヒドロピラン-2,5-ジイルである。「少なくとも1つの水素がフッ素または塩素で置き換えられた1,4-フェニレン」の好ましい例は、2-フルオロ-1,4-フェニレン、2,3-ジフルオロ-1,4-フェニレン、または2-クロロ-3-フルオロ-1,4-フェニレンである。好ましい環Dまたは環Fは、粘度を下げるために1,4-シクロヘキシレンであり、誘電率異方性を上げるためにテトラヒドロピラン-2,5-ジイルであり、光学異方性を上げるために1,4-フェニレンである。1,4-シクロヘキシレンに関する立体配置は、上限温度を上げるためにシスよりもトランスが好ましい。テトラヒドロピラン-2,5-ジイルは、
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000044

または
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000045

であり、好ましくは
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000046

である。
 環Eは、2,3-ジフルオロ-1,4-フェニレン、2-クロロ-3-フルオロ-1,4-フェニレン、2,3-ジフルオロ-5-メチル-1,4-フェニレン、3,4,5-トリフルオロナフタレン-2,6-ジイル、または7,8-ジフルオロクロマン-2,6-ジイルである。好ましい環Eは、粘度を下げるために2,3-ジフルオロ-1,4-フェニレンであり、光学異方性を下げるために2-クロロ-3-フルオロ-1,4-フェニレンであり、誘電率異方性を上げるために7,8-ジフルオロクロマン-2,6-ジイルである。
 環Gおよび環Iは独立して、1,4-シクロへキシレン、1,4-フェニレン、2-フルオロ-1,4-フェニレン、または2,5-ジフルオロ-1,4-フェニレンである。好ましい環Gまたは環Iは粘度を下げるために、または上限温度を上げるために、1,4-シクロヘキシレンであり、下限温度を下げるために1,4-フェニレンである。1,4-シクロヘキシレンに関する立体配置は、上限温度を上げるためにシスよりもトランスが好ましい。
 Z、Z、およびZは独立して、単結合、-CHCH-、-CHO-、-OCH-、-COO-、または-OCO-である。好ましいZまたはZは、粘度を下げるために単結合であり、下限温度を下げるために-CHCH-であり、誘電率異方性を上げるために-CHO-または-OCH-である。好ましいZは、粘度を下げるために単結合であり、下限温度を下げるために-CHCH-であり、上限温度を上げるために-COO-または-OCO-である。
 fは、1、2、または3であり、gは、0または1であり、そして、fとgとの和は3以下である。好ましいfは粘度を下げるために1であり、上限温度を上げるために2または3である。好ましいgは粘度を下げるために0であり、下限温度を下げるために1である。hは、1、2、または3である。好ましいhは粘度を下げるために1であり、上限温度を上げるために2または3である。
 式(4)において、P、P、およびPは独立して、重合性基である。好ましいP、P、またはPは、式(P-1)から式(P-5)で表される重合性基の群から選択された基である。さらに好ましいP、P、またはPは、式(P-1)、式(P-2)、または式(P-3)で表される基である。特に好ましいP、P、またはPは、式(P-1)または式(P-2)で表される基である。最も好ましいP、P、またはPは、式(P-1)で表される基である。式(P-1)で表される好ましい基は、-OCO-CH=CHまたは-OCO-C(CH)=CHである。式(P-1)から式(P-5)の波線は、結合する部位を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000047
 式(P-1)から式(P-5)において、M、M、およびMは独立して、水素、フッ素、炭素数1から5のアルキル、または少なくとも1つの水素がフッ素または塩素で置き換えられた炭素数1から5のアルキルである。好ましいM、M、またはMは、反応性を上げるために水素またはメチルである。さらに好ましいMは水素またはメチルであり、さらに好ましいMまたはMは水素である。
 Sp、Sp10、およびSp11は独立して、単結合または炭素数1から10のアルキレンであり、このアルキレンにおいて、少なくとも1つの-CH-は、-O-、-COO-、-OCO-、または-OCOO-で置き換えられてもよく、そして少なくとも1つの-CHCH-は、-CH=CH-または-C≡C-で置き換えられてもよく、これらの基において、少なくとも1つの水素は、フッ素または塩素で置き換えられてもよい。好ましいSp、Sp10、またはSp11は、単結合、-CHCH-、-CHO-、-OCH-、-COO-、-OCO-、-CO-CH=CH-、または-CH=CH-CO-である。さらに好ましいSp、Sp10、またはSp11は、単結合である。
 環Jおよび環Pは独立して、シクロヘキシル、シクロヘキセニル、フェニル、1-ナフチル、2-ナフチル、テトラヒドロピラン-2-イル、1,3-ジオキサン-2-イル、ピリミジン-2-イル、またはピリジン-2-イルであり、これらの環において、少なくとも1つの水素は、フッ素、塩素、炭素数1から12のアルキル、炭素数1から12のアルコキシ、または少なくとも1つの水素がフッ素または塩素で置き換えられた炭素数1から12のアルキルで置き換えられてもよい。好ましい環Jまたは環Pは、フェニルである。環Kは、1,4-シクロヘキシレン、1,4-シクロヘキセニレン、1,4-フェニレン、ナフタレン-1,2-ジイル、ナフタレン-1,3-ジイル、ナフタレン-1,4-ジイル、ナフタレン-1,5-ジイル、ナフタレン-1,6-ジイル、ナフタレン-1,7-ジイル、ナフタレン-1,8-ジイル、ナフタレン-2,3-ジイル、ナフタレン-2,6-ジイル、ナフタレン-2,7-ジイル、テトラヒドロピラン-2,5-ジイル、1,3-ジオキサン-2,5-ジイル、ピリミジン-2,5-ジイル、またはピリジン-2,5-ジイルであり、これらの環において、少なくとも1つの水素は、フッ素、塩素、炭素数1から12のアルキル、炭素数1から12のアルコキシ、または少なくとも1つの水素がフッ素または塩素で置き換えられた炭素数1から12のアルキルで置き換えられてもよい。好ましい環Kは、1,4-フェニレンまたは2-フルオロ-1,4-フェニレンである。
 ZおよびZは独立して、単結合または炭素数1から10のアルキレンであり、このアルキレンにおいて、少なくとも1つの-CH-は、-O-、-CO-、-COO-、または-OCO-で置き換えられてもよく、そして少なくとも1つの-CHCH-は、-CH=CH-、-C(CH)=CH-、-CH=C(CH)-、または-C(CH)=C(CH)-で置き換えられてもよく、これらの基において、少なくとも1つの水素は、フッ素または塩素で置き換えられてもよい。好ましいZまたはZは、単結合、-CHCH-、-CHO-、-OCH-、-COO-、または-OCO-である。さらに好ましいZまたはZは、単結合である。
 qは、0、1、または2である。好ましいqは、0または1である。j、k、およびpは独立して、0、1、2、3、または4であり、そしてj、k、およびpの和は、1以上である。好ましいj、k、またはpは、1または2である。
 第五に、好ましい成分化合物を示す。好ましい化合物(1)は、項4に記載の化合物(1-1)から化合物(1-15)である。これらの化合物において、第一添加物の少なくとも1つが、化合物(1-6)、化合物(1-8)、化合物(1-10)、化合物(1-11)、化合物(1-13)、または化合物(1-15)であることが好ましい。第一添加物の少なくとも2つが、化合物(1-1)および化合物(1-11)、または化合物(1-3)および化合物(1-8)の組み合わせであることが好ましい。
 好ましい化合物(2)は、項7に記載の化合物(2-1)から化合物(2-21)である。これらの化合物において、第一成分の少なくとも1つが、化合物(2-1)、化合物(2-3)、化合物(2-4)、化合物(2-6)、化合物(2-8)、または化合物(2-10)であることが好ましい。第一成分の少なくとも2つが、化合物(2-1)および化合物(2-6)、化合物(2-1)および化合物(2-10)、化合物(2-3)および化合物(2-6)、化合物(2-3)および化合物(2-10)、化合物(2-4)および化合物(2-6)、または化合物(2-4)および化合物(2-8)の組み合わせであることが好ましい。
 好ましい化合物(3)は、項10に記載の化合物(3-1)から化合物(3-13)である。これらの化合物において、第二成分の少なくとも1つが、化合物(3-1)、化合物(3-3)、化合物(3-5)、化合物(3-6)、化合物(3-8)、または化合物(3-9)であることが好ましい。第二成分の少なくとも2つが化合物(3-1)および化合物(3-3)、化合物(3-1)および化合物(3-5)、または化合物(3-1)および化合物(3-6)の組み合わせであることが好ましい。
 好ましい化合物(4)は、項14に記載の化合物(4-1)から化合物(4-28)である。これらの化合物において、第二添加物の少なくとも1つが、化合物(4-1)、化合物(4-2)、化合物(4-24)、化合物(4-25)、化合物(4-26)、または化合物(4-27)であることが好ましい。第二添加物の少なくとも2つが、化合物(4-1)および化合物(4-2)、化合物(4-1)および化合物(4-18)、化合物(4-2)および化合物(4-24)、化合物(4-2)および化合物(4-25)、化合物(4-2)および化合物(4-26)、化合物(4-25)および化合物(4-26)、または化合物(4-18)および化合物(4-24)の組み合わせであることが好ましい。
 第六に、組成物に添加してもよい添加物を説明する。このような添加物は、光学活性化合物、酸化防止剤、紫外線吸収剤、色素、消泡剤、重合性化合物、重合開始剤、重合禁止剤、極性化合物などである。液晶分子のらせん構造を誘起してねじれ角を与える目的で光学活性化合物が組成物に添加される。このような化合物の例は、化合物(5-1)から化合物(5-5)である。光学活性化合物の好ましい割合は約5重量%以下である。さらに好ましい割合は約0.01重量%から約2重量%の範囲である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000048
 大気中での加熱による比抵抗の低下を防止するために、または素子を長時間使用したあと、室温だけではなく上限温度に近い温度でも大きな電圧保持率を維持するために、酸化防止剤が組成物に添加される。酸化防止剤の好ましい例は、nが1から9の整数である化合物(6)などである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000049
 化合物(6)において、好ましいnは、1、3、5、7、または9である。さらに好ましいnは7である。nが7である化合物(6)は、揮発性が小さいので、素子を長時間使用したあと、室温だけではなく上限温度に近い温度でも大きな電圧保持率を維持するのに有効である。酸化防止剤の好ましい割合は、その効果を得るために約50ppm以上であり、上限温度を下げないように、または下限温度を上げないように約600ppm以下である。さらに好ましい割合は、約100ppmから約300ppmの範囲である。
 紫外線吸収剤の好ましい例は、ベンゾフェノン誘導体、ベンゾエート誘導体、トリアゾール誘導体などである。立体障害のあるアミンのような光安定剤もまた好ましい。これらの吸収剤や安定剤における好ましい割合は、その効果を得るために約50ppm以上であり、上限温度を下げないように、または下限温度を上げないために約10000ppm以下である。さらに好ましい割合は約100ppmから約10000ppmの範囲である。
 GH(guest host)モードの素子に適合させるために、アゾ系色素、アントラキノン系色素などのような二色性色素(dichroic dye)が組成物に添加される。色素の好ましい割合は、約0.01重量%から約10重量%の範囲である。泡立ちを防ぐために、ジメチルシリコーンオイル、メチルフェニルシリコーンオイルなどの消泡剤が組成物に添加される。消泡剤の好ましい割合は、その効果を得るために約1ppm以上であり、表示不良を防ぐために約1000ppm以下である。さらに好ましい割合は、約1ppmから約500ppmの範囲である。
 高分子支持配向(PSA)型の素子に適合させるために重合性化合物が用いられる。化合物(1)および化合物(4)はこの目的に適している。化合物(1)および化合物(4)と共に、化合物(1)および化合物(4)とは異なる、その他の重合性化合物を組成物に添加してもよい。その他の重合性化合物の好ましい例は、アクリレート、メタクリレート、ビニル化合物、ビニルオキシ化合物、プロペニルエーテル、エポキシ化合物(オキシラン、オキセタン)、ビニルケトンなど化合物である。さらに好ましい例は、アクリレートまたはメタクリレートである。化合物(1)および化合物(4)の好ましい割合は、重合性化合物の全重量に基づいて約10重量%以上である。さらに好ましい割合は、約50重量%以上である。特に好ましい割合は、約80重量%以上である。特に好ましい割合は、100重量%でもある。化合物(1)および化合物(4)の種類を変えることによって、または化合物(1)および化合物(4)にその他の重合性化合物を適切な比で組み合わせることによって、重合性化合物の反応性や液晶分子のプレチルト角を調整することができる。プレチルト角を最適化することによって、素子の短い応答時間を達成することができる。液晶分子の配向が安定化されるので、大きなコントラスト比や長い寿命を達成することができる。
 化合物(1)および化合物(4)のような重合性化合物は紫外線照射によって重合する。光重合開始剤などの適切な開始剤存在下で重合させてもよい。重合のための適切な条件、開始剤の適切なタイプ、および適切な量は、当業者には既知であり、文献に記載されている。例えば光開始剤であるIrgacure651(登録商標;BASF)、Irgacure184(登録商標;BASF)、またはDarocur1173(登録商標;BASF)がラジカル重合に対して適切である。光重合開始剤の好ましい割合は、重合性化合物の全重量に基づいて約0.1重量%から約5重量%の範囲である。さらに好ましい割合は約1重量%から約3重量%の範囲である。
 化合物(1)および化合物(4)のような重合性化合物を保管するとき、重合を防止するために重合禁止剤を添加してもよい。重合性化合物は、通常は重合禁止剤を除去しないまま組成物に添加される。重合禁止剤の例は、ヒドロキノン、メチルヒドロキノンのようなヒドロキノン誘導体、4-t-ブチルカテコール、4-メトキシフェノ-ル、フェノチアジンなどである。
 第七に、成分化合物の合成法を説明する。これらの化合物は既知の方法によって合成できる。合成法を例示する。化合物(1)の合成法は、実施例の項に記載する。化合物(2-1)は、特表平2-503441号公報に記載された方法で合成する。化合物(3-5)は、特開昭57-165328号公報に記載された方法で合成する。化合物(4-18)は特開平7-101900号公報に記載された方法で合成する。化合物(6)の一部は市販されている。式(6)のnが1である化合物は、アルドリッチ(Sigma-Aldrich Corporation)から入手できる。nが7である化合物(6)などは、米国特許3660505号明細書に記載された方法によって合成する。
 合成法を記載しなかった化合物は、オーガニック・シンセシス(Organic Syntheses, John Wiley & Sons, Inc.)、オーガニック・リアクションズ(Organic Reactions, John Wiley & Sons, Inc.)、コンプリヘンシブ・オーガニック・シンセシス(Comprehensive Organic Synthesis, Pergamon Press)、新実験化学講座(丸善)などの成書に記載された方法によって合成できる。組成物は、このようにして得た化合物から公知の方法によって調製される。例えば、成分化合物を混合し、そして加熱によって互いに溶解させる。
 最後に、組成物の用途を説明する。大部分の組成物は、約-10℃以下の下限温度、約70℃以上の上限温度、そして約0.07から約0.20の範囲の光学異方性を有する。成分化合物の割合を制御することによって、またはその他の液晶性化合物を混合することによって、約0.08から約0.25の範囲の光学異方性を有する組成物を調製してもよい。さらには、試行錯誤によって約0.10から約0.30の範囲の光学異方性を有する組成物を調製してもよい。この組成物を含有する素子は大きな電圧保持率を有する。この組成物はAM素子に適する。この組成物は透過型のAM素子に特に適する。この組成物は、ネマチック相を有する組成物としての使用や、光学活性化合物を添加することによって光学活性な組成物としての使用が可能である。
 この組成物はAM素子への使用が可能である。さらにPM素子への使用も可能である。この組成物は、PC、TN、STN、ECB、OCB、IPS、FFS、VA、FPAなどのモードを有するAM素子およびPM素子への使用が可能である。TN、OCB、IPSモードまたはFFSモードを有するAM素子への使用は特に好ましい。IPSモードまたはFFSモードを有するAM素子において、電圧が無印加のとき、液晶分子の配向がガラス基板に対して並行であってもよく、または垂直であってもよい。これらの素子が反射型、透過型、または半透過型であってもよい。透過型の素子への使用は好ましい。非結晶シリコン-TFT素子または多結晶シリコン-TFT素子への使用も可能である。この組成物をマイクロカプセル化して作製したNCAP(nematic curvilinear aligned phase)型の素子や、組成物中に三次元の網目状高分子を形成させたPD(polymer dispersed)型の素子にも使用できる。
 従来の高分子支持配向型の素子を製造する方法の一例は、次のとおりである。アレイ基板とカラーフィルター基板と呼ばれる2つの基板を有する素子を組み立てる。この基板は配向膜を有する。この基板の少なくとも1つは、電極層を有する。液晶性化合物を混合して液晶組成物を調製する。この組成物に重合性化合物を添加する。必要に応じて添加物をさらに添加してもよい。この組成物を素子に注入する。この素子に電圧を印加した状態で光照射する。紫外線が好ましい。光照射によって重合性化合物を重合させる。この重合によって、重合体を含有する組成物が生成する。高分子支持配向型の素子は、このような手順で製造する。
 この手順において、電圧を印加したとき、液晶分子が電場の作用によって配向する。この配向に従って重合性化合物の分子も配向する。この状態で重合性化合物が紫外線によって重合するので、この配向を維持した重合体が生成する。この重合体の効果によって、素子の応答時間が短縮される。画像の焼き付きは、液晶分子の動作不良であるから、この重合体の効果によって焼き付きも同時に改善されることになる。なお、組成物中の重合性化合物を予め重合させ、この組成物を液晶表示素子の基板のあいだに配置することも可能であろう。
 化合物(1)のような重合性基を有する極性化合物を用いる場合は、素子の基板に配向膜は不要である。配向膜を有しない素子は、2つ前の段落に記載した手順に従って配向膜を有しない基板から製造する。
 この手順において、化合物(1)は、極性基が基板表面と相互作用するので、基板上に配列する。この配列に従って液晶分子が配向される。電圧を印加したとき、液晶分子の配向がさらに促進される。この状態で重合性基が紫外線によって重合するので、この配向を維持した重合体が生成する。この重合体の効果によって、液晶分子の配向が追加的に安定化し、素子の応答時間が短縮される。画像の焼き付きは、液晶分子の動作不良であるから、この重合体の効果によって焼き付きも同時に改善されることになる。
 実施例によって本発明をさらに詳しく説明する。本発明はこれらの実施例によっては制限されない。本発明は、組成物M1と組成物M2との混合物を含む。本発明は、実施例の組成物の少なくとも2つを混合した混合物をも含む。合成した化合物は、NMR分析などの方法によって同定した。化合物、組成物および素子の特性は、下記の方法によって測定した。
 NMR分析:測定には、ブルカーバイオスピン社製のDRX-500を用いた。H-NMRの測定では、試料をCDClなどの重水素化溶媒に溶解させ、測定は、室温で、500MHz、積算回数16回の条件で行った。テトラメチルシランを内部標準として用いた。19F-NMRの測定では、CFClを内部標準として用い、積算回数24回で行った。核磁気共鳴スペクトルの説明において、sはシングレット、dはダブレット、tはトリプレット、qはカルテット、quinはクインテット、sexはセクステット、mはマルチプレット、brはブロードであることを意味する。
 ガスクロマト分析:測定には島津製作所製のGC-14B型ガスクロマトグラフを用いた。キャリアーガスはヘリウム(2mL/分)である。試料気化室を280℃に、検出器(FID)を300℃に設定した。成分化合物の分離には、Agilent Technologies Inc.製のキャピラリカラムDB-1(長さ30m、内径0.32mm、膜厚0.25μm;固定液相はジメチルポリシロキサン;無極性)を用いた。このカラムは、200℃で2分間保持したあと、5℃/分の割合で280℃まで昇温した。試料はアセトン溶液(0.1重量%)に調製したあと、その1μLを試料気化室に注入した。記録計は島津製作所製のC-R5A型Chromatopac、またはその同等品である。得られたガスクロマトグラムは、成分化合物に対応するピークの保持時間およびピークの面積を示した。
 試料を希釈するための溶媒は、クロロホルム、ヘキサンなどを用いてもよい。成分化合物を分離するために、次のキャピラリカラムを用いてもよい。Agilent Technologies Inc.製のHP-1(長さ30m、内径0.32mm、膜厚0.25μm)、Restek Corporation製のRtx-1(長さ30m、内径0.32mm、膜厚0.25μm)、SGE International Pty. Ltd製のBP-1(長さ30m、内径0.32mm、膜厚0.25μm)。化合物ピークの重なりを防ぐ目的で島津製作所製のキャピラリカラムCBP1-M50-025(長さ50m、内径0.25mm、膜厚0.25μm)を用いてもよい。
 組成物に含有される液晶性化合物の割合は、次のような方法で算出してよい。液晶性化合物の混合物をガスクロマトグラフィ(FID)で分析する。ガスクロマトグラムにおけるピークの面積比は液晶性化合物の割合に相当する。上に記載したキャピラリカラムを用いたときは、各々の液晶性化合物の補正係数を1とみなしてよい。したがって、液晶性化合物の割合(重量%)は、ピークの面積比から算出することができる。
 測定試料:組成物および素子の特性を測定するときは、組成物をそのまま試料として用いた。化合物の特性を測定するときは、この化合物(15重量%)を母液晶(85重量%)に混合することによって測定用の試料を調製した。測定によって得られた値から外挿法によって化合物の特性値を算出した。(外挿値)={(試料の測定値)-0.85×(母液晶の測定値)}/0.15。この割合でスメクチック相(または結晶)が25℃で析出するときは、化合物と母液晶の割合を10重量%:90重量%、5重量%:95重量%、1重量%:99重量%の順に変更した。この外挿法によって化合物に関する上限温度、光学異方性、粘度、および誘電率異方性の値を求めた。
 下記の母液晶を用いた。成分化合物の割合は重量%で示した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000050
 測定方法:特性の測定は下記の方法で行った。これらの多くは、社団法人電子情報技術産業協会(Japan Electronics and Information Technology Industries Association;JEITAという)で審議制定されるJEITA規格(JEITA・ED-2521B)に記載された方法、またはこれを修飾した方法であった。測定に用いたTN素子には、薄膜トランジスター(TFT)を取り付けなかった。
(1)ネマチック相の上限温度(NI;℃):偏光顕微鏡を備えた融点測定装置のホットプレートに試料を置き、1℃/分の速度で加熱した。試料の一部がネマチック相から等方性液体に変化したときの温度を測定した。ネマチック相の上限温度を「上限温度」と略すことがある。
(2)ネマチック相の下限温度(T;℃):ネマチック相を有する試料をガラス瓶に入れ、0℃、-10℃、-20℃、-30℃、および-40℃のフリーザー中に10日間保管したあと、液晶相を観察した。例えば、試料が-20℃ではネマチック相のままであり、-30℃では結晶またはスメクチック相に変化したとき、Tを<-20℃と記載した。ネマチック相の下限温度を「下限温度」と略すことがある。
(3)粘度(バルク粘度;η;20℃で測定;mPa・s):測定には東京計器株式会社製のE型回転粘度計を用いた。
(4)粘度(回転粘度;γ1;25℃で測定;mPa・s):測定は、M. Imai et al., Molecular Crystals and Liquid Crystals, Vol. 259, 37 (1995) に記載された方法に従った。2枚のガラス基板の間隔(セルギャップ)が20μmのVA素子に試料を注入した。この素子に39ボルトから50ボルトの範囲で1ボルト毎に段階的に印加した。0.2秒の無印加のあと、ただ1つの矩形波(矩形パルス;0.2秒)と無印加(2秒)の条件で印加を繰り返した。この印加によって発生した過渡電流(transient current)のピーク電流(peak current)とピーク時間(peak time)を測定した。これらの測定値とM. Imaiらの論文、40頁の計算式(8)とから回転粘度の値を得た。この計算に必要な誘電率異方性は、測定(6)に記載された方法で測定した。
(5)光学異方性(屈折率異方性;Δn;25℃で測定):測定は、波長589nmの光を用い、接眼鏡に偏光板を取り付けたアッベ屈折計によって行なった。主プリズムの表面を一方向にラビングしたあと、試料を主プリズムに滴下した。屈折率n∥は偏光の方向がラビングの方向と平行であるときに測定した。屈折率n⊥は偏光の方向がラビングの方向と垂直であるときに測定した。光学異方性の値は、Δn=n∥-n⊥、の式から計算した。
(6)誘電率異方性(Δε;25℃で測定):誘電率異方性の値は、Δε=ε∥-ε⊥、の式から計算した。誘電率(ε∥およびε⊥)は次のように測定した。
1)誘電率(ε∥)の測定:よく洗浄したガラス基板にオクタデシルトリエトキシシラン(0.16mL)のエタノール(20mL)溶液を塗布した。ガラス基板をスピンナーで回転させたあと、150℃で1時間加熱した。2枚のガラス基板の間隔(セルギャップ)が4μmであるVA素子に試料を入れ、この素子を紫外線で硬化する接着剤で密閉した。この素子にサイン波(0.5V、1kHz)を印加し、2秒後に液晶分子の長軸方向における誘電率(ε∥)を測定した。
2)誘電率(ε⊥)の測定:よく洗浄したガラス基板にポリイミド溶液を塗布した。このガラス基板を焼成した後、得られた配向膜にラビング処理をした。2枚のガラス基板の間隔(セルギャップ)が9μmであり、ツイスト角が80度であるTN素子に試料を注入した。この素子にサイン波(0.5V、1kHz)を印加し、2秒後に液晶分子の短軸方向における誘電率(ε⊥)を測定した。
(7)しきい値電圧(Vth;25℃で測定;V):測定には大塚電子株式会社製のLCD5100型輝度計を用いた。光源はハロゲンランプであった。2枚のガラス基板の間隔(セルギャップ)が4μmであり、ラビング方向がアンチパラレルであるノーマリーブラックモード(normally black mode)のVA素子に試料を入れ、この素子を紫外線で硬化する接着剤を用いて密閉した。この素子に印加する電圧(60Hz、矩形波)は0Vから20Vまで0.02Vずつ段階的に増加させた。この際に、素子に垂直方向から光を照射し、素子を透過した光量を測定した。この光量が最大になったときが透過率100%であり、この光量が最小であったときが透過率0%である電圧-透過率曲線を作成した。しきい値電圧は透過率が10%になったときの電圧で表した。
(8)電圧保持率(VHR-1;25℃で測定;%):測定に用いたTN素子はポリイミド配向膜を有し、そして2枚のガラス基板の間隔(セルギャップ)は5μmであった。この素子は試料を注入したあと紫外線で硬化する接着剤で密閉した。このTN素子にパルス電圧(5Vで60マイクロ秒)を印加して充電した。減衰する電圧を高速電圧計で16.7ミリ秒のあいだ測定し、単位周期における電圧曲線と横軸との間の面積Aを求めた。面積Bは減衰しなかったときの面積であった。電圧保持率は面積Bに対する面積Aの百分率で表した。
(9)電圧保持率(VHR-2;80℃で測定;%):25℃の代わりに、80℃で測定した以外は、上記と同じ手順で電圧保持率を測定した。得られた値をVHR-2で表した。
(10)電圧保持率(VHR-3;25℃で測定;%):紫外線を照射したあと、電圧保持率を測定し、紫外線に対する安定性を評価した。測定に用いたTN素子はポリイミド配向膜を有し、そしてセルギャップは5μmであった。この素子に試料を注入し、光を20分間照射した。光源は超高圧水銀ランプUSH-500D(ウシオ電機製)であり、素子と光源の間隔は20cmであった。VHR-3の測定では、16.7ミリ秒のあいだ減衰する電圧を測定した。大きなVHR-3を有する組成物は紫外線に対して大きな安定性を有する。VHR-3は90%以上が好ましく、95%以上がさらに好ましい。
(11)電圧保持率(VHR-4;25℃で測定;%):試料を注入したTN素子を80℃の恒温槽内で500時間加熱したあと、電圧保持率を測定し、熱に対する安定性を評価した。VHR-4の測定では、16.7ミリ秒のあいだ減衰する電圧を測定した。大きなVHR-4を有する組成物は熱に対して大きな安定性を有する。
(12)応答時間(τ;25℃で測定;ms):測定には大塚電子株式会社製のLCD5100型輝度計を用いた。光源はハロゲンランプであった。ローパス・フィルター(Low-pass filter)は5kHzに設定した。2枚のガラス基板の間隔(セルギャップ)が3.5μmであり、配向膜を有しないVA素子に試料を入れた。この素子を紫外線で硬化する接着剤で密閉した。この素子に、30Vの電圧を印加しながら78mW/cm(405nm)の紫外線を449秒間(35J)照射した。紫外線の照射には、アイグラフィックス株式会社製、紫外硬化用マルチメタルランプM04-L41を用いた。この素子に矩形波(120Hz)を印加した。この際に、素子に垂直方向から光を照射し、素子を透過した光量を測定した。この光量が最大になったときが透過率100%であり、この光量が最小であったときが透過率0%であるとみなした。矩形波の最大電圧は透過率が90%になるように設定した。矩形波の最低電圧は透過率が0%になる2.5Vに設定した。応答時間は透過率10%から90%に変化するのに要した時間(立ち上がり時間;rise time;ミリ秒)で表した。
(13)弾性定数(K11:広がり(spray)弾性定数、K33:曲げ(bend)弾性定数;25℃で測定;pN):測定には株式会社東陽テクニカ製のEC-1型弾性定数測定器を用いた。2枚のガラス基板の間隔(セルギャップ)が20μmである垂直配向素子に試料を注入した。この素子に20ボルトから0ボルト電荷を印加し、静電容量および印加電圧を測定した。測定した静電容量(C)と印加電圧(V)の値を『液晶デバイスハンドブック』(日刊工業新聞社)、75頁にある式(2.98)、式(2.101)を用いてフィッティングし、式(2.100)から弾性定数の値を得た。
(14)比抵抗(ρ;25℃で測定;Ωcm):電極を備えた容器に試料1.0mLを入れた。この容器に直流電圧(10V)を印加し、10秒後の直流電流を測定した。比抵抗は次の式から算出した。(比抵抗)={(電圧)×(容器の電気容量)}/{(直流電流)×(真空の誘電率)}。
(15)プレチルト角(度):プレチルト角の測定には、分光エリプソメータM-2000U(J. A. Woollam Co., Inc. 製)を使用した。
(16)配向安定性(液晶配向軸安定性):液晶表示素子の電極側の液晶配向軸の変化を評価した。ストレス印加前の電極側の液晶配向角度φ(before)を測定し、その後、素子に矩形波4.5V、60Hzを20分間印加した後、1秒間ショートし、1秒後および5分後に再び電極側の液晶配向角度φ(after)を測定した。これらの値から、1秒後および5分後の液晶配向角度の変化Δφ(deg.)を次の式を用いて算出した。
Δφ(deg.)=φ(after)-φ(before)           (式2)
これらの測定はJ. Hilfiker, B. Johs, C. Herzinger, J. F. Elman, E. Montbach, D. Bryant, and P. J. Bos, Thin Solid Films, 455-456, (2004) 596-600を参考に行った。Δφが小さいほうが液晶配向軸の変化率が小さく、液晶配向軸の安定性が良いといえる。
合成例1
 下記の方法により化合物(1-1)を合成した。

Figure JPOXMLDOC01-appb-I000051
第1工程
 化合物(T-1)(4.98g)、化合物(T-2)(5.00g)、炭酸カリウム(6.88g)、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0.289g)、およびイソプロピルアルコール(IPA;100ml)を反応器に入れ、80℃で2時間、加熱還流を行った。反応混合物を水に注ぎ込み、1N塩酸を用いて中和した後、酢酸エチルで抽出した。一緒にした有機層を食塩水で洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥した。この溶液を減圧下で濃縮し、残渣をシリカゲルクロマトグラフィー(トルエン)で精製して、化合物(T-3)(6.38g;99%)を得た。
第2工程
 水素化ホウ素ナトリウム(1.88g)およびメタノール(90ml)を反応器に入れ、0℃に冷却した。そこへ化合物(T-3)(6.38g)のTHF(40ml)溶液をゆっくりと滴下し、室温に戻しつつ8時間攪拌した。反応混合物を水に注ぎ込み、水層を酢酸エチルで抽出した。一緒にした有機層を水で洗浄して、無水硫酸マグネシウムで乾燥した。この溶液を減圧下で濃縮し、残渣をシリカゲルクロマトグラフィー(体積比、トルエン:酢酸エチル=3:1)で精製した。さらにヘプタンとトルエンとの混合溶媒(体積比、1:1)からの再結晶により精製して、化合物(T-4)(5.50g;85%)を得た。
第3工程
 化合物(T-4)(0.600g)、炭酸カリウム(0.637g)、およびDMF(6ml)を反応器に入れ、80℃で1時間撹拌した。反応混合物を室温に冷却した後、特開2013-177561に記載された手法に従って合成した化合物(T-5)(0.983g)のDMF(6ml)溶液をゆっくりと滴下し、80℃で8時間攪拌した。反応混合物を水に注ぎ込み、水層をトルエンで抽出した。一緒にした有機層を水で洗浄して、無水硫酸マグネシウムで乾燥した。この溶液を減圧下で濃縮し、残渣をシリカゲルクロマトグラフィー(体積比、トルエン:酢酸エチル=7:1)で精製して、化合物(1-1)(0.350g;40%)を得た。
 H-NMR:化学シフトδ(ppm;CDCl3):7.35-7.29(m,2H)、7.15-7.10(m,1H)、7.07-6.94(m,3H)、6.14(s,1H)、5.60(s,1H)、4.71(d,6.6Hz,2H)、4.58(t,J=4.5Hz,2H)、4.32(t,J=4.5Hz,2H)、2.65-2.58(m,3H)、1.95(s,3H)、1.72-1.63(m,2H)、0.98(t,J=7.5Hz,3H).
 組成物の実施例を以下に示す。成分化合物は、下記の表3の定義に基づいて記号によって表した。表3において、1,4-シクロヘキシレンに関する立体配置はトランスである。記号化された化合物の後にあるかっこ内の番号は化合物が属する化学式を表す。(-)の記号はその他の液晶性化合物を意味する。液晶性化合物の割合(百分率)は、添加物を含まない液晶組成物の重量に基づいた重量百分率(重量%)である。最後に、組成物の特性値をまとめた。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000052
素子の実施例
1.原料
 配向膜を有しない素子に、極性化合物を添加した組成物を注入した。紫外線を照射したあと、この素子における液晶分子の垂直配向を検討した。最初に原料を説明する。原料は、組成物(M1)から(M15)、極性化合物(PC-1)から(PC-12)、重合性化合物(RM-1)から(RM-9)の中から適宜選択した。組成物は、以下のとおりである。
[組成物M1]
3-HB(2F,3F)-O2        (2-1)    10%
5-HB(2F,3F)-O2        (2-1)     7%
2-BB(2F,3F)-O2        (2-4)     7%
3-BB(2F,3F)-O2        (2-4)     7%
3-B(2F,3F)B(2F,3F)-O2 (2-5)     3%
2-HHB(2F,3F)-O2       (2-6)     5%
3-HHB(2F,3F)-O2       (2-6)    10%
2-HBB(2F,3F)-O2       (2-10)    8%
3-HBB(2F,3F)-O2       (2-10)   10%
2-HH-3                (3-1)    14%
3-HB-O1               (3-2)     5%
3-HHB-1               (3-5)     3%
3-HHB-O1              (3-5)     3%
3-HHB-3               (3-5)     4%
2-BB(F)B-3            (3-8)     4%
 NI=73.2℃;Tc<-20℃;Δn=0.113;Δε=-4.0;Vth=2.18V;η=22.6mPa・s.
[組成物M2]
3-HB(2F,3F)-O4        (2-1)     6%
3-H2B(2F,3F)-O2       (2-2)     8%
3-H1OB(2F,3F)-O2      (2-3)     4%
3-BB(2F,3F)-O2        (2-4)     7%
2-HHB(2F,3F)-O2       (2-6)     7%
3-HHB(2F,3F)-O2       (2-6)     7%
3-HH2B(2F,3F)-O2      (2-7)     7%
5-HH2B(2F,3F)-O2      (2-7)     4%
2-HBB(2F,3F)-O2       (2-10)    5%
3-HBB(2F,3F)-O2       (2-10)    5%
4-HBB(2F,3F)-O2       (2-10)    6%
2-HH-3                (3-1)    12%
1-BB-5                (3-3)    12%
3-HHB-1               (3-5)     4%
3-HHB-O1              (3-5)     3%
3-HBB-2               (3-6)     3%
 NI=82.8℃;Tc<-30℃;Δn=0.118;Δε=-4.4;Vth=2.13V;η=22.5mPa・s.
[組成物M3]
3-HB(2F,3F)-O2        (2-1)     7%
5-HB(2F,3F)-O2        (2-1)     7%
3-BB(2F,3F)-O2        (2-4)     8%
3-HHB(2F,3F)-O2       (2-6)     5%
5-HHB(2F,3F)-O2       (2-6)     4%
3-HH1OB(2F,3F)-O2     (2-8)     4%
2-BB(2F,3F)B-3        (2-9)     5%
2-HBB(2F,3F)-O2       (2-10)    3%
3-HBB(2F,3F)-O2       (2-10)    8%
4-HBB(2F,3F)-O2       (2-10)    5%
5-HBB(2F,3F)-O2       (2-10)    8%
3-HH-V                (3-1)    27%
3-HH-V1               (3-1)     6%
V-HHB-1               (3-5)     3%
 NI=78.1℃;Tc<-30℃;Δn=0.107;Δε=-3.2;Vth=2.02V;η=15.9mPa・s.
[組成物M4]
3-HB(2F,3F)-O2        (2-1)    10%
5-HB(2F,3F)-O2        (2-1)    10%
3-H2B(2F,3F)-O2       (2-2)     8%
5-H2B(2F,3F)-O2       (2-2)     8%
2-HBB(2F,3F)-O2       (2-10)    6%
3-HBB(2F,3F)-O2       (2-10)    8%
4-HBB(2F,3F)-O2       (2-10)    7%
5-HBB(2F,3F)-O2       (2-10)    7%
3-HDhB(2F,3F)-O2      (2-16)    5%
3-HH-4                (3-1)    14%
V-HHB-1               (3-5)    10%
3-HBB-2               (3-6)     7%
 NI=88.5℃;Tc<-30℃;Δn=0.108;Δε=-3.8;Vth=2.25V;η=24.6mPa・s;VHR-1=99.1%;VHR-2=98.2%;VHR-3=97.8%.
[組成物M5]
3-HB(2F,3F)-O2        (2-1)     7%
3-HB(2F,3F)-O4        (2-1)     8%
3-H2B(2F,3F)-O2       (2-2)     8%
3-BB(2F,3F)-O2        (2-4)    10%
2-HHB(2F,3F)-O2       (2-6)     4%
3-HHB(2F,3F)-O2       (2-6)     7%
3-HHB(2F,3F)-1        (2-6)     6%
2-HBB(2F,3F)-O2       (2-10)    6%
3-HBB(2F,3F)-O2       (2-10)    6%
4-HBB(2F,3F)-O2       (2-10)    5%
5-HBB(2F,3F)-O2       (2-10)    4%
3-HEB(2F,3F)B(2F,3F)-O2
                      (2-11)    3%
3-H1OCro(7F,8F)-5     (2-14)    3%
3-HDhB(2F,3F)-O2      (2-16)    5%
3-HH-O1               (3-1)     5%
1-BB-5                (3-3)     4%
V-HHB-1               (3-5)     4%
5-HB(F)BH-3           (3-12)    5%
 NI=81.1℃;Tc<-30℃;Δn=0.119;Δε=-4.5;Vth=1.69V;η=31.4mPa・s.
[組成物M6]
3-HB(2F,3F)-O4        (2-1)    15%
3-HBB(2F,3F)-O2       (2-10)    8%
4-HBB(2F,3F)-O2       (2-10)    5%
5-HBB(2F,3F)-O2       (2-10)    7%
3-dhBB(2F,3F)-O2      (2-17)    5%
3-chB(2F,3F)-O2       (2-18)    7%
2-HchB(2F,3F)-O2      (2-19)    8%
5-HH-V                (3-1)    18%
7-HB-1                (3-2)     5%
V-HHB-1               (3-5)     7%
V2-HHB-1              (3-5)     7%
3-HBB(F)B-3           (3-13)    8%
 NI=98.8℃;Tc<-30℃;Δn=0.111;Δε=-3.2;Vth=2.47V;η=23.9mPa・s.
[組成物M7]
3-H2B(2F,3F)-O2       (2-2)    18%
5-H2B(2F,3F)-O2       (2-2)    17%
3-HDhB(2F,3F)-O2      (2-16)    5%
3-HHB(2F,3CL)-O2      (2-12)    5%
3-HBB(2F,3CL)-O2      (2-13)    8%
5-HBB(2F,3CL)-O2      (2-13)    7%
3-HH-V                (3-1)    11%
3-HH-VFF              (3-1)     7%
F3-HH-V               (3-1)    10%
3-HHEH-3              (3-4)     4%
3-HB(F)HH-2           (3-10)    4%
3-HHEBH-3             (3-11)    4%
 NI=77.5℃;Tc<-30℃;Δn=0.084;Δε=-2.6;Vth=2.43V;η=22.8mPa・s.
[組成物M8]
3-HB(2F,3F)-O2        (2-1)     8%
3-H2B(2F,3F)-O2       (2-2)    10%
3-BB(2F,3F)-O2        (2-4)    10%
2O-BB(2F,3F)-O2       (2-4)     3%
2-HHB(2F,3F)-O2       (2-6)     4%
3-HHB(2F,3F)-O2       (2-6)     7%
2-HHB(2F,3F)-1        (2-6)     5%
2-BB(2F,3F)B-3        (2-9)     6%
2-BB(2F,3F)B-4        (2-9)     6%
2-HBB(2F,3F)-O2       (2-10)    4%
3-HBB(2F,3F)-O2       (2-10)    7%
3-HH1OCro(7F,8F)-5    (2-15)    4%
3-HDhB(2F,3F)-O2      (2-16)    6%
3-dhBB(2F,3F)-O2      (2-17)    4%
3-HH-V                (3-1)    11%
1-BB-5                (3-3)     5%
 NI=70.6℃;Tc<-20℃;Δn=0.129;Δε=-4.3;Vth=1.69V;η=27.0mPa・s.
[組成物M9]
3-HB(2F,3F)-O4        (2-1)    14%
3-H1OB(2F,3F)-O2      (2-3)     3%
3-BB(2F,3F)-O2        (2-4)    10%
2-HHB(2F,3F)-O2       (2-6)     7%
3-HHB(2F,3F)-O2       (2-6)     7%
3-HH1OB(2F,3F)-O2     (2-8)     6%
2-HBB(2F,3F)-O2       (2-10)    4%
3-HBB(2F,3F)-O2       (2-10)    6%
4-HBB(2F,3F)-O2       (2-10)    4%
3-HH-V                (3-1)    14%
1-BB-3                (3-3)     3%
3-HHB-1               (3-5)     4%
3-HHB-O1              (3-5)     4%
V-HBB-2               (3-6)     4%
1-BB(F)B-2V           (3-8)     6%
5-HBBH-1O1            (-)       4%
 NI=93.0℃;Tc<-30℃;Δn=0.123;Δε=-4.0;Vth=2.27V;η=29.6mPa・s.
[組成物M10]
3-HB(2F,3F)-O4        (2-1)     6%
3-H2B(2F,3F)-O2       (2-2)     8%
3-H1OB(2F,3F)-O2      (2-3)     5%
3-BB(2F,3F)-O2        (2-4)    10%
2-HHB(2F,3F)-O2       (2-6)     7%
3-HHB(2F,3F)-O2       (2-6)     7%
5-HHB(2F,3F)-O2       (2-6)     7%
2-HBB(2F,3F)-O2       (2-10)    4%
3-HBB(2F,3F)-O2       (2-10)    7%
5-HBB(2F,3F)-O2       (2-10)    6%
3-HH-V                (3-1)    11%
1-BB-3                (3-3)     6%
3-HHB-1               (3-5)     4%
3-HHB-O1              (3-5)     4%
3-HBB-2               (3-6)     4%
3-B(F)BB-2            (3-7)     4%
 NI=87.6℃;Tc<-30℃;Δn=0.126;Δε=-4.5;Vth=2.21V;η=25.3mPa・s.
[組成物M11]
3-HB(2F,3F)-O4        (2-1)     6%
3-H2B(2F,3F)-O2       (2-2)     8%
3-H1OB(2F,3F)-O2      (2-3)     4%
3-BB(2F,3F)-O2        (2-4)     7%
2-HHB(2F,3F)-O2       (2-6)     6%
3-HHB(2F,3F)-O2       (2-6)    10%
5-HHB(2F,3F)-O2       (2-6)     8%
2-HBB(2F,3F)-O2       (2-10)    5%
3-HBB(2F,3F)-O2       (2-10)    7%
5-HBB(2F,3F)-O2       (2-10)    5%
2-HH-3                (3-1)    12%
1-BB-3                (3-3)     6%
3-HHB-1               (3-5)     3%
3-HHB-O1              (3-5)     4%
3-HBB-2               (3-6)     6%
3-B(F)BB-2            (3-7)     3%
 NI=93.0℃;Tc<-20℃;Δn=0.124;Δε=-4.5;Vth=2.22V;η=25.0mPa・s.
[組成物M12]
3-HB(2F,3F)-O2        (2-1)     7%
5-HB(2F,3F)-O2        (2-1)     7%
3-BB(2F,3F)-O2        (2-4)     8%
3-HHB(2F,3F)-O2       (2-6)     4%
5-HHB(2F,3F)-O2       (2-6)     5%
3-HH1OB(2F,3F)-O2     (2-8)     5%
2-BB(2F,3F)B-3        (2-9)     4%
2-HBB(2F,3F)-O2       (2-10)    3%
3-HBB(2F,3F)-O2       (2-10)    8%
4-HBB(2F,3F)-O2       (2-10)    5%
5-HBB(2F,3F)-O2       (2-10)    8%
3-HH-V                (3-1)    33%
V-HHB-1               (3-5)     3%
 NI=76.4℃;Tc<-30℃;Δn=0.104;Δε=-3.2;Vth=2.06V;η=15.6mPa・s.
[組成物M13]
2-H1OB(2F,3F)-O2      (2-3)     6%
3-H1OB(2F,3F)-O2      (2-3)     4%
3-BB(2F,3F)-O2        (2-4)     3%
2-HH1OB(2F,3F)-O2     (2-8)    14%
2-HBB(2F,3F)-O2       (2-10)    7%
3-HBB(2F,3F)-O2       (2-10)   11%
5-HBB(2F,3F)-O2       (2-10)    9%
2-HH-3                (3-1)     5%
3-HH-VFF              (3-1)    30%
1-BB-3                (3-3)     5%
3-HHB-1               (3-5)     3%
3-HBB-2               (3-6)     3%
 NI=78.3℃;Tc<-20℃;Δn=0.103;Δε=-3.2;Vth=2.17V;η=17.7mPa・s.
[組成物M14]
3-HB(2F,3F)-O2        (2-1)     5%
5-HB(2F,3F)-O2        (2-1)     7%
3-BB(2F,3F)-O2        (2-4)     8%
3-HHB(2F,3F)-O2       (2-6)     5%
5-HHB(2F,3F)-O2       (2-6)     4%
3-HH1OB(2F,3F)-O2     (2-8)     5%
2-BB(2F,3F)B-3        (2-9)     4%
2-HBB(2F,3F)-O2       (2-10)    3%
3-HBB(2F,3F)-O2       (2-10)    9%
4-HBB(2F,3F)-O2       (2-10)    4%
5-HBB(2F,3F)-O2       (2-10)    8%
3-HH-V                (3-1)    27%
3-HH-V1               (3-1)     6%
V-HHB-1               (3-5)     5%
 NI=81.2℃;Tc<-20℃;Δn=0.107;Δε=-3.2;Vth=2.11V;η=15.5mPa・s.
[組成物M15]
3-H2B(2F,3F)-O2       (2-2)     7%
3-HHB(2F,3F)-O2       (2-6)     8%
2-HchB(2F,3F)-O2      (2-19)    8%
3-HH1OB(2F,3F)-O2     (2-8)     5%
2-BB(2F,3F)B-3        (2-9)     7%
2-BB(2F,3F)B-4        (2-9)     7%
3-HDhB(2F,3F)-O2      (2-16)    3%
5-HDhB(2F,3F)-O2      (2-16)    4%
4-HH-V                (3-1)    15%
3-HH-V1               (3-1)     6%
1-HH-2V1              (3-1)     6%
3-HH-2V1              (3-1)     4%
V2-BB-1               (3-3)     5%
1V2-BB-1              (3-3)     5%
3-HHB-1               (3-5)     6%
3-HB(F)BH-3           (3-12)    4%
 NI=88.7℃;Tc<-30℃;Δn=0.115;Δε=-1.9;Vth=2.82V;η=17.3mPa・s.
 第一添加物は、極性化合物(PC-1)から(PC-12)である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000053

Figure JPOXMLDOC01-appb-I000054

Figure JPOXMLDOC01-appb-I000055
 第二添加物は、重合性化合物(RM-1)から(RM-9)である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000056

Figure JPOXMLDOC01-appb-I000057
2.液晶分子の垂直配向
実施例1
 組成物(M1)に極性化合物(PC-1)を5重量%の割合で添加した。この混合物を100℃のホットステージ上で2枚のガラス基板の間隔(セルギャップ)が4.0μmである、配向膜を有しない素子に注入した。この素子に超高圧水銀ランプUSH-250-BY(ウシオ電機製)を用いて紫外線を照射(28J)することによって、極性化合物(PC-1)を重合させた。この素子を偏光子と検光子が直行して配置された偏光顕微鏡にセットし、下から素子に光を照射し、光漏れの有無を観察した。液晶分子が充分に配向し、光が素子を通過しない場合は、垂直配向が「良好」と判断した。素子を通過した光が観察された場合は、「不良」と表した。
実施例2から25および比較例1
 組成物および極性化合物を組み合わせた混合物を用いて配向膜を有しない素子を作製した。試験番号1と同様な方法で光漏れの有無を観察した。結果を表4にまとめた。実施例25では、0.5重量%の割合で重合性化合物(PM-1)も添加した。比較例1では、比較するために、下記の極性化合物(PC-13)を選んだ。この化合物は、重合性を有していないので、化合物(1)とは異なる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000058

Figure JPOXMLDOC01-appb-I000059
 表4から分かるように、実施例1から24では、組成物や極性化合物の種類を変えたが、光漏れは観察されなかった。この結果は、素子では配向膜がなくても垂直配向は良好であり、液晶分子が安定に配向していることを示している。実施例25では、重合性化合物(RM-1)をさらに添加したが、同様な結果が得られた。一方、比較例1では、光漏れが観察された。この結果は、垂直配向が良好ではなかったことを示している。
 本発明の液晶組成物は、液晶プロジェクター、液晶テレビなどに用いることができる。

Claims (22)

  1.  第一添加物として式(1)で表される極性化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物を含有し、そして負の誘電率異方性を有する液晶組成物。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-I000001

    式(1)において、Rは、水素、フッ素、塩素、または炭素数1から25のアルキルであり、このアルキルにおいて、少なくとも1つの-CH-は、-NR-、-O-、-S-、-CO-、-CO-O-、-O-CO-、-O-CO-O-、または炭素数3から8のシクロアルキレンで置き換えられてもよく、そして少なくとも1つの第三級炭素(>CH-)は、窒素(>N-)で置き換えられてもよく、これらの基において、少なくとも1つの水素は、フッ素または塩素で置き換えられてもよく、ここでRは、水素または炭素数1から12のアルキルであり;Rは、OH構造の酸素原子、SH構造の硫黄原子、および第一級、第二級、または第三級のアミン構造の窒素原子の少なくとも1つを有する極性基であり;環A、環B、および環Cは独立して、1,4-シクロへキシレン、1,4-シクロヘキセニレン、1,4-フェニレン、ナフタレン-1,2-ジイル、ナフタレン-1,3-ジイル、ナフタレン-1,4-ジイル、ナフタレン-1,5-ジイル、ナフタレン-1,6-ジイル、ナフタレン-1,7-ジイル、ナフタレン-1,8-ジイル、ナフタレン-2,3-ジイル、ナフタレン-2,6-ジイル、ナフタレン-2,7-ジイル、テトラヒドロピラン-2,5-ジイル、1,3-ジオキサン-2,5-ジイル、ピリミジン-2,5-ジイル、またはピリジン-2,5-ジイルであり、これらの環において、少なくとも1つの水素は、フッ素、塩素、炭素数1から12のアルキル、炭素数1から12のアルコキシ、または少なくとも1つの水素がフッ素または塩素で置き換えられた炭素数1から12のアルキルで置き換えられてもよく;ZおよびZは独立して、単結合または炭素数1から10のアルキレンであり、このアルキレンにおいて、少なくとも1つの-CH-は、-O-、-CO-、-COO-、または-OCO-で置き換えられてもよく、そして少なくとも1つの-CH-CH-は、-CH=CH-、-C(CH)=CH-、-CH=C(CH)-、または-C(CH)=C(CH)-で置き換えられてもよく、これらの基において、少なくとも1つの水素は、フッ素または塩素で置き換えられてもよく;P、P、およびPは、重合性基であり;Sp、Sp、およびSpは独立して、単結合または炭素数1から10のアルキレンであり、このアルキレンにおいて、少なくとも1つの-CH-は、-O-、-COO-、-OCO-、または-OCOO-で置き換えられてもよく、そして少なくとも1つの-CH-CH-は、-CH=CH-または-C≡C-で置き換えられてもよく、これらの基において、少なくとも1つの水素は、フッ素または塩素で置き換えられてもよく;aおよびbは独立して、0、1、2、3、または4であり、そしてaおよびbの和は、0、1、2、3、または4であり;cおよびeは独立して、0、1、2、3、または4であり、dは、1、2、3、または4である。
  2.  式(1)において、Rが式(A1)から式(A4)のいずれか1つで表される基である、請求項1に記載の液晶組成物。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-I000002

    式(A1)から式(A4)において、Sp、Sp、およびSpは独立して、単結合または基(-Sp’’-X’’-)であり、ここで、Sp’’は、炭素数1から20のアルキレンであり、このアルキレンにおいて少なくとも1つの-CH-は、-O-、-S-、-NH-、-N(R)-、-CO-、-CO-O-、-O-CO、-O-CO-O-、-S-CO-、-CO-S-、-N(R)-CO-O-、-O-CO-N(R)-、-N(R)-CO-N(R)-、-CH=CH-、または-C≡C-で置き換えられてもよく、これらの基において、少なくとも1つの水素は、フッ素、塩素、または-CNで置き換えられてもよく、そしてX’’は、-O-、-S-、-CO-、-CO-O-、-O-CO-、-O-CO-O-、-CO-N(R)-、-N(R)-CO-、-N(R)-CO-N(R)-、-OCH-、-CHO-、-SCH-、-CHS-、-CFO-、-OCF-、-CFS-、-SCF-、-CFCH-、-CHCF-、-CFCF-、-CH=N-、-N=CH-、-N=N-、-CH=CR-、-CY=CY-、-C≡C-、-CH=CH-CO-O-、-O-CO-CH=CH-、または単結合であり、ここでRは、水素または炭素数1から12のアルキルであり、YおよびYは独立して、水素、フッ素、塩素、または-CNであり;Spは、>CH-、>CR11-、>N-、または>C<であり;Xは、-OH、-OR11、-COOH、-NH、-NHR11、-N(R11、-SH、-SR11
    Figure JPOXMLDOC01-appb-I000003

    であり、ここでRは、水素または炭素数1から12のアルキルであり;Xは、-O-、-CO-、-NH-、-NR11-、-S-、または単結合であり;Zは、炭素数1から15のアルキレン、炭素数5または6の脂環式基、またはこれらの組み合わせであり、これらの基において、少なくとも1つの水素は、-OH、-OR11、-COOH、-NH、-NHR11、-N(R11、フッ素、または塩素で置き換えられてもよく;R11は、炭素数1から15のアルキルであり、このアルキルにおいて、少なくとも1つの-CH-は、-C≡C-、-CH=CH-、-COO-、-OCO-、-CO-、または-O-で置き換えられてもよく、これらの基において、少なくとも1つの水素は、フッ素または塩素で置き換えられてもよく;環Lは、炭素数6から25の芳香族基または炭素数3から25の脂環式基であり、これらの基は縮合環であってもよく、これらの基において、1つから3つの水素はRで置き換えられてもよく;Rは、-OH、-(CH-OH、フッ素、塩素、-CN、-NO、-NCO、-NCS、-OCN、-SCN、-C(=O)N(R、-C(=O)R、-N(R、-(CH-N(R、-SH、-SR、炭素数6から20のアリール、炭素数6から20のへテロアリール、炭素数1から25のアルキル、炭素数1から25のアルコキシ、炭素数2から25のアルキルカルボニル、炭素数2から25のアルコキシカルボニル、炭素数2から25のアルキルカルボニルオキシ、または炭素数2から25のアルコキシカルボニルオキシであり、これらの基において、少なくとも1つの水素は、フッ素または塩素で置き換えられてもよく、ここでRは、水素または炭素数1から12のアルキルであり、jは、1、2、3、または4であり;kは、0、1、2、または3であり;mは、2、3、4、または5である。
  3.  式(1)において、P、P、およびPが独立して式(P-1)から式(P-5)で表される重合性基の群から選択された基である、請求項1または2に記載の液晶組成物。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-I000004

    式(P-1)から式(P-5)において、M、M、およびMは独立して、水素、フッ素、炭素数1から5のアルキル、または少なくとも1つの水素がフッ素または塩素で置き換えられた炭素数1から5のアルキルである。
  4.  第一添加物が式(1-1)から式(1-15)で表される極性化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物である、請求項1から3のいずれか1項に記載の液晶組成物。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-I000005

    Figure JPOXMLDOC01-appb-I000006

    Figure JPOXMLDOC01-appb-I000007

    式(1-1)から式(1-15)において、Rは、水素、フッ素、塩素、炭素数1から25のアルキルであり、このアルキルにおいて、少なくとも1つの-CH-は、-NR-、-O-、-S-、-CO-、-CO-O-、-O-CO-、-O-CO-O-、または炭素数3から8のシクロアルキレンで置き換えられてもよく、そして少なくとも1つの第三級炭素(>CH-)は、窒素(>N-)で置き換えられてもよく、これらの基において、少なくとも1つの水素は、フッ素または塩素で置き換えられてもよく、ここでRは、水素または炭素数1から12のアルキルであり;Spは、単結合または炭素数1から10のアルキレンであり、このアルキレンにおいて、少なくとも1つの-CH-は、-O-、-COO-、-OCO-、または-OCOO-で置き換えられてもよく、そして少なくとも1つの-CH-CH-は、-CH=CH-または-C≡C-で置き換えられてもよく、これらの基において、少なくとも1つの水素は、フッ素または塩素で置き換えられてもよく;Spは、単結合、炭素数1から5のアルキレン、または1つの-CH-が-O-で置き換えられた炭素数1から5のアルキレンであり;L、L、L、およびLは独立して、水素、フッ素、メチル、またはエチルであり;RおよびRは独立して、水素またはメチルである。
  5.  液晶組成物の重量に基づいて、第一添加物の割合が10重量%以下である、請求項1から4のいずれか1項に記載の液晶組成物。
  6.  第一成分として式(2)で表される化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物を含有する、請求項1から5のいずれか1項に記載の液晶組成物。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-I000008

    式(2)において、RおよびRは独立して、炭素数1から12のアルキル、炭素数1から12のアルコキシ、炭素数2から12のアルケニル、または炭素数2から12のアルケニルオキシであり;環Dおよび環Fは独立して、1,4-シクロへキシレン、1,4-シクロへキセニレン、1,4-フェニレン、少なくとも1つの水素がフッ素または塩素で置き換えられた1,4-フェニレン、またはテトラヒドロピラン-2,5-ジイルであり;環Eは、2,3-ジフルオロ-1,4-フェニレン、2-クロロ-3-フルオロ-1,4-フェニレン、2,3-ジフルオロ-5-メチル-1,4-フェニレン、3,4,5-トリフルオロナフタレン-2,6-ジイル、または7,8-ジフルオロクロマン-2,6-ジイルであり;ZおよびZは独立して、単結合、-CHCH-、-CHO-、-OCH-、-COO-、または-OCO-であり;fは、1、2、または3であり、gは0または1であり、そしてfとgとの和は3以下である。
  7.  第一成分として式(2-1)から式(2-21)で表される化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物を含有する、請求項1から6のいずれか1項に記載の液晶組成物。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-I000009


    式(2-1)から式(2-21)において、RおよびRは独立して、炭素数1から12のアルキル、炭素数1から12のアルコキシ、炭素数2から12のアルケニル、または炭素数2から12のアルケニルオキシである。
  8.  液晶組成物の重量に基づいて、第一成分の割合が10重量%から90重量%の範囲である、請求項6または7に記載の液晶組成物。
  9.  第二成分として式(3)で表される化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物を含有する、請求項1から8のいずれか1項に記載の液晶組成物。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-I000011

    式(3)において、RおよびRは独立して、炭素数1から12のアルキル、炭素数1から12のアルコキシ、炭素数2から12のアルケニル、少なくとも1つの水素がフッ素または塩素で置き換えられた炭素数1から12のアルキル、または少なくとも1つの水素がフッ素または塩素で置き換えられた炭素数2から12のアルケニルであり;環Gおよび環Iは独立して、1,4-シクロへキシレン、1,4-フェニレン、2-フルオロ-1,4-フェニレン、または2,5-ジフルオロ-1,4-フェニレンであり;Zは、単結合、-CHCH-、-CHO-、-OCH-、-COO-、または-OCO-であり;hは、1、2、または3である。
  10.  第二成分として式(3-1)から式(3-13)で表される化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物を含有する、請求項1から9のいずれか1項に記載の液晶組成物。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-I000012

    式(3-1)から式(3-13)において、RおよびRは独立して、炭素数1から12のアルキル、炭素数1から12のアルコキシ、炭素数2から12のアルケニル、少なくとも1つの水素がフッ素または塩素で置き換えられた炭素数1から12のアルキル、または少なくとも1つの水素がフッ素または塩素で置き換えられた炭素数2から12のアルケニルである。
  11.  液晶組成物の重量に基づいて、第二成分の割合が10重量%から70重量%の範囲である、請求項9または10に記載の液晶組成物。
  12.  第二添加物として式(4)で表される重合性化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物を含有する、請求項1から11のいずれか1項に記載の液晶組成物。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-I000013

    式(4)において、環Jおよび環Pは独立して、シクロヘキシル、シクロヘキセニル、フェニル、1-ナフチル、2-ナフチル、テトラヒドロピラン-2-イル、1,3-ジオキサン-2-イル、ピリミジン-2-イル、またはピリジン-2-イルであり、これらの環において、少なくとも1つの水素は、フッ素、塩素、炭素数1から12のアルキル、炭素数1から12のアルコキシ、または少なくとも1つの水素がフッ素または塩素で置き換えられた炭素数1から12のアルキルで置き換えられてもよく;環Kは、1,4-シクロヘキシレン、1,4-シクロヘキセニレン、1,4-フェニレン、ナフタレン-1,2-ジイル、ナフタレン-1,3-ジイル、ナフタレン-1,4-ジイル、ナフタレン-1,5-ジイル、ナフタレン-1,6-ジイル、ナフタレン-1,7-ジイル、ナフタレン-1,8-ジイル、ナフタレン-2,3-ジイル、ナフタレン-2,6-ジイル、ナフタレン-2,7-ジイル、テトラヒドロピラン-2,5-ジイル、1,3-ジオキサン-2,5-ジイル、ピリミジン-2,5-ジイル、またはピリジン-2,5-ジイルであり、これらの環において、少なくとも1つの水素は、フッ素、塩素、炭素数1から12のアルキル、炭素数1から12のアルコキシ、または少なくとも1つの水素がフッ素または塩素で置き換えられた炭素数1から12のアルキルで置き換えられてもよく;ZおよびZは独立して、単結合または炭素数1から10のアルキレンであり、このアルキレンにおいて、少なくとも1つの-CH-は、-O-、-CO-、-COO-、または-OCO-で置き換えられてもよく、そして少なくとも1つの-CHCH-は、-CH=CH-、-C(CH)=CH-、-CH=C(CH)-、または-C(CH)=C(CH)-で置き換えられてもよく、これらの基において、少なくとも1つの水素は、フッ素または塩素で置き換えられてもよく;P、P、およびPは、重合性基であり;Sp、Sp10、およびSp11は独立して、単結合または炭素数1から10のアルキレンであり、このアルキレンにおいて、少なくとも1つの-CH-は、-O-、-COO-、-OCO-、または-OCOO-で置き換えられてもよく、そして少なくとも1つの-CHCH-は、-CH=CH-または-C≡C-で置き換えられてもよく、これらの基において、少なくとも1つの水素は、フッ素または塩素で置き換えられてもよく;qは0、1、または2であり;j、k、およびpは独立して、0、1、2、3、または4であり、そしてj、k、およびpの和は、1以上である。
  13.  式(4)において、P、P、およびPが独立して式(P-1)から式(P-5)で表される重合性基の群から選択された基である、請求項12に記載の液晶組成物。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-I000014

    式(P-1)から式(P-5)において、M、M、およびMは独立して、水素、フッ素、炭素数1から5のアルキル、または少なくとも1つの水素がフッ素または塩素で置き換えられた炭素数1から5のアルキルである。
  14.  第二添加物として式(4-1)から式(4-28)で表される重合性化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物を含有する、請求項1から13のいずれか1項に記載の液晶組成物。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-I000015

    Figure JPOXMLDOC01-appb-I000016

    Figure JPOXMLDOC01-appb-I000017

    式(4-1)から式(4-28)において、P、P、およびPは独立して、式(P-1)から式(P-3)で表される重合性基の群から選択された基であり、ここでM、M、およびMは独立して、水素、フッ素、炭素数1から5のアルキル、または少なくとも1つの水素がフッ素または塩素で置き換えられた炭素数1から5のアルキルであり;
    Figure JPOXMLDOC01-appb-I000018

    Sp、Sp10、およびSp11は独立して、単結合または炭素数1から10のアルキレンであり、このアルキレンにおいて、少なくとも1つの-CH-は、-O-、-COO-、-OCO-、または-OCOO-で置き換えられてもよく、そして少なくとも1つの-CHCH-は、-CH=CH-または-C≡C-で置き換えられてもよく、これらの基において、少なくとも1つの水素は、フッ素または塩素で置き換えられてもよい。
  15.  液晶組成物の重量に基づいて、第二添加物の割合が0.03重量%から10重量%の範囲である、請求項12から14のいずれか1項に記載の液晶組成物。
  16.  請求項1から15のいずれか1項に記載の液晶組成物を含有する液晶表示素子。
  17.  液晶表示素子の動作モードが、IPSモード、VAモード、FFSモード、またはFPAモードであり、液晶表示素子の駆動方式がアクティブマトリックス方式である、請求項16に記載の液晶表示素子。
  18.  請求項1から15のいずれか1項に記載の液晶組成物を含有し、この液晶組成物中の重合性化合物が重合された、高分子支持配向型の液晶表示素子。
  19.  請求項1から15のいずれか1項に記載の液晶組成物を含有し、この液晶組成物中の重合性化合物が重合された、配向膜を有しない液晶表示素子。
  20.  請求項1から15のいずれか1項に記載の液晶組成物の、液晶表示素子における使用。
  21.  請求項1から15のいずれか1項に記載の液晶組成物の、高分子支持配向型の液晶表示素子における使用。
  22.  請求項1から15のいずれか1項に記載の液晶組成物の、配向膜を有しない液晶表示素子における使用。
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