WO2018235662A1 - 液晶表示素子および液晶組成物 - Google Patents

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WO2018235662A1
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diyl
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hydrogen
formula
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平井 吉治
和寛 荻田
史尚 近藤
浩史 遠藤
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Jnc株式会社
Jnc石油化学株式会社
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    • G02F1/1333Constructional arrangements; Manufacturing methods
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Definitions

  • the present invention relates to a liquid crystal display element and a liquid crystal composition containing a liquid crystal composition having positive dielectric anisotropy.
  • the present invention relates to a liquid crystal display device using a liquid crystal composition which contains an alignment monomer, and alignment of liquid crystal molecules can be achieved without using an alignment film such as polyimide by the action of this compound.
  • phase change PC
  • TN twisted nematic
  • STN super twisted nematic
  • EOB electrically controlled birefringence
  • OCB optically compensated bend
  • IPS modes are modes such as (in-plane switching), VA (vertical alignment), FFS (fringe field switching), and FPA (field-induced photo-reactive alignment).
  • PM passive matrix
  • AM active matrix
  • PM is classified into static, multiplex, etc.
  • AM is classified into thin film transistor (TFT), metal insulator metal (MIM), etc.
  • TFT thin film transistor
  • MIM metal insulator metal
  • the classification of TFT is amorphous silicon and polycrystal silicon. The latter are classified into high temperature type and low temperature type according to the manufacturing process.
  • Source based classifications are reflective based on natural light, transmissive based on back light, and semi-transmissive based on both natural light and back light.
  • the liquid crystal display element contains a liquid crystal composition having a nematic phase.
  • This composition has suitable properties. By improving the properties of this composition, an AM element having good properties can be obtained.
  • the association between the two properties is summarized in Table 1 below. The characteristics of the composition will be further described based on commercially available AM devices.
  • the temperature range of the nematic phase is related to the usable temperature range of the device.
  • the preferred upper temperature limit of the nematic phase is about 70 ° C. or higher, and the preferred lower temperature limit of the nematic phase is about -10 ° C. or lower.
  • the viscosity of the composition is related to the response time of the device. Short response times are preferred for displaying motion pictures on the device. Even shorter response times of 1 millisecond are desirable. Thus, low viscosity in the composition is preferred. Smaller viscosities at lower temperatures are more preferred.
  • the optical anisotropy of the composition is related to the contrast ratio of the device.
  • a large or small optical anisotropy ie a suitable optical anisotropy
  • 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 product value depends on the type of operating mode. This value is in the range of about 0.30 ⁇ m to about 0.40 ⁇ m in the VA mode device and in the range of about 0.20 ⁇ m to about 0.30 ⁇ m in the IPS mode or FFS mode device. In these cases, compositions with large optical anisotropy are preferred for small cell gap devices.
  • the large dielectric anisotropy in the composition contributes to low threshold voltage, low power consumption and high contrast ratio in the device. Therefore, large dielectric anisotropy is preferred.
  • the large resistivity 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 at the initial stage is preferred. After prolonged use, compositions having high specific resistance are preferred.
  • 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 element used for a liquid crystal monitor, a liquid crystal television, etc.
  • an AM device having a TN mode a composition having positive dielectric anisotropy is used.
  • a composition having negative dielectric anisotropy is used.
  • an AM device having an IPS mode or an FFS mode a composition having positive or negative dielectric anisotropy is used.
  • a composition having positive or negative dielectric anisotropy is used in an AM element of a polymer sustained alignment (PSA) type.
  • PSA polymer sustained alignment
  • a liquid crystal display device of the polymer supported alignment (PSA) type a liquid crystal composition containing a polymer is used. First, a composition to which a small amount of a polymerizable compound is added is injected into the device.
  • the composition is irradiated with ultraviolet light while applying a voltage between the substrates of the device.
  • the polymerizable compound polymerizes to form a polymer network in the composition.
  • the polymer can control the alignment of liquid crystal molecules, thereby reducing the response time of the device and improving the image sticking.
  • Such an effect of the polymer can be expected to devices having modes such as TN, ECB, OCB, IPS, VA, FFS, and FPA.
  • the substrate is irradiated with linearly polarized light at a temperature higher than the upper limit temperature of the liquid crystal composition.
  • the low molecular weight compound or polymer is dimerized or isomerized by this linear polarization, the molecules are aligned in a certain direction.
  • IPS and FFS a device of horizontal alignment mode
  • VA a device of vertical alignment mode
  • a dendrimer having azobenzene as a partial structure is dissolved in a liquid crystal composition as an additive.
  • a thin film of the compound is formed on the substrate by phase separation of the compound.
  • the liquid crystal composition is aligned vertically to the substrate.
  • linearly polarized light is irradiated without heating the substrate.
  • the dendrimer is dimerized or isomerized by this linear polarization, its molecules are aligned in the horizontal direction with respect to the substrate.
  • Horizontal alignment mode devices such as IPS and FFS can be manufactured.
  • the dendrimer and the liquid crystal composition have to be properly combined so that the dissolution and the phase separation of the dendrimer can easily proceed.
  • Patent Document 4 discloses a combination of a liquid crystal compound having positive dielectric anisotropy and a polymerizable compound.
  • the response time and the electro-optical characteristics of the liquid crystal cell are improved by applying a pretilt angle by polymerizing the polymerizable compound contained in the liquid crystal medium while applying a voltage.
  • Patent Documents 5 to 7 disclose combinations of a liquid crystal compound having positive dielectric anisotropy and a polymerizable compound having a polar group.
  • the polymerizable compound having a polar group contained in the liquid crystal medium controls the alignment of the liquid crystal vertically. Even with the method described here, it was difficult to control the alignment of the liquid crystal compound horizontally.
  • the polymerizable compound having a polar group can control the horizontal alignment of the liquid crystal compound by polarized light irradiation.
  • the problem to be solved by the present invention is to control the alignment of liquid crystal molecules of a liquid crystal display element having no alignment film using an alignment monomer without coloring, and the alignment monomer without coloring is good. It is an object of the present invention to provide a liquid crystal composition exhibiting a good compatibility.
  • a liquid crystal composition having a positive dielectric constant anisotropy containing an alignment monomer having a cinnamate group or chalcone group and a hydroxyl group as a first additive
  • the alignment of liquid crystal molecules can be controlled.
  • the step of forming an alignment film becomes unnecessary, so that a liquid crystal display element with a reduced manufacturing cost can be obtained.
  • a liquid crystal composition having positive dielectric anisotropy which is compatible with the alignment monomer can be obtained.
  • liquid crystal composition and “liquid crystal display element” may be abbreviated as “composition” and “element”, respectively.
  • “Liquid crystal display element” is a generic term for liquid crystal display panels and liquid crystal display modules.
  • the “liquid crystal compound” is a compound having a liquid crystal phase such as a nematic phase or a smectic phase and has no liquid crystal phase, but has a composition for the purpose of adjusting properties such as temperature range, viscosity and dielectric anisotropy of the nematic phase. It is a generic term for compounds mixed in a substance.
  • This compound has, for example, a six-membered ring such as 1,4-cyclohexylene or 1,4-phenylene, and its molecular structure is rod like.
  • the "polymerizable compound” is a compound to be added for the purpose of forming a polymer in the composition. Liquid crystalline compounds having an alkenyl are 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, UV absorbers, dyes, antifoaming agents, polymerizable compounds, polymerization initiators, polymerization inhibitors, polar compounds and the like are added to this composition as necessary. .
  • the proportion of the liquid crystal compound is represented by a weight percentage (% by weight) based on the weight of the liquid crystal composition without the additive even when the additive is added.
  • the proportion of the additive is expressed as a weight percentage (% by weight) based on the weight of the liquid crystal composition without the additive. That is, the proportions of the liquid crystal compound and the additive are calculated based on the total weight of the liquid crystal compound. Parts per million by weight (ppm) may be used.
  • the proportions of the polymerization initiator and the polymerization inhibitor are 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”.
  • the “lower limit temperature of the nematic phase” may be abbreviated as the “lower limit temperature”.
  • “High resistivity” means that the composition has high resistivity in the initial stage and has high resistivity after prolonged use.
  • the "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 at the initial stage, and after a long period of use, it has a large voltage not only at room temperature but near the upper temperature. It means having a retention rate. Aging test may be used to study the characteristics of the composition or device.
  • the expression "increase the dielectric anisotropy” means that in the case of a composition having a positive dielectric anisotropy, the value increases positively, and a composition having a negative dielectric anisotropy. In the case of goods, it means that the value increases negatively.
  • the compound represented by 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. In the expression “at least one 'A' may be replaced by 'B'”, when the number of 'A' is one, the position of 'A' is arbitrary and the number of 'A' is two Even in the case of three or more, their positions can be selected without limitation. This rule also applies to the expression "at least one 'A' replaced by 'B'".
  • 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-.
  • the symbol of terminal group R 1 was used for a plurality of compounds.
  • two groups represented by any two R 1 may be identical or different.
  • R 1 of compound (1-1) is ethyl and R 1 of compound (1-2) is ethyl.
  • R 1 of the compound (1-1) is ethyl and R 1 of the compound (1-2) is propyl.
  • This rule also applies to symbols such as other end groups.
  • the index 'a' is 2
  • two rings A are present.
  • two rings represented by two rings A may be identical or different.
  • This rule also applies to any two rings A when the index 'a' is greater than two.
  • This rule also applies to symbols such as Z 1 and ring D.
  • 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 6-membered ring and fused ring.
  • diagonal lines crossing one side of the hexagon indicate that any hydrogen on the ring may be replaced by a group such as -Sp 1 -P 1 .
  • a subscript such as 'e' indicates the number of groups replaced. There is no such substitution when the subscript 'e' is 0 (zero). When the subscript 'e' is 2 or more, a plurality of -Sp 1 -P 1 exists on ring F. Plural groups represented by -Sp 1 -P 1 may be identical or different.
  • 2-fluoro-1,4-phenylene means the following two divalent groups.
  • fluorine may be leftward (L) or rightward (R).
  • L leftward
  • R rightward
  • This rule also applies to asymmetric bivalent groups generated by removing two hydrogens from the ring, such as tetrahydropyran-2,5-diyl.
  • divalent linking groups such as carbonyloxy (-COO- or -OCO-).
  • the alkyl of the liquid crystal compound is linear or branched and does not contain cyclic alkyl. Linear alkyls are preferred over branched alkyls. The same is true for end groups such as alkoxy and alkenyl.
  • the configuration of 1,4-cyclohexylene is preferably trans rather than cis in order to increase the maximum temperature.
  • the present invention includes the following items.
  • a liquid crystal layer is sandwiched between a pair of substrates which are disposed opposite to each other and pasted through a sealing agent, An alignment control layer for controlling the alignment of liquid crystal molecules is provided between the pair of substrates and the liquid crystal layer,
  • the liquid crystal layer comprises a liquid crystal composition having positive dielectric anisotropy,
  • the liquid crystal composition is a group of compounds represented by Formula (A-1), Formula (A-2), Formula (B-1), and Formula (B-2) as an orientation monomer which is a first additive.
  • the orientation control layer comprises a polymer produced by polymerizing the first additive.
  • P 10 is independently a group selected from the groups represented by formulas (Q-1) to (Q-5);
  • M 10 , M 20 and M 30 independently represent hydrogen, fluorine, alkyl having 1 to 5 carbon atoms, or at least one hydrogen is fluorine or chlorine And C 1 -C 5 alkyl substituted with
  • M 11 , M 21 and M 31 independently represent hydrogen, fluor
  • P 10 is independently formula (Q-1);
  • M 10 is independently hydrogen, fluorine, methyl or trifluoromethyl;
  • M 20 and M 30 are hydrogen;
  • M 11 is independently hydrogen, fluorine, methyl or trifluoromethyl;
  • M 21 and M 31 are hydrogen;
  • Sp 41 is independently a single bond or alkylene having 1 to 12 carbon atoms, and at least one hydrogen of this alkylene may be replaced by fluorine, and at
  • P 10 is independently formula (Q-1);
  • M 10 is independently hydrogen or methyl;
  • M 20 and M 30 are hydrogen;
  • Item 4. The composition according to any one of Items 1 to 3, wherein the proportion of the orientation monomer as the first additive is in the range of 0.1 parts by weight to 10 parts by weight when the total amount of the liquid crystal compounds is 100 parts by weight.
  • Item 5 The liquid crystal display element according to any one of items 1 to 4, containing at least one compound selected from the group of compounds represented by formula (1) as a first component.
  • R 1 is alkyl having 1 to 12 carbons, alkoxy having 1 to 12 carbons, or alkenyl having 2 to 12 carbons;
  • ring A is 1,4-cyclohexylene, 1,4 -Phenylene, 2-fluoro-1,4-phenylene, 2,3-difluoro-1,4-phenylene, 2,6-difluoro-1,4-phenylene, pyrimidine-2,5-diyl, 1,3-dioxane
  • X 1 and X 2 are each independently hydrogen or fluorine;
  • Item 6 The liquid crystal display according to any one of items 1 to 5, containing at least one compound selected from the group of compounds represented by formulas (1-1) to (1-39) as a first component element.
  • R 1 is alkyl having 1 to 12 carbons, alkoxy having 1 to 12 carbons, or alkenyl having 2 to 12 carbons.
  • Item 7. The liquid crystal display element according to item 5 or 6, wherein the proportion of the first component is in the range of 10% by weight to 85% by weight based on the total amount of the liquid crystal compounds.
  • Item 8. The liquid crystal display element according to any one of items 1 to 7, containing at least one compound selected from the group of compounds represented by formula (2) as a second component.
  • R 2 and R 3 independently represent alkyl having 1 to 12 carbons, alkoxy having 1 to 12 carbons, alkenyl having 2 to 12 carbons, or at least one hydrogen is fluorine or chlorine
  • Ring B and Ring C are independently 1,4-cyclohexylene, 1,4-phenylene, 2-fluoro-1,4-phenylene, or 2,5 substituted alkenyl having 2 to 12 carbon atoms; - be-difluoro-1,4-phenylene;
  • Z 2 is a single bond, ethylene or carbonyloxy,;
  • b is 1, 2 or 3.
  • Item 9. Liquid crystal display according to any one of items 1 to 8, comprising at least one compound selected from the group of compounds represented by formula (2-1) to formula (2-13) as a second component: element.
  • R 2 and R 3 independently represent alkyl having 1 to 12 carbons, alkoxy having 1 to 12 carbons, alkenyl having 2 to 12 carbons, or It is alkenyl having 2 to 12 carbons in which at least one hydrogen is replaced by fluorine or chlorine.
  • Item 10. The liquid crystal display element according to item 8 or 9, wherein the proportion of the second component is in the range of 10% by weight to 85% by weight based on the total amount of the liquid crystal compounds.
  • Item 11. The liquid crystal display element according to any one of items 1 to 10, containing at least one compound selected from the group of compounds represented by formula (3) as a third component.
  • R 4 and R 5 independently represent 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, tetrahydropyran-2,5-diyl, 1,4-phenylene, at least one hydrogen is fluorine or chlorine 1,4-phenylene, naphthalene-2,6-diyl, naphthalene-2,6-diyl in which at least one hydrogen is replaced by fluorine or chlorine, chroman-2,6-diyl, or at least one Chroman-2,6-diyl in which hydrogen is replaced by fluorine or chlorine;
  • 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 - be difluorochroman-2,6-diyl;
  • Item 12. The liquid crystal display according to any one of items 1 to 11, containing at least one compound selected from the group of compounds represented by formula (3-1) to formula (3-22) as a third component: element.
  • R 4 and R 5 independently represent 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 carbons.
  • Item 13 The liquid crystal display element according to item 11 or 12, wherein the proportion of the third component is in the range of 3% by weight to 25% by weight based on the total amount of the liquid crystal compounds.
  • Item 14 The liquid crystal display element according to any one of items 1 to 13, further containing at least one compound selected from the group of polymerizable compounds represented by Formula (4) as a second additive.
  • ring F 3 and ring I are independently cyclohexyl, cyclohexenyl, phenyl, 1-naphthyl, 2-naphthyl, tetrahydropyran-2-yl, 1,3-dioxane-2-yl, pyrimidine -2-yl or pyridin-2-yl in which at least one hydrogen is fluorine, chlorine, alkyl having 1 to 12 carbons, alkoxy having 1 to 12 carbons, or at least one hydrogen May be replaced by C 1-12 alkyl substituted with fluorine or chlorine;
  • ring G is 1,4-cyclohexylene, 1,4-cyclohexenylene, 1,4-phenylene, naphthalene-1 , 2-Diyl, na
  • P 1 , P 2 and P 3 are groups independently selected from the group of polymerizable groups represented by formulas (P-1) to (P-5)
  • M 1 , M 2 and M 3 independently represent hydrogen, fluorine, alkyl having 1 to 5 carbon atoms, or at least one hydrogen is fluorine or chlorine And C 1 -C 5 alkyl substituted by
  • Item 16. The method according to any one of items 1 to 15, comprising at least one compound selected from the group of polymerizable compounds represented by formula (4-1) to formula (4-27) as a second additive: Liquid crystal display device.
  • P 4 , P 5 and P 6 independently represent each of the polymerizable groups represented by formulas (P-1) to (P-3)
  • M 1 , M 2 and M 3 are independently hydrogen, fluorine, alkyl having 1 to 5 carbons, or alkyl having 1 to 5 carbons in which at least one hydrogen is replaced by fluorine or chlorine.
  • Item 17 The liquid crystal according to any one of items 14 to 16, wherein the ratio of the second additive is in the range of 0.03 parts by weight to 10 parts by weight based on 100 parts by weight of the total amount of liquid crystal compounds. Display element.
  • the upper limit temperature of the nematic phase is 70 ° C. or higher, the optical anisotropy (measured at 25 ° C.) at a wavelength of 589 nm is 0.07 or more, and the dielectric anisotropy (measured at 25 ° C.) at a frequency of 1 kHz is 2 Item 18.
  • the liquid crystal display element according to any one of items 1 to 17, which is the above.
  • Item 19 The liquid crystal composition according to any one of items 1 to 18 and an electrode between a pair of substrates, and irradiating the linearly polarized light to form the liquid crystal composition according to any one of items 1 to 18 The liquid crystal display element to which one additive reacted.
  • Item 22 A polymer supported alignment type liquid crystal display device comprising the liquid crystal composition in the liquid crystal display device according to any one of items 14 to 17 and in which a polymerizable compound in the liquid crystal composition is polymerized.
  • Item 23 Item 18. Use of the liquid crystal composition in the liquid crystal display element according to any one of items 1 to 17 in a liquid crystal display element.
  • Item 24 Use of the liquid crystal composition in the liquid crystal display device according to any one of items 1 to 17 in a polymer supported alignment type liquid crystal display device.
  • Item 25 Control of alignment of the compounds represented by Formula (A-1), Formula (A-2), Formula (B-1) and Formula (B-2) in the liquid crystal display device according to any one of Items 1 to 3. Use as a layer forming monomer.
  • Item 26 Item 18. A liquid crystal composition in a liquid crystal display element according to any one of items 1 to 17.
  • the present invention also includes the following items.
  • the above composition further containing at least one of additives such as an optically active compound, an antioxidant, an ultraviolet light absorber, a dye, an antifoaming agent, a polymerizable compound, a polymerization initiator, a polymerization inhibitor, and a polar compound object.
  • additives such as an optically active compound, an antioxidant, an ultraviolet light absorber, a dye, an antifoaming agent, a polymerizable compound, a polymerization initiator, a polymerization inhibitor, and a polar compound object.
  • AM element containing the above composition containing the above composition.
  • a polymer supported orientation (PSA) type AM element containing the above composition further containing a polymerizable compound.
  • (E) A device containing the composition described above and having a mode of PC, TN, STN, ECB, OCB, IPS, VA, FFS, or FPA.
  • (F) A transmission type device containing the above composition.
  • (G) Use of the above composition as a composition having a nematic phase.
  • (H) Use as an optically active composition by adding an optically active compound to the above composition.
  • This compound is the first additive. This compound absorbs ultraviolet rays and causes reactions such as dimerization and isomerization and polymerization reactions, and in the present invention, the compounds of formulas (A-1), (A-2), (B-1) and It is represented by (B-2).
  • P 10 is independently a group selected from the groups represented by formulas (Q-1) to (Q-5);
  • M 10 , M 20 and M 30 independently represent hydrogen, fluorine, alkyl having 1 to 5 carbon atoms, or at least one hydrogen is fluorine or chlorine And C 1 -C 5 alkyl substituted with
  • M 11 , M 21 and M 31 independently represent hydrogen, fluorine, alkyl having 1 to 5 carbon atoms, or 1 carbon having at least one hydrogen replaced with fluorine or chlorine From 5 to 5 alkyl;
  • Sp 41 is independently a single bond or alkylene having 1 to 12 carbon atoms, and at least one hydrogen of this alkylene may be replaced by fluorine or chlorine, and at least one —CH 2 — is —O -, -CO-, -COO-, or -OCO- may be substituted;
  • Ring A 10 , ring A 20 , ring A 30 , ring A 40 and ring A 50 are independently 1,4-cyclohexylene, 1,4-cyclohexenylene, 1,4-phenylene, 4,4 ′ -Biphenylene, naphthalene-2,6-diyl, decahydronaphthalene-2,6-di
  • the alignment monomer having the first additive cinnamate group or chalcone group and hydroxyl group is irradiated with ultraviolet light, photoisomerization from a trans form to a cis form and formation of a cyclobutane ring by dimerization occur. Further, it is considered that the first additive is easily adsorbed to the substrate interface side due to the interaction between the hydroxyl group and the substrate interface. Moreover, since it has a polymerizable group, it is immobilized by polymerization. This property can be used to prepare a thin film capable of aligning liquid crystal molecules. In order to prepare this thin film, the ultraviolet light to be irradiated is suitably linear polarized light.
  • the orientation monomer as the first additive is added to the liquid crystal composition in the range of 0.1 parts by weight to 10 parts by weight, and the first additive Warm the composition to dissolve the This composition is injected into an element not having an alignment film.
  • the thin film made of the first additive adsorbed on the substrate interface side is irradiated with linearly polarized light to promote photoisomerization and dimerization.
  • the photoisomerized compounds and the dimerized compounds are arranged in a certain direction.
  • photopolymerization also occurs to immobilize the thin film on the substrate.
  • the formed thin film has a function as a liquid crystal alignment film.
  • compositions used in the present invention will be described in the following order. First, the composition of the composition will be described. Second, the main properties of the component compounds and the main effects of the compounds on the composition and the device are explained. Third, the combination of components in the composition, the preferred ratio of the components and the basis thereof will be described. Fourth, the preferred embodiments of the component compounds are described. Fifth, preferred component compounds are shown. Sixth, additives that may be added to the composition will be described. Seventh, the synthesis methods of the component compounds will be described. Eighth, the application of the composition will be described. Ninth, a method of manufacturing a device will be described.
  • composition of the composition contains a plurality of liquid crystal compounds.
  • the composition may contain an additive.
  • the additive is an optically active compound, an antioxidant, an ultraviolet light absorber, a dye, an antifoaming agent, a polymerizable compound, a polymerization initiator, a polymerization inhibitor, a polar compound and the like.
  • This composition is classified into the composition A and the composition B from the viewpoint of the liquid crystal compound.
  • Composition A may further contain other liquid crystal compounds in addition to the liquid crystal compound selected from compound (1) and compound (2).
  • the “other liquid crystal compound” is a liquid crystal compound different from the compound (1) and the compound (2). Such compounds are mixed into the composition for the purpose of further adjusting the properties.
  • composition B substantially consists only of the liquid crystal compound selected from the compound (1) and the compound (2).
  • the term "substantially” means that the composition may contain additives but does not contain other liquid crystal compounds.
  • Composition B has a smaller number of components than composition A.
  • Composition B is preferable to composition A in terms of cost reduction.
  • Composition A is preferable to composition B from the viewpoint that the characteristics can be further adjusted by mixing other liquid crystal compounds.
  • the main properties of the component compounds and the main effects of the compounds on the composition and the device are explained.
  • the main properties of the component compounds are summarized in Table 2 based on the effects of the present invention.
  • L means large or high, M medium, and S small or low.
  • L, M and S are classifications based on qualitative comparisons between component compounds, and the symbol 0 (zero) means that the dielectric anisotropy is extremely small.
  • An orienting monomer having a cinnamate group or chalcone group and a hydroxyl group is a first additive.
  • This compound is unidirectionally arranged at the molecular level when dimerization, isomerization and polymerization are performed by polarization. Therefore, the thin film formed from the first additive aligns liquid crystal molecules in the same manner as an alignment film such as polyimide.
  • the compound (1) which is the first component raises the dielectric anisotropy.
  • the second component, compound (2) lowers the viscosity or raises the upper limit temperature.
  • the third component, compound (3) raises the dielectric constant in the minor axis direction.
  • the second additive, compound (4) gives a polymer by polymerization, which shortens the response time of the device and improves the image sticking.
  • a preferred combination of components in the composition is: first component + additive, first component + second component + additive, first component + third component + additive, or first component + second component + third component + Additives.
  • a further preferred combination is a first component + a second component + an additive.
  • the preferred proportion of the first additive is about 0.1 parts by weight or more when the total amount of the liquid crystal compounds is 100 parts by weight in order to align the liquid crystal molecules, and to prevent the display defect of the device. It is 10 parts by weight or less.
  • a further preferred ratio is in the range of about 0.3 parts by weight to about 6 parts by weight.
  • An especially desirable ratio is in the range of about 0.5 parts by weight to about 4 parts by weight.
  • the preferred proportion of the first component is about 10% by weight or more with respect to the total amount of liquid crystal compounds to increase the dielectric anisotropy, and to reduce the lower limit temperature or to decrease the viscosity. It is 85% by weight or less. A further preferred ratio is in the range of about 15% by weight to about 80% by weight. An especially desirable ratio is in the range of about 20% by weight to about 75% by weight.
  • the preferred proportion of the second component is about 10% by weight or more with respect to the total amount of liquid crystal compounds in order to raise the upper limit temperature or to lower the viscosity, and to increase the dielectric anisotropy It is 85% by weight or less.
  • a further preferred ratio is in the range of about 15% by weight to about 80% by weight.
  • An especially desirable ratio is in the range of about 20% by weight to about 75% by weight.
  • the preferred proportion of the third component is about 3% by weight or more and about 25% by weight or less to lower the lower limit temperature with respect to the total amount of liquid crystal compounds in order to increase the dielectric constant in the minor axis direction.
  • a further preferred ratio is in the range of about 5% by weight to about 20% by weight.
  • An especially desirable ratio is in the range of about 5% by weight to about 15% by weight.
  • the second additive may be added to the composition for the purpose of being adapted to a polymer-supported oriented device.
  • the preferred proportion of this additive is about 0.03 parts by weight or more when the total amount of liquid crystal compounds is 100 parts by weight in order to align liquid crystal molecules, and about 10 in order to prevent display defects of the device. It is below a weight part.
  • a further preferred ratio is in the range of about 0.1 parts by weight to about 2 parts by weight.
  • An especially desirable ratio is in the range of about 0.2 parts by weight to about 1.0 parts by weight.
  • R 1 is alkyl having 1 to 12 carbons, alkoxy having 1 to 12 carbons, or alkenyl having 2 to 12 carbons. Desirable R 1 is alkyl having 1 to 12 carbons in order to increase the stability to ultraviolet light or heat.
  • R 2 and R 3 independently represent alkyl having 1 to 12 carbons, alkoxy having 1 to 12 carbons, alkenyl having 2 to 12 carbons, or 2 carbons in which at least one hydrogen is replaced by fluorine or chlorine To 12 alkenyls.
  • Desirable R 2 or R 3 is alkenyl having 2 to 12 carbons to lower the viscosity, and alkyl having 1 to 12 carbons to increase the stability to ultraviolet light or heat.
  • R 4 and R 5 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.
  • Desirable R 4 or R 5 is alkyl having 1 to 12 carbons to increase the stability to ultraviolet light or heat, and alkoxy having 1 to 12 carbons to increase the dielectric constant in the short axis direction.
  • Preferred alkyl is methyl, ethyl, propyl, butyl, pentyl, hexyl, heptyl or octyl. More preferred alkyl is methyl, ethyl, propyl, butyl or pentyl to lower the viscosity.
  • Preferred alkoxy is methoxy, ethoxy, propoxy, butoxy, pentyloxy, hexyloxy or heptyloxy. More preferred alkoxy is methoxy or ethoxy to lower 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 preferred alkenyl is vinyl, 1-propenyl, 3-butenyl or 3-pentenyl to reduce viscosity.
  • Trans is preferable in the alkenyl such as 1-propenyl, 1-butenyl, 1-pentenyl, 1-hexenyl, 3-pentenyl and 3-hexenyl for decreasing the viscosity and the like.
  • Cis is preferred for alkenyl such as 2-butenyl, 2-pentenyl and 2-hexenyl.
  • linear alkenyls are preferable to branched ones.
  • Preferred alkenyloxy is vinyloxy, allyloxy, 3-butenyloxy, 3-pentenyloxy or 4-pentenyloxy. More preferred alkenyloxy is allyloxy or 3-butenyloxy to lower the viscosity.
  • Preferred examples of the 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 to increase the dielectric anisotropy.
  • Preferred examples of the 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 A is 1,4-cyclohexylene, 1,4-phenylene, 2-fluoro-1,4-phenylene, 2,3-difluoro-1,4-phenylene, 2,6-difluoro-1,4-phenylene Pyrimidine-2,5-diyl, 1,3-dioxane-2,5-diyl, or tetrahydropyran-2,5-diyl.
  • Preferred ring A is 1,4-phenylene or 2-fluoro-1,4-phenylene to increase the optical anisotropy. Tetrahydropyran-2,5-diyl is Or And preferably It is.
  • Ring B and ring C are each independently 1,4-cyclohexylene, 1,4-phenylene, 2-fluoro-1,4-phenylene or 2,5-difluoro-1,4-phenylene.
  • Preferred ring B or ring C is 1,4-cyclohexylene to reduce viscosity, or 1,4-phenylene to increase optical anisotropy.
  • Ring D and ring F are independently 1,4-cyclohexylene, 1,4-cyclohexenylene, tetrahydropyran-2,5-diyl, 1,4-phenylene, at least one hydrogen is replaced by fluorine or chlorine 1,4-phenylene, naphthalene-2,6-diyl, naphthalene-2,6-diyl in which at least one hydrogen is replaced by fluorine or chlorine, chroman-2,6-diyl, or at least one hydrogen It is chroman-2,6-diyl substituted with fluorine or chlorine.
  • the preferred ring D or ring F is 1,4-cyclohexylene to lower the viscosity, tetrahydropyran-2,5-diyl to increase the dielectric constant in the short axis direction, and to increase the optical anisotropy And 1,4-phenylene.
  • Ring E is 2,3-difluoro-1,4-phenylene, 2-chloro-3-fluoro-1,4-phenylene, 2,3-difluoro-5-methyl-1,4-phenylene, 3,4,4, 5-trifluoronaphthalene-2,6-diyl or 7,8-difluorochroman-2,6-diyl.
  • Preferred ring E is 2,3-difluoro-1,4-phenylene to increase the dielectric constant in the minor axis direction.
  • Desirable Z 1 is a single bond to lower the viscosity, and difluoromethyleneoxy to raise the dielectric anisotropy.
  • Z 2 is a single bond, ethylene or carbonyloxy. Preferred Z 2 is a single bond to lower the viscosity.
  • Z 3 and Z 4 are independently a single bond, ethylene, carbonyloxy or methyleneoxy.
  • Preferred Z 3 or Z 4 is a single bond for decreasing the viscosity, and methyleneoxy for increasing the dielectric in the minor axis direction.
  • X 1 and X 2 are independently hydrogen or fluorine. Desirable X 1 or X 2 is fluorine for increasing dielectric anisotropy.
  • Y 1 represents fluorine, chlorine, an alkyl having 1 to 12 carbons in which at least one hydrogen is replaced by fluorine or chlorine, an alkoxy having 1 to 12 carbons in which at least one hydrogen is replaced by fluorine or chlorine, or It is C2-C12 alkenyloxy in which one hydrogen is replaced by fluorine or chlorine. Desirable Y 1 is fluorine to lower the lower limit temperature.
  • alkyl in which at least one hydrogen is replaced by fluorine or chlorine is trifluoromethyl.
  • alkoxy in which at least one hydrogen is replaced by fluorine or chlorine is trifluoromethoxy.
  • alkenyloxy in which at least one hydrogen is replaced by fluorine or chlorine is trifluorovinyloxy.
  • A is 1, 2, 3 or 4; Desirable a is 2 to lower the lower limit temperature, and 3 to increase the dielectric anisotropy.
  • b is 1, 2 or 3; Preferred b is 1 to lower the viscosity and 2 or 3 to raise the upper temperature limit.
  • c is 1, 2 or 3; d is 0 or 1; and the sum of c and d is 3 or less.
  • Preferred c is 1 to lower the viscosity and 2 or 3 to raise the upper temperature limit.
  • Desirable d is 0 to lower the viscosity and 1 to lower the lower limit temperature.
  • P 1 , P 2 and P 3 are independently a polymerizable group.
  • Preferred P 1 , P 2 or P 3 is a polymerizable group selected from the group of groups represented by formula (P-1) to formula (P-5). Further preferable P 1 , P 2 or P 3 is a group represented by formula (P-1), formula (P-2) or 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 formula (P-1).
  • the wavy lines in formulas (P-1) to (P-5) indicate the binding site.
  • M 1 , M 2 and M 3 independently represent hydrogen, fluorine, alkyl having 1 to 5 carbon atoms, or at least one hydrogen is fluorine or chlorine
  • C 1 -C 5 alkyl substituted by Preferred M 1 , M 2 or M 3 is hydrogen or methyl to increase the reactivity.
  • Further preferred M 1 is hydrogen or methyl
  • further preferred M 2 or M 3 is hydrogen.
  • Ring F 3 and ring I are independently cyclohexyl, cyclohexenyl, phenyl, 1-naphthyl, 2-naphthyl, tetrahydropyran-2-yl, 1,3-dioxane-2-yl, pyrimidin-2-yl, or Pyridin-2-yl, in which ring 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 It may be substituted by alkyl having 1 to 12 carbon atoms.
  • Preferred ring F 3 or ring I is phenyl.
  • Ring G 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, in these rings, At least one hydrogen is fluor
  • Preferred Z 6 or Z 7 is a single bond, -CH 2 -CH 2- , -CH 2 O-, -OCH 2- , -COO-, or -OCO-. Further preferred Z 6 or Z 7 is a single bond.
  • H is 0, 1 or 2; Preferred d is 0 or 1.
  • e, f and g are independently 0, 1, 2, 3 or 4 and the sum of e, f and g is 1 or more.
  • Preferred e, f or g is 1 or 2.
  • the orientation monomer which is a preferable first additive will be described.
  • the orienting monomer preferably has at least one polymerizable group and at least one hydroxyl group.
  • a thin film (polymer) obtained by polymerizing an orientation monomer having one polymerizable group and at least one hydroxyl group is flexible, but has an intermolecular force between the hydroxyl group and the substrate, It is considered that there is little deformation in the temperature environment in which the liquid crystal display element is driven. Therefore, the effect of maintaining the orientation control force is expected.
  • the crosslink density of the thin film obtained after polymerization is considered to be high and a strong film is obtained.
  • the site which causes dimerization or isomerization by polarization is a site having a chalcone structure or a cinnamate structure. Similar effects are expected even in the case of multiple molecules in the molecule.
  • a spacer may be introduced between the polymerizable group and the cyclic structure in order to increase the compatibility with the terminal chain of the liquid crystal compound.
  • the spacer is preferably linear or branched.
  • the length of the spacer is preferably 2 or more carbon atoms.
  • the orienting monomers may be used alone or in combination of two or more. Preferred orientation monomers are specifically exemplified.
  • Preferred first additives are the compound (A-1-1) to the compound (A-1-9) and the compound (B-1-1) to the compound (B-1-8).
  • N and m in these compounds are independently 2 to 6.
  • the preferred compound (1) is the compound (1-1) to the compound (1-39) described in item 6.
  • at least one of the first components is a compound (1-4), a compound (1-12), a compound (1-14), a compound (1-15), a compound (1-17), a compound (1 1-18), compound (1-23), compound (1-24), compound (1-27), compound (1-29), or compound (1-30).
  • At least two of the first components are a compound (1-12) and a compound (1-15), a compound (1-14) and a compound (1-27), a compound (1-18) and a compound (1-24),
  • the combination of Compound (1-18) and Compound (1-29), Compound (1-24) and Compound (1-29), or Compound (1-29) and Compound (1-30) is preferred.
  • the preferred compound (2) is the compound (2-1) to the compound (2-13) described in item 9.
  • at least one of the second components is a compound (2-1), a compound (2-3), a compound (2-5), a compound (2-6), or a compound (2-7) Is preferred.
  • At least two of the second components are the compound (2-1) and the compound (2-5), the compound (2-1) and the compound (2-6), the compound (2-1) and the compound (2-7), the compound The combination of (2-3) and the compound (2-5), the compound (2-3) and the compound (2-6), the compound (2-3) and the compound (2-7) is preferred.
  • the preferred compound (3) is the compound (3-1) to the compound (3-22) described in Item 12.
  • at least one of the third components is a compound (3-1), a compound (3-3), a compound (3-4), a compound (3-6), a compound (3-8), or a compound (3-10) is preferred.
  • At least two of the third components are the compound (3-1) and the compound (3-6), the compound (3-3) and the compound (3-6), the compound (3-3) and the compound (3-10), The combination of Compound (3-4) and Compound (3-6), Compound (3-4) and Compound (3-8), or Compound (3-6) and Compound (3-10) is preferred.
  • additives that may be added to the composition will be described.
  • Such additives include optically active compounds, antioxidants, ultraviolet light 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 the compound (4-1) to the compound (4-5).
  • the preferred proportion of the optically active compound is about 5 parts by weight or less, based on 100 parts by weight of the total amount of liquid crystal compounds.
  • a further preferred ratio is in the range of about 0.01 parts by weight to about 2 parts by weight.
  • Is added to the Preferred examples of the antioxidant are compounds (5) and the like in which n is an integer of 1 to 9.
  • n 1, 3, 5, 7 or 9. More preferably, n is 7. Since the compound (5) in which n is 7 has low volatility, it is effective to maintain 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.
  • the preferred proportion of the antioxidant is about 50 ppm or more to obtain its effect, and is about 600 ppm or less so as not to lower the upper temperature limit or to raise the lower temperature limit.
  • a further preferred ratio is in the range of about 100 ppm to about 300 ppm.
  • UV absorbers are benzophenone derivatives, benzoate derivatives, triazole derivatives and the like.
  • light stabilizers such as sterically hindered amines.
  • the preferred proportion of these absorbents and stabilizers is about 50 ppm or more to obtain the effect, and about 10000 ppm or less so as not to lower the upper temperature limit or to raise the lower temperature limit.
  • a further preferred ratio is in the range of about 100 ppm to about 10000 ppm.
  • a dichroic dye such as an azo dye or an anthraquinone dye is added to the composition.
  • the preferred proportion of dye is in the range of about 0.01 parts by weight to about 10 parts by weight.
  • an antifoam agent such as dimethyl silicone oil, methylphenyl silicone oil or the like is added to the composition.
  • the preferable proportion of the antifoaming agent is about 1 ppm or more in order to obtain the effect, and is about 1000 ppm or less in order to prevent display defects.
  • a further preferred ratio is in the range of about 1 ppm to about 500 ppm.
  • Polymerizable compounds are used to make them compatible with polymer-supported oriented (PSA) type devices.
  • Compound (4) is suitable for this purpose. Along with the compound (4), a polymerizable compound different from the compound (4) may be added to the composition. Instead of the compound (4), a polymerizable compound different from the compound (4) may be added to the composition.
  • Preferred examples of such polymerizable compounds are compounds such as acrylates, methacrylates, vinyl compounds, vinyloxy compounds, propenyl ethers, epoxy compounds (oxiranes, oxetanes) and vinyl ketones. Further preferred examples are derivatives of acrylate or methacrylate.
  • the reactivity of the polymerizable compound and the pretilt angle of the liquid crystal molecule can be adjusted by changing the type of the compound (4) or by combining the polymerizable compound different from the compound (4) in an appropriate ratio. .
  • By optimizing the pretilt angle short response times of the device can be achieved. Since the alignment of liquid crystal molecules is stabilized, a large contrast ratio and a long lifetime can be achieved.
  • the polymerizable compound such as the compound (4) is polymerized by ultraviolet irradiation. It may be polymerized in the presence of a suitable initiator such as a photoinitiator. Appropriate conditions for polymerization, appropriate types of initiators, and appropriate amounts are known to the person skilled in the art and are described in the literature.
  • a suitable initiator such as a photoinitiator.
  • the photopolymerization initiator Omnirad 651 registered trademark; IGM Resins
  • Omnirad 184 registered trademark; IGM Resins
  • Omnirad 1173 registered trademark; IGM Resins
  • the preferred proportion of the photoinitiator is in the range of about 0.1 parts by weight to about 5 parts by weight based on the total amount of polymerizable compounds. A further preferred ratio is in the range of about 1 part by weight to about 3 parts by weight.
  • a polymerization inhibitor When storing a polymerizable compound such as compound (4), a polymerization inhibitor may be added to prevent polymerization.
  • the polymerizable compound is usually added to the composition without removing the polymerization inhibitor.
  • polymerization inhibitors are hydroquinone, hydroquinone derivatives such as methylhydroquinone, 4-t-butyl catechol, 4-methoxyphenol, phenothiazine and the like.
  • Polar compounds are organic compounds with polarity.
  • compounds having an ionic bond are not included. Atoms such as oxygen, sulfur and nitrogen are more electronegative and tend to have a partial negative charge. Carbon and hydrogen tend to be neutral or have a partial positive charge.
  • Polarity results from the inhomogeneous distribution of partial charges among different types of atoms in the compound.
  • the polar compound has at least one of partial structures such as -OH, -COOH, -SH, -NH 2 ,>NH,> N-.
  • the compound having a cinnamate group or chalcone group, a hydroxyl group and a polymerizable group, which is the first additive, is synthesized by the method described in JP 2012-87286 A and JP 2012-107198 A.
  • the polymerizable compound having an ⁇ -fluoroacrylate group is synthesized with reference to the method described in JP-A-2005-112850.
  • compositions are prepared from the compounds thus obtained by known methods. For example, the component compounds are mixed and dissolved together by heating.
  • compositions have a lower temperature limit of about -10.degree. C. or lower, an upper temperature limit of about 70.degree. 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 proportions of the component compounds, or by mixing other liquid crystal compounds. Additionally, compositions having optical anisotropy in the range of about 0.10 to about 0.30 may be prepared by this method. Devices containing this composition have a large voltage holding ratio.
  • This composition is suitable for an AM device.
  • This composition is particularly suitable for transmissive AM devices.
  • This composition can be used as a composition having a nematic phase, or as an optically active composition by adding an optically active compound.
  • This composition can be used for an AM device. Furthermore, the use to PM element is also possible.
  • This composition can be used for AM devices and PM devices having modes such as PC, TN, STN, ECB, OCB, IPS, FFS, VA, FPA.
  • the use for AM devices having VA, OCB, IPS mode or FFS mode is particularly preferred.
  • the alignment of liquid crystal molecules may be parallel to or perpendicular to the glass substrate.
  • These elements may be reflective, transmissive or semi-transmissive. Its use for transmission type devices is preferred. It is also possible to use amorphous silicon-TFT elements or polycrystalline silicon-TFT elements.
  • the composition can be used for an element of NCAP (nematic curvilinear aligned phase) type prepared by microencapsulation or a element of PD (polymer dispersed) type in which a three-dimensional network polymer is formed in the composition.
  • the first additive is added to the liquid crystal composition, and the composition is heated and dissolved at a temperature higher than the upper limit temperature.
  • the second is a step of injecting the composition into a liquid crystal display element. In this step, when the liquid crystal composition is heated and injected at a temperature higher than the upper limit temperature, shear stress can be reduced when the liquid crystal composition flows in the cell, and the generation of alignment defects can be easily prevented. .
  • the third is a step of irradiating polarized ultraviolet light while heating the liquid crystal composition to a temperature higher than the upper limit temperature.
  • the first additive is dimerized or isomerized by linear polarization, and at the same time polymerization also proceeds.
  • the preferable integrated light quantity (J / cm 2 ) of linearly polarized ultraviolet light is 0.1 to 20 J / cm 2 at the time of reaching the element surface.
  • a preferable range of the integrated light amount is 0.1 to 10 J / cm 2 , and a more preferable range is 0.1 to 7 J / cm 2 .
  • the integrated light quantity (J / cm 2 ) can be determined by the illuminance of ultraviolet light (unit: mW / cm 2 ) ⁇ irradiation time (unit: sec). It is preferable that the temperature conditions at the time of linearly polarized ultraviolet irradiation be set in the same manner as the above heat treatment temperature.
  • the polymer comprising the first additive is formed and immobilized on the substrate as a thin film. Since the polymer is aligned in a fixed direction at the molecular level, the thin film has a function as a liquid crystal alignment film. By this method, a liquid crystal display device having no alignment film such as polyimide can be manufactured.
  • the present invention comprises a mixture of the composition of Example 1 and the composition of Example 2.
  • the present invention also includes a mixture of at least two of the compositions of the Examples.
  • the compound synthesized was identified by a method such as NMR analysis. The properties of the compounds, compositions and devices were measured by the methods described below.
  • NMR analysis For measurement, DRX-500 manufactured by Bruker Biospin Ltd. was used. In the measurement of 1 H-NMR, the sample was dissolved in a deuterated solvent such as CDCl 3, and the measurement was performed at room temperature under conditions of 500 MHz and 16 integrations. Tetramethylsilane was used as an internal standard. In the 19 F-NMR measurement, CFCl 3 was used as an internal standard, and the integration was performed 24 times. In the description of nuclear magnetic resonance spectrum, s is singlet, d is doublet, t is triplet, q is quartet, quin is quintet, sex is sextet, m is multiplet, br is broad.
  • a GC-14B gas chromatograph made 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 columns DB-1 length 30 m, inner diameter 0.32 mm, film thickness 0.25 ⁇ m; fixed liquid phase is dimethylpolysiloxane; nonpolar
  • the column was kept at 200 ° C. for 2 minutes and then heated to 280 ° C. at a rate of 5 ° C./minute.
  • the 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 Model C-R5A Chromatopac manufactured by Shimadzu Corporation, or its equivalent.
  • the obtained gas chromatogram showed the retention time of the peak corresponding to the component compound and the area of the peak.
  • capillary column As a solvent for diluting the sample, chloroform, hexane or the like may be used.
  • the following capillary column may be used to separate the component compounds.
  • HP-1 (30 m in length, 0.32 mm in diameter, 0.25 ⁇ m in thickness) manufactured by Agilent Technologies Inc.
  • Rtx-1 (30 m in length, 0.32 mm in inside diameter, 0.25 ⁇ m in film thickness) manufactured by Restek Corporation
  • BP-1 (30 m in length, 0.32 mm in inner diameter, 0.25 ⁇ m in film thickness) manufactured by SGE International Pty. Ltd.
  • a capillary column CBP1-M50-025 (length 50 m, inner diameter 0.25 mm, film thickness 0.25 ⁇ m) manufactured by Shimadzu Corporation may be used for the purpose of preventing overlapping of compound peaks.
  • the proportion of the liquid crystal compound contained in the composition may be calculated by the following method.
  • the mixture of liquid crystal compounds is detected by gas chromatography (FID).
  • the area ratio of peaks in the gas chromatogram corresponds to the ratio (weight ratio) of the liquid crystalline compound.
  • 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 area ratio of the peaks.
  • 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 the base liquid crystal (85% by weight). The characteristic values of the compound were calculated by extrapolation from the values obtained by the measurement.
  • (Extrapolated value) ⁇ (measured value of sample) ⁇ 0.85 ⁇ (measured value of mother liquid crystal) ⁇ / 0.15.
  • the proportion of the compound and the base liquid crystal is 10 wt%: 90 wt%, 5 wt%: 95 wt%, 1 wt%: 99 wt% changed.
  • the values of the upper limit temperature, the optical anisotropy, the viscosity, and the dielectric anisotropy of the compound were determined by this extrapolation method.
  • Measurement method The measurement of the characteristics was performed by the following method. Many of these are modified methods or methods described in the JEITA standard (JEITA ED-2521B), which is deliberately established by the Japan Electronics and Information Technology Industries Association (hereinafter referred to as JEITA). It was a method. A thin film transistor (TFT) was not attached to the TN device used for the measurement.
  • TFT thin film transistor
  • Upper limit temperature of nematic phase (NI; ° C.): The sample was placed on a hot plate of a melting point measuring apparatus equipped with a polarization microscope and heated at a rate of 1 ° C./min. The temperature was measured when part of the sample changed from the nematic phase to the isotropic liquid.
  • the upper limit temperature of the nematic phase may be abbreviated as "upper limit temperature”.
  • T C Lower limit temperature of nematic phase
  • a sample having a nematic phase is placed in a glass bottle and kept for 10 days in a freezer at 0 ° C., -10 ° C., -20 ° C., -30 ° C. and -40 ° C. After storage, the liquid crystal phase was observed. For example, the sample remained in the -20 ° C. in a nematic phase, when changed to -30 ° C. At crystals or a smectic phase 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
  • E-type rotational viscometer manufactured by Tokyo Keiki Co., Ltd. was used.
  • Viscosity (rotational viscosity; ⁇ 1; measured at 25 ° C .; mPa ⁇ s): Measurement was performed according to the method described in M. Imai et al., Molecular Crystals and Liquid Crystals, Vol. 259, 37 (1995) I obeyed. The sample was placed in a TN device having a twist angle of 0 ° and a distance between two glass substrates (cell gap) of 5 ⁇ m. The device was applied stepwise in steps of 0.5 V in the range of 16 V to 19.5 V. After 0.2 seconds of no application, application was repeated under the condition of only one rectangular wave (rectangular pulse; 0.2 seconds) and no application (2 seconds).
  • the peak current and peak time of transient current generated by this application were measured.
  • the rotational viscosity value was obtained from these measured values and the formula (8) described on page 40 in the article of M. Imai et al.
  • the value of the dielectric anisotropy necessary for this calculation was measured in the item (6) using the device whose rotational viscosity was measured.
  • Threshold voltage (Vth; measured at 25 ° C .; V): An LCD-5100 luminance meter manufactured by Otsuka Electronics Co., Ltd. was used for measurement.
  • the light source was a halogen lamp.
  • the sample was placed in a normally white mode TN device in which the distance between two glass substrates (cell gap) is 0.45 / ⁇ n ( ⁇ m) and the twist angle is 80 degrees.
  • the voltage (32 Hz, rectangular wave) applied to this element was gradually increased by 0.02 V from 0 V to 10 V.
  • 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 was maximum, and the transmittance was 0% when the light amount was minimum.
  • the threshold voltage was represented by the voltage at 90% transmittance.
  • VHR-1 Voltage holding ratio
  • the TN device used for measurement had a polyimide alignment film, and the distance between two glass substrates (cell gap) was 5 ⁇ m. .
  • the element was sealed with an adhesive that cures with ultraviolet light after the sample was placed.
  • a pulse voltage 60 microseconds at 5 V was applied to the TN device to charge it.
  • the decaying voltage was measured with a high-speed voltmeter for 16.7 milliseconds, and the area A between the voltage curve and the horizontal axis in a unit cycle was determined.
  • the area B was the area when it did not decay.
  • the voltage holding ratio was expressed as a percentage of the area A to the area B.
  • VHR-2 Voltage holding ratio (VHR-2; measured at 80 ° C .;%): The voltage holding ratio was measured by the same procedure as described above except that measurement was performed 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 the device and irradiated with light for 20 minutes.
  • the light source was an ultra-high pressure mercury lamp USH-500D (manufactured by Ushio Inc.), and the distance between the element and the light source was 20 cm.
  • the decaying voltage was measured for 16.7 milliseconds.
  • Compositions having large VHR-3 have high stability to ultraviolet light. 90% or more is preferable and 95% or more of VHR-3 is more preferable.
  • VHR-4 Voltage holding ratio
  • the TN device injected with the sample is heated in a thermostatic chamber at 80 ° C. for 500 hours, and then the voltage holding ratio is measured and stability to heat Was evaluated. In the measurement of VHR-4, the decaying voltage was measured for 16.7 milliseconds. Compositions having large VHR-4 have high thermal stability.
  • the rise time ( ⁇ r: millisecond) is the time taken for the transmittance to change from 90% to 10%.
  • the fall time ( ⁇ f: milliseconds) is the time taken to change from 10% transmission to 90% transmission.
  • the response time is represented by the sum of the rise time and the fall time obtained in this manner.
  • the compounds in the examples are represented by symbols based on the definition of Table 3 below.
  • Table 3 the configuration for 1,4-cyclohexylene is trans.
  • the numbers in parentheses after the symbols correspond to the compound numbers.
  • the symbol (-) means other liquid crystal compounds.
  • the proportion (percentage) of the liquid crystal compound is a weight percentage (% by weight) based on the weight of the liquid crystal composition.
  • composition to which an alignment monomer was added was injected into an element having no alignment film. After irradiation with linearly polarized light, the alignment of liquid crystal molecules in this device was confirmed. I will explain the ingredients first.
  • the raw materials are alignment monomers and compositions such as composition (M1) to composition (M20).
  • the orientation monomer was suitably selected from the compounds as described later.
  • the composition is as follows.
  • the orientation monomer which is the first additive is the following compound.
  • the IPS device was heated at 90 ° C.
  • ultraviolet light (313 nm, 5.0 J / cm 2 ) linearly polarized from the normal direction to the device was irradiated to obtain a device having an orientation control layer formed thereon.
  • the ultraviolet light to be irradiated becomes linearly polarized light by passing the polarizer.
  • the element on which the orientation control layer was formed was set in a polarization microscope to observe the orientation state of the liquid crystal.
  • the polarizer and the analyzer of the polarization microscope were arranged such that their transmission axes were orthogonal to each other.
  • the alignment direction of the liquid crystal molecules is parallel to the transmission axis of the polarizer of the polarization microscope, that is, the angle between the alignment direction of the liquid crystal molecules and the transmission axis of the polarizer of the polarization microscope is 0 degrees.
  • the element was placed on the horizontal rotation stage of a polarizing microscope. Light was irradiated from the lower side of the element, that is, from the polarizer side, and the presence or absence of light transmitted through the analyzer was observed. The orientation was determined to be "good” because no light was transmitted through the analyzer.
  • the element was rotated on the horizontal rotation stage of the polarization microscope, and the angle formed by the transmission axis of the polarizer of the polarization microscope and the alignment direction of the liquid crystal molecules was changed from 0 degree.
  • the intensity of light transmitted through the analyzer increases as the angle formed by the transmission axis of the polarizer of the polarizing microscope and the orientation direction of the liquid crystal molecules increases, and is approximately maximized when the angle is 45 degrees. confirmed.
  • the liquid crystal molecules were aligned in a direction substantially horizontal to the main surface of the substrate of the device, and it was judged to be “horizontal alignment”. In Example 1, no light leakage was observed, so the alignment was good. In addition, the liquid crystal molecules were horizontally aligned.
  • Example 2 The first additive, compound (B-1-2-1), was added to the composition (M1). A device was produced in the same manner as in Example 1 using this mixture. The presence or absence of light leakage was observed in the same manner as in Example 1. As a result, no light leakage was observed, so the alignment was good.
  • Example 3 To the composition (M11), the first additive, compound (B-1-3-1), was added in a proportion of 0.5 parts by weight. This mixture was injected at 95 ° C. (above the upper limit temperature of the nematic phase) into an IPS device having no alignment film. The device was irradiated with linearly polarized light (313 nm, 2.0 J / cm 2 ) from the normal direction at 100 ° C. (above the upper limit temperature). The presence or absence of light leakage was observed in the same manner as in Example 1. As a result, no light leakage was observed, so the alignment was good.
  • linearly polarized light 313 nm, 2.0 J / cm 2
  • Example 4 The first additive, compound (A-1-1-1), was added to the composition (M18) in a proportion of 0.5 parts by weight. This mixture was injected at 90 ° C. (above the upper limit temperature of the nematic phase) into an IPS device having no alignment film. The device was irradiated with linearly polarized light (313 nm, 2.0 J / cm 2 ) from the normal direction at 90 ° C. (above the upper limit temperature). The presence or absence of light leakage was observed in the same manner as in Example 1. As a result, no light leakage was observed, so the alignment was good.
  • Example 5 The first additive, compound (B-1-2-1), was added to the composition (M19) in a proportion of 0.5 parts by weight. This mixture was injected at 90 ° C. (above the upper limit temperature of the nematic phase) into an IPS device having no alignment film. The device was irradiated with linearly polarized light (313 nm, 2.0 J / cm 2 ) from the normal direction at 90 ° C. (above the upper limit temperature). The presence or absence of light leakage was observed in the same manner as in Example 1. As a result, no light leakage was observed, so the alignment was good.
  • Example 6 The first additive, compound (A-1-1-1), was added to the composition (M20) in a proportion of 0.5 parts by weight. This mixture was injected at 90 ° C. (above the upper limit temperature of the nematic phase) into an IPS device having no alignment film. The device was irradiated with linearly polarized light (313 nm, 2.0 J / cm 2 ) from the normal direction at 90 ° C. (above the upper limit temperature). The presence or absence of light leakage was observed in the same manner as in Example 1. As a result, no light leakage was observed, so the alignment was good.
  • linearly polarized light 313 nm, 2.0 J / cm 2
  • Example 7 Compound (A-1-1-1) and Compound (A-1-7-1), which are the first additives, were added to the composition (M20) in a proportion of 0.5 parts by weight each. This mixture was injected at 90 ° C. (above the upper limit temperature of the nematic phase) into an IPS device having no alignment film. The device was irradiated with linearly polarized light (313 nm, 2.0 J / cm 2 ) from the normal direction at 90 ° C. (above the upper limit temperature). The presence or absence of light leakage was observed in the same manner as in Example 1. As a result, no light leakage was observed, so the alignment was good.
  • Comparative Example 1 Only the composition (M15) was injected into the IPS device having no alignment film. The presence or absence of light leakage was observed in the same manner as in Example 1. As a result, light leakage was observed, so the alignment was poor.
  • liquid crystal display device having a liquid crystal composition satisfying at least one of the properties as described above is obtained.
  • the liquid crystal composition of the present invention can be used for a liquid crystal monitor, a liquid crystal television and the like.

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Abstract

配向膜を有しない液晶表示素子の液晶分子の配向を、着色のない特定構造の配向性モノマーを用いて制御することであり、また、着色のない配向性モノマーが良好な相溶性を示す液晶組成物を提供することである。 本発明の配向膜を有しない液晶表示素子において、シンナメート基またはカルコン基、および水酸基を有する配向性モノマーを第一添加物として含有した正の誘電率異方性を有する液晶組成物に、液晶組成物の上限温度より高い温度で加熱しながら偏光露光を行うと液晶分子の配向が制御可能となる。

Description

液晶表示素子および液晶組成物
 本発明は、誘電率異方性が正の液晶組成物を含有する液晶表示素子および液晶組成物に関する。特に、配向性モノマーを含有し、この化合物の作用によって液晶分子の配向がポリイミドのような配向膜を用いないで達成可能である液晶組成物を利用した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。2つ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-I000021
 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。適切な積の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、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、液晶モニター、液晶テレビなどに用いるAM素子に好ましい。
 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(PSA;polymer sustained alignment)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。高分子支持配向(PSA;polymer sustained alignment)型の液晶表示素子では、重合体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。
 ポリイミドのような配向膜の代わりに、シンナメート基を有する低分子化合物やポリビニルシンナメート、カルコン構造を有する低分子化合物、アゾベンゼン構造を有する低分子化合物やデンドリマーを用いて液晶の配向を制御する方法が報告されている(特許文献1)。特許文献1の方法では、まず、この低分子化合物やポリマーを添加物として液晶組成物に溶解させる。次に、この添加物を相分離させることによってこの低分子化合物やポリマーからなる薄膜を基板上に生成させる。最後に、液晶組成物の上限温度より高い温度で基板に直線偏光を照射する。この直線偏光によって低分子化合物やポリマーが二量化または異性化するとき、その分子が一定方向に配列される。この方法では、低分子化合物やポリマーの種類を選択することにより、IPSやFFSのような水平配向モードの素子とVAのような垂直配向モードの素子とを製造することができる。この方法においては、低分子化合物やポリマーが液晶組成物の上限温度より高い温度で容易に溶解し、室温に戻したとき、この化合物が液晶組成物から容易に相分離することが重要である。ただし、低分子化合物やポリマーと液晶組成物との相溶性を確保するのが困難であった。
 特許文献2および3の方法では、アゾベンゼンを部分構造として有するデンドリマーを添加物として液晶組成物に溶解させる。次に、この化合物を相分離させることによってこの化合物の薄膜を基板上に生成させる。このとき液晶組成物は基板に対して垂直に配向する。次に、基板を加熱しないで直線偏光を照射する。この直線偏光によってデンドリマーが二量化または異性化するとき、その分子が基板に対して水平な方向に配列される。IPSやFFSのような水平配向モードの素子を製造することができる。この方法においてもデンドリマーが溶解と相分離とが容易に進行するように、デンドリマーと液晶組成物とを適切に組み合せなければならない。アゾベンゼンを部分構造として有するデンドリマーを用いる場合、アゾベンゼン由来の着色があるという問題があった。
また、特許文献4では正の誘電率異方性を有する液晶化合物と重合性化合物の組み合わせが開示されている。ここでは、液晶媒体中に含まれる重合性化合物を電圧印加しながら重合させることでプレチルト角を付与することで、液晶セルの応答時間と電気光学特性が改良されることが開示されている。この方法においては、開示された重合性化合物を用いても液晶化合物の水平配向を偏光照射により得ることが困難であった。また、特定の重合性化合物が液晶化合物の水平配向を偏光照射により制御可能な示唆や記載もない。
特許文献5~7では正の誘電率異方性を有する液晶化合物と極性基を有する重合性化合物の組み合わせが開示されている。ここでは、液晶媒体中に含まれる極性基を有する重合性化合物が液晶の配向を垂直に制御することを目的としている。ここで記載されている方法を用いても、液晶化合物の配向を水平に制御することは困難であった。また、極性基を有する重合性化合物が液晶化合物の水平配向を偏光照射により制御可能な示唆や記載もない。
国際公開第2015/146369号 特開2015-64465号公報 特開2015-125151号公報 国際公開第2009/156118号 国際公開第2012/038026号 特開2015-168826号 国際公開第2016/015803号
 本発明が解決しようとする課題は、配向膜を有しない液晶表示素子の液晶分子の配向を、着色のない配向性モノマーを用いて制御することであり、また、着色のない配向性モノマーが良好な相溶性を示す液晶組成物を提供することである。
 本発明の配向膜を有しない液晶表示素子において、シンナメート基またはカルコン基、および水酸基を有する配向性モノマーを第一添加物として含有した正の誘電率異方性を有する液晶組成物に、液晶組成物の上限温度より高い温度で加熱しながら偏光露光を行うと液晶分子の配向が制御可能となる。
 本発明の配向性モノマーを含む液晶組成物を利用することで、配向膜の形成工程が不要になるので、製造コストを低減させた液晶表示素子が得られる。
また、配向性モノマーと相溶性のよい正の誘電率異方性を有する液晶組成物が得られる。
 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)が用いられることがある。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。組成物や素子の特性を検討するために、経時変化試験が使われることがある。「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。
 「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-のような二価基への置き換えにも適用される。
 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た。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、Z、環Dなどの記号にも適用される。
 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。式(4)において、六角形の一辺を横切る斜線は、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。‘e’などの添え字は、置き換えられた基の数を示す。添え字‘e’が0(ゼロ)のとき、そのような置き換えはない。添え字‘e’が2以上のとき、環F上には複数の-Sp-Pが存在する。-Sp-Pによって表される複数の基は、同一であってもよく、または異なってもよい。
 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-I000022
 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、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。
 本発明は、下記の項などである。
項1. 対向して配置され、シール剤を介して貼りあわせた一対の基板間に液晶層が挟持され、
 前記一対の基板と前記液晶層との間に、液晶分子を配向制御する配向制御層を有し、
前記液晶層は正の誘電異方性を有する液晶組成物からなり、
 前記液晶組成物は、第一添加物である配向性モノマーとして式(A-1)、式(A-2)、式(B-1)及び式(B-2)で表される化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物と液晶性化合物とを含有し、
 前記配向制御層は、前記、第一添加物を重合させることによって生成した重合体からなる、液晶表示素子。

Figure JPOXMLDOC01-appb-I000023

Figure JPOXMLDOC01-appb-I000024

式(A-1)および式(A-2)において、P10は独立して、式(Q-1)から式(Q-5)で表される基から選択された基であり;
式(Q-1)から式(Q-5)において、M10、M20、およびM30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;
式(A-1)および式(A-2)において、
Sp10およびSp11は独立して、単結合または炭素数1から12のアルキレンであり、このアルキレンの少なくとも1つの水素はフッ素、塩素または式(Q-6)で置き換えられていてもよく、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、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;

Figure JPOXMLDOC01-appb-I000025

式(Q-6)において、M11、M21、およびM31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;
Sp41は独立して、単結合または炭素数1から12のアルキレンであり、このアルキレンの少なくとも1つの水素はフッ素または塩素で置き換えられていてもよく、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;
式(A-1)、式(A-2)、式(B-1)および式(B-2)において、
環A10、環A20、環A30、環A40および環A50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、4,4’-ビフェニレン、ナフタレン-2,6-ジイル、デカヒドロナフタレン-2,6-ジイル、1,2,3,4-テトラヒドロナフタレン-2,6-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、ピリジン-2,5-ジイル、フルオレン-2,7-ジイル、フェナントレン-2,7-ジイル、アントラセン-2,6-ジイル、ペルヒドロシクロペンタ[a]フェナントレン-3,17-ジイル、または2,3,4,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17-テトラデカヒドロシクロペンタ[a]フェナントレン-3,17-ジイルであるが、隣接する構造が-CH=CH-COO-、-OCO-CH=CH-、-C≡C-COO-、-OCO-C≡C-、-CH=CH-、-CF=CF-または-C≡C-の場合は、1,4-フェニレン、4,4’-ビフェニレン、ナフタレン-2,6-ジイル、ピリミジン-2,5-ジイル、ピリジン-2,5-ジイル、フルオレン-2,7-ジイル、フェナントレン-2,7-ジイル、アントラセン-2,6-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、ヒドロキシ、塩素、炭素数1から12のアルキル、炭素数2から12のアルケニル、炭素数1から11のアルコキシ、または炭素数2から11のアルケニルオキシ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;
式(A-1)および式(A-2)において、Z10は独立して、単結合、-COO-、-OCO-、-CH=CH-COO-、-OCO-CH=CH-、-OCO-CHCH-、-CHCH-COO-、-C≡C-COO-、-OCO-C≡C-、-CHO-、-OCH-、-CFO-、-OCF-、-CONH-、-NHCO-、-(CH-、-CHCH-、-CFCF-、-CH=CH-、-CF=CF-または-C≡C-であり;
式(A-2)において、Z11は-CH=CH-CO-または-CO-CH=CH-であり;
式(A-1)および式(A-2)において、n10は0から4の整数であり;
式(B-1)および式(B-2)において、
20は水素、フッ素、塩素、ヒドロキシ、シアノ、ニトロ、トリフルオロメチル、炭素数1から10のアルキルまたは炭素数1から10のアルコキシであり;
Sp20およびSp21は独立して単結合または炭素数1から12のアルキレンであり、このアルキレンの少なくとも1つの水素はフッ素で置き換えられていてもよく、少なくとも1つの-CH-は、-O-、-COO-、または-OCO-で置き換えられてもよく、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;
20は独立して、単結合、-COO-、-OCO-、-CH=CH-COO-、-OCO-CH=CH-、-OCO-CHCH-、-CHCH-COO-、-C≡C-COO-、-OCO-C≡C-、-CHO-、-OCH-、-CFO-、-OCF-、-CONH-、-NHCO-、-(CH-、-CHCH-、-CFCF-、-CH=CH-、-CF=CF-または-C≡C-であり;
20は0から3の整数である。
項2. 項1に記載の式(A-1)および式(A-2)において、
10は独立して、式(Q-1)であり;
式(Q-1)において、
10は独立して、水素、フッ素、メチル、またはトリフルオロメチルであり;
20およびM30は水素であり;
Sp10およびSp11は独立して、単結合または炭素数2から12のアルキレンであり、このアルキレンの少なくとも1つの水素はフッ素、塩素または式(Q-6)で置き換えられていてもよく、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、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;
式(Q-6)において、M11は独立して、水素、フッ素、メチル、またはトリフルオロメチルであり;M21およびM31は水素であり;
Sp41は独立して、単結合または炭素数1から12のアルキレンであり、このアルキレンの少なくとも1つの水素はフッ素で置き換えられていてもよく、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;
式(A-1)、式(A-2)、式(B-1)および式(B-2)において、
環A10、環A20、環A30、環A40および環A50は独立して、1,4-シクロへキシレン、1,4-フェニレン、4,4’-ビフェニレン、ナフタレン-2,6-ジイル、1,2,3,4-テトラヒドロナフタレン-2,6-ジイルであるが、隣接する構造が-CH=CH-COO-、-OCO-CH=CH-、-C≡C-COO-、-OCO-C≡C-、-CH=CH-、-CF=CF-または-C≡C-の場合は、1,4-フェニレン、4,4’-ビフェニレン、ナフタレン-2,6-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、ヒドロキシ、トリフルオロメチル、炭素数1から5のアルキル、または炭素数1から5のアルコキシで置き換えられてもよく;
式(A-1)および式(A-2)において、Z10は独立して、単結合、-COO-、-OCO-、-CH=CH-COO-、-OCO-CH=CH-、-OCO-CHCH-、-CHCH-COO-、-C≡C-COO-、-OCO-C≡C-、-CHO-、-OCH-、-CFO-、-OCF-、-CONH-、-NHCO-、-(CH-、-CHCH-、-CFCF-、-CH=CH-、-CF=CF-または-C≡C-であり;
式(A-2)において、Z11は-CH=CH-CO-または-CO-CH=CH-であり;
式(A-1)および式(A-2)において、n10は0から4の整数であり;
式(B-1)および式(B-2)において、
20は水素、フッ素、ヒドロキシ、炭素数1から5のアルキルまたは炭素数1から5のアルコキシであり;
Sp20およびSp21は独立して単結合または炭素数1から12のアルキレンであり、このアルキレンの少なくとも1つの-CH-は、-O-で置き換えられてもよく;
20は0から3の整数である、項1に記載の液晶表示素子。
項3. 項1に記載の式(A-1)および式(A-2)において、
10は独立して、式(Q-1)であり;
式(Q-1)において、
10は独立して、水素またはメチルであり;
20およびM30は水素であり;
Sp10およびSp11は独立して、単結合または炭素数2から12のアルキレンであり、このアルキレンの少なくとも1つの水素は式(Q-6)で置き換えられていてもよく、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、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;
式(A-1)および式(A-2)において、Z10は独立して、単結合、-COO-、-OCO-、-CH=CH-COO-、-OCO-CH=CH-、-OCO-CHCH-、-CHCH-COO-、-C≡C-COO-、-OCO-C≡C-、-CHO-、-OCH-、-CFO-、-OCF-、-CONH-、-NHCO-、-(CH-、-CHCH-、-CFCF-、-CH=CH-、-CF=CF-または-C≡C-であり;
式(A-2)において、Z11は-CH=CH-CO-または-CO-CH=CH-であり;
環A10、環A20、環A30、環A40および環A50は独立して、1,4-フェニレン、1,4-シクロヘキシレン、ナフタレン-2,6-ジイル、またはテトラヒドロナフタレン-2,6-ジイルであるが、隣接する構造が-CH=CH-COO-、-OCO-CH=CH-、-C≡C-COO-、-OCO-C≡C-、-CH=CH-、-CF=CF-または-C≡C-の場合は、1,4-フェニレンまたはナフタレン-2,6-ジイルであり、この1,4-フェニレンにおいて、任意の水素はフッ素、ヒドロキシ、トリフルオロメチル、炭素数1から3のアルキル、または炭素数1から3のアルコキシで置き換えられていてもよく;
式(A-1)および式(A-2)において、n10は0から2の整数であり;
式(B-1)および式(B-2)において、
20は水素、フッ素、ヒドロキシ、炭素数1から5のアルキルまたは炭素数1から5のアルコキシであり;
Sp20およびSp21は独立して単結合または炭素数1から12のアルキレンであり、このアルキレンの少なくとも1つの-CH-は、-O-で置き換えられてもよく;
20は0から3の整数である、
項1または2に記載の液晶表示素子。
項4. 前記第一添加物である配向性モノマーの割合が、液晶性化合物の合計量を100重量部としたときに、0.1重量部から10重量部の範囲である、項1から3のいずれか1項に記載の液晶表示素子。
項5. 第一成分として式(1)で表される化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物を含有する、項1から4のいずれか1項に記載の液晶表示素子。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000026

式(1)において、Rは炭素数1から12のアルキル、炭素数1から12のアルコキシ、または炭素数2から12のアルケニルであり;環Aは、1,4-シクロヘキシレン、1,4-フェニレン、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、2,6-ジフルオロ-1,4-フェニレン、ピリミジン-2,5-ジイル、1,3-ジオキサン-2,5-ジイル、またはテトラヒドロピラン-2,5-ジイルであり;Zは、単結合、エチレン、カルボニルオキシ、-CH=CF-、-CF=CF-、ジフルオロメチレンオキシ、-CH=CF-CFO-または-CF=CF-CFO-であり;XおよびXは独立して、水素またはフッ素であり;Yは、フッ素、塩素、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、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2から12のアルケニルオキシであり;aは、1、2、3、または4である。
項6. 第一成分として式(1-1)から式(1-39)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項に記載の液晶表示素子。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000027

Figure JPOXMLDOC01-appb-I000028

Figure JPOXMLDOC01-appb-I000029

Figure JPOXMLDOC01-appb-I000030

Figure JPOXMLDOC01-appb-I000031

式(1-1)から式(1-39)において、Rは、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、または炭素数2から12のアルケニルである。
項7. 第一成分の割合が、液晶性化合物の合計量に対して10重量%から85重量%の範囲である、項5または6に記載の液晶表示素子。
項8. 第二成分として式(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7のいずれか1項に記載の液晶表示素子。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000032

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Bおよび環Cは独立して、1,4-シクロヘキシレン、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、エチレン、またはカルボニルオキシであり;bは、1、2、または3である。
項9. 第二成分として式(2-1)から式(2-13)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8のいずれか1項に記載の液晶表示素子。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000033

式(2-1)から式(2-13)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、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10. 第二成分の割合が、液晶性化合物の合計量に対して10重量%から85重量%の範囲である、項8または9に記載の液晶表示素子。
項11.  第三成分として式(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10のいずれか1項に記載の液晶表示素子。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000034

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り;環Dおよび環Fは独立して、1,4-シクロヘキシレン、1,4-シクロヘキセニレン、テトラヒドロピラン-2,5-ジイル、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、ナフタレン-2,6-ジイル、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ナフタレン-2,6-ジイル、クロマン-2,6-ジイル、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クロマン-2,6-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、エチレン、カルボニルオキシ、またはメチレンオキシであり;cは、1、2、または3であり、dは、0または1であり;cとdとの和は3以下である。
項12. 第三成分として式(3-1)から式(3-22)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11のいずれか1項に記載の液晶表示素子。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000035

Figure JPOXMLDOC01-appb-I000036

式(3-1)から式(3-22)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13. 第三成分の割合が、液晶性化合物の合計量に対して3重量%から25重量%の範囲である、項11または12に記載の液晶表示素子。
項14. 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つの化合物をさらに含有する、項1から13のいずれか1項に記載の液晶表示素子。

Figure JPOXMLDOC01-appb-I000037

式(4)において、環Fおよび環I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G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、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-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;hは0、1、または2であり;e、f、およびgは独立して、0、1、2、3、または4であり、そしてe、f、およびgの和は、1以上である。
項15. 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14に記載の液晶表示素子。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000038

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16. 第二添加物として式(4-1)から式(4-27)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15のいずれか1項に記載の液晶表示素子。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000039

Figure JPOXMLDOC01-appb-I000040

Figure JPOXMLDOC01-appb-I000041

式(4-1)から式(4-27)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、

Figure JPOXMLDOC01-appb-I000042

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;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、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17. 第二添加物の割合が、液晶性化合物の合計量を100重量部としたときに、0.03重量部から10重量部の範囲である、項14から16のいずれか1項に記載の液晶表示素子。
項18. 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0.07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以上である、項1から17のいずれか1項に記載の液晶表示素子。
項19. 一対の基板の間に、項1から18のいずれか1項に記載の液晶表示素子中の液晶組成物と、電極とを有し、直線偏光を照射することによって、前記液晶組成物中の第一添加物が反応した、液晶表示素子。
項20. 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19に記載の液晶表示素子。
項21. 液晶表示素子の動作モードが、IPSモードまたはFFS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19に記載の液晶表示素子。
項22. 項14から17のいずれか1項に記載の液晶表示素子中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23. 項1から17のいずれか1項に記載の液晶表示素子中の液晶組成物の、液晶表示素子における使用。
項24. 項1から17のいずれか1項に記載の液晶表示素子中の液晶組成物の、高分子支持配向型の液晶表示素子における使用。
項25. 項1から3のいずれかに記載の液晶表示素子中の式(A-1)、式(A-2)、式(B-1)及び式(B-2)で表される化合物の配向制御層形成用モノマーとしての使用。
項26. 項1から17のいずれか1項に記載の液晶表示素子中の液晶組成物。
 本発明は、次の項も含む。(a)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、極性化合物などの添加物の少なくとも1つをさらに含有する上記の組成物。(b)上記の組成物を含有するAM素子。(c)重合性化合物をさらに含有する上記の組成物を含有する高分子支持配向(PSA)型のAM素子。(d)上記の組成物を含有し、この組成物中の重合性化合物が重合されている、高分子支持配向(PSA)型のAM素子。(e)上記の組成物を含有し、そしてPC、TN、STN、ECB、OCB、IPS、VA、FFS、またはFPAのモードを有する素子。(f)上記の組成物を含有する透過型の素子。(g)上記の組成物を、ネマチック相を有する組成物としての使用。(h)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。
 本発明の液晶表示素子に用いる液晶組成物に含まれるシンナメート基またはカルコン基、および水酸基を有する配向性モノマーについて説明する。この化合物は第一添加物である。この化合物は、紫外線を吸収し、二量化や異性化のような反応および重合反応を引き起こし、本発明では、式(A-1)、式(A-2)、式(B-1)および式(B-2)で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000043

Figure JPOXMLDOC01-appb-I000044
式(A-1)および式(A-2)において、P10は独立して、式(Q-1)から式(Q-5)で表される基から選択された基であり;
式(Q-1)から式(Q-5)において、M10、M20、およびM30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;
式(A-1)および式(A-2)において、
Sp10およびSp11は独立して、単結合または炭素数1から12のアルキレンであり、このアルキレンの少なくとも1つの水素はフッ素、塩素または式(Q-6)で置き換えられていてもよく、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、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;

Figure JPOXMLDOC01-appb-I000045

式(Q-6)において、M11、M21、およびM31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;
Sp41は独立して、単結合または炭素数1から12のアルキレンであり、このアルキレンの少なくとも1つの水素はフッ素または塩素で置き換えられていてもよく、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;
式(A-1)、式(A-2)、式(B-1)および式(B-2)において、
環A10、環A20、環A30、環A40および環A50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、4,4’-ビフェニレン、ナフタレン-2,6-ジイル、デカヒドロナフタレン-2,6-ジイル、1,2,3,4-テトラヒドロナフタレン-2,6-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、ピリジン-2,5-ジイル、フルオレン-2,7-ジイル、フェナントレン-2,7-ジイル、アントラセン-2,6-ジイル、ペルヒドロシクロペンタ[a]フェナントレン-3,17-ジイル、または2,3,4,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17-テトラデカヒドロシクロペンタ[a]フェナントレン-3,17-ジイルであるが、隣接する構造が-CH=CH-COO-、-OCO-CH=CH-、-C≡C-COO-、-OCO-C≡C-、-CH=CH-、-CF=CF-または-C≡C-の場合は、1,4-フェニレン、4,4’-ビフェニレン、ナフタレン-2,6-ジイル、ピリミジン-2,5-ジイル、ピリジン-2,5-ジイル、フルオレン-2,7-ジイル、フェナントレン-2,7-ジイル、アントラセン-2,6-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、ヒドロキシ、塩素、炭素数1から12のアルキル、炭素数2から12のアルケニル、炭素数1から11のアルコキシ、または炭素数2から11のアルケニルオキシ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;
式(A-1)および式(A-2)において、Z10は独立して、単結合、-COO-、-OCO-、-CH=CH-COO-、-OCO-CH=CH-、-OCO-CHCH-、-CHCH-COO-、-C≡C-COO-、-OCO-C≡C-、-CHO-、-OCH-、-CFO-、-OCF-、-CONH-、-NHCO-、-(CH-、-CHCH-、-CFCF-、-CH=CH-、-CF=CF-または-C≡C-であり;
式(A-2)において、Z11は-CH=CH-CO-または-CO-CH=CH-であり;
式(A-1)および式(A-2)において、n10は0から4の整数であり;
式(B-1)および式(B-2)において、
20は水素、フッ素、塩素、ヒドロキシ、シアノ、ニトロ、トリフルオロメチル、炭素数1から10のアルキルまたは炭素数1から10のアルコキシであり;
Sp20およびSp21は独立して単結合または炭素数1から12のアルキレンであり、このアルキレンの少なくとも1つの水素はフッ素で置き換えられていてもよく、少なくとも1つの-CH-は、-O-、-COO-、または-OCO-で置き換えられてもよく、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;
20は独立して、単結合、-COO-、-OCO-、-CH=CH-COO-、-OCO-CH=CH-、-OCO-CHCH-、-CHCH-COO-、-C≡C-COO-、-OCO-C≡C-、-CHO-、-OCH-、-CFO-、-OCF-、-CONH-、-NHCO-、-(CH-、-CHCH-、-CFCF-、-CH=CH-、-CF=CF-または-C≡C-であり;
20は0から3の整数である。
第一添加物であるシンナメート基またはカルコン基、および水酸基を有する配向性モノマーは、紫外線が照射されることによりトランス体からシス体への光異性化や、二量化によるシクロブタン環の形成が生じる。また、水酸基と基板界面の相互作用により、第一添加物が基板界面側に吸着しやすくなると考えられる。また、重合性基を有しているため重合により固定化される。この性質を利用して液晶分子を配向させることが可能な薄膜を調製することができる。この薄膜を調製するために、照射する紫外線は直線偏光が適している。まず、液晶組成物に第一添加物である配向性モノマーを液晶性化合物の合計量を100重量部としたときに、0.1重量部から10重量部の範囲で添加し、第一添加物を溶解させるために組成物を加温する。この組成物を、配向膜を有しない素子に注入する。次に、素子を加温しながら、基板界面側に吸着した第一添加物からなる薄膜に直線偏光を照射することによって光異性化や二量化を促進させる。光異性化した化合物や二量化した化合物は一定方向に配列される。同時に光重合も生じ、基板上に薄膜が固定化される。形成された薄膜は液晶配向膜としての機能を有する。
 本発明で使用される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や素子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合せ、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。第八に、組成物の用途を説明する。第九に、素子を製造する方法を説明する。
 第一に、組成物の構成を説明する。この組成物は、複数の液晶性化合物を含有する。この組成物は、添加物を含有してもよい。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。この組成物は、液晶性化合物の観点から組成物Aと組成物Bに分類される。組成物Aは、化合物(1)および化合物(2)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(1)および化合物(2)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。
 組成物Bは、実質的に化合物(1)および化合物(2)から選択された液晶性化合物のみからなる。「実質的に」の用語は、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や素子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(ゼロ)は、誘電率異方性が極めて小さいことを意味する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000046
 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。シンナメート基またはカルコン基、および水酸基を有する配向性モノマーは第一添加物である。この化合物は、偏光によって二量化や異性化および重合を行うとき、分子レベルで一定方向に配列される。したがって、第一添加物から形成した薄膜は、ポリイミドのような配向膜と同様に、液晶分子を配向させる。第一成分である化合物(1)は、誘電率異方性を上げる。第二成分である化合物(2)は、粘度を下げる、または上限温度を上げる。第三成分である化合物(3)は、短軸方向における誘電率を上げる。第二添加物である化合物(4)は、重合によって重合体を与え、この重合体は、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。
 第三に、組成物における成分の組合せ、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合せは、第一成分+添加物、第一成分+第二成分+添加物、第一成分+第三成分+添加物、または第一成分+第二成分+第三成分+添加物である。さらに好ましい組み合わせは、第一成分+第二成分+添加物である。
 第一添加物の好ましい割合は、液晶分子を配向させるために、液晶性化合物の合計量を100重量部としたときに、約0.1重量部以上であり、素子の表示不良を防ぐために約10重量部以下である。さらに好ましい割合は、約0.3重量部から約6重量部の範囲である。特に好ましい割合は、約0.5重量部から約4重量部の範囲である。
 第一成分の好ましい割合は、誘電率異方性を上げるために、液晶性化合物の合計量に対して、約10重量%以上であり、下限温度を下げるために、または粘度を下げるために約85重量%以下である。さらに好ましい割合は約15重量%から約80重量%の範囲である。特に好ましい割合は約20重量%から約75重量%の範囲である。
 第二成分の好ましい割合は、上限温度を上げるために、または粘度を下げるために、液晶性化合物の合計量に対して、約10重量%以上であり、誘電率異方性を上げるために約85重量%以下である。さらに好ましい割合は約15重量%から約80重量%の範囲である。特に好ましい割合は約20重量%から約75重量%の範囲である。
 第三成分の好ましい割合は、短軸方向における誘電率を上げるために、液晶性化合物の合計量に対して、約3重量%以上であり、下限温度を下げるために約25重量%以下である。さらに好ましい割合は約5重量%から約20重量%の範囲である。特に好ましい割合は約5重量%から約15重量%の範囲である。
 第二添加物は、高分子支持配向型の素子に適合させる目的で、組成物に添加してもよい。この添加物の好ましい割合は、液晶分子を配向させるために、液晶性化合物の合計量を100重量部としたときに、約0.03重量部以上であり、素子の表示不良を防ぐために約10重量部以下である。さらに好ましい割合は、約0.1重量部から約2重量部の範囲である。特に好ましい割合は、約0.2重量部から約1.0重量部の範囲である。
第四に、成分化合物の好ましい形態を説明する。式(1)、式(2)、および式(3)において、Rは炭素数1から12のアルキル、炭素数1から12のアルコキシ、または炭素数2から12のアルケニルである。好ましいRは、紫外線または熱に対する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。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、紫外線または熱に対する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。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、紫外線または熱に対する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、短軸方向における誘電率を上げるために、炭素数1から12のアルコキシである。
 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メチル、エチル、プロピル、ブチル、またはペンチルである。
 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。さらに好ましいアルコキシは、粘度を下げるために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。これらのアルケニルにおいては、分岐よりも直鎖のアルケニルが好ましい。
 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。さらに好ましいアルケニルオキシは、粘度を下げるために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Aは、1,4-シクロヘキシレン、1,4-フェニレン、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、2,6-ジフルオロ-1,4-フェニレン、ピリミジン-2,5-ジイル、1,3-ジオキサン-2,5-ジイル、またはテトラヒドロピラン-2,5-ジイルである。好ましい環Aは、光学異方性を上げるために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。テトラヒドロピラン-2,5-ジイルは、
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000047

または
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000048

であり、好ましくは
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000049

である。
 環Bおよび環Cは独立して、1,4-シクロヘキシレン、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Bまたは環Cは、粘度を下げるために1,4-シクロヘキシレンであり、または光学異方性を上げるために1,4-フェニレンである。環Dおよび環Fは独立して、1,4-シクロヘキシレン、1,4-シクロヘキセニレン、テトラヒドロピラン-2,5-ジイル、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、ナフタレン-2,6-ジイル、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ナフタレン-2,6-ジイル、クロマン-2,6-ジイル、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クロマン-2,6-ジイルである。
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、短軸方向における誘電率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。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、短軸方向における誘電率を上げるために2,3-ジフルオロ-1,4-フェニレンである。
は、単結合、エチレン、カルボニルオキシ、-CH=CF-、-CF=CF-、ジフルオロメチレンオキシ、-CH=CF-CFO-または-CF=CF-CFO-である。好ましいZは、粘度を下げるために単結合であり、誘電率異方性を上げるためにジフルオロメチレンオキシである。Zは、単結合、エチレン、またはカルボニルオキシである。好ましいZは、粘度を下げるために単結合である。ZおよびZは独立して、単結合、エチレン、カルボニルオキシ、またはメチレンオキシである。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、短軸方向における誘電率を上げるためにメチレンオキシである。
およびXは独立して、水素またはフッ素である。好ましいXまたはXは、誘電率異方性を上げるためにフッ素である。
 Yは、フッ素、塩素、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、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2から12のアルケニルオキシである。好ましいYは、下限温度を下げるためにフッ素である。
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、トリフルオロメチルである。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コキシの好ましい例は、トリフルオロメトキシである。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ケニルオキシの好ましい例は、トリフルオロビニルオキシである。
 aは、1、2、3、または4である。好ましいaは、下限温度を下げるために2であり、誘電率異方性を上げるために3である。bは、1、2、または3である。好ましいb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。cは、1、2、または3であり、dは、0または1であり、cとdとの和は3以下である。好ましいc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d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。
 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)で表される基の群から選択された重合性基である。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-I000050
 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、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、-CH-CH-、-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。
 環Fおよび環I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Fまたは環Iは、フェニルである。環G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G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、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、-CH-CH-、-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。
 hは、0、1、または2である。好ましいdは、0または1である。e、f、およびgは独立して、0、1、2、3、または4であり、e、f、およびgの和は、1以上である。好ましいe、f、またはgは、1または2である。
 第五に、好ましい成分化合物を示す。好ましい第一添加物である配向性モノマーについて説明する。配向性モノマーは、重合性基と水酸基を少なくとも1つ以上有することが好ましい。重合性基を1つ有し、水酸基を少なくとも1つ有する配向性モノマーを重合させることで得られる薄膜(重合体)は柔軟であるが、水酸基と基板の分子間力を有しているため、液晶表示素子を駆動させる温度環境では変形が少ないと考えられる。そのため、配向制御力を維持する効果が期待される。重合性基を2つ以上有し、水酸基を少なくとも1つ有する配向性モノマーの場合は、重合後に得られる薄膜の架橋密度が上がり強固な膜になると考えられるため、高い温度環境でも配向制御力が維持されることが期待される。偏光により、二量化や異性化を生じる部位はカルコン構造やシンナメート構造を有する部分である。分子内に複数有する場合でも同様な効果が期待される。液晶性化合物への溶解性を制御するには、液晶性化合物の末端鎖との相溶性を上げるため、重合性基と環状構造の間にスペーサーを導入しても良い。スペーサーは直鎖状や分岐状が好ましい。スペーサーの長さは炭素数2以上が好ましい。配向性モノマーは単独あるいは2種以上の組み合わせで用いてもよい。好ましい配向性モノマーを具体的に例示する。
 好ましい第一添加物は、化合物(A-1-1)から化合物(A-1-9)、化合物(B-1-1)から化合物(B-1-8)である。これらの化合物におけるnおよびmは独立して2から6である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000051

Figure JPOXMLDOC01-appb-I000052
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000053
 好ましい化合物(1)は、項6に記載の化合物(1-1)から化合物(1-39)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(1-4)、化合物(1-12)、化合物(1-14)、化合物(1-15)、化合物(1-17)、化合物(1-18)、化合物(1-23)、化合物(1-24)、化合物(1-27)、化合物(1-29)、または化合物(1-30)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(1-12)および化合物(1-15)、化合物(1-14)および化合物(1-27)、化合物(1-18)および化合物(1-24)、化合物(1-18)および化合物(1-29)、化合物(1-24)および化合物(1-29)、または化合物(1-29)および化合物(1-30)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9に記載の化合物(2-1)から化合物(2-13)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(2-1)、化合物(2-3)、化合物(2-5)、化合物(2-6)、または化合物(2-7)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(2-1)および化合物(2-5)、化合物(2-1)および化合物(2-6)、化合物(2-1)および化合物(2-7)、化合物(2-3)および化合物(2-5)、化合物(2-3)および化合物(2-6)、化合物(2-3)および化合物(2-7)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12に記載の化合物(3-1)から化合物(3-22)である。これらの化合物において、第三成分の少なくとも1つが、化合物(3-1)、化合物(3-3)、化合物(3-4)、化合物(3-6)、化合物(3-8)、または化合物(3-10)であることが好ましい。第三成分の少なくとも2つが、化合物(3-1)および化合物(3-6)、化合物(3-3)および化合物(3-6)、化合物(3-3)および化合物(3-10)、化合物(3-4)および化合物(3-6)、化合物(3-4)および化合物(3-8)、または化合物(3-6)および化合物(3-10)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(4-1)から化合物(4-5)である。光学活性化合物の好ましい割合は、液晶性化合物の合計量を100重量部としたときに、約5重量部以下である。さらに好ましい割合は約0.01重量部から約2重量部の範囲である。

Figure JPOXMLDOC01-appb-I000054
 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(5)などである。

Figure JPOXMLDOC01-appb-I000055
 化合物(5)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(5)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重量部から約10重量部の範囲である。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(4)はこの目的に適している。化合物(4)と共に化合物(4)とは異なる重合性化合物を組成物に添加してもよい。化合物(4)の代わりに、化合物(4)とは異なる重合性化合物を組成物に添加してもよい。このような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)、ビニルケトンなどの化合物である。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の誘導体である。化合物(4)の種類を変えることによって、または化合物(4)とは異なる重合性化合物を適切な比で組み合せることによって、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(4)のような重合性化合物は紫外線照射により重合する。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。例えば光重合開始剤であるOmnirad651(登録商標;IGM Resins)、Omnirad184(登録商標;IGM Resins)、またはOmnirad1173(登録商標;IGM Resins)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、重合性化合物の総量に基づいて約0.1重量部から約5重量部の範囲である。さらに好ましい割合は約1重量部から約3重量部の範囲である。
 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。
 極性化合物は、極性をもつ有機化合物である。ここでは、イオン結合を有する化合物は含まれない。酸素、硫黄、および窒素のような原子は、より電気的に陰性であり、部分的な負電荷をもつ傾向にある。炭素および水素は中性であるか、または部分的な正電荷をもつ傾向がある。極性は、化合物中の別種の原子間で部分電荷が均等に分布しないことから生じる。例えば、極性化合物は、-OH、-COOH、-SH、-NH、>NH、>N-のような部分構造の少なくとも1つを有する。
 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(1-1)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(2-5)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(3-18)は特開平7-101900号公報に記載された方法で合成する。酸化防止剤は市販されている。式(5)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(5)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。第一添加物であるシンナメート基またはカルコン基、水酸基および重合性基を有する化合物は、特開2012-87286号公報、特開2012-107198号公報に記載された方法で合成する。α-フルオロアクリレート基を有する重合性化合物は特開2005-112850号公報に記載の方法を参考に合成する。
 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。
 第八に、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、この方法によって約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、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。VA、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、液晶分子の配列がガラス基板に対して平行であってもよく、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。非晶質シリコン-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。
 第九に、素子を製造する方法を説明する。第一は、第一添加物を液晶組成物に添加し、組成物を上限温度より高い温度で加温して溶解させる工程である。第二は、この組成物を液晶表示素子に注入する工程である。この工程において、上限温度より高い温度で液晶組成物を加温して注入すると、液晶組成物がセル内で流動する際のせん断応力を低減することができ、配向欠陥の発生を防止しやすくなる。第三は、上限温度より高い温度に液晶組成物を加温したまま、偏光紫外線を照射する工程である。第一添加物は、直線偏光によって二量化または異性化され、同時に重合も進行する。直線偏光紫外線の好ましい積算光量(J/cm)は、素子面到達時で0.1~20J/cm2である。積算光量の好ましい範囲は0.1~10J/cm2であり、より好ましい範囲は0.1~7J/cm2である。積算光量(J/cm)は、紫外線の照度(単位:mW/cm)×照射時間(単位:sec)で求めることができる。直線偏光紫外線照射時の温度条件は、上記の熱処理温度と同様に設定されることが好ましい。直線偏光紫外線照射の時間は、ランプ照度から計算されるため、生産効率の観点からは可能な限り高い照度で行うほうが好ましい。第一添加物からなる重合体は薄膜として基板上に形成され固定化される。この重合体は分子レベルで一定方向に配列されるので、薄膜は液晶配向膜としての機能を有する。この方法によって、ポリイミドのような配向膜を有しない液晶表示素子を製造することができる。
 実施例により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、実施例1の組成物と実施例2の組成物との混合物を含む。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り同定した。化合物、組成物および素子の特性は、下記に記載した方法により測定した。
 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(FID)で検出する。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(重量比)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-I000056
 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;以下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。ツイスト角が0°であり、そして2枚のガラス基板の間隔(セルギャップ)が5μmであるTN素子に試料を入れた。この素子に16Vから19.5Vの範囲で0.5V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らの論文中の40頁記載の計算式(8)とから回転粘度の値を得た。この計算で必要な誘電率異方性の値は、この回転粘度を測定した素子を用い、(6)項で測定した。
(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り行なった。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):2枚のガラス基板の間隔(セルギャップ)が9μmであり、そしてツイスト角が80度であるTN素子に試料を入れた。この素子にサイン波(10V、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。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。誘電率異方性の値は、Δε=ε∥-ε⊥、の式から計算した。
(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0.45/Δn(μm)であり、ツイスト角が80度であるノーマリーホワイトモード(normally white mode)のTN素子に試料を入れた。この素子に印加する電圧(32Hz、矩形波)は0Vから10V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90%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。この素子は試料を入れ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%以上がより好ましい。
(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5.0μmであり、ツイスト角が80度であるノーマリーホワイトモード(normally white mode)のTN素子に試料を入れた。この素子に矩形波(60Hz、5V、0.5秒)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。立ち上がり時間(τr:rise time;ミリ秒)は、透過率が90%から10%に変化するのに要した時間である。立ち下がり時間(τf:fall time;ミリ秒)は透過率10%から90%に変化するのに要した時間である。応答時間は、このようにして求めた立ち上がり時間と立ち下がり時間との和で表した。
(13)弾性定数(K;25℃で測定;pN):測定には横河・ヒューレットパッカード株式会社製のHP4284A型LCRメータを用いた。2枚のガラス基板の間隔(セルギャップ)が20μmである水平配向素子に試料を入れた。この素子に0ボルトから20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(2.99)からK11およびK33の値を得た。次に同171頁にある式(3.18)に、先ほど求めたK11およびK33の値を用いてK22を算出した。弾性定数は、このようにして求めたK11、K22、およびK33の平均値で表した。
(14)比抵抗(ρ;25℃で測定;Ωcm):電極を備えた容器に試料1.0mLを注入した。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)らせんピッチ(P;室温で測定;μm):らせんピッチはくさび法にて測定した。「液晶便覧」、196頁(2000年発行、丸善)を参照。試料をくさび形セルに注入し、室温で2時間静置した後、ディスクリネーションラインの間隔(d2-d1)を偏光顕微鏡(ニコン(株)、商品名MM40/60シリーズ)によって観察した。らせんピッチ(P)は、くさびセルの角度をθと表した次の式から算出した。P=2×(d2-d1)×tanθ。
 実施例における化合物は、下記の表3の定義に基づいて記号により表した。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。記号の後にあるかっこ内の番号は化合物の番号に対応する。(-)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、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。
表3 記号を用いた化合物の表記法
R-(A)-Z-・・・・・Z-(A)-R’
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000057

Figure JPOXMLDOC01-appb-I000058

Figure JPOXMLDOC01-appb-I000059

Figure JPOXMLDOC01-appb-I000060

Figure JPOXMLDOC01-appb-I000061
素子の実施例
1.原料
 配向膜を有しない素子に、配向性モノマーを添加した組成物を注入した。直線偏光を照射したあと、この素子における液晶分子の配向を確認した。最初に原料を説明する。原料は、配向性モノマーおよび組成物(M1)から組成物(M20)のような組成物である。配向性モノマーは、後述するような化合物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-HHXB(F,F)-F         (1-4)     6%
3-BB(F,F)XB(F,F)-F    (1-18)   13%
3-HHBB(F,F)-F         (1-19)    4%
4-HHBB(F,F)-F         (1-19)    5%
3-HBBXB(F,F)-F        (1-23)    3%
3-BB(F)B(F,F)XB(F)-F  (1-28)    2%
4-BB(F)B(F,F)XB(F,F)-F(1-29)    8%
5-BB(F)B(F,F)XB(F,F)-F(1-29)    7%
3-HH-V                (2-1)    44%
V-HHB-1               (2-5)     6%
2-BB(F)B-3            (2-8)     2%
NI=79.8℃;Tc<-30℃;Δn=0.106;Δε=8.5;Vth=1.45V;η=11.6mPa・s;γ1=60.0mPa・s.
[組成物(M2)]
5-HXB(F,F)-F          (1-1)     3%
3-HHXB(F,F)-F         (1-4)     3%
3-HHXB(F,F)-CF3       (1-5)     3%
3-HGB(F,F)-F          (1-6)     3%
3-HB(F)B(F,F)-F       (1-9)     5%
3-BB(F,F)XB(F,F)-F    (1-18)    6%
3-HHBB(F,F)-F         (1-19)    6%
5-BB(F)B(F,F)XB(F)B(F,F)-F
                      (1-31)    2%
3-BB(2F,3F)XB(F,F)-F  (1-32)    4%
3-B(2F,3F)BXB(F,F)-F  (1-33)    5%
3-HHB(F,F)XB(F,F)-F   (1)       4%
3-HB-CL               (1)       3%
3-HHB-OCF3            (1)       3%
3-HH-V                (2-1)    22%
3-HH-V1               (2-1)    10%
5-HB-O2               (2-2)     5%
3-HHEH-3              (2-4)     3%
3-HBB-2               (2-6)     7%
5-B(F)BB-3            (2-7)     3%
NI=71.2℃;Tc<-20℃;Δn=0.099;Δε=6.1;Vth=1.74V;η=13.2mPa・s;γ1=59.3mPa・s.
[組成物(M3)]
5-HXB(F,F)-F          (1-1)     6%
3-HHXB(F,F)-F         (1-4)     6%
V-HB(F)B(F,F)-F       (1-9)     5%
3-HHB(F)B(F,F)-F      (1-20)    7%
2-BB(F)B(F,F)XB(F)-F  (1-28)    3%
3-BB(F)B(F,F)XB(F)-F  (1-28)    3%
4-BB(F)B(F,F)XB(F)-F  (1-28)    4%
5-HB-CL               (1)       5%
2-HH-5                (2-1)     8%
3-HH-V                (2-1)    10%
3-HH-V1               (2-1)     7%
4-HH-V                (2-1)    10%
4-HH-V1               (2-1)     8%
5-HB-O2               (2-2)     7%
4-HHEH-3              (2-4)     3%
1-BB(F)B-2V           (2-8)     3%
1O1-HBBH-3            (-)       5%
NI=78.5℃;Tc<-20℃;Δn=0.095;Δε=3.4;Vth=1.50V;η=8.4mPa・s;γ1=54.2mPa・s.
[組成物(M4)]
3-HHEB(F,F)-F         (1-3)     5%
3-HHXB(F,F)-F         (1-4)     7%
5-HBEB(F,F)-F         (1-10)    5%
3-BB(F,F)XB(F,F)-F    (1-18)   10%
2-HHB(F)B(F,F)-F      (1-20)    3%
3-HB(2F,3F)BXB(F,F)-F (1-34)    3%
3-BB(2F,3F)BXB(F,F)-F (1-35)    2%
5-HHB(F,F)XB(F,F)-F   (1)       6%
2-HH-3                (2-1)     8%
3-HH-V                (2-1)    20%
3-HH-V1               (2-1)     7%
4-HH-V                (2-1)     6%
5-HB-O2               (2-2)     5%
V2-B2BB-1             (2-9)     3%
3-HHEBH-3             (2-11)    5%
3-HHEBH-5             (2-11)    5%
NI=90.3℃;Tc<-20℃;Δn=0.089;Δε=5.5;Vth=1.65V;η=13.6mPa・s;γ1=60.1mPa・s.
[組成物(M5)]
3-BB(F,F)XB(F,F)-F    (1-18)   12%
3-HHBB(F,F)-F         (1-19)    5%
4-HHBB(F,F)-F         (1-19)    4%
3-HBBXB(F,F)-F        (1-23)    3%
3-BB(F)B(F,F)XB(F)-F  (1-28)    3%
3-BB(F)B(F,F)XB(F,F)-F(1-29)    3%
4-BB(F)B(F,F)XB(F,F)-F(1-29)    5%
5-BB(F)B(F,F)XB(F,F)-F(1-29)    4%
2-HH-3                (2-1)     6%
3-HH-5                (2-1)     6%
3-HH-V                (2-1)    25%
3-HH-VFF              (2-1)     6%
5-HB-O2               (2-2)     7%
V-HHB-1               (2-5)     6%
V-HBB-2                     (2-6)     5%
NI=78.3℃;Tc<-20℃;Δn=0.107;Δε=7.0;Vth=1.55V;η=11.6mPa・s;γ1=55.6mPa・s.
[組成物(M6)]
3-HHXB(F,F)-F         (1-4)     3%
3-BBXB(F,F)-F         (1-17)    3%
3-BB(F,F)XB(F,F)-F    (1-18)    8%
3-HHBB(F,F)-F         (1-19)    5%
4-HHBB(F,F)-F         (1-19)    4%
3-BB(F)B(F,F)XB(F,F)-F(1-29)    3%
4-BB(F)B(F,F)XB(F,F)-F(1-29)    6%
5-BB(F)B(F,F)XB(F,F)-F(1-29)    5%
3-HH-V                (2-1)    30%
3-HH-V1               (2-1)     5%
3-HHB-O1              (2-5)     2%
V-HHB-1               (2-5)     5%
2-BB(F)B-3            (2-8)     6%
F3-HH-V               (-)      15%
NI=80.4℃;Tc<-20℃;Δn=0.106;Δε=5.8;Vth=1.40V;η=11.6mPa・s;γ1=61.0mPa・s.
[組成物(M7)]
3-HGB(F,F)-F          (1-6)     3%
5-GHB(F,F)-F          (1-7)     4%
3-GB(F,F)XB(F,F)-F    (1-14)    5%
3-BB(F)B(F,F)-CF3     (1-16)    2%
3-HHBB(F,F)-F         (1-19)    4%
3-GBB(F)B(F,F)-F      (1-22)    2%
2-dhBB(F,F)XB(F,F)-F  (1-25)    4%
3-GB(F)B(F,F)XB(F,F)-F(1-27)    3%
3-HGB(F,F)XB(F,F)-F   (1)       5%
7-HB(F,F)-F           (1)       3%
2-HH-3                (2-1)    14%
2-HH-5                (2-1)     4%
3-HH-V                (2-1)    26%
1V2-HH-3              (2-1)     5%
1V2-BB-1              (2-3)     3%
2-BB(F)B-3            (2-8)     3%
3-HB(F)HH-2           (2-10)    4%
5-HBB(F)B-2           (2-13)    6%
NI=78.4℃;Tc<-20℃;Δn=0.094;Δε=5.6;Vth=1.45V;η=11.5mPa・s;γ1=61.7mPa・s.
[組成物(M8)]
3-HBB(F,F)-F          (1-8)     5%
5-HBB(F,F)-F          (1-8)     4%
3-BB(F)B(F,F)-F       (1-15)    3%
3-BB(F)B(F,F)XB(F,F)-F(1-29)    3%
4-BB(F)B(F,F)XB(F,F)-F(1-29)    5%
3-BB(F,F)XB(F)B(F,F)-F(1-30)    3%
5-BB(F)B(F,F)XB(F)B(F,F)-F
                      (1-31)    4%
3-HH2BB(F,F)-F        (1)       3%
4-HH2BB(F,F)-F        (1)       3%
2-HH-5                (2-1)     8%
3-HH-V                (2-1)    25%
3-HH-V1               (2-1)     7%
4-HH-V1               (2-1)     6%
5-HB-O2               (2-2)     5%
7-HB-1                (2-2)     5%
VFF-HHB-O1            (2-5)     8%
VFF-HHB-1             (2-5)     3%
NI=80.0℃;Tc<-20℃;Δn=0.101;Δε=4.6;Vth=1.71V;η=11.0mPa・s;γ1=47.2mPa・s.
[組成物(M9)]
3-HHB(F,F)-F          (1-2)     8%
3-GB(F)B(F)-F         (1-11)    2%
3-GB(F)B(F,F)-F       (1-12)    3%
3-BB(F,F)XB(F,F)-F    (1-18)    8%
3-GB(F)B(F,F)XB(F,F)-F(1-27)    6%
5-GB(F)B(F,F)XB(F,F)-F(1-27)    5%
3-HH-V                (2-1)    30%
3-HH-V1               (2-1)    10%
1V2-HH-3              (2-1)     8%
3-HH-VFF              (2-1)     8%
V2-BB-1               (2-3)     2%
5-HB(F)BH-3           (2-12)    5%
5-HBBH-3              (2)       5%
NI=78.6℃;Tc<-20℃;Δn=0.088;Δε=5.6;Vth=1.85V;η=13.9mPa・s;γ1=66.9mPa・s.
[組成物(M10)]
3-HHEB(F,F)-F         (1-3)     4%
5-HHEB(F,F)-F         (1-3)     3%
3-HBEB(F,F)-F         (1-10)    3%
5-HBEB(F,F)-F         (1-10)    3%
3-BB(F)B(F,F)-F       (1-15)    3%
3-GB(F)B(F,F)XB(F,F)-F(1-27)    5%
4-GB(F)B(F,F)XB(F,F)-F(1-27)    5%
5-HB-CL               (1)       5%
3-HHB-OCF3            (1)       4%
3-HHB(F,F)XB(F,F)-F   (1)       5%
5-HHB(F,F)XB(F,F)-F   (1)       3%
3-HGB(F,F)XB(F,F)-F   (1)       5%
2-HH-5                (2-1)     3%
3-HH-5                (2-1)     5%
3-HH-V                (2-1)    24%
4-HH-V                (2-1)     5%
1V2-HH-3              (2-1)     5%
3-HHEH-3              (2-4)     5%
5-B(F)BB-2            (2-7)     3%
5-B(F)BB-3            (2-7)     2%
NI=82.9℃;Tc<-20℃;Δn=0.093;Δε=6.9;Vth=1.50V;η=16.3mPa・s;γ1=65.2mPa・s.
[組成物(M11)]
3-HHXB(F,F)-F         (1-4)     9%
3-HBB(F,F)-F          (1-8)     3%
3-BB(F)B(F,F)-F       (1-15)    4%
3-BB(F)B(F,F)-CF3     (1-16)    4%
3-BB(F,F)XB(F,F)-F    (1-18)    5%
3-GBB(F)B(F,F)-F      (1-22)    3%
4-GBB(F)B(F,F)-F      (1-22)    4%
3-HH-V                (2-1)    25%
3-HH-V1               (2-1)    10%
5-HB-O2               (2-2)    10%
7-HB-1                (2-2)     5%
V2-BB-1               (2-3)     3%
3-HHB-1               (2-5)     4%
1V-HBB-2              (2-6)     5%
5-HBB(F)B-2           (2-13)    6%
NI=79.6℃;Tc<-20℃;Δn=0.111;Δε=4.7;Vth=1.86V;η=9.7mPa・s;γ1=49.9mPa・s.
[組成物(M12)]
3-BB(F,F)XB(F,F)-F    (1-18)   14%
5-BB(F)B(F,F)XB(F,F)-F(1-29)    7%
7-HB(F,F)-F           (1)       6%
2-HH-5                (2-1)     5%
3-HH-V                (2-1)    30%
3-HH-V1               (2-1)     3%
3-HH-VFF              (2-1)    10%
3-HHB-1               (2-5)     4%
3-HHB-3               (2-5)     5%
3-HHB-O1              (2-5)     3%
1-BB(F)B-2V           (2-8)     3%
3-HHEBH-3             (2-11)    3%
3-HHEBH-4             (2-11)    4%
3-HHEBH-5             (2-11)    3%
NI=83.0℃;Tc<-20℃;Δn=0.086;Δε=3.8;Vth=1.94V;η=7.5mPa・s;γ1=51.5mPa・s.
[組成物(M13)]
3-HBB(F,F)-F          (1-8)     5%
5-HBB(F,F)-F          (1-8)     4%
3-BB(F)B(F,F)-F       (1-15)    3%
3-BB(F)B(F,F)XB(F,F)-F(1-29)    3%
4-BB(F)B(F,F)XB(F,F)-F(1-29)    5%
3-BB(F,F)XB(F)B(F,F)-F(1-30)    3%
5-BB(F)B(F,F)XB(F)B(F,F)-F
                      (1-31)    4%
3-HH2BB(F,F)-F        (1)       3%
4-HH2BB(F,F)-F        (1)       3%
2-HH-5                (2-1)     8%
3-HH-V                (2-1)    28%
4-HH-V1               (2-1)     7%
5-HB-O2               (2-2)     2%
7-HB-1                (2-2)     5%
VFF-HHB-O1            (2-5)     8%
VFF-HHB-1             (2-5)     3%
2-BB(2F,3F)B-3        (3-9)     4%
3-HBB(2F,3F)-O2       (3-10)    2%
NI=81.9℃;Tc<-20℃;Δn=0.109;Δε=4.8;Vth=1.75V;η=13.3mPa・s;γ1=57.4mPa・s.
[組成物(M14)]
3-HHEB(F,F)-F         (1-3)     4%
3-HBEB(F,F)-F         (1-10)    3%
5-HBEB(F,F)-F         (1-10)    3%
3-BB(F)B(F,F)-F       (1-15)    3%
3-HBBXB(F,F)-F        (1-23)    6%
4-GBB(F,F)XB(F,F)-F   (1-26)    2%
5-GBB(F,F)XB(F,F)-F   (1-26)    2%
3-GB(F)B(F,F)XB(F,F)-F(1-27)    5%
4-GB(F)B(F,F)XB(F,F)-F(1-27)    5%
5-HHB(F,F)XB(F,F)-F   (1)       3%
5-HEB(F,F)-F          (1)       3%
5-HB-CL               (1)       2%
3-HHB-OCF3            (1)       4%
3-HH-5                (2-1)     4%
3-HH-V                (2-1)    21%
3-HH-V1               (2-1)     3%
4-HH-V                (2-1)     4%
1V2-HH-3              (2-1)     6%
5-B(F)BB-2            (2-7)     3%
5-B(F)BB-3            (2-7)     2%
3-HB(2F,3F)-O2        (3-1)     3%
3-BB(2F,3F)-O2        (3-4)     2%
3-HHB(2F,3F)-O2       (3-6)     4%
F3-HH-V               (-)       3%
NI=78.2℃;Tc<-20℃;Δn=0.101;Δε=6.7;Vth=1.45V;η=17.8mPa・s;γ1=67.8mPa・s.
[組成物(M15)]
3-HHB(F,F)-F          (1-2)    10%
3-HHXB(F,F)-F         (1-4)     2%
3-GHB(F,F)-F          (1-7)     5%
3-BB(F)B(F,F)-F       (1-15)    6%
3-BB(F,F)XB(F,F)-F    (1-18)   14%
4-BB(F)B(F,F)XB(F,F)-F(1-29)   10%
5-BB(F)B(F,F)XB(F,F)-F(1-29)    6%
2-HH-3                (2-1)      5%
3-HH-4                (2-1)    11%
3-HH-O1               (2-1)     5%
5-HB-O2               (2-2)     8%
3-HHB-1               (2-5)     6%
3-HHB-3               (2-5)     6%
3-HHB-O1              (2-5)     6%
NI=77.6℃;Tc<-20℃;Δn=0.109;Δε=10.6;Vth=1.34V;η=22.6mPa・s;γ1=92.4mPa・s.
[組成物(M16)]
3-HBB-F               (1)       3%
3-BB(F,F)XB(F)-OCF3   (1)       3%
3-HHB(F)-F            (1)       3%
3-HGB(F,F)-F          (1-6)     3%
5-GHB(F,F)-F          (1-7)     3%
3-HBB(F,F)-F          (1-8)     4%
3-BB(F,F)XB(F,F)-F    (1-17)    5%
3-HHBB(F,F)-F         (1-19)    5%
3-HBBX(F,F)-F         (1-23)    5%
3-BBVFFXB(F,F)-F      (1-37)    8%
3-HH-V                (2-1)    39%
1-HH-V1               (2-1)     3%
1-HH-2V1              (2-1)     4%
3-HHEH-5              (2-4)     3%
1-BB(F)B-2V           (2-8)     3%
3-HHEBH-3             (2-11)    3%
5-HBB(F)B-2           (2-13)    3%
NI=85.2℃;Tc<-20℃;Δn=0.102;Δε=4.1;γ1=43.0mPa・s.
[組成物(M17)]
3-HHBB(F)-F           (1)      3%
2-HHEB(F,F)-F         (1-3)    3%
5-BB(F)B(F,F)-F       (1-15)   7%
3-HHB(F)B(F,F)-F      (1-20)   3%
3-GB(F)B(F,F)XB(F,F)-F(1-27)   3%
3-BB(F,F)XB(F)B(F,F)-F(1-30)   3%
3-HHVFFXB(F,F)-F      (1-38)   5%
3-BBVFFXB(F,F)-F      (1-37)   5%
3-HBBVFFXB(F,F)-F     (1-39)   3%
2-HH-5                (2-1)    5%
3-HH-V                (2-1)   20%
5-HH-V                (2-1)   12%
3-HH-V1               (2-1)    4%
4-HH-V1               (2-1)    5%
2-HH-2V1              (2-1)    3%
1-BB-3                (2-3)    3%
V2-BB(F)B-1           (2-8)     5%
V2-B(F)BB-1           (2-7)    5%
3-HB(F)HH-5           (2-10)   3%
NI=85.8℃;Tc<-20℃;Δn=0.115;Δε=4.2;γ1=41.4mPa・s.
[組成物(M18)]
3-BB(F)XB(F)B(F,F)-F  (1)       5%
3-HGB(F,F)-F          (1-6)     3%
5-GHB(F,F)-F          (1-7)     4%
3-GB(F,F)XB(F,F)-F    (1-14)    5%
3-HHBB(F,F)-F         (1-19)    4%
2-dhBB(F,F)XB(F,F)-F  (1-25)    4%
3-GB(F)B(F,F)XB(F,F)-F(1-27)    3%
3-HGB(F,F)XB(F,F)-F   (1)       5%
7-HB(F,F)-F           (1)       3%
2-HH-3                (2-1)    14%
2-HH-5                (2-1)     4%
3-HH-V                (2-1)    26%
1V2-HH-3              (2-1)     5%
1V2-BB-1              (2-3)     3%
2-BB(F)B-3            (2-8)     3%
3-HB(F)HH-2           (2-10)    4%
5-HBB(F)B-2           (2-13)    5%
NI=78.4℃;Tc<-20℃;Δn=0.094;Δε=5.6;Vth=1.45V;η=11.5mPa・s;γ1=61.7mPa・s.
[組成物(M19)]
3-HBB(F,F)-F          (1-8)     5%
5-HBB(F,F)-F          (1-8)     4%
3-BB(F)B(F,F)XB(F,F)-F(1-29)    3%
4-BB(F)B(F,F)XB(F,F)-F(1-29)    5%
3-BB(F,F)XB(F)B(F,F)-F(1-30)   10%
3-HH2BB(F,F)-F        (1)       3%
4-HH2BB(F,F)-F        (1)       3%
2-HH-5                (2-1)     4%
3-HH-V                (2-1)    25%
3-HH-V1               (2-1)    10%
4-HH-V1               (2-1)     7%
5-HB-O2               (2-2)     5%
7-HB-1                (2-2)     5%
VFF-HHB-O1            (2-5)     8%
VFF-HHB-1             (2-5)     3%
NI=79.3℃;Tc<-20℃;Δn=0.099;Δε=5.0;Vth=1.64V;η=10.4mPa・s;γ1=44.7mPa・s.
[組成物(M20)]
3-GBXB(F)B(F,F)-F     (1)       5%
3-HHB(F,F)-F          (1-2)     7%
3-GB(F)B(F)-F         (1-11)    2%
3-GB(F)B(F,F)-F       (1-12)    3%
3-BB(F,F)XB(F,F)-F    (1-18)    7%
3-GB(F)B(F,F)XB(F,F)-F(1-27)    4%
5-GB(F)B(F,F)XB(F,F)-F(1-27)    5%
3-HH-V                (2-1)    30%
3-HH-V1               (2-1)    10%
1V2-HH-3              (2-1)     8%
3-HH-VFF              (2-1)     8%
V2-BB-1               (2-3)     2%
5-HB(F)BH-3           (2-12)    4%
5-HBBH-3              (2)       5%
NI=79.7℃;Tc<-20℃;Δn=0.091;Δε=5.7;Vth=1.83V;η=14.9mPa・s;γ1=69.3mPa・s.
 第一添加物である配向性モノマーは、以下の化合物である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000062
2.液晶分子の配向
<偏光露光条件>
250Wの超高圧水銀灯(ウシオ電機株式会社製マルチライト)とワイヤーグリッド偏光板(MOXTEK社製ProFlux(UVT-260A))を用い、3mW/cm(波長313nmの照度をウシオ電機株式会社製紫外線照度計UIT-150およびUVD-S313を用いて測定)の強度の光を照射した。
実施例1
 組成物(M15)に第一添加物である化合物(A-1-1-1)を0.3重量部の割合で添加した。この混合物を、配向膜を有しないIPS素子に90℃(ネマチック相の上限温度以上)で注入した。IPS素子を90℃で加熱しながら素子に対して法線方向から直線偏光した紫外線(313nm、5.0J/cm)を照射し、配向制御層が形成された素子を得た。照射される紫外線は偏光子を通過させることで直線偏光となる。次に配向制御層が形成された素子を偏光顕微鏡にセットして液晶の配向状態を観察した。偏光顕微鏡の偏光子と検光子は各々の透過軸が直交するように配置した。まず、液晶分子の配向方向と偏光顕微鏡の偏光子の透過軸が平行となるように、すなわち、液晶分子の配向方向と偏光顕微鏡の偏光子の透過軸がなす角度が0度となるように、素子を偏光顕微鏡の水平回転ステージ上に設置した。素子の下側、すなわち、偏光子側から光を照射し、検光子を透過する光の有無を観察した。検光子を透過する光は観察されなかったことから、配向は「良好」であると判定した。なお、同様の観察において検光子を透過する光が観察された場合は、配向は「不良」であると判定した。次に、素子を偏光顕微鏡の水平回転ステージ上で回転させ、偏光顕微鏡の偏光子の透過軸と液晶分子の配向方向がなす角度を0度から変化させた。検光子を透過する光の強度は、偏光顕微鏡の偏光子の透過軸と液晶分子の配向方向がなす角度が大きくなるにしたがい増大し、その角度が45度である時に、ほぼ最大となることを確認した。以上により得られた素子では液晶分子が素子の基板の主面に対して略水平な方向に配向しており、「水平配向」であると判定した。
本実施例1では光漏れが観察されなかったので、配向は良好であった。また、液晶分子は水平配向であった。
実施例2
 組成物(M1)に、第一添加物である化合物(B-1-2-1)を添加した。この混合物を用いて、実施例1と同様に素子を作製した。実施例1と同様な方法で光漏れの有無を観察したところ、光漏れが観察されなかったので、配向は良好であった。
実施例3
 組成物(M11)に第一添加物である化合物(B-1-3-1)を0.5重量部の割合で添加した。この混合物を、配向膜を有しないIPS素子に95℃(ネマチック相の上限温度以上)で注入した。100℃(上限温度以上)で、素子に対して法線方向から直線偏光(313nm、2.0J/cm)を照射した。実施例1と同様な方法で光漏れの有無を観察したところ、光漏れが観察されなかったので、配向は良好であった。
実施例4
 組成物(M18)に第一添加物である化合物(A-1-1-1)を0.5重量部の割合で添加した。この混合物を、配向膜を有しないIPS素子に90℃(ネマチック相の上限温度以上)で注入した。90℃(上限温度以上)で、素子に対して法線方向から直線偏光(313nm、2.0J/cm)を照射した。実施例1と同様な方法で光漏れの有無を観察したところ、光漏れが観察されなかったので、配向は良好であった。
実施例5
 組成物(M19)に第一添加物である化合物(B-1-2-1)を0.5重量部の割合で添加した。この混合物を、配向膜を有しないIPS素子に90℃(ネマチック相の上限温度以上)で注入した。90℃(上限温度以上)で、素子に対して法線方向から直線偏光(313nm、2.0J/cm)を照射した。実施例1と同様な方法で光漏れの有無を観察したところ、光漏れが観察されなかったので、配向は良好であった。
実施例6
 組成物(M20)に第一添加物である化合物(A-1-1-1)を0.5重量部の割合で添加した。この混合物を、配向膜を有しないIPS素子に90℃(ネマチック相の上限温度以上)で注入した。90℃(上限温度以上)で、素子に対して法線方向から直線偏光(313nm、2.0J/cm)を照射した。実施例1と同様な方法で光漏れの有無を観察したところ、光漏れが観察されなかったので、配向は良好であった。
実施例7
 組成物(M20)に第一添加物である化合物(A-1-1-1)および化合物(A-1-7-1)をそれぞれ0.5重量部の割合で添加した。この混合物を、配向膜を有しないIPS素子に90℃(ネマチック相の上限温度以上)で注入した。90℃(上限温度以上)で、素子に対して法線方向から直線偏光(313nm、2.0J/cm)を照射した。実施例1と同様な方法で光漏れの有無を観察したところ、光漏れが観察されなかったので、配向は良好であった。
3.配向性モノマーと液晶組成物の相溶性
 上記実施例で得られた液晶組成物と配向性モノマーの混合物の室温状態における安定性を評価した。混合後に100℃で等方性の液体に変化させ、25℃に放冷した。室温で半日経過後に析出の有無を確認したところ、実施例1~7の混合物は析出が確認されず、いずれの配向性モノマーの相溶性は良好であった。
比較例1
 組成物(M15)のみを、配向膜を有しないIPS素子に注入した。実施例1と同様な方法で光漏れの有無を観察したところ、光漏れが観察されたので、配向は不良であった。
比較例2~6
 組成物(M1)のみ、組成物(M11)のみ、組成物(M18)のみ、組成物(M19)のみ、または組成物(M20)のみを、配向膜を有しないIPS素子に注入し、実施例1と同様な方法で光漏れの有無を観察したところ、光漏れが観察されたので、配向は不良であった。
 実施例1から6では、組成物や第一添加物の種類、量、偏光露光時の加熱温度を変えたが、光漏れは観察されなかった。この結果は、素子にポリイミドのような配向膜がなくても配向は良好であり、総ての液晶分子が一定方向に配列していることを示している。配向性モノマーを複数利用しても同様な傾向であった。一方、第一添加物を含有していない比較例1~6では光漏れが観測された。以上の結果より、第一添加物から生成した薄膜が液晶分子の配向に重要な役割を果たしていることが分かる。また、液晶組成物との相溶性も良好であることが分かる。このような配向性モノマーの効果は、上記実施例で開示された他の液晶組成物の組み合わせ以外でも同様に得られる。同様な効果は、他の配向性モノマー(例えば、化合物(A-1-1)~化合物(A-1-9)、化合物(B-1-1)~化合物(B-1-8))の場合でも期待できる。
したがって、本発明の液晶組成物を用いれば、素子を使用できる広い温度範囲、短い応答時間、高い電圧保持率、低いしきい値電圧、大きなコントラスト比、長い寿命のような特性を有する液晶表示素子が得られる。
さらに、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、正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において、少なくとも1つを充足する液晶組成物を有する液晶表示素子が得られる。
 本発明の液晶組成物は、液晶モニター、液晶テレビなどに用いることができる。

Claims (26)

  1.  対向して配置され、シール剤を介して貼りあわせた一対の基板間に液晶層が挟持され、
     前記一対の基板と前記液晶層との間に、液晶分子を配向制御する配向制御層を有し、
    前記液晶層は正の誘電異方性を有する液晶組成物からなり、
     前記液晶組成物は、第一添加物である配向性モノマーとして式(A-1)、式(A-2)、式(B-1)及び式(B-2)で表される化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物と液晶性化合物とを含有し、
     前記配向制御層は、前記、第一添加物を重合させることによって生成した重合体からなる、液晶表示素子。

    Figure JPOXMLDOC01-appb-I000001

    Figure JPOXMLDOC01-appb-I000002

    式(A-1)および式(A-2)において、P10は独立して、式(Q-1)から式(Q-5)で表される基から選択された基であり;
    式(Q-1)から式(Q-5)において、M10、M20、およびM30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;
    式(A-1)および式(A-2)において、
    Sp10およびSp11は独立して、単結合または炭素数1から12のアルキレンであり、このアルキレンの少なくとも1つの水素はフッ素、塩素または式(Q-6)で置き換えられていてもよく、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、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;
    Figure JPOXMLDOC01-appb-I000003

    式(Q-6)において、M11、M21、およびM31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;
    Sp41は独立して、単結合または炭素数1から12のアルキレンであり、このアルキレンの少なくとも1つの水素はフッ素または塩素で置き換えられていてもよく、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;
    式(A-1)、式(A-2)、式(B-1)および式(B-2)において、
    環A10、環A20、環A30、環A40および環A50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、4,4’-ビフェニレン、ナフタレン-2,6-ジイル、デカヒドロナフタレン-2,6-ジイル、1,2,3,4-テトラヒドロナフタレン-2,6-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、ピリジン-2,5-ジイル、フルオレン-2,7-ジイル、フェナントレン-2,7-ジイル、アントラセン-2,6-ジイル、ペルヒドロシクロペンタ[a]フェナントレン-3,17-ジイル、または2,3,4,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17-テトラデカヒドロシクロペンタ[a]フェナントレン-3,17-ジイルであるが、隣接する構造が-CH=CH-COO-、-OCO-CH=CH-、-C≡C-COO-、-OCO-C≡C-、-CH=CH-、-CF=CF-または-C≡C-の場合は、1,4-フェニレン、4,4’-ビフェニレン、ナフタレン-2,6-ジイル、ピリミジン-2,5-ジイル、ピリジン-2,5-ジイル、フルオレン-2,7-ジイル、フェナントレン-2,7-ジイル、アントラセン-2,6-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、ヒドロキシ、塩素、炭素数1から12のアルキル、炭素数2から12のアルケニル、炭素数1から11のアルコキシ、または炭素数2から11のアルケニルオキシ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;
    式(A-1)および式(A-2)において、Z10は独立して、単結合、-COO-、-OCO-、-CH=CH-COO-、-OCO-CH=CH-、-OCO-CHCH-、-CHCH-COO-、-C≡C-COO-、-OCO-C≡C-、-CHO-、-OCH-、-CFO-、-OCF-、-CONH-、-NHCO-、-(CH-、-CHCH-、-CFCF-、-CH=CH-、-CF=CF-または-C≡C-であり;
    式(A-2)において、Z11は-CH=CH-CO-または-CO-CH=CH-であり;
    式(A-1)および式(A-2)において、n10は0から4の整数であり;
    式(B-1)および式(B-2)において、
    20は水素、フッ素、塩素、ヒドロキシ、シアノ、ニトロ、トリフルオロメチル、炭素数1から10のアルキルまたは炭素数1から10のアルコキシであり;
    Sp20およびSp21は独立して単結合または炭素数1から12のアルキレンであり、このアルキレンの少なくとも1つの水素はフッ素で置き換えられていてもよく、少なくとも1つの-CH-は、-O-、-COO-、または-OCO-で置き換えられてもよく、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;
    20は独立して、単結合、-COO-、-OCO-、-CH=CH-COO-、-OCO-CH=CH-、-OCO-CHCH-、-CHCH-COO-、-C≡C-COO-、-OCO-C≡C-、-CHO-、-OCH-、-CFO-、-OCF-、-CONH-、-NHCO-、-(CH-、-CHCH-、-CFCF-、-CH=CH-、-CF=CF-または-C≡C-であり;
    20は0から3の整数である。
  2. 請求項1に記載の式(A-1)および式(A-2)において、
    10は独立して、式(Q-1)であり;
    式(Q-1)において、
    10は独立して、水素、フッ素、メチル、またはトリフルオロメチルであり;
    20およびM30は水素であり;
    Sp10およびSp11は独立して、単結合または炭素数2から12のアルキレンであり、このアルキレンの少なくとも1つの水素はフッ素、塩素または式(Q-6)で置き換えられていてもよく、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、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;
    式(Q-6)において、M11は独立して、水素、フッ素、メチル、またはトリフルオロメチルであり;M21およびM31は水素であり;
    Sp41は独立して、単結合または炭素数1から12のアルキレンであり、このアルキレンの少なくとも1つの水素はフッ素で置き換えられていてもよく、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;
    式(A-1)、式(A-2)、式(B-1)および式(B-2)において、
    環A10、環A20、環A30、環A40および環A50は独立して、1,4-シクロへキシレン、1,4-フェニレン、4,4’-ビフェニレン、ナフタレン-2,6-ジイル、または1,2,3,4-テトラヒドロナフタレン-2,6-ジイルであるが、隣接する構造が-CH=CH-COO-、-OCO-CH=CH-、-C≡C-COO-、-OCO-C≡C-、-CH=CH-、-CF=CF-または-C≡C-の場合は、1,4-フェニレン、4,4’-ビフェニレン、またはナフタレン-2,6-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、ヒドロキシ、トリフルオロメチル、炭素数1から5のアルキル、または炭素数1から5のアルコキシで置き換えられてもよく;
    式(A-1)および式(A-2)において、Z10は独立して、単結合、-COO-、-OCO-、-CH=CH-COO-、-OCO-CH=CH-、-OCO-CHCH-、-CHCH-COO-、-C≡C-COO-、-OCO-C≡C-、-CHO-、-OCH-、-CFO-、-OCF-、-CONH-、-NHCO-、-(CH-、-CHCH-、-CFCF-、-CH=CH-、-CF=CF-または-C≡C-であり;
    式(A-2)において、Z11は-CH=CH-CO-または-CO-CH=CH-であり;
    式(A-1)および式(A-2)において、n10は0から4の整数であり;
    式(B-1)および式(B-2)において、
    20は水素、フッ素、ヒドロキシ、炭素数1から5のアルキルまたは炭素数1から5のアルコキシであり;
    Sp20およびSp21は独立して単結合または炭素数1から12のアルキレンであり、このアルキレンの少なくとも1つの-CH-は、-O-で置き換えられてもよく;
    20は0から3の整数である、請求項1に記載の液晶表示素子。
  3. 請求項1に記載の式(A-1)および式(A-2)において、
    10は独立して、式(Q-1)であり;
    式(Q-1)において、
    10は独立して、水素またはメチルであり;
    20およびM30は水素であり;
    Sp10およびSp11は独立して、単結合または炭素数2から12のアルキレンであり、このアルキレンの少なくとも1つの水素は式(Q-6)で置き換えられていてもよく、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、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;
    式(A-1)および式(A-2)において、Z10は独立して、単結合、-COO-、-OCO-、-CH=CH-COO-、-OCO-CH=CH-、-OCO-CHCH-、-CHCH-COO-、-C≡C-COO-、-OCO-C≡C-、-CHO-、-OCH-、-CFO-、-OCF-、-CONH-、-NHCO-、-(CH-、-CHCH-、-CFCF-、-CH=CH-、-CF=CF-または-C≡C-であり;
    式(A-2)において、Z11は-CH=CH-CO-または-CO-CH=CH-であり;
    環A10、環A20、環A30、環A40および環A50は独立して、1,4-フェニレン、1,4-シクロヘキシレン、ナフタレン-2,6-ジイル、またはテトラヒドロナフタレン-2,6-ジイルであるが、隣接する構造が-CH=CH-COO-、-OCO-CH=CH-、-C≡C-COO-、-OCO-C≡C-、-CH=CH-、-CF=CF-または-C≡C-の場合は、1,4-フェニレンまたはナフタレン-2,6-ジイルであり、この1,4-フェニレンにおいて、任意の水素はフッ素、ヒドロキシ、トリフルオロメチル、炭素数1から3のアルキル、または炭素数1から3のアルコキシで置き換えられていてもよく;
    式(A-1)および式(A-2)において、n10は0から2の整数であり;
    式(B-1)および式(B-2)において、
    20は水素、フッ素、ヒドロキシ、炭素数1から5のアルキルまたは炭素数1から5のアルコキシであり;
    Sp20およびSp21は独立して単結合または炭素数1から12のアルキレンであり、このアルキレンの少なくとも1つの-CH-は、-O-で置き換えられてもよく;
    20は0から3の整数である、
    請求項1または2に記載の液晶表示素子。
  4.  前記第一添加物である配向性モノマーの割合が、液晶性化合物の合計量を100重量部としたときに、0.1重量部から10重量部の範囲である、請求項1から3のいずれか1項に記載の液晶表示素子。
  5.  第一成分として式(1)で表される化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物を含有する、請求項1から4のいずれか1項に記載の液晶表示素子。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-I000004

    式(1)において、Rは炭素数1から12のアルキル、炭素数1から12のアルコキシ、または炭素数2から12のアルケニルであり;環Aは、1,4-シクロヘキシレン、1,4-フェニレン、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、2,6-ジフルオロ-1,4-フェニレン、ピリミジン-2,5-ジイル、1,3-ジオキサン-2,5-ジイル、またはテトラヒドロピラン-2,5-ジイルであり;Zは、単結合、エチレン、カルボニルオキシ、-CH=CF-、-CF=CF-、ジフルオロメチレンオキシ、-CH=CF-CFO-または-CF=CF-CFO-であり;XおよびXは独立して、水素またはフッ素であり;Yは、フッ素、塩素、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、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2から12のアルケニルオキシであり;aは、1、2、3、または4である。
  6. 第一成分として式(1-1)から式(1-39)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項に記載の液晶表示素子。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-I000005

    Figure JPOXMLDOC01-appb-I000006

    Figure JPOXMLDOC01-appb-I000007

    Figure JPOXMLDOC01-appb-I000008

    Figure JPOXMLDOC01-appb-I000009

    式(1-1)から式(1-39)において、Rは、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、または炭素数2から12のアルケニルである。
  7.  第一成分の割合が、液晶性化合物の合計量に対して、10重量%から85重量%の範囲である、請求項5または6に記載の液晶表示素子。
  8.  第二成分として式(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7のいずれか1項に記載の液晶表示素子。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-I000010

    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Bおよび環Cは独立して、1,4-シクロヘキシレン、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、エチレン、またはカルボニルオキシであり;bは、1、2、または3である。
  9.  第二成分として式(2-1)から式(2-13)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8のいずれか1項に記載の液晶表示素子。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-I000011

    式(2-1)から式(2-13)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、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。
  10.  第二成分の割合が、液晶性化合物の合計量に対して、10重量%から85重量%の範囲である、請求項8または9に記載の液晶表示素子。
  11.  第三成分として式(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10のいずれか1項に記載の液晶表示素子。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-I000012

    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り;環Dおよび環Fは独立して、1,4-シクロヘキシレン、1,4-シクロヘキセニレン、テトラヒドロピラン-2,5-ジイル、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、ナフタレン-2,6-ジイル、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ナフタレン-2,6-ジイル、クロマン-2,6-ジイル、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クロマン-2,6-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、エチレン、カルボニルオキシ、またはメチレンオキシであり;cは、1、2、または3であり、dは、0または1であり;cとdとの和は3以下である。
  12. 第三成分として式(3-1)から式(3-22)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11のいずれか1項に記載の液晶表示素子。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-I000013

    Figure JPOXMLDOC01-appb-I000014

    式(3-1)から式(3-22)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。
  13.  第三成分の割合が、液晶性化合物の合計量に対して、3重量%から25重量%の範囲である、請求項11または12に記載の液晶表示素子。
  14.  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つの化合物をさらに含有する、請求項1から13のいずれか1項に記載の液晶表示素子。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-I000015

    式(4)において、環Fおよび環I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G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、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-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;hは0、1、または2であり;e、f、およびgは独立して、0、1、2、3、または4であり、そしてe、f、およびgの和は、1以上である。
  15.  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14に記載の液晶表示素子。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-I000016

    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。
  16.  第二添加物として式(4-1)から式(4-27)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15のいずれか1項に記載の液晶表示素子。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-I000017

    Figure JPOXMLDOC01-appb-I000018

    Figure JPOXMLDOC01-appb-I000019

    式(4-1)から式(4-27)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、

    Figure JPOXMLDOC01-appb-I000020

    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;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、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。
  17.  第二添加物の割合が、液晶性化合物の合計量を100重量部としたときに、0.03重量部から10重量部の範囲である、請求項14から16のいずれか1項に記載の液晶表示素子。
  18.  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0.07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以上である、請求項1から17のいずれか1項に記載の液晶表示素子。
  19.  一対の基板の間に、請求項1から18のいずれか1項に記載の液晶表示素子中の液晶組成物と、電極とを有し、直線偏光を照射することによって、前記液晶組成物中の第一添加物が反応した、液晶表示素子。
  20.  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19に記載の液晶表示素子。
  21. 液晶表示素子の動作モードが、IPSモードまたはFFS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19に記載の液晶表示素子。
  22.  請求項1から17のいずれか1項に記載の液晶表示素子中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。
  23.  請求項1から17のいずれか1項に記載の液晶表示素子中の液晶組成物の、液晶表示素子における使用。
  24.  請求項1から17のいずれか1項に記載の液晶表示素子中の液晶組成物の、高分子支持配向型の液晶表示素子における使用。
  25. 請求項1から3のいずれかに記載の液晶表示素子中の式(A-1)、式(A-2)、式(B-1)及び式(B-2)で表される化合物の配向制御層形成用モノマーとしての使用。
  26. 請求項1から17のいずれか1項に記載の液晶表示素子中の液晶組成物。
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