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WO2013114780A1 - 液晶化合物、液晶組成物および液晶表示素子 - Google Patents

液晶化合物、液晶組成物および液晶表示素子 Download PDF

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WO2013114780A1
WO2013114780A1 PCT/JP2012/084032 JP2012084032W WO2013114780A1 WO 2013114780 A1 WO2013114780 A1 WO 2013114780A1 JP 2012084032 W JP2012084032 W JP 2012084032W WO 2013114780 A1 WO2013114780 A1 WO 2013114780A1
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liquid crystal
component
crystal composition
carbons
formula
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孝仁 柳井
憲和 服部
健永 前田
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Jnc株式会社
Jnc石油化学株式会社
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    • C09K19/3068Cyclohexane rings in which the rings are linked by a chain containing carbon and oxygen atoms, e.g. esters or ethers chain containing -COO- or -OCO- groups
    • C09K2019/3078Cy-Cy-COO-Ph-Cy
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09KMATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K19/00Liquid crystal materials
    • C09K19/04Liquid crystal materials characterised by the chemical structure of the liquid crystal components, e.g. by a specific unit
    • C09K19/06Non-steroidal liquid crystal compounds
    • C09K19/08Non-steroidal liquid crystal compounds containing at least two non-condensed rings
    • C09K19/30Non-steroidal liquid crystal compounds containing at least two non-condensed rings containing saturated or unsaturated non-aromatic rings, e.g. cyclohexane rings
    • C09K19/3001Cyclohexane rings
    • C09K19/3066Cyclohexane rings in which the rings are linked by a chain containing carbon and oxygen atoms, e.g. esters or ethers
    • C09K19/3068Cyclohexane rings in which the rings are linked by a chain containing carbon and oxygen atoms, e.g. esters or ethers chain containing -COO- or -OCO- groups
    • C09K2019/3083Cy-Ph-COO-Ph
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
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    • C09K19/34Non-steroidal liquid crystal compounds containing at least one heterocyclic ring
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    • G02FOPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/137Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells characterised by the electro-optical or magneto-optical effect, e.g. field-induced phase transition, orientation effect, guest-host interaction or dynamic scattering
    • G02F1/13706Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells characterised by the electro-optical or magneto-optical effect, e.g. field-induced phase transition, orientation effect, guest-host interaction or dynamic scattering the liquid crystal having positive dielectric anisotropy

Definitions

  • the present invention mainly relates to a liquid crystal composition suitable for an AM (active matrix) device and the like, and an AM device containing the composition.
  • a liquid crystal composition having a positive dielectric anisotropy, a TN (twisted nematic) mode, an OCB (optically compensated bend) mode, an IPS (in-plane switching) mode, an FFS (Fringe field switching) containing the composition. ), Or an element in a PSA (polymer-sustained-alignment) mode.
  • the classification based on the operation mode of the liquid crystal includes 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), PSA (polymer sustaining alignment) mode, and the like.
  • the classification based on the element drive system is PM (passive matrix) and AM (active matrix). PM is classified into static and multiplex, and AM is classified into TFT (thin film insulator), MIM (metal insulator metal), and the like. TFTs are classified into amorphous silicon and polycrystalline silicon. The latter is classified into a high temperature type and a low temperature type according to the manufacturing process.
  • the classification based on the light source includes a reflection type using natural light, a transmission type using backlight, and a semi-transmission type using both natural light and backlight.
  • the elements contain a liquid crystal composition having appropriate characteristics.
  • This liquid crystal composition has a nematic phase.
  • the general characteristics of the composition are improved.
  • the relationships in the two general characteristics are summarized in Table 1 below.
  • the general characteristics of the composition will be further described based on a commercially available AM device.
  • the temperature range of the nematic phase is related to the temperature range in which the device can be used.
  • a preferred upper limit temperature of the nematic phase is about 70 ° C. or more, and a preferred lower limit temperature of the nematic phase is about ⁇ 10 ° C. or less.
  • the viscosity of the composition is related to the response time of the device. A short response time is preferred for displaying moving images on the device.
  • the elastic constant of the composition is related to the contrast of the device. In order to increase the contrast in the device, a large elastic constant in the composition is more preferable.
  • the optical anisotropy of the composition is related to the contrast ratio of the device.
  • 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 operation mode. For a device with a mode such as TN, a suitable value is about 0.45 ⁇ m.
  • a composition having a large optical anisotropy is preferable for a device having a small cell gap.
  • a large dielectric anisotropy in the composition contributes to a low threshold voltage, a small power consumption and a large contrast ratio in the device. Therefore, a large dielectric anisotropy is preferable.
  • a large specific resistance in the composition contributes to a large voltage holding ratio and a large contrast ratio in the device. Therefore, a composition having a large specific resistance not only at room temperature but also at a temperature close to the upper limit temperature of the nematic phase in the initial stage is preferable. A composition having a large specific resistance not only at room temperature but also at a temperature close to the upper limit temperature of the nematic phase after being used for a long time is preferable.
  • the stability of the composition against ultraviolet rays and heat is related to the lifetime of the liquid crystal display device. When their stability is high, the lifetime of the device is long. Such characteristics are preferable for an AM device used in a liquid crystal projector, a liquid crystal television, and the like.
  • a composition having a positive dielectric anisotropy is used for an AM device having a TN mode.
  • a composition having negative dielectric anisotropy is used for an AM device having a VA mode.
  • a composition having a positive or negative dielectric anisotropy is used in an AM device having an IPS mode or an FFS mode.
  • a composition having a positive or negative dielectric anisotropy is used in an AM device having a PSA mode.
  • Examples of liquid crystal compositions having positive dielectric anisotropy are disclosed in the following patent documents.
  • Desirable AM elements have such characteristics as a wide usable temperature range, a short response time, a large contrast ratio, a low threshold voltage, a large voltage holding ratio, and a long life. A shorter response time is desirable even at 1 millisecond. Therefore, the desirable properties of the composition are: a high maximum temperature of the nematic phase, a low minimum temperature of the nematic phase, a small viscosity, a suitable optical anisotropy, a large dielectric anisotropy, a large specific resistance, a high stability to ultraviolet light, High stability against heat, large elastic constant, etc.
  • One object of the present invention is to provide a high maximum temperature of the nematic phase, a low minimum temperature of the nematic phase, a small viscosity, a suitable optical anisotropy, a large dielectric anisotropy, a large specific resistance, a high stability against ultraviolet rays, a high heat It is a liquid crystal composition satisfying at least one characteristic in the characteristics such as high stability with respect to and a large elastic constant. Another object is a liquid crystal composition having an appropriate balance regarding at least two properties. Another object is a liquid crystal display device containing such a composition.
  • Another purpose is a composition having appropriate optical anisotropy, large dielectric anisotropy, high stability to ultraviolet light, large elastic constant, etc., and short response time, large voltage holding ratio, large contrast ratio, It is an AM device having characteristics such as a long lifetime.
  • R 1 is alkyl having 1 to 12 carbons, alkoxy having 1 to 12 carbons, or alkenyl having 2 to 12 carbons
  • R 2 and R 3 are independently 1 to 12 carbons.
  • ring A and ring B are independently 1 , 4-cyclohexylene, 1,4-phenylene, 2-fluoro-1,4-phenylene, 3-fluoro-1,4-phenylene, or 2,5-difluoro-1,4-phenylene;
  • Z 1 independently is a single bond, ethylene or carbonyloxy,;
  • X 1, X 2, X 3, and X 4 are each independently hydrogen or fluorine;
  • m and n are independently , 2, or 3.
  • Advantages of the present invention include a high maximum temperature of the nematic phase, a low minimum temperature of the nematic phase, a small viscosity, a suitable optical anisotropy, a large dielectric anisotropy, a large specific resistance, a high stability against ultraviolet rays, and a high heat resistance. It is a liquid crystal composition that satisfies at least one characteristic such as stability.
  • One aspect of the present invention is a liquid crystal composition having an appropriate balance regarding at least two properties.
  • Another aspect is a liquid crystal display device containing such a composition.
  • the other aspect is a composition having properties such as appropriate optical anisotropy, large dielectric anisotropy, high stability to ultraviolet light, and short response time, large voltage holding ratio, large contrast ratio, long lifetime
  • liquid crystal composition of the present invention or the liquid crystal display device of the present invention may be abbreviated as “composition” or “device”, respectively.
  • a liquid crystal display element is a general term for a liquid crystal display panel and a liquid crystal display module.
  • Liquid crystal compound means a compound having a liquid crystal phase such as a nematic phase or a smectic phase, or a compound having no liquid crystal phase but useful as a component of a composition. This useful compound has a six-membered ring such as 1,4-cyclohexylene and 1,4-phenylene, and its molecular structure is rod-like.
  • An optically active compound or polymerizable compound may be added to the composition.
  • Compound (1) means one compound or two or more compounds represented by formula (1). The same applies to compounds represented by other formulas. “At least one” with respect to “replaced” means that not only the position but also the number thereof may be selected without limitation.
  • the upper limit temperature of the nematic phase may be abbreviated as “upper limit temperature”.
  • the lower limit temperature of the nematic phase may be abbreviated as “lower limit temperature”.
  • “High specific resistance” means that the composition has a large specific resistance not only at room temperature in the initial stage but also at a temperature close to the upper limit temperature of the nematic phase. It means having a large specific resistance even at a close temperature.
  • “High voltage holding ratio” means that the device has a large voltage holding ratio not only at room temperature in the initial stage but also at a temperature close to the upper limit temperature of the nematic phase. It means having a large voltage holding ratio even at a temperature close to.
  • the first component is one compound or two or more compounds.
  • the “ratio of the first component” is expressed as a weight percentage (% by weight) of the first component based on the total weight of the liquid crystal composition. The same applies to the ratio of the second component.
  • the ratio of the additive mixed with the composition is expressed in terms of weight percentage (% by weight) or weight parts per million (ppm) based on the total weight of the liquid crystal composition.
  • R 1 is used for a plurality of compounds. In any two of these compounds, those selected for R 1 may be the same or different. For example, there is a case where R 1 of compound (1) is ethyl and R 1 of compound (1-1) is ethyl. In some cases, R 1 of compound (1) is ethyl and R 1 of compound (1-1) is propyl. This rule also applies to R 2 , X 5 , Y 1 and the like.
  • the present invention includes the following items.
  • R 1 is alkyl having 1 to 12 carbons, alkoxy having 1 to 12 carbons, or alkenyl having 2 to 12 carbons, and R 2 and R 3 are independently 1 to 12 carbons.
  • ring A and ring B are independently 1 , 4-cyclohexylene, 1,4-phenylene, 2-fluoro-1,4-phenylene, 3-fluoro-1,4-phenylene, or 2,5-difluoro-1,4-phenylene;
  • Z 1 independently is a single bond, ethylene or carbonyloxy,;
  • X 1, X 2, X 3, and X 4 are each independently hydrogen or fluorine;
  • m and n are independently , 2, or 3.
  • Item 2 The liquid crystal composition according to item 1, wherein the first component is at least one compound selected from the group of compounds represented by formula (1-1) to formula (1-19).
  • R 1 is alkyl having 1 to 12 carbons, alkoxy having 1 to 12 carbons, or alkenyl having 2 to 12 carbons.
  • Item 5 The liquid crystal composition according to any one of items 1 to 4, wherein the second component is at least one compound selected from the group of compounds represented by formulas (2-1) to (2-13).
  • R 2 and R 3 are independently alkyl having 1 to 12 carbons, alkoxy having 1 to 12 carbons, alkenyl having 2 to 12 carbons, or carbon number in which at least one hydrogen is replaced by fluorine. 2 to 12 alkenyl.
  • the second component is at least one compound selected from the group of compounds represented by formula (2-1) according to item 5, and a compound represented by formula (2-7) according to item 5 Item 2.
  • Item 10 The liquid crystal composition according to any one of items 1 to 9, further containing at least one compound selected from the group of compounds represented by formula (3) as a third component.
  • R 4 is alkyl having 1 to 12 carbons, alkoxy having 1 to 12 carbons, or alkenyl having 2 to 12 carbons;
  • ring C is 1,4-cyclohexylene, 1,4- Phenylene, 2-fluoro-1,4-phenylene, 3-fluoro-1,4-phenylene, 3,5-difluoro-1,4-phenylene, 1,3-dioxane-2,5-diyl, tetrahydropyran-2 , 5-diyl, or pyrimidine-2,5-diyl;
  • Z 2 is a single bond, difluoromethyleneoxy, ethylene, or carbonyloxy;
  • X 5 and X 6 are independently hydrogen or fluorine
  • Y 1 is fluorine, chlorine, or trifluoromethoxy;
  • p
  • Item 20 The liquid crystal composition according to item 9, wherein the third component is at least one compound selected from the group of compounds represented by formula (3-1) to formula (3-24).
  • R 4 is alkyl having 1 to 12 carbons, alkoxy having 1 to 12 carbons, or alkenyl having 2 to 12 carbons;
  • X 5 , X 6 , X 7 , X 8 , X 9 , X 10 , X 11 , and X 12 are independently hydrogen or fluorine;
  • Y 1 is fluorine, chlorine, or trifluoromethoxy.
  • Item 13 The liquid crystal composition according to item 10, wherein the third component is at least one compound selected from the group of compounds represented by formula (3-15) according to item 11.
  • Item 17 The liquid crystal composition according to any one of items 10 to 16, wherein the ratio of the third component is in the range of 5% by weight to 65% by weight based on the total weight of the liquid crystal composition.
  • Item 19 A liquid crystal display device comprising the liquid crystal composition according to any one of items 1 to 18.
  • Item 20 The liquid crystal display element according to item 19, wherein the operation mode of the liquid crystal display element is a TN mode, an ECB mode, an OCB mode, an IPS mode, a PSA mode, or an FPA mode, and the driving method of the liquid crystal display element is an active matrix method.
  • Item 19 Use of a liquid crystal composition according to any one of items 1 to 18 in a liquid crystal display device.
  • the present invention includes the following items. 1) The above composition further containing an optically active compound, 2) the above composition further containing additives such as an antioxidant, an ultraviolet absorber, an antifoaming agent, a polymerizable compound, a polymerization initiator, 3) AM device containing the above composition, 4) Device containing the above composition and having a mode of TN, ECB, OCB, IPS, FFS or PSA, 5) Transmission containing the above composition 6) Use of the above composition as a composition having a nematic phase, 7) Use of the composition as an optically active composition by adding an optically active compound to the above composition.
  • additives such as an antioxidant, an ultraviolet absorber, an antifoaming agent, a polymerizable compound, a polymerization initiator
  • AM device containing the above composition 4) Device containing the above composition and having a mode of TN, ECB, OCB, IPS, FFS or PSA, 5) Transmission containing the above composition 6) Use of the above
  • composition of the present invention will be described in the following order. First, the constitution of component compounds in the composition will be described. Second, the main characteristics of the component compounds and the main effects of the compounds on the composition will be explained. Third, the combination of components in the composition, the preferred ratio of the components, and the basis thereof will be described. Fourth, a preferred form of the component compound will be described. Fifth, specific examples of component compounds are shown. Sixth, additives that may be mixed into the composition will be described. Seventh, a method for synthesizing the component compounds will be described. Finally, the use of the composition will be described.
  • composition of the component compounds in the composition will be described.
  • the composition of the present invention is classified into Composition A and Composition B.
  • the composition A may further contain other liquid crystal compounds, additives, impurities, and the like.
  • the “other liquid crystal compound” is a liquid crystal compound different from the compound (1), the compound (2), and the compound (3).
  • Such compounds are mixed into the composition for the purpose of further adjusting the properties.
  • Additives include optically active compounds, antioxidants, ultraviolet absorbers, dyes, antifoaming agents, polymerizable compounds, polymerization initiators, and the like. Impurities are compounds mixed in a process such as synthesis of component compounds. Even if this compound is a liquid crystal compound, it is classified as an impurity here.
  • Composition B consists essentially of a compound selected from compound (1), compound (2), and compound (3). “Substantially” means that the composition may contain additives and impurities, but does not contain a liquid crystal compound different from these compounds. Composition B has fewer components than composition A. From the viewpoint of reducing the cost, the composition B is preferable to the composition A. The composition A is preferable to the composition B from the viewpoint that the physical properties can be further adjusted by mixing other liquid crystal compounds.
  • the main characteristics of the component compounds and the main effects of the compounds on the characteristics of the composition will be explained.
  • the main characteristics of the component compounds are summarized in Table 2 based on the effects of the present invention.
  • L means large or high
  • M means moderate
  • S means small or low.
  • L, M, and S are classifications based on a qualitative comparison among the component compounds, and 0 (zero) means that the value is almost zero.
  • Compound (1) increases the optical anisotropy and increases the dielectric anisotropy.
  • Compound (2) increases the maximum temperature, decreases the minimum temperature, and decreases the viscosity.
  • Compound (3) increases the maximum temperature and increases the dielectric anisotropy.
  • the combination of the components in the composition is first component + second component and first component + second component + third component.
  • a preferred combination of the components in the composition is (first component + second component + third component) in order to increase the dielectric anisotropy, decrease the viscosity, or decrease the minimum temperature.
  • a desirable ratio of the first component is approximately 3% by weight or more for increasing the dielectric anisotropy, and approximately 25% by weight or less for decreasing the minimum temperature.
  • a more desirable ratio is in the range of approximately 5% by weight to approximately 20% by weight.
  • a particularly preferred ratio is in the range of approximately 7% by weight to approximately 15% by weight.
  • a desirable ratio of the second component is approximately 25% by weight or more for increasing the maximum temperature or decreasing the viscosity, and approximately 97% by weight or less for decreasing the minimum temperature.
  • a more desirable ratio is in the range of approximately 30% by weight to approximately 80% by weight.
  • a particularly preferred ratio is in the range of approximately 35% by weight to approximately 75% by weight.
  • a desirable ratio of the third component is approximately 5% by weight or more for increasing the dielectric anisotropy, and approximately 65% by weight or less for decreasing the minimum temperature.
  • a more desirable ratio is in the range of approximately 10% by weight to approximately 60% by weight.
  • a particularly desirable ratio is in the range of approximately 15% by weight to approximately 55% by weight.
  • R 1 and R 4 are independently alkyl having 1 to 12 carbons, alkoxy having 1 to 12 carbons, or alkenyl having 2 to 12 carbons. Desirable R 1 or R 4 is alkyl having 1 to 12 carbons for increasing the stability to ultraviolet light or for the stability to heat.
  • R 2 and R 3 are independently alkyl having 1 to 12 carbons, alkoxy having 1 to 12 carbons, alkenyl having 2 to 12 carbons, or 2 to 12 carbons in which at least one hydrogen is replaced by fluorine.
  • Desirable R 2 or R 3 is alkenyl having 2 to 5 carbons for decreasing the viscosity, and alkyl having 1 to 7 carbons for increasing the stability to ultraviolet light or the stability to heat. is there.
  • Preferred alkyl is methyl, ethyl, propyl, butyl, pentyl, hexyl, heptyl or octyl. More desirable alkyl is ethyl, propyl, butyl, pentyl, or heptyl for decreasing the viscosity.
  • Preferred alkoxy is methoxy, ethoxy, propoxy, butoxy, pentyloxy, hexyloxy, or heptyloxy. More desirable alkoxy is methoxy or ethoxy for decreasing the viscosity.
  • Preferred alkenyl is vinyl, 1-propenyl, 2-propenyl, 1-butenyl, 2-butenyl, 3-butenyl, 1-pentenyl, 2-pentenyl, 3-pentenyl, 4-pentenyl, 1-hexenyl, 2-hexenyl, 3-hexenyl, 4-hexenyl, or 5-hexenyl. More desirable alkenyl is vinyl, 1-propenyl, 3-butenyl, or 3-pentenyl for decreasing the viscosity.
  • the preferred configuration of —CH ⁇ CH— in these alkenyls depends on the position of the double bond.
  • trans is preferable in alkenyl such as 1-propenyl, 1-butenyl, 1-pentenyl, 1-hexenyl, 3-pentenyl and 3-hexenyl.
  • Cis is preferred for alkenyl such as 2-butenyl, 2-pentenyl, and 2-hexenyl.
  • alkenyl in which at least one hydrogen is replaced by fluorine are 2,2-difluorovinyl, 3,3-difluoro-2-propenyl, 4,4-difluoro-3-butenyl, 5,5-difluoro-4 -Pentenyl, and 6,6-difluoro-5-hexenyl. Further preferred examples are 2,2-difluorovinyl and 4,4-difluoro-3-butenyl for decreasing the viscosity.
  • Alkyl does not include cyclic alkyl.
  • Alkoxy does not include cyclic alkoxy.
  • Alkenyl does not include cyclic alkenyl.
  • trans is preferable to cis for increasing the maximum temperature.
  • Ring A and Ring B are independently 1,4-cyclohexylene, 1,4-phenylene, 2-fluoro-1,4-phenylene, 3-fluoro-1,4-phenylene, or 2,5-difluoro. -1,4-phenylene.
  • n is 2 or 3
  • any two rings A may be the same or different.
  • Preferred ring A or ring B is 1,4-cyclohexylene for decreasing the viscosity, and 1,4-phenylene for increasing the optical anisotropy.
  • Ring C is 1,4-cyclohexylene, 1,4-phenylene, 2-fluoro-1,4-phenylene, 3-fluoro-1,4-phenylene, 3,5-difluoro-1,4-phenylene, 1,3-dioxane-2,5-diyl, tetrahydropyran-2,5-diyl, or pyrimidine-2,5-diyl.
  • p is 2, 3, or 4
  • any two rings C may be the same or different.
  • Preferred ring C is 1,4-cyclohexylene for increasing the maximum temperature, 1,4-phenylene for increasing the optical anisotropy, and 3,5-difluoro for increasing the dielectric anisotropy. -1,4-phenylene.
  • Z 1 is a single bond, ethylene, or carbonyloxy. When n is 2 or 3, any two Z 1 may be the same or different. Desirable Z 1 is a single bond for decreasing the viscosity, and carbonyloxy for increasing the maximum temperature. Z 2 is a single bond, difluoromethyleneoxy, ethylene, or carbonyloxy. When p is 2, 3, or 4, any two Z 2 may be the same or different. Preferred Z 2 is a single bond for decreasing the viscosity, and difluoromethyleneoxy for increasing the dielectric anisotropy.
  • X 1 , X 2 , X 3 , X 4 , X 5 , X 6 , X 7 , X 8 , X 9 , X 10 , X 11 , and X 12 are independently hydrogen or fluorine.
  • Preferred X 1 , X 2 , X 3 , X 4 , X 5 , X 6 , X 7 , X 8 , X 9 , X 10 , X 11 , or X 12 is fluorine for increasing the dielectric anisotropy. Yes, hydrogen to lower the viscosity.
  • Y 1 is fluorine, chlorine, trifluoromethoxy, or trifluoromethyl. Desirable Y 1 is fluorine for decreasing the viscosity.
  • m is 1, 2 or 3.
  • Preferred m is 1 for decreasing the viscosity, and 2 or 3 for increasing the maximum temperature.
  • n is 1, 2 or 3.
  • Preferred n is 1 for decreasing the viscosity, and 3 for increasing the maximum temperature.
  • p is 1, 2, 3, or 4. Desirable p is 2 for increasing the maximum temperature, and 3 for increasing the stability to ultraviolet light or heat.
  • R 5 is alkyl having 1 to 12 carbons or alkenyl having 2 to 12 carbons
  • R 6 is independently alkyl having 1 to 12 carbons, or 1 to 12 carbons.
  • R 7 and R 8 are independently straight-chain alkyl having 1 to 12 carbons or straight-chain alkenyl having 2 to 12 carbons.
  • R 9 is independently straight chain alkyl having 1 to 12 carbons.
  • Desirable compounds (1) are from the compound (1-1-1) to the compound (1-19-1). More desirable compounds (1) are the compound (1-6-1) and the compound (1-17-1). Particularly preferred compound (1) is compound (1-6-1). Desirable compounds (2) are from the compound (2-1-1) to the compound (2-13-1). More desirable compound (2) is (2-1-1), compound (2-5-1), compound (2-7-1), compound (2-10-1), and compound (2-13- 1). Particularly preferred compound (2) is compound (2-1-1). Desirable compounds (3) are from the compound (3-1-1) to the compound (3-24-1). More desirable compounds (3) are the compound (3-5-1), the compound (3-6-1), the compound (3-14-1), the compound (3-15-1), the compound (3-19- 1), a compound (32-1-1), and a compound (3-22-1). Particularly preferred compounds (3) are the compound (3-14-1), the compound (3-15-1), the compound (32-1-1), and the compound (3-22-1).
  • additives that may be mixed with the composition will be described.
  • Such additives are optically active compounds, antioxidants, ultraviolet absorbers, dyes, antifoaming agents, polymerizable compounds, polymerization initiators, and the like.
  • An optically active compound is mixed with the composition for the purpose of inducing a helical structure of liquid crystal to give a twist angle. Examples of such a compound are the compound (4-1) to the compound (4-5).
  • a desirable ratio of the optically active compound is approximately 5% by weight or less.
  • a more desirable ratio is in the range of approximately 0.01% by weight to approximately 2% by weight.
  • oxidation prevention An agent is mixed into the composition.
  • Preferred examples of the antioxidant include a compound (5) where r is an integer of 1 to 9.
  • r is 1, 3, 5, 7, or 9.
  • Further preferred r is 1 or 7. Since the compound (5) in which r is 1 has high volatility, it is effective in preventing a decrease in specific resistance due to heating in the atmosphere. Since the compound (5) in which r is 7 has low volatility, it is effective in maintaining a large voltage holding ratio not only at room temperature but also at a temperature close to the upper limit temperature of the nematic phase after using the device for a long time.
  • a desirable ratio of the antioxidant is approximately 50 ppm or more for achieving its effect, and is approximately 600 ppm or less for avoiding a decrease in the maximum temperature or avoiding an increase in the minimum temperature. A more desirable ratio is in the range of approximately 100 ppm to approximately 300 ppm.
  • the ultraviolet absorber examples include benzophenone derivatives, benzoate derivatives, triazole derivatives and the like. Also preferred are light stabilizers such as sterically hindered amines.
  • a desirable ratio of these absorbers and stabilizers is approximately 50 ppm or more for achieving the effect thereof, and approximately 10,000 ppm or less for avoiding a decrease in the maximum temperature or avoiding an increase in the minimum temperature. A more desirable ratio is in the range of approximately 100 ppm to approximately 10,000 ppm.
  • a dichroic dye such as an azo dye or an anthraquinone dye is mixed with the composition in order to be adapted to a GH (guest host) mode element.
  • a preferred ratio of the dye is in the range of approximately 0.01% by weight to approximately 10% by weight.
  • an antifoaming agent such as dimethyl silicone oil or methylphenyl silicone oil is mixed with the composition.
  • a desirable ratio of the antifoaming agent is approximately 1 ppm or more for obtaining the effect thereof, and approximately 1000 ppm or less for preventing a poor display.
  • a more desirable ratio is in the range of approximately 1 ppm to approximately 500 ppm.
  • a polymerizable compound is mixed with the composition in order to adapt to a PSA (polymer-sustained alignment) mode element.
  • Preferred examples of the polymerizable compound are compounds having a polymerizable group such as acrylate, methacrylate, vinyl compound, vinyloxy compound, propenyl ether, epoxy compound (oxirane, oxetane), vinyl ketone and the like. Particularly preferred examples are acrylate or methacrylate derivatives.
  • a desirable ratio of the polymerizable compound is approximately 0.05% by weight or more for obtaining the effect thereof, and approximately 10% by weight or less for preventing a display defect. A more desirable ratio is in the range of approximately 0.1% by weight to approximately 2% by weight.
  • the polymerizable compound is preferably polymerized by UV irradiation or the like in the presence of a suitable initiator such as a photopolymerization initiator.
  • a suitable initiator such as a photopolymerization initiator.
  • Appropriate conditions for polymerization, the appropriate type of initiator, and the appropriate amount are known to those skilled in the art and are described in the literature.
  • Irgacure 651 registered trademark; BASF
  • Irgacure 184 registered trademark; BASF
  • Darocur 1173 registered trademark; BASF
  • a preferred ratio of the photopolymerization initiator is in the range of about 0.1% to about 5% by weight of the polymerizable compound, and a particularly preferable ratio is in the range of about 1% to about 3% by weight.
  • Compound (3-15-1), compound (32-1-1), and compound (32-2-1) are synthesized by the method described in JP-A-10-251186. Antioxidants are commercially available.
  • a compound of formula (5) where r is 1 is available from Sigma-Aldrich Corporation.
  • Compound (5) or the like in which r is 7 is synthesized by the method described in US Pat. No. 3,660,505.
  • the composition of the present invention mainly has a minimum temperature of about ⁇ 10 ° C. or lower, a maximum temperature of about 70 ° C. or higher, and an optical anisotropy in the range of about 0.07 to about 0.20.
  • a device containing this composition has a large voltage holding ratio.
  • This composition is suitable for an AM device.
  • This composition is particularly suitable for a transmissive AM device.
  • a composition having an optical anisotropy in the range of about 0.08 to about 0.25 by controlling the proportion of the component compounds or by mixing other liquid crystal compounds, and further from about 0.10 Compositions having optical anisotropy in the range of about 0.30 may be prepared.
  • This composition can be used as a composition having a nematic phase, or can be used as an optically active composition by adding an optically active compound.
  • This composition can be used for an AM device. Further, it can be used for PM elements.
  • This composition can be used for an AM device and a PM device having modes such as PC, TN, STN, ECB, OCB, IPS, FFS, VA, and PSA.
  • Use for an AM device having a TN, OCB, IPS mode or FFS mode is particularly preferable.
  • the alignment of liquid crystal molecules when no voltage is applied may be parallel or perpendicular to the panel substrate.
  • These elements may be reflective, transmissive, or transflective. Use in a transmissive element is preferred. It can also be used for an amorphous silicon-TFT device or a polycrystalline silicon-TFT device.
  • NCAP non-curvilinear-aligned-phase
  • PD polymer-dispersed
  • the composition and this compound are used as the measurement object.
  • the object to be measured was a composition
  • the measurement object was a compound
  • a sample for measurement was prepared by mixing this compound (15% by weight) with mother liquid crystals (85% by weight).
  • the ratio of the compound and the mother liquid crystal is 10% by weight: 90% by weight, 5% by weight: 95% by weight, 1% by weight: 99% by weight in this order. changed.
  • the maximum temperature, optical anisotropy, viscosity and dielectric anisotropy values for the compound were determined.
  • the components of the mother liquid crystals are as follows. The ratio of each component is% by weight.
  • NI Maximum temperature of nematic phase
  • a sample was placed on a hot plate of a melting point measuring device equipped with a polarizing microscope and heated at a rate of 1 ° C./min. The temperature was measured when a part of the sample changed from a nematic phase to an isotropic liquid.
  • the upper limit temperature of the nematic phase may be abbreviated as “upper limit temperature”.
  • T C Minimum temperature of nematic phase
  • Viscosity (bulk viscosity; ⁇ ; measured at 20 ° C .; mPa ⁇ s): An E-type viscometer was used for measurement.
  • Viscosity (rotational viscosity; ⁇ 1; measured at 25 ° C .; mPa ⁇ s): The measurement was performed according to the method described in M. ⁇ Imai et al., Molecular Crystals and Liquid Crystals, Vol. 259, 37 (1995). A sample was put in a TN device having a twist angle of 0 ° and a distance (cell gap) between two glass substrates of 5 ⁇ m. A voltage was applied to this device in steps of 0.5 V in the range of 16 V to 19.5 V. After no application for 0.2 seconds, the application was repeated under the condition of only one rectangular wave (rectangular pulse; 0.2 seconds) and no application (2 seconds).
  • the peak current (peak current) and peak time (peak time) of the transient current (transient current) generated by this application were measured.
  • the value of rotational viscosity was obtained from these measured values and the calculation formula (8) described on page 40 in the paper by M. Imai et al.
  • the value of dielectric anisotropy necessary for this calculation was determined by the method described below using the element whose rotational viscosity was measured.
  • Threshold voltage (Vth; measured at 25 ° C .; V): An LCD5100 luminance meter manufactured by Otsuka Electronics Co., Ltd. was used for measurement.
  • the light source is a halogen lamp.
  • a sample was put in a normally white mode TN device in which the distance between two glass substrates (cell gap) was about 0.45 mm / ⁇ n ( ⁇ m) and the twist angle was 80 degrees.
  • the voltage (32 Hz, rectangular wave) applied to this element was increased stepwise from 0V to 10V by 0.02V.
  • the device was irradiated with light from the vertical direction, and the amount of light transmitted through the device was measured.
  • a voltage-transmittance curve was created in which the transmittance was 100% when the light amount reached the maximum and the transmittance was 0% when the light amount was the minimum.
  • the threshold voltage is a voltage when the transmittance reaches 90%.
  • Voltage holding ratio (VHR-1; measured at 25 ° C .;%):
  • the TN device used for the measurement has a polyimide alignment film, and the distance between two glass substrates (cell gap) is 5 ⁇ m. This element was sealed with an adhesive that was cured with ultraviolet rays after the sample was placed. The device was charged by applying a pulse voltage (60 microseconds at 5 V). The decaying voltage was measured for 16.7 milliseconds with a high-speed voltmeter, and the area A between the voltage curve and the horizontal axis in a unit cycle was determined. The area B is an area when it is not attenuated.
  • the voltage holding ratio is a percentage of the area A with respect to the area B.
  • Voltage holding ratio (VHR-2; measured at 80 ° C .;%):
  • the TN device used for the measurement has a polyimide alignment film, and the distance between two glass substrates (cell gap) is 5 ⁇ m. This element was sealed with an adhesive that was cured with ultraviolet rays after the sample was placed.
  • the TN device was charged by applying a pulse voltage (60 microseconds at 5 V).
  • the decaying voltage was measured for 16.7 milliseconds with a high-speed voltmeter, and the area A between the voltage curve and the horizontal axis in a unit cycle was determined.
  • the area B is an area when it is not attenuated.
  • the voltage holding ratio is a percentage of the area A with respect to the area B.
  • VHR-3 Voltage holding ratio
  • the TN device used for measurement has a polyimide alignment film, and the cell gap is 5 ⁇ m.
  • a sample was injected into this element and irradiated with light for 20 minutes.
  • the light source is an ultra high pressure mercury lamp USH-500D (manufactured by USHIO), and the distance between the element and the light source is 20 cm.
  • USH-500D ultra high pressure mercury lamp manufactured by USHIO
  • a decaying voltage was measured for 16.7 milliseconds.
  • a composition having a large VHR-3 has a large stability to ultraviolet light.
  • VHR-3 is preferably 90% or more, and more preferably 95% or more.
  • VHR-4 Voltage holding ratio
  • the rise time ( ⁇ r: rise time; millisecond) is the time required for the transmittance to change from 90% to 10%.
  • the fall time ( ⁇ f: fall time; millisecond) is the time required to change the transmittance from 10% to 90%.
  • the response time is the sum of the rise time and the fall time thus obtained.
  • Elastic constant (K; measured at 25 ° C .; pN): An HP4284A LCR meter manufactured by Yokogawa Hewlett-Packard Co., Ltd. was used for the measurement. A sample was put in a horizontal alignment cell in which the distance between two glass substrates (cell gap) was 20 ⁇ m. A charge of 0 to 20 volts was applied to the cell, and the capacitance and applied voltage were measured. Fitting the measured values of capacitance (C) and applied voltage (V) using “Liquid Crystal Device Handbook” (Nikkan Kogyo Shimbun), formulas (2.98) and (2.101) on page 75 Thus, the values of K11 and K33 were obtained from the formula (2.99). Next, K22 was calculated from the equation (3.18) on page 171 using the values of K11 and K33 obtained earlier. The elastic constant is an average value of K11, K22, and K33 thus obtained.
  • GC-14B gas chromatograph manufactured by Shimadzu Corporation was used for measurement.
  • the carrier gas is helium (2 mL / min).
  • the sample vaporization chamber was set at 280 ° C, and the detector (FID) was set at 300 ° C.
  • capillary column DB-1 (length 30 m, inner diameter 0.32 mm, film thickness 0.25 ⁇ m; stationary liquid phase is dimethylpolysiloxane; nonpolar) manufactured by Agilent Technologies Inc. was used.
  • the column was held at 200 ° C. for 2 minutes and then heated to 280 ° C. at a rate of 5 ° C./min.
  • a sample was prepared in an acetone solution (0.1% by weight), and 1 ⁇ L thereof was injected into the sample vaporization chamber.
  • the recorder is a C-R5A Chromatopac manufactured by Shimadzu Corporation, or an equivalent product.
  • the obtained gas chromatogram showed the peak retention time and peak area corresponding to the component compounds.
  • capillary column As a solvent for diluting the sample, chloroform, hexane or the like may be used.
  • the following capillary column may be used.
  • HP-1 from Agilent Technologies Inc. (length 30 m, inner diameter 0.32 mm, film thickness 0.25 ⁇ m), Rtx-1 from Restek Corporation (length 30 m, inner diameter 0.32 mm, film thickness 0.25 ⁇ m), BP-1 (length 30 m, inner diameter 0.32 mm, film thickness 0.25 ⁇ m) manufactured by SGE International Pty.
  • a capillary column CBP1-M50-025 length 50 m, inner diameter 0.25 mm, film thickness 0.25 ⁇ m
  • Shimadzu Corporation may be used.
  • the ratio of the liquid crystal compound contained in the composition may be calculated by the following method. Liquid crystalline compounds can be detected by gas chromatography. The area ratio of peaks in the gas chromatogram corresponds to the ratio (number of moles) of liquid crystal compounds. When the capillary column described above is used, the correction coefficient of each liquid crystal compound may be regarded as 1. Accordingly, the ratio (% by weight) of the liquid crystal compound is calculated from the peak area ratio.
  • the present invention will be described in detail by examples. The present invention is not limited by the following examples.
  • the compounds in Comparative Examples and Examples were represented by symbols based on the definitions in Table 3 below.
  • Table 3 the configuration regarding 1,4-cyclohexylene is trans.
  • the number in parentheses after the symbol corresponds to the compound number.
  • the symbol ( ⁇ ) means other liquid crystal compounds.
  • the ratio (percentage) of the liquid crystal compound is a weight percentage (% by weight) based on the total weight of the liquid crystal composition, and the liquid crystal composition contains impurities.
  • a liquid crystal composition was prepared by replacing the compound of the first component of the present invention with the compound of the third component (3-14-1) in the composition of Example 1. This composition was prepared and measured by the method described above. The components and properties of this composition are as follows.
  • the composition of Comparative Example 1 has a higher minimum temperature of the nematic phase and a small dielectric anisotropy.
  • Example 1 to Example 9 have a large positive dielectric anisotropy compared to that of Comparative Example 1. Therefore, the liquid crystal composition according to the present invention has excellent characteristics.
  • the liquid crystal composition satisfies at least one characteristic or has an appropriate balance with respect to at least two characteristics.
  • a liquid crystal display element containing such a composition becomes an AM element having a short response time, a large voltage holding ratio, a large contrast ratio, a long lifetime, and the like, and thus can be used for a liquid crystal projector, a liquid crystal television, and the like.

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Abstract

 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、大きな誘電率異方性、大きな比抵抗、紫外線に対する高い安定性、熱に対する高い安定性などの特性において、少なくとも1つの特性を充足する、または少なくとも2つの特性に関して適切なバランスを有する液晶組成物を提供する。短い応答時間、大きな電圧保持率、大きなコントラスト比、長い寿命などを有するAM素子を提供する。 第一成分として大きな誘電率異方性を有する特定の化合物、および第二成分として小さな粘度を有する特定の化合物を含有し、第三成分として高い上限温度または大きな誘電率異方性を有する特定の化合物を含有してもよく、そしてネマチック相を有する液晶組成物、およびこの組成物を含有する液晶表示素子である。

Description

液晶化合物、液晶組成物および液晶表示素子
 本発明は、主としてAM(active matrix)素子などに適する液晶組成物およびこの組成物を含有するAM素子などに関する。特に、誘電率異方性が正の液晶組成物に関し、この組成物を含有するTN(twisted nematic)モード、OCB(optically compensated bend)モード、IPS(in-plane switching)モード、FFS(Fringe Field Switching)、またはPSA(polymer sustained alignment)モードの素子などに関する。
 液晶表示素子において、液晶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)、PSA(polymer sustained alignment)モードなどである。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)とマルチプレックス(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。
 これらの素子は適切な特性を有する液晶組成物を含有する。この液晶組成物はネマチック相を有する。良好な一般的特性を有するAM素子を得るには組成物の一般的特性を向上させる。2つの一般的特性における関連を下記の表1にまとめる。組成物の一般的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。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より好ましい。組成物の弾性定数は素子のコントラストに関連する。素子においてコントラストを上げるためには、組成物における大きな弾性定数がより好ましい。
 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。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。TNのようなモードの素子では、適切な値は約0.45μmである。この場合、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、大きな電圧保持率に寄与し、素子における大きなコントラスト比に寄与する。したがって、初期段階において室温だけでなくネマチック相の上限温度に近い温度でも大きな比抵抗を有する組成物が好ましい。長時間使用したあと、室温だけでなくネマチック相の上限温度に近い温度でも大きな比抵抗を有する組成物が好ましい。紫外線および熱に対する組成物の安定性は、液晶表示素子の寿命に関連する。これらの安定性が高いとき、この素子の寿命は長い。このような特性は、液晶プロジェクター、液晶テレビなどに用いるAM素子に好ましい。
 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。一方、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。PSA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。正の誘電率異方性を有する液晶組成物の例は次の特許文献に開示されている。
特表2007-503487号公報
 望ましいAM素子は、使用できる温度範囲が広い、応答時間が短い、コントラスト比が大きい、しきい値電圧が低い、電圧保持率が大きい、寿命が長い、などの特性を有する。1ミリ秒でもより短い応答時間が望ましい。したがって、組成物の望ましい特性は、ネマチック相の高い上限温度、ネマチック相の低い下限温度、小さな粘度、適切な光学異方性、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、大きな弾性定数などである。
 本発明の1つの目的は、ネマチック相の高い上限温度、ネマチック相の低い下限温度、小さな粘度、適切な光学異方性、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、大きな弾性定数などの特性において、少なくとも1つの特性を充足する液晶組成物である。他の目的は、少なくとも2つの特性に関して適切なバランスを有する液晶組成物である。別の目的は、このような組成物を含有する液晶表示素子である。別の目的は、適切な光学異方性、大きな誘電率異方性、紫外線に対する高い安定性、大きな弾性定数などを有する組成物であり、そして短い応答時間、大きな電圧保持率、大きなコントラスト比、長い寿命などの特性を有するAM素子である。
 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、および第二成分として式(2)で表される化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物を含有し、そしてネマチック相を有する液晶組成物、およびこの組成物を含有する液晶表示素子である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000010

ここで、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、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Aおよび環Bは独立して、1,4-シクロへキシレン、1,4-フェニレン、2-フルオロ-1,4-フェニレン、3-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は独立して、単結合、エチレン、またはカルボニルオキシであり;X、X、X、およびXは独立して、水素またはフッ素であり;mおよびnは独立して、1、2、または3である。
 本発明の長所は、ネマチック相の高い上限温度、ネマチック相の低い下限温度、小さな粘度、適切な光学異方性、大きな誘電率異方性、大きな比抵抗、紫外線に対する高い安定性、熱に対する高い安定性などの特性において、少なくとも1つの特性を充足する液晶組成物である。本発明の1つの側面は、少なくとも2つの特性に関して適切なバランスを有する液晶組成物である。別の側面は、このような組成物を含有する液晶表示素子である。他の側面は、適切な光学異方性、大きな誘電率異方性、紫外線に対する高い安定性などの特性を有する組成物であり、そして短い応答時間、大きな電圧保持率、大きなコントラスト比、長い寿命などの特性を有するAM素子である。
 この明細書における用語の使い方は次のとおりである。本発明の液晶組成物または本発明の液晶表示素子をそれぞれ「組成物」または「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または液晶相を有さないが組成物の成分として有用な化合物を意味する。この有用な化合物は例えば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。光学活性な化合物または重合可能な化合物は組成物に添加されることがある。これらの化合物が液晶性化合物であったとしても、ここでは添加物として分類される。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つの化合物または2つ以上の化合物を意味する。他の式で表される化合物についても同様である。「置き換えられた」に関する「少なくとも1つの」は、位置だけでなく、その個数についても制限なく選択してよいことを意味する。
 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室温だけでなくネマチック相の上限温度に近い温度でも大きな比抵抗を有し、そして長時間使用したあと室温だけでなくネマチック相の上限温度に近い温度でも大きな比抵抗を有することを意味する。「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ネマチック相の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ネマチック相の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。光学異方性などの特性を説明するときは、実施例に記載した測定方法で得られた値を用いる。第一成分は、1つの化合物または2つ以上の化合物である。「第一成分の割合」は、液晶組成物の全重量に基づいた第一成分の重量百分率(重量%)で表す。第二成分の割合などにおいても同様である。組成物に混合される添加物の割合は、液晶組成物の全重量に基づいた重量百分率(重量%)または重量百万分率(ppm)で表す。
 成分化合物の化学式において、Rの記号を複数の化合物に用いた。これらの任意の2つの化合物において、Rで選択されるものは同じであっても、異なってもよい。例えば、化合物(1)のRがエチルであり、化合物(1-1)のRがエチルであるケースがある。化合物(1)のRがエチルであり、化合物(1-1)のRがプロピルであるケースもある。このルールは、R、X、Yなどにも適用される。
 本発明は、下記の項などである。
1. 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、および第二成分として式(2)で表される化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物を含有し、そしてネマチック相を有する液晶組成物。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000011

ここで、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、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Aおよび環Bは独立して、1,4-シクロへキシレン、1,4-フェニレン、2-フルオロ-1,4-フェニレン、3-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は独立して、単結合、エチレン、またはカルボニルオキシであり;X、X、X、およびXは独立して、水素またはフッ素であり;mおよびnは独立して、1、2、または3である。
2. 第一成分が式(1-1)から式(1-19)で表される化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物である項1に記載の液晶組成物。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000012

Figure JPOXMLDOC01-appb-I000013

ここで、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。
3. 第一成分が項2に記載の式(1-1)で表される化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物である項1に記載の液晶組成物。
4. 第一成分が項2に記載の式(1-17)で表される化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物である項1に記載の液晶組成物。
5. 第二成分が式(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つの化合物である項1から4のいずれか1項に記載の液晶組成物。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000014

ここで、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つの水素がフッ素で置き換えられた炭素数2から12のアルケニルである。
6. 第二成分が項5に記載の式(2-1)で表される化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物である項1に記載の液晶組成物。
7. 第二成分が項5に記載の式(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つの化合物である項1に記載の液晶組成物。
8. 第二成分が、項5に記載の式(2-1)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、および項5に記載の式(2-7)で表される化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物の混合物である項1に記載の液晶組成物。
9. 液晶組成物の全重量に基づいて、第一成分の割合が3重量%から25重量%の範囲であり、第二成分の割合が25重量%から97重量%の範囲である項1から8のいずれか1項に記載の液晶組成物。
10. 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つの化合物をさらに含有する項1から9のいずれか1項に記載の液晶組成物。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000015

ここで、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Cは、1,4-シクロへキシレン、1,4-フェニレン、2-フルオロ-1,4-フェニレン、3-フルオロ-1,4-フェニレン、3,5-ジフルオロ-1,4-フェニレン、1,3-ジオキサン-2,5-ジイル、テトラヒドロピラン-2,5-ジイル、またはピリミジン-2,5-ジイルであり;Zは、単結合、ジフルオロメチレンオキシ、エチレン、またはカルボニルオキシであり;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、またはトリフルオロメトキシであり;pは、1、2、3、または4である。
11. 第三成分が式(3-1)から式(3-24)で表される化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物である項9に記載の液晶組成物。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000016

Figure JPOXMLDOC01-appb-I000017

Figure JPOXMLDOC01-appb-I000018

ここで、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;X、X、X、X、X、X10、X11、およびX12は独立して、水素またはフッ素であり;Yは、フッ素、塩素、またはトリフルオロメトキシである。
12. 第三成分が項11に記載の式(3-14)で表される化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物である項10に記載の液晶組成物。
13. 第三成分が項11に記載の式(3-15)で表される化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物である項10に記載の液晶組成物。
14. 第三成分が項11に記載の式(3-17)で表される化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物である項10に記載の液晶組成物。
15. 第三成分が項11に記載の式(3-21)で表される化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物である項10に記載の液晶組成物。
16. 第三成分が項11に記載の式(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つの化合物である項10に記載の液晶組成物。
17. 液晶組成物の全重量に基づいて、第三成分の割合が5重量%から65重量%の範囲である項10から16のいずれか1項に記載の液晶組成物。
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℃)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℃)が2以上である項1から17のいずれか1項に記載の液晶組成物。
19. 項1から18のいずれか1項に記載の液晶組成物を含有する液晶表示素子。
20. 液晶表示素子の動作モードが、TNモード、ECBモード、OCBモード、IPSモード、PSA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。
21. 項1から18のいずれか1項に記載の液晶組成物の液晶表示素子における使用。
 本発明は、次の項も含む。1)光学活性な化合物をさらに含有する上記の組成物、2)酸化防止剤、紫外線吸収剤、消泡剤、重合可能な化合物、重合開始剤などの添加物をさらに含有する上記の組成物、3)上記の組成物を含有するAM素子、4)上記の組成物を含有し、そしてTN、ECB、OCB、IPS、FFSまたはPSAのモードを有する素子、5)上記の組成物を含有する透過型の素子、6)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、7)上記の組成物に光学活性な化合物を添加することによって光学活性な組成物としての使用。
 本発明の組成物を次の順で説明する。第一に、組成物における成分化合物の構成を説明する。第二に、成分化合物の主要な特性、およびこの化合物が組成物に及ぼす主要な効果を説明する。第三に、組成物における成分の組み合わせ、成分の好ましい割合およびその根拠を説明する。第四に、成分化合物の好ましい形態を説明する。第五に、成分化合物の具体的な例を示す。第六に、組成物に混合してもよい添加物を説明する。第七に、成分化合物の合成法を説明する。最後に、組成物の用途を説明する。
 第一に、組成物における成分化合物の構成を説明する。本発明の組成物は組成物Aと組成物Bに分類される。組成物Aは、化合物(1)、化合物(2)、および化合物(3)から選択された液晶化合物の他に、その他の液晶性化合物、添加物、不純物などをさらに含有してもよい。「その他の液晶性化合物」は、化合物(1)、化合物(2)、および化合物(3)とは異なる液晶性化合物である。このような化合物は、特性をさらに調整する目的で組成物に混合される。添加物は、光学活性な化合物、酸化防止剤、紫外線吸収剤、色素、消泡剤、重合可能な化合物、重合開始剤などである。不純物は成分化合物の合成などの工程において混入した化合物などである。この化合物が液晶性化合物であったとしても、ここでは不純物として分類される。
 組成物Bは、実質的に化合物(1)、化合物(2)、および化合物(3)から選択された化合物のみからなる。「実質的に」は、組成物が添加物および不純物を含有してもよいが、これらの化合物と異なる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物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の特性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、0(ゼロ)は、値がほぼゼロであることを意味する。

Figure JPOXMLDOC01-appb-I000019
 成分化合物を組成物に混合したとき、成分化合物が組成物の特性に及ぼす主要な効果は次のとおりである。化合物(1)は光学異方性を上げ、そして誘電率異方性を上げる。化合物(2)は上限温度を上げ、下限温度を下げ、そして粘度を下げる。化合物(3)は上限温度を上げ、そして誘電率異方性を上げる。
 第三に、組成物における成分の組み合わせ、成分の好ましい割合およびその根拠を説明する。組成物における成分の組み合わせは、第一成分+第二成分、および第一成分+第二成分+第三成分である。組成物における成分の好ましい組み合わせは、誘電率異方性を上げるため、粘度を下げるため、または下限温度を下げるために、第一成分+第二成分+第三成分である。
 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7重量%から約15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、または粘度を下げるために約25重量%以上であり、下限温度を下げるために約97重量%以下である。さらに好ましい割合は約30重量%から約80重量%の範囲である。特に好ましい割合は約35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、誘電率異方性を上げるために約5重量%以上であり、下限温度を下げるために約65重量%以下である。さらに好ましい割合は約10重量%から約60重量%の範囲である。特に好ましい割合は約15重量%から約55重量%の範囲である。
 第四に、成分化合物の好ましい形態を説明する。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、または炭素数2から12のアルケニルである。好ましいRまたはRは、紫外線に対する安定性を上げるため、または熱に対する安定性のために、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5のアルケニルであり、紫外線に対する安定性を上げるため、または熱に対する安定性を上げるために、炭素数1から7のアルキルである。
 好ましいアルキルは、メチル、エチル、プロピル、ブチル、ペンチル、ヘキシル、ヘプチル、またはオクチルである。さらに好ましいアルキルは、粘度を下げるために、エチル、プロピル、ブチル、ペンチル、またはヘプチルである。
 好ましいアルコキシは、メトキシ、エトキシ、プロポキシ、ブトキシ、ペンチルオキシ、ヘキシルオキシ、またはヘプチルオキシである。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。粘度を下げるために、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。
 少なくとも1つの水素がフッ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、および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、および4,4-ジフルオロ-3-ブテニルである。
 アルキルは環状アルキルを含まない。アルコキシは環状アルコキシを含まない。アルケニルは環状アルケニルを含まない。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。
環Aおよび環Bは独立して、1,4-シクロへキシレン、1,4-フェニレン、2-フルオロ-1,4-フェニレン、3-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。nが2または3である時、任意の2つの環Aは同じであっても、異なってもよい。好ましい環Aまたは環Bは、粘度を下げるために1,4-シクロへキシレンであり、光学異方性を上げるために1,4-フェニレンである。環Cは、1,4-シクロへキシレン、1,4-フェニレン、2-フルオロ-1,4-フェニレン、3-フルオロ-1,4-フェニレン、3,5-ジフルオロ-1,4-フェニレン、1,3-ジオキサン-2,5-ジイル、テトラヒドロピラン-2,5-ジイル、またはピリミジン-2,5-ジイルである。pが、2、3、または4である時、任意の2つの環Cは同じであっても、異なってもよい。好ましい環Cは上限温度を上げるために1,4-シクロへキシレンであり、光学異方性を上げるために1,4-フェニレンであり、誘電率異方性を上げるために3,5-ジフルオロ-1,4-フェニレンである。
 Zは、単結合、エチレン、またはカルボニルオキシである。nが2または3である時、任意の2つのZは同じであっても、異なってもよい。好ましいZは、粘度を下げるために単結合であり、上限温度を上げるためにカルボニルオキシである。Zは、単結合、ジフルオロメチレンオキシ、エチレン、またはカルボニルオキシである。pが、2、3、または4である時、任意の2つのZは同じであっても、異なってもよい。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。
 X、X、X、X、X、X、X、X、X、X10、X11、およびX12は独立して、水素またはフッ素である。好ましいX、X、X、X、X、X、X、X、X、X10、X11、またはX12は、誘電率異方性を上げるためにフッ素であり、粘度を下げるために水素である。
 Yは、フッ素、塩素、トリフルオロメトキシ、またはトリフルオロメチルである。好ましいYは、粘度を下げるためにフッ素である。
 mは、1、2、または3である。好ましいm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。
 nは、1、2、または3である。好ましいn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3である。
 pは、1、2、3、または4である。好ましいpは上限温度を上げるために2であり、紫外線または熱に対する安定性などを上げるために3である。
 第五に、成分化合物の具体的な例を示す。下記の好ましい化合物において、Rは、炭素数1から12のアルキル、または炭素数2から12のアルケニルであり、Rは独立して、炭素数1から12のアルキル、または炭素数1から12のアルコキシである。RおよびRは独立して、炭素数1~12を有する直鎖のアルキルまたは炭素数2から12を有する直鎖のアルケニルである。Rは独立して、炭素数1から12を有する直鎖のアルキルである。
 好ましい化合物(1)は、化合物(1-1-1)から化合物(1-19-1)である。
さらに好ましい化合物(1)は、化合物(1-6-1)および化合物(1-17-1)である。特に好ましい化合物(1)は、化合物(1-6-1)である。好ましい化合物(2)は、化合物(2-1-1)から化合物(2-13-1)である。さらに好ましい化合物(2)は、(2-1-1)、化合物(2-5-1)、化合物(2-7-1)、化合物(2-10-1)、および化合物(2-13-1)である。特に好ましい化合物(2)は、化合物(2-1-1)である。好ましい化合物(3)は、化合物(3-1-1)から化合物(3-24-1)である。さらに好ましい化合物(3)は、化合物(3-5-1)、化合物(3-6-1)、化合物(3-14-1)、化合物(3-15-1)、化合物(3-19-1)、化合物(3-21-1)、および化合物(3-22-1)である。特に好ましい化合物(3)は、化合物(3-14-1)、化合物(3-15-1)、化合物(3-21-1)、および化合物(3-22-1)である。
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000020
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000021
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000022
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000023
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000024
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000025
 第六に、組成物に混合してもよい添加物を説明する。このような添加物は、光学活性な化合物、酸化防止剤、紫外線吸収剤、色素、消泡剤、重合可能な化合物、重合開始剤などである。液晶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な化合物が組成物に混合される。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。光学活性な化合物の好ましい割合は約5重量%以下である。さらに好ましい割合は約0.01重量%から約2重量%の範囲である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000026
 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、室温だけではなくネマチック相の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混合される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000027
 酸化防止剤の好ましい例は、rが1から9の整数である化合物(5)などである。化合物(5)において、好ましいrは、1、3、5、7、または9である。さらに好ましいrは1または7である。rが1である化合物(5)は、揮発性が大きいので、大気中での加熱による比抵抗の低下を防止するときに有効である。r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、室温だけではなくネマチック相の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)が組成物に混合される。色素の好ましい割合は、約0.01重量%から約10重量%の範囲である。泡立ちを防ぐために、ジメチルシリコーンオイル、メチルフェニルシリコーンオイルなどの消泡剤が組成物に混合される。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、表示の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。
 PSA(polymer sustained alignment)モードの素子に適合させるために重合可能な化合物が組成物に混合される。重合可能な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重合可能な基を有する化合物である。特に好ましい例は、アクリレートまたはメタクリレートの誘導体である。重合可能な化合物の好ましい割合は、その効果を得るために、約0.05重量%以上であり、表示不良を防ぐために約10重量%以下である。さらに好ましい割合は、約0.1重量%から約2重量%の範囲である。重合可能な化合物は、好ましくは光重合開始剤などの適切な開始剤存在下でUV照射などにより重合する。重合のための適切な条件、開始剤の適切なタイプ、および適切な量は、当業者には既知であり、文献に記載されている。例えば光開始剤であるIrgacure651(登録商標;BASF)、Irgacure184(登録商標;BASF)、またはDarocure1173(登録商標;BASF)がラジカル重合に対して適切である。光重合開始剤の好ましい割合は、重合可能な化合物の約0.1重量%から約5重量%の範囲であり、特に好ましい割合は、約1重量%から約3重量%の範囲である。
 第七に、成分化合物の合成法を説明する。これらの化合物(1)から化合物(3)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(1-6-1)は、特表2007-503487号公報に記載された方法で合成する。化合物(2-1-1)は、特開昭59-70624号公報および特開昭59-176221号公報に記載された方法で合成する。化合物(2-5-1)は、特開昭57-165328号公報および特開昭59-176221号公報に記載された方法で合成する。化合物(3-5-1)は、特開平2-233626号公報に記載された方法で合成する。化合物(3-15-1)、化合物(3-21-1)、および化合物(3-22-1)は、特開平10-251186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r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。r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。
 合成法を記載しなかった化合物は、オーガニック・シンセシス(Organic Syntheses, John Wiley & Sons, Inc)、オーガニック・リアクションズ(Organic Reactions, John Wiley & Sons, Inc)、コンプリヘンシブ・オーガニック・シンセシス(Comprehensive Organic Synthesis, Pergamon Press)、新実験化学講座(丸善)などの成書に記載された方法によって合成できる。組成物は、このようにして得た化合物から公知の方法によって調製される。例えば、成分化合物を混合し、そして加熱によって互いに溶解させる。
 最後に、組成物の用途を説明する。本発明の組成物は主として、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。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。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、さらには約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。この組成物は、ネマチック相を有する組成物としての使用、光学活性な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、PSAなどのモードを有するAM素子およびPM素子への使用が可能である。TN、OCB、IPSモードまたはFFSモードを有するAM素子への使用は特に好ましい。IPSモードまたはFFSモードを有するAM素子において、電圧が無印加状態での液晶分子の配列がパネル基板に対して並行あるいは垂直であってもよい。これらの素子が反射型、透過型または半透過型であってもよい。透過型の素子への使用は好ましい。非結晶シリコン-TFT素子または多結晶シリコン-TFT素子への使用も可能である。この組成物をマイクロカプセル化して作製したNCAP(nematic curvilinear aligned phase)型の素子や、組成物中に三次元の網目状高分子を形成させたPD(polymer dispersed)型の素子にも使用できる。
 組成物および組成物に含有させる化合物の特性を評価するために、組成物およびこの化合物を測定目的物とする。測定目的物が組成物のときはそのままを試料として測定し、得られた値を記載した。測定目的物が化合物のときは、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)={(測定用試料の測定値)-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。
 母液晶の成分は下記のとおりである。各成分の割合は、重量%である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000028
 特性値の測定は下記の方法にしたがった。それらの多くは、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る。
 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。
 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。
 粘度(バルク粘度;η;20℃で測定;mPa・s):測定にはE型回転粘度計を用いた。
 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、下に記載した方法で求めた。
 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。
 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。
 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る。2枚のガラス基板の間隔(セルギャップ)が約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ある。
 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である。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る。電圧保持率は面積Bに対する面積Aの百分率である。
 電圧保持率(VHR-2;80℃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である。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る。電圧保持率は面積Bに対する面積Aの百分率である。
 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である。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である。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。
 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。
 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る。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。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ある。
 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である水平配向セルに試料を入れた。このセルに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の平均値である。
 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)}。
 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))。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)にて観察した。らせんピッチ(P)は、くさびセルの角度をθとあらわした次の式から算出した。
 P=2×(d2-d1)×tanθ
 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。液晶性化合物はガスクロマトグラフで検出することができる。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(モル数)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。
 実施例により本発明を詳細に説明する。本発明は下記の実施例によって限定されない。比較例および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、液晶組成物の全重量に基づいた重量百分率(重量%)であり、液晶組成物には不純物が含まれている。最後に、組成物の特性値をまとめた。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000029
[実施例1]
3-BB(F)B(F,F)-CF3   (1-6-1)   10%
V-HH-3              (2-1-1)   45%
V-HHB-1             (2-5-1)   10%
1-BB(F)B-2V         (2-7-1)    9%
2-BB(F)B-2V         (2-7-1)    5%
3-BB(F)B-2V         (2-7-1)    3%
3-BB(F,F)XB(F,F)-F  (3-15-1)   8%
3-BB(F)B(F,F)XB(F,F)-F 
                    (3-22-1)   3%
4-BB(F)B(F,F)XB(F,F)-F 
                    (3-22-1)   7%
 NI=76.8℃;Tc<-30℃;Δn=0.127;Δε=6.7;Vth=2.21V;η=8.6mPa・s.
[比較例1]
 実施例1の組成物において、本発明の第1成分の化合物を第3成分の化合物(3-14-1)に置き換えた液晶組成物とした。本組成物を調製し、上述した方法により測定した。この組成物の成分および特性は下記のとおりである。
V-HH-3              (2-1-1)   45%
V-HHB-1             (2-5-1)   10%
1-BB(F)B-2V         (2-7-1)    9%
2-BB(F)B-2V         (2-7-1)    5%
3-BB(F)B-2V         (2-7-1)    3%
3-BB(F)B(F,F)-F     (3-14-1)  10%
3-BB(F,F)XB(F,F)-F  (3-15-1)   8%
3-BB(F)B(F,F)XB(F,F)-F 
                    (3-22-1)   3%
4-BB(F)B(F,F)XB(F,F)-F 
                    (3-22-1)   7%
 NI=77.1℃;Tc<-20℃;Δn=0.127;Δε=5.6;Vth=2.44V;η=7.2mPa・s.
比較例1の組成物は実施例1と較べて、ネマチック相の下限温度が高く、誘電率異方性が正に小さい。
[実施例2]
3-B(F)B(F,F)-CF3    (1-5-1)    3%
3-BB(F)B(F,F)-CF3   (1-6-1)    4%
3-BBB(F)B(F,F)-CF3  (1-17-1)   3%
2-HH-3              (2-1-1)    5%
3-HH-4              (2-1-1)   18%
3-HB-O2             (2-2-1)    5%
5-HB-O2             (2-2-1)    4%
3-HHB-1             (2-5-1)    5%
3-HHB-O1            (2-5-1)    4%
3-B(F)BB-2          (2-8-1)    3%
3-HB-CL             (3-1-1)    7%
3-HHB-CL            (3-4-1)    5%
3-HHXB(F,F)-F       (3-6-1)    8%
3-HHEB(F,F)-F       (3-8-1)    3%
3-HBEB(F,F)-F       (3-11-1)   3%
3-BB(F,F)XB(F,F)-F  (3-15-1)   5%
3-HBBXB(F,F)-F      (3-21-1)   5%
5-HBBXB(F,F)-F      (3-21-1)   3%
3-BB(F)B(F,F)XB(F,F)-F 
                   (3-22-1)   3%
4-BB(F)B(F,F)XB(F,F)-F
                   (3-22-1)   4%
 NI=80.6℃;Tc<-20℃;Δn=0.108;Δε=8.6;Vth=2.06V;η=20.0mPa・s.
[実施例3]
3-BB(F,F)-CF3       (1-4-1)    4%
3-BBB(F,F)-CF3      (1-7-1)    4%
3-BB(F)B(F)B(F,F)-CF3 
                    (1-18-1)   4%
2-HH-3              (2-1-1)   10%
3-HH-4              (2-1-1)   10%
3-HH-5              (2-1-1)    5%
V2-BB-1             (2-3-1)    5%
3-HHEH-5            (2-4-1)    3%
1V2-HHB-3           (2-5-1)    5%
5-HBB-2             (2-6-1)    5%
3-HHEBH-5           (2-10-1)   3%
3-HHB(F,F)-F        (3-5-1)    8%
3-HBB-F             (3-12-1)   3%
3-BB(F)B(F,F)-F     (3-14-1)   5%
3-BB(F,F)XB(F,F)-F 
                    (3-15-1)   6%
3-HHBB(F,F)-F       (3-19-1)   4%
3-HHB(F)B(F,F)-F    (3-20-1)   4%
3-HB(F)B(F,F)XB(F,F)-F
                    (3-21-3)   6%
3-BB(F)B(F,F)XB(F,F)-F
                    (3-22-1)   6%
 NI=82.7℃;Tc<-20℃;Δn=0.115;Δε=9.1;Vth=2.06V;η=24.3mPa・s.
[実施例4]
3-B(F)B(F)-CF3      (1-3-1)    4%
3-B(F)B(F)B(F)-CF3  (1-8-1)    5%
3-BB(F,F)B(F)-CF3   (1-14-1)   5%
V-HH-3              (2-1-1)   23%
1V-HH-3             (2-1-1)    7%
7-HB-1              (2-2-1)    4%
V-HHB-1             (2-5-1)    8%
V2-HHB-1            (2-5-1)    8%
5-HBBH-3            (2-11-1)   4%
1V2-BB-F            (3-2  )    4%
1V2-BB-CL           (3-3  )    4%
3-HHXB(F)-OCF3      (3-7-1)    5%
3-BB(F,F)XB(F)-OCF3 (3-16-1)   5%
3-BB(F,F)XB(F)-F    (3-18-1)   4%
3-BB(F)B(F,F)XB(F)-F
                   (3-22-2)  10%
 NI=70.4℃;Tc<-20℃;Δn=0.100;Δε=7.7;Vth=1.91V;η=14.2mPa・s.
[実施例5]
3-BB(F)-CF3         (1-1-1)    4%
3-BB(F)B(F)-CF3     (1-9-1)    4%
3-BBB(F)-CF3        (1-11-1)   4%
V-HH-3              (2-1-1)   20%
1V2-HH-3            (2-1-1)   10%
V-HHB-1             (2-5-1)   10%
3-HB(F)HH-5         (2-9-1)    3%
3-HGB(F,F)-F        (3-9-1)    5%
3-GHB(F,F)-F        (3-10-1)   5%
3-BB(F,F)XB(F,F)-F  (3-15-1)  10%
3-BBXB(F,F)-F       (3-17-1)  10%
3-HB(F)B(F,F)XB(F,F)-F
                    (3-21-3)   5%
3-BB(F)B(F,F)XB(F,F)-F
                    (3-22-1)   5%
3-GB(F)B(F,F)XB(F,F)-F
                    (3-24-1)   5%
 NI=77.3℃;Tc<-20℃;Δn=0.120;Δε=10.3;Vth=1.83V;η=18.0mPa・s.
[実施例6]
3-B(F)B-CF3         (1-2-1)    4%
3-B(F)B(F)B-CF3     (1-10-1)   4%
3-BB(F)B-CF3        (1-12-1)   4%
V-HH-4              (2-1-1)   17%
V-HH-5              (2-1-1)    7%
1V-HH-4             (2-1-1)    4%
3-HHB-O1            (2-5-1)    4%
2-BB(F)B-3          (2-7-1)    4%
2-BB(F)B-5          (2-7-1)    4%
5-HBB(F)B-2         (2-13-1)   4%
3-HBB(F,F)-F        (3-13-1)   8%
3-BB(F)B(F,F)-F     (3-14-1)   4%
3-BB(F,F)XB(F,F)-F  (3-15-1)   8%
3-HHBB(F,F)-F       (3-19-1)   4%
5-HHBB(F,F)-F       (3-19-1)   4%
3-HBBXB(F,F)-F      (3-21-1)   4%
5-HBBXB(F,F)-F      (3-21-1)   4%
3-BB(F)B(F,F)XB(F,F)-F
                    (3-22-1)   4%
4-BB(F)B(F,F)XB(F,F)-F
                    (3-22-1)   4%
 NI=86.4℃;Tc<-30℃;Δn=0.134;Δε=8.7;Vth=2.21V;η=25.9mPa・s.
[実施例7]
3-BB(F)B(F,F)-CF3   (1-6-1)    4%
3-B(F)B(F,F)B(F,F)-CF3
                    (1-16-1)   4%
3-BBB(F,F)B(F,F)-CF3
                    (1-19-1)   4%
3-HH-4              (2-1-1)   25%
3-HH-5              (2-1-1)   10%
1-BB-3              (2-3-1)    5%
3-HHB-1             (2-5-1)    8%
3-HHB-3             (2-5-1)    5%
5-HB(F)BH-3         (2-12-1)   3%
3-HB-CL             (3-1-1)    4%
3-HHB-CL            (3-4-1)    4%
1-HHXB(F,F)-F       (3-6-1)    4%
3-HBBXB(F,F)-F      (3-21-1)   6%
3-HBB(F,F)XB(F,F)-F
                    (3-21-2)   5%
3-BB(F)B(F,F)XB(F,F)-F
                    (3-22-1)   5%
3-B(F)B(F,F)XB(F)B(F,F)-F
                    (3-23-1)   4%
 NI=92.1℃;Tc<-30℃;Δn=0.114;Δε=9.3;Vth=2.28V;η=19.8mPa・s.
[実施例8]
3-BB(F)B(F,F)-CF3   (1-6-1)    4%
3-B(F)BB-CF3        (1-13-1)   3%
3-B(F)B(F,F)B(F)-CF3
                    (1-15-1)   3%
V-HH-3              (2-1-1)   20%
2-HH-3              (2-1-1)    5%
VFF-HH-3            (2-1)      5%
3-HH-O1             (2-1-1)    5%
3-HB-O1             (2-2-1)    5%
V-HHB-1             (2-5-1)    8%
1V2-HHB-1           (2-5-1)    4%
VFF-HHB-1           (2-5)      3%
5-B(F)BB-2          (2-8-1)    3%
3-BB(F,F)XB(F,F)-F
                    (3-15-1)   5%
3-BBXB(F,F)-F       (3-17-1)   5%
3-HBBXB(F,F)-F      (3-21-1)   5%
3-HB(F)B(F,F)XB(F,F)-F
                    (3-21-3)   5%
3-BB(F)B(F,F)XB(F,F)-F
                    (3-22-1)   6%
3-Py-BB-F           (3)        3%
1O1-HBBH-5          (-)        3%
 NI=81.2℃;Tc<-20℃;Δn=0.118;Δε=7.2;Vth=2.27V;η=15.0mPa・s.
[実施例9]
V2-BB(F)B(F,F)-CF3
                    (1-6-1)    4%
V2-BB(F)B(F)-CF3    (1-9-1)    4%
2-HH-5              (2-1-1)    5%
V-HH-4              (2-1-1)   10%
V-HH-5              (2-1-1)   10%
1V2-HH-2            (2-1-1)    5%
V2-B(F)BB-2         (2-8-1)    4%
2-B(F)BB-2V         (2-8-1)    4%
3-HHXB(F,F)-F       (3-6-1)    9%
3-HBB(F,F)-F        (3-13-1)  10%
3-BBXB(F,F)-F       (3-17-1)   9%
3-HHBB(F,F)-F       (3-19-1)   5%
3-HBBXB(F,F)-F      (3-21-1)   6%
5-HBBXB(F,F)-F      (3-21-1)   5%
3-BB(F)B(F,F)XB(F,F)-F
                    (3-22-1)   6%
4-BB(F)B(F,F)XB(F,F)-F
                    (3-22-1)   4%
 NI=86.7℃;Tc<-20℃;Δn=0.131;Δε=8.5;Vth=2.23V;η=23.5mPa・s.
 実施例1から実施例9の組成物は、比較例1のそれと比べて正の大きな誘電率異方性を有する。よって、本発明による液晶組成物は優れた特性を有する。
 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、大きな誘電率異方性、大きな比抵抗、大きな弾性定数、紫外線に対する高い安定性、熱に対する高い安定性などの特性において、少なくとも1つの特性を充足する、または少なくとも2つの特性に関して適切なバランスを有する液晶組成物である。このような組成物を含有する液晶表示素子は、短い応答時間、大きな電圧保持率、大きなコントラスト比、長い寿命などを有するAM素子となるので、液晶プロジェクター、液晶テレビなどに用いることができる。

Claims (21)

  1.  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、および第二成分として式(2)で表される化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物を含有し、そしてネマチック相を有する液晶組成物。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-I000001

    ここで、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、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Aおよび環Bは独立して、1,4-シクロへキシレン、1,4-フェニレン、2-フルオロ-1,4-フェニレン、3-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は独立して、単結合、エチレン、またはカルボニルオキシであり;X、X、X、およびXは独立して、水素またはフッ素であり;mおよびnは独立して、1、2、または3である。
  2.  第一成分が式(1-1)から式(1-19)で表される化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物である請求項1に記載の液晶組成物。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-I000002

    Figure JPOXMLDOC01-appb-I000003

    ここで、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。
  3.  第一成分が請求項2に記載の式(1-6)で表される化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物である請求項1に記載の液晶組成物。
  4.  第一成分が請求項2に記載の式(1-17)で表される化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物である請求項1に記載の液晶組成物。
  5.  第二成分が式(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つの化合物である請求項1から4のいずれか1項に記載の液晶組成物。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-I000004

    ここで、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つの水素がフッ素で置き換えられた炭素数2から12のアルケニルである。
  6.  第二成分が請求項5に記載の式(2-1)で表される化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物である請求項1に記載の液晶組成物。
  7.  第二成分が請求項5に記載の式(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つの化合物である請求項1に記載の液晶組成物。
  8.  第二成分が、請求項5に記載の式(2-1)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、および請求項5に記載の式(2-7)で表される化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物の混合物である請求項1に記載の液晶組成物。
  9.  液晶組成物の全重量に基づいて、第一成分の割合が3重量%から25重量%の範囲であり、第二成分の割合が25重量%から97重量%の範囲である請求項1から8のいずれか1項に記載の液晶組成物。
  10.  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つの化合物をさらに含有する請求項1から9のいずれか1項に記載の液晶組成物。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-I000005

    ここで、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Cは、1,4-シクロへキシレン、1,4-フェニレン、2-フルオロ-1,4-フェニレン、3-フルオロ-1,4-フェニレン、3,5-ジフルオロ-1,4-フェニレン、1,3-ジオキサン-2,5-ジイル、テトラヒドロピラン-2,5-ジイル、またはピリミジン-2,5-ジイルであり;Zは、単結合、ジフルオロメチレンオキシ、エチレン、またはカルボニルオキシであり;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、またはトリフルオロメトキシであり;pは、1、2、3、または4である。
  11.  第三成分が式(3-1)から式(3-24)で表される化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物である請求項10に記載の液晶組成物。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-I000006

    Figure JPOXMLDOC01-appb-I000007

    Figure JPOXMLDOC01-appb-I000008

    ここで、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;X、X、X、X、X、X10、X11、およびX12は独立して、水素またはフッ素であり;Yは、フッ素、塩素、またはトリフルオロメトキシである。
  12.  第三成分が請求項11に記載の式(3-14)で表される化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物である請求項10に記載の液晶組成物。
  13.  第三成分が請求項11に記載の式(3-15)で表される化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物である請求項10に記載の液晶組成物。
  14.  第三成分が請求項11に記載の式(3-17)で表される化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物である請求項10に記載の液晶組成物。
  15.  第三成分が請求項11に記載の式(3-21)で表される化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物である請求項10に記載の液晶組成物。
  16.  第三成分が請求項11に記載の式(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つの化合物である請求項10に記載の液晶組成物。
  17.  液晶組成物の全重量に基づいて、第三成分の割合が5重量%から65重量%の範囲である請求項10から16のいずれか1項に記載の液晶組成物。
  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℃)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℃)が2以上である請求項1から17のいずれか1項に記載の液晶組成物。
  19.  請求項1から18のいずれか1項に記載の液晶組成物を含有する液晶表示素子。
  20.  液晶表示素子の動作モードが、TNモード、ECBモード、OCBモード、IPSモード、PSA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.  請求項1から18のいずれか1項に記載の液晶組成物の液晶表示素子における使用。
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