アクティブマトリクス駆動用コレステリック液晶組成物
【課題】 高い屈折率異方性及び低い閾値電圧を有し、アクティブマトリクス駆動コレステリック液晶表示素子を構成した場合における焼き付き現象を改善した液晶組成物を提供し、併せて焼き付き現象が改善された表示品位が優れたアクティブマトリクス駆動コレステリック液晶表示素子を提供する。
【解決手段】 フルオロベンゼン骨格を有する２又は３環の化合物であり、屈折率異方性が０．１６〜０．４０であり、誘電率異方性が１２〜３０である化合物群Ａを含有し、シアノベンゼン骨格を有する２又は３環の化合物であり、屈折率異方性が０．１０〜０．４０であり、誘電率異方性が１０〜８０である化合物群Ｂを含有し、光学活性化合物を含有し、化合物群Ａの含有量が５０〜９０％であり、化合物群Ｂの含有量が４〜３０％であり、光学活性化合物の含有量が０．１〜５％であるアクティブマトリクス駆動用コレステリック液晶組成物。
【解決手段】 フルオロベンゼン骨格を有する２又は３環の化合物であり、屈折率異方性が０．１６〜０．４０であり、誘電率異方性が１２〜３０である化合物群Ａを含有し、シアノベンゼン骨格を有する２又は３環の化合物であり、屈折率異方性が０．１０〜０．４０であり、誘電率異方性が１０〜８０である化合物群Ｂを含有し、光学活性化合物を含有し、化合物群Ａの含有量が５０〜９０％であり、化合物群Ｂの含有量が４〜３０％であり、光学活性化合物の含有量が０．１〜５％であるアクティブマトリクス駆動用コレステリック液晶組成物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は電気光学的液晶表示材料として有用なアクティブマトリクス駆動用コレステリック液晶組成物及びこれを用いた液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶組成物に光学活性化合物を添加することにより液晶相にねじれ配向を付与したコレステリック（カイラルネマティック）液晶組成物を用いた液晶表示素子は双安定性を有することから、特に低消費電力を要求される電子書籍、電子値札、プレゼンテーションパネル等に用いられる。コレステリック液晶における双安定性は、パルス電圧の印加によりプレーナ状態とフォーカルコニック状態に切り換えることによって達成され、プレーナ及びフォーカルコニックの各状態はパルス電圧印加後も維持されることから当該双安定性についてメモリー性と呼ぶこともある。
【０００３】
一方、表示品質が優れていることから、アクティブマトリクス形液晶表示装置が携帯端末、液晶テレビ、プロジェクタ、コンピューター等の市場に出されている。アクティブマトリクス表示方式は、画素毎にTFT（薄膜トランジスタ）あるいはMIM（メタル・インシュレータ・メタル）等が使われており、表示品位が高いことから液晶表示素子の主流を占めるに至っている。
【０００４】
コレステリック液晶表示素子は前述のメモリー性を有することから、従来はアクティブマトリックス駆動を必要とせず、単純なパッシブマトリックス駆動による表示素子が多く用いられてきた。パッシブマトリクス駆動によるコレステリック液晶表示素子は、表示品位の点で劣ることから、低消費電力特性に優れるにもかかわらず、液晶表示素子の主流を占めるには至っていない。
【０００５】
コレステリック液晶をアクティブマトリクス駆動することについては、既に開示されている（特許文献１参照）。しかしながら、コレステリック液晶と通常のネマチック液晶とは液晶表示素子における表示原理が本質的に異なることから、パッシブマトリクス駆動用のコレステリック液晶をアクティブマトリクス用に転用したとしても十分な特性を得ることはできない。例えば、コレステリック液晶を用いた表示素子においては、通常螺旋軸が基板に対して垂直であるプレーナー状態における選択反射状態を使用する。このとき選択反射光の半値幅（Δλ）は
【０００６】
【数１】
【０００７】
（式中Δnは液晶組成物の屈折率異方性、Pは自然ピッチを表す。）で表されることが知られている。明るい表示を実現するためには、大きな屈折率異方性を有する化合物を必要とするが、アクティブマトリクス駆動用のネマチック液晶組成物として多用されている、フルオロベンゼン系化合物を主体とした液晶組成物では、屈折率異方性が小さく、明るい表示を実現できないだけではなく、駆動電圧が高いといった問題があった（特許文献２、４、５及び６参照）。又、パッシブマトリクス駆動の代表的な駆動方式であるＳＴＮ用に多用されるシアノベンゼン系化合物を主体とした液晶組成物を用いた場合においては、駆動電圧等は十分低いものの、表示素子として構成した場合の焼き付き現象を抑えることができないといった問題を有していた（特許文献３参照）。
【０００８】
以上のことから、コレステリック液晶をアクティブマトリクス駆動する場合において、実用上必要とされる要求特性を満たした液晶組成物は開発されておらず、アクティブマトリクス駆動のコレステリック液晶表示素子の実用化の妨げとなっていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平７−１４０４４０号公報
【特許文献２】特許３７４０８５６号公報
【特許文献３】特許３７６５１８２号公報
【特許文献４】特開２００２−２８５１５９号公報
【特許文献５】特開２００１-１６４２５３号公報
【特許文献６】特表平９−５０６３３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の課題は、高い屈折率異方性及び低い閾値電圧を有し、アクティブマトリクス駆動コレステリック液晶表示素子を構成した場合における焼き付き現象を改善した液晶組成物を提供し、併せて焼き付き現象が改善された表示品位が優れたアクティブマトリクス駆動コレステリック液晶表示素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本願発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、特定のフッ素系液晶化合物、シアノベンゼン系化合物及び光学活性化合物を含有するコレステリック液晶組成物を使用することにより課題を解決できることを見出し本願発明の完成に至った。
【００１２】
本願発明は、２又は３の６員環からなり化合物中に３，４−ジフルオロベンゼン骨格又３，４，５−トリフルオロベンゼン骨格を有し、屈折率異方性が０．１６〜０．４であり、誘電率異方性が１２〜３０である化合物群Ａを含有し、２又は３の６員環からなり化合物中にシアノベンゼン骨格を有し、屈折率異方性が０．１０〜０．４０であり、誘電率異方性が１０〜８０である化合物群Ｂを含有し、光学活性化合物を含有し、化合物群Ａの含有量が５０〜９０％であり、化合物群Ｂの含有量が４〜３０％であり、光学活性化合物の含有量が０．１〜５％であるアクティブマトリクス駆動用コレステリック液晶組成物及び当該液晶組成物を用いたアクティブマトリクスコレステリック液晶表示素子を提供する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の液晶組成物は、高い屈折率異方性及び低い閾値電圧を有し、アクティブマトリクス駆動コレステリック液晶表示素子を構成した場合における焼き付き現象の改善に優れた効果を有している。本願発明の液晶組成物はアクティブマトリクス駆動コレステリック液晶表示素子等として有用である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本願発明の液晶組成物は、２又は３の６員環からなり化合物中に３，４−ジフルオロベンゼン骨格又３，４，５−トリフルオロベンゼン骨格を有する化合物群Ａを含有するが、化合物群Ａとして一般式(Ia)及び一般式（Ib）
【００１５】
【化１】
【００１６】
（式中、Ｒ1は炭素原子数1〜16のアルキル基、炭素原子数1〜16のアルコキシ基、炭素原子数2〜16のアルケニル基、炭素原子数3〜16のアルケニルオキシ基、又は炭素原子数1〜10のアルコキシ基で置換された炭素原子数1〜12のアルキル基を表し、
Ａ1及びＡ2はそれぞれ独立して、基中に存在する1個のCH2基又は隣接していない2個以上のCH2基が酸素原子により置き換えられても良いトランス-1,4-シクロへキシレン基、又は基中に存在する1個の炭素原子又は隣接していない2個以上の炭素原子が窒素原子に置き換えられてもよい1,4-フェニレン基を表し、該1,4-フェニレン基はメチル基又はフッ素原子により置換されていても良い、
Ｚ1及びＺ2はそれぞれ独立して、-CH2CH2-、-CH(CH3)CH2-、-CH2CH(CH3)-、-CH2O-、-OCH2-、-CF2O-、-OCF2-、-COO-、-OCO-、-CH=CH-、-CF=CF-、-C≡C-、-O(CH2)3-、-(CH2)3O-、-(CH2)4-又は単結合を表し、Ｘ1は水素原子又はフッ素原子を表し、
Ｙは炭素原子数1〜16のアルキル基、炭素原子数1〜16のアルコキシ基、炭素原子数2〜16のアルケニル基、炭素原子数3〜16のアルケニルオキシ基、炭素原子数1〜10のアルコキシ基で置換された炭素原子数1〜12のアルキル基又はフッ素原子を表す。）で表される化合物からなる群より選ばれる化合物を用いることが好ましい。
【００１７】
一般式(Ia)及び一般式（Ib）において、Ｒ1は炭素原子数1〜10のアルキル基、炭素原子数1〜10のアルコキシ基、炭素原子数2〜10のアルケニル基、炭素原子数3〜10のアルケニルオキシ基、又は炭素原子数1〜8のアルコキシ基で置換された炭素原子数1〜10のアルキル基が好ましく、炭素原子数1〜8のアルキル基、炭素原子数1〜8のアルコキシ基、炭素原子数2〜8のアルケニル基、炭素原子数3〜8のアルケニルオキシ基、又は炭素原子数1〜6のアルコキシ基で置換された炭素原子数1〜8のアルキル基がより好ましい。
【００１８】
Ａ1は、基中に存在する1個のCH2基又は隣接していない2個以上のCH2基が酸素原子により置き換えられても良いトランス-1,4-シクロへキシレン基、又はメチル基又はフッ素原子により置換されていても良い1,4-フェニレン基が好ましい、Ａ2は、基中に存在する1個のCH2基又は隣接していない2個以上のCH2基が酸素原子により置き換えられても良いトランス-1,4-シクロへキシレン基、又はメチル基又はフッ素原子により置換されていても良い1,4-フェニレン基が好ましく、メチル基又はフッ素原子により置換されていても良い1,4-フェニレン基がより好ましい。
【００１９】
Ｚ1は、-CF2O-、-OCF2-、-COO-、-OCO-、-CH=CH-、-CF=CF-、-C≡C-、-O(CH2)3-、-(CH2)3O-、-(CH2)4-又は単結合が好ましく、-COO-、-OCO-、-C≡C-又は単結合がより好ましい、Ｚ2は、-CF2O-、-OCF2-、-COO-、-OCO-、-CH=CH-、-CF=CF-、-C≡C-、-O(CH2)3-、-(CH2)3O-、-(CH2)4-又は単結合が好ましく、-COO-、-OCO-、-C≡C-又は単結合がより好ましく、Ｚ1及びＺ2の何れか一つが単結合を表し、他方が-C≡C-を表すことが好ましい。 Ｘ1は水素原子及びフッ素原子の何れも用途により好ましいがフッ素原子がより好ましい。
【００２０】
Ｙは炭素原子数1〜10のアルキル基、炭素原子数1〜10のアルコキシ基、炭素原子数2〜10のアルケニル基、炭素原子数3〜10のアルケニルオキシ基、炭素原子数1〜8のアルコキシ基で置換された炭素原子数1〜10のアルキル基又はフッ素原子が好ましく、炭素原子数1〜8のアルキル基、炭素原子数1〜8のアルコキシ基、炭素原子数2〜8のアルケニル基、炭素原子数3〜8のアルケニルオキシ基、炭素原子数1〜6のアルコキシ基で置換された炭素原子数1〜8のアルキル基又はフッ素原子がより好ましい。
【００２１】
具体的な化合物としては以下の一般式(Ia-a)〜一般式(Ia-d)、一般式(Ib-a)又は一般式(Ib-b)
【００２２】
【化２】
【００２３】
（式中、Ｒ1は炭素原子数1〜16のアルキル基、炭素原子数1〜16のアルコキシ基、炭素原子数2〜16のアルケニル基、炭素原子数3〜16のアルケニルオキシ基、又は炭素原子数1〜10のアルコキシ基で置換された炭素原子数1〜12のアルキル基を表し、X40〜X63はそれぞれ独立的に水素原子又はフッ素原子を表す。）で表される化合物が特に好ましい。
化合物群Ａの化合物は屈折率異方性が０．１６〜０．４であるが、０．２１以上が好ましく、０．２２以上がより好ましく、誘電率異方性が１２〜３０であるが、１４以上が好ましく、１５以上がより好ましい。
【００２４】
化合物群Ａの含有量は５０〜９０％であるが、５０〜８５％が好ましく、５０〜８０％がより好ましい。
化合物個別の屈折率異方性及び誘電率異方性は次のように定義される。
以下の組成で表される屈折率異方性０．１０２、誘電率異方性４．４のホスト液晶
【００２５】
【化３】
【００２６】
に、化合物を１０％添加した場合の、屈折率異方性及び誘電率異方性を測定し、測定結果から１００％に外挿した値を用いた。
本願発明の液晶組成物においては、屈折率異方性が０．１０〜０．４０であり、誘電率異方性が１０〜８０である化合物群Ｂを含有するが、化合物群Ｂとして一般式(II)
【００２７】
【化４】
【００２８】
（式中、Ｒ2は炭素原子数1〜16のアルキル基、炭素原子数1〜16のアルコキシ基、炭素原子数2〜16のアルケニル基、炭素原子数3〜16のアルケニルオキシ基、又は炭素原子数1〜10のアルコキシ基で置換された炭素原子数1〜12のアルキル基を表し、
Ａ3及びＡ4はそれぞれ独立して、基中に存在する1個のCH2基又は隣接していない2個以上のCH2基が酸素原子により置き換えられても良いトランス-1,4-シクロへキシレン基、又は基中に存在する1個の炭素原子又は隣接していない2個以上の炭素原子が窒素原子に置き換えられてもよい1,4-フェニレン基を表し、該1,4-フェニレン基はフッ素原子により置換されていても良い、
Ｚ3及びＺ4はそれぞれ独立して、-CH2CH2-、-CH(CH3)CH2-、-CH2CH(CH3)-、-CH2O-、-OCH2-、-CF2O-、-OCF2-、-COO-、-OCO-、-CH=CH-、-CF=CF-、-C≡C-、-O(CH2)3-、-(CH2)3O-、-(CH2)4-又は単結合を表し、Ｘ2及びＸ3はそれぞれ独立的に水素原子又はフッ素原子を表す。）で表される化合物を含有することが好ましい。
【００２９】
一般式(II)において、Ｒ2は炭素原子数1〜10のアルキル基、炭素原子数1〜10のアルコキシ基、炭素原子数2〜10のアルケニル基、炭素原子数3〜10のアルケニルオキシ基、又は炭素原子数1〜8のアルコキシ基で置換された炭素原子数1〜10のアルキル基が好ましく、炭素原子数1〜8のアルキル基、炭素原子数1〜8のアルコキシ基、炭素原子数2〜8のアルケニル基、炭素原子数3〜8のアルケニルオキシ基、又は炭素原子数1〜6のアルコキシ基で置換された炭素原子数1〜8のアルキル基が特に好ましい。
【００３０】
Ａ3は、基中に存在する1個のCH2基又は隣接していない2個以上のCH2基が酸素原子により置き換えられても良いトランス-1,4-シクロへキシレン基、又はメチル基又はフッ素原子により置換されていても良い1,4-フェニレン基が好ましい。
【００３１】
Ａ4が基中に存在する1個のCH2基又は隣接していない2個以上のCH2基が酸素原子により置き換えられても良いトランス-1,4-シクロへキシレン基、又はメチル基又はフッ素原子により置換されていても良い1,4-フェニレン基が好ましい。
【００３２】
Ｚ3は、-CF2O-、-OCF2-、-COO-、-OCO-、-CH=CH-、-CF=CF-、-C≡C-、-O(CH2)3-、-(CH2)3O-、-(CH2)4-又は単結合が好ましく、-COO-、-OCO-、-C≡C-又は単結合がより好ましい。
Ｚ4は、-CF2O-、-OCF2-、-COO-、-OCO-、-CH=CH-、-CF=CF-、-C≡C-、-O(CH2)3-、-(CH2)3O-、-(CH2)4-又は単結合が好ましく、-COO-、-OCO-、-C≡C-又は単結合がより好ましい。Ｘ2は、フッ素原子が好ましく、Ｘ3は、フッ素原子が好ましい。
一般式(II)の具体的な化合物としては以下の一般式(II-a)〜一般式(II-e)
【００３３】
【化５】
（式中、Ｒ2は炭素原子数1〜16のアルキル基、炭素原子数1〜16のアルコキシ基、炭素原子数2〜16のアルケニル基、炭素原子数3〜16のアルケニルオキシ基、又は炭素原子数1〜10のアルコキシ基で置換された炭素原子数1〜12のアルキル基を表し、X10〜X35はそれぞれ独立的に水素原子又はフッ素原子を表す。）で表される化合物が特に好ましい。
【００３４】
化合物群Ｂの化合物は屈折率異方性が０．１〜０．４であるが、０．１３以上が好ましく、０．１５以上がより好ましく、誘電率異方性が１０〜８０であるが、２２以上が好ましく、２５以上がより好ましい。
化合物群Ｂの含有量は４〜３０％であるが、５〜３０％が好ましく、５〜２５％がより好ましい。
本願発明の液晶組成物は、誘電率異方性が−１〜１である化合物群Ｃを更に含有することが好ましい。
化合物群Ｃとして具体的には、一般式(III)
【００３５】
【化６】
（式中、Ｒ3及びＲ8はそれぞれ独立して、炭素原子数1〜16のアルキル基、炭素原子数1〜16のアルコキシ基、炭素原子数2〜16のアルケニル基、炭素原子数3〜16のアルケニルオキシ基、又は炭素原子数1〜10のアルコキシ基で置換された炭素原子数1〜12のアルキル基を表し、
Ａ5、Ａ6、及びＡ7はそれぞれ独立して、基中に存在する1個のCH2基又は隣接していない2個以上のCH2基が酸素原子により置き換えられても良いトランス-1,4-シクロへキシレン基、又は基中に存在する1個の炭素原子又は隣接していない2個以上の炭素原子が窒素原子に置き換えられてもよい1,4-フェニレン基を表し、該1,4-フェニレン基はフッ素原子により置換されていても良いが、Ａ7は単結合を表していても良い、
Ｚ5、及びＺ6はそれぞれ独立的して、に-CH2CH2-、-CH(CH3)CH2-、-CH2CH(CH3)-、-CH2O-、-OCH2-、-CF2O-、-OCF2-、-COO-、-OCO-、-CH=CH-、-CF=CF-、-C≡C-、-O(CH2)3-、-(CH2)3O-、-(CH2)4-又は単結合を表し、pは０、１又は２を表す。）で表される化合物を含有することが好ましい。
【００３６】
一般式(III)において、R3及びR8は炭素原子数1〜10のアルキル基、炭素原子数1〜10のアルコキシ基、炭素原子数2〜10のアルケニル基、炭素原子数3〜10のアルケニルオキシ基、又は炭素原子数1〜8のアルコキシ基で置換された炭素原子数1〜10のアルキル基がより好ましく、炭素原子数1〜8のアルキル基、炭素原子数1〜8のアルコキシ基、炭素原子数2〜8のアルケニル基又は炭素原子数3〜8のアルケニルオキシ基が特に好ましい。
一般式(III)で表される化合物は具体的には下記の一般式（III-a）〜一般式（III-u）
【００３７】
【化７】
【００３８】
(式中、R4及びR5はそれぞれ独立して、炭素原子数1〜16のアルキル基、炭素原子数1〜16のアルコキシ基、炭素原子数2〜16のアルケニル基、炭素原子数3〜16のアルケニルオキシ基、又は炭素原子数1〜10のアルコキシ基で置換された炭素原子数1〜12のアルキル基を表す。)で表される化合物群から選ばれる化合物が好ましい。
化合物群Ｃの含有率は５〜３０％が好ましいが、１０〜３０％がより好ましく、１５％〜３０％が特に好ましい。
本願発明の液晶組成物は光学活性化合物Dを含有するが、化合物群Dとして一般式(IVa)〜一般式(IVg)
【００３９】
【化８】
【００４０】
（式中、Ｒ9は、炭素原子数1〜16のアルキル基、炭素原子数1〜16のアルコキシ基、炭素原子数2〜16のアルケニル基、炭素原子数3〜16のアルケニルオキシ基、又は炭素原子数1〜10のアルコキシ基で置換された炭素原子数1〜12のアルキル基を表し、R10は、炭素原子数1〜16のアルキル基、炭素原子数1〜16のアルコキシ基、炭素原子数2〜16のアルケニル基、炭素原子数3〜16のアルケニルオキシ基、炭素原子数1〜10のアルコキシ基で置換された炭素原子数1〜12のアルキル基、水素原子、フッ素原子、基中に存在する1個のCH2基又は隣接していない2個以上のCH2基が酸素原子により置き換えられても良いトランス-1,4-シクロへキシレン基又は基中に存在する1個の炭素原子又は隣接していない2個以上の炭素原子が窒素原子に置き換えられてもよい1,4-フェニレン基を表し、該1,4-フェニレン基はフッ素原子により置換されていても良い、
Ａ8、A10及びA11は、基中に存在する1個のCH2基又は隣接していない2個以上のCH2基が酸素原子により置き換えられても良いトランス-1,4-シクロへキシレン基又は基中に存在する1個の炭素原子又は隣接していない2個以上の炭素原子が窒素原子に置き換えられてもよい1,4-フェニレン基を表し、該1,4-フェニレン基はフッ素原子により置換されていても良いが、Ａ8、A10及びA11は単結合を表していても良い、Ａ9は
【００４１】
【化９】
を表し、Z7、Z8、Z9及びZ10はそれぞれ独立的して-CH2CH2-、-CH(CH3)CH2-、-CH2CH(CH3)-、-CH2O-、-OCH2-、-CF2O-、-OCF2-、-COO-、-OCO-、-CH=CH-、-CF=CF-、-C≡C-、-O(CH2)3-、-(CH2)3O-、-(CH2)4-又は単結合を表す。）で表される化合物を含有することが好ましい。
一般式(IVa)〜一般式(IVf)で表される化合物は具体的には下記の一般式(IVa-a)、一般式(IVb-a)、一般式(IVc-a)、一般式(IVd-a)〜一般式(IVd-c)、一般式(IVe-a)、一般式(IVf-a)又は一般式(IVg-a)
【００４２】
【化１０】
【００４３】
（式中、Ｒ9は、炭素原子数1〜16のアルキル基、炭素原子数1〜16のアルコキシ基、炭素原子数2〜16のアルケニル基、炭素原子数3〜16のアルケニルオキシ基、又は炭素原子数1〜10のアルコキシ基で置換された炭素原子数1〜12のアルキル基を表し、R10は、炭素原子数1〜16のアルキル基、炭素原子数1〜16のアルコキシ基、炭素原子数2〜16のアルケニル基、炭素原子数3〜16のアルケニルオキシ基、炭素原子数1〜10のアルコキシ基で置換された炭素原子数1〜12のアルキル基、水素原子、フッ素原子、基中に存在する1個のCH2基又は隣接していない2個以上のCH2基が酸素原子により置き換えられても良いトランス-1,4-シクロへキシレン基又は基中に存在する1個の炭素原子又は隣接していない2個以上の炭素原子が窒素原子に置き換えられてもよい1,4-フェニレン基を表し、該1,4-フェニレン基はフッ素原子により置換されていても良い、
Ａ8、A10又はA11は、基中に存在する1個のCH2基又は隣接していない2個以上のCH2基が酸素原子により置き換えられても良いトランス-1,4-シクロへキシレン基、又は基中に存在する1個の炭素原子又は隣接していない2個以上の炭素原子が窒素原子に置き換えられてもよい1,4-フェニレン基を表し、該1,4-フェニレン基はフッ素原子により置換されていても良いが、Ａ8 、A10又はA11は単結合を表していても良い、
Z7、Z8、Z9又はZ10はそれぞれ独立的して、-CH2CH2-、-CH(CH3)CH2-、-CH2CH(CH3)-、-CH2O-、-OCH2-、-CF2O-、-OCF2-、-COO-、-OCO-、-CH=CH-、-CF=CF-、-C≡C-、-O(CH2)3-、-(CH2)3O-、-(CH2)4-又は単結合を表す。）で表される化合物群から選ばれる化合物が好ましい。
【００４４】
本願発明の液晶組成物のらせんピッチは、１３０ｎｍ〜１０００ｎｍが好ましく、２００ｎｍ〜７５０ｎｍがより好ましく、３００ｎｍ〜７００ｎｍが特に好ましい。
液晶表示素子を構成する場合、可視波長範囲における光を反射するように選択することが好ましい。
本願発明の液晶組成物は、−１０℃〜９０℃においてコレステリック相を発現することが好ましく、−２０℃〜１００℃がより好ましく、下限温度が−４０℃以下であり、上限温度が１２０℃以上であることが特に好ましい。
液晶組成物としての屈折率は、０．１５０以上が好ましく、０．１８０以上がより好ましい。閾値電圧は、１．７V以下が好ましく、１．５V以下がより好ましい。
本発明の液晶組成物は、添加剤として、安定剤、酸化防止剤、帯電防止剤を含むことができ、用途によっては、重合性液晶化合物を含有しても良い。
【実施例】
【００４５】
以下、例を挙げて本願発明を更に詳述するが、本願発明はこれらによって限定されるものではない。また、以下の実施例及び比較例の組成物における「%」は『質量%』を意味する。
実施例中、測定した特性は以下の通りである。
TN-I ：ネマチック相−等方性液体相転移温度（℃）
Δn ：複屈折（20℃及び589nm）
Vth ：駆動電圧（25℃）
VHR ：電圧保持率
λ ：選択反射波長（25℃）（nm）
I.S. ：焼き付きレベル
より詳しい測定方法を記載
○：加熱1000時間後に全く問題の無いレベル
△：加熱1000時間後に焼き付きが確認されるレベル
×：加熱1000時間に至る前に焼き付きが確認されるレベル
化合物の記載に下記の略号を使用する。
-末端の n(数字) : -CnH2n+1 ndm- : CnH2n+1-CH=CH-(CH2)m-1-
-T- : -C≡C- -ndm : -(CnH2n+1-CH=CH-(CH2)m-1)
-F : -F -On : -OCnH2n+1
-VO- : -COO- -CN : -C≡N
-Z- : -CH=N-N=CH- -CF2O- : -CF2-O-
【００４６】
【化１１】
例えば、以下に示すように略号を用いる。
【００４７】
【化１２】
（実施例1、比較例1、比較例2及び比較例3）
化合物群IとIIの物性値を表1に示す。
【００４８】
【表１】
液晶組成物No.1(実施例1)、液晶組成物M1(比較例1) 、液晶組成物M2(比較例2) 及び液晶組成物M3(比較例3)を調製しこれらの物性値を表2に示す。
【００４９】
【表２】
【００５０】
表2に示すように、実施例1の液晶組成物は、比較例1や比較例3と比べ焼き付きのレベルで大きな差があることが明らかである。実施例1と比較例2を比べΔnとVthで大きな差があることが明らかである。よって、本願発明の液晶組成物は、焼き付きや表示不良等表示品位が良好、加えて高い複屈折異方性・低電圧を両立して達成できていることが明らかである。
（実施例2、比較例4及び比較例5）
液晶組成物No.2(実施例2)、液晶組成物M4(比較例4)及び 液晶組成物M5(比較例5)を調製しこれらの物性値を表3に示す。
【００５１】
【表３】
【００５２】
表3に示すように、実施例2の液晶組成物は、比較例5と比べ焼き付きのレベルで大きな差があることが明らかである。また、実施例2と比較例4を比べるとVHRは同等であるが焼き付きレベルに差があることが明らかである。よって、本願発明の液晶組成物は、焼き付きや表示不良等表示品位が良好、加えて高い複屈折異方性・低電圧を両立して達成できていることが明らかである。
【技術分野】
【０００１】
本願発明は電気光学的液晶表示材料として有用なアクティブマトリクス駆動用コレステリック液晶組成物及びこれを用いた液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶組成物に光学活性化合物を添加することにより液晶相にねじれ配向を付与したコレステリック（カイラルネマティック）液晶組成物を用いた液晶表示素子は双安定性を有することから、特に低消費電力を要求される電子書籍、電子値札、プレゼンテーションパネル等に用いられる。コレステリック液晶における双安定性は、パルス電圧の印加によりプレーナ状態とフォーカルコニック状態に切り換えることによって達成され、プレーナ及びフォーカルコニックの各状態はパルス電圧印加後も維持されることから当該双安定性についてメモリー性と呼ぶこともある。
【０００３】
一方、表示品質が優れていることから、アクティブマトリクス形液晶表示装置が携帯端末、液晶テレビ、プロジェクタ、コンピューター等の市場に出されている。アクティブマトリクス表示方式は、画素毎にTFT（薄膜トランジスタ）あるいはMIM（メタル・インシュレータ・メタル）等が使われており、表示品位が高いことから液晶表示素子の主流を占めるに至っている。
【０００４】
コレステリック液晶表示素子は前述のメモリー性を有することから、従来はアクティブマトリックス駆動を必要とせず、単純なパッシブマトリックス駆動による表示素子が多く用いられてきた。パッシブマトリクス駆動によるコレステリック液晶表示素子は、表示品位の点で劣ることから、低消費電力特性に優れるにもかかわらず、液晶表示素子の主流を占めるには至っていない。
【０００５】
コレステリック液晶をアクティブマトリクス駆動することについては、既に開示されている（特許文献１参照）。しかしながら、コレステリック液晶と通常のネマチック液晶とは液晶表示素子における表示原理が本質的に異なることから、パッシブマトリクス駆動用のコレステリック液晶をアクティブマトリクス用に転用したとしても十分な特性を得ることはできない。例えば、コレステリック液晶を用いた表示素子においては、通常螺旋軸が基板に対して垂直であるプレーナー状態における選択反射状態を使用する。このとき選択反射光の半値幅（Δλ）は
【０００６】
【数１】
【０００７】
（式中Δnは液晶組成物の屈折率異方性、Pは自然ピッチを表す。）で表されることが知られている。明るい表示を実現するためには、大きな屈折率異方性を有する化合物を必要とするが、アクティブマトリクス駆動用のネマチック液晶組成物として多用されている、フルオロベンゼン系化合物を主体とした液晶組成物では、屈折率異方性が小さく、明るい表示を実現できないだけではなく、駆動電圧が高いといった問題があった（特許文献２、４、５及び６参照）。又、パッシブマトリクス駆動の代表的な駆動方式であるＳＴＮ用に多用されるシアノベンゼン系化合物を主体とした液晶組成物を用いた場合においては、駆動電圧等は十分低いものの、表示素子として構成した場合の焼き付き現象を抑えることができないといった問題を有していた（特許文献３参照）。
【０００８】
以上のことから、コレステリック液晶をアクティブマトリクス駆動する場合において、実用上必要とされる要求特性を満たした液晶組成物は開発されておらず、アクティブマトリクス駆動のコレステリック液晶表示素子の実用化の妨げとなっていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平７−１４０４４０号公報
【特許文献２】特許３７４０８５６号公報
【特許文献３】特許３７６５１８２号公報
【特許文献４】特開２００２−２８５１５９号公報
【特許文献５】特開２００１-１６４２５３号公報
【特許文献６】特表平９−５０６３３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の課題は、高い屈折率異方性及び低い閾値電圧を有し、アクティブマトリクス駆動コレステリック液晶表示素子を構成した場合における焼き付き現象を改善した液晶組成物を提供し、併せて焼き付き現象が改善された表示品位が優れたアクティブマトリクス駆動コレステリック液晶表示素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本願発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、特定のフッ素系液晶化合物、シアノベンゼン系化合物及び光学活性化合物を含有するコレステリック液晶組成物を使用することにより課題を解決できることを見出し本願発明の完成に至った。
【００１２】
本願発明は、２又は３の６員環からなり化合物中に３，４−ジフルオロベンゼン骨格又３，４，５−トリフルオロベンゼン骨格を有し、屈折率異方性が０．１６〜０．４であり、誘電率異方性が１２〜３０である化合物群Ａを含有し、２又は３の６員環からなり化合物中にシアノベンゼン骨格を有し、屈折率異方性が０．１０〜０．４０であり、誘電率異方性が１０〜８０である化合物群Ｂを含有し、光学活性化合物を含有し、化合物群Ａの含有量が５０〜９０％であり、化合物群Ｂの含有量が４〜３０％であり、光学活性化合物の含有量が０．１〜５％であるアクティブマトリクス駆動用コレステリック液晶組成物及び当該液晶組成物を用いたアクティブマトリクスコレステリック液晶表示素子を提供する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の液晶組成物は、高い屈折率異方性及び低い閾値電圧を有し、アクティブマトリクス駆動コレステリック液晶表示素子を構成した場合における焼き付き現象の改善に優れた効果を有している。本願発明の液晶組成物はアクティブマトリクス駆動コレステリック液晶表示素子等として有用である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本願発明の液晶組成物は、２又は３の６員環からなり化合物中に３，４−ジフルオロベンゼン骨格又３，４，５−トリフルオロベンゼン骨格を有する化合物群Ａを含有するが、化合物群Ａとして一般式(Ia)及び一般式（Ib）
【００１５】
【化１】
【００１６】
（式中、Ｒ1は炭素原子数1〜16のアルキル基、炭素原子数1〜16のアルコキシ基、炭素原子数2〜16のアルケニル基、炭素原子数3〜16のアルケニルオキシ基、又は炭素原子数1〜10のアルコキシ基で置換された炭素原子数1〜12のアルキル基を表し、
Ａ1及びＡ2はそれぞれ独立して、基中に存在する1個のCH2基又は隣接していない2個以上のCH2基が酸素原子により置き換えられても良いトランス-1,4-シクロへキシレン基、又は基中に存在する1個の炭素原子又は隣接していない2個以上の炭素原子が窒素原子に置き換えられてもよい1,4-フェニレン基を表し、該1,4-フェニレン基はメチル基又はフッ素原子により置換されていても良い、
Ｚ1及びＺ2はそれぞれ独立して、-CH2CH2-、-CH(CH3)CH2-、-CH2CH(CH3)-、-CH2O-、-OCH2-、-CF2O-、-OCF2-、-COO-、-OCO-、-CH=CH-、-CF=CF-、-C≡C-、-O(CH2)3-、-(CH2)3O-、-(CH2)4-又は単結合を表し、Ｘ1は水素原子又はフッ素原子を表し、
Ｙは炭素原子数1〜16のアルキル基、炭素原子数1〜16のアルコキシ基、炭素原子数2〜16のアルケニル基、炭素原子数3〜16のアルケニルオキシ基、炭素原子数1〜10のアルコキシ基で置換された炭素原子数1〜12のアルキル基又はフッ素原子を表す。）で表される化合物からなる群より選ばれる化合物を用いることが好ましい。
【００１７】
一般式(Ia)及び一般式（Ib）において、Ｒ1は炭素原子数1〜10のアルキル基、炭素原子数1〜10のアルコキシ基、炭素原子数2〜10のアルケニル基、炭素原子数3〜10のアルケニルオキシ基、又は炭素原子数1〜8のアルコキシ基で置換された炭素原子数1〜10のアルキル基が好ましく、炭素原子数1〜8のアルキル基、炭素原子数1〜8のアルコキシ基、炭素原子数2〜8のアルケニル基、炭素原子数3〜8のアルケニルオキシ基、又は炭素原子数1〜6のアルコキシ基で置換された炭素原子数1〜8のアルキル基がより好ましい。
【００１８】
Ａ1は、基中に存在する1個のCH2基又は隣接していない2個以上のCH2基が酸素原子により置き換えられても良いトランス-1,4-シクロへキシレン基、又はメチル基又はフッ素原子により置換されていても良い1,4-フェニレン基が好ましい、Ａ2は、基中に存在する1個のCH2基又は隣接していない2個以上のCH2基が酸素原子により置き換えられても良いトランス-1,4-シクロへキシレン基、又はメチル基又はフッ素原子により置換されていても良い1,4-フェニレン基が好ましく、メチル基又はフッ素原子により置換されていても良い1,4-フェニレン基がより好ましい。
【００１９】
Ｚ1は、-CF2O-、-OCF2-、-COO-、-OCO-、-CH=CH-、-CF=CF-、-C≡C-、-O(CH2)3-、-(CH2)3O-、-(CH2)4-又は単結合が好ましく、-COO-、-OCO-、-C≡C-又は単結合がより好ましい、Ｚ2は、-CF2O-、-OCF2-、-COO-、-OCO-、-CH=CH-、-CF=CF-、-C≡C-、-O(CH2)3-、-(CH2)3O-、-(CH2)4-又は単結合が好ましく、-COO-、-OCO-、-C≡C-又は単結合がより好ましく、Ｚ1及びＺ2の何れか一つが単結合を表し、他方が-C≡C-を表すことが好ましい。 Ｘ1は水素原子及びフッ素原子の何れも用途により好ましいがフッ素原子がより好ましい。
【００２０】
Ｙは炭素原子数1〜10のアルキル基、炭素原子数1〜10のアルコキシ基、炭素原子数2〜10のアルケニル基、炭素原子数3〜10のアルケニルオキシ基、炭素原子数1〜8のアルコキシ基で置換された炭素原子数1〜10のアルキル基又はフッ素原子が好ましく、炭素原子数1〜8のアルキル基、炭素原子数1〜8のアルコキシ基、炭素原子数2〜8のアルケニル基、炭素原子数3〜8のアルケニルオキシ基、炭素原子数1〜6のアルコキシ基で置換された炭素原子数1〜8のアルキル基又はフッ素原子がより好ましい。
【００２１】
具体的な化合物としては以下の一般式(Ia-a)〜一般式(Ia-d)、一般式(Ib-a)又は一般式(Ib-b)
【００２２】
【化２】
【００２３】
（式中、Ｒ1は炭素原子数1〜16のアルキル基、炭素原子数1〜16のアルコキシ基、炭素原子数2〜16のアルケニル基、炭素原子数3〜16のアルケニルオキシ基、又は炭素原子数1〜10のアルコキシ基で置換された炭素原子数1〜12のアルキル基を表し、X40〜X63はそれぞれ独立的に水素原子又はフッ素原子を表す。）で表される化合物が特に好ましい。
化合物群Ａの化合物は屈折率異方性が０．１６〜０．４であるが、０．２１以上が好ましく、０．２２以上がより好ましく、誘電率異方性が１２〜３０であるが、１４以上が好ましく、１５以上がより好ましい。
【００２４】
化合物群Ａの含有量は５０〜９０％であるが、５０〜８５％が好ましく、５０〜８０％がより好ましい。
化合物個別の屈折率異方性及び誘電率異方性は次のように定義される。
以下の組成で表される屈折率異方性０．１０２、誘電率異方性４．４のホスト液晶
【００２５】
【化３】
【００２６】
に、化合物を１０％添加した場合の、屈折率異方性及び誘電率異方性を測定し、測定結果から１００％に外挿した値を用いた。
本願発明の液晶組成物においては、屈折率異方性が０．１０〜０．４０であり、誘電率異方性が１０〜８０である化合物群Ｂを含有するが、化合物群Ｂとして一般式(II)
【００２７】
【化４】
【００２８】
（式中、Ｒ2は炭素原子数1〜16のアルキル基、炭素原子数1〜16のアルコキシ基、炭素原子数2〜16のアルケニル基、炭素原子数3〜16のアルケニルオキシ基、又は炭素原子数1〜10のアルコキシ基で置換された炭素原子数1〜12のアルキル基を表し、
Ａ3及びＡ4はそれぞれ独立して、基中に存在する1個のCH2基又は隣接していない2個以上のCH2基が酸素原子により置き換えられても良いトランス-1,4-シクロへキシレン基、又は基中に存在する1個の炭素原子又は隣接していない2個以上の炭素原子が窒素原子に置き換えられてもよい1,4-フェニレン基を表し、該1,4-フェニレン基はフッ素原子により置換されていても良い、
Ｚ3及びＺ4はそれぞれ独立して、-CH2CH2-、-CH(CH3)CH2-、-CH2CH(CH3)-、-CH2O-、-OCH2-、-CF2O-、-OCF2-、-COO-、-OCO-、-CH=CH-、-CF=CF-、-C≡C-、-O(CH2)3-、-(CH2)3O-、-(CH2)4-又は単結合を表し、Ｘ2及びＸ3はそれぞれ独立的に水素原子又はフッ素原子を表す。）で表される化合物を含有することが好ましい。
【００２９】
一般式(II)において、Ｒ2は炭素原子数1〜10のアルキル基、炭素原子数1〜10のアルコキシ基、炭素原子数2〜10のアルケニル基、炭素原子数3〜10のアルケニルオキシ基、又は炭素原子数1〜8のアルコキシ基で置換された炭素原子数1〜10のアルキル基が好ましく、炭素原子数1〜8のアルキル基、炭素原子数1〜8のアルコキシ基、炭素原子数2〜8のアルケニル基、炭素原子数3〜8のアルケニルオキシ基、又は炭素原子数1〜6のアルコキシ基で置換された炭素原子数1〜8のアルキル基が特に好ましい。
【００３０】
Ａ3は、基中に存在する1個のCH2基又は隣接していない2個以上のCH2基が酸素原子により置き換えられても良いトランス-1,4-シクロへキシレン基、又はメチル基又はフッ素原子により置換されていても良い1,4-フェニレン基が好ましい。
【００３１】
Ａ4が基中に存在する1個のCH2基又は隣接していない2個以上のCH2基が酸素原子により置き換えられても良いトランス-1,4-シクロへキシレン基、又はメチル基又はフッ素原子により置換されていても良い1,4-フェニレン基が好ましい。
【００３２】
Ｚ3は、-CF2O-、-OCF2-、-COO-、-OCO-、-CH=CH-、-CF=CF-、-C≡C-、-O(CH2)3-、-(CH2)3O-、-(CH2)4-又は単結合が好ましく、-COO-、-OCO-、-C≡C-又は単結合がより好ましい。
Ｚ4は、-CF2O-、-OCF2-、-COO-、-OCO-、-CH=CH-、-CF=CF-、-C≡C-、-O(CH2)3-、-(CH2)3O-、-(CH2)4-又は単結合が好ましく、-COO-、-OCO-、-C≡C-又は単結合がより好ましい。Ｘ2は、フッ素原子が好ましく、Ｘ3は、フッ素原子が好ましい。
一般式(II)の具体的な化合物としては以下の一般式(II-a)〜一般式(II-e)
【００３３】
【化５】
（式中、Ｒ2は炭素原子数1〜16のアルキル基、炭素原子数1〜16のアルコキシ基、炭素原子数2〜16のアルケニル基、炭素原子数3〜16のアルケニルオキシ基、又は炭素原子数1〜10のアルコキシ基で置換された炭素原子数1〜12のアルキル基を表し、X10〜X35はそれぞれ独立的に水素原子又はフッ素原子を表す。）で表される化合物が特に好ましい。
【００３４】
化合物群Ｂの化合物は屈折率異方性が０．１〜０．４であるが、０．１３以上が好ましく、０．１５以上がより好ましく、誘電率異方性が１０〜８０であるが、２２以上が好ましく、２５以上がより好ましい。
化合物群Ｂの含有量は４〜３０％であるが、５〜３０％が好ましく、５〜２５％がより好ましい。
本願発明の液晶組成物は、誘電率異方性が−１〜１である化合物群Ｃを更に含有することが好ましい。
化合物群Ｃとして具体的には、一般式(III)
【００３５】
【化６】
（式中、Ｒ3及びＲ8はそれぞれ独立して、炭素原子数1〜16のアルキル基、炭素原子数1〜16のアルコキシ基、炭素原子数2〜16のアルケニル基、炭素原子数3〜16のアルケニルオキシ基、又は炭素原子数1〜10のアルコキシ基で置換された炭素原子数1〜12のアルキル基を表し、
Ａ5、Ａ6、及びＡ7はそれぞれ独立して、基中に存在する1個のCH2基又は隣接していない2個以上のCH2基が酸素原子により置き換えられても良いトランス-1,4-シクロへキシレン基、又は基中に存在する1個の炭素原子又は隣接していない2個以上の炭素原子が窒素原子に置き換えられてもよい1,4-フェニレン基を表し、該1,4-フェニレン基はフッ素原子により置換されていても良いが、Ａ7は単結合を表していても良い、
Ｚ5、及びＺ6はそれぞれ独立的して、に-CH2CH2-、-CH(CH3)CH2-、-CH2CH(CH3)-、-CH2O-、-OCH2-、-CF2O-、-OCF2-、-COO-、-OCO-、-CH=CH-、-CF=CF-、-C≡C-、-O(CH2)3-、-(CH2)3O-、-(CH2)4-又は単結合を表し、pは０、１又は２を表す。）で表される化合物を含有することが好ましい。
【００３６】
一般式(III)において、R3及びR8は炭素原子数1〜10のアルキル基、炭素原子数1〜10のアルコキシ基、炭素原子数2〜10のアルケニル基、炭素原子数3〜10のアルケニルオキシ基、又は炭素原子数1〜8のアルコキシ基で置換された炭素原子数1〜10のアルキル基がより好ましく、炭素原子数1〜8のアルキル基、炭素原子数1〜8のアルコキシ基、炭素原子数2〜8のアルケニル基又は炭素原子数3〜8のアルケニルオキシ基が特に好ましい。
一般式(III)で表される化合物は具体的には下記の一般式（III-a）〜一般式（III-u）
【００３７】
【化７】
【００３８】
(式中、R4及びR5はそれぞれ独立して、炭素原子数1〜16のアルキル基、炭素原子数1〜16のアルコキシ基、炭素原子数2〜16のアルケニル基、炭素原子数3〜16のアルケニルオキシ基、又は炭素原子数1〜10のアルコキシ基で置換された炭素原子数1〜12のアルキル基を表す。)で表される化合物群から選ばれる化合物が好ましい。
化合物群Ｃの含有率は５〜３０％が好ましいが、１０〜３０％がより好ましく、１５％〜３０％が特に好ましい。
本願発明の液晶組成物は光学活性化合物Dを含有するが、化合物群Dとして一般式(IVa)〜一般式(IVg)
【００３９】
【化８】
【００４０】
（式中、Ｒ9は、炭素原子数1〜16のアルキル基、炭素原子数1〜16のアルコキシ基、炭素原子数2〜16のアルケニル基、炭素原子数3〜16のアルケニルオキシ基、又は炭素原子数1〜10のアルコキシ基で置換された炭素原子数1〜12のアルキル基を表し、R10は、炭素原子数1〜16のアルキル基、炭素原子数1〜16のアルコキシ基、炭素原子数2〜16のアルケニル基、炭素原子数3〜16のアルケニルオキシ基、炭素原子数1〜10のアルコキシ基で置換された炭素原子数1〜12のアルキル基、水素原子、フッ素原子、基中に存在する1個のCH2基又は隣接していない2個以上のCH2基が酸素原子により置き換えられても良いトランス-1,4-シクロへキシレン基又は基中に存在する1個の炭素原子又は隣接していない2個以上の炭素原子が窒素原子に置き換えられてもよい1,4-フェニレン基を表し、該1,4-フェニレン基はフッ素原子により置換されていても良い、
Ａ8、A10及びA11は、基中に存在する1個のCH2基又は隣接していない2個以上のCH2基が酸素原子により置き換えられても良いトランス-1,4-シクロへキシレン基又は基中に存在する1個の炭素原子又は隣接していない2個以上の炭素原子が窒素原子に置き換えられてもよい1,4-フェニレン基を表し、該1,4-フェニレン基はフッ素原子により置換されていても良いが、Ａ8、A10及びA11は単結合を表していても良い、Ａ9は
【００４１】
【化９】
を表し、Z7、Z8、Z9及びZ10はそれぞれ独立的して-CH2CH2-、-CH(CH3)CH2-、-CH2CH(CH3)-、-CH2O-、-OCH2-、-CF2O-、-OCF2-、-COO-、-OCO-、-CH=CH-、-CF=CF-、-C≡C-、-O(CH2)3-、-(CH2)3O-、-(CH2)4-又は単結合を表す。）で表される化合物を含有することが好ましい。
一般式(IVa)〜一般式(IVf)で表される化合物は具体的には下記の一般式(IVa-a)、一般式(IVb-a)、一般式(IVc-a)、一般式(IVd-a)〜一般式(IVd-c)、一般式(IVe-a)、一般式(IVf-a)又は一般式(IVg-a)
【００４２】
【化１０】
【００４３】
（式中、Ｒ9は、炭素原子数1〜16のアルキル基、炭素原子数1〜16のアルコキシ基、炭素原子数2〜16のアルケニル基、炭素原子数3〜16のアルケニルオキシ基、又は炭素原子数1〜10のアルコキシ基で置換された炭素原子数1〜12のアルキル基を表し、R10は、炭素原子数1〜16のアルキル基、炭素原子数1〜16のアルコキシ基、炭素原子数2〜16のアルケニル基、炭素原子数3〜16のアルケニルオキシ基、炭素原子数1〜10のアルコキシ基で置換された炭素原子数1〜12のアルキル基、水素原子、フッ素原子、基中に存在する1個のCH2基又は隣接していない2個以上のCH2基が酸素原子により置き換えられても良いトランス-1,4-シクロへキシレン基又は基中に存在する1個の炭素原子又は隣接していない2個以上の炭素原子が窒素原子に置き換えられてもよい1,4-フェニレン基を表し、該1,4-フェニレン基はフッ素原子により置換されていても良い、
Ａ8、A10又はA11は、基中に存在する1個のCH2基又は隣接していない2個以上のCH2基が酸素原子により置き換えられても良いトランス-1,4-シクロへキシレン基、又は基中に存在する1個の炭素原子又は隣接していない2個以上の炭素原子が窒素原子に置き換えられてもよい1,4-フェニレン基を表し、該1,4-フェニレン基はフッ素原子により置換されていても良いが、Ａ8 、A10又はA11は単結合を表していても良い、
Z7、Z8、Z9又はZ10はそれぞれ独立的して、-CH2CH2-、-CH(CH3)CH2-、-CH2CH(CH3)-、-CH2O-、-OCH2-、-CF2O-、-OCF2-、-COO-、-OCO-、-CH=CH-、-CF=CF-、-C≡C-、-O(CH2)3-、-(CH2)3O-、-(CH2)4-又は単結合を表す。）で表される化合物群から選ばれる化合物が好ましい。
【００４４】
本願発明の液晶組成物のらせんピッチは、１３０ｎｍ〜１０００ｎｍが好ましく、２００ｎｍ〜７５０ｎｍがより好ましく、３００ｎｍ〜７００ｎｍが特に好ましい。
液晶表示素子を構成する場合、可視波長範囲における光を反射するように選択することが好ましい。
本願発明の液晶組成物は、−１０℃〜９０℃においてコレステリック相を発現することが好ましく、−２０℃〜１００℃がより好ましく、下限温度が−４０℃以下であり、上限温度が１２０℃以上であることが特に好ましい。
液晶組成物としての屈折率は、０．１５０以上が好ましく、０．１８０以上がより好ましい。閾値電圧は、１．７V以下が好ましく、１．５V以下がより好ましい。
本発明の液晶組成物は、添加剤として、安定剤、酸化防止剤、帯電防止剤を含むことができ、用途によっては、重合性液晶化合物を含有しても良い。
【実施例】
【００４５】
以下、例を挙げて本願発明を更に詳述するが、本願発明はこれらによって限定されるものではない。また、以下の実施例及び比較例の組成物における「%」は『質量%』を意味する。
実施例中、測定した特性は以下の通りである。
TN-I ：ネマチック相−等方性液体相転移温度（℃）
Δn ：複屈折（20℃及び589nm）
Vth ：駆動電圧（25℃）
VHR ：電圧保持率
λ ：選択反射波長（25℃）（nm）
I.S. ：焼き付きレベル
より詳しい測定方法を記載
○：加熱1000時間後に全く問題の無いレベル
△：加熱1000時間後に焼き付きが確認されるレベル
×：加熱1000時間に至る前に焼き付きが確認されるレベル
化合物の記載に下記の略号を使用する。
-末端の n(数字) : -CnH2n+1 ndm- : CnH2n+1-CH=CH-(CH2)m-1-
-T- : -C≡C- -ndm : -(CnH2n+1-CH=CH-(CH2)m-1)
-F : -F -On : -OCnH2n+1
-VO- : -COO- -CN : -C≡N
-Z- : -CH=N-N=CH- -CF2O- : -CF2-O-
【００４６】
【化１１】
例えば、以下に示すように略号を用いる。
【００４７】
【化１２】
（実施例1、比較例1、比較例2及び比較例3）
化合物群IとIIの物性値を表1に示す。
【００４８】
【表１】
液晶組成物No.1(実施例1)、液晶組成物M1(比較例1) 、液晶組成物M2(比較例2) 及び液晶組成物M3(比較例3)を調製しこれらの物性値を表2に示す。
【００４９】
【表２】
【００５０】
表2に示すように、実施例1の液晶組成物は、比較例1や比較例3と比べ焼き付きのレベルで大きな差があることが明らかである。実施例1と比較例2を比べΔnとVthで大きな差があることが明らかである。よって、本願発明の液晶組成物は、焼き付きや表示不良等表示品位が良好、加えて高い複屈折異方性・低電圧を両立して達成できていることが明らかである。
（実施例2、比較例4及び比較例5）
液晶組成物No.2(実施例2)、液晶組成物M4(比較例4)及び 液晶組成物M5(比較例5)を調製しこれらの物性値を表3に示す。
【００５１】
【表３】
【００５２】
表3に示すように、実施例2の液晶組成物は、比較例5と比べ焼き付きのレベルで大きな差があることが明らかである。また、実施例2と比較例4を比べるとVHRは同等であるが焼き付きレベルに差があることが明らかである。よって、本願発明の液晶組成物は、焼き付きや表示不良等表示品位が良好、加えて高い複屈折異方性・低電圧を両立して達成できていることが明らかである。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２又は３の６員環を有し、化合物中に３，４−ジフルオロベンゼン骨格又３，４，５−トリフルオロベンゼン骨格を有し、屈折率異方性が０．１６〜０．４０であり、誘電率異方性が１２〜３０である少なくとも１種の化合物からなる化合物群Ａを含有し、２又は３の６員環を有し、化合物中にシアノベンゼン骨格を有し、屈折率異方性が０．１０〜０．４０であり、誘電率異方性が１０〜８０である少なくとも１種の化合物からなる化合物群Ｂを含有し、光学活性化合物を含有し、化合物群Ａの含有量が５０〜９０％であり、化合物群Ｂの含有量が４〜３０％であり、光学活性化合物の含有量が０．１〜５％であるアクティブマトリクス駆動用コレステリック液晶組成物。
【請求項２】
誘電率異方性が−１〜１である化合物群Ｃを５〜３０％含有する請求項１記載のアクティブマトリクス駆動用コレステリック液晶組成物。
【請求項３】
化合物群Ａとして一般式(Ia)及び一般式（Ib）
【化１】
（式中、Ｒ1は炭素原子数1〜16のアルキル基、炭素原子数1〜16のアルコキシ基、炭素原子数2〜16のアルケニル基、炭素原子数3〜16のアルケニルオキシ基、又は炭素原子数1〜10のアルコキシ基で置換された炭素原子数1〜12のアルキル基を表し、
Ａ1及びＡ2はそれぞれ独立して、基中に存在する1個のCH2基又は隣接していない2個以上のCH2基が酸素原子により置き換えられても良いトランス-1,4-シクロへキシレン基、又は基中に存在する1個の炭素原子又は隣接していない2個以上の炭素原子が窒素原子に置き換えられてもよい1,4-フェニレン基を表し、該1,4-フェニレン基はメチル基又はフッ素原子により置換されていても良い、
Ｚ1及びＺ2はそれぞれ独立して、-CH2CH2-、-CH(CH3)CH2-、-CH2CH(CH3)-、-CH2O-、-OCH2-、-CF2O-、-OCF2-、-COO-、-OCO-、-CH=CH-、-CF=CF-、-C≡C-、-O(CH2)3-、-(CH2)3O-、-(CH2)4-又は単結合を表し、Ｘ1は水素原子又はフッ素原子を表し、
Ｙは炭素原子数1〜16のアルキル基、炭素原子数1〜16のアルコキシ基、炭素原子数2〜16のアルケニル基、炭素原子数3〜16のアルケニルオキシ基、炭素原子数1〜10のアルコキシ基で置換された炭素原子数1〜12のアルキル基又はフッ素原子を表す。）で表される化合物からなる群より選ばれる化合物を含有する請求項１又は２記載のアクティブマトリクス駆動用コレステリック液晶組成物。
【請求項４】
一般式(Ia)及び一般式（Ib）において、Ａ2がメチル基又はフッ素原子により置換されていても良い1,4-フェニレン基を表し、Ｚ2が-C≡C-を表す請求項３記載のアクティブマトリクス駆動用コレステリック液晶組成物。
【請求項５】
化合物群Ａとして一般式(Ia)及び一般式（Ib）で表される化合物を含有する請求項３記載のアクティブマトリクス駆動用コレステリック液晶組成物。
【請求項６】
化合物群Ｂとして一般式(II)
【化２】
（式中、Ｒ2は炭素原子数1〜16のアルキル基、炭素原子数1〜16のアルコキシ基、炭素原子数2〜16のアルケニル基、炭素原子数3〜16のアルケニルオキシ基、又は炭素原子数1〜10のアルコキシ基で置換された炭素原子数1〜12のアルキル基を表し、
Ａ3及びＡ4はそれぞれ独立して、基中に存在する1個のCH2基又は隣接していない2個以上のCH2基が酸素原子により置き換えられても良いトランス-1,4-シクロへキシレン基、又は基中に存在する1個の炭素原子又は隣接していない2個以上の炭素原子が窒素原子に置き換えられてもよい1,4-フェニレン基を表し、該1,4-フェニレン基はフッ素原子により置換されていても良い、
Ｚ3及びＺ4はそれぞれ独立して、-CH2CH2-、-CH(CH3)CH2-、-CH2CH(CH3)-、-CH2O-、-OCH2-、-CF2O-、-OCF2-、-COO-、-OCO-、-CH=CH-、-CF=CF-、-C≡C-、-O(CH2)3-、-(CH2)3O-、-(CH2)4-又は単結合を表し、Ｘ2及びＸ3はそれぞれ独立的に水素原子又はフッ素原子を表す。）で表される化合物を含有する請求項１、２又は３記載のアクティブマトリクス駆動用コレステリック液晶組成物。
【請求項７】
一般式(II)において、Ａ4がメチル基又はフッ素原子により置換されていても良い1,4-フェニレン基を表し、Ｚ4が単結合を表す請求項３記載のアクティブマトリクス駆動用コレステリック液晶組成物。
【請求項８】
化合物群Ｃとして一般式(III)
【化３】
（式中、Ｒ3及びＲ8はそれぞれ独立して、炭素原子数1〜16のアルキル基、炭素原子数1〜16のアルコキシ基、炭素原子数2〜16のアルケニル基、炭素原子数3〜16のアルケニルオキシ基、又は炭素原子数1〜10のアルコキシ基で置換された炭素原子数1〜12のアルキル基を表し、
Ａ5、Ａ6、及びＡ7はそれぞれ独立して、基中に存在する1個のCH2基又は隣接していない2個以上のCH2基が酸素原子により置き換えられても良いトランス-1,4-シクロへキシレン基、又は基中に存在する1個の炭素原子又は隣接していない2個以上の炭素原子が窒素原子に置き換えられてもよい1,4-フェニレン基を表し、該1,4-フェニレン基はフッ素原子により置換されていても良いが、Ａ7は単結合を表していても良い、
Ｚ5、及びＺ6はそれぞれ独立的して、に-CH2CH2-、-CH(CH3)CH2-、-CH2CH(CH3)-、-CH2O-、-OCH2-、-CF2O-、-OCF2-、-COO-、-OCO-、-CH=CH-、-CF=CF-、-C≡C-、-O(CH2)3-、-(CH2)3O-、-(CH2)4-又は単結合を表し、pは０、１又は２を表す。）で表される化合物を含有する請求項２記載のアクティブマトリクス駆動用コレステリック液晶組成物。
【請求項９】
光学活性化合物群Dとして一般式(IVa)〜(IVf)
【化４】
（式中、Ｒ9は、炭素原子数1〜16のアルキル基、炭素原子数1〜16のアルコキシ基、炭素原子数2〜16のアルケニル基、炭素原子数3〜16のアルケニルオキシ基、又は炭素原子数1〜10のアルコキシ基で置換された炭素原子数1〜12のアルキル基を表し、R10は、炭素原子数1〜16のアルキル基、炭素原子数1〜16のアルコキシ基、炭素原子数2〜16のアルケニル基、炭素原子数3〜16のアルケニルオキシ基、炭素原子数1〜10のアルコキシ基で置換された炭素原子数1〜12のアルキル基、水素原子、フッ素原子、基中に存在する1個のCH2基又は隣接していない2個以上のCH2基が酸素原子により置き換えられても良いトランス-1,4-シクロへキシレン基又は基中に存在する1個の炭素原子又は隣接していない2個以上の炭素原子が窒素原子に置き換えられてもよい1,4-フェニレン基を表し、該1,4-フェニレン基はフッ素原子により置換されていても良い、
Ａ8、A10及びA11は、基中に存在する1個のCH2基又は隣接していない2個以上のCH2基が酸素原子により置き換えられても良いトランス-1,4-シクロへキシレン基又は基中に存在する1個の炭素原子又は隣接していない2個以上の炭素原子が窒素原子に置き換えられてもよい1,4-フェニレン基を表し、該1,4-フェニレン基はフッ素原子により置換されていても良いが、Ａ8、A10及びA11は単結合を表していても良い、Ａ9は
【化５】
を表し、Z7、Z8、Z9及びZ10はそれぞれ独立的して-CH2CH2-、-CH(CH3)CH2-、-CH2CH(CH3)-、-CH2O-、-OCH2-、-CF2O-、-OCF2-、-COO-、-OCO-、-CH=CH-、-CF=CF-、-C≡C-、-O(CH2)3-、-(CH2)3O-、-(CH2)4-又は単結合を表す。）で表される化合物を含有する請求項１、２又は３記載のアクティブマトリクス駆動用コレステリック液晶組成物。
【請求項１０】
請求項１から８の何れかに記載のアクティブマトリクス駆動用コレステリック液晶組成物を用いたアクティブマトリクスコレステリック液晶表示素子。
【請求項１】
２又は３の６員環を有し、化合物中に３，４−ジフルオロベンゼン骨格又３，４，５−トリフルオロベンゼン骨格を有し、屈折率異方性が０．１６〜０．４０であり、誘電率異方性が１２〜３０である少なくとも１種の化合物からなる化合物群Ａを含有し、２又は３の６員環を有し、化合物中にシアノベンゼン骨格を有し、屈折率異方性が０．１０〜０．４０であり、誘電率異方性が１０〜８０である少なくとも１種の化合物からなる化合物群Ｂを含有し、光学活性化合物を含有し、化合物群Ａの含有量が５０〜９０％であり、化合物群Ｂの含有量が４〜３０％であり、光学活性化合物の含有量が０．１〜５％であるアクティブマトリクス駆動用コレステリック液晶組成物。
【請求項２】
誘電率異方性が−１〜１である化合物群Ｃを５〜３０％含有する請求項１記載のアクティブマトリクス駆動用コレステリック液晶組成物。
【請求項３】
化合物群Ａとして一般式(Ia)及び一般式（Ib）
【化１】
（式中、Ｒ1は炭素原子数1〜16のアルキル基、炭素原子数1〜16のアルコキシ基、炭素原子数2〜16のアルケニル基、炭素原子数3〜16のアルケニルオキシ基、又は炭素原子数1〜10のアルコキシ基で置換された炭素原子数1〜12のアルキル基を表し、
Ａ1及びＡ2はそれぞれ独立して、基中に存在する1個のCH2基又は隣接していない2個以上のCH2基が酸素原子により置き換えられても良いトランス-1,4-シクロへキシレン基、又は基中に存在する1個の炭素原子又は隣接していない2個以上の炭素原子が窒素原子に置き換えられてもよい1,4-フェニレン基を表し、該1,4-フェニレン基はメチル基又はフッ素原子により置換されていても良い、
Ｚ1及びＺ2はそれぞれ独立して、-CH2CH2-、-CH(CH3)CH2-、-CH2CH(CH3)-、-CH2O-、-OCH2-、-CF2O-、-OCF2-、-COO-、-OCO-、-CH=CH-、-CF=CF-、-C≡C-、-O(CH2)3-、-(CH2)3O-、-(CH2)4-又は単結合を表し、Ｘ1は水素原子又はフッ素原子を表し、
Ｙは炭素原子数1〜16のアルキル基、炭素原子数1〜16のアルコキシ基、炭素原子数2〜16のアルケニル基、炭素原子数3〜16のアルケニルオキシ基、炭素原子数1〜10のアルコキシ基で置換された炭素原子数1〜12のアルキル基又はフッ素原子を表す。）で表される化合物からなる群より選ばれる化合物を含有する請求項１又は２記載のアクティブマトリクス駆動用コレステリック液晶組成物。
【請求項４】
一般式(Ia)及び一般式（Ib）において、Ａ2がメチル基又はフッ素原子により置換されていても良い1,4-フェニレン基を表し、Ｚ2が-C≡C-を表す請求項３記載のアクティブマトリクス駆動用コレステリック液晶組成物。
【請求項５】
化合物群Ａとして一般式(Ia)及び一般式（Ib）で表される化合物を含有する請求項３記載のアクティブマトリクス駆動用コレステリック液晶組成物。
【請求項６】
化合物群Ｂとして一般式(II)
【化２】
（式中、Ｒ2は炭素原子数1〜16のアルキル基、炭素原子数1〜16のアルコキシ基、炭素原子数2〜16のアルケニル基、炭素原子数3〜16のアルケニルオキシ基、又は炭素原子数1〜10のアルコキシ基で置換された炭素原子数1〜12のアルキル基を表し、
Ａ3及びＡ4はそれぞれ独立して、基中に存在する1個のCH2基又は隣接していない2個以上のCH2基が酸素原子により置き換えられても良いトランス-1,4-シクロへキシレン基、又は基中に存在する1個の炭素原子又は隣接していない2個以上の炭素原子が窒素原子に置き換えられてもよい1,4-フェニレン基を表し、該1,4-フェニレン基はフッ素原子により置換されていても良い、
Ｚ3及びＺ4はそれぞれ独立して、-CH2CH2-、-CH(CH3)CH2-、-CH2CH(CH3)-、-CH2O-、-OCH2-、-CF2O-、-OCF2-、-COO-、-OCO-、-CH=CH-、-CF=CF-、-C≡C-、-O(CH2)3-、-(CH2)3O-、-(CH2)4-又は単結合を表し、Ｘ2及びＸ3はそれぞれ独立的に水素原子又はフッ素原子を表す。）で表される化合物を含有する請求項１、２又は３記載のアクティブマトリクス駆動用コレステリック液晶組成物。
【請求項７】
一般式(II)において、Ａ4がメチル基又はフッ素原子により置換されていても良い1,4-フェニレン基を表し、Ｚ4が単結合を表す請求項３記載のアクティブマトリクス駆動用コレステリック液晶組成物。
【請求項８】
化合物群Ｃとして一般式(III)
【化３】
（式中、Ｒ3及びＲ8はそれぞれ独立して、炭素原子数1〜16のアルキル基、炭素原子数1〜16のアルコキシ基、炭素原子数2〜16のアルケニル基、炭素原子数3〜16のアルケニルオキシ基、又は炭素原子数1〜10のアルコキシ基で置換された炭素原子数1〜12のアルキル基を表し、
Ａ5、Ａ6、及びＡ7はそれぞれ独立して、基中に存在する1個のCH2基又は隣接していない2個以上のCH2基が酸素原子により置き換えられても良いトランス-1,4-シクロへキシレン基、又は基中に存在する1個の炭素原子又は隣接していない2個以上の炭素原子が窒素原子に置き換えられてもよい1,4-フェニレン基を表し、該1,4-フェニレン基はフッ素原子により置換されていても良いが、Ａ7は単結合を表していても良い、
Ｚ5、及びＺ6はそれぞれ独立的して、に-CH2CH2-、-CH(CH3)CH2-、-CH2CH(CH3)-、-CH2O-、-OCH2-、-CF2O-、-OCF2-、-COO-、-OCO-、-CH=CH-、-CF=CF-、-C≡C-、-O(CH2)3-、-(CH2)3O-、-(CH2)4-又は単結合を表し、pは０、１又は２を表す。）で表される化合物を含有する請求項２記載のアクティブマトリクス駆動用コレステリック液晶組成物。
【請求項９】
光学活性化合物群Dとして一般式(IVa)〜(IVf)
【化４】
（式中、Ｒ9は、炭素原子数1〜16のアルキル基、炭素原子数1〜16のアルコキシ基、炭素原子数2〜16のアルケニル基、炭素原子数3〜16のアルケニルオキシ基、又は炭素原子数1〜10のアルコキシ基で置換された炭素原子数1〜12のアルキル基を表し、R10は、炭素原子数1〜16のアルキル基、炭素原子数1〜16のアルコキシ基、炭素原子数2〜16のアルケニル基、炭素原子数3〜16のアルケニルオキシ基、炭素原子数1〜10のアルコキシ基で置換された炭素原子数1〜12のアルキル基、水素原子、フッ素原子、基中に存在する1個のCH2基又は隣接していない2個以上のCH2基が酸素原子により置き換えられても良いトランス-1,4-シクロへキシレン基又は基中に存在する1個の炭素原子又は隣接していない2個以上の炭素原子が窒素原子に置き換えられてもよい1,4-フェニレン基を表し、該1,4-フェニレン基はフッ素原子により置換されていても良い、
Ａ8、A10及びA11は、基中に存在する1個のCH2基又は隣接していない2個以上のCH2基が酸素原子により置き換えられても良いトランス-1,4-シクロへキシレン基又は基中に存在する1個の炭素原子又は隣接していない2個以上の炭素原子が窒素原子に置き換えられてもよい1,4-フェニレン基を表し、該1,4-フェニレン基はフッ素原子により置換されていても良いが、Ａ8、A10及びA11は単結合を表していても良い、Ａ9は
【化５】
を表し、Z7、Z8、Z9及びZ10はそれぞれ独立的して-CH2CH2-、-CH(CH3)CH2-、-CH2CH(CH3)-、-CH2O-、-OCH2-、-CF2O-、-OCF2-、-COO-、-OCO-、-CH=CH-、-CF=CF-、-C≡C-、-O(CH2)3-、-(CH2)3O-、-(CH2)4-又は単結合を表す。）で表される化合物を含有する請求項１、２又は３記載のアクティブマトリクス駆動用コレステリック液晶組成物。
【請求項１０】
請求項１から８の何れかに記載のアクティブマトリクス駆動用コレステリック液晶組成物を用いたアクティブマトリクスコレステリック液晶表示素子。
【公開番号】特開２０１０−２７５４６３（Ｐ２０１０−２７５４６３Ａ）
【公開日】平成２２年１２月９日（２０１０．１２．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１３０４１０（Ｐ２００９−１３０４１０）
【出願日】平成２１年５月２９日（２００９．５．２９）
【出願人】（０００００２８８６）ＤＩＣ株式会社 (2,597)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１２月９日（２０１０．１２．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年５月２９日（２００９．５．２９）
【出願人】（０００００２８８６）ＤＩＣ株式会社 (2,597)
【Ｆターム（参考）】
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