シクロヘキサン化合物を含有した液晶組成物及び液晶表示素子
【課題】液晶ディスプレイの応答速度を改良する新規なシクロヘキサン化合物を含有した液晶組成物の提供。
【解決手段】第一成分として、式（１）で表わされるシクロヘキサン化合物群の少なくとも１種類の化合物を含有し、第二成分として、シクロヘキサンからなる２環系化合物、シクロヘキサン環及びフェニル環が直結した３環系化合物、及び３つのフェニル環が直結した化合物からなる化合物群の少なくとも1種類の化合物を含有してなる液晶組成物。
【解決手段】第一成分として、式（１）で表わされるシクロヘキサン化合物群の少なくとも１種類の化合物を含有し、第二成分として、シクロヘキサンからなる２環系化合物、シクロヘキサン環及びフェニル環が直結した３環系化合物、及び３つのフェニル環が直結した化合物からなる化合物群の少なくとも1種類の化合物を含有してなる液晶組成物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、新規なシクロヘキサン化合物を含有してなる液晶組成物に関するものであり、液晶ディスプレイの応答速度の改良を目的とするものである。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示素子は液晶物質がもつ光学異方性（以下、Δｎということがある。）および誘電率異方性（以下、Δεということがある。）を利用したものであり、時計を始め、電卓、測定機器、自動車用パネル、ワープロ、電子手帳、携帯電話、プリンター、コンピューター、ＴＶ等に利用されて来ている。この液晶表示素子に使用される液晶化合物には固有の液晶相が存在し、その相形態はネマチック相、スメクチック相及びコレステリック相に大別される。そのなかでも、ネマチック相が最も広く利用されている。また、表示装置に利用されている表示方式及び駆動方式のうち、表示方式としては、これまでに、動的散乱型（ＤＳモード）、ゲスト・ホスト型（ＧＨモード）、ねじれネマチック型（ＴＮモード）、超ねじれネマチック型（ＳＴＮモード）、薄膜トランジスター型（ＴＦＴモード）及び強誘電性液晶型（ＦＬＣ）が開発されて来ている。最近はＴＮ型、ＳＴＮ型およびＴＦＴ型の３種類が主流となっている。いずれの表示素子に用いられる液晶材料も、水分、空気、熱、光等に安定であることが必要であるうえ、室温を中心としてできるだけ広い温度範囲で液晶相を示し、適切な誘電率異方性（Δε）と屈折率異方性（Δｎ）有し、応答速度が速く、低電圧駆動ができる特性が必要となる。この特性を満たすためには、粘度が低く、低いしきい値電圧を有する液晶が必要とされる。現在のところ単一化合物では上記のような条件をすべて満たす物質はなく、数種から、数十種の液晶化合物を混合して要求特性に合致させているのが現状である。
さらに、近年の高精細ＴＶ，３Ｄ対応の表示等により、さらなる応答速度の改良が求められている。
【０００３】
さて、係る応答速度等の改良のため、現在汎用されているネマチック液晶組成物に添加して、粘度及びしきい値を低下させる化合物としては、特開平６−５６７１６に記載されている式（a）で表わせる化合物群（特許文献１）、特開平７−１２６２０５に記載されている式（ｂ）で表わせる化合物群（特許文献２）がある。
【化４】
【化５】
（式（ｂ）中Ｒ１は炭素原子数１〜１２のアルキル基を表し、Ｘ1及びＸ3は、水素原子又はハロゲン原子を示し、Ｘ2は、ハロゲン原子又はシアノ基を表わす。）
【０００４】
さらに、本発明者は、ネマチック液晶に混合させ応答速度を改良する化合物として、上記式（a）、（ｂ）に示した化合物よりさらに効果がある式（１）で表わされる新規なシクロヘキサン化合物群について、特許出願した（特許文献３）。
【化１】
（式中Ｒ１，Ｒ２は同一又は異なるＲ，ＲＯＣＯ，ＲＣＯＯを表わし、Ｒはアルキル基を示す。該アルキル基は不飽和結合を有していてもよく、該基中−ＣＨ２−，−Ｏ−，−ＣＯ−，又は−ＣＯＯで置換されていても良く、また、一部あるいは全ての水素原子がハロゲン原子又はシアノ基により置換されていてもよい。Ｘ，Ｙは各々独立にハロゲン原子又は水素原子を表わし、同時に水素原子を表わすことはない。また、あるいは、Ｘは酸素原子を表わしＹは該酸素原子への直接結合を表わす。）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平６−５６７１７
【特許文献２】特開平７−１２６２０５
【特許文献３】特願２０１０−１６２３４８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
さて、本発明は、上記の式（１）に示したシクロヘキサン化合物群を既知の各ネマチック液晶化合物に混合した場合の応答速度を研究し、より応答速度を改善するネマチック液晶組成物を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
すなわち、第1発明は、第一成分として、式（１）で表わされるシクロヘキサン化合物群の少なくとも１種類の化合物を含有し、第二成分として式（２）、（３）、（４）及び（５）で表わされる各化合物群の少なくとも1種類の化合物を含有してなる液晶組成物である。
【化１】
（式中Ｒ１，Ｒ２は同一又は異なるＲ，ＲＯＣＯ，ＲＣＯＯを表わし、Ｒはアルキル基を示す。該アルキル基は不飽和結合を有していてもよく、該基中−ＣＨ２−，−Ｏ−，−ＣＯ−，又は−ＣＯＯで置換されていても良く、また、一部あるいは全ての水素原子がハロゲン原子又はシアノ基により置換されていてもよい。Ｘ，Ｙは各々独立にハロゲン原子又は水素原子を表わし、同時に水素原子を表わすことはない。また、あるいは、Ｘは酸素原子を表わしＹは該酸素原子への直接結合を表わす。）
【化２】
（Ｒは、アルキル基、Ｘは、Ｈ又はＦを表す。）
【０００８】
前述と重複するが、式（１）のシクロヘキサン化合物群は、本発明者が発明した新規化合物であり、先に特許出願（特願２０１０−１６２３４８）したものである。式（１）のシクロヘキサン化合物群は、液晶組成物の粘度を低下させ、応答速度を改善する機能を有している。
なお、式（１）及び式（２）から（５）の化合物群には上記のように多くの種類の化合物が含まれる。後述する式(６)も同様である。
第１発明の液晶組成物は、第一成分として、式（１）シクロヘキサン化合物群のうちの少なくとも1種類の化合物を含有することを条件とする液晶組成物である。
第二成分としては、式（２）、（３）、（４）及び（５）で表わされる各化合物群のうちの少なくとも1種類以上の化合物が組み合わされた液晶組成物である。すなわち、第二成分には、式（２）〜（５）の各化合物群の中の少なくとも1種類の化合物がそれぞれ含有されている。そして、この第一成分と第二成分が混合されて、第１発明の液晶組成物が構成され、応答速度が改善される。
【０００９】
続いて、第２発明は、第１発明の第二成分中、式（２）の化合物群を除いた第１発明の液晶組成物である。
【００１０】
前述のように、式（１）のシクロヘキサン化合物群は、液晶組成物の粘度を低下させ、応答速度を改善する機能を有しているが、式（２）の化合物群も同様な機能を有している。そこで、式（２）の化合物群を含有しなくとも、式（１）の化合物群だけで、液晶組成物の応答速度を改善できる場合があり、式（２）の化合物群を除くものである。
【００１１】
続いて、第３発明は、第１発明又は第２発明の液晶組成物に式（６）で表わされる化合物群の少なくとも１種類の化合物を、任意の割合で混合した液晶組成物である。
【化３】
（Ｙは、Ｆ原子又はＯＣＦ3を表す。）
式（６）の化合物群も、液晶組成物の粘度を低下させ、応答速度を改善する機能を有しているため、これを混合した場合により応答速度が改善される場合があるからである。
【発明の効果】
【００１２】
第1発明では、式（１）で示した新規なシクロヘキサン化合物群を混合するネマチック液晶を限定し、より応答速度の速い液晶組成物を提供するものであり、第２発明では、さらにネマチック液晶組成物を限定するものである。第３発明では、第1発明あるいは第２発明の液晶組成物に特定の化合物群を混合し、さらなる応答速度の速い液晶組成物を提供するものである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の実施例を以下に示す
【実施例１】
【００１４】
式（３）から（５）のネマチック液晶を以下に示す割合で混合した。これは、式(２)の化合物群を除いた第２発明に基づく比較例であり、これを比較例1とする。
表１ 比較例１
【実施例２】
【００１５】
表２は、表1の比較例１に式（２）の化合物群の１種類の化合物を混合したものであり、第１発明に基づく比較例であり、これを比較例２とする。
表２ 比較例２
【実施例３】
【００１６】
表３に式（１）のシクロヘキサン化合物群の１種類を比較例１に混合したときの実施例１を示す。
表３ 実施例１
【実施例４】
【００１７】
表4に各比較例と実施例の応答速度測定結果を示す。
表４ 応答速度測定結果
上記表４の応答速度は、印加電圧１０V,オフセット電圧０．１V,周波数１００Hzの印加時において、セルギャップ９μｍ、TNセルにて測定した結果である。
立ち上がり時間とは、誘電率が電圧オン時にゼロから最大誘電率の５０％変化するまでの時間をいい、立ち下がり時間とは、誘電率が電圧オフ時に最大誘電率から５０％変化するまでの時間をいう。表４ではいずれもmillisecond（msec）にて表わしている。
【産業上の利用可能性】
【００１８】
近年の高精細ＴＶ，３Ｄ対応の表示等により、さらなる応答速度の改良が求められている状況下において、係るネマチック液晶組成物の需要が期待できる。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、新規なシクロヘキサン化合物を含有してなる液晶組成物に関するものであり、液晶ディスプレイの応答速度の改良を目的とするものである。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示素子は液晶物質がもつ光学異方性（以下、Δｎということがある。）および誘電率異方性（以下、Δεということがある。）を利用したものであり、時計を始め、電卓、測定機器、自動車用パネル、ワープロ、電子手帳、携帯電話、プリンター、コンピューター、ＴＶ等に利用されて来ている。この液晶表示素子に使用される液晶化合物には固有の液晶相が存在し、その相形態はネマチック相、スメクチック相及びコレステリック相に大別される。そのなかでも、ネマチック相が最も広く利用されている。また、表示装置に利用されている表示方式及び駆動方式のうち、表示方式としては、これまでに、動的散乱型（ＤＳモード）、ゲスト・ホスト型（ＧＨモード）、ねじれネマチック型（ＴＮモード）、超ねじれネマチック型（ＳＴＮモード）、薄膜トランジスター型（ＴＦＴモード）及び強誘電性液晶型（ＦＬＣ）が開発されて来ている。最近はＴＮ型、ＳＴＮ型およびＴＦＴ型の３種類が主流となっている。いずれの表示素子に用いられる液晶材料も、水分、空気、熱、光等に安定であることが必要であるうえ、室温を中心としてできるだけ広い温度範囲で液晶相を示し、適切な誘電率異方性（Δε）と屈折率異方性（Δｎ）有し、応答速度が速く、低電圧駆動ができる特性が必要となる。この特性を満たすためには、粘度が低く、低いしきい値電圧を有する液晶が必要とされる。現在のところ単一化合物では上記のような条件をすべて満たす物質はなく、数種から、数十種の液晶化合物を混合して要求特性に合致させているのが現状である。
さらに、近年の高精細ＴＶ，３Ｄ対応の表示等により、さらなる応答速度の改良が求められている。
【０００３】
さて、係る応答速度等の改良のため、現在汎用されているネマチック液晶組成物に添加して、粘度及びしきい値を低下させる化合物としては、特開平６−５６７１６に記載されている式（a）で表わせる化合物群（特許文献１）、特開平７−１２６２０５に記載されている式（ｂ）で表わせる化合物群（特許文献２）がある。
【化４】
【化５】
（式（ｂ）中Ｒ１は炭素原子数１〜１２のアルキル基を表し、Ｘ1及びＸ3は、水素原子又はハロゲン原子を示し、Ｘ2は、ハロゲン原子又はシアノ基を表わす。）
【０００４】
さらに、本発明者は、ネマチック液晶に混合させ応答速度を改良する化合物として、上記式（a）、（ｂ）に示した化合物よりさらに効果がある式（１）で表わされる新規なシクロヘキサン化合物群について、特許出願した（特許文献３）。
【化１】
（式中Ｒ１，Ｒ２は同一又は異なるＲ，ＲＯＣＯ，ＲＣＯＯを表わし、Ｒはアルキル基を示す。該アルキル基は不飽和結合を有していてもよく、該基中−ＣＨ２−，−Ｏ−，−ＣＯ−，又は−ＣＯＯで置換されていても良く、また、一部あるいは全ての水素原子がハロゲン原子又はシアノ基により置換されていてもよい。Ｘ，Ｙは各々独立にハロゲン原子又は水素原子を表わし、同時に水素原子を表わすことはない。また、あるいは、Ｘは酸素原子を表わしＹは該酸素原子への直接結合を表わす。）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平６−５６７１７
【特許文献２】特開平７−１２６２０５
【特許文献３】特願２０１０−１６２３４８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
さて、本発明は、上記の式（１）に示したシクロヘキサン化合物群を既知の各ネマチック液晶化合物に混合した場合の応答速度を研究し、より応答速度を改善するネマチック液晶組成物を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
すなわち、第1発明は、第一成分として、式（１）で表わされるシクロヘキサン化合物群の少なくとも１種類の化合物を含有し、第二成分として式（２）、（３）、（４）及び（５）で表わされる各化合物群の少なくとも1種類の化合物を含有してなる液晶組成物である。
【化１】
（式中Ｒ１，Ｒ２は同一又は異なるＲ，ＲＯＣＯ，ＲＣＯＯを表わし、Ｒはアルキル基を示す。該アルキル基は不飽和結合を有していてもよく、該基中−ＣＨ２−，−Ｏ−，−ＣＯ−，又は−ＣＯＯで置換されていても良く、また、一部あるいは全ての水素原子がハロゲン原子又はシアノ基により置換されていてもよい。Ｘ，Ｙは各々独立にハロゲン原子又は水素原子を表わし、同時に水素原子を表わすことはない。また、あるいは、Ｘは酸素原子を表わしＹは該酸素原子への直接結合を表わす。）
【化２】
（Ｒは、アルキル基、Ｘは、Ｈ又はＦを表す。）
【０００８】
前述と重複するが、式（１）のシクロヘキサン化合物群は、本発明者が発明した新規化合物であり、先に特許出願（特願２０１０−１６２３４８）したものである。式（１）のシクロヘキサン化合物群は、液晶組成物の粘度を低下させ、応答速度を改善する機能を有している。
なお、式（１）及び式（２）から（５）の化合物群には上記のように多くの種類の化合物が含まれる。後述する式(６)も同様である。
第１発明の液晶組成物は、第一成分として、式（１）シクロヘキサン化合物群のうちの少なくとも1種類の化合物を含有することを条件とする液晶組成物である。
第二成分としては、式（２）、（３）、（４）及び（５）で表わされる各化合物群のうちの少なくとも1種類以上の化合物が組み合わされた液晶組成物である。すなわち、第二成分には、式（２）〜（５）の各化合物群の中の少なくとも1種類の化合物がそれぞれ含有されている。そして、この第一成分と第二成分が混合されて、第１発明の液晶組成物が構成され、応答速度が改善される。
【０００９】
続いて、第２発明は、第１発明の第二成分中、式（２）の化合物群を除いた第１発明の液晶組成物である。
【００１０】
前述のように、式（１）のシクロヘキサン化合物群は、液晶組成物の粘度を低下させ、応答速度を改善する機能を有しているが、式（２）の化合物群も同様な機能を有している。そこで、式（２）の化合物群を含有しなくとも、式（１）の化合物群だけで、液晶組成物の応答速度を改善できる場合があり、式（２）の化合物群を除くものである。
【００１１】
続いて、第３発明は、第１発明又は第２発明の液晶組成物に式（６）で表わされる化合物群の少なくとも１種類の化合物を、任意の割合で混合した液晶組成物である。
【化３】
（Ｙは、Ｆ原子又はＯＣＦ3を表す。）
式（６）の化合物群も、液晶組成物の粘度を低下させ、応答速度を改善する機能を有しているため、これを混合した場合により応答速度が改善される場合があるからである。
【発明の効果】
【００１２】
第1発明では、式（１）で示した新規なシクロヘキサン化合物群を混合するネマチック液晶を限定し、より応答速度の速い液晶組成物を提供するものであり、第２発明では、さらにネマチック液晶組成物を限定するものである。第３発明では、第1発明あるいは第２発明の液晶組成物に特定の化合物群を混合し、さらなる応答速度の速い液晶組成物を提供するものである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の実施例を以下に示す
【実施例１】
【００１４】
式（３）から（５）のネマチック液晶を以下に示す割合で混合した。これは、式(２)の化合物群を除いた第２発明に基づく比較例であり、これを比較例1とする。
表１ 比較例１
【実施例２】
【００１５】
表２は、表1の比較例１に式（２）の化合物群の１種類の化合物を混合したものであり、第１発明に基づく比較例であり、これを比較例２とする。
表２ 比較例２
【実施例３】
【００１６】
表３に式（１）のシクロヘキサン化合物群の１種類を比較例１に混合したときの実施例１を示す。
表３ 実施例１
【実施例４】
【００１７】
表4に各比較例と実施例の応答速度測定結果を示す。
表４ 応答速度測定結果
上記表４の応答速度は、印加電圧１０V,オフセット電圧０．１V,周波数１００Hzの印加時において、セルギャップ９μｍ、TNセルにて測定した結果である。
立ち上がり時間とは、誘電率が電圧オン時にゼロから最大誘電率の５０％変化するまでの時間をいい、立ち下がり時間とは、誘電率が電圧オフ時に最大誘電率から５０％変化するまでの時間をいう。表４ではいずれもmillisecond（msec）にて表わしている。
【産業上の利用可能性】
【００１８】
近年の高精細ＴＶ，３Ｄ対応の表示等により、さらなる応答速度の改良が求められている状況下において、係るネマチック液晶組成物の需要が期待できる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一成分として、式（１）で表わされるシクロヘキサン化合物群の少なくとも１種類の化合物を含有し、第二成分として式（２）、（３）、（４）及び（５）で表わされる各化合物群の少なくとも1種類の化合物を含有してなる液晶組成物。
【化１】
（式中Ｒ１，Ｒ２は同一又は異なるＲ，ＲＯＣＯ，ＲＣＯＯを表わし、Ｒはアルキル基を示す。該アルキル基は不飽和結合を有していてもよく、該基中−ＣＨ２−，−Ｏ−，−ＣＯ−，又は−ＣＯＯで置換されていても良く、また、一部あるいは全ての水素原子がハロゲン原子又はシアノ基により置換されていてもよい。Ｘ，Ｙは各々独立にハロゲン原子又は水素原子を表わし、同時に水素原子を表わすことはない。また、あるいは、Ｘは酸素原子を表わしＹは該酸素原子への直接結合を表わす。）
【化２】
（Rはアルキル基、Ｘは、Ｈ又はＦを表す。）
【請求項２】
請求項１に記載の第二成分中、式（２）の化合物群を除いた請求項１の液晶組成物。
【請求項３】
請求項１又は請求項２の液晶組成物に式（６）で表わされる化合物群の少なくとも１種類の化合物を、任意の割合で混合した液晶組成物。
【化３】
（Ｙは、Ｆ原子又はＯＣＦ3を表す。）
【請求項１】
第一成分として、式（１）で表わされるシクロヘキサン化合物群の少なくとも１種類の化合物を含有し、第二成分として式（２）、（３）、（４）及び（５）で表わされる各化合物群の少なくとも1種類の化合物を含有してなる液晶組成物。
【化１】
（式中Ｒ１，Ｒ２は同一又は異なるＲ，ＲＯＣＯ，ＲＣＯＯを表わし、Ｒはアルキル基を示す。該アルキル基は不飽和結合を有していてもよく、該基中−ＣＨ２−，−Ｏ−，−ＣＯ−，又は−ＣＯＯで置換されていても良く、また、一部あるいは全ての水素原子がハロゲン原子又はシアノ基により置換されていてもよい。Ｘ，Ｙは各々独立にハロゲン原子又は水素原子を表わし、同時に水素原子を表わすことはない。また、あるいは、Ｘは酸素原子を表わしＹは該酸素原子への直接結合を表わす。）
【化２】
（Rはアルキル基、Ｘは、Ｈ又はＦを表す。）
【請求項２】
請求項１に記載の第二成分中、式（２）の化合物群を除いた請求項１の液晶組成物。
【請求項３】
請求項１又は請求項２の液晶組成物に式（６）で表わされる化合物群の少なくとも１種類の化合物を、任意の割合で混合した液晶組成物。
【化３】
（Ｙは、Ｆ原子又はＯＣＦ3を表す。）
【公開番号】特開２０１２−６７２３６（Ｐ２０１２−６７２３６Ａ）
【公開日】平成２４年４月５日（２０１２．４．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２１４６４７（Ｐ２０１０−２１４６４７）
【出願日】平成２２年９月２７日（２０１０．９．２７）
【特許番号】特許第４６６９０８５号（Ｐ４６６９０８５）
【特許公報発行日】平成２３年４月１３日（２０１１．４．１３）
【出願人】（３１００１６００５）株式会社 ＣＨＩＲＡＣＯＬ (4)
【出願人】（５０８１２７１００）オルガノサイエンス株式会社 (3)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年４月５日（２０１２．４．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月２７日（２０１０．９．２７）
【特許番号】特許第４６６９０８５号（Ｐ４６６９０８５）
【特許公報発行日】平成２３年４月１３日（２０１１．４．１３）
【出願人】（３１００１６００５）株式会社 ＣＨＩＲＡＣＯＬ (4)
【出願人】（５０８１２７１００）オルガノサイエンス株式会社 (3)
【Ｆターム（参考）】
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