ネマチック液晶組成物及びこれを用いた液晶表示素子
【課題】誘電率異方性が負であり、その絶対値が大きく、粘度の低い液晶組成物、及びＶＡ型等の液晶表示素子を提供する。
【解決手段】第一成分として、一般式（Ｉ）で表される化合物、
第二成分として、一般式（ＩＩ）で表される化合物、
第三成分として、一般式（ＩＩＩ）で表される化合物
を組み合わせた、屈折率異方性（Δｎ）及びネマチック相-等方性液体相転移温度（Ｔｎｉ）等の物性値をほぼ維持したまま、粘度の低い誘電率異方性が負の液晶組成物。
【解決手段】第一成分として、一般式（Ｉ）で表される化合物、
第二成分として、一般式（ＩＩ）で表される化合物、
第三成分として、一般式（ＩＩＩ）で表される化合物
を組み合わせた、屈折率異方性（Δｎ）及びネマチック相-等方性液体相転移温度（Ｔｎｉ）等の物性値をほぼ維持したまま、粘度の低い誘電率異方性が負の液晶組成物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電気光学的液晶表示材料として有用な誘電率異方性（Δε）が負の値を示すネマチック液晶組成物及びこれを用いた液晶表示素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示素子は、時計、電卓をはじめとして、家庭用各種電気機器、測定機器、自動車用パネル、ワープロ、電子手帳、プリンター、コンピューター、テレビ等に用いられるようになっている。液晶表示方式としては、その代表的なものにＴＮ（捩れネマチック）型、ＳＴＮ（超捩れネマチック）型、ＤＳ（動的光散乱）型、ＧＨ（ゲスト・ホスト）型、ＩＰＳ（インプレーンスイッチング）型、ＯＣＢ（光学補償複屈折）型、ＥＣＢ（電圧制御複屈折）型、ＶＡ（垂直配向）型、ＣＳＨ（カラースーパーホメオトロピック）型、あるいはＦＬＣ（強誘電性液晶）等を挙げることができる。また駆動方式としても従来のスタティック駆動からマルチプレックス駆動が一般的になり、単純マトリックス方式、最近ではＴＦＴ（薄膜トランジスタ）やＴＦＤ（薄膜ダイオード）等により駆動されるアクティブマトリックス（ＡＭ）方式が主流となっている。
【０００３】
これらの表示方式において、ＩＰＳ型、ＥＣＢ型、ＶＡ型、あるいはＣＳＨ型等は現在汎用のＴＮ型やＳＴＮ型と異なり、Δεが負の値を示す液晶材料を用いるという特徴を有する。これらの中で特にＡＭ駆動によるＶＡ型表示は、高速で広視野角の要求される表示素子、例えばテレビ等の用途に使用されている。
【０００４】
ＶＡ型等の表示方式に用いられるネマチック液晶組成物には、低電圧駆動、高速応答及び広い動作温度範囲が要求される。すなわち、Δεが負で絶対値が大きく、低粘度であり、高いネマチック相−等方性液体相転移温度（Ｔｎｉ）が要求されている。また、屈折率異方性（Δｎ）とセルギャップ（ｄ）との積であるΔｎ×ｄの設定から、液晶材料のΔｎをセルギャップに合わせて適当な範囲に調節する必要がある。加えて液晶表示素子をテレビ等へ応用する場合においては高速応答性が重視されるため、粘度の低い液晶材料が要求される。
【０００５】
Δεが負の液晶材料として、以下のような２，３−ジフルオロフェニレン骨格を有する液晶化合物（Ａ）及び（Ｂ）（特許文献１参照）を用いた液晶組成物が開示されている。
【０００６】
【化１】
【０００７】
しかし、これらの化合物を用いた誘電率異方性が負の液晶組成物は、液晶テレビ等の高速応答が要求される液晶組成物においては十分に低い粘性を実現するに至っていない。
【０００８】
一方、式（Ｃ）で表される化合物を用いた液晶組成物は既に開示されているが、Δｎが小さい液晶組成物（特許文献２参照）や応答速度の改善のためにアルケニル基を分子内に有する化合物を添加したネマチック液晶組成物（特許文献３参照）であり、高Δｎを実現するには更なる検討が必要であった。
【０００９】
【化２】
【００１０】
また、式（Ｄ）で表される化合物を用いた液晶組成物は既に開示されている（特許文献４参照）が、アルケニル化合物を含む液晶組成物であるため、焼き付きや表示ムラ等の表示不良が発生する可能性があった。なお、アルケニル化合物を含む液晶組成物の表示不良への影響については既に開示されている（特許文献５）が、一般的にはアルケニル化合物の含有量が減ると液晶組成物の粘度が上昇し、高速応答の達成が困難になるため、表示不良のないまたは抑制と高速応答との両立が困難であった。
【００１１】
従って、粘度が十分に低く、なおかつ、アルケニル化合物を含まない誘電率異方性が負の液晶組成物の開発が望まれていた。
【００１２】
【化３】
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開平８−１０４８６９号
【特許文献２】欧州特許出願公開第０４７４０６２号
【特許文献３】特開２００６−３７０５４号
【特許文献４】特開２００１−３５４９６７号
【特許文献５】特開２００８−１４４１３５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明が解決しようとする課題は、屈折率異方性（Δｎ）およびネマチック相−等方性液体相転移温度（Ｔｎｉ）を低減又は上昇させることなく、粘度が十分に低く、なおかつ、表示不良のないまたは抑制した誘電率異方性が負の液晶組成物を提供し、さらにそれを用いたＶＡ型等の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】
【００１５】
本発明者は、種々のフルオロベンゼン誘導体を検討し、特定の化合物を組み合わせることにより前記課題を解決することができることを見出し、本件発明を完成するに至った。
【００１６】
本発明は、第一成分として、一般式（Ｉ）
【００１７】
【化４】
【００１８】
（式中、R1は炭素数１から１０のアルキル基を表し、これらの基中に存在する１個の−ＣＨ２−又は隣接していない２個以上の−ＣＨ２−は−Ｏ−及び/又は−Ｓ−に置換されてもよく、またこれらの基中に存在する１個又は２個以上の水素原子はフッ素原子又は塩素原子に置換されてもよく、Ｒ２は炭素数１から１０のアルキル基又はアルコキシル基を表し、これらの基中に存在する１個の−ＣＨ２−又は隣接していない２個以上の−ＣＨ２−は−Ｏ−及び/又は−Ｓ−に置換されてもよく、またこれらの基中に存在する１個又は２個以上の水素原子はフッ素原子又は塩素原子に置換されてもよく、ｍは０、１又は２を表す。）で表される化合物を１種又は２種以上含有し、第二成分として、一般式（ＩＩ）
【００１９】
【化５】
【００２０】
（式中、Ｒ３は炭素数１から１０のアルキル基を表し、これらの基中に存在する１個の−ＣＨ２−又は隣接していない２個以上の−ＣＨ２−は−Ｏ−及び/又は−Ｓ−に置換されてもよく、またこれらの基中に存在する１個又は２個以上の水素原子はフッ素原子又は塩素原子に置換されてもよく、Ｒ４は炭素数１から１０のアルキル基又はアルコキシル基を表し、これらの基中に存在する１個の−ＣＨ２−又は隣接していない２個以上の−ＣＨ２−は−Ｏ−及び/又は−Ｓ−に置換されてもよく、またこれらの基中に存在する１個又は２個以上の水素原子はフッ素原子又は塩素原子に置換されてもよい。）で表される化合物を１種又は２種以上含有し、第三成分として、一般式（ＩＩＩ）
【００２１】
【化６】
【００２２】
（式中、Ｒ５及びＲ６はそれぞれ独立的に炭素数１から１０のアルキル基又はアルコキシル基を表し、これらの基中に存在する１個の−ＣＨ２−又は隣接していない２個以上の−ＣＨ２−は−Ｏ−及び/又は−Ｓ−に置換されてもよく、またこれらの基中に存在する１個又は２個以上の水素原子はフッ素原子又は塩素原子に置換されてもよく、Ｂ１及びＢ２はそれぞれ独立的に
（ａ） トランス−１，４−シクロへキシレン基（この基中に存在する１個の−ＣＨ２−又は隣接していない２個の−ＣＨ２−は−Ｏ−及び/又は−Ｓ−に置換されてもよい。）
（ｂ） １，４−フェニレン基（この基中に存在する１個又は２個以上の−ＣＨ＝は−Ｎ＝に置換されてもよい。）
（ｃ） １，４−シクロヘキセニレン基、１，４−ビシクロ［２．２．２］オクチレン基、ピペリジン−１，４−ジイル基、ナフタレン−２，６−ジイル基、デカヒドロナフタレン−２，６−ジイル基及び１，２，３，４−テトラヒドロナフタレン−２，６−ジイル基
からなる群より選ばれる基を表し、上記の基（ａ）、基（ｂ）又は基（ｃ）はＣＮ又はハロゲンで置換されていてもよく、Ｙ１及びＹ２はそれぞれ独立的に−ＣＨ２ＣＨ２−、−ＣＨ＝ＣＨ−、−ＣＨ(ＣＨ３)ＣＨ２−、−ＣＨ２ＣＨ(ＣＨ３)−、−ＣＨ(ＣＨ３)ＣＨ(ＣＨ３)−、−ＣＦ２ＣＦ２−、−ＣＦ＝ＣＦ−、−ＣＨ２Ｏ−、−ＯＣＨ２−、−ＯＣＨ(ＣＨ３)−、−ＣＨ(ＣＨ３)Ｏ−、−（ＣＨ２）４−、−（ＣＨ２）３Ｏ−、−Ｏ（ＣＨ２）３−、−Ｃ≡Ｃ−、−ＣＦ２Ｏ−、−ＯＣＦ２−、−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、−ＣＯＳ−、−ＳＣＯ−又は単結合を表し、Ｙ２及びＢ２が複数存在する場合は、それらは同一でもよく異なっていてもよく、ｐは０、１又は２を表す。）で表される化合物を１種又は２種以上含有する誘電率異方性が負のネマチック液晶組成物及びこれを用いた液晶表示素子を提供する。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の液晶組成物は、誘電率異方性が負であってその絶対値が大きいという特徴を有する。また粘度も低く、液晶性に優れ、広い温度範囲で安定な液晶相を示す。更に、熱、光、水等に対し、化学的に安定であり、相溶性に優れているため、低電圧駆動が可能である実用的で信頼性の高い液晶組成物である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本願発明における液晶組成物において、第一成分として、一般式（Ｉ）で表される化合物を１種又は２種以上を含有するが、１種から６種がより好ましく、２種から５種が特に好ましい。また、一般式（Ｉ）で表される化合物の含有率は５から３５質量％であるが、１０から３０質量％の範囲であることがより好ましい。これらの化合物は絶対値の大きな負の誘電率異方性を有するが、含有量が多いと粘度を上昇させる傾向があるため、低い粘度を重視する場合、上限値は３０質量％が好ましく、２５質量％が好ましい。また、ネマチック状態の液晶相を駆動する表示素子の場合、スメクチック相が発現することは好ましくない。当該化合物の含有量が多いとスメクチック相−ネマチック相転移温度を上昇させてしまうことがあるため、低いスメクチック−ネマチック相転移温度を重視する場合はこれらの含有率の上限値は３０質量％が好ましく、２５質量％がより好ましい。絶対値の大きな負の誘電率異方性を重視する場合はこれらの含有率が多いことが好ましく、下限値は５質量％であるが、１０質量％が好ましく、１５質量％がより好ましく、２０質量％が特に好ましい。
【００２５】
一般式（Ｉ）において、Ｒ１は直鎖状であり、炭素数１から１０のアルキル基を表すことが好ましく、炭素数１から５のアルキル基を表すことがより好ましく、Ｒ２は直鎖状であり、炭素数１から１０のアルキル基又はアルコキシル基を表すことが好ましく、炭素数１から５のアルキル基又はアルコキシル基を表すことがより好ましく、炭素数１から５のアルコキシル基を表すことが特に好ましく、ｍは０、１又は２を表すことが好ましく、０又は１を表すことがより好ましい。
【００２６】
更に詳述すると、一般式（Ｉ）は一般式（Ｉ−Ａ）及び一般式（Ｉ−Ｂ）で表される化合物が特に好ましい。
【００２７】
【化７】
【００２８】
（式中、Ｒ７及びＲ８はそれぞれ独立的にＲ１と同じ意味を表す。）
第二成分として、一般式（ＩＩ）で表される化合物を１種又は２種以上を含有するが、２種から６種がより好ましく、３種から５種が特に好ましい。一般式（ＩＩ）の含有率は５から３５質量％の範囲であることが好ましいが、１０から３０質量％の範囲であることがより好ましい。これらの化合物は大きなΔｎ及び絶対値の大きな負のΔεを有するが、含有量が多いと粘度を上昇させる傾向があるため、低い粘度を重視する場合、これらの含有率が少ないことが好ましく、その上限値は３０質量％が好ましく、２５質量％がより好ましい。また、含有量が多いとスメクチック相−ネマチック相転移温度を上昇させてしまうことがあるため、低いスメクチック−ネマチック相転移温度を重視する場合はこれらの含有率の上限値は３０質量％が好ましく、２５質量％がより好ましい。絶対値の大きな負の誘電率異方性を重視する場合はこれらの含有率が多いことが好ましく、下限値は５質量％であるが、１０質量％が好ましく、１５質量％がより好ましく、２０質量％が特に好ましい。
【００２９】
一般式（ＩＩ）において、Ｒ３は直鎖状であり、炭素数１から１０のアルキル基を表すことが好ましく、炭素数１から５のアルキル基を表すことがより好ましく、Ｒ４は直鎖状であり、炭素数１から１０のアルキル基又はアルコキシル基を表すことが好ましく、炭素数１から５のアルキル基又はアルコキシル基を表すことがより好ましく、炭素数１から５のアルコキシル基を表すことが特に好ましい。更に詳述すると、一般式（ＩＩ）は一般式（ＩＩ−Ａ）であることが特に好ましい。
【００３０】
【化８】
【００３１】
（式中、Ｒ９及びＲ１０はそれぞれ独立的にＲ１と同じ意味を表す。）
第三成分として、一般式（ＩＩＩ）で表される化合物を１種又は２種以上を含有するが、１種から１２種が好ましく、１種から８種がより好ましく、１種から６種が特に好ましい。
【００３２】
一般式（ＩＩＩ）の含有率は１０から８０質量％の範囲であることが好ましいが、２０から７０質量％の範囲であることがより好ましく、３５から６５質量％の範囲であることが特に好ましい。これらの化合物は、誘電率異方性の絶対値を大きくする効果はほとんどないものの、粘度を低くする効果がある。低い粘度を重視する場合は、これらの含有率が多いことが好ましく、その下限値は１０質量％である、２０質量％が好ましく、３０質量％がより好ましく、３５質量％が特に好ましい。Δεの絶対値を大きくすることを重視する場合はこれらの含有率が少ないことが好ましく、その上限値は８０質量％であるが、６５質量％がより好ましく、５０質量％が特に好ましい。
【００３３】
一般式（ＩＩＩ）において、Ｒ５及びＲ６はそれぞれ独立的に、直鎖状であり、炭素数１から１０のアルキル基又はアルコキシル基を表すことが好ましく、炭素数１から５のアルキル基又はアルコキシル基を表すことがより好ましく、炭素数１から５のアルコキシル基を表すことが特に好ましく、
Ｂ１及びＢ２はそれぞれ独立的にトランス−１，４−シクロへキシレン基、１，４−フェニレン基、２−フルオロ−１，４−フェニレン基、３−フルオロ−１，４−フェニレン基、２−アルキル−１，４−フェニレン基、３−アルキル−１，４−フェニレン基、２−アルコキシ−１，４−フェニレン基、３−アルコキシ−１，４−フェニレン基、１，４−ビシクロ［２．２．２］オクチレン基、ナフタレン−２，６−ジイル基、１−フルオロナフタレン−２，６−ジイル基、デカヒドロナフタレン−２，６−ジイル基又は１，２，３，４−テトラヒドロナフタレン−２，６−ジイル基が好ましく、トランス−１，４−シクロへキシレン基、１，４−フェニレン基、２−フルオロ−１，４−フェニレン基、３−フルオロ−１，４−フェニレン基、２−メチル−１，４−フェニレン基、３−メチル−１，４−フェニレン基、２−メトキシ−１，４−フェニレン基、３−メトキシ−１，４−フェニレン基又は１，４−ビシクロ［２．２．２］オクチレン基が好ましく、トランス−１，４−シクロへキシレン基又は１，４−フェニレン基が好ましい。分子内に存在する環構造中に置換したハロゲンは１個が好ましく、０個がさらに好ましい。
Ｙ１及びＹ２はそれぞれ独立的に−ＣＨ２ＣＨ２−、−ＣＨ＝ＣＨ−、−ＣＨ(ＣＨ３)ＣＨ２−、−ＣＨ２ＣＨ(ＣＨ３)−、−ＣＨ(ＣＨ３)ＣＨ(ＣＨ３)−、−ＣＦ２ＣＦ２−、−ＣＦ＝ＣＦ−、−ＣＨ２Ｏ−、−ＯＣＨ２−、−ＯＣＨ(ＣＨ３)−、−ＣＨ(ＣＨ３)Ｏ−、−（ＣＨ２）４−、−（ＣＨ２）３Ｏ−、−Ｏ（ＣＨ２）３−、−Ｃ≡Ｃ−、−ＣＦ２Ｏ−、−ＯＣＦ２−、−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−又は単結合が好ましく、−ＣＨ２ＣＨ２−、−ＣＨ＝ＣＨ−、−ＣＦ＝ＣＦ−、−ＣＨ２Ｏ−、−ＯＣＨ２−、−Ｃ≡Ｃ−、−ＣＦ２Ｏ−、−ＯＣＦ２−、−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−又は単結合が好ましく、信頼性の向上を重視する場合には−ＣＨ２ＣＨ２−、−ＣＨ２Ｏ−、−ＯＣＨ２−、−ＣＦ２Ｏ−、−ＯＣＦ２−又は単結合が好ましく、Δεの絶対値の大きさを重視する場合には−ＣＨ２Ｏ−、−ＯＣＨ２−、−ＣＦ２Ｏ−又は−ＯＣＦ２−を少なくとも一つ持ち、さらに酸素原子と芳香環が直接連結するような部分構造を持つことが好ましく、粘度の低減を重視する場合には、単結合が好ましく、ｐは１又は２が好ましく、Ｔｎｉを高くするにはｐが２である化合物を含有する方が好ましく、ηを小さくするにはｐが１である化合物を含有する方が好ましい。
【００３４】
更に詳述すると、一般式（ＩＩＩ）は一般式（ＩＩＩ−Ａ）から一般式（ＩＩＩ−Ｊ）で表される化合物が好ましく、一般式（ＩＩＩ−Ａ）、一般式（ＩＩＩ−Ｄ）、一般式（ＩＩＩ−Ｆ）から一般式（ＩＩＩ−Ｊ）で表される化合物がより好ましい。
【００３５】
【化９】
【００３６】
（式中、Ｒ１１は炭素数１から５のアルキル基を表し、Ｒ１２は炭素数１から５のアルキル基又はアルコキシル基を表す。）
追加の成分として、一般式（ＩＶ−Ａ）から（ＩＶ−Ｏ）の化合物群から選ばれる１種又は２種以上の化合物を含有しても良いが、一般式（ＩＶ−Ｉ）から（ＩＶ−Ｍ）の化合物群から選ばれることがより好ましい。
【００３７】
【化１０】
【００３８】
（式中、Ｒ１３及びＲ１４はそれぞれ独立的にＲ１と同じ意味を表す。）
一般式（ＩＶ）の含有率は５から２０質量％の範囲であることが好ましいが、５から１０質量％の範囲であることがより好ましい。
【００３９】
なお、本発明のネマチック液晶組成物は、一般式（Ｉ）及び（ＩＩ）で表される化合物の含有量の合計が２０から７０質量％であることが好ましく、３０から６０質量％であることがより好ましい。
【００４０】
本願ネマチック液晶組成物に含まれる液晶化合物において、−Ｏ−Ｏ−、−Ｏ−Ｓ−及び−Ｓ−Ｓ−等のヘテロ原子同士が直接結合する部分構造をとることはない。
【００４１】
また、ネマチック液晶組成物は、炭素−炭素不飽和結合を有していないか、又は有していたとしてもそれが芳香環内のものであるか又は芳香環のπ電子と共役しているもののみを含む液晶化合物のみからなることが好ましく、アルケニル基を有する化合物を含まないことが好ましく、ネマチック液晶組成物に含有する全ての液晶化合物の側鎖がアルキル基又はアルコキシル基であることがより好ましい。
【００４２】
本発明において、ネマチック相-等方性液体相転移温度（Ｔｎｉ）は６０から１２０℃であることが、下限値としては６５℃がより好ましく、７０℃が特に好ましい。上限値としては９０℃がより好ましく、８０℃が特に好ましい。２５℃におけるΔεが−２．０から−６．０であることが好ましく、−２．５から−５．０であることがより好ましく、−２．５から−３．５であることが特に好ましい。２５℃におけるΔｎは、０．０８から０．１３であることが好ましいが、０．０９から０．１２であることがより好ましい。更に詳述すると、薄いセルギャップに対応する場合は０．１０から０．１２であることが好ましく、厚いセルギャップに対応する場合は０．０８から０．１０であることが好ましい。２０℃における粘度は１０から３０ ｍＰａ・ｓであることが好ましいが、１０から２５ ｍＰａ・ｓであることがより好ましく、１０から２０ ｍＰａ・ｓであることが特に好ましい。
【００４３】
本発明のネマテチック液晶組成物は、上述の化合物以外に、通常のネマチック液晶、スメクチック液晶、コレステリック液晶、酸化防止剤、紫外線吸収剤、重合性モノマーなどを含有してもよい。
【００４４】
本発明のネマチック液晶組成物は、液晶表示素子に有用であり、特にアクティブマトリクス駆動用液晶表示素子に有用であり、ＶＡモード、ＰＳＶＡモード、ＩＰＳモード又はＥＣＢモード用液晶表示素子に用いることができる。
【実施例】
【００４５】
以下に実施例を挙げて本発明を更に詳述するが、本発明はこれらの実施例に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。
【００４６】
実施例中、測定した特性は以下の通りである。
【００４７】
Ｔｎｉ ：ネマチック相−等方性液体相転移温度（℃）
Δｎ ：２５℃における屈折率異方性
Δε ：２５℃における誘電率異方性
η ：２０℃における粘度（ｍＰａ・ｓ）
（実施例１）
以下に、調製した液晶組成物とその物性値を示す。
【００４８】
【化１１】
【００４９】
実施例１に示すネマチック液晶組成物の物性値は、Ｔｎｉ：７５．５℃、Δｎ：０．１０７、Δε：−３．０、η：１７．５ ｍＰａ・ｓであった。
（実施例２）
以下に、調製した液晶組成物とその物性値を示す。
【００５０】
【化１２】
【００５１】
実施例２に示すネマチック液晶組成物の各物性値は、Ｔｎｉ：７５．１℃、Δｎ：０．１２３、Δε：−２．８、η：１９．５ ｍＰａ・ｓであった。
（実施例３）
以下に、調製した液晶組成物とその物性値を示す。
【００５２】
【化１３】
【００５３】
実施例３に示すネマチック液晶組成物の各物性値は、Ｔｎｉ：７６．５℃、Δｎ：０．０９０、Δε：−２．９、η：１７．１ ｍＰａ・ｓであった。
（実施例４）
以下に、調製した液晶組成物とその物性値を示す。
【００５４】
【化１４】
【００５５】
実施例４に示すネマチック液晶組成物の各物性値は、Ｔｎｉ：７１．８℃、Δｎ：０．１０３、Δε：−２．１、η：１４．９ ｍＰａ・ｓであった。
（実施例５）
以下に、調製した液晶組成物とその物性値を示す。
【００５６】
【化１５】
【００５７】
実施例５に示すネマチック液晶組成物の各物性値は、Ｔｎｉ：８０．８℃、Δｎ：０．０９３、Δε：−２．１、η：１４．７ ｍＰａ・ｓであった。
（実施例６）
以下に、調製した液晶組成物とその物性値を示す。
【００５８】
【化１６】
【００５９】
実施例６に示すネマチック液晶組成物の各物性値は、Ｔｎｉ：９０．４℃、Δｎ：０．１１４、Δε：−２．５、η：１９．８ ｍＰａ・ｓであった。
（実施例７）
以下に、調製した液晶組成物とその物性値を示す。
【００６０】
【化１７】
【００６１】
実施例７に示すネマチック液晶組成物の各物性値は、Ｔｎｉ：７８．１℃、Δｎ：０．１０２、Δε：−３．４、η：１９．９ ｍＰａ・ｓであった。
（比較例１）
比較例１として特開２００６−３７０５４記載の液晶組成物を以下に示す。
【００６２】
【化１８】
【００６３】
比較例１に示すネマチック液晶組成物の各特性は、Ｔｎｉ：９０．９℃、Δｎ：０．０９６、Δε：−３．０、η：１８．２ ｍＰａ・ｓであった。当該ネマチック液晶組成物は本願の一般式（ＩＩ）で表される化合物を含有しない液晶組成物である。このような組成においてΔεを低下させず、Δｎを上昇させるには一般式（ＩＩＩ−Ｇ）で表されるトラン誘導体を添加する必要がある。また、上記のような液晶組成物では粘度を低下させるためにはアルケニル基を側鎖に有する液晶化合物を添加する必要がある。しかし、これら化合物の含有量を増加させると、アクティブ駆動の液晶表示素子用のネマチック液晶として使用するには信頼性が悪く、また、-３０℃での低温安定性が低下してしまうため、実用的な液晶組成物では無いことがわかる。
（比較例２）
比較例２を以下に示す。
【００６４】
【化１９】
【００６５】
比較例２に示すネマチック液晶組成物の各特性は、Ｔｎｉ：８０．２℃、Δｎ：０．０８９、Δε：−３．０、η：１９．４ ｍＰａ・ｓであった。当該ネマチック液晶組成物は本願の一般式（ＩＩ）で表される化合物を含有しない液晶組成物である。このような組成においてΔεを低下させず、Δｎを上昇させるには一般式（ＩＩＩ−Ｆ）で表されるビフェニル誘導体を添加する必要があるが、このような組成では十分に大きなΔｎを得る事が出来ない。また、上記のような液晶組成物では粘度を低下させるためにはアルケニル基を側鎖に有する液晶化合物を添加する必要がある。しかし、これら化合物の含有量を増加させると、アクティブ駆動の液晶表示素子用のネマチック液晶としては信頼性が悪く、実用的な液晶組成物では無いことがわかる。
（比較例３）
比較例３を以下に示す。
【００６６】
【化２０】
【００６７】
比較例３は一般式（Ｉ）で表される化合物に換え、一般式（ＩＶ−Ｅ）及び（ＩＶ−Ｆ）で表される化合物を含有したネマチック液晶組成物である。その物性値は、Ｔｎｉ：７４．５℃、Δｎ：０．１０６、Δε：−２．２、η：１７．５ ｍＰａ・ｓであった。Δεの絶対値の大きな一般式（Ｉ）で表される化合物を使用しないためΔεの絶対値は小さくなっている。このことから一般式（Ｉ）〜（ＩＩＩ）で表される化合物を組み合わせ得られるネマチック液晶は、従来知られていた液晶組成物と比較して、Δεの絶対値を大きくするとともに、粘度の上昇がほとんどないか抑制できることがわかった。
（比較例４）
比較例４を以下に示す。
【００６８】
【化２１】
【００６９】
比較例４は一般式（Ｉ）で表される化合物に換え、一般式（ＩＶ−Ｅ）及び（ＩＶ−Ｆ）で表される化合物を含有したネマチック液晶組成物である。その物性値は、Ｔｎｉ：７６．５℃、Δｎ：０．１０７、Δε：−２．９、η：２１．２ ｍＰａ・ｓであった。Δεの絶対値の大きな一般式（Ｉ）で表される化合物を使用しないためΔεの絶対値は小さくなっている。さらに粘度も上昇している。このことから一般式（Ｉ）〜（ＩＩＩ）で表される化合物を組み合わせえられるネマチック液晶は、従来知られていた液晶組成物と比較して、Δεの絶対値を大きくするとともに、低粘度化できるとわかった。
【技術分野】
【０００１】
本発明は電気光学的液晶表示材料として有用な誘電率異方性（Δε）が負の値を示すネマチック液晶組成物及びこれを用いた液晶表示素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示素子は、時計、電卓をはじめとして、家庭用各種電気機器、測定機器、自動車用パネル、ワープロ、電子手帳、プリンター、コンピューター、テレビ等に用いられるようになっている。液晶表示方式としては、その代表的なものにＴＮ（捩れネマチック）型、ＳＴＮ（超捩れネマチック）型、ＤＳ（動的光散乱）型、ＧＨ（ゲスト・ホスト）型、ＩＰＳ（インプレーンスイッチング）型、ＯＣＢ（光学補償複屈折）型、ＥＣＢ（電圧制御複屈折）型、ＶＡ（垂直配向）型、ＣＳＨ（カラースーパーホメオトロピック）型、あるいはＦＬＣ（強誘電性液晶）等を挙げることができる。また駆動方式としても従来のスタティック駆動からマルチプレックス駆動が一般的になり、単純マトリックス方式、最近ではＴＦＴ（薄膜トランジスタ）やＴＦＤ（薄膜ダイオード）等により駆動されるアクティブマトリックス（ＡＭ）方式が主流となっている。
【０００３】
これらの表示方式において、ＩＰＳ型、ＥＣＢ型、ＶＡ型、あるいはＣＳＨ型等は現在汎用のＴＮ型やＳＴＮ型と異なり、Δεが負の値を示す液晶材料を用いるという特徴を有する。これらの中で特にＡＭ駆動によるＶＡ型表示は、高速で広視野角の要求される表示素子、例えばテレビ等の用途に使用されている。
【０００４】
ＶＡ型等の表示方式に用いられるネマチック液晶組成物には、低電圧駆動、高速応答及び広い動作温度範囲が要求される。すなわち、Δεが負で絶対値が大きく、低粘度であり、高いネマチック相−等方性液体相転移温度（Ｔｎｉ）が要求されている。また、屈折率異方性（Δｎ）とセルギャップ（ｄ）との積であるΔｎ×ｄの設定から、液晶材料のΔｎをセルギャップに合わせて適当な範囲に調節する必要がある。加えて液晶表示素子をテレビ等へ応用する場合においては高速応答性が重視されるため、粘度の低い液晶材料が要求される。
【０００５】
Δεが負の液晶材料として、以下のような２，３−ジフルオロフェニレン骨格を有する液晶化合物（Ａ）及び（Ｂ）（特許文献１参照）を用いた液晶組成物が開示されている。
【０００６】
【化１】
【０００７】
しかし、これらの化合物を用いた誘電率異方性が負の液晶組成物は、液晶テレビ等の高速応答が要求される液晶組成物においては十分に低い粘性を実現するに至っていない。
【０００８】
一方、式（Ｃ）で表される化合物を用いた液晶組成物は既に開示されているが、Δｎが小さい液晶組成物（特許文献２参照）や応答速度の改善のためにアルケニル基を分子内に有する化合物を添加したネマチック液晶組成物（特許文献３参照）であり、高Δｎを実現するには更なる検討が必要であった。
【０００９】
【化２】
【００１０】
また、式（Ｄ）で表される化合物を用いた液晶組成物は既に開示されている（特許文献４参照）が、アルケニル化合物を含む液晶組成物であるため、焼き付きや表示ムラ等の表示不良が発生する可能性があった。なお、アルケニル化合物を含む液晶組成物の表示不良への影響については既に開示されている（特許文献５）が、一般的にはアルケニル化合物の含有量が減ると液晶組成物の粘度が上昇し、高速応答の達成が困難になるため、表示不良のないまたは抑制と高速応答との両立が困難であった。
【００１１】
従って、粘度が十分に低く、なおかつ、アルケニル化合物を含まない誘電率異方性が負の液晶組成物の開発が望まれていた。
【００１２】
【化３】
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開平８−１０４８６９号
【特許文献２】欧州特許出願公開第０４７４０６２号
【特許文献３】特開２００６−３７０５４号
【特許文献４】特開２００１−３５４９６７号
【特許文献５】特開２００８−１４４１３５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明が解決しようとする課題は、屈折率異方性（Δｎ）およびネマチック相−等方性液体相転移温度（Ｔｎｉ）を低減又は上昇させることなく、粘度が十分に低く、なおかつ、表示不良のないまたは抑制した誘電率異方性が負の液晶組成物を提供し、さらにそれを用いたＶＡ型等の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】
【００１５】
本発明者は、種々のフルオロベンゼン誘導体を検討し、特定の化合物を組み合わせることにより前記課題を解決することができることを見出し、本件発明を完成するに至った。
【００１６】
本発明は、第一成分として、一般式（Ｉ）
【００１７】
【化４】
【００１８】
（式中、R1は炭素数１から１０のアルキル基を表し、これらの基中に存在する１個の−ＣＨ２−又は隣接していない２個以上の−ＣＨ２−は−Ｏ−及び/又は−Ｓ−に置換されてもよく、またこれらの基中に存在する１個又は２個以上の水素原子はフッ素原子又は塩素原子に置換されてもよく、Ｒ２は炭素数１から１０のアルキル基又はアルコキシル基を表し、これらの基中に存在する１個の−ＣＨ２−又は隣接していない２個以上の−ＣＨ２−は−Ｏ−及び/又は−Ｓ−に置換されてもよく、またこれらの基中に存在する１個又は２個以上の水素原子はフッ素原子又は塩素原子に置換されてもよく、ｍは０、１又は２を表す。）で表される化合物を１種又は２種以上含有し、第二成分として、一般式（ＩＩ）
【００１９】
【化５】
【００２０】
（式中、Ｒ３は炭素数１から１０のアルキル基を表し、これらの基中に存在する１個の−ＣＨ２−又は隣接していない２個以上の−ＣＨ２−は−Ｏ−及び/又は−Ｓ−に置換されてもよく、またこれらの基中に存在する１個又は２個以上の水素原子はフッ素原子又は塩素原子に置換されてもよく、Ｒ４は炭素数１から１０のアルキル基又はアルコキシル基を表し、これらの基中に存在する１個の−ＣＨ２−又は隣接していない２個以上の−ＣＨ２−は−Ｏ−及び/又は−Ｓ−に置換されてもよく、またこれらの基中に存在する１個又は２個以上の水素原子はフッ素原子又は塩素原子に置換されてもよい。）で表される化合物を１種又は２種以上含有し、第三成分として、一般式（ＩＩＩ）
【００２１】
【化６】
【００２２】
（式中、Ｒ５及びＲ６はそれぞれ独立的に炭素数１から１０のアルキル基又はアルコキシル基を表し、これらの基中に存在する１個の−ＣＨ２−又は隣接していない２個以上の−ＣＨ２−は−Ｏ−及び/又は−Ｓ−に置換されてもよく、またこれらの基中に存在する１個又は２個以上の水素原子はフッ素原子又は塩素原子に置換されてもよく、Ｂ１及びＢ２はそれぞれ独立的に
（ａ） トランス−１，４−シクロへキシレン基（この基中に存在する１個の−ＣＨ２−又は隣接していない２個の−ＣＨ２−は−Ｏ−及び/又は−Ｓ−に置換されてもよい。）
（ｂ） １，４−フェニレン基（この基中に存在する１個又は２個以上の−ＣＨ＝は−Ｎ＝に置換されてもよい。）
（ｃ） １，４−シクロヘキセニレン基、１，４−ビシクロ［２．２．２］オクチレン基、ピペリジン−１，４−ジイル基、ナフタレン−２，６−ジイル基、デカヒドロナフタレン−２，６−ジイル基及び１，２，３，４−テトラヒドロナフタレン−２，６−ジイル基
からなる群より選ばれる基を表し、上記の基（ａ）、基（ｂ）又は基（ｃ）はＣＮ又はハロゲンで置換されていてもよく、Ｙ１及びＹ２はそれぞれ独立的に−ＣＨ２ＣＨ２−、−ＣＨ＝ＣＨ−、−ＣＨ(ＣＨ３)ＣＨ２−、−ＣＨ２ＣＨ(ＣＨ３)−、−ＣＨ(ＣＨ３)ＣＨ(ＣＨ３)−、−ＣＦ２ＣＦ２−、−ＣＦ＝ＣＦ−、−ＣＨ２Ｏ−、−ＯＣＨ２−、−ＯＣＨ(ＣＨ３)−、−ＣＨ(ＣＨ３)Ｏ−、−（ＣＨ２）４−、−（ＣＨ２）３Ｏ−、−Ｏ（ＣＨ２）３−、−Ｃ≡Ｃ−、−ＣＦ２Ｏ−、−ＯＣＦ２−、−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、−ＣＯＳ−、−ＳＣＯ−又は単結合を表し、Ｙ２及びＢ２が複数存在する場合は、それらは同一でもよく異なっていてもよく、ｐは０、１又は２を表す。）で表される化合物を１種又は２種以上含有する誘電率異方性が負のネマチック液晶組成物及びこれを用いた液晶表示素子を提供する。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の液晶組成物は、誘電率異方性が負であってその絶対値が大きいという特徴を有する。また粘度も低く、液晶性に優れ、広い温度範囲で安定な液晶相を示す。更に、熱、光、水等に対し、化学的に安定であり、相溶性に優れているため、低電圧駆動が可能である実用的で信頼性の高い液晶組成物である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本願発明における液晶組成物において、第一成分として、一般式（Ｉ）で表される化合物を１種又は２種以上を含有するが、１種から６種がより好ましく、２種から５種が特に好ましい。また、一般式（Ｉ）で表される化合物の含有率は５から３５質量％であるが、１０から３０質量％の範囲であることがより好ましい。これらの化合物は絶対値の大きな負の誘電率異方性を有するが、含有量が多いと粘度を上昇させる傾向があるため、低い粘度を重視する場合、上限値は３０質量％が好ましく、２５質量％が好ましい。また、ネマチック状態の液晶相を駆動する表示素子の場合、スメクチック相が発現することは好ましくない。当該化合物の含有量が多いとスメクチック相−ネマチック相転移温度を上昇させてしまうことがあるため、低いスメクチック−ネマチック相転移温度を重視する場合はこれらの含有率の上限値は３０質量％が好ましく、２５質量％がより好ましい。絶対値の大きな負の誘電率異方性を重視する場合はこれらの含有率が多いことが好ましく、下限値は５質量％であるが、１０質量％が好ましく、１５質量％がより好ましく、２０質量％が特に好ましい。
【００２５】
一般式（Ｉ）において、Ｒ１は直鎖状であり、炭素数１から１０のアルキル基を表すことが好ましく、炭素数１から５のアルキル基を表すことがより好ましく、Ｒ２は直鎖状であり、炭素数１から１０のアルキル基又はアルコキシル基を表すことが好ましく、炭素数１から５のアルキル基又はアルコキシル基を表すことがより好ましく、炭素数１から５のアルコキシル基を表すことが特に好ましく、ｍは０、１又は２を表すことが好ましく、０又は１を表すことがより好ましい。
【００２６】
更に詳述すると、一般式（Ｉ）は一般式（Ｉ−Ａ）及び一般式（Ｉ−Ｂ）で表される化合物が特に好ましい。
【００２７】
【化７】
【００２８】
（式中、Ｒ７及びＲ８はそれぞれ独立的にＲ１と同じ意味を表す。）
第二成分として、一般式（ＩＩ）で表される化合物を１種又は２種以上を含有するが、２種から６種がより好ましく、３種から５種が特に好ましい。一般式（ＩＩ）の含有率は５から３５質量％の範囲であることが好ましいが、１０から３０質量％の範囲であることがより好ましい。これらの化合物は大きなΔｎ及び絶対値の大きな負のΔεを有するが、含有量が多いと粘度を上昇させる傾向があるため、低い粘度を重視する場合、これらの含有率が少ないことが好ましく、その上限値は３０質量％が好ましく、２５質量％がより好ましい。また、含有量が多いとスメクチック相−ネマチック相転移温度を上昇させてしまうことがあるため、低いスメクチック−ネマチック相転移温度を重視する場合はこれらの含有率の上限値は３０質量％が好ましく、２５質量％がより好ましい。絶対値の大きな負の誘電率異方性を重視する場合はこれらの含有率が多いことが好ましく、下限値は５質量％であるが、１０質量％が好ましく、１５質量％がより好ましく、２０質量％が特に好ましい。
【００２９】
一般式（ＩＩ）において、Ｒ３は直鎖状であり、炭素数１から１０のアルキル基を表すことが好ましく、炭素数１から５のアルキル基を表すことがより好ましく、Ｒ４は直鎖状であり、炭素数１から１０のアルキル基又はアルコキシル基を表すことが好ましく、炭素数１から５のアルキル基又はアルコキシル基を表すことがより好ましく、炭素数１から５のアルコキシル基を表すことが特に好ましい。更に詳述すると、一般式（ＩＩ）は一般式（ＩＩ−Ａ）であることが特に好ましい。
【００３０】
【化８】
【００３１】
（式中、Ｒ９及びＲ１０はそれぞれ独立的にＲ１と同じ意味を表す。）
第三成分として、一般式（ＩＩＩ）で表される化合物を１種又は２種以上を含有するが、１種から１２種が好ましく、１種から８種がより好ましく、１種から６種が特に好ましい。
【００３２】
一般式（ＩＩＩ）の含有率は１０から８０質量％の範囲であることが好ましいが、２０から７０質量％の範囲であることがより好ましく、３５から６５質量％の範囲であることが特に好ましい。これらの化合物は、誘電率異方性の絶対値を大きくする効果はほとんどないものの、粘度を低くする効果がある。低い粘度を重視する場合は、これらの含有率が多いことが好ましく、その下限値は１０質量％である、２０質量％が好ましく、３０質量％がより好ましく、３５質量％が特に好ましい。Δεの絶対値を大きくすることを重視する場合はこれらの含有率が少ないことが好ましく、その上限値は８０質量％であるが、６５質量％がより好ましく、５０質量％が特に好ましい。
【００３３】
一般式（ＩＩＩ）において、Ｒ５及びＲ６はそれぞれ独立的に、直鎖状であり、炭素数１から１０のアルキル基又はアルコキシル基を表すことが好ましく、炭素数１から５のアルキル基又はアルコキシル基を表すことがより好ましく、炭素数１から５のアルコキシル基を表すことが特に好ましく、
Ｂ１及びＢ２はそれぞれ独立的にトランス−１，４−シクロへキシレン基、１，４−フェニレン基、２−フルオロ−１，４−フェニレン基、３−フルオロ−１，４−フェニレン基、２−アルキル−１，４−フェニレン基、３−アルキル−１，４−フェニレン基、２−アルコキシ−１，４−フェニレン基、３−アルコキシ−１，４−フェニレン基、１，４−ビシクロ［２．２．２］オクチレン基、ナフタレン−２，６−ジイル基、１−フルオロナフタレン−２，６−ジイル基、デカヒドロナフタレン−２，６−ジイル基又は１，２，３，４−テトラヒドロナフタレン−２，６−ジイル基が好ましく、トランス−１，４−シクロへキシレン基、１，４−フェニレン基、２−フルオロ−１，４−フェニレン基、３−フルオロ−１，４−フェニレン基、２−メチル−１，４−フェニレン基、３−メチル−１，４−フェニレン基、２−メトキシ−１，４−フェニレン基、３−メトキシ−１，４−フェニレン基又は１，４−ビシクロ［２．２．２］オクチレン基が好ましく、トランス−１，４−シクロへキシレン基又は１，４−フェニレン基が好ましい。分子内に存在する環構造中に置換したハロゲンは１個が好ましく、０個がさらに好ましい。
Ｙ１及びＹ２はそれぞれ独立的に−ＣＨ２ＣＨ２−、−ＣＨ＝ＣＨ−、−ＣＨ(ＣＨ３)ＣＨ２−、−ＣＨ２ＣＨ(ＣＨ３)−、−ＣＨ(ＣＨ３)ＣＨ(ＣＨ３)−、−ＣＦ２ＣＦ２−、−ＣＦ＝ＣＦ−、−ＣＨ２Ｏ−、−ＯＣＨ２−、−ＯＣＨ(ＣＨ３)−、−ＣＨ(ＣＨ３)Ｏ−、−（ＣＨ２）４−、−（ＣＨ２）３Ｏ−、−Ｏ（ＣＨ２）３−、−Ｃ≡Ｃ−、−ＣＦ２Ｏ−、−ＯＣＦ２−、−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−又は単結合が好ましく、−ＣＨ２ＣＨ２−、−ＣＨ＝ＣＨ−、−ＣＦ＝ＣＦ−、−ＣＨ２Ｏ−、−ＯＣＨ２−、−Ｃ≡Ｃ−、−ＣＦ２Ｏ−、−ＯＣＦ２−、−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−又は単結合が好ましく、信頼性の向上を重視する場合には−ＣＨ２ＣＨ２−、−ＣＨ２Ｏ−、−ＯＣＨ２−、−ＣＦ２Ｏ−、−ＯＣＦ２−又は単結合が好ましく、Δεの絶対値の大きさを重視する場合には−ＣＨ２Ｏ−、−ＯＣＨ２−、−ＣＦ２Ｏ−又は−ＯＣＦ２−を少なくとも一つ持ち、さらに酸素原子と芳香環が直接連結するような部分構造を持つことが好ましく、粘度の低減を重視する場合には、単結合が好ましく、ｐは１又は２が好ましく、Ｔｎｉを高くするにはｐが２である化合物を含有する方が好ましく、ηを小さくするにはｐが１である化合物を含有する方が好ましい。
【００３４】
更に詳述すると、一般式（ＩＩＩ）は一般式（ＩＩＩ−Ａ）から一般式（ＩＩＩ−Ｊ）で表される化合物が好ましく、一般式（ＩＩＩ−Ａ）、一般式（ＩＩＩ−Ｄ）、一般式（ＩＩＩ−Ｆ）から一般式（ＩＩＩ−Ｊ）で表される化合物がより好ましい。
【００３５】
【化９】
【００３６】
（式中、Ｒ１１は炭素数１から５のアルキル基を表し、Ｒ１２は炭素数１から５のアルキル基又はアルコキシル基を表す。）
追加の成分として、一般式（ＩＶ−Ａ）から（ＩＶ−Ｏ）の化合物群から選ばれる１種又は２種以上の化合物を含有しても良いが、一般式（ＩＶ−Ｉ）から（ＩＶ−Ｍ）の化合物群から選ばれることがより好ましい。
【００３７】
【化１０】
【００３８】
（式中、Ｒ１３及びＲ１４はそれぞれ独立的にＲ１と同じ意味を表す。）
一般式（ＩＶ）の含有率は５から２０質量％の範囲であることが好ましいが、５から１０質量％の範囲であることがより好ましい。
【００３９】
なお、本発明のネマチック液晶組成物は、一般式（Ｉ）及び（ＩＩ）で表される化合物の含有量の合計が２０から７０質量％であることが好ましく、３０から６０質量％であることがより好ましい。
【００４０】
本願ネマチック液晶組成物に含まれる液晶化合物において、−Ｏ−Ｏ−、−Ｏ−Ｓ−及び−Ｓ−Ｓ−等のヘテロ原子同士が直接結合する部分構造をとることはない。
【００４１】
また、ネマチック液晶組成物は、炭素−炭素不飽和結合を有していないか、又は有していたとしてもそれが芳香環内のものであるか又は芳香環のπ電子と共役しているもののみを含む液晶化合物のみからなることが好ましく、アルケニル基を有する化合物を含まないことが好ましく、ネマチック液晶組成物に含有する全ての液晶化合物の側鎖がアルキル基又はアルコキシル基であることがより好ましい。
【００４２】
本発明において、ネマチック相-等方性液体相転移温度（Ｔｎｉ）は６０から１２０℃であることが、下限値としては６５℃がより好ましく、７０℃が特に好ましい。上限値としては９０℃がより好ましく、８０℃が特に好ましい。２５℃におけるΔεが−２．０から−６．０であることが好ましく、−２．５から−５．０であることがより好ましく、−２．５から−３．５であることが特に好ましい。２５℃におけるΔｎは、０．０８から０．１３であることが好ましいが、０．０９から０．１２であることがより好ましい。更に詳述すると、薄いセルギャップに対応する場合は０．１０から０．１２であることが好ましく、厚いセルギャップに対応する場合は０．０８から０．１０であることが好ましい。２０℃における粘度は１０から３０ ｍＰａ・ｓであることが好ましいが、１０から２５ ｍＰａ・ｓであることがより好ましく、１０から２０ ｍＰａ・ｓであることが特に好ましい。
【００４３】
本発明のネマテチック液晶組成物は、上述の化合物以外に、通常のネマチック液晶、スメクチック液晶、コレステリック液晶、酸化防止剤、紫外線吸収剤、重合性モノマーなどを含有してもよい。
【００４４】
本発明のネマチック液晶組成物は、液晶表示素子に有用であり、特にアクティブマトリクス駆動用液晶表示素子に有用であり、ＶＡモード、ＰＳＶＡモード、ＩＰＳモード又はＥＣＢモード用液晶表示素子に用いることができる。
【実施例】
【００４５】
以下に実施例を挙げて本発明を更に詳述するが、本発明はこれらの実施例に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。
【００４６】
実施例中、測定した特性は以下の通りである。
【００４７】
Ｔｎｉ ：ネマチック相−等方性液体相転移温度（℃）
Δｎ ：２５℃における屈折率異方性
Δε ：２５℃における誘電率異方性
η ：２０℃における粘度（ｍＰａ・ｓ）
（実施例１）
以下に、調製した液晶組成物とその物性値を示す。
【００４８】
【化１１】
【００４９】
実施例１に示すネマチック液晶組成物の物性値は、Ｔｎｉ：７５．５℃、Δｎ：０．１０７、Δε：−３．０、η：１７．５ ｍＰａ・ｓであった。
（実施例２）
以下に、調製した液晶組成物とその物性値を示す。
【００５０】
【化１２】
【００５１】
実施例２に示すネマチック液晶組成物の各物性値は、Ｔｎｉ：７５．１℃、Δｎ：０．１２３、Δε：−２．８、η：１９．５ ｍＰａ・ｓであった。
（実施例３）
以下に、調製した液晶組成物とその物性値を示す。
【００５２】
【化１３】
【００５３】
実施例３に示すネマチック液晶組成物の各物性値は、Ｔｎｉ：７６．５℃、Δｎ：０．０９０、Δε：−２．９、η：１７．１ ｍＰａ・ｓであった。
（実施例４）
以下に、調製した液晶組成物とその物性値を示す。
【００５４】
【化１４】
【００５５】
実施例４に示すネマチック液晶組成物の各物性値は、Ｔｎｉ：７１．８℃、Δｎ：０．１０３、Δε：−２．１、η：１４．９ ｍＰａ・ｓであった。
（実施例５）
以下に、調製した液晶組成物とその物性値を示す。
【００５６】
【化１５】
【００５７】
実施例５に示すネマチック液晶組成物の各物性値は、Ｔｎｉ：８０．８℃、Δｎ：０．０９３、Δε：−２．１、η：１４．７ ｍＰａ・ｓであった。
（実施例６）
以下に、調製した液晶組成物とその物性値を示す。
【００５８】
【化１６】
【００５９】
実施例６に示すネマチック液晶組成物の各物性値は、Ｔｎｉ：９０．４℃、Δｎ：０．１１４、Δε：−２．５、η：１９．８ ｍＰａ・ｓであった。
（実施例７）
以下に、調製した液晶組成物とその物性値を示す。
【００６０】
【化１７】
【００６１】
実施例７に示すネマチック液晶組成物の各物性値は、Ｔｎｉ：７８．１℃、Δｎ：０．１０２、Δε：−３．４、η：１９．９ ｍＰａ・ｓであった。
（比較例１）
比較例１として特開２００６−３７０５４記載の液晶組成物を以下に示す。
【００６２】
【化１８】
【００６３】
比較例１に示すネマチック液晶組成物の各特性は、Ｔｎｉ：９０．９℃、Δｎ：０．０９６、Δε：−３．０、η：１８．２ ｍＰａ・ｓであった。当該ネマチック液晶組成物は本願の一般式（ＩＩ）で表される化合物を含有しない液晶組成物である。このような組成においてΔεを低下させず、Δｎを上昇させるには一般式（ＩＩＩ−Ｇ）で表されるトラン誘導体を添加する必要がある。また、上記のような液晶組成物では粘度を低下させるためにはアルケニル基を側鎖に有する液晶化合物を添加する必要がある。しかし、これら化合物の含有量を増加させると、アクティブ駆動の液晶表示素子用のネマチック液晶として使用するには信頼性が悪く、また、-３０℃での低温安定性が低下してしまうため、実用的な液晶組成物では無いことがわかる。
（比較例２）
比較例２を以下に示す。
【００６４】
【化１９】
【００６５】
比較例２に示すネマチック液晶組成物の各特性は、Ｔｎｉ：８０．２℃、Δｎ：０．０８９、Δε：−３．０、η：１９．４ ｍＰａ・ｓであった。当該ネマチック液晶組成物は本願の一般式（ＩＩ）で表される化合物を含有しない液晶組成物である。このような組成においてΔεを低下させず、Δｎを上昇させるには一般式（ＩＩＩ−Ｆ）で表されるビフェニル誘導体を添加する必要があるが、このような組成では十分に大きなΔｎを得る事が出来ない。また、上記のような液晶組成物では粘度を低下させるためにはアルケニル基を側鎖に有する液晶化合物を添加する必要がある。しかし、これら化合物の含有量を増加させると、アクティブ駆動の液晶表示素子用のネマチック液晶としては信頼性が悪く、実用的な液晶組成物では無いことがわかる。
（比較例３）
比較例３を以下に示す。
【００６６】
【化２０】
【００６７】
比較例３は一般式（Ｉ）で表される化合物に換え、一般式（ＩＶ−Ｅ）及び（ＩＶ−Ｆ）で表される化合物を含有したネマチック液晶組成物である。その物性値は、Ｔｎｉ：７４．５℃、Δｎ：０．１０６、Δε：−２．２、η：１７．５ ｍＰａ・ｓであった。Δεの絶対値の大きな一般式（Ｉ）で表される化合物を使用しないためΔεの絶対値は小さくなっている。このことから一般式（Ｉ）〜（ＩＩＩ）で表される化合物を組み合わせ得られるネマチック液晶は、従来知られていた液晶組成物と比較して、Δεの絶対値を大きくするとともに、粘度の上昇がほとんどないか抑制できることがわかった。
（比較例４）
比較例４を以下に示す。
【００６８】
【化２１】
【００６９】
比較例４は一般式（Ｉ）で表される化合物に換え、一般式（ＩＶ−Ｅ）及び（ＩＶ−Ｆ）で表される化合物を含有したネマチック液晶組成物である。その物性値は、Ｔｎｉ：７６．５℃、Δｎ：０．１０７、Δε：−２．９、η：２１．２ ｍＰａ・ｓであった。Δεの絶対値の大きな一般式（Ｉ）で表される化合物を使用しないためΔεの絶対値は小さくなっている。さらに粘度も上昇している。このことから一般式（Ｉ）〜（ＩＩＩ）で表される化合物を組み合わせえられるネマチック液晶は、従来知られていた液晶組成物と比較して、Δεの絶対値を大きくするとともに、低粘度化できるとわかった。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一成分として、一般式（Ｉ）
【化１】
（式中、Ｒ１は炭素数１から１０のアルキル基を表し、これらの基中に存在する１個の−ＣＨ２−又は隣接していない２個以上の−ＣＨ２−は−Ｏ−及び/又は−Ｓ−に置換されてもよく、またこれらの基中に存在する１個又は２個以上の水素原子はフッ素原子又は塩素原子に置換されてもよく、Ｒ２は炭素数１から１０のアルキル基又はアルコキシル基を表し、これらの基中に存在する１個の−ＣＨ２−又は隣接していない２個以上の−ＣＨ２−は−Ｏ−及び/又は−Ｓ−に置換されてもよく、またこれらの基中に存在する１個又は２個以上の水素原子はフッ素原子又は塩素原子に置換されてもよく、ｍは０、１又は２を表す。）で表される化合物を１種又は２種以上含有し、第二成分として、一般式（ＩＩ）
【化２】
（式中、Ｒ３は炭素数１から１０のアルキル基を表し、これらの基中に存在する１個の−ＣＨ２−又は隣接していない２個以上の−ＣＨ２−は−Ｏ−及び/又は−Ｓ−に置換されてもよく、またこれらの基中に存在する１個又は２個以上の水素原子はフッ素原子又は塩素原子に置換されてもよく、Ｒ４は炭素数１から１０のアルキル基又はアルコキシル基を表し、これらの基中に存在する１個の−ＣＨ２−又は隣接していない２個以上の−ＣＨ２−は−Ｏ−及び/又は−Ｓ−に置換されてもよく、またこれらの基中に存在する１個又は２個以上の水素原子はフッ素原子又は塩素原子に置換されてもよい。）で表される化合物を１種又は２種以上含有し、第三成分として、一般式（ＩＩＩ）
【化３】
（式中、Ｒ５及びＲ６はそれぞれ独立的に炭素数１から１０のアルキル基又はアルコキシル基を表し、これらの基中に存在する１個の−ＣＨ２−又は隣接していない２個以上の−ＣＨ２−は−Ｏ−及び/又は−Ｓ−に置換されてもよく、またこれらの基中に存在する１個又は２個以上の水素原子はフッ素原子又は塩素原子に置換されてもよく、Ｂ１及びＢ２はそれぞれ独立的に
（ａ） トランス−１，４−シクロへキシレン基（この基中に存在する１個の−ＣＨ２−又は隣接していない２個の−ＣＨ２−は−Ｏ−及び/又は−Ｓ−に置換されてもよい。）
（ｂ） １，４−フェニレン基（この基中に存在する１個又は２個以上の−ＣＨ＝は−Ｎ＝に置換されてもよい。）
（ｃ） １，４−シクロヘキセニレン基、１，４−ビシクロ［２．２．２］オクチレン基、ピペリジン−１，４−ジイル基、ナフタレン−２，６−ジイル基、デカヒドロナフタレン−２，６−ジイル基及び１，２，３，４−テトラヒドロナフタレン−２，６−ジイル基
からなる群より選ばれる基を表し、上記の基（ａ）、基（ｂ）又は基（ｃ）はＣＮ又はハロゲンで置換されていてもよく、Ｙ１及びＹ２はそれぞれ独立的に−ＣＨ２ＣＨ２−、−ＣＨ＝ＣＨ−、−ＣＨ(ＣＨ３)ＣＨ２−、−ＣＨ２ＣＨ(ＣＨ３)−、−ＣＨ(ＣＨ３)ＣＨ(ＣＨ３)−、−ＣＦ２ＣＦ２−、−ＣＦ＝ＣＦ−、−ＣＨ２Ｏ−、−ＯＣＨ２−、−ＯＣＨ(ＣＨ３)−、−ＣＨ(ＣＨ３)Ｏ−、−（ＣＨ２）４−、−（ＣＨ２）３Ｏ−、−Ｏ（ＣＨ２）３−、−Ｃ≡Ｃ−、−ＣＦ２Ｏ−、−ＯＣＦ２−、−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、−ＣＯＳ−、−ＳＣＯ−又は単結合を表し、Ｙ２及びＢ２が複数存在する場合は、それらは同一でもよく異なっていてもよく、ｐは０、１又は２を表す。）で表される化合物を１種又は２種以上含有することを特徴とする誘電率異方性が負のネマチック液晶組成物。
【請求項２】
一般式（Ｉ）で表される化合物の含有量が５から３５質量％であり、一般式（ＩＩ）で表される化合物の含有量が５から３５質量％であり、一般式（ＩＩＩ）で表される化合物の含有量が１０から８０質量％である請求項１記載のネマチック液晶組成物。
【請求項３】
一般式（Ｉ）及び（ＩＩ）で表される化合物の含有量の合計が２０から７０質量％である請求項１又は２記載のネマチック液晶組成物。
【請求項４】
一般式（Ｉ）で表される化合物として一般式（Ｉ−Ａ）及び一般式（Ｉ−Ｂ）
【化４】
（式中、Ｒ７及びＲ８はそれぞれ独立的にＲ１と同じ意味を表す。）で表される化合物を１種又は２種以上含有する請求項１から３のいずれか１項に記載のネマチック液晶組成物。
【請求項５】
一般式（ＩＩ）で表される化合物として一般式（ＩＩ−Ａ）
【化５】
（式中、Ｒ９及びＲ１０はそれぞれ独立的にＲ１と同じ意味を表す。）で表される化合物を１種又は２種以上含有する請求項１から４のいずれか１項に記載のネマチック液晶組成物。
【請求項６】
一般式（ＩＩＩ）で表される化合物として一般式（ＩＩＩ−Ａ）から一般式（ＩＩＩ−Ｊ）
【化６】
（式中、Ｒ１１は炭素数１から５のアルキル基を表し、Ｒ１２は炭素数１から５のアルキル基又はアルコキシル基を表す。）で表される化合物群から選ばれる１種又は２種以上の化合物を含有する請求項１から５のいずれか１項に記載のネマチック液晶組成物。
【請求項７】
一般式（ＩＶ−Ａ）から一般式（ＩＶ−Ｏ）
【化７】
（式中、Ｒ１３及びＲ１４はそれぞれ独立的にＲ１と同じ意味を表す。）で表される化合物群から選ばれる１種又は２種以上の化合物を含有する請求項１から６のいずれか１項に記載のネマチック液晶組成物。
【請求項８】
アルケニル基を有する化合物を含有しない請求項１から７のいずれか一項に記載のネマチック液晶組成物。
【請求項９】
２５℃における誘電率異方性Δεが−２．０から−６．０の範囲であり、２５℃における屈折率異方性Δｎが０．０８から０．１３の範囲であり、２０℃における粘度（η）が１０から３０ ｍＰａ・ｓの範囲であり、ネマチック相−等方性液体相転移温度（Ｔｎｉ）が６０℃から１２０℃の範囲である請求項１から８のいずれか一項に記載のネマチック液晶組成物。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか一項に記載のネマチック液晶組成物を用いた液晶表示素子。
【請求項１１】
請求項１から９のいずれか一項に記載のネマチック液晶組成物を用いたアクティブマトリックス駆動用液晶表示素子。
【請求項１２】
請求項１から９のいずれか一項に記載のネマチック液晶組成物を用いたＶＡモード、ＰＳＶＡモード、ＩＰＳモード又はＥＣＢモード用液晶表示素子。
【請求項１】
第一成分として、一般式（Ｉ）
【化１】
（式中、Ｒ１は炭素数１から１０のアルキル基を表し、これらの基中に存在する１個の−ＣＨ２−又は隣接していない２個以上の−ＣＨ２−は−Ｏ−及び/又は−Ｓ−に置換されてもよく、またこれらの基中に存在する１個又は２個以上の水素原子はフッ素原子又は塩素原子に置換されてもよく、Ｒ２は炭素数１から１０のアルキル基又はアルコキシル基を表し、これらの基中に存在する１個の−ＣＨ２−又は隣接していない２個以上の−ＣＨ２−は−Ｏ−及び/又は−Ｓ−に置換されてもよく、またこれらの基中に存在する１個又は２個以上の水素原子はフッ素原子又は塩素原子に置換されてもよく、ｍは０、１又は２を表す。）で表される化合物を１種又は２種以上含有し、第二成分として、一般式（ＩＩ）
【化２】
（式中、Ｒ３は炭素数１から１０のアルキル基を表し、これらの基中に存在する１個の−ＣＨ２−又は隣接していない２個以上の−ＣＨ２−は−Ｏ−及び/又は−Ｓ−に置換されてもよく、またこれらの基中に存在する１個又は２個以上の水素原子はフッ素原子又は塩素原子に置換されてもよく、Ｒ４は炭素数１から１０のアルキル基又はアルコキシル基を表し、これらの基中に存在する１個の−ＣＨ２−又は隣接していない２個以上の−ＣＨ２−は−Ｏ−及び/又は−Ｓ−に置換されてもよく、またこれらの基中に存在する１個又は２個以上の水素原子はフッ素原子又は塩素原子に置換されてもよい。）で表される化合物を１種又は２種以上含有し、第三成分として、一般式（ＩＩＩ）
【化３】
（式中、Ｒ５及びＲ６はそれぞれ独立的に炭素数１から１０のアルキル基又はアルコキシル基を表し、これらの基中に存在する１個の−ＣＨ２−又は隣接していない２個以上の−ＣＨ２−は−Ｏ−及び/又は−Ｓ−に置換されてもよく、またこれらの基中に存在する１個又は２個以上の水素原子はフッ素原子又は塩素原子に置換されてもよく、Ｂ１及びＢ２はそれぞれ独立的に
（ａ） トランス−１，４−シクロへキシレン基（この基中に存在する１個の−ＣＨ２−又は隣接していない２個の−ＣＨ２−は−Ｏ−及び/又は−Ｓ−に置換されてもよい。）
（ｂ） １，４−フェニレン基（この基中に存在する１個又は２個以上の−ＣＨ＝は−Ｎ＝に置換されてもよい。）
（ｃ） １，４−シクロヘキセニレン基、１，４−ビシクロ［２．２．２］オクチレン基、ピペリジン−１，４−ジイル基、ナフタレン−２，６−ジイル基、デカヒドロナフタレン−２，６−ジイル基及び１，２，３，４−テトラヒドロナフタレン−２，６−ジイル基
からなる群より選ばれる基を表し、上記の基（ａ）、基（ｂ）又は基（ｃ）はＣＮ又はハロゲンで置換されていてもよく、Ｙ１及びＹ２はそれぞれ独立的に−ＣＨ２ＣＨ２−、−ＣＨ＝ＣＨ−、−ＣＨ(ＣＨ３)ＣＨ２−、−ＣＨ２ＣＨ(ＣＨ３)−、−ＣＨ(ＣＨ３)ＣＨ(ＣＨ３)−、−ＣＦ２ＣＦ２−、−ＣＦ＝ＣＦ−、−ＣＨ２Ｏ−、−ＯＣＨ２−、−ＯＣＨ(ＣＨ３)−、−ＣＨ(ＣＨ３)Ｏ−、−（ＣＨ２）４−、−（ＣＨ２）３Ｏ−、−Ｏ（ＣＨ２）３−、−Ｃ≡Ｃ−、−ＣＦ２Ｏ−、−ＯＣＦ２−、−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、−ＣＯＳ−、−ＳＣＯ−又は単結合を表し、Ｙ２及びＢ２が複数存在する場合は、それらは同一でもよく異なっていてもよく、ｐは０、１又は２を表す。）で表される化合物を１種又は２種以上含有することを特徴とする誘電率異方性が負のネマチック液晶組成物。
【請求項２】
一般式（Ｉ）で表される化合物の含有量が５から３５質量％であり、一般式（ＩＩ）で表される化合物の含有量が５から３５質量％であり、一般式（ＩＩＩ）で表される化合物の含有量が１０から８０質量％である請求項１記載のネマチック液晶組成物。
【請求項３】
一般式（Ｉ）及び（ＩＩ）で表される化合物の含有量の合計が２０から７０質量％である請求項１又は２記載のネマチック液晶組成物。
【請求項４】
一般式（Ｉ）で表される化合物として一般式（Ｉ−Ａ）及び一般式（Ｉ−Ｂ）
【化４】
（式中、Ｒ７及びＲ８はそれぞれ独立的にＲ１と同じ意味を表す。）で表される化合物を１種又は２種以上含有する請求項１から３のいずれか１項に記載のネマチック液晶組成物。
【請求項５】
一般式（ＩＩ）で表される化合物として一般式（ＩＩ−Ａ）
【化５】
（式中、Ｒ９及びＲ１０はそれぞれ独立的にＲ１と同じ意味を表す。）で表される化合物を１種又は２種以上含有する請求項１から４のいずれか１項に記載のネマチック液晶組成物。
【請求項６】
一般式（ＩＩＩ）で表される化合物として一般式（ＩＩＩ−Ａ）から一般式（ＩＩＩ−Ｊ）
【化６】
（式中、Ｒ１１は炭素数１から５のアルキル基を表し、Ｒ１２は炭素数１から５のアルキル基又はアルコキシル基を表す。）で表される化合物群から選ばれる１種又は２種以上の化合物を含有する請求項１から５のいずれか１項に記載のネマチック液晶組成物。
【請求項７】
一般式（ＩＶ−Ａ）から一般式（ＩＶ−Ｏ）
【化７】
（式中、Ｒ１３及びＲ１４はそれぞれ独立的にＲ１と同じ意味を表す。）で表される化合物群から選ばれる１種又は２種以上の化合物を含有する請求項１から６のいずれか１項に記載のネマチック液晶組成物。
【請求項８】
アルケニル基を有する化合物を含有しない請求項１から７のいずれか一項に記載のネマチック液晶組成物。
【請求項９】
２５℃における誘電率異方性Δεが−２．０から−６．０の範囲であり、２５℃における屈折率異方性Δｎが０．０８から０．１３の範囲であり、２０℃における粘度（η）が１０から３０ ｍＰａ・ｓの範囲であり、ネマチック相−等方性液体相転移温度（Ｔｎｉ）が６０℃から１２０℃の範囲である請求項１から８のいずれか一項に記載のネマチック液晶組成物。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか一項に記載のネマチック液晶組成物を用いた液晶表示素子。
【請求項１１】
請求項１から９のいずれか一項に記載のネマチック液晶組成物を用いたアクティブマトリックス駆動用液晶表示素子。
【請求項１２】
請求項１から９のいずれか一項に記載のネマチック液晶組成物を用いたＶＡモード、ＰＳＶＡモード、ＩＰＳモード又はＥＣＢモード用液晶表示素子。
【公開番号】特開２０１２−７７２０１（Ｐ２０１２−７７２０１Ａ）
【公開日】平成２４年４月１９日（２０１２．４．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２２３７３０（Ｐ２０１０−２２３７３０）
【出願日】平成２２年１０月１日（２０１０．１０．１）
【出願人】（０００００２８８６）ＤＩＣ株式会社 (2,597)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年４月１９日（２０１２．４．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月１日（２０１０．１０．１）
【出願人】（０００００２８８６）ＤＩＣ株式会社 (2,597)
【Ｆターム（参考）】
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