ネマチック液晶組成物及びバイステイブルネマチック液晶表示素子
本発明のネマチック液晶組成物は、化合物群Ａから選ばれる１又は２以上の化合物を２０質量％以上含有し、化合物群Ｂから選ばれる１又は２以上の化合物を５〜５０質量％含有するネマチック液晶組成物であり、前記ネマチック液晶組成物に使用される前記化合物の相対的な比率が、前記組成物に関して下記の物理的特性、すなわち・液晶組成物のネマチック−アイソトロピック転移温度（ＴＮ−Ｉ）が５０℃以上であり、・液晶組成物がネマチック相を示す温度範囲（ΔＴＮ）が５０℃以上であり、・２０℃における誘電異方性が８×１０−１１Ｆ／ｍ以上であり、・２０℃における屈折率異方性Δｎと厚さｄとの積（Δｎ・ｄ）が１４０ｎｍであって少なくとも一方の基板が弱い極角アンカリング力を有する２枚のバイステイブルネマチック液晶表示素子用基板の間に支持されたときのアンカリング破壊電圧Ｕλ／４が２５Ｖ以下であることを、同時に得るように決定されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バイステイブルネマチック液晶表示素子に好適に適用可能なネマチック液晶組成物及びこれを用いたバイステイブルネマチック液晶表示素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示素子（ＬＣＤ）は、薄く、軽く、低消費電力であるため、様々な用途に応用されている。このＬＣＤは、液晶組成物を少なくとも一方の基板が透明である２枚の基板の間に挟み込んだ構造を有し、２枚の基板はそれぞれの内側の面（互いに対向する面）に、液晶組成物に電界を印加し得るよう電極層と、液晶を配向させるための配向処理がなされた配向膜が施されている。この配向処理は、液晶組成物を配向膜に並べると同時に束縛する働き（アンカリング力）を持つ。
液晶組成物にフレデリック（Ｆｒｅｅｄｅｒｉｃｋｓｚ）転移電圧以上の電界を印加すると、液晶組成物の配向方向が変化し、液晶組成物の持つ複屈折性により光学的変化が生じ、さらに偏光板を用いることにより表示素子として機能する。
【０００３】
上記のごときＬＣＤ（「“クラシック”ＬＣＤ」と称する。）は、以下の特性を持つ。
（１）外部電場を印加し、情報表示をさせた後、電場を切ると表示も消える。
（２）配向膜は液晶分子を配向膜に対して水平に配向させる働きを持ち、かつ液晶分子に対し非常に強いアンカリング力を有する。そのため、電場を印加している状態でも配向膜近傍の液晶分子は電場方向には並ばず、ほぼ配向膜に対して水平方向を維持する。
（３）電場が切られた場合、電場印加前の状態に戻る。
【０００４】
これら“クラシック”ＬＣＤ用の液晶組成物では、温度範囲、粘性、弾性定数、複屈折率、誘電異方性、しきい値特性等の特性を最適化し、ＬＣＤの特性を高めるため様々な検討がなされてきた。上記特性を最適化するには、単一化合物では達成されず、複数の化合物を組み合わせることが必要となる（非特許文献１）。
【０００５】
さらにこの“クラシック”ＬＣＤでは、配向膜の液晶分子に対するアンカリング力に関しては厳密な設計は必要なく、強いアンカリング力が必要、言い換えれば、ある強さ以上が必要（おおよそＬＺ＜１５ｎｍ、なおＬＺについては後述する。）とされている。この強いアンカリング力が得られる配向膜については既に研究がなされており、現在では数種類の配向膜材料が使用されている（非特許文献２）。
【０００６】
近年、バイステイブル（双安定）ネマチックディスプレイと呼ばれる新しいネマチック液晶表示素子が研究されている。このディスプレイでは、液晶分子は２つの安定な配向状態を持ち、２つの配向状態を切り替える時にのみ電圧印加が必要で、表示を維持するため電圧を印加し続ける必要はない。この表示原理では、消費電力は表示の切り替え回数に比例することとなり、切り替え周期が長くなればなるほど消費電力は０に近づいていくこととなる。そのため、低消費電力が要求されるようなモバイル系ディスプレイに非常に有用である。
【０００７】
基板上の配向膜の作用によって安定化されるバイステイブルディスプレイが２つ提案されている。一つは、配向膜上で２つの配向状態を持つもの（双安定（バイステイブル））、もう一つは、配向膜上で１つの配向状態を持つもの（単安定（モノステイブル））である。これらのディスプレイでは、少なくとも一つの配向膜上の液晶分子のアンカリングを破壊することにより、２つの安定状態間をスイッチングする。電圧を印加することにより、配向膜上の液晶分子は界面トルクが０、エネルギーが最大になる方向へ向く。電圧を切ると配向膜上の液晶分子は安定な配向状態へ戻り、バルクの液晶は一つ又はもう一つの安定状態へ移行する。
【０００８】
ＺＢＤディスプレイズによって開発されたディスプレイは（非特許文献３）、２つの安定状態を持つ配向膜を使用している。配向膜上の液晶分子は、基板に対しほぼ水平な配向状態とほぼ垂直な配向状態の２つの安定状態を持つ。Ｏｒｓａｙ Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙでは、２つの異なるチルト角によるバイステイブルな配向状態をもつバイステイブルネマチックディスプレイが提案されている。一つはフレクソエレクトリック効果を用いる手法で（特許文献１）、もう一つは電子キラル効果を用いる手法である（特許文献２）。
【０００９】
この２つのバイステイブルネマチックディスプレイはモノステイブルな配向膜、及びアンカリングの破壊によるスイッチングを使用し、ＢｉＮｅｍ（登録商標）ディスプレイとしてフランス国のネモプティック社により（特許文献３〜５）、またＳＢｉＮＤディスプレイとしてイタリア国のＬＩＣＥＴ社により（特許文献６〜８）、更なる改良がなされている。
【００１０】
ネモプティック社によるバイステイブルネマチックディスプレイのスイッチング方式を図１に示す。このディスプレイは、２つの状態を用いている。一つの状態は、均一な、もしくはわずかに捩れた状態（Ｔ０）で、この状態では液晶分子は互いにほぼ水平（０±２０°）となる。もう一つの状態は、１８０（±２０）°捩れた状態（Ｔ１８０）である。
この２つの状態がエネルギー的に等しくなるよう、液晶組成物の自然ピッチＰ０はセル厚の４倍となるよう調製されている。電圧無印加時は、上記２状態がエネルギー的に最小値となり、安定な配向状態を維持する。高電圧を印加すると、少なくとも一方の基板上（詳しくは配向膜上）でアンカリング破壊が起こり、液晶分子はほぼホメオトロピック配向（Ｈ）となる。この配向状態（Ｈ）は遷移状態にあり、２つの安定状態（Ｔ０、Ｔ１８０）のうちいずれか一方へスイッチングできる。電圧をゆっくり切ると弾性カップリング効果によりＴ０状態へ、電圧をすばやく切ると流体力学的カップリングによりＴ１８０状態へと変化させることができる。
【００１１】
アンカリングの破壊によりスイッチングされるバイステイブルディスプレイには特殊な特性を持つ液晶材料、配向膜が求められる。
【００１２】
１）少なくとも一方の配向膜のアンカリングは、ネマチック液晶化合物の電気的、電気化学的特性に見合った印加電圧によってアンカリングが破壊する程度に弱い必要がある。
２）配向膜のアンカリングは液晶材料がアンカリングによって安定な状態になるよう、あまり弱すぎてもいけない。テクスチャーを維持するため、アンカリングによるトルクは、安定状態におけるバルク液晶による配向膜上の液晶の弾性的なトルクより大きい必要がある。
【００１３】
３）液晶材料の電気化学的安定性は、通常の“クラシックＬＣＤ”より高い必要がある。実際の“クラシックＬＣＤ”では、バルクの液晶しか動いていない。その電圧はフレデリックス転移電圧の２〜３倍に近く、ミニマムの電圧はネマチックの弾性定数により決まる。アンカリングの破壊により動作させる場合、テクスチャーの安定条件を考慮すると、フレデリックス転移電圧の約１０倍が必要となる。
【００１４】
４）ディスプレイの光学応答は、液晶材料の粘性、及び弾性定数により決定される。流体力学的カップリングにより、安定状態が決定される場合、粘性・弾性定数は駆動における基礎定数となる。
５）“クラシックＬＣＤ”より薄いセル厚を用いるため、良好なコントラストを得るためには、高い屈折率異方性（０．１４〜０．２０）が必要である。一方、一枚の偏光板を用いる反射型モードの場合は、光学距離（セル厚に相当する数値）が２倍となるため、Δｎ・ｄを一定にするためには、Δｎが０．０６〜０．１４程度と小さい液晶組成物が必要となる。上述のような液晶材料、配向膜を用いた、アンカリングの破壊を用いるバイステイブルディスプレイでは、アンカリング破壊電圧はセル厚に比例する、すなわち、小さいセル厚では低い電圧となる。
【００１５】
６）ネマチック液晶の温度範囲は動作温度範囲より広い必要がある。実際、ネマチック液晶の全温度範囲で、前述の特性がすべて満たされるわけではない。ネマチック温度範囲（ΔＴＮ）はＴＮ−Ｉ（ネマチック−アイソトロピック転移温度）とＴＸ−Ｎ（ネマチックからより高次の液晶相への転移温度、又は結晶層、ガラス状態への転移温度）間のことである。技術的に許容できる温度範囲（室温を中心に５０〜８０℃の温度範囲）で前述の特性が得られるには、ネマチック温度範囲（ΔＴＮ）は動作温度範囲より広い必要がある。
【００１６】
アンカリング力の設計は非常に高度であり、また正確性を有する。このアンカリング力は、界面と液晶化合物との間の相互作用の異方性によって引き起こされる。アンカリングは、液晶分子が隣接する界面によって誘起される方向性及びその強さにより特徴付けられる。この方向は容易軸と呼ばれ、容易軸の方向ｎ０は、方位角（φ０）及び極角（θ０）で表される（図２参照）。ネマチック液晶の平均的な配向方向は、この容易軸に沿う。外部からの影響がない場合、界面からの相互作用エネルギーを最小にするため液晶分子は容易軸に並行に配向する。この相互作用エネルギー（アンカリングエネルギー）は一次近似を用いて数式（１）で表される（非特許文献４）。
【００１７】
【数１】
【００１８】
数式（１）中、φは界面上のネマチック液晶の方位角（ａｚｉｍｕｔｈａｌ ａｎｇｌｅ）を表し、θは界面上のネマチック液晶の極角（ｚｅｎｉｔｈａｌ ａｎｇｌｅ）を表し、ＷＡは方位角アンカリングエネルギーを表し、ＷＺは極角アンカリングエネルギーを表す。
【００１９】
方位角アンカリングエネルギーＷＡはネマチック液晶の性質より、配向等の処理による配向膜に励起された異方性に依存する。もし、ツイストテクスチャーを維持するために十分な方位角アンカリングが必要であったとしても、本明細書ではこの問題には言及しない。
アンカリングの破壊による駆動されるバイステイブルディスプレイおいては、極角アンカリング破壊が重要であり、我々はこの現象について注目する。
極角アンカリングエネルギーＷＺは配向膜の化学的性質、及びネマチック液晶材料に強く依存する。大部分の固体の配向膜では、極角アンカリングエネルギーは方位角アンカリングエネルギーより１〜２ケタ高い。液晶組成物のダイレクターの向きが容易軸からずれると、界面エネルギーは０ではなくなり、弾性定数に由来したエネルギーも持つようになる。この界面エネルギーは、バルク液晶の弾性エネルギーとアンカリングエネルギーとの比である外挿長と関連付けられる。極角アンカリングの外挿長ＬＺは、ＬＺ＝Ｋ３３／ＷＺで表される。ここでＫ３３は曲げ弾性定数である。ＬＺ＜１５ｎｍの場合は「強い極角アンカリング」、ＬＺ＞２５ｎｍの場合は「弱い極角アンカリング」と考えられる。
【００２０】
液晶分子の配向方向は外部の電界や磁界によって変えることができる。例えば、基板表面に対して垂直な電界を印加すると、セル内部の液晶分子は正の誘電異方性を持つ場合、電界方向に沿って配向し（すなわちθ＝０）、電界がない場合は基板表面にほぼ平行に配向する（すなわちθ＝約９０°）。基板表面上の液晶分子ダイレクターの極角方向の角度θは、電界の関数として与えられ、連続的に変化している。電界が臨界電界強度ＥＣを超えるとθは０となり、基板表面上の液晶分子のダイレクターは、アンカリングトルクや電気的トルクに無関係となる。この状態を極角アンカリング破壊（極角アンカリングブレイク）された状態と呼ぶ。臨界電界強度ＥＣは数式（２）で表される。
【００２１】
【数２】
【００２２】
数式（２）中、ＷＺは極角アンカリングエネルギー、Ｋ３３は曲げ弾性定数、Δεは誘電異方性（ただし、真空の誘電率ε０に対する相対比）を表す。
【００２３】
この臨界電界強度ＥＣは、極角アンカリング破壊を利用するデバイスを駆動させるのに必要な電界である。よって、大きなΔε、大きな曲げ弾性定数と、小さな極角アンカリングエネルギーが、このデバイスをコントロールするために必要となる。
【００２４】
実際、極角アンカリング破壊を用いるディスプレイで重要なのは、極角アンカリング破壊を起こす電圧ＵＺである。すなわち、臨界電界とセル厚の積である。通常、バイステイブルネマチックディスプレイのセルの複屈折の大きさは、光の通過帯域の中心波長の半波長分に等しく調整される。極角アンカリングを定義する場合は、しきい値ブレイク電圧Ｕλ／４を用いる。これは光学的厚さがλ／４のセルにおけるブレイク電圧ＵＺの値である。Ｕλ／４は数式（３）で表される。
【００２５】
【数３】
【００２６】
数式（３）中、λは光の通過帯域の中心波長、ＷＺは極角アンカリングエネルギー、ＬＺは極角アンカリングの外挿長、Δｎは波長λにおける屈折率異方性、Ｋ３３は曲げ弾性定数、Δεは誘電異方性を表す。発明者らは、動作温度範囲におけるＵλ／４が現在通常使用されているドライバで供給可能な電圧であれば、この極角アンカリングは弱い部類に入ると考えており、経験的にはＵλ／４が２５Ｖ以下であれば低アンカリングであると言える。
【００２７】
極角アンカリングエネルギーは、配向膜の材質、表面処理方法、使用する液晶組成物、及び温度に依存する。
配向膜の性質は、極角アンカリングエネルギーに大きく影響する。“クラシック”ＬＣＤに用いられているポリイミド配向膜は、ほとんどのネマチック液晶材料に対して強い極角アンカリングエネルギーを示す。例えば市販のポリイミド配向膜（ＳＥ１４０、日産化学社製）は、ペンチルシアノビフェニル（５ＣＢ）に対しＬＺ＝７ｎｍであり、極角アンカリングは強い。
【００２８】
一方、特許文献９、特許文献１１にはネモプティック社により、５ＣＢやその他ネマチック液晶材料に対して極角アンカリングの弱い共重合体皮膜の開発が報告されている（５ＣＢに対しては２０℃においてＬＺ＞２５ｎｍ）。両特許とも、通常のラビング処理により、中程度から強程度の方位角アンカリングが得られ、Ｔ０とＴ１８０のテクスチャーが安定的に得られている。
【００２９】
特許文献１０には、極角アンカリングが小さい液晶組成物の例が開示されている。これによると、特定の液晶化合物の組み合わせによってＵλ／２の低い液晶組成物が得られていること、さらに、ネマチック相の温度範囲の広い組み合わせについても記述されている。実際、バイステイブルディスプレイにおいて最適化されたアンカリング特性は配向膜と液晶材料に依存する。しかし、極角アンカリング破壊を用いるバイステイブルネマチックディスプレイでは、ネマチック相の温度範囲とディスプレイの動作温度範囲は比例関係にない。すなわち、室温で動作電圧が低くても、その温度依存性が大きければ、実質的に動作温度範囲は狭くなってしまう。実際、幅広い温度範囲において動作可能なバイステイブルネマチックディスプレイは現在得られていないのが実情である。そのため、幅広い動作温度範囲で駆動可能な液晶組成物の組み合わせを見出すことが必要であった。
【００３０】
また、特に１枚の偏光板を用いる反射型バイステイブルネマチックディスプレイの場合は、前に述べた通り、０．０６〜０．１４程度の小さなΔｎが必要となる。上述の特許文献１０で用いられている液晶組成物のΔｎは０．１４以上であり、反射型バイステイブルネマチックディスプレイには適さない。０．０６〜０．１４程度の小さなΔｎを有し、バイステイブルネマチックディスプレイにおいて低電圧駆動が可能な液晶組成物はこれまでなかった。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００３１】
【非特許文献１】ハンドブック オブ リキッドクリスタル（Ｈａｎｄｂｏｏｋ ｏｆ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌｓ）、１９８８年、Ｗｉｌｅｙ−ＶＣＨ Ｗｅｉｎｈｅｉｍ
【非特許文献２】リキッドクリスタル―アプリケーション アンド ユース（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌｓ ― Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ａｎｄ Ｕｓｅｓ）、１９９０年、Ｗｏｒｌｄ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ Ｃｏ． Ｐｔｅ． Ｌｔｄ Ｓｉｎｇａｐｏｒｅ
【非特許文献３】Ｇ．Ｐ．Ｂｒｙａｎ−Ｂｒｏｗｎら、ネイチャー（Ｎａｔｕｒｅ）、第３９９巻、第３３８ページ、１９９９年
【非特許文献４】Ａ．Ｒａｐｉｎｉ及びＭ．Ｐａｐｏｕｌａｒ、Ｊ．Ｐｈｙｓ．（Ｆｒ）、Ｃ４、第３０巻、第５４−５６頁、１９６９年
【特許文献】
【００３２】
【特許文献１】仏国特許出願公開第２６６３７７０号明細書
【特許文献２】仏国特許出願公開第２６５７６９９号明細書
【特許文献３】仏国特許出願公開第２７４０８９３号明細書
【特許文献４】仏国特許出願公開第２７４０８９４号明細書
【特許文献５】米国特許第６３２７０１７号明細書
【特許文献６】欧州特許出願公開第０７７３４６８号明細書
【特許文献７】米国特許第５９９５１７３号明細書
【特許文献８】特開平９−２７４２０５号公報
【特許文献９】欧州特許出願公開第１２５９８５４号明細書
【特許文献１０】特開２００５−１３３０５７号公報
【特許文献１１】米国特許第７０６７１８０号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００３３】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、バイステイブルネマチック液晶表示素子に使用したときに幅広い動作温度範囲を有するネマチック液晶組成物、一枚偏光板モードの反射型バイステイブルネマチック液晶表示素子において低電圧駆動が可能なネマチック液晶組成物、及びこれらを用いたバイステイブルネマチック液晶表示素子を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００３４】
本発明は、上記課題を解決するために種々の液晶化合物の組み合わせを検討した結果、以下の知見を見出したものである。すなわち、一般式（Ａ１）から（Ａ５）
【００３５】
【化１】
【００３６】
（式（Ａ１）から（Ａ５）中、Ｒ１は炭素原子数２から７のアルキル基又はアルケニル基（該アルキル基又はアルケニル基中に存在する１個又は２個以上のメチレン基は、酸素原子が相互に直接結合しないものとしてそれぞれ独立に酸素原子、−ＣＯＯ−又は−ＯＣＯ−で置換されていても良い。）を表し、Ｚ１は、−ＣＨ２ＣＨ２−、−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、−ＣＨ２Ｏ−、−ＯＣＨ２−、−ＣＦ２Ｏ−、−ＯＣＦ２−、又は単結合を表し、Ｚ２は、−ＣＨ２ＣＨ２−、−ＣＨ＝ＣＨ−、−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、−ＣＨ２Ｏ−、−ＯＣＨ２−、−ＣＦ２Ｏ−、−ＯＣＦ２−、又は単結合を表し、Ｚ３は、−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、−ＣＨ２Ｏ−、−ＯＣＨ２−、−ＣＦ２Ｏ−、−ＯＣＦ２−、−Ｃ≡Ｃ−、又は単結合を表し、Ｚ４及びＺ５はそれぞれ独立して、−ＣＨ２ＣＨ２−、−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、−ＣＨ２Ｏ−、−ＯＣＨ２−、−ＣＦ２Ｏ−、−ＯＣＦ２−、又は単結合を表し、Ｘ１はシアノ基、フッ素原子、塩素原子、トリフルオロメチル基、トリフルオロメトキシ基、又はジフルオロメトキシ基（−ＯＣＨＦ２）を表し、Ｙ１、Ｙ２、Ｙ３及びＹ４はそれぞれ独立して、水素原子、フッ素原子、塩素原子、トリフルオロメチル基、又はトリフルオロメトキシ基を表し、環Ｔ１は１，４−フェニレン基又は１，４−シクロヘキシレン基（これらの基のうち１，４−フェニレン基は、非置換であるか又は置換基としてフッ素原子、塩素原子、メチル基、トリフルオロメチル基若しくはトリフルオロメトキシ基を１個若しくは２個以上有することができる。）を表し、ｍは０又は１を表し、ｐ及びｑは０又は１を表し、ただしｐ＋ｑは０又は１である。）で表される化合物群Ａから選ばれる１又は２以上の化合物を２０質量％以上含有し、
【００３７】
一般式（Ｂ１）から（Ｂ１０）
【００３８】
【化２】
【００３９】
（式（Ｂ１）から（Ｂ１０）中、Ｒ２及びＲ３はそれぞれ独立して、炭素原子数１から７のアルキル基又は炭素原子数２から７のアルケニル基（該アルキル基又はアルケニル基中に存在する１個又は２個以上のメチレン基は、酸素原子が相互に直接結合しないものとしてそれぞれ独立に酸素原子、−ＣＯＯ−又は−ＯＣＯ−で置換されていても良い。）を表し、
Ｚ６は、−ＣＨ２ＣＨ２−、−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、−ＣＨ２Ｏ−、−ＯＣＨ２−、−ＣＦ２Ｏ−、−ＯＣＦ２−、又は単結合を表し、
Ｚ７は、−ＣＨ２ＣＨ２−、−ＣＨ＝ＣＨ−、−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、−ＣＨ２Ｏ−、−ＯＣＨ２−、−ＣＦ２Ｏ−、−ＯＣＦ２−、又は単結合を表し、
Ｚ８は、−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、−ＣＨ２Ｏ−、−ＯＣＨ２−、−ＣＦ２Ｏ−、−ＯＣＦ２−、−Ｃ≡Ｃ−、又は単結合を表し、
Ｚ９及びＺ１０はそれぞれ独立して、−ＣＨ２ＣＨ２−、−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、又は単結合を表し、
Ｙ７からＹ１４はそれぞれ独立して、水素原子、メチル基、フッ素原子、又は塩素原子を表し、
環Ｔ２及びＴ３はそれぞれ独立して、１，４−フェニレン基又は１，４−シクロヘキシレン基（これらの基のうち１，４−フェニレン基は、非置換であるか又は置換基としてフッ素原子、塩素原子、メチル基、トリフルオロメチル基若しくはトリフルオロメトキシ基を１個若しくは２個以上有することができる。）を表す。）で表される化合物群Ｂから選ばれる１又は２以上の化合物を５〜５０質量％含有するネマチック液晶組成物であり、
【００４０】
前記ネマチック液晶組成物に使用される前記化合物の相対的な比率が、前記組成物に関して下記の物理的特性、すなわち、
・液晶組成物のネマチック−アイソトロピック転移温度（ＴＮ−Ｉ）が５０℃以上であり、
・液晶組成物がネマチック相を示す温度範囲（ΔＴＮ）が５０℃以上であり、
・２０℃における誘電異方性が８×１０−１１Ｆ／ｍ以上であり、
・２０℃における屈折率異方性Δｎと厚さｄとの積（Δｎ・ｄ）が１４０ｎｍであって少なくとも一方の基板が弱い極角アンカリング力を有する２枚のバイステイブルネマチック液晶表示素子用基板の間に支持されたときのアンカリング破壊電圧Ｕλ／４が２５Ｖ以下であることを、同時に得るように決定されていることを特徴とするネマチック液晶組成物を提供する。
【発明の効果】
【００４１】
本発明の液晶組成物は、少なくとも一方の基板が弱い極角アンカリング力を有する２枚の基板上に支持されたバイステイブルネマチック液晶表示素子用途に用いること、動作温度範囲の広いバイステイブルネマチック液晶表示素子を得ることができる。
また、一方の基板が弱い極角アンカリング力を有し、もう片方の基板に反射層を有する２枚の基板の間に液晶組成物が支持され、偏光板を１枚使用する反射型のバイステイブルネマチック液晶表示素子において、低駆動電圧が可能な液晶組成物を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】アンカリング破壊によるバイステイブルネマチック液晶表示素子の動作を模式的に示す図である。
【図２】アンカリングの方向を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
以下に、本発明の一例について説明する。
本発明の液晶組成物中、上記化合物群Ａに属する一般式（Ａ１）から（Ａ５）の化合物は、末端に極性基を有する化合物であり、アンカリング破壊を引き起こすために重要な化合物である。またΔｎの小さな液晶化合物でもあり、低Δｎの液晶組成物を得るのに有用な化合物でもある。一般式（Ａ１）から（Ａ５）で表される化合物は少なくとも一つ含有することが必須であるが、２つ以上含有することが、低駆動電圧化、動作温度範囲拡大に対してより効果的である。
【００４４】
一般式（Ａ１）から（Ａ５）で表される化合物について特に好ましい場合を、以下に例示する。
Ｘ１としては、シアノ基、フッ素原子、又はトリフルオロメトキシ基が好ましい。
Ｚ１としては、−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、−ＣＦ２Ｏ−、−ＯＣＦ２−、又は単結合が好ましい。
Ｚ２としては、−ＣＨ２ＣＨ２−、−ＣＨ＝ＣＨ−、又は単結合が好ましい。
Ｚ３としては、−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、−ＣＦ２Ｏ−、−ＯＣＦ２−、又は単結合が好ましい。
Ｚ４及びＺ５としては、単結合が好ましい。
Ｙ１、Ｙ２、Ｙ３及びＹ４はそれぞれ独立して、水素原子又はフッ素原子が好ましい。
環Ｔ１としては、１，４−シクロヘキシレン基が好ましい。
【００４５】
Ｒ１としては、炭素原子数２から６のアルキル基又はアルケニル基（該アルキル基又はアルケニル基中に存在する１個又は２個以上のメチレン基は、酸素原子が相互に直接結合しないものとしてそれぞれ独立に酸素原子、−ＣＯＯ−又は−ＯＣＯ−で置換されていても良い。）が好ましく、炭素原子数２から５のアルキル基又はアルケニル基がより好ましい。
【００４６】
また、一般式（Ａ１）から（Ａ５）のそれぞれについて、より好ましい場合を、以下に例示する。
一般式（Ａ１）においては、Ｘ１がシアノ基であり、Ｚ１が単結合であり、Ｙ１及びＹ２がそれぞれ独立して水素原子又はフッ素原子であることが好ましい。
一般式（Ａ２）においては、Ｘ１がシアノ基、トリフルオロメトキシ基（−ＯＣＦ３）又はフッ素原子であり、Ｚ１が−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、−ＣＨ２ＣＨ２−、−ＣＦ２Ｏ−、−ＯＣＦ２−、又は単結合であり、Ｙ１及びＹ２がそれぞれ独立して水素原子又はフッ素原子であることが好ましい。
一般式（Ａ３）においては、Ｘ１がシアノ基又はフッ素原子であり、Ｚ２が−ＣＨ２ＣＨ２−、−ＣＨ＝ＣＨ−、又は単結合であり、Ｙ１及びＹ２がそれぞれ独立して水素原子又はフッ素原子であることが好ましい。
一般式（Ａ４）においては、Ｘ１がシアノ基又はフッ素原子であり、Ｚ１が単結合であり、Ｚ３が−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、−ＣＦ２Ｏ−、−ＯＣＦ２−、又は単結合であり、Ｙ１及びＹ２がそれぞれ独立して水素原子又はフッ素原子であることが好ましい。
一般式（Ａ５）においては、ｐが０であり、Ｘ１がシアノ基又はフッ素原子であり、Ｚ２及びＺ４がそれぞれ単結合を表し、Ｙ１及びＹ２がそれぞれ独立して水素原子又はフッ素原子であることが好ましい。
【００４７】
また、一般式（Ａ１）において、Ｘ１がシアノ基であり、Ｚ１が単結合であり、Ｙ１及びＹ２がそれぞれフッ素原子である化合物は、低Δｎであり、かつ低駆動電圧、動作温度範囲の拡大に対して特に好ましいため、本発明の液晶組成物は、当該化合物を５質量％以上含有することが好ましい。
【００４８】
より具体的には、以下の化合物が好ましい。
【００４９】
【化３】
【００５０】
【化４】
【００５１】
【化５】
【００５２】
【化６】
【００５３】
【化７】
【００５４】
【化８】
【００５５】
（式（Ｃ−１）から（Ｃ−９６）中、Ｒ４は炭素原子数２から６のアルキル基又はアルケニル基（該アルキル基又はアルケニル基中に存在する１個又は２個以上のメチレン基は、酸素原子が相互に直接結合しないものとしてそれぞれ独立に酸素原子で置換されていても良い。）を表す。これらのアルキル基又はアルケニル基は、直鎖のアルキル基又はアルケニル基が好ましい。
【００５６】
上記具体式（Ｃ−１）から（Ｃ−９６）の中でも、（Ｃ−３）、（Ｃ−３８）、（Ｃ−３９）、（Ｃ−４１）、（Ｃ−４２）で表される化合物が低Δｎであり、かつ低駆動電圧、動作温度範囲の拡大に対して特に好ましい化合物である。とりわけ（Ｃ−３）で表される化合物がより好ましく、この化合物を５質量％以上含有することが更により好ましい。
【００５７】
本発明の液晶組成物は、一般式（Ａ１）から（Ａ５）で表される化合物群Ａから選ばれる１又は２以上の化合物を２０質量％以上含有することが必要である。
また、液晶組成物が、一般式（Ａ１）から（Ａ５）で表される化合物群Ａから選ばれる１又は２以上の化合物を２５質量％以上含有することが好ましい。
一般式（Ａ１）から（Ａ５）で表される化合物群Ａのうち、誘電異方性が３．５×１０×１０−１０Ｆ／ｍ以上である化合物の含有量が２５質量％以下であることが好ましい。
【００５８】
なお、これらの例示において、化合物群Ａ又はそのうちの各一般式に該当する化合物を２つ以上配合する場合、上記の数値は、当該２つ以上の化合物の含有率の合計を意味する。また、一般式（Ａ１）から（Ａ５）で表される化合物を２つ以上含有する場合、各々の化合物のＲ１、Ｘ１、Ｙ１、Ｙ２、Ｙ３、Ｙ４、Ｚ１からＺ５、Ｔ１、ｍ、ｐ及びｑは、それぞれ、互いに同じでも異なっていても良い。
【００５９】
本発明の液晶組成物中、上記化合物群Ｂに属する一般式（Ｂ１）から（Ｂ１０）の化合物は、末端に極性基を持たない化合物である。
【００６０】
一般式（Ｂ１）から（Ｂ１０）で表される化合物について特に好ましい場合を、以下に例示する。
Ｒ２及びＲ３としては、炭素原子数１から６のアルキル基又は炭素原子数２から６のアルケニル基（該アルキル基又はアルケニル基中に存在する１個又は２個以上のメチレン基は、酸素原子が相互に直接結合しないものとしてそれぞれ独立に酸素原子、−ＣＯＯ−又は−ＯＣＯ−で置換されていても良い。）が好ましく、炭素原子数１から６のアルキル基又は炭素原子数２から６のアルケニル基がより好ましい。
【００６１】
Ｚ６としては、−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、−ＣＨ２ＣＨ２−、又は単結合が好ましく、−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、又は単結合がより好ましい。
Ｚ７としては、−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、−ＣＨ２ＣＨ２−、又は単結合が好ましい。
Ｚ８としては、−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、−Ｃ≡Ｃ−、又は単結合が好ましい。
Ｚ９及びＺ１０としては、−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、−ＣＨ２ＣＨ２−、又は単結合が好ましい。
環Ｔ２及びＴ３としては、１，４−シクロヘキシレン基が好ましい。
Ｙ７からＹ１４としては、水素原子又はフッ素原子が好ましい。
【００６２】
より具体的には、以下の化合物が好ましい。
【００６３】
【化９】
【００６４】
【化１０】
【００６５】
（式（ＩＩ−１）から（ＩＩ−２６）中、Ｒ５及びＲ６は炭素原子数１から６のアルキル基又は炭素原子数２から６のアルケニル基（該アルキル基又はアルケニル基中に存在する１個又は２個以上のメチレン基は、酸素原子が相互に直接結合しないものとしてそれぞれ独立に酸素原子で置換されていても良い。）を表し、Ｙ３１からＹ３５は、水素原子、フッ素原子又はメチル基を表す。）
【００６６】
本発明の液晶組成物は、一般式（Ｂ１）から（Ｂ１０）で表される化合物群Ｂから選ばれる１又は２以上の化合物を５〜５０質量％含有することが必要である。
また、液晶組成物が、一般式（Ｂ１）から（Ｂ１０）で表される化合物群Ｂから選ばれる１又は２以上の化合物を５〜４０質量％含有することがより好ましい。
【００６７】
なお、これらの例示において、化合物群Ｂ又はそのうちの各一般式に該当する化合物を２つ以上配合する場合、上記の数値は、当該２つ以上の化合物の含有率の合計を意味する。また、一般式（Ｂ１）から（Ｂ１０）で表される化合物を２つ以上含有する場合、各々の化合物のＲ２、Ｒ３、Ｙ７からＹ１４、Ｚ６からＺ１０、Ｔ２及びＴ３は、それぞれ、互いに同じでも異なっていても良い。
【００６８】
これらの液晶組成物のネマチック−アイソトロピック転移温度（ＴＮ−Ｉ）は、５０℃以上であることが必要である。液晶組成物は、ＴＮ−Ｉが６０℃以上であることがより好ましく、７０℃以上であることが更により好ましい。
また、液晶表示素子が幅広い駆動温度範囲を実現するためには、液晶組成物がネマチック相を示す温度範囲（ΔＴＮ）自身も幅広いことが必須である。このため、上限温度ＴＮ−Ｉ（ネマチック−アイソトロピック転移温度）と下限温度ＴＸ−Ｎ（ネマチック相から、より高次の液晶相又はガラス状態又は結晶状態に転移する転移温度）との差で定義される温度範囲ΔＴＮが、５０℃以上であることが好ましく、７０℃以上であることがより好ましく、８０℃以上であることが更により好ましい。
また、液晶組成物がネマチック相を示す下限温度ＴＸ−Ｎは、０℃以下が好ましく、−１０℃以下がより好ましく、−２０℃以下が更により好ましい。
【００６９】
誘電異方性（ε０Δε）は大きいほど駆動電圧は低くなるため、液晶組成物の２０℃における誘電異方性は、８×１０−１１Ｆ／ｍ以上であることが必要であるが、極端に大きすぎると信頼性に問題が発生してしまう。そのため、誘電異方性（２０℃での値）としては、８×１０−１１〜６×１０−１０Ｆ／ｍが好ましく、１．３×１０−１０〜４．５×１０−１０Ｆ／ｍがより好ましく、１．７×１０−１０〜３．５×１０−１０Ｆ／ｍが更により好ましい。さらに、ε０Δεとして、１．３×１０−１０〜３．０×１０−１０Ｆ／ｍ（Δεとしては１５〜３５）がより好ましい。なお、ε０は真空の誘電率である。
【００７０】
屈折率異方性（Δｎ）は、コントラストを得るために重要なパラメーターであり、１枚偏光板を用いる反射型バイステイブルネマチック液晶表示素子に用いる場合は、２０℃において０．０６〜０．１４が好ましく、０．０６〜０．１３がより好ましく、０．０７〜０．１３が更により好ましい。また、２０℃におけるΔｎが０．０６〜０．１３であると同時に、ε０Δεが１．３×１０−１０〜３．０×１０−１０Ｆ／ｍであることが、より好ましい。
【００７１】
また、２０℃における屈折率異方性Δｎと厚さｄとの積（Δｎ・ｄ）が１４０ｎｍであって少なくとも一方の基板が弱い極角アンカリング力を有する２枚のバイステイブルネマチック液晶表示素子用基板の間に支持されたときのアンカリング破壊電圧Ｕλ／４（数式３で表されるもの）が２５Ｖ以下であることが必要である。この温度２０℃、Δｎ・ｄ＝１４０ｎｍにおけるＵλ／４は、２０Ｖ以下がより好ましい。
【００７２】
本発明の液晶組成物は、
ａ）少なくとも一方の基板が弱い極角アンカリング力を有する２枚の基板の間に液晶組成物が挟み込まれ、該２枚の基板間の液晶組成物へ電界を印加し得るように、前記基板が互いに対向する内側の表面上に電極を備えており、少なくとも一方の基板及び電極が光学的に透明であり、
ｂ）液晶組成物を配向し、電界の不在下で安定又は準安定な少なくとも２つの択一的な異なるテクスチャーを形成し得る処理が施され、前記テクスチャーのうち、一方が捩れていないが、又は−９０°から＋９０°の範囲で捩れており、他方のテクスチャーは、１８０°に近い角度で捩れを有し、
ｃ）２０℃における積ｄ・Δｎ（ただしｄは液晶組成物層の厚さ、Δｎは液晶組成物の屈折率異方性を表す。）が、λ０／４（ただしλ０は表示素子の有効スペクトル帯の中心波長を表す。）に近づくように設計され、
ｄ）２枚の基板のうち、少なくとも一方の基板でアンカリングを破壊することにより、上記の異なるテクスチャー間を切り替えることができ、電界が除かれた後もいずれかのテクスチャーに保持することができる、バイステイブルネマチック液晶表示素子（例えばネモプティック社のＢｉＮｅｍ（登録商標）ディスプレイ、図１参照）に有用である。
【００７３】
図１に示す構造の液晶表示素子において、基板１としては、酸化スズインジウム（ＩＴＯ）等の透明導電体からなる電極層２を有したガラス基板が挙げられる。２つの基板１，１の配向膜３，４によるアンカリングは、両方ともモノステイブルであることが好ましい。また、少なくとも１つの配向膜は、弱い極角アンカリング力を有する。ここで極角アンカリングの外挿長をＬＺとするとき、ＬＺ＜１５ｎｍの場合は「強い極角アンカリング力」を有し、ＬＺ＞２５ｎｍの場合は「弱い極角アンカリング力」を有すると考えられる。
【００７４】
強い極角アンカリング力を有する配向膜３としては、ポリイミド、ポリアミド、ＳｉＯ蒸着膜等の通常に使用される配向膜材料が挙げられる。弱い極角アンカリング力を有する配向膜４としては、例えば特許文献９に記載されているように、ポリ塩化ビニル（ホモポリマー）又は塩化ビニル共重合体（コポリマー）からなるものが好適である。塩化ビニル共重合体に用いられる塩化ビニル以外のモノマーとしては、酢酸ビニル、ビニルエーテル、アクリル酸エステル等が例示される。
本発明では、液晶表示素子の基板間に支持される液晶組成物として、上述した本発明の液晶組成物を用いているので、動作温度範囲の広いバイステイブルネマチック液晶表示素子を得ることができる。
【００７５】
弱い極角アンカリング力を有する配向膜４は、２０℃における屈折率異方性Δｎと厚さｄとの積（Δｎ・ｄ）が１４０ｎｍである厚さｄを有するセルにおいてアンカリング破壊電圧Ｕλ／４が２５Ｖ以下となることとして定義される弱い極角アンカリング力を有することが好ましい。これにより、液晶組成物が弱い極角アンカリング力によって少なくとも２つの異なる安定状態をとることができ、電極層２に適当な電気信号が印加されたときに少なくとも２つの異なる安定状態の間のスイッチングを達成することができる。このスイッチングは、アンカリング破壊型であることが好ましい。
【００７６】
また、少なくとも２つの異なる安定状態として、図１に示すように、液晶組成物中の分子が互いに少なくとも略平行に配列されて均一又はわずかにねじれた第１の安定テクスチャー（Ｔ０）と、２枚の基板間で１８０°又はそれに近い角度でねじれたテクスチャーをとる第２の安定テクスチャー（Ｔ１８０）とを有することが好ましい。これにより、電極層２に適当な電気信号が印加されたときに、Ｔ０とＴ１８０との間のスイッチングを達成することができる。このスイッチングは、少なくとも１つの基板における極角アンカリングの破壊によって達成されることが好ましい。
【００７７】
更に、本発明の液晶組成物は、
ｅ）一方の基板が弱い極角アンカリング力を有し、もう一方の基板に反射層を有する２枚の基板の間に液晶組成物が挟み込まれ、該２枚の基板間の液晶組成物へ電界を印加し得るように、前記基板が互いに対向する内側の表面上に電極を備えており、少なくとも弱い極角アンカリング力を有する側の一方の基板及び電極が光学的に透明であり、
ｆ）液晶組成物を配向し、電界の不在下で安定又は準安定な少なくとも２つの択一的な異なるテクスチャーを形成し得る処理が施され、前記テクスチャーのうち、一方が捩れていないが、又は−９０°から＋９０°の範囲で捩れており、他方のテクスチャーは、１８０°に近い角度で捩れを有し、
ｇ）２０℃における積ｄ・Δｎ（ただしｄは液晶組成物層の厚さ、Δｎは液晶組成物の屈折率異方性を表す。）が、λ０／４（ただしλ０は表示素子の有効スペクトル帯の中心波長を表す。）に近づくように設計され、
ｈ）２枚の基板のうち、少なくとも一方の基板でアンカリングを破壊することにより、上記の異なるテクスチャー間を切り替えることができ、電界が除かれた後もいずれかのテクスチャーに保持することができる、１枚偏光板を用いる反射型バイステイブルネマチック液晶表示素子に有用である。
【００７８】
１枚偏光板を用いる反射型バイステイブルネマチック液晶表示素子においては、図１に示す構造の液晶表示素子において、弱アンカリング配向膜４を有する基板１として透明な基板が用いられ、もう一方の基板には、反射層が設けられる。そして、偏光板（図示略）が１枚設置される。
【００７９】
本発明では、１枚偏光板を用いる反射型バイステイブルネマチック液晶表示素子の基板間に支持される液晶組成物として、上述した本発明の液晶組成物を用いているので、動作温度範囲の広く、駆動電圧の低いバイステイブルネマチック液晶表示素子を得ることができる。
本発明のバイステイブルネマチック液晶表示素子において、セルは、２０℃における屈折率異方性Δｎと厚さｄとの積（Δｎ・ｄ）が１２０〜２００ｎｍであることが好ましく、１４０〜２００ｎｍであることがより好ましい。２０℃におけるΔｎは使用する液晶組成物によって決まるので、スペーサーによって基板間のギャップを調整することにより、所望のΔｎ・ｄを得ることができる。
【実施例】
【００８０】
以下、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。また、ネマチック相温度範囲とは特に指定のない限り、固体相又はスメクチック相−ネマチック相転移温度から、ネマチック相−等方性液体相転移温度までの温度範囲（温度差）を意味する。
【００８１】
ＴＮ−Ｉ：ネマチック相−等方性液体相転移温度
ＴＸ−Ｎ：固体相又はスメクチック相−ネマチック相転移温度
Δε：２０℃における誘電異方性
Δｎ：２０℃における屈折率異方性
【００８２】
（実施例１）
液晶組成物を支持する基板として２枚のＩＴＯ付ガラス基板を用意し、一方のＩＴＯ付ガラス基板には、高チルトの強い極角アンカリング力を得るため、ＳｉＯ２（厚さ１０７ｎｍ）を蒸着し、もう一方には、弱い極角アンカリング力を得るため、式（Ｇ）
【００８３】
【化１１】
【００８４】
で表されるポリマー（塩化ビニル−イソブチルビニルエーテル共重合体）を下記手法にて厚さ２０ｎｍで被覆した。
【００８５】
工程１：Ｎ−メチル−ピロリドン／ブトキシエタノールの５０／５０混合物に上記ポリマーを溶解した０．７５％溶液を、スピンコーティングにより付着させる。
工程２：１５０℃、１．５時間の条件でアニーリングする。
工程３：１００ワットの水銀灯を用いて、２時間紫外線照射（λ＝２５４ｎｍ）する。
工程４：１５０℃、３０分の条件でアニーリングする。
工程５：織物ベルベットを被覆したローラーによりブラッシング処理（ラビング）して、方位角アンカリングを誘起させる。
【００８６】
上記２枚の基板を１．５μｍのスペーサーを介して張り合わせ、ＢｉＮｅｍ（登録商標）型セルを組み、以下に示す液晶組成物（Ｈ）中に、２５℃における自然ピッチが６μｍとなるようカイラル剤Ｓ−８１１（Ｍｅｒｃｋ社）を添加した後、セル内に注入した。
【００８７】
【化１２】
【００８８】
動作温度を測定するため複数の測定温度を設定し、各温度にて前記セルにパルス幅５ｍｓの電圧を１Ｖ刻みに最大３０Ｖまで印加し、アンカリング破壊電圧を測定することによって駆動電圧を測定し、動作温度範囲を評価した。
【００８９】
液晶組成物（Ｈ）の物性値は、ＴＮ−Ｉ＝８０．５℃、ＴＸ−Ｎ＝−３０℃で、ネマチック液晶相温度範囲ΔＴＮ＝１１０．５℃であった。また、誘電異方性ε０Δε＝２．３５×１０−１０Ｆ／ｍ、屈折率異方性Δｎ＝０．１２３であった。したがってこのセルのΔｎ・ｄは１８４．５ｎｍである。
【００９０】
この液晶組成物（Ｈ）のＢｉＮｅｍ（登録商標）型セルにおける動作温度範囲は０〜６６℃であり、動作温度幅は６６℃であった。また、２０℃におけるしきい値電圧ＵＺは１８．０Ｖであった。このしきい値電圧ＵＺを、Δｎ・ｄを１４０ｎｍとしたときのＵλ／４に換算すると、１３．７Ｖである。Δｎ・ｄを１４０ｎｍとしたときのＵλ／４は、次の数式（４）によって換算した。
【００９１】
【数４】
【００９２】
（実施例２）
実施例１における液晶組成物（Ｈ）を、以下に示す液晶組成物（Ｉ）に変えて、同様の評価を行った。
【００９３】
【化１３】
【００９４】
液晶組成物（Ｉ）の物性値は、ＴＮ−Ｉ＝７８．０℃、ＴＸ−Ｎ＝−２８℃で、ネマチック液晶相温度範囲ΔＴＮ＝１０６．０℃であった。また、誘電異方性ε０Δε＝１．９３×１０−１０Ｆ／ｍ、屈折率異方性Δｎ＝０．１０４８であった。したがってこのセルのΔｎ・ｄは１５７．２ｎｍである。
【００９５】
この液晶組成物（Ｉ）のＢｉＮｅｍ（登録商標）型セルにおける動作温度範囲は０〜６５℃であり、動作温度幅は６５℃であった。また、２０℃におけるしきい値電圧ＵＺは１８．０Ｖであった。このしきい値電圧ＵＺを、Δｎ・ｄを１４０ｎｍとしたときのＵλ／４に換算すると、１６．０Ｖである。
【００９６】
（実施例３）
実施例１における液晶組成物（Ｈ）を、以下に示す液晶組成物（Ｊ）に変えて、同様の評価を行った。
【００９７】
【化１４】
【００９８】
液晶組成物（Ｊ）の物性値は、ＴＮ−Ｉ＝７３．６℃、ＴＸ−Ｎ＝−２５℃で、ネマチック液晶相温度範囲ΔＴＮ＝９８．６℃であった。また、誘電異方性ε０Δε＝３．３９×１０−１０Ｆ／ｍ、屈折率異方性Δｎ＝０．１２６９であった。したがってこのセルのΔｎ・ｄは１９０．３５ｎｍである。
【００９９】
この液晶組成物（Ｊ）のＢｉＮｅｍ（登録商標）型セルにおける動作温度範囲は−１０〜６０℃であり、動作温度幅は７０℃であった。また、２０℃におけるしきい値電圧ＵＺは１２．０Ｖであった。このしきい値電圧ＵＺを、Δｎ・ｄを１４０ｎｍとしたときのＵλ／４に換算すると、８．８Ｖである。
【０１００】
（実施例４）
実施例１における液晶組成物（Ｈ）を、以下に示す液晶組成物（Ｋ）に変えて、同様の評価を行った。
【０１０１】
【化１５】
【０１０２】
液晶組成物（Ｋ）の物性値は、ＴＮ−Ｉ＝７６．０℃、ＴＸ−Ｎ＝−３４℃で、ネマチック液晶相温度範囲ΔＴＮ＝１１０．０℃であった。また、誘電異方性ε０Δε＝１．８７×１０−１０Ｆ／ｍ、屈折率異方性Δｎ＝０．１３３４であった。したがってこのセルのΔｎ・ｄは２００．１ｎｍである。
【０１０３】
この液晶組成物（Ｋ）のＢｉＮｅｍ（登録商標）型セルにおける動作温度範囲は−５〜７０℃であり、動作温度幅は７５℃であった。また、２０℃におけるしきい値電圧ＵＺは１３．０Ｖであった。このしきい値電圧ＵＺを、Δｎ・ｄを１４０ｎｍとしたときのＵλ／４に換算すると、９．１Ｖである。
【０１０４】
（実施例５）
実施例１における液晶組成物（Ｈ）を、以下に示す液晶組成物（Ｌ）に変えて、同様の評価を行った。
【０１０５】
【化１６】
【０１０６】
液晶組成物（Ｌ）の物性値は、ＴＮ−Ｉ＝８２．２℃、ＴＸ−Ｎ＝−１５℃で、ネマチック液晶相温度範囲ΔＴＮ＝９７．２℃であった。また、誘電異方性ε０Δε＝１．６８×１０−１０Ｆ／ｍ、屈折率異方性Δｎ＝０．１０８であった。したがってこのセルのΔｎ・ｄは１６２ｎｍである。
【０１０７】
この液晶組成物（Ｌ）のＢｉＮｅｍ（登録商標）型セルにおける動作温度範囲は０〜７０℃であり、動作温度幅は７０℃であった。また、２０℃におけるしきい値電圧ＵＺは１６．０Ｖであった。このしきい値電圧ＵＺを、Δｎ・ｄを１４０ｎｍとしたときのＵλ／４に換算すると、１３．８Ｖである。
【０１０８】
（実施例６）
実施例１における液晶組成物（Ｈ）を、以下に示す液晶組成物（Ｍ）に変えて、同様の評価を行った。
【０１０９】
【化１７】
【０１１０】
液晶組成物（Ｍ）の物性値は、ＴＮ−Ｉ＝７４．０℃、ＴＸ−Ｎ＝−４０℃で、ネマチック液晶相温度範囲ΔＴＮ＝１１４．０℃であった。また、誘電異方性ε０Δε＝１．９４×１０−１０Ｆ／ｍ、屈折率異方性Δｎ＝０．１０７７であった。したがってこのセルのΔｎ・ｄは１６１．５５ｎｍである。
【０１１１】
この液晶組成物（Ｍ）のＢｉＮｅｍ（登録商標）型セルにおける動作温度範囲は−３〜６８℃であり、動作温度幅は７１℃であった。また、２０℃におけるしきい値電圧ＵＺは１４．０Ｖであった。このしきい値電圧ＵＺを、Δｎ・ｄを１４０ｎｍとしたときのＵλ／４に換算すると、１２．１Ｖである。
【０１１２】
（実施例７）
実施例１における液晶組成物（Ｈ）を、以下に示す液晶組成物（Ｎ）に変えて、同様の評価を行った。
【０１１３】
【化１８】
【０１１４】
液晶組成物（Ｎ）の物性値は、ＴＮ−Ｉ＝７５．３℃、ＴＸ−Ｎ＝−３０℃で、ネマチック液晶相温度範囲ΔＴＮ＝１０３．５℃であった。また、誘電異方性ε０Δε＝１．９８×１０−１０Ｆ／ｍ、屈折率異方性Δｎ＝０．１０９であった。したがってこのセルのΔｎ・ｄは１６３．５ｎｍである。
【０１１５】
この液晶組成物（Ｎ）のＢｉＮｅｍ（登録商標）型セルにおける動作温度範囲は０〜６５℃であり、動作温度幅は６５℃であった。また、２０℃におけるしきい値電圧ＵＺは１８．５Ｖであった。このしきい値電圧ＵＺを、Δｎ・ｄを１４０ｎｍとしたときのＵλ／４に換算すると、１５．８Ｖである。
【０１１６】
（比較例１）
実施例１における液晶組成物（Ｈ）を、以下に示す液晶組成物（Ｐ）に変えて、同様の評価を行った。
【０１１７】
【化１９】
【０１１８】
この液晶組成物（Ｐ）の物性値は、ＴＮ−Ｉ＝６１．３℃、ＴＸ−Ｎ＝−２５℃で、ネマチック液晶相温度範囲ΔＴＮ＝８６．３℃であった。また、誘電異方性ε０Δε＝２．２８×１０−１０Ｆ／ｍ、屈折率異方性Δｎ＝０．１５７であった。したがってこのセルのΔｎ・ｄは２３５．５ｎｍである。
【０１１９】
この液晶組成物（Ｐ）のＢｉＮｅｍ（登録商標）型セルにおける動作温度範囲は−０〜５０℃であり、動作温度幅は５０℃であった。また、２０℃におけるしきい値電圧ＵＺは１４．１Ｖであった。このしきい値電圧ＵＺを、Δｎ・ｄを１４０ｎｍとしたときのＵλ／４に換算すると、８．４Ｖである。
【０１２０】
（比較例２）
実施例１における液晶組成物（Ｈ）を、以下に示す液晶組成物（Ｑ）に変えて、同様の評価を行った。
【０１２１】
【化２０】
【０１２２】
この液晶組成物（Ｑ）の物性値は、ＴＮ−Ｉ＝６１．０℃、ＴＸ−Ｎ＝−２０℃で、ネマチック液晶相温度範囲ΔＴＮ＝８１．０℃であった。また、誘電異方性ε０Δε＝２．５７×１０−１０Ｆ／ｍ、屈折率異方性Δｎ＝０．１５６であった。したがってこのセルのΔｎ・ｄは２３４ｎｍである。
【０１２３】
この液晶組成物（Ｑ）のＢｉＮｅｍ（登録商標）型セルにおける動作温度範囲は５〜５０℃であり、動作温度幅は４５℃であった。また、２０℃におけるしきい値電圧ＵＺは１４．２Ｖであった。このしきい値電圧ＵＺを、Δｎ・ｄを１４０ｎｍとしたときのＵλ／４に換算すると、８．５Ｖである。
【０１２４】
（比較例３）
実施例１における液晶組成物（Ｈ）を、以下に示す液晶組成物（Ｒ）に変えて、同様の評価を行った。
【０１２５】
【化２１】
【０１２６】
この液晶組成物（Ｒ）の物性値は、ＴＮ−Ｉ＝８８．４℃、ＴＸ−Ｎ＝−４４℃で、ネマチック液晶相温度範囲ΔＴＮ＝１３２．４℃であった。また、誘電異方性ε０Δε＝８．５０×１０−１１Ｆ／ｍ、屈折率異方性Δｎ＝０．１０７であった。したがってこのセルのΔｎ・ｄは１６０．５ｎｍである。
【０１２７】
この液晶組成物（Ｒ）のＢｉＮｅｍ（登録商標）型セルでの２０℃におけるしきい値電圧ＵＺは７２．０Ｖであった。このしきい値電圧ＵＺを、Δｎ・ｄを１４０ｎｍとしたときのＵλ／４に換算すると、６２．８Ｖである。
【０１２８】
（比較例４）
実施例１における液晶組成物（Ｈ）を、以下に示す液晶組成物（Ｓ）に変えて、同様の評価を行った。
【０１２９】
【化２２】
【０１３０】
この液晶組成物（Ｓ）の物性値は、ＴＮ−Ｉ＝９１．６℃、ＴＸ−Ｎ＝−４４℃で、ネマチック液晶相温度範囲ΔＴＮ＝１３５．６℃であった。また、誘電異方性ε０Δε＝９．２１×１０−１１Ｆ／ｍ、屈折率異方性Δｎ＝０．１２０であった。したがってこのセルのΔｎ・ｄは１８０ｎｍである。
【０１３１】
この液晶組成物（Ｓ）のＢｉＮｅｍ（登録商標）型セルでの２０℃におけるしきい値電圧ＵＺは４４．０Ｖであった。このしきい値電圧ＵＺを、Δｎ・ｄを１４０ｎｍとしたときのＵλ／４に換算すると、３４．２Ｖである。
【０１３２】
以上の実施例及び比較例で調製した液晶組成物について物性値を評価した結果及びこれらの液晶組成物を用いて液晶表示素子を作製して特性を評価した結果を表１に示す。
【０１３３】
【表１】
【０１３４】
実施例と比較例とを比較すると、実施例の方がＢｉＮｅｍ（登録商標）型セルによる動作温度範囲が広いことが分かる。すなわち、本発明の液晶材料の組み合わせによって、バイステイブルネマチック液晶表示素子における動作温度範囲が広い液晶組成物を得ることができた。
【産業上の利用可能性】
【０１３５】
本発明の液晶組成物は、少なくとも一方の基板が弱い極角アンカリング力を有する２枚の基板上に支持されたバイステイブルネマチック液晶表示素子用途に好適に利用することができ、動作温度範囲の広いバイステイブルネマチック液晶表示素子を得ることができる。
【符号の説明】
【０１３６】
１…ガラス基板、２…ＩＴＯ電極層、３…強アンカリング配向膜、４…弱アンカリング配向膜。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バイステイブルネマチック液晶表示素子に好適に適用可能なネマチック液晶組成物及びこれを用いたバイステイブルネマチック液晶表示素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示素子（ＬＣＤ）は、薄く、軽く、低消費電力であるため、様々な用途に応用されている。このＬＣＤは、液晶組成物を少なくとも一方の基板が透明である２枚の基板の間に挟み込んだ構造を有し、２枚の基板はそれぞれの内側の面（互いに対向する面）に、液晶組成物に電界を印加し得るよう電極層と、液晶を配向させるための配向処理がなされた配向膜が施されている。この配向処理は、液晶組成物を配向膜に並べると同時に束縛する働き（アンカリング力）を持つ。
液晶組成物にフレデリック（Ｆｒｅｅｄｅｒｉｃｋｓｚ）転移電圧以上の電界を印加すると、液晶組成物の配向方向が変化し、液晶組成物の持つ複屈折性により光学的変化が生じ、さらに偏光板を用いることにより表示素子として機能する。
【０００３】
上記のごときＬＣＤ（「“クラシック”ＬＣＤ」と称する。）は、以下の特性を持つ。
（１）外部電場を印加し、情報表示をさせた後、電場を切ると表示も消える。
（２）配向膜は液晶分子を配向膜に対して水平に配向させる働きを持ち、かつ液晶分子に対し非常に強いアンカリング力を有する。そのため、電場を印加している状態でも配向膜近傍の液晶分子は電場方向には並ばず、ほぼ配向膜に対して水平方向を維持する。
（３）電場が切られた場合、電場印加前の状態に戻る。
【０００４】
これら“クラシック”ＬＣＤ用の液晶組成物では、温度範囲、粘性、弾性定数、複屈折率、誘電異方性、しきい値特性等の特性を最適化し、ＬＣＤの特性を高めるため様々な検討がなされてきた。上記特性を最適化するには、単一化合物では達成されず、複数の化合物を組み合わせることが必要となる（非特許文献１）。
【０００５】
さらにこの“クラシック”ＬＣＤでは、配向膜の液晶分子に対するアンカリング力に関しては厳密な設計は必要なく、強いアンカリング力が必要、言い換えれば、ある強さ以上が必要（おおよそＬＺ＜１５ｎｍ、なおＬＺについては後述する。）とされている。この強いアンカリング力が得られる配向膜については既に研究がなされており、現在では数種類の配向膜材料が使用されている（非特許文献２）。
【０００６】
近年、バイステイブル（双安定）ネマチックディスプレイと呼ばれる新しいネマチック液晶表示素子が研究されている。このディスプレイでは、液晶分子は２つの安定な配向状態を持ち、２つの配向状態を切り替える時にのみ電圧印加が必要で、表示を維持するため電圧を印加し続ける必要はない。この表示原理では、消費電力は表示の切り替え回数に比例することとなり、切り替え周期が長くなればなるほど消費電力は０に近づいていくこととなる。そのため、低消費電力が要求されるようなモバイル系ディスプレイに非常に有用である。
【０００７】
基板上の配向膜の作用によって安定化されるバイステイブルディスプレイが２つ提案されている。一つは、配向膜上で２つの配向状態を持つもの（双安定（バイステイブル））、もう一つは、配向膜上で１つの配向状態を持つもの（単安定（モノステイブル））である。これらのディスプレイでは、少なくとも一つの配向膜上の液晶分子のアンカリングを破壊することにより、２つの安定状態間をスイッチングする。電圧を印加することにより、配向膜上の液晶分子は界面トルクが０、エネルギーが最大になる方向へ向く。電圧を切ると配向膜上の液晶分子は安定な配向状態へ戻り、バルクの液晶は一つ又はもう一つの安定状態へ移行する。
【０００８】
ＺＢＤディスプレイズによって開発されたディスプレイは（非特許文献３）、２つの安定状態を持つ配向膜を使用している。配向膜上の液晶分子は、基板に対しほぼ水平な配向状態とほぼ垂直な配向状態の２つの安定状態を持つ。Ｏｒｓａｙ Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙでは、２つの異なるチルト角によるバイステイブルな配向状態をもつバイステイブルネマチックディスプレイが提案されている。一つはフレクソエレクトリック効果を用いる手法で（特許文献１）、もう一つは電子キラル効果を用いる手法である（特許文献２）。
【０００９】
この２つのバイステイブルネマチックディスプレイはモノステイブルな配向膜、及びアンカリングの破壊によるスイッチングを使用し、ＢｉＮｅｍ（登録商標）ディスプレイとしてフランス国のネモプティック社により（特許文献３〜５）、またＳＢｉＮＤディスプレイとしてイタリア国のＬＩＣＥＴ社により（特許文献６〜８）、更なる改良がなされている。
【００１０】
ネモプティック社によるバイステイブルネマチックディスプレイのスイッチング方式を図１に示す。このディスプレイは、２つの状態を用いている。一つの状態は、均一な、もしくはわずかに捩れた状態（Ｔ０）で、この状態では液晶分子は互いにほぼ水平（０±２０°）となる。もう一つの状態は、１８０（±２０）°捩れた状態（Ｔ１８０）である。
この２つの状態がエネルギー的に等しくなるよう、液晶組成物の自然ピッチＰ０はセル厚の４倍となるよう調製されている。電圧無印加時は、上記２状態がエネルギー的に最小値となり、安定な配向状態を維持する。高電圧を印加すると、少なくとも一方の基板上（詳しくは配向膜上）でアンカリング破壊が起こり、液晶分子はほぼホメオトロピック配向（Ｈ）となる。この配向状態（Ｈ）は遷移状態にあり、２つの安定状態（Ｔ０、Ｔ１８０）のうちいずれか一方へスイッチングできる。電圧をゆっくり切ると弾性カップリング効果によりＴ０状態へ、電圧をすばやく切ると流体力学的カップリングによりＴ１８０状態へと変化させることができる。
【００１１】
アンカリングの破壊によりスイッチングされるバイステイブルディスプレイには特殊な特性を持つ液晶材料、配向膜が求められる。
【００１２】
１）少なくとも一方の配向膜のアンカリングは、ネマチック液晶化合物の電気的、電気化学的特性に見合った印加電圧によってアンカリングが破壊する程度に弱い必要がある。
２）配向膜のアンカリングは液晶材料がアンカリングによって安定な状態になるよう、あまり弱すぎてもいけない。テクスチャーを維持するため、アンカリングによるトルクは、安定状態におけるバルク液晶による配向膜上の液晶の弾性的なトルクより大きい必要がある。
【００１３】
３）液晶材料の電気化学的安定性は、通常の“クラシックＬＣＤ”より高い必要がある。実際の“クラシックＬＣＤ”では、バルクの液晶しか動いていない。その電圧はフレデリックス転移電圧の２〜３倍に近く、ミニマムの電圧はネマチックの弾性定数により決まる。アンカリングの破壊により動作させる場合、テクスチャーの安定条件を考慮すると、フレデリックス転移電圧の約１０倍が必要となる。
【００１４】
４）ディスプレイの光学応答は、液晶材料の粘性、及び弾性定数により決定される。流体力学的カップリングにより、安定状態が決定される場合、粘性・弾性定数は駆動における基礎定数となる。
５）“クラシックＬＣＤ”より薄いセル厚を用いるため、良好なコントラストを得るためには、高い屈折率異方性（０．１４〜０．２０）が必要である。一方、一枚の偏光板を用いる反射型モードの場合は、光学距離（セル厚に相当する数値）が２倍となるため、Δｎ・ｄを一定にするためには、Δｎが０．０６〜０．１４程度と小さい液晶組成物が必要となる。上述のような液晶材料、配向膜を用いた、アンカリングの破壊を用いるバイステイブルディスプレイでは、アンカリング破壊電圧はセル厚に比例する、すなわち、小さいセル厚では低い電圧となる。
【００１５】
６）ネマチック液晶の温度範囲は動作温度範囲より広い必要がある。実際、ネマチック液晶の全温度範囲で、前述の特性がすべて満たされるわけではない。ネマチック温度範囲（ΔＴＮ）はＴＮ−Ｉ（ネマチック−アイソトロピック転移温度）とＴＸ−Ｎ（ネマチックからより高次の液晶相への転移温度、又は結晶層、ガラス状態への転移温度）間のことである。技術的に許容できる温度範囲（室温を中心に５０〜８０℃の温度範囲）で前述の特性が得られるには、ネマチック温度範囲（ΔＴＮ）は動作温度範囲より広い必要がある。
【００１６】
アンカリング力の設計は非常に高度であり、また正確性を有する。このアンカリング力は、界面と液晶化合物との間の相互作用の異方性によって引き起こされる。アンカリングは、液晶分子が隣接する界面によって誘起される方向性及びその強さにより特徴付けられる。この方向は容易軸と呼ばれ、容易軸の方向ｎ０は、方位角（φ０）及び極角（θ０）で表される（図２参照）。ネマチック液晶の平均的な配向方向は、この容易軸に沿う。外部からの影響がない場合、界面からの相互作用エネルギーを最小にするため液晶分子は容易軸に並行に配向する。この相互作用エネルギー（アンカリングエネルギー）は一次近似を用いて数式（１）で表される（非特許文献４）。
【００１７】
【数１】
【００１８】
数式（１）中、φは界面上のネマチック液晶の方位角（ａｚｉｍｕｔｈａｌ ａｎｇｌｅ）を表し、θは界面上のネマチック液晶の極角（ｚｅｎｉｔｈａｌ ａｎｇｌｅ）を表し、ＷＡは方位角アンカリングエネルギーを表し、ＷＺは極角アンカリングエネルギーを表す。
【００１９】
方位角アンカリングエネルギーＷＡはネマチック液晶の性質より、配向等の処理による配向膜に励起された異方性に依存する。もし、ツイストテクスチャーを維持するために十分な方位角アンカリングが必要であったとしても、本明細書ではこの問題には言及しない。
アンカリングの破壊による駆動されるバイステイブルディスプレイおいては、極角アンカリング破壊が重要であり、我々はこの現象について注目する。
極角アンカリングエネルギーＷＺは配向膜の化学的性質、及びネマチック液晶材料に強く依存する。大部分の固体の配向膜では、極角アンカリングエネルギーは方位角アンカリングエネルギーより１〜２ケタ高い。液晶組成物のダイレクターの向きが容易軸からずれると、界面エネルギーは０ではなくなり、弾性定数に由来したエネルギーも持つようになる。この界面エネルギーは、バルク液晶の弾性エネルギーとアンカリングエネルギーとの比である外挿長と関連付けられる。極角アンカリングの外挿長ＬＺは、ＬＺ＝Ｋ３３／ＷＺで表される。ここでＫ３３は曲げ弾性定数である。ＬＺ＜１５ｎｍの場合は「強い極角アンカリング」、ＬＺ＞２５ｎｍの場合は「弱い極角アンカリング」と考えられる。
【００２０】
液晶分子の配向方向は外部の電界や磁界によって変えることができる。例えば、基板表面に対して垂直な電界を印加すると、セル内部の液晶分子は正の誘電異方性を持つ場合、電界方向に沿って配向し（すなわちθ＝０）、電界がない場合は基板表面にほぼ平行に配向する（すなわちθ＝約９０°）。基板表面上の液晶分子ダイレクターの極角方向の角度θは、電界の関数として与えられ、連続的に変化している。電界が臨界電界強度ＥＣを超えるとθは０となり、基板表面上の液晶分子のダイレクターは、アンカリングトルクや電気的トルクに無関係となる。この状態を極角アンカリング破壊（極角アンカリングブレイク）された状態と呼ぶ。臨界電界強度ＥＣは数式（２）で表される。
【００２１】
【数２】
【００２２】
数式（２）中、ＷＺは極角アンカリングエネルギー、Ｋ３３は曲げ弾性定数、Δεは誘電異方性（ただし、真空の誘電率ε０に対する相対比）を表す。
【００２３】
この臨界電界強度ＥＣは、極角アンカリング破壊を利用するデバイスを駆動させるのに必要な電界である。よって、大きなΔε、大きな曲げ弾性定数と、小さな極角アンカリングエネルギーが、このデバイスをコントロールするために必要となる。
【００２４】
実際、極角アンカリング破壊を用いるディスプレイで重要なのは、極角アンカリング破壊を起こす電圧ＵＺである。すなわち、臨界電界とセル厚の積である。通常、バイステイブルネマチックディスプレイのセルの複屈折の大きさは、光の通過帯域の中心波長の半波長分に等しく調整される。極角アンカリングを定義する場合は、しきい値ブレイク電圧Ｕλ／４を用いる。これは光学的厚さがλ／４のセルにおけるブレイク電圧ＵＺの値である。Ｕλ／４は数式（３）で表される。
【００２５】
【数３】
【００２６】
数式（３）中、λは光の通過帯域の中心波長、ＷＺは極角アンカリングエネルギー、ＬＺは極角アンカリングの外挿長、Δｎは波長λにおける屈折率異方性、Ｋ３３は曲げ弾性定数、Δεは誘電異方性を表す。発明者らは、動作温度範囲におけるＵλ／４が現在通常使用されているドライバで供給可能な電圧であれば、この極角アンカリングは弱い部類に入ると考えており、経験的にはＵλ／４が２５Ｖ以下であれば低アンカリングであると言える。
【００２７】
極角アンカリングエネルギーは、配向膜の材質、表面処理方法、使用する液晶組成物、及び温度に依存する。
配向膜の性質は、極角アンカリングエネルギーに大きく影響する。“クラシック”ＬＣＤに用いられているポリイミド配向膜は、ほとんどのネマチック液晶材料に対して強い極角アンカリングエネルギーを示す。例えば市販のポリイミド配向膜（ＳＥ１４０、日産化学社製）は、ペンチルシアノビフェニル（５ＣＢ）に対しＬＺ＝７ｎｍであり、極角アンカリングは強い。
【００２８】
一方、特許文献９、特許文献１１にはネモプティック社により、５ＣＢやその他ネマチック液晶材料に対して極角アンカリングの弱い共重合体皮膜の開発が報告されている（５ＣＢに対しては２０℃においてＬＺ＞２５ｎｍ）。両特許とも、通常のラビング処理により、中程度から強程度の方位角アンカリングが得られ、Ｔ０とＴ１８０のテクスチャーが安定的に得られている。
【００２９】
特許文献１０には、極角アンカリングが小さい液晶組成物の例が開示されている。これによると、特定の液晶化合物の組み合わせによってＵλ／２の低い液晶組成物が得られていること、さらに、ネマチック相の温度範囲の広い組み合わせについても記述されている。実際、バイステイブルディスプレイにおいて最適化されたアンカリング特性は配向膜と液晶材料に依存する。しかし、極角アンカリング破壊を用いるバイステイブルネマチックディスプレイでは、ネマチック相の温度範囲とディスプレイの動作温度範囲は比例関係にない。すなわち、室温で動作電圧が低くても、その温度依存性が大きければ、実質的に動作温度範囲は狭くなってしまう。実際、幅広い温度範囲において動作可能なバイステイブルネマチックディスプレイは現在得られていないのが実情である。そのため、幅広い動作温度範囲で駆動可能な液晶組成物の組み合わせを見出すことが必要であった。
【００３０】
また、特に１枚の偏光板を用いる反射型バイステイブルネマチックディスプレイの場合は、前に述べた通り、０．０６〜０．１４程度の小さなΔｎが必要となる。上述の特許文献１０で用いられている液晶組成物のΔｎは０．１４以上であり、反射型バイステイブルネマチックディスプレイには適さない。０．０６〜０．１４程度の小さなΔｎを有し、バイステイブルネマチックディスプレイにおいて低電圧駆動が可能な液晶組成物はこれまでなかった。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００３１】
【非特許文献１】ハンドブック オブ リキッドクリスタル（Ｈａｎｄｂｏｏｋ ｏｆ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌｓ）、１９８８年、Ｗｉｌｅｙ−ＶＣＨ Ｗｅｉｎｈｅｉｍ
【非特許文献２】リキッドクリスタル―アプリケーション アンド ユース（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌｓ ― Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ａｎｄ Ｕｓｅｓ）、１９９０年、Ｗｏｒｌｄ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ Ｃｏ． Ｐｔｅ． Ｌｔｄ Ｓｉｎｇａｐｏｒｅ
【非特許文献３】Ｇ．Ｐ．Ｂｒｙａｎ−Ｂｒｏｗｎら、ネイチャー（Ｎａｔｕｒｅ）、第３９９巻、第３３８ページ、１９９９年
【非特許文献４】Ａ．Ｒａｐｉｎｉ及びＭ．Ｐａｐｏｕｌａｒ、Ｊ．Ｐｈｙｓ．（Ｆｒ）、Ｃ４、第３０巻、第５４−５６頁、１９６９年
【特許文献】
【００３２】
【特許文献１】仏国特許出願公開第２６６３７７０号明細書
【特許文献２】仏国特許出願公開第２６５７６９９号明細書
【特許文献３】仏国特許出願公開第２７４０８９３号明細書
【特許文献４】仏国特許出願公開第２７４０８９４号明細書
【特許文献５】米国特許第６３２７０１７号明細書
【特許文献６】欧州特許出願公開第０７７３４６８号明細書
【特許文献７】米国特許第５９９５１７３号明細書
【特許文献８】特開平９−２７４２０５号公報
【特許文献９】欧州特許出願公開第１２５９８５４号明細書
【特許文献１０】特開２００５−１３３０５７号公報
【特許文献１１】米国特許第７０６７１８０号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００３３】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、バイステイブルネマチック液晶表示素子に使用したときに幅広い動作温度範囲を有するネマチック液晶組成物、一枚偏光板モードの反射型バイステイブルネマチック液晶表示素子において低電圧駆動が可能なネマチック液晶組成物、及びこれらを用いたバイステイブルネマチック液晶表示素子を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００３４】
本発明は、上記課題を解決するために種々の液晶化合物の組み合わせを検討した結果、以下の知見を見出したものである。すなわち、一般式（Ａ１）から（Ａ５）
【００３５】
【化１】
【００３６】
（式（Ａ１）から（Ａ５）中、Ｒ１は炭素原子数２から７のアルキル基又はアルケニル基（該アルキル基又はアルケニル基中に存在する１個又は２個以上のメチレン基は、酸素原子が相互に直接結合しないものとしてそれぞれ独立に酸素原子、−ＣＯＯ−又は−ＯＣＯ−で置換されていても良い。）を表し、Ｚ１は、−ＣＨ２ＣＨ２−、−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、−ＣＨ２Ｏ−、−ＯＣＨ２−、−ＣＦ２Ｏ−、−ＯＣＦ２−、又は単結合を表し、Ｚ２は、−ＣＨ２ＣＨ２−、−ＣＨ＝ＣＨ−、−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、−ＣＨ２Ｏ−、−ＯＣＨ２−、−ＣＦ２Ｏ−、−ＯＣＦ２−、又は単結合を表し、Ｚ３は、−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、−ＣＨ２Ｏ−、−ＯＣＨ２−、−ＣＦ２Ｏ−、−ＯＣＦ２−、−Ｃ≡Ｃ−、又は単結合を表し、Ｚ４及びＺ５はそれぞれ独立して、−ＣＨ２ＣＨ２−、−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、−ＣＨ２Ｏ−、−ＯＣＨ２−、−ＣＦ２Ｏ−、−ＯＣＦ２−、又は単結合を表し、Ｘ１はシアノ基、フッ素原子、塩素原子、トリフルオロメチル基、トリフルオロメトキシ基、又はジフルオロメトキシ基（−ＯＣＨＦ２）を表し、Ｙ１、Ｙ２、Ｙ３及びＹ４はそれぞれ独立して、水素原子、フッ素原子、塩素原子、トリフルオロメチル基、又はトリフルオロメトキシ基を表し、環Ｔ１は１，４−フェニレン基又は１，４−シクロヘキシレン基（これらの基のうち１，４−フェニレン基は、非置換であるか又は置換基としてフッ素原子、塩素原子、メチル基、トリフルオロメチル基若しくはトリフルオロメトキシ基を１個若しくは２個以上有することができる。）を表し、ｍは０又は１を表し、ｐ及びｑは０又は１を表し、ただしｐ＋ｑは０又は１である。）で表される化合物群Ａから選ばれる１又は２以上の化合物を２０質量％以上含有し、
【００３７】
一般式（Ｂ１）から（Ｂ１０）
【００３８】
【化２】
【００３９】
（式（Ｂ１）から（Ｂ１０）中、Ｒ２及びＲ３はそれぞれ独立して、炭素原子数１から７のアルキル基又は炭素原子数２から７のアルケニル基（該アルキル基又はアルケニル基中に存在する１個又は２個以上のメチレン基は、酸素原子が相互に直接結合しないものとしてそれぞれ独立に酸素原子、−ＣＯＯ−又は−ＯＣＯ−で置換されていても良い。）を表し、
Ｚ６は、−ＣＨ２ＣＨ２−、−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、−ＣＨ２Ｏ−、−ＯＣＨ２−、−ＣＦ２Ｏ−、−ＯＣＦ２−、又は単結合を表し、
Ｚ７は、−ＣＨ２ＣＨ２−、−ＣＨ＝ＣＨ−、−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、−ＣＨ２Ｏ−、−ＯＣＨ２−、−ＣＦ２Ｏ−、−ＯＣＦ２−、又は単結合を表し、
Ｚ８は、−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、−ＣＨ２Ｏ−、−ＯＣＨ２−、−ＣＦ２Ｏ−、−ＯＣＦ２−、−Ｃ≡Ｃ−、又は単結合を表し、
Ｚ９及びＺ１０はそれぞれ独立して、−ＣＨ２ＣＨ２−、−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、又は単結合を表し、
Ｙ７からＹ１４はそれぞれ独立して、水素原子、メチル基、フッ素原子、又は塩素原子を表し、
環Ｔ２及びＴ３はそれぞれ独立して、１，４−フェニレン基又は１，４−シクロヘキシレン基（これらの基のうち１，４−フェニレン基は、非置換であるか又は置換基としてフッ素原子、塩素原子、メチル基、トリフルオロメチル基若しくはトリフルオロメトキシ基を１個若しくは２個以上有することができる。）を表す。）で表される化合物群Ｂから選ばれる１又は２以上の化合物を５〜５０質量％含有するネマチック液晶組成物であり、
【００４０】
前記ネマチック液晶組成物に使用される前記化合物の相対的な比率が、前記組成物に関して下記の物理的特性、すなわち、
・液晶組成物のネマチック−アイソトロピック転移温度（ＴＮ−Ｉ）が５０℃以上であり、
・液晶組成物がネマチック相を示す温度範囲（ΔＴＮ）が５０℃以上であり、
・２０℃における誘電異方性が８×１０−１１Ｆ／ｍ以上であり、
・２０℃における屈折率異方性Δｎと厚さｄとの積（Δｎ・ｄ）が１４０ｎｍであって少なくとも一方の基板が弱い極角アンカリング力を有する２枚のバイステイブルネマチック液晶表示素子用基板の間に支持されたときのアンカリング破壊電圧Ｕλ／４が２５Ｖ以下であることを、同時に得るように決定されていることを特徴とするネマチック液晶組成物を提供する。
【発明の効果】
【００４１】
本発明の液晶組成物は、少なくとも一方の基板が弱い極角アンカリング力を有する２枚の基板上に支持されたバイステイブルネマチック液晶表示素子用途に用いること、動作温度範囲の広いバイステイブルネマチック液晶表示素子を得ることができる。
また、一方の基板が弱い極角アンカリング力を有し、もう片方の基板に反射層を有する２枚の基板の間に液晶組成物が支持され、偏光板を１枚使用する反射型のバイステイブルネマチック液晶表示素子において、低駆動電圧が可能な液晶組成物を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】アンカリング破壊によるバイステイブルネマチック液晶表示素子の動作を模式的に示す図である。
【図２】アンカリングの方向を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
以下に、本発明の一例について説明する。
本発明の液晶組成物中、上記化合物群Ａに属する一般式（Ａ１）から（Ａ５）の化合物は、末端に極性基を有する化合物であり、アンカリング破壊を引き起こすために重要な化合物である。またΔｎの小さな液晶化合物でもあり、低Δｎの液晶組成物を得るのに有用な化合物でもある。一般式（Ａ１）から（Ａ５）で表される化合物は少なくとも一つ含有することが必須であるが、２つ以上含有することが、低駆動電圧化、動作温度範囲拡大に対してより効果的である。
【００４４】
一般式（Ａ１）から（Ａ５）で表される化合物について特に好ましい場合を、以下に例示する。
Ｘ１としては、シアノ基、フッ素原子、又はトリフルオロメトキシ基が好ましい。
Ｚ１としては、−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、−ＣＦ２Ｏ−、−ＯＣＦ２−、又は単結合が好ましい。
Ｚ２としては、−ＣＨ２ＣＨ２−、−ＣＨ＝ＣＨ−、又は単結合が好ましい。
Ｚ３としては、−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、−ＣＦ２Ｏ−、−ＯＣＦ２−、又は単結合が好ましい。
Ｚ４及びＺ５としては、単結合が好ましい。
Ｙ１、Ｙ２、Ｙ３及びＹ４はそれぞれ独立して、水素原子又はフッ素原子が好ましい。
環Ｔ１としては、１，４−シクロヘキシレン基が好ましい。
【００４５】
Ｒ１としては、炭素原子数２から６のアルキル基又はアルケニル基（該アルキル基又はアルケニル基中に存在する１個又は２個以上のメチレン基は、酸素原子が相互に直接結合しないものとしてそれぞれ独立に酸素原子、−ＣＯＯ−又は−ＯＣＯ−で置換されていても良い。）が好ましく、炭素原子数２から５のアルキル基又はアルケニル基がより好ましい。
【００４６】
また、一般式（Ａ１）から（Ａ５）のそれぞれについて、より好ましい場合を、以下に例示する。
一般式（Ａ１）においては、Ｘ１がシアノ基であり、Ｚ１が単結合であり、Ｙ１及びＹ２がそれぞれ独立して水素原子又はフッ素原子であることが好ましい。
一般式（Ａ２）においては、Ｘ１がシアノ基、トリフルオロメトキシ基（−ＯＣＦ３）又はフッ素原子であり、Ｚ１が−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、−ＣＨ２ＣＨ２−、−ＣＦ２Ｏ−、−ＯＣＦ２−、又は単結合であり、Ｙ１及びＹ２がそれぞれ独立して水素原子又はフッ素原子であることが好ましい。
一般式（Ａ３）においては、Ｘ１がシアノ基又はフッ素原子であり、Ｚ２が−ＣＨ２ＣＨ２−、−ＣＨ＝ＣＨ−、又は単結合であり、Ｙ１及びＹ２がそれぞれ独立して水素原子又はフッ素原子であることが好ましい。
一般式（Ａ４）においては、Ｘ１がシアノ基又はフッ素原子であり、Ｚ１が単結合であり、Ｚ３が−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、−ＣＦ２Ｏ−、−ＯＣＦ２−、又は単結合であり、Ｙ１及びＹ２がそれぞれ独立して水素原子又はフッ素原子であることが好ましい。
一般式（Ａ５）においては、ｐが０であり、Ｘ１がシアノ基又はフッ素原子であり、Ｚ２及びＺ４がそれぞれ単結合を表し、Ｙ１及びＹ２がそれぞれ独立して水素原子又はフッ素原子であることが好ましい。
【００４７】
また、一般式（Ａ１）において、Ｘ１がシアノ基であり、Ｚ１が単結合であり、Ｙ１及びＹ２がそれぞれフッ素原子である化合物は、低Δｎであり、かつ低駆動電圧、動作温度範囲の拡大に対して特に好ましいため、本発明の液晶組成物は、当該化合物を５質量％以上含有することが好ましい。
【００４８】
より具体的には、以下の化合物が好ましい。
【００４９】
【化３】
【００５０】
【化４】
【００５１】
【化５】
【００５２】
【化６】
【００５３】
【化７】
【００５４】
【化８】
【００５５】
（式（Ｃ−１）から（Ｃ−９６）中、Ｒ４は炭素原子数２から６のアルキル基又はアルケニル基（該アルキル基又はアルケニル基中に存在する１個又は２個以上のメチレン基は、酸素原子が相互に直接結合しないものとしてそれぞれ独立に酸素原子で置換されていても良い。）を表す。これらのアルキル基又はアルケニル基は、直鎖のアルキル基又はアルケニル基が好ましい。
【００５６】
上記具体式（Ｃ−１）から（Ｃ−９６）の中でも、（Ｃ−３）、（Ｃ−３８）、（Ｃ−３９）、（Ｃ−４１）、（Ｃ−４２）で表される化合物が低Δｎであり、かつ低駆動電圧、動作温度範囲の拡大に対して特に好ましい化合物である。とりわけ（Ｃ−３）で表される化合物がより好ましく、この化合物を５質量％以上含有することが更により好ましい。
【００５７】
本発明の液晶組成物は、一般式（Ａ１）から（Ａ５）で表される化合物群Ａから選ばれる１又は２以上の化合物を２０質量％以上含有することが必要である。
また、液晶組成物が、一般式（Ａ１）から（Ａ５）で表される化合物群Ａから選ばれる１又は２以上の化合物を２５質量％以上含有することが好ましい。
一般式（Ａ１）から（Ａ５）で表される化合物群Ａのうち、誘電異方性が３．５×１０×１０−１０Ｆ／ｍ以上である化合物の含有量が２５質量％以下であることが好ましい。
【００５８】
なお、これらの例示において、化合物群Ａ又はそのうちの各一般式に該当する化合物を２つ以上配合する場合、上記の数値は、当該２つ以上の化合物の含有率の合計を意味する。また、一般式（Ａ１）から（Ａ５）で表される化合物を２つ以上含有する場合、各々の化合物のＲ１、Ｘ１、Ｙ１、Ｙ２、Ｙ３、Ｙ４、Ｚ１からＺ５、Ｔ１、ｍ、ｐ及びｑは、それぞれ、互いに同じでも異なっていても良い。
【００５９】
本発明の液晶組成物中、上記化合物群Ｂに属する一般式（Ｂ１）から（Ｂ１０）の化合物は、末端に極性基を持たない化合物である。
【００６０】
一般式（Ｂ１）から（Ｂ１０）で表される化合物について特に好ましい場合を、以下に例示する。
Ｒ２及びＲ３としては、炭素原子数１から６のアルキル基又は炭素原子数２から６のアルケニル基（該アルキル基又はアルケニル基中に存在する１個又は２個以上のメチレン基は、酸素原子が相互に直接結合しないものとしてそれぞれ独立に酸素原子、−ＣＯＯ−又は−ＯＣＯ−で置換されていても良い。）が好ましく、炭素原子数１から６のアルキル基又は炭素原子数２から６のアルケニル基がより好ましい。
【００６１】
Ｚ６としては、−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、−ＣＨ２ＣＨ２−、又は単結合が好ましく、−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、又は単結合がより好ましい。
Ｚ７としては、−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、−ＣＨ２ＣＨ２−、又は単結合が好ましい。
Ｚ８としては、−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、−Ｃ≡Ｃ−、又は単結合が好ましい。
Ｚ９及びＺ１０としては、−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、−ＣＨ２ＣＨ２−、又は単結合が好ましい。
環Ｔ２及びＴ３としては、１，４−シクロヘキシレン基が好ましい。
Ｙ７からＹ１４としては、水素原子又はフッ素原子が好ましい。
【００６２】
より具体的には、以下の化合物が好ましい。
【００６３】
【化９】
【００６４】
【化１０】
【００６５】
（式（ＩＩ−１）から（ＩＩ−２６）中、Ｒ５及びＲ６は炭素原子数１から６のアルキル基又は炭素原子数２から６のアルケニル基（該アルキル基又はアルケニル基中に存在する１個又は２個以上のメチレン基は、酸素原子が相互に直接結合しないものとしてそれぞれ独立に酸素原子で置換されていても良い。）を表し、Ｙ３１からＹ３５は、水素原子、フッ素原子又はメチル基を表す。）
【００６６】
本発明の液晶組成物は、一般式（Ｂ１）から（Ｂ１０）で表される化合物群Ｂから選ばれる１又は２以上の化合物を５〜５０質量％含有することが必要である。
また、液晶組成物が、一般式（Ｂ１）から（Ｂ１０）で表される化合物群Ｂから選ばれる１又は２以上の化合物を５〜４０質量％含有することがより好ましい。
【００６７】
なお、これらの例示において、化合物群Ｂ又はそのうちの各一般式に該当する化合物を２つ以上配合する場合、上記の数値は、当該２つ以上の化合物の含有率の合計を意味する。また、一般式（Ｂ１）から（Ｂ１０）で表される化合物を２つ以上含有する場合、各々の化合物のＲ２、Ｒ３、Ｙ７からＹ１４、Ｚ６からＺ１０、Ｔ２及びＴ３は、それぞれ、互いに同じでも異なっていても良い。
【００６８】
これらの液晶組成物のネマチック−アイソトロピック転移温度（ＴＮ−Ｉ）は、５０℃以上であることが必要である。液晶組成物は、ＴＮ−Ｉが６０℃以上であることがより好ましく、７０℃以上であることが更により好ましい。
また、液晶表示素子が幅広い駆動温度範囲を実現するためには、液晶組成物がネマチック相を示す温度範囲（ΔＴＮ）自身も幅広いことが必須である。このため、上限温度ＴＮ−Ｉ（ネマチック−アイソトロピック転移温度）と下限温度ＴＸ−Ｎ（ネマチック相から、より高次の液晶相又はガラス状態又は結晶状態に転移する転移温度）との差で定義される温度範囲ΔＴＮが、５０℃以上であることが好ましく、７０℃以上であることがより好ましく、８０℃以上であることが更により好ましい。
また、液晶組成物がネマチック相を示す下限温度ＴＸ−Ｎは、０℃以下が好ましく、−１０℃以下がより好ましく、−２０℃以下が更により好ましい。
【００６９】
誘電異方性（ε０Δε）は大きいほど駆動電圧は低くなるため、液晶組成物の２０℃における誘電異方性は、８×１０−１１Ｆ／ｍ以上であることが必要であるが、極端に大きすぎると信頼性に問題が発生してしまう。そのため、誘電異方性（２０℃での値）としては、８×１０−１１〜６×１０−１０Ｆ／ｍが好ましく、１．３×１０−１０〜４．５×１０−１０Ｆ／ｍがより好ましく、１．７×１０−１０〜３．５×１０−１０Ｆ／ｍが更により好ましい。さらに、ε０Δεとして、１．３×１０−１０〜３．０×１０−１０Ｆ／ｍ（Δεとしては１５〜３５）がより好ましい。なお、ε０は真空の誘電率である。
【００７０】
屈折率異方性（Δｎ）は、コントラストを得るために重要なパラメーターであり、１枚偏光板を用いる反射型バイステイブルネマチック液晶表示素子に用いる場合は、２０℃において０．０６〜０．１４が好ましく、０．０６〜０．１３がより好ましく、０．０７〜０．１３が更により好ましい。また、２０℃におけるΔｎが０．０６〜０．１３であると同時に、ε０Δεが１．３×１０−１０〜３．０×１０−１０Ｆ／ｍであることが、より好ましい。
【００７１】
また、２０℃における屈折率異方性Δｎと厚さｄとの積（Δｎ・ｄ）が１４０ｎｍであって少なくとも一方の基板が弱い極角アンカリング力を有する２枚のバイステイブルネマチック液晶表示素子用基板の間に支持されたときのアンカリング破壊電圧Ｕλ／４（数式３で表されるもの）が２５Ｖ以下であることが必要である。この温度２０℃、Δｎ・ｄ＝１４０ｎｍにおけるＵλ／４は、２０Ｖ以下がより好ましい。
【００７２】
本発明の液晶組成物は、
ａ）少なくとも一方の基板が弱い極角アンカリング力を有する２枚の基板の間に液晶組成物が挟み込まれ、該２枚の基板間の液晶組成物へ電界を印加し得るように、前記基板が互いに対向する内側の表面上に電極を備えており、少なくとも一方の基板及び電極が光学的に透明であり、
ｂ）液晶組成物を配向し、電界の不在下で安定又は準安定な少なくとも２つの択一的な異なるテクスチャーを形成し得る処理が施され、前記テクスチャーのうち、一方が捩れていないが、又は−９０°から＋９０°の範囲で捩れており、他方のテクスチャーは、１８０°に近い角度で捩れを有し、
ｃ）２０℃における積ｄ・Δｎ（ただしｄは液晶組成物層の厚さ、Δｎは液晶組成物の屈折率異方性を表す。）が、λ０／４（ただしλ０は表示素子の有効スペクトル帯の中心波長を表す。）に近づくように設計され、
ｄ）２枚の基板のうち、少なくとも一方の基板でアンカリングを破壊することにより、上記の異なるテクスチャー間を切り替えることができ、電界が除かれた後もいずれかのテクスチャーに保持することができる、バイステイブルネマチック液晶表示素子（例えばネモプティック社のＢｉＮｅｍ（登録商標）ディスプレイ、図１参照）に有用である。
【００７３】
図１に示す構造の液晶表示素子において、基板１としては、酸化スズインジウム（ＩＴＯ）等の透明導電体からなる電極層２を有したガラス基板が挙げられる。２つの基板１，１の配向膜３，４によるアンカリングは、両方ともモノステイブルであることが好ましい。また、少なくとも１つの配向膜は、弱い極角アンカリング力を有する。ここで極角アンカリングの外挿長をＬＺとするとき、ＬＺ＜１５ｎｍの場合は「強い極角アンカリング力」を有し、ＬＺ＞２５ｎｍの場合は「弱い極角アンカリング力」を有すると考えられる。
【００７４】
強い極角アンカリング力を有する配向膜３としては、ポリイミド、ポリアミド、ＳｉＯ蒸着膜等の通常に使用される配向膜材料が挙げられる。弱い極角アンカリング力を有する配向膜４としては、例えば特許文献９に記載されているように、ポリ塩化ビニル（ホモポリマー）又は塩化ビニル共重合体（コポリマー）からなるものが好適である。塩化ビニル共重合体に用いられる塩化ビニル以外のモノマーとしては、酢酸ビニル、ビニルエーテル、アクリル酸エステル等が例示される。
本発明では、液晶表示素子の基板間に支持される液晶組成物として、上述した本発明の液晶組成物を用いているので、動作温度範囲の広いバイステイブルネマチック液晶表示素子を得ることができる。
【００７５】
弱い極角アンカリング力を有する配向膜４は、２０℃における屈折率異方性Δｎと厚さｄとの積（Δｎ・ｄ）が１４０ｎｍである厚さｄを有するセルにおいてアンカリング破壊電圧Ｕλ／４が２５Ｖ以下となることとして定義される弱い極角アンカリング力を有することが好ましい。これにより、液晶組成物が弱い極角アンカリング力によって少なくとも２つの異なる安定状態をとることができ、電極層２に適当な電気信号が印加されたときに少なくとも２つの異なる安定状態の間のスイッチングを達成することができる。このスイッチングは、アンカリング破壊型であることが好ましい。
【００７６】
また、少なくとも２つの異なる安定状態として、図１に示すように、液晶組成物中の分子が互いに少なくとも略平行に配列されて均一又はわずかにねじれた第１の安定テクスチャー（Ｔ０）と、２枚の基板間で１８０°又はそれに近い角度でねじれたテクスチャーをとる第２の安定テクスチャー（Ｔ１８０）とを有することが好ましい。これにより、電極層２に適当な電気信号が印加されたときに、Ｔ０とＴ１８０との間のスイッチングを達成することができる。このスイッチングは、少なくとも１つの基板における極角アンカリングの破壊によって達成されることが好ましい。
【００７７】
更に、本発明の液晶組成物は、
ｅ）一方の基板が弱い極角アンカリング力を有し、もう一方の基板に反射層を有する２枚の基板の間に液晶組成物が挟み込まれ、該２枚の基板間の液晶組成物へ電界を印加し得るように、前記基板が互いに対向する内側の表面上に電極を備えており、少なくとも弱い極角アンカリング力を有する側の一方の基板及び電極が光学的に透明であり、
ｆ）液晶組成物を配向し、電界の不在下で安定又は準安定な少なくとも２つの択一的な異なるテクスチャーを形成し得る処理が施され、前記テクスチャーのうち、一方が捩れていないが、又は−９０°から＋９０°の範囲で捩れており、他方のテクスチャーは、１８０°に近い角度で捩れを有し、
ｇ）２０℃における積ｄ・Δｎ（ただしｄは液晶組成物層の厚さ、Δｎは液晶組成物の屈折率異方性を表す。）が、λ０／４（ただしλ０は表示素子の有効スペクトル帯の中心波長を表す。）に近づくように設計され、
ｈ）２枚の基板のうち、少なくとも一方の基板でアンカリングを破壊することにより、上記の異なるテクスチャー間を切り替えることができ、電界が除かれた後もいずれかのテクスチャーに保持することができる、１枚偏光板を用いる反射型バイステイブルネマチック液晶表示素子に有用である。
【００７８】
１枚偏光板を用いる反射型バイステイブルネマチック液晶表示素子においては、図１に示す構造の液晶表示素子において、弱アンカリング配向膜４を有する基板１として透明な基板が用いられ、もう一方の基板には、反射層が設けられる。そして、偏光板（図示略）が１枚設置される。
【００７９】
本発明では、１枚偏光板を用いる反射型バイステイブルネマチック液晶表示素子の基板間に支持される液晶組成物として、上述した本発明の液晶組成物を用いているので、動作温度範囲の広く、駆動電圧の低いバイステイブルネマチック液晶表示素子を得ることができる。
本発明のバイステイブルネマチック液晶表示素子において、セルは、２０℃における屈折率異方性Δｎと厚さｄとの積（Δｎ・ｄ）が１２０〜２００ｎｍであることが好ましく、１４０〜２００ｎｍであることがより好ましい。２０℃におけるΔｎは使用する液晶組成物によって決まるので、スペーサーによって基板間のギャップを調整することにより、所望のΔｎ・ｄを得ることができる。
【実施例】
【００８０】
以下、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。また、ネマチック相温度範囲とは特に指定のない限り、固体相又はスメクチック相−ネマチック相転移温度から、ネマチック相−等方性液体相転移温度までの温度範囲（温度差）を意味する。
【００８１】
ＴＮ−Ｉ：ネマチック相−等方性液体相転移温度
ＴＸ−Ｎ：固体相又はスメクチック相−ネマチック相転移温度
Δε：２０℃における誘電異方性
Δｎ：２０℃における屈折率異方性
【００８２】
（実施例１）
液晶組成物を支持する基板として２枚のＩＴＯ付ガラス基板を用意し、一方のＩＴＯ付ガラス基板には、高チルトの強い極角アンカリング力を得るため、ＳｉＯ２（厚さ１０７ｎｍ）を蒸着し、もう一方には、弱い極角アンカリング力を得るため、式（Ｇ）
【００８３】
【化１１】
【００８４】
で表されるポリマー（塩化ビニル−イソブチルビニルエーテル共重合体）を下記手法にて厚さ２０ｎｍで被覆した。
【００８５】
工程１：Ｎ−メチル−ピロリドン／ブトキシエタノールの５０／５０混合物に上記ポリマーを溶解した０．７５％溶液を、スピンコーティングにより付着させる。
工程２：１５０℃、１．５時間の条件でアニーリングする。
工程３：１００ワットの水銀灯を用いて、２時間紫外線照射（λ＝２５４ｎｍ）する。
工程４：１５０℃、３０分の条件でアニーリングする。
工程５：織物ベルベットを被覆したローラーによりブラッシング処理（ラビング）して、方位角アンカリングを誘起させる。
【００８６】
上記２枚の基板を１．５μｍのスペーサーを介して張り合わせ、ＢｉＮｅｍ（登録商標）型セルを組み、以下に示す液晶組成物（Ｈ）中に、２５℃における自然ピッチが６μｍとなるようカイラル剤Ｓ−８１１（Ｍｅｒｃｋ社）を添加した後、セル内に注入した。
【００８７】
【化１２】
【００８８】
動作温度を測定するため複数の測定温度を設定し、各温度にて前記セルにパルス幅５ｍｓの電圧を１Ｖ刻みに最大３０Ｖまで印加し、アンカリング破壊電圧を測定することによって駆動電圧を測定し、動作温度範囲を評価した。
【００８９】
液晶組成物（Ｈ）の物性値は、ＴＮ−Ｉ＝８０．５℃、ＴＸ−Ｎ＝−３０℃で、ネマチック液晶相温度範囲ΔＴＮ＝１１０．５℃であった。また、誘電異方性ε０Δε＝２．３５×１０−１０Ｆ／ｍ、屈折率異方性Δｎ＝０．１２３であった。したがってこのセルのΔｎ・ｄは１８４．５ｎｍである。
【００９０】
この液晶組成物（Ｈ）のＢｉＮｅｍ（登録商標）型セルにおける動作温度範囲は０〜６６℃であり、動作温度幅は６６℃であった。また、２０℃におけるしきい値電圧ＵＺは１８．０Ｖであった。このしきい値電圧ＵＺを、Δｎ・ｄを１４０ｎｍとしたときのＵλ／４に換算すると、１３．７Ｖである。Δｎ・ｄを１４０ｎｍとしたときのＵλ／４は、次の数式（４）によって換算した。
【００９１】
【数４】
【００９２】
（実施例２）
実施例１における液晶組成物（Ｈ）を、以下に示す液晶組成物（Ｉ）に変えて、同様の評価を行った。
【００９３】
【化１３】
【００９４】
液晶組成物（Ｉ）の物性値は、ＴＮ−Ｉ＝７８．０℃、ＴＸ−Ｎ＝−２８℃で、ネマチック液晶相温度範囲ΔＴＮ＝１０６．０℃であった。また、誘電異方性ε０Δε＝１．９３×１０−１０Ｆ／ｍ、屈折率異方性Δｎ＝０．１０４８であった。したがってこのセルのΔｎ・ｄは１５７．２ｎｍである。
【００９５】
この液晶組成物（Ｉ）のＢｉＮｅｍ（登録商標）型セルにおける動作温度範囲は０〜６５℃であり、動作温度幅は６５℃であった。また、２０℃におけるしきい値電圧ＵＺは１８．０Ｖであった。このしきい値電圧ＵＺを、Δｎ・ｄを１４０ｎｍとしたときのＵλ／４に換算すると、１６．０Ｖである。
【００９６】
（実施例３）
実施例１における液晶組成物（Ｈ）を、以下に示す液晶組成物（Ｊ）に変えて、同様の評価を行った。
【００９７】
【化１４】
【００９８】
液晶組成物（Ｊ）の物性値は、ＴＮ−Ｉ＝７３．６℃、ＴＸ−Ｎ＝−２５℃で、ネマチック液晶相温度範囲ΔＴＮ＝９８．６℃であった。また、誘電異方性ε０Δε＝３．３９×１０−１０Ｆ／ｍ、屈折率異方性Δｎ＝０．１２６９であった。したがってこのセルのΔｎ・ｄは１９０．３５ｎｍである。
【００９９】
この液晶組成物（Ｊ）のＢｉＮｅｍ（登録商標）型セルにおける動作温度範囲は−１０〜６０℃であり、動作温度幅は７０℃であった。また、２０℃におけるしきい値電圧ＵＺは１２．０Ｖであった。このしきい値電圧ＵＺを、Δｎ・ｄを１４０ｎｍとしたときのＵλ／４に換算すると、８．８Ｖである。
【０１００】
（実施例４）
実施例１における液晶組成物（Ｈ）を、以下に示す液晶組成物（Ｋ）に変えて、同様の評価を行った。
【０１０１】
【化１５】
【０１０２】
液晶組成物（Ｋ）の物性値は、ＴＮ−Ｉ＝７６．０℃、ＴＸ−Ｎ＝−３４℃で、ネマチック液晶相温度範囲ΔＴＮ＝１１０．０℃であった。また、誘電異方性ε０Δε＝１．８７×１０−１０Ｆ／ｍ、屈折率異方性Δｎ＝０．１３３４であった。したがってこのセルのΔｎ・ｄは２００．１ｎｍである。
【０１０３】
この液晶組成物（Ｋ）のＢｉＮｅｍ（登録商標）型セルにおける動作温度範囲は−５〜７０℃であり、動作温度幅は７５℃であった。また、２０℃におけるしきい値電圧ＵＺは１３．０Ｖであった。このしきい値電圧ＵＺを、Δｎ・ｄを１４０ｎｍとしたときのＵλ／４に換算すると、９．１Ｖである。
【０１０４】
（実施例５）
実施例１における液晶組成物（Ｈ）を、以下に示す液晶組成物（Ｌ）に変えて、同様の評価を行った。
【０１０５】
【化１６】
【０１０６】
液晶組成物（Ｌ）の物性値は、ＴＮ−Ｉ＝８２．２℃、ＴＸ−Ｎ＝−１５℃で、ネマチック液晶相温度範囲ΔＴＮ＝９７．２℃であった。また、誘電異方性ε０Δε＝１．６８×１０−１０Ｆ／ｍ、屈折率異方性Δｎ＝０．１０８であった。したがってこのセルのΔｎ・ｄは１６２ｎｍである。
【０１０７】
この液晶組成物（Ｌ）のＢｉＮｅｍ（登録商標）型セルにおける動作温度範囲は０〜７０℃であり、動作温度幅は７０℃であった。また、２０℃におけるしきい値電圧ＵＺは１６．０Ｖであった。このしきい値電圧ＵＺを、Δｎ・ｄを１４０ｎｍとしたときのＵλ／４に換算すると、１３．８Ｖである。
【０１０８】
（実施例６）
実施例１における液晶組成物（Ｈ）を、以下に示す液晶組成物（Ｍ）に変えて、同様の評価を行った。
【０１０９】
【化１７】
【０１１０】
液晶組成物（Ｍ）の物性値は、ＴＮ−Ｉ＝７４．０℃、ＴＸ−Ｎ＝−４０℃で、ネマチック液晶相温度範囲ΔＴＮ＝１１４．０℃であった。また、誘電異方性ε０Δε＝１．９４×１０−１０Ｆ／ｍ、屈折率異方性Δｎ＝０．１０７７であった。したがってこのセルのΔｎ・ｄは１６１．５５ｎｍである。
【０１１１】
この液晶組成物（Ｍ）のＢｉＮｅｍ（登録商標）型セルにおける動作温度範囲は−３〜６８℃であり、動作温度幅は７１℃であった。また、２０℃におけるしきい値電圧ＵＺは１４．０Ｖであった。このしきい値電圧ＵＺを、Δｎ・ｄを１４０ｎｍとしたときのＵλ／４に換算すると、１２．１Ｖである。
【０１１２】
（実施例７）
実施例１における液晶組成物（Ｈ）を、以下に示す液晶組成物（Ｎ）に変えて、同様の評価を行った。
【０１１３】
【化１８】
【０１１４】
液晶組成物（Ｎ）の物性値は、ＴＮ−Ｉ＝７５．３℃、ＴＸ−Ｎ＝−３０℃で、ネマチック液晶相温度範囲ΔＴＮ＝１０３．５℃であった。また、誘電異方性ε０Δε＝１．９８×１０−１０Ｆ／ｍ、屈折率異方性Δｎ＝０．１０９であった。したがってこのセルのΔｎ・ｄは１６３．５ｎｍである。
【０１１５】
この液晶組成物（Ｎ）のＢｉＮｅｍ（登録商標）型セルにおける動作温度範囲は０〜６５℃であり、動作温度幅は６５℃であった。また、２０℃におけるしきい値電圧ＵＺは１８．５Ｖであった。このしきい値電圧ＵＺを、Δｎ・ｄを１４０ｎｍとしたときのＵλ／４に換算すると、１５．８Ｖである。
【０１１６】
（比較例１）
実施例１における液晶組成物（Ｈ）を、以下に示す液晶組成物（Ｐ）に変えて、同様の評価を行った。
【０１１７】
【化１９】
【０１１８】
この液晶組成物（Ｐ）の物性値は、ＴＮ−Ｉ＝６１．３℃、ＴＸ−Ｎ＝−２５℃で、ネマチック液晶相温度範囲ΔＴＮ＝８６．３℃であった。また、誘電異方性ε０Δε＝２．２８×１０−１０Ｆ／ｍ、屈折率異方性Δｎ＝０．１５７であった。したがってこのセルのΔｎ・ｄは２３５．５ｎｍである。
【０１１９】
この液晶組成物（Ｐ）のＢｉＮｅｍ（登録商標）型セルにおける動作温度範囲は−０〜５０℃であり、動作温度幅は５０℃であった。また、２０℃におけるしきい値電圧ＵＺは１４．１Ｖであった。このしきい値電圧ＵＺを、Δｎ・ｄを１４０ｎｍとしたときのＵλ／４に換算すると、８．４Ｖである。
【０１２０】
（比較例２）
実施例１における液晶組成物（Ｈ）を、以下に示す液晶組成物（Ｑ）に変えて、同様の評価を行った。
【０１２１】
【化２０】
【０１２２】
この液晶組成物（Ｑ）の物性値は、ＴＮ−Ｉ＝６１．０℃、ＴＸ−Ｎ＝−２０℃で、ネマチック液晶相温度範囲ΔＴＮ＝８１．０℃であった。また、誘電異方性ε０Δε＝２．５７×１０−１０Ｆ／ｍ、屈折率異方性Δｎ＝０．１５６であった。したがってこのセルのΔｎ・ｄは２３４ｎｍである。
【０１２３】
この液晶組成物（Ｑ）のＢｉＮｅｍ（登録商標）型セルにおける動作温度範囲は５〜５０℃であり、動作温度幅は４５℃であった。また、２０℃におけるしきい値電圧ＵＺは１４．２Ｖであった。このしきい値電圧ＵＺを、Δｎ・ｄを１４０ｎｍとしたときのＵλ／４に換算すると、８．５Ｖである。
【０１２４】
（比較例３）
実施例１における液晶組成物（Ｈ）を、以下に示す液晶組成物（Ｒ）に変えて、同様の評価を行った。
【０１２５】
【化２１】
【０１２６】
この液晶組成物（Ｒ）の物性値は、ＴＮ−Ｉ＝８８．４℃、ＴＸ−Ｎ＝−４４℃で、ネマチック液晶相温度範囲ΔＴＮ＝１３２．４℃であった。また、誘電異方性ε０Δε＝８．５０×１０−１１Ｆ／ｍ、屈折率異方性Δｎ＝０．１０７であった。したがってこのセルのΔｎ・ｄは１６０．５ｎｍである。
【０１２７】
この液晶組成物（Ｒ）のＢｉＮｅｍ（登録商標）型セルでの２０℃におけるしきい値電圧ＵＺは７２．０Ｖであった。このしきい値電圧ＵＺを、Δｎ・ｄを１４０ｎｍとしたときのＵλ／４に換算すると、６２．８Ｖである。
【０１２８】
（比較例４）
実施例１における液晶組成物（Ｈ）を、以下に示す液晶組成物（Ｓ）に変えて、同様の評価を行った。
【０１２９】
【化２２】
【０１３０】
この液晶組成物（Ｓ）の物性値は、ＴＮ−Ｉ＝９１．６℃、ＴＸ−Ｎ＝−４４℃で、ネマチック液晶相温度範囲ΔＴＮ＝１３５．６℃であった。また、誘電異方性ε０Δε＝９．２１×１０−１１Ｆ／ｍ、屈折率異方性Δｎ＝０．１２０であった。したがってこのセルのΔｎ・ｄは１８０ｎｍである。
【０１３１】
この液晶組成物（Ｓ）のＢｉＮｅｍ（登録商標）型セルでの２０℃におけるしきい値電圧ＵＺは４４．０Ｖであった。このしきい値電圧ＵＺを、Δｎ・ｄを１４０ｎｍとしたときのＵλ／４に換算すると、３４．２Ｖである。
【０１３２】
以上の実施例及び比較例で調製した液晶組成物について物性値を評価した結果及びこれらの液晶組成物を用いて液晶表示素子を作製して特性を評価した結果を表１に示す。
【０１３３】
【表１】
【０１３４】
実施例と比較例とを比較すると、実施例の方がＢｉＮｅｍ（登録商標）型セルによる動作温度範囲が広いことが分かる。すなわち、本発明の液晶材料の組み合わせによって、バイステイブルネマチック液晶表示素子における動作温度範囲が広い液晶組成物を得ることができた。
【産業上の利用可能性】
【０１３５】
本発明の液晶組成物は、少なくとも一方の基板が弱い極角アンカリング力を有する２枚の基板上に支持されたバイステイブルネマチック液晶表示素子用途に好適に利用することができ、動作温度範囲の広いバイステイブルネマチック液晶表示素子を得ることができる。
【符号の説明】
【０１３６】
１…ガラス基板、２…ＩＴＯ電極層、３…強アンカリング配向膜、４…弱アンカリング配向膜。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一般式（Ａ１）から（Ａ５）
【化１】
（式（Ａ１）から（Ａ５）中、Ｒ１は炭素原子数２から７のアルキル基又はアルケニル基（該アルキル基又はアルケニル基中に存在する１個又は２個以上のメチレン基は、酸素原子が相互に直接結合しないものとしてそれぞれ独立に酸素原子、−ＣＯＯ−又は−ＯＣＯ−で置換されていても良い。）を表し、Ｚ１は、−ＣＨ２ＣＨ２−、−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、−ＣＨ２Ｏ−、−ＯＣＨ２−、−ＣＦ２Ｏ−、−ＯＣＦ２−、又は単結合を表し、Ｚ２は、−ＣＨ２ＣＨ２−、−ＣＨ＝ＣＨ−、−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、−ＣＨ２Ｏ−、−ＯＣＨ２−、−ＣＦ２Ｏ−、−ＯＣＦ２−、又は単結合を表し、Ｚ３は、−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、−ＣＨ２Ｏ−、−ＯＣＨ２−、−ＣＦ２Ｏ−、−ＯＣＦ２−、−Ｃ≡Ｃ−、又は単結合を表し、Ｚ４及びＺ５はそれぞれ独立して、−ＣＨ２ＣＨ２−、−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、−ＣＨ２Ｏ−、−ＯＣＨ２−、−ＣＦ２Ｏ−、−ＯＣＦ２−、又は単結合を表し、Ｘ１はシアノ基、フッ素原子、塩素原子、トリフルオロメチル基、トリフルオロメトキシ基、又はジフルオロメトキシ基（−ＯＣＨＦ２）を表し、Ｙ１、Ｙ２、Ｙ３及びＹ４はそれぞれ独立して、水素原子、フッ素原子、塩素原子、トリフルオロメチル基、又はトリフルオロメトキシ基を表し、環Ｔ１は１，４−フェニレン基又は１，４−シクロヘキシレン基（これらの基のうち１，４−フェニレン基は、非置換であるか又は置換基としてフッ素原子、塩素原子、メチル基、トリフルオロメチル基若しくはトリフルオロメトキシ基を１個若しくは２個以上有することができる。）を表し、ｍは０又は１を表し、ｐ及びｑは０又は１を表し、ただしｐ＋ｑは０又は１である。）で表される化合物群Ａから選ばれる１又は２以上の化合物を２０質量％以上含有し、
一般式（Ｂ１）から（Ｂ１０）
【化２】
（式（Ｂ１）から（Ｂ１０）中、Ｒ２及びＲ３はそれぞれ独立して、炭素原子数１から７のアルキル基又は炭素原子数２から７のアルケニル基（該アルキル基又はアルケニル基中に存在する１個又は２個以上のメチレン基は、酸素原子が相互に直接結合しないものとしてそれぞれ独立に酸素原子、−ＣＯＯ−又は−ＯＣＯ−で置換されていても良い。）を表し、Ｚ６は、−ＣＨ２ＣＨ２−、−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、−ＣＨ２Ｏ−、−ＯＣＨ２−、−ＣＦ２Ｏ−、−ＯＣＦ２−、又は単結合を表し、Ｚ７は、−ＣＨ２ＣＨ２−、−ＣＨ＝ＣＨ−、−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、−ＣＨ２Ｏ−、−ＯＣＨ２−、−ＣＦ２Ｏ−、−ＯＣＦ２−、又は単結合を表し、Ｚ８は、−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、−ＣＨ２Ｏ−、−ＯＣＨ２−、−ＣＦ２Ｏ−、−ＯＣＦ２−、−Ｃ≡Ｃ−、又は単結合を表し、Ｚ９及びＺ１０はそれぞれ独立して、−ＣＨ２ＣＨ２−、−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、又は単結合を表し、Ｙ７からＹ１４はそれぞれ独立して、水素原子、メチル基、フッ素原子、又は塩素原子を表し、環Ｔ２及びＴ３はそれぞれ独立して、１，４−フェニレン基又は１，４−シクロヘキシレン基（これらの基のうち１，４−フェニレン基は、非置換であるか又は置換基としてフッ素原子、塩素原子、メチル基、トリフルオロメチル基若しくはトリフルオロメトキシ基を１個若しくは２個以上有することができる。）を表す。）で表される化合物群Ｂから選ばれる１又は２以上の化合物を５〜５０質量％含有するネマチック液晶組成物であり、
前記ネマチック液晶組成物に使用される前記化合物の相対的な比率が、前記組成物に関して下記の物理的特性、すなわち、
・液晶組成物のネマチック−アイソトロピック転移温度（ＴＮ−Ｉ）が５０℃以上であり、
・液晶組成物がネマチック相を示す温度範囲（ΔＴＮ）が５０℃以上であり、
・２０℃における誘電異方性が８×１０−１１Ｆ／ｍ以上であり、
・２０℃における屈折率異方性Δｎと厚さｄとの積（Δｎ・ｄ）が１４０ｎｍであって少なくとも一方の基板が弱い極角アンカリング力を有する２枚のバイステイブルネマチック液晶表示素子用基板の間に支持されたときのアンカリング破壊電圧Ｕλ／４が２５Ｖ以下であることを、
同時に得るように決定されていることを特徴とするネマチック液晶組成物。
【請求項２】
前記２０℃における誘電異方性が１．３×１０−１０〜３．０×１０−１０Ｆ／ｍである請求項１に記載のネマチック液晶組成物。
【請求項３】
前記化合物群Ａから選ばれる２以上の化合物を含有する請求項１に記載のネマチック液晶組成物。
【請求項４】
一般式（Ａ１）において、Ｘ１がシアノ基を表し、Ｚ１が単結合を表し、Ｙ１及びＹ２がそれぞれ独立して水素原子又はフッ素原子を表し、
一般式（Ａ２）において、Ｘ１がシアノ基、トリフルオロメトキシ基又はフッ素原子を表し、Ｚ１が−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、−ＣＨ２ＣＨ２−、−ＣＦ２Ｏ−、−ＯＣＦ２−、又は単結合を表し、Ｙ１及びＹ２がそれぞれ独立して水素原子又はフッ素原子を表し、
一般式（Ａ３）において、Ｘ１がシアノ基又はフッ素原子を表し、Ｚ２が−ＣＨ２ＣＨ２−、−ＣＨ＝ＣＨ−、又は単結合を表し、Ｙ１及びＹ２がそれぞれ独立して水素原子又はフッ素原子を表し、
一般式（Ａ４）において、Ｘ１がシアノ基又はフッ素原子を表し、Ｚ１が単結合を表し、Ｚ３が−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、−ＣＦ２Ｏ−、−ＯＣＦ２−、又は単結合を表し、Ｙ１及びＹ２がそれぞれ独立して水素原子又はフッ素原子を表し、
一般式（Ａ５）において、ｐが０であり、Ｘ１がシアノ基又はフッ素原子を表し、Ｚ２及びＺ４がそれぞれ単結合を表し、Ｙ１及びＹ２がそれぞれ独立して水素原子又はフッ素原子を表す請求項１に記載のネマチック液晶組成物。
【請求項５】
一般式（Ａ１）で表される化合物を５質量％以上含有し、一般式（Ａ１）において、Ｘ１がシアノ基であり、Ｚ１が単結合であり、Ｙ１及びＹ２がそれぞれフッ素原子である請求項１に記載のネマチック液晶組成物。
【請求項６】
２０℃における屈折率異方性Δｎが０．０６〜０．１３である請求項１に記載のネマチック液晶組成物。
【請求項７】
２０℃における屈折率異方性Δｎが０．０６〜０．１３であり、前記２０℃における誘電異方性が１．３×１０−１０〜３．０×１０−１０Ｆ／ｍである請求項１に記載のネマチック液晶組成物。
【請求項８】
２０℃における屈折率異方性Δｎが０．０６〜０．１３であり、１枚偏光板モードに使用される請求項１から４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】
請求項１に記載のネマチック液晶組成物がセルを形成する２枚の基板の間に支持され、これら基板の内側の面に配向膜及び電極構造を備えており、
前記少なくとも一方の基板の配向膜は、２０℃における屈折率異方性Δｎと厚さｄとの積（Δｎ・ｄ）が１４０ｎｍである厚さｄを有するセルにおいてアンカリング破壊電圧Ｕλ／４が２５Ｖ以下となることとして定義される弱い極角アンカリング力を有し、前記弱い極角アンカリング力によって前記液晶組成物が少なくとも２つの異なる安定状態をとることができ、
前記電極構造に適当な電気信号が印加されたときに少なくとも２つの異なる安定状態の間のスイッチングが達成されるバイステイブルネマチック液晶表示素子。
【請求項１０】
前記バイステイブルネマチック液晶表示素子がアンカリング破壊型である請求項９に記載のバイステイブルネマチック液晶表示素子。
【請求項１１】
前記少なくとも２つの異なる安定状態として、液晶組成物中の分子が互いに少なくとも±２０°の範囲で略平行に配列されて均一又はわずかにねじれた第１の安定テクスチャーと、前記２枚の基板間で１８０±２０°でねじれたテクスチャーをとる第２の安定テクスチャーとを有し、
前記電極構造に適当な電気信号が印加されたときに前記第１の安定テクスチャーと第２の安定テクスチャーとの間のスイッチングが達成される請求項９に記載のバイステイブルネマチック液晶表示素子。
【請求項１２】
前記２つの安定テクスチャー間のスイッチングは、少なくとも１つの基板の極角アンカリングの破壊によって達成される請求項１１に記載のバイステイブルネマチック液晶表示素子。
【請求項１３】
前記２つの基板の配向膜によるアンカリングは、両方ともモノステイブルである請求項９に記載のバイステイブルネマチック液晶表示素子。
【請求項１】
一般式（Ａ１）から（Ａ５）
【化１】
（式（Ａ１）から（Ａ５）中、Ｒ１は炭素原子数２から７のアルキル基又はアルケニル基（該アルキル基又はアルケニル基中に存在する１個又は２個以上のメチレン基は、酸素原子が相互に直接結合しないものとしてそれぞれ独立に酸素原子、−ＣＯＯ−又は−ＯＣＯ−で置換されていても良い。）を表し、Ｚ１は、−ＣＨ２ＣＨ２−、−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、−ＣＨ２Ｏ−、−ＯＣＨ２−、−ＣＦ２Ｏ−、−ＯＣＦ２−、又は単結合を表し、Ｚ２は、−ＣＨ２ＣＨ２−、−ＣＨ＝ＣＨ−、−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、−ＣＨ２Ｏ−、−ＯＣＨ２−、−ＣＦ２Ｏ−、−ＯＣＦ２−、又は単結合を表し、Ｚ３は、−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、−ＣＨ２Ｏ−、−ＯＣＨ２−、−ＣＦ２Ｏ−、−ＯＣＦ２−、−Ｃ≡Ｃ−、又は単結合を表し、Ｚ４及びＺ５はそれぞれ独立して、−ＣＨ２ＣＨ２−、−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、−ＣＨ２Ｏ−、−ＯＣＨ２−、−ＣＦ２Ｏ−、−ＯＣＦ２−、又は単結合を表し、Ｘ１はシアノ基、フッ素原子、塩素原子、トリフルオロメチル基、トリフルオロメトキシ基、又はジフルオロメトキシ基（−ＯＣＨＦ２）を表し、Ｙ１、Ｙ２、Ｙ３及びＹ４はそれぞれ独立して、水素原子、フッ素原子、塩素原子、トリフルオロメチル基、又はトリフルオロメトキシ基を表し、環Ｔ１は１，４−フェニレン基又は１，４−シクロヘキシレン基（これらの基のうち１，４−フェニレン基は、非置換であるか又は置換基としてフッ素原子、塩素原子、メチル基、トリフルオロメチル基若しくはトリフルオロメトキシ基を１個若しくは２個以上有することができる。）を表し、ｍは０又は１を表し、ｐ及びｑは０又は１を表し、ただしｐ＋ｑは０又は１である。）で表される化合物群Ａから選ばれる１又は２以上の化合物を２０質量％以上含有し、
一般式（Ｂ１）から（Ｂ１０）
【化２】
（式（Ｂ１）から（Ｂ１０）中、Ｒ２及びＲ３はそれぞれ独立して、炭素原子数１から７のアルキル基又は炭素原子数２から７のアルケニル基（該アルキル基又はアルケニル基中に存在する１個又は２個以上のメチレン基は、酸素原子が相互に直接結合しないものとしてそれぞれ独立に酸素原子、−ＣＯＯ−又は−ＯＣＯ−で置換されていても良い。）を表し、Ｚ６は、−ＣＨ２ＣＨ２−、−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、−ＣＨ２Ｏ−、−ＯＣＨ２−、−ＣＦ２Ｏ−、−ＯＣＦ２−、又は単結合を表し、Ｚ７は、−ＣＨ２ＣＨ２−、−ＣＨ＝ＣＨ−、−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、−ＣＨ２Ｏ−、−ＯＣＨ２−、−ＣＦ２Ｏ−、−ＯＣＦ２−、又は単結合を表し、Ｚ８は、−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、−ＣＨ２Ｏ−、−ＯＣＨ２−、−ＣＦ２Ｏ−、−ＯＣＦ２−、−Ｃ≡Ｃ−、又は単結合を表し、Ｚ９及びＺ１０はそれぞれ独立して、−ＣＨ２ＣＨ２−、−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、又は単結合を表し、Ｙ７からＹ１４はそれぞれ独立して、水素原子、メチル基、フッ素原子、又は塩素原子を表し、環Ｔ２及びＴ３はそれぞれ独立して、１，４−フェニレン基又は１，４−シクロヘキシレン基（これらの基のうち１，４−フェニレン基は、非置換であるか又は置換基としてフッ素原子、塩素原子、メチル基、トリフルオロメチル基若しくはトリフルオロメトキシ基を１個若しくは２個以上有することができる。）を表す。）で表される化合物群Ｂから選ばれる１又は２以上の化合物を５〜５０質量％含有するネマチック液晶組成物であり、
前記ネマチック液晶組成物に使用される前記化合物の相対的な比率が、前記組成物に関して下記の物理的特性、すなわち、
・液晶組成物のネマチック−アイソトロピック転移温度（ＴＮ−Ｉ）が５０℃以上であり、
・液晶組成物がネマチック相を示す温度範囲（ΔＴＮ）が５０℃以上であり、
・２０℃における誘電異方性が８×１０−１１Ｆ／ｍ以上であり、
・２０℃における屈折率異方性Δｎと厚さｄとの積（Δｎ・ｄ）が１４０ｎｍであって少なくとも一方の基板が弱い極角アンカリング力を有する２枚のバイステイブルネマチック液晶表示素子用基板の間に支持されたときのアンカリング破壊電圧Ｕλ／４が２５Ｖ以下であることを、
同時に得るように決定されていることを特徴とするネマチック液晶組成物。
【請求項２】
前記２０℃における誘電異方性が１．３×１０−１０〜３．０×１０−１０Ｆ／ｍである請求項１に記載のネマチック液晶組成物。
【請求項３】
前記化合物群Ａから選ばれる２以上の化合物を含有する請求項１に記載のネマチック液晶組成物。
【請求項４】
一般式（Ａ１）において、Ｘ１がシアノ基を表し、Ｚ１が単結合を表し、Ｙ１及びＹ２がそれぞれ独立して水素原子又はフッ素原子を表し、
一般式（Ａ２）において、Ｘ１がシアノ基、トリフルオロメトキシ基又はフッ素原子を表し、Ｚ１が−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、−ＣＨ２ＣＨ２−、−ＣＦ２Ｏ−、−ＯＣＦ２−、又は単結合を表し、Ｙ１及びＹ２がそれぞれ独立して水素原子又はフッ素原子を表し、
一般式（Ａ３）において、Ｘ１がシアノ基又はフッ素原子を表し、Ｚ２が−ＣＨ２ＣＨ２−、−ＣＨ＝ＣＨ−、又は単結合を表し、Ｙ１及びＹ２がそれぞれ独立して水素原子又はフッ素原子を表し、
一般式（Ａ４）において、Ｘ１がシアノ基又はフッ素原子を表し、Ｚ１が単結合を表し、Ｚ３が−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、−ＣＦ２Ｏ−、−ＯＣＦ２−、又は単結合を表し、Ｙ１及びＹ２がそれぞれ独立して水素原子又はフッ素原子を表し、
一般式（Ａ５）において、ｐが０であり、Ｘ１がシアノ基又はフッ素原子を表し、Ｚ２及びＺ４がそれぞれ単結合を表し、Ｙ１及びＹ２がそれぞれ独立して水素原子又はフッ素原子を表す請求項１に記載のネマチック液晶組成物。
【請求項５】
一般式（Ａ１）で表される化合物を５質量％以上含有し、一般式（Ａ１）において、Ｘ１がシアノ基であり、Ｚ１が単結合であり、Ｙ１及びＹ２がそれぞれフッ素原子である請求項１に記載のネマチック液晶組成物。
【請求項６】
２０℃における屈折率異方性Δｎが０．０６〜０．１３である請求項１に記載のネマチック液晶組成物。
【請求項７】
２０℃における屈折率異方性Δｎが０．０６〜０．１３であり、前記２０℃における誘電異方性が１．３×１０−１０〜３．０×１０−１０Ｆ／ｍである請求項１に記載のネマチック液晶組成物。
【請求項８】
２０℃における屈折率異方性Δｎが０．０６〜０．１３であり、１枚偏光板モードに使用される請求項１から４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】
請求項１に記載のネマチック液晶組成物がセルを形成する２枚の基板の間に支持され、これら基板の内側の面に配向膜及び電極構造を備えており、
前記少なくとも一方の基板の配向膜は、２０℃における屈折率異方性Δｎと厚さｄとの積（Δｎ・ｄ）が１４０ｎｍである厚さｄを有するセルにおいてアンカリング破壊電圧Ｕλ／４が２５Ｖ以下となることとして定義される弱い極角アンカリング力を有し、前記弱い極角アンカリング力によって前記液晶組成物が少なくとも２つの異なる安定状態をとることができ、
前記電極構造に適当な電気信号が印加されたときに少なくとも２つの異なる安定状態の間のスイッチングが達成されるバイステイブルネマチック液晶表示素子。
【請求項１０】
前記バイステイブルネマチック液晶表示素子がアンカリング破壊型である請求項９に記載のバイステイブルネマチック液晶表示素子。
【請求項１１】
前記少なくとも２つの異なる安定状態として、液晶組成物中の分子が互いに少なくとも±２０°の範囲で略平行に配列されて均一又はわずかにねじれた第１の安定テクスチャーと、前記２枚の基板間で１８０±２０°でねじれたテクスチャーをとる第２の安定テクスチャーとを有し、
前記電極構造に適当な電気信号が印加されたときに前記第１の安定テクスチャーと第２の安定テクスチャーとの間のスイッチングが達成される請求項９に記載のバイステイブルネマチック液晶表示素子。
【請求項１２】
前記２つの安定テクスチャー間のスイッチングは、少なくとも１つの基板の極角アンカリングの破壊によって達成される請求項１１に記載のバイステイブルネマチック液晶表示素子。
【請求項１３】
前記２つの基板の配向膜によるアンカリングは、両方ともモノステイブルである請求項９に記載のバイステイブルネマチック液晶表示素子。
【図１】
【図２】
【図２】
【公表番号】特表２０１０−５２７３８１（Ｐ２０１０−５２７３８１Ａ）
【公表日】平成２２年８月１２日（２０１０．８．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−５３９５５７（Ｐ２００９−５３９５５７）
【出願日】平成２０年５月１６日（２００８．５．１６）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＪＰ２００８／０５９５００
【国際公開番号】ＷＯ２００８／１４３３４０
【国際公開日】平成２０年１１月２７日（２００８．１１．２７）
【出願人】（０００００２８８６）ＤＩＣ株式会社 (2,597)
【出願人】（５００２２５７７８）
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２２年８月１２日（２０１０．８．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年５月１６日（２００８．５．１６）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＪＰ２００８／０５９５００
【国際公開番号】ＷＯ２００８／１４３３４０
【国際公開日】平成２０年１１月２７日（２００８．１１．２７）
【出願人】（０００００２８８６）ＤＩＣ株式会社 (2,597)
【出願人】（５００２２５７７８）
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]