強誘電性液晶組成物及び表示素子
【課題】融点が低く高速応答して、かつ相転移温度が低い強誘電性液晶組成物を提供する。
【解決手段】一般式（I）〜（IV）で表される化合物を含有する強液晶組成物。
Ｒ１１からＲ４２は、アルキル基等を表す。
【解決手段】一般式（I）〜（IV）で表される化合物を含有する強液晶組成物。
Ｒ１１からＲ４２は、アルキル基等を表す。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、強誘電性液晶ディスプレイの構成部材として有用な強誘電性液晶組成物に関する。
【背景技術】
【０００２】
クラークとラガーウォールらによって提案された表面安定化強誘電性液晶表示素子は、（１）高速応答であること、（２）メモリー性を有すること、（３）視野角が広いこと、（４）パッシブ駆動が可能であること、などの特性を示すことから、次世代の表示素子として注目されている。
【０００３】
強誘電性液晶になり得る液晶相は、チルト系のキラルスメクティック液晶相であるが、実用的には粘性の点で有利なキラルスメクティックＣ相（以下、ＳｍＣ＊と略す。）が最も広く用いられている。強誘電性液晶表示素子の動作温度、保存温度はＳｍＣ＊相の温度範囲によって制限される。幅広い温度範囲でＳｍＣ＊相を発現させるために、スメクチックＣ相を発現する非キラル化合物からなるベース液晶に、光学活性物質を添加する方法が、一般的な方法として知られている。
【０００４】
ベース液晶として用いられる非キラル化合物としては、フェニルピリミジン系の化合物が有用である。特に、下記構造を有する化合物、
【０００５】
【化１】
【０００６】
（式中、Ｒ１及びＲ２は直鎖状アルキル基を表す。）
は、フェニルピリミジン系の化合物としては比較的粘性が低く高速応答に適することから、当該化合物を数種混合した組成物（以下、ＰＹベースと略す。）はベース液晶として汎用されている。フェニルピリミジン系化合物を用いたＰＹベース液晶は、比較的低粘度である反面、融点が通常０℃以上と高い問題を有している。
【０００７】
ＰＹベース液晶の低融点化を達成する技術として、ＰＹベース液晶に下記分岐メチル基を側鎖に有するピリミジン系化合物、
【０００８】
【化２】
【０００９】
を添加する方法が開示されている（特許文献１及び２参照。）。
しかし、当該引用文献記載の組成物においては、ピリミジン系化合物における分岐側鎖において、メチル基の置換位置が最適化されていない問題があった。そのため、当該引用文献記載の液晶組成物は融点が５℃程度と高く、強誘電性液晶ディスプレイの実用化には不十分なものであった。一方、低融点化に効果のある方法としてアルキル鎖の末端にシクロプロパン環構造を持つ化合物とアルキル鎖中にジメチル分岐を持つ化合物を混合する方法が報告されている（特許文献３参照）。しかしながら、報告されている融点は１１℃あるいは１３℃と高く実用的に不十分なもので、かつ、応答に関する効果は記載されていない。
【００１０】
一方、強誘電性液晶組成物は液晶表示素子を作製する際、強誘電性を示すのが固体に近い液晶相であるスメクチック相であるので、このスメクチック相で液晶を表示セルの中に注入することが難しく、液体相あるいはネマチック相まで温度を上昇させる必要がある。従って、液晶相と液体相との間の相転移温度が高いと熱による液晶材料、あるいは、液晶表示素子に使用する部材、シール剤等が変質する可能性があり、また、加熱及び冷却にエネルギーと時間を要し、製造プロセスとして好ましくなかった。
【００１１】
そのため、融点が低く高速応答して、かつ液晶相と液体相との間の相転移温度が低い強誘電性液晶組成物の開発が望まれていた。
【００１２】
【特許文献１】特開昭６４−７９１６０号公報
【特許文献２】特開平２−２０４４８４号公報
【特許文献３】特開平５−２５５２７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明が解決しようとする課題は、融点が低く高速応答して、かつ液晶相と液体相との間の相転移温度が低い強誘電性液晶組成物を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するため、本願発明者らは種々のフェニルピリミジン誘導体、分子構造の末端に環構造を有する化合物、不斉炭素にフッ素が導入された化合物を用いて液晶組成物の検討を行い、特定の２環のフェニルピリミジン誘導体、特定の３環のフェニルピリミジン誘導体、特定の末端環構造を有する化合物、及び特定の不斉炭素にフッ素が導入された化合物の混合により、融点が低く高速応答して、かつ液晶相と液体相との間の相転移温度が低い強誘電性液晶組成物が得られることを見出し、本願発明の完成に至った。
本願発明は、一般式（I）
【００１５】
【化３】
（式中、Ｒ１１及びＲ１２は各々独立に炭素原子数１〜１８の直鎖状又は分岐状のアルキル基を表す。）で表される化合物を少なくとも１種含有し、一般式（II）
【００１６】
【化４】
【００１７】
（式中、Ｒ２１及びＲ２２は各々独立に炭素原子数１〜１８の直鎖状又は分岐状のアルキル基を表す。）で表される化合物を少なくとも１種含有し、一般式（III−ａ）
【００１８】
【化５】
（式中、Ｒ３１は炭素原子数１〜１８の直鎖状又は分岐状のアルキル基あるいはアルコキシ基を表し、R３２は単結合、又は炭素数１〜１２のアルキレン基を表し、ａは０又は１を表す。）及び一般式（III−ｂ）
【００１９】
【化６】
（Ｒ３３は炭素原子数１〜１８の直鎖状又は分岐状のアルキル基あるいはアルコキシ基を表し、R３４は単結合、又は炭素数１〜１２のアルキレン基を表し、ｂは０又は１を表す。）で表される化合物からなる群より選ばれる少なくとも１種を含有し、一般式（IV）
【００２０】
【化７】
【００２１】
（式中、Ｒ４１は炭素原子数１〜１８の直鎖状又は分岐状のアルキル基あるいはアルコキシ基を表し、Ｒ４２は炭素原子数１〜１８の直鎖状又は分岐状のアルキル基を表し、X４１及びX４２は各々独立に水素原子又はフッ素原子を表し、ｃは０又は１を表す。）で表される化合物を少なくとも１種含有することを特徴とする強誘電性液晶組成物を提供し、該液晶組成物及び光学活性化合物を含有する強誘電性液晶組成物を提供し、併せて該強誘電性液晶組成物を用いた強誘電性液晶表示素子を提供する。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の液晶組成物及び強誘電性液晶組成物は融点が低い特徴を有することから、低温保存時に結晶の析出を効果的に防ぐことが可能である。本願発明の強誘電性液晶組成物は、強誘電性液晶ディスプレイの構成部材として極めて有用である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
本願発明の強誘電性液晶組成物は、一般式（I）で表される化合物を含有するが、一般式（I）で表される化合物としては、一般式（I-a）
【００２４】
【化８】
（式中、Ｒ１３及びＲ１４は各々独立に炭素数１〜１８の直鎖状アルキル基を表す。）で表される化合物を少なくとも１種と、一般式（I-b）、
【００２５】
【化９】
（式中、Ｒ１５は炭素数１〜１８の直鎖状アルキル基、Ｒ１６は炭素数１〜１８の分岐状アルキル基を表す。）で表される化合物を少なくとも１種とからなることが好ましい。
【００２６】
化合物（I-a）としては、Ｒ１１及びＲ１２が各々独立に炭素原子数２〜１６のものがさらに好ましく、炭素原子数３〜１４のものが特に好ましい。化合物（I-ｂ）としては、分岐状アルキル鎖の分岐がメチル基であるものが好ましく、分岐の数は１及び２のものがさらに好ましい。化合物（I-ｂ）として好ましい構造の具体例を以下に挙げる。
【００２７】
【化１０】
【００２８】
（式中、ｐは４〜１４の整数を表し、ｑ及びｒは各々独立に１〜１１の整数を表すが、q＋rは８以下であり、ｓ、ｔ及びｕは各々独立に１〜８の整数を表すが、ｓ＋ｔ＋ｕは１０以下である。ただし、分岐側鎖において分子両末端のアルキル基部分は直鎖である。）
一般式（II）
【００２９】
【化１１】
【００３０】
（式中、Ｒ２１及びＲ２２は各々独立に炭素原子数１〜１８の直鎖状又は分岐状のアルキル基を表す。）
で表される化合物としては、Ｒ２１が炭素原子数１〜１８の直鎖状アルキル基であり、かつ、Ｒ２２が炭素原子数１〜１８の分岐状アルキル基である化合物が好ましい。この中でも、Ｒ２１及びＲ２２の炭素原子数としては、各々独立に２〜１６のものがさらに好ましく、３〜１４のものが特に好ましい。分岐状アルキル鎖の分岐はメチル基であるものが好ましく、分岐の数は１及び２のものがさらに好ましい。化合物（II）として特に好ましい構造の具体例を以下に挙げる。
【００３１】
【化１２】
【００３２】
（式中、ｅは４〜１４の整数を表し、ｆ及びｇは各々独立に１〜１１の整数を表すがｆ＋ｇは８以下であり、ｈ、ｉ及びｋは各々独立に１〜８の整数を表すが、ｈ＋ｉ＋ｋは１０以下である。ただし、分岐側鎖において分子両末端のアルキル基部分は直鎖である。）
一般式（III−ａ）又は一般式（III−ｂ）の化合物として好ましい具体例を下記に挙げる。
【００３３】
【化１３】
【００３４】
（式中、Ｒ３３１は炭素数４〜１４のアルキル基あるいはアルコキシ基を表す。）
一般式（IV）
の化合物としては、結晶化を抑制し融点を低下する目的ではｃが０の化合物が好ましい。特に好ましい化合物の具体例を以下に挙げる。
【００３５】
【化１４】
【００３６】
（式中、Ｒ４４１及びＲ４４２は各々独立的に炭素数４〜１４のアルキル基を表す。）
本願発明の強誘電性液晶組成物は、焼付きあるいは反転異常等の表示不良を防止する目的で、一般式（V）
【００３７】
【化１５】
【００３８】
（式中、Z５は酸素原子又はイオウ原子を表し、ａ５及びｂ５は各々独立に１から５の整数を表すが、ａ５＋ｂ５は２〜６であり、X５１及びX５２は各々独立に酸素原子、イオウ原子、下記構造
【００３９】
【化１６】
【００４０】
（式中、Ｒ５は隣り合わない−ＣＨ２−基が、−ＣＯＯ−、−ＣＯ―、―Ｏ―、―Ｓ―、又は―ＣＨ＝ＣＨ−によって置換されていても良い炭素数１〜１５のアルキル基又はハロゲン化アルキル基、水素原子、シクロヘキシル基、フェニル基、ベンジル基、又はベンゾイル基である。）のいずれかの基であるか、又は、X５１、X５２が一緒になった下記構造、
【００４１】
【化１７】
【００４２】
（式中、Z５１、及びZ５２は各々独立に酸素原子又はイオウ原子を表し、ｃ５１及びｄ５１は各々独立に１又は2を表す。）のいずれかを表す。）で表される化合物を含むことも好ましい。
一般式（V）で表される化合物としては、下記分子構造、
【００４３】
【化１８】
【００４４】
（式中、Ｒ５５１及びＲ５５２は各々独立に、隣り合わない−ＣＨ２−基が、−ＣＯＯ−、−ＣＯ―、―Ｏ―、―Ｓ―、又は―ＣＨ＝ＣＨ−によって置換されていても良い炭素数１〜１５のアルキル基又はハロゲン化アルキル基、水素原子、シクロヘキシル基、フェニル基、ベンジル基、又はベンゾイル基を表す。）のいずれかで表される化合物がより好ましい。
一般式（V）の化合物の構造の具体例を以下に挙げる。
【００４５】
【化１９】
【００４６】
（式中、Ｒ５５３は炭素数１〜１５のアルキル基を表し、ｅ５は１から１０の整数を表す。）
本願発明の強誘電性液晶組成物としては一般式（I）、一般式（II）、一般式（III−ａ）あるいは一般式（ＩＩＩ−ｂ）、及び、一般式（IV）で表される化合物を使用するが、液晶の温度範囲を広くしたり、転移温度を好ましい温度範囲に保ったり、好ましい液晶相系列を発現させたり、チルト角を好ましい範囲に保ったり、高速応答を行うことができるよう粘性を低くしたり、あるいは、高速応答ができるよう自発分極を好ましい範囲に保つために、強誘電性液晶組成物全体に対しての好ましい含有量がある。一般式（I）で表される化合物の含有量は、５〜５０％が好ましく、１０〜４５％がより好ましく、２０〜４０％が特に好ましい。このなかでも一般式（I）で表される化合物を２種以上含有することがなお好ましい。一般式（II）で表される化合物の含有量は、１０〜５５％が好ましく、２０〜４５％がより好ましく、２５〜４５％が特に好ましい。この中でも一般式（II）で表される化合物を２種以上含有することが好ましい。一般式（III−ａ）あるいは一般式（ＩＩＩ−ｂ）、で表される化合物の含有量は、２〜４０％が好ましく、３〜３０％がより好ましく、４〜２０％が特に好ましい。一般式（IV）の含有量が少なすぎると自発分極の値が小さくなり応答が遅くなり、一方、含有量が多すぎるとキラルな効果に基づく好ましくない分子配列のねじれが発生するので、一般式（IV）の含有量としては、１％〜４０％が好ましく、３〜３０％がより好ましく、５〜２５％が特に好ましい。また、一般式（IV）で表される化合物の一化合物あたりの含有量が１％〜１０％であると、単一成分が多すぎることによる好ましくない結晶化や相系列の乱れを抑制することができるのでなお良い。
【００４７】
強誘電性液晶組成物を実際の表示素子として使用する場合には強誘電性相となる（キラル）スメクチックC相の温度範囲は室温を含む範囲となるよう一般式（I）、一般式（II）、一般式（III−ａ）あるいは一般式（ＩＩＩ−ｂ）、及び、一般式（IV）で表される化合物を混合する必要がある。−２０℃で結晶化しないことが好ましく、強誘電性液晶組成物のTAC点（スメクチックC−スメクチックA相転移温度）は室温より十分高い温度である５０℃〜８５℃であることが好ましく、特には５５℃〜８０℃であることが好ましい。ただし、TAC点は次に述べる透明点の好ましい温度範囲に応じて決定されるものである。一方、強誘電性液晶組成物は液晶表示素子を作製する際、強誘電性を示すのが固体に近い液晶相であるスメクチック相であるので、このスメクチック相で液晶を表示セルの中に注入することが難しく、液体相あるいはネマチック相まで温度を上昇させる必要がある。従って、透明点（液晶−液体相転移温度）が高いと熱による液晶材料、あるいは、液晶表示素子に使用する部材、シール剤等が変質する可能性があり、また、加熱及び冷却にエネルギーと時間を要し、プロセスとして好ましくないため、透明点は７５〜１００℃であることが好ましく、特には７５〜９５℃であることが好ましい。良配向を得るためには、ネマチック相、及びスメクチックA相の温度範囲が十分広いことが好ましく、具体的には、各々独立に、ネマチック相あるいはスメクチックA相を他の相と共存せずに単独で示す温度範囲が１℃以上であることが好ましく、３℃以上であることがより好ましい。
【００４８】
これらの液晶組成物は不純物等を除去する目的で、シリカ、アルミナ等による精製処理を施しても良い。更に、目的に応じて液晶組成物中に、キラル化合物、染料等のドーパントを添加することもできる。その他、必要に応じて酸化防止剤、紫外線吸収剤、非反応性のオリゴマーや無機充填剤、有機充填剤、重合禁止剤、消泡剤、レベリング剤、可塑剤、シランカップリング剤等を適宜添加しても良い。
【００４９】
更に、強誘電性液晶組成物の成分として、必要に応じて一般式（I）及び一般式（ＩＩ）で示される液晶性化合物以外の液晶性化合物を併用することができる。併用しうる化合物に特に限定はないが、強誘電性液晶相を安定化するためには、スメクチックＣ相、あるいはキラルスメクチックＣ相を示す液晶性化合物を用いることが好ましい。（本明細書中では、液晶相の名称を記載したときには特に断わりのない限り対応するキラルな液晶相も含むものとする。）また、強誘電性液晶相の相系列、あるいは各液晶相の温度範囲を調節するためには適宜液晶性化合物を選ぶのが良い。具体的には、ネマチック相を発現させたり、ネマチック相の温度範囲を広げたい場合には、ネマチック相を示す化合物を併用することが好ましく、また、スメクチックＡ相を発現させたり、スメクチックＡ相の温度範囲を広げたい場合には、スメクチックＡ相を示す化合物を併用することが好ましく、あるいは、Half-V用材料のように、スメクチックＡ相が不要な場合には、スメクチックＡ相を示さない化合物を併用することが好ましい。良好な配向を得るためにはネマチック相を安定化することが必要で、その場合は、スメクチック液晶と相溶性が良く温度範囲の広いネマチック相を示す化合物を添加することが好ましい。そのような化合物はネマチック相を示す温度領域の幅が２０℃〜１２０℃であるものが好ましく、透明点（液晶−液体相転移温度）が７０℃〜２２０℃であるものがより好ましい。その中でも、下記一般式（VI）
【００５０】
【化２０】
【００５１】
（式中、Ｒ６６１及びＲ６６２は各々独立に炭素原子数１〜８の直鎖状アルキル基あるいはアルコキシ基を表し、Ａ６、Ｂ６及びＣ６は１，４−フェニレン基、又は、１，４−シクロヘキシレン基を表し、ａ６は０、１、又は２表し、ｂ６，及びｃ６は０又は１の整数を表し、ａ６、ｂ６及びｃ６の合計は１又は２を表し、ただし、Ａ６が１，４−シクロヘキシレン基の場合はＲ６６１は炭素原子数１〜８の直鎖状アルキル基、C６が１，４−シクロヘキシレン基の場合はＲ６６２は炭素原子数１〜８の直鎖状アルキル基を表す。）
に示す構造を有する化合物は分子構造の直線性が高く高速応答性を得るために添加する化合物としては特に好ましい。このなかでも、Ｒ６６１及びＲ６６２は各々独立に炭素原子数１〜５の直鎖状アルキル基あるいはアルコキシ基である場合が特に好ましい。
【００５２】
コントラストの良い表示素子を得るためには、表示方式にあわせて傾き角を調整する必要がある。傾き角を大きくするためには、スメクチックＣ相の上限温度を高くしたり、スメクチックＡ相の温度幅を狭くするように、化合物を選ぶことが好ましく、傾き角を小さくするためには、スメクチックＣ相の上限温度を低くしたり、スメクチックＡ相の温度範囲を広くするような化合物を使用することが好ましい。
【００５３】
キラル化合物は一般式（IV）で示される構造の化合物を１種用いても、あるいは、構造が異なるものを複数用いても良い。キラルな効果に基づき発生する液晶相での螺旋構造を抑制し、良好な配向状態を得るためには、発生させるねじれの向きが異なる複数のキラル化合物を組合わせて用いることが好ましい。このとき、自発分極の向きは揃うようにキラル化合物の組み合わせを選ぶか、あるいは、十分大きな自発分極を発生させる化合物とねじれ構造は誘起するが自発分極値の小さな化合物の組み合わせを選ぶと自発分極の値はキャンセルされないので好ましい。キラルな効果に基づき液晶相でおこる螺旋構造の発生を抑制するために発生させるねじれの向きが異なる複数のキラル構造を同一の化合物の中に導入することも好ましく行われる。このとき、自発分極の向きは揃うようにキラル構造の組み合わせを選ぶか、あるいは、十分大きな自発分極を発生させる構造とねじれ構造は誘起するが自発分極値の小さな構造の組み合わせを選ぶと自発分極の値はキャンセルされないので好ましい。
【００５４】
本発明の強誘電性液晶組成物に、焼付けあるいは反転異常等のスイッチング不良を抑制する目的で、一般式（V）で表される化合物を添加することも好ましく行われる。この場合、一般式（V）で表される化合物の含有量が０．０００１質量％〜１０質量％であることが好ましく、さらに、０．００１質量％〜５質量％であることがより好ましい。特に、一般式（V）で表される化合物の添加により添加前の強誘電性液晶組成物のTAC点（スメクチックC−スメクチックA相転移温度）が１０℃以上変化しないように添加量を調整することが好ましい。
【００５５】
本発明の組成物を液晶セルの中に入れることにより、液晶表示素子を作製することが可能である。液晶セルの２枚の基板はガラス、プラスチックの如き柔軟性をもつ透明な材料を用いることができ、一方はシリコン等の不透明な材料でも良い。透明電極層を有する透明基板は、例えば、ガラス板等の透明基板上にインジウムスズオキシド（ＩＴＯ）をスパッタリングすることにより得ることができる。
【００５６】
強誘電性液晶組成物を用いた液晶表示素子は、フィールドシーケンシャル駆動方法を利用することにより、カラーフィルターを使用しなくてもカラー表示が可能となるが、カラーフィルターを使用した表示方法を利用してもよい。カラーフィルターは、例えば、顔料分散法、印刷法、電着法、又は、染色法等によって作成することができる。顔料分散法によるカラーフィルターの作成方法を一例に説明すると、カラーフィルター用の硬化性着色組成物を、該透明基板上に塗布し、パターニング処理を施し、そして加熱又は光照射により硬化させる。この工程を、赤、緑、青の３色についてそれぞれ行うことで、カラーフィルター用の画素部を作成することができる。その他、該基板上に、ＴＦＴ、薄膜ダイオード、金属絶縁体金属比抵抗素子等の能動素子を設けた画素電極を設置してもよい。
【００５７】
前記基板を、透明電極層が内側となるように対向させる。その際、スペーサーを介して、基板の間隔を調整してもよい。このときは、得られるセルの厚さが１〜１００μｍとなるように調整するのが好ましい。セル厚は、１から１０μｍが更に好ましく、１から４μｍがなお好ましい。偏光板を使用する場合は、コントラストが最大になるように液晶の屈折率異方性Δｎとセル厚ｄとの積を調整することが好ましい。表示素子の製造の点ではセル厚が厚い方が好ましいが、その場合にはΔｎが小さい液晶を使用する必要がある。その場合には、シクロヘキシル、あるいは、１，３，４−チアジアゾール−２，５−ジイル構造を有する化合物を併用することが望ましい。シクロヘキシル構造は、一つの分子中に一つ、あるいは２つ存在することが好ましく、１，３，４−チアジアゾール−２，５−ジイルは一つの分子中に一つ存在することが好ましい。又、二枚の偏光板がある場合は、各偏光板の偏光軸を調整して視野角やコントラトが良好になるように調整することもできる。更に、視野角を広げるための位相差フィルムも使用することもできる。スペーサーとしては、例えば、ガラス粒子、プラスチック粒子、アルミナ粒子、フォトレジスト材料等が挙げられる。その後、エポキシ系熱硬化性組成物等のシール剤を、液晶注入口を設けた形で該基板にスクリーン印刷し、該基板同士を貼り合わせ、加熱しシール剤を熱硬化させる。
【００５８】
２枚の基板間に高分子安定化強誘電性液晶組成物を狭持させるに方法は、通常の真空注入法、又はＯＤＦ法などを用いることができる。この時、液晶組成物は、均一なアイソトロピック状態か、又は（キラル）ネマチック相であることが好ましい。スメクチック相では、素子作製時の取り扱い方が難しくなる。
【実施例】
【００５９】
以下、実施例により本発明の液晶組成物について更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例により限定されるものではない。本実施例において相転移温度の測定は、温度調節ステージを備えた偏光顕微鏡および示差走査熱量計（ＤＳＣ）を併用して行った。応答時間は、液晶セル（配向膜：ポリイミド, ラビング方向：アンチパラレル, セルギャップ：２μｍ）をひとつの分子配列の安定状態において分子長軸がアナライザーと並行になるようにクロスニコルの偏光顕微鏡にセットし、室温で６０Hｚ、２０V０−ｐの矩形波を印加して透過光量が１０から９０％に変化するまでの時間を応答時間とした。焼付きの評価は、暗状態で１週間放置した液晶セルの暗状態から明状態に変化させるのに必要なパルス幅（時間）と、初期の暗状態から明状態に変化させるのに必要なパルス幅（時間）を比較することで評価した。すなわち、両者が近い値である場合には焼付きがなく、両者の値の差が大きいほど、強い焼付き現象がおきていると評価した。また、組成物中における「部」はすべて「質量部」を表すものとする。
（実施例１）
一般式（I）の化合物として下記に示す（Ｉ−１）〜（Ｉ−５）、一般式（II）の化合物として、下記に示す（ＩＩ−１）及び（ＩＩ−２）、一般式（III−ａ）あるいは一般式（ＩＩＩ−ｂ）で表される化合物として（ＩＩＩ−１）、一般式（IV）で表される化合物として（ＩV−１）を下記に示す割合で混合して強誘電性液晶組成物（FLC-1）を作製した。FLC-1の融点は−５℃と低く好ましいものであり、また、応答時間も２５０μ秒と高速であり、TAC点は６０℃と室温より十分高く好適で、透明点は８０℃とセルに注入する際に熱による液晶組成物の劣化を防ぐために十分低く好ましいものであった。
【００６０】
【化２１】
【００６１】
（比較例１）
一般式（ＩＩＩ−ａ）あるいは一般式（ＩＩＩ−ｂ）で表される化合物群を含まないことを除いて、実施例１と同様にして強誘電性液晶組成物（ＦＬＣ−Ｃ１）を下記割合、
（Ｉ−１） ２２部
（Ｉ−２） １２部
（Ｉ−３） １０部
（Ｉ−４） ４部
（Ｉ−５） １４部
（ＩＩ−１） ７部
（ＩＩ−２） ２３部
（ＩＶ−１） １０部
で作製した。（ＦＬＣ−Ｃ１）の融点は１０℃と実施例と比べて高いものとなり好ましくなかった。また応答時間も４２０μ秒と実施例と比較して遅くなり、好ましくなかった。
（実施例２）
一般式（I）の化合物として下記に示す（Ｉ−１）〜（Ｉ−７），一般式（ＩＩ）の化合物として、下記に示す（ＩＩ−１）、及び（ＩＩ−３）〜（ＩＩ−５）、一般式（III−ａ）あるいは一般式（ＩＩＩ−ｂ）で表される化合物として（ＩＩＩ−１）及び（ＩＩＩ−２）、一般式（ＩV）で表される化合物として（ＩV−１）及び（ＩV−２）、一般式（V）で表される化合物として（V−１）、及び一般式（VI）で表される直線性の良いネマチック液晶性化合物として（VI-1）を下記に示す割合で混合して強誘電性液晶組成物（ＦＬＣ−２）を作製した。
【００６２】
【化２２】
【００６３】
ＦＬＣ−２の融点は−２３℃と低く好ましいものであり、また、応答時間も１８０μ秒と高速であり、TAC点は６２℃と室温より十分高く好適で、透明点は８７℃とセルに注入する際に熱による液晶組成物の劣化を防ぐために十分低く、焼付き現象も見られなかった。
【００６４】
（比較例２）
一般式（ＩＩ）で表される化合物群を含まず、一般式（I）、一般式（III−ａ）あるいは一般式（ＩＩＩ−ｂ）、一般式（ＩV）、一般式（V）、及び一般式（VI）で表される化合物群については実施例２で使用したものから選んだ化合物を下記に示す割合で混合して比較用強誘電性液晶組成物（ＦＬＣ−Ｃ２）を作製した。
（Ｉ−１） １７部
（Ｉ−２） １０部
（Ｉ−３） ８部
（Ｉ−４） ３部
（Ｉ−５） １１部
（ＩＩＩ−１） １４部
（ＩＩＩ−２） ４部
（ＩＶ−１） ７部
（ＩＶ−２） ７部
（Ｖ−１） ０．４部
（ＶＩ−１） １８部
（ＦＬＣ−Ｃ２）の融点は１２℃と実施例２と比べて高いものとなり好ましくなかった。またTAC点は４８℃と室温に近い温度に低くなり、好ましくなかった。
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、強誘電性液晶ディスプレイの構成部材として有用な強誘電性液晶組成物に関する。
【背景技術】
【０００２】
クラークとラガーウォールらによって提案された表面安定化強誘電性液晶表示素子は、（１）高速応答であること、（２）メモリー性を有すること、（３）視野角が広いこと、（４）パッシブ駆動が可能であること、などの特性を示すことから、次世代の表示素子として注目されている。
【０００３】
強誘電性液晶になり得る液晶相は、チルト系のキラルスメクティック液晶相であるが、実用的には粘性の点で有利なキラルスメクティックＣ相（以下、ＳｍＣ＊と略す。）が最も広く用いられている。強誘電性液晶表示素子の動作温度、保存温度はＳｍＣ＊相の温度範囲によって制限される。幅広い温度範囲でＳｍＣ＊相を発現させるために、スメクチックＣ相を発現する非キラル化合物からなるベース液晶に、光学活性物質を添加する方法が、一般的な方法として知られている。
【０００４】
ベース液晶として用いられる非キラル化合物としては、フェニルピリミジン系の化合物が有用である。特に、下記構造を有する化合物、
【０００５】
【化１】
【０００６】
（式中、Ｒ１及びＲ２は直鎖状アルキル基を表す。）
は、フェニルピリミジン系の化合物としては比較的粘性が低く高速応答に適することから、当該化合物を数種混合した組成物（以下、ＰＹベースと略す。）はベース液晶として汎用されている。フェニルピリミジン系化合物を用いたＰＹベース液晶は、比較的低粘度である反面、融点が通常０℃以上と高い問題を有している。
【０００７】
ＰＹベース液晶の低融点化を達成する技術として、ＰＹベース液晶に下記分岐メチル基を側鎖に有するピリミジン系化合物、
【０００８】
【化２】
【０００９】
を添加する方法が開示されている（特許文献１及び２参照。）。
しかし、当該引用文献記載の組成物においては、ピリミジン系化合物における分岐側鎖において、メチル基の置換位置が最適化されていない問題があった。そのため、当該引用文献記載の液晶組成物は融点が５℃程度と高く、強誘電性液晶ディスプレイの実用化には不十分なものであった。一方、低融点化に効果のある方法としてアルキル鎖の末端にシクロプロパン環構造を持つ化合物とアルキル鎖中にジメチル分岐を持つ化合物を混合する方法が報告されている（特許文献３参照）。しかしながら、報告されている融点は１１℃あるいは１３℃と高く実用的に不十分なもので、かつ、応答に関する効果は記載されていない。
【００１０】
一方、強誘電性液晶組成物は液晶表示素子を作製する際、強誘電性を示すのが固体に近い液晶相であるスメクチック相であるので、このスメクチック相で液晶を表示セルの中に注入することが難しく、液体相あるいはネマチック相まで温度を上昇させる必要がある。従って、液晶相と液体相との間の相転移温度が高いと熱による液晶材料、あるいは、液晶表示素子に使用する部材、シール剤等が変質する可能性があり、また、加熱及び冷却にエネルギーと時間を要し、製造プロセスとして好ましくなかった。
【００１１】
そのため、融点が低く高速応答して、かつ液晶相と液体相との間の相転移温度が低い強誘電性液晶組成物の開発が望まれていた。
【００１２】
【特許文献１】特開昭６４−７９１６０号公報
【特許文献２】特開平２−２０４４８４号公報
【特許文献３】特開平５−２５５２７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明が解決しようとする課題は、融点が低く高速応答して、かつ液晶相と液体相との間の相転移温度が低い強誘電性液晶組成物を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するため、本願発明者らは種々のフェニルピリミジン誘導体、分子構造の末端に環構造を有する化合物、不斉炭素にフッ素が導入された化合物を用いて液晶組成物の検討を行い、特定の２環のフェニルピリミジン誘導体、特定の３環のフェニルピリミジン誘導体、特定の末端環構造を有する化合物、及び特定の不斉炭素にフッ素が導入された化合物の混合により、融点が低く高速応答して、かつ液晶相と液体相との間の相転移温度が低い強誘電性液晶組成物が得られることを見出し、本願発明の完成に至った。
本願発明は、一般式（I）
【００１５】
【化３】
（式中、Ｒ１１及びＲ１２は各々独立に炭素原子数１〜１８の直鎖状又は分岐状のアルキル基を表す。）で表される化合物を少なくとも１種含有し、一般式（II）
【００１６】
【化４】
【００１７】
（式中、Ｒ２１及びＲ２２は各々独立に炭素原子数１〜１８の直鎖状又は分岐状のアルキル基を表す。）で表される化合物を少なくとも１種含有し、一般式（III−ａ）
【００１８】
【化５】
（式中、Ｒ３１は炭素原子数１〜１８の直鎖状又は分岐状のアルキル基あるいはアルコキシ基を表し、R３２は単結合、又は炭素数１〜１２のアルキレン基を表し、ａは０又は１を表す。）及び一般式（III−ｂ）
【００１９】
【化６】
（Ｒ３３は炭素原子数１〜１８の直鎖状又は分岐状のアルキル基あるいはアルコキシ基を表し、R３４は単結合、又は炭素数１〜１２のアルキレン基を表し、ｂは０又は１を表す。）で表される化合物からなる群より選ばれる少なくとも１種を含有し、一般式（IV）
【００２０】
【化７】
【００２１】
（式中、Ｒ４１は炭素原子数１〜１８の直鎖状又は分岐状のアルキル基あるいはアルコキシ基を表し、Ｒ４２は炭素原子数１〜１８の直鎖状又は分岐状のアルキル基を表し、X４１及びX４２は各々独立に水素原子又はフッ素原子を表し、ｃは０又は１を表す。）で表される化合物を少なくとも１種含有することを特徴とする強誘電性液晶組成物を提供し、該液晶組成物及び光学活性化合物を含有する強誘電性液晶組成物を提供し、併せて該強誘電性液晶組成物を用いた強誘電性液晶表示素子を提供する。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の液晶組成物及び強誘電性液晶組成物は融点が低い特徴を有することから、低温保存時に結晶の析出を効果的に防ぐことが可能である。本願発明の強誘電性液晶組成物は、強誘電性液晶ディスプレイの構成部材として極めて有用である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
本願発明の強誘電性液晶組成物は、一般式（I）で表される化合物を含有するが、一般式（I）で表される化合物としては、一般式（I-a）
【００２４】
【化８】
（式中、Ｒ１３及びＲ１４は各々独立に炭素数１〜１８の直鎖状アルキル基を表す。）で表される化合物を少なくとも１種と、一般式（I-b）、
【００２５】
【化９】
（式中、Ｒ１５は炭素数１〜１８の直鎖状アルキル基、Ｒ１６は炭素数１〜１８の分岐状アルキル基を表す。）で表される化合物を少なくとも１種とからなることが好ましい。
【００２６】
化合物（I-a）としては、Ｒ１１及びＲ１２が各々独立に炭素原子数２〜１６のものがさらに好ましく、炭素原子数３〜１４のものが特に好ましい。化合物（I-ｂ）としては、分岐状アルキル鎖の分岐がメチル基であるものが好ましく、分岐の数は１及び２のものがさらに好ましい。化合物（I-ｂ）として好ましい構造の具体例を以下に挙げる。
【００２７】
【化１０】
【００２８】
（式中、ｐは４〜１４の整数を表し、ｑ及びｒは各々独立に１〜１１の整数を表すが、q＋rは８以下であり、ｓ、ｔ及びｕは各々独立に１〜８の整数を表すが、ｓ＋ｔ＋ｕは１０以下である。ただし、分岐側鎖において分子両末端のアルキル基部分は直鎖である。）
一般式（II）
【００２９】
【化１１】
【００３０】
（式中、Ｒ２１及びＲ２２は各々独立に炭素原子数１〜１８の直鎖状又は分岐状のアルキル基を表す。）
で表される化合物としては、Ｒ２１が炭素原子数１〜１８の直鎖状アルキル基であり、かつ、Ｒ２２が炭素原子数１〜１８の分岐状アルキル基である化合物が好ましい。この中でも、Ｒ２１及びＲ２２の炭素原子数としては、各々独立に２〜１６のものがさらに好ましく、３〜１４のものが特に好ましい。分岐状アルキル鎖の分岐はメチル基であるものが好ましく、分岐の数は１及び２のものがさらに好ましい。化合物（II）として特に好ましい構造の具体例を以下に挙げる。
【００３１】
【化１２】
【００３２】
（式中、ｅは４〜１４の整数を表し、ｆ及びｇは各々独立に１〜１１の整数を表すがｆ＋ｇは８以下であり、ｈ、ｉ及びｋは各々独立に１〜８の整数を表すが、ｈ＋ｉ＋ｋは１０以下である。ただし、分岐側鎖において分子両末端のアルキル基部分は直鎖である。）
一般式（III−ａ）又は一般式（III−ｂ）の化合物として好ましい具体例を下記に挙げる。
【００３３】
【化１３】
【００３４】
（式中、Ｒ３３１は炭素数４〜１４のアルキル基あるいはアルコキシ基を表す。）
一般式（IV）
の化合物としては、結晶化を抑制し融点を低下する目的ではｃが０の化合物が好ましい。特に好ましい化合物の具体例を以下に挙げる。
【００３５】
【化１４】
【００３６】
（式中、Ｒ４４１及びＲ４４２は各々独立的に炭素数４〜１４のアルキル基を表す。）
本願発明の強誘電性液晶組成物は、焼付きあるいは反転異常等の表示不良を防止する目的で、一般式（V）
【００３７】
【化１５】
【００３８】
（式中、Z５は酸素原子又はイオウ原子を表し、ａ５及びｂ５は各々独立に１から５の整数を表すが、ａ５＋ｂ５は２〜６であり、X５１及びX５２は各々独立に酸素原子、イオウ原子、下記構造
【００３９】
【化１６】
【００４０】
（式中、Ｒ５は隣り合わない−ＣＨ２−基が、−ＣＯＯ−、−ＣＯ―、―Ｏ―、―Ｓ―、又は―ＣＨ＝ＣＨ−によって置換されていても良い炭素数１〜１５のアルキル基又はハロゲン化アルキル基、水素原子、シクロヘキシル基、フェニル基、ベンジル基、又はベンゾイル基である。）のいずれかの基であるか、又は、X５１、X５２が一緒になった下記構造、
【００４１】
【化１７】
【００４２】
（式中、Z５１、及びZ５２は各々独立に酸素原子又はイオウ原子を表し、ｃ５１及びｄ５１は各々独立に１又は2を表す。）のいずれかを表す。）で表される化合物を含むことも好ましい。
一般式（V）で表される化合物としては、下記分子構造、
【００４３】
【化１８】
【００４４】
（式中、Ｒ５５１及びＲ５５２は各々独立に、隣り合わない−ＣＨ２−基が、−ＣＯＯ−、−ＣＯ―、―Ｏ―、―Ｓ―、又は―ＣＨ＝ＣＨ−によって置換されていても良い炭素数１〜１５のアルキル基又はハロゲン化アルキル基、水素原子、シクロヘキシル基、フェニル基、ベンジル基、又はベンゾイル基を表す。）のいずれかで表される化合物がより好ましい。
一般式（V）の化合物の構造の具体例を以下に挙げる。
【００４５】
【化１９】
【００４６】
（式中、Ｒ５５３は炭素数１〜１５のアルキル基を表し、ｅ５は１から１０の整数を表す。）
本願発明の強誘電性液晶組成物としては一般式（I）、一般式（II）、一般式（III−ａ）あるいは一般式（ＩＩＩ−ｂ）、及び、一般式（IV）で表される化合物を使用するが、液晶の温度範囲を広くしたり、転移温度を好ましい温度範囲に保ったり、好ましい液晶相系列を発現させたり、チルト角を好ましい範囲に保ったり、高速応答を行うことができるよう粘性を低くしたり、あるいは、高速応答ができるよう自発分極を好ましい範囲に保つために、強誘電性液晶組成物全体に対しての好ましい含有量がある。一般式（I）で表される化合物の含有量は、５〜５０％が好ましく、１０〜４５％がより好ましく、２０〜４０％が特に好ましい。このなかでも一般式（I）で表される化合物を２種以上含有することがなお好ましい。一般式（II）で表される化合物の含有量は、１０〜５５％が好ましく、２０〜４５％がより好ましく、２５〜４５％が特に好ましい。この中でも一般式（II）で表される化合物を２種以上含有することが好ましい。一般式（III−ａ）あるいは一般式（ＩＩＩ−ｂ）、で表される化合物の含有量は、２〜４０％が好ましく、３〜３０％がより好ましく、４〜２０％が特に好ましい。一般式（IV）の含有量が少なすぎると自発分極の値が小さくなり応答が遅くなり、一方、含有量が多すぎるとキラルな効果に基づく好ましくない分子配列のねじれが発生するので、一般式（IV）の含有量としては、１％〜４０％が好ましく、３〜３０％がより好ましく、５〜２５％が特に好ましい。また、一般式（IV）で表される化合物の一化合物あたりの含有量が１％〜１０％であると、単一成分が多すぎることによる好ましくない結晶化や相系列の乱れを抑制することができるのでなお良い。
【００４７】
強誘電性液晶組成物を実際の表示素子として使用する場合には強誘電性相となる（キラル）スメクチックC相の温度範囲は室温を含む範囲となるよう一般式（I）、一般式（II）、一般式（III−ａ）あるいは一般式（ＩＩＩ−ｂ）、及び、一般式（IV）で表される化合物を混合する必要がある。−２０℃で結晶化しないことが好ましく、強誘電性液晶組成物のTAC点（スメクチックC−スメクチックA相転移温度）は室温より十分高い温度である５０℃〜８５℃であることが好ましく、特には５５℃〜８０℃であることが好ましい。ただし、TAC点は次に述べる透明点の好ましい温度範囲に応じて決定されるものである。一方、強誘電性液晶組成物は液晶表示素子を作製する際、強誘電性を示すのが固体に近い液晶相であるスメクチック相であるので、このスメクチック相で液晶を表示セルの中に注入することが難しく、液体相あるいはネマチック相まで温度を上昇させる必要がある。従って、透明点（液晶−液体相転移温度）が高いと熱による液晶材料、あるいは、液晶表示素子に使用する部材、シール剤等が変質する可能性があり、また、加熱及び冷却にエネルギーと時間を要し、プロセスとして好ましくないため、透明点は７５〜１００℃であることが好ましく、特には７５〜９５℃であることが好ましい。良配向を得るためには、ネマチック相、及びスメクチックA相の温度範囲が十分広いことが好ましく、具体的には、各々独立に、ネマチック相あるいはスメクチックA相を他の相と共存せずに単独で示す温度範囲が１℃以上であることが好ましく、３℃以上であることがより好ましい。
【００４８】
これらの液晶組成物は不純物等を除去する目的で、シリカ、アルミナ等による精製処理を施しても良い。更に、目的に応じて液晶組成物中に、キラル化合物、染料等のドーパントを添加することもできる。その他、必要に応じて酸化防止剤、紫外線吸収剤、非反応性のオリゴマーや無機充填剤、有機充填剤、重合禁止剤、消泡剤、レベリング剤、可塑剤、シランカップリング剤等を適宜添加しても良い。
【００４９】
更に、強誘電性液晶組成物の成分として、必要に応じて一般式（I）及び一般式（ＩＩ）で示される液晶性化合物以外の液晶性化合物を併用することができる。併用しうる化合物に特に限定はないが、強誘電性液晶相を安定化するためには、スメクチックＣ相、あるいはキラルスメクチックＣ相を示す液晶性化合物を用いることが好ましい。（本明細書中では、液晶相の名称を記載したときには特に断わりのない限り対応するキラルな液晶相も含むものとする。）また、強誘電性液晶相の相系列、あるいは各液晶相の温度範囲を調節するためには適宜液晶性化合物を選ぶのが良い。具体的には、ネマチック相を発現させたり、ネマチック相の温度範囲を広げたい場合には、ネマチック相を示す化合物を併用することが好ましく、また、スメクチックＡ相を発現させたり、スメクチックＡ相の温度範囲を広げたい場合には、スメクチックＡ相を示す化合物を併用することが好ましく、あるいは、Half-V用材料のように、スメクチックＡ相が不要な場合には、スメクチックＡ相を示さない化合物を併用することが好ましい。良好な配向を得るためにはネマチック相を安定化することが必要で、その場合は、スメクチック液晶と相溶性が良く温度範囲の広いネマチック相を示す化合物を添加することが好ましい。そのような化合物はネマチック相を示す温度領域の幅が２０℃〜１２０℃であるものが好ましく、透明点（液晶−液体相転移温度）が７０℃〜２２０℃であるものがより好ましい。その中でも、下記一般式（VI）
【００５０】
【化２０】
【００５１】
（式中、Ｒ６６１及びＲ６６２は各々独立に炭素原子数１〜８の直鎖状アルキル基あるいはアルコキシ基を表し、Ａ６、Ｂ６及びＣ６は１，４−フェニレン基、又は、１，４−シクロヘキシレン基を表し、ａ６は０、１、又は２表し、ｂ６，及びｃ６は０又は１の整数を表し、ａ６、ｂ６及びｃ６の合計は１又は２を表し、ただし、Ａ６が１，４−シクロヘキシレン基の場合はＲ６６１は炭素原子数１〜８の直鎖状アルキル基、C６が１，４−シクロヘキシレン基の場合はＲ６６２は炭素原子数１〜８の直鎖状アルキル基を表す。）
に示す構造を有する化合物は分子構造の直線性が高く高速応答性を得るために添加する化合物としては特に好ましい。このなかでも、Ｒ６６１及びＲ６６２は各々独立に炭素原子数１〜５の直鎖状アルキル基あるいはアルコキシ基である場合が特に好ましい。
【００５２】
コントラストの良い表示素子を得るためには、表示方式にあわせて傾き角を調整する必要がある。傾き角を大きくするためには、スメクチックＣ相の上限温度を高くしたり、スメクチックＡ相の温度幅を狭くするように、化合物を選ぶことが好ましく、傾き角を小さくするためには、スメクチックＣ相の上限温度を低くしたり、スメクチックＡ相の温度範囲を広くするような化合物を使用することが好ましい。
【００５３】
キラル化合物は一般式（IV）で示される構造の化合物を１種用いても、あるいは、構造が異なるものを複数用いても良い。キラルな効果に基づき発生する液晶相での螺旋構造を抑制し、良好な配向状態を得るためには、発生させるねじれの向きが異なる複数のキラル化合物を組合わせて用いることが好ましい。このとき、自発分極の向きは揃うようにキラル化合物の組み合わせを選ぶか、あるいは、十分大きな自発分極を発生させる化合物とねじれ構造は誘起するが自発分極値の小さな化合物の組み合わせを選ぶと自発分極の値はキャンセルされないので好ましい。キラルな効果に基づき液晶相でおこる螺旋構造の発生を抑制するために発生させるねじれの向きが異なる複数のキラル構造を同一の化合物の中に導入することも好ましく行われる。このとき、自発分極の向きは揃うようにキラル構造の組み合わせを選ぶか、あるいは、十分大きな自発分極を発生させる構造とねじれ構造は誘起するが自発分極値の小さな構造の組み合わせを選ぶと自発分極の値はキャンセルされないので好ましい。
【００５４】
本発明の強誘電性液晶組成物に、焼付けあるいは反転異常等のスイッチング不良を抑制する目的で、一般式（V）で表される化合物を添加することも好ましく行われる。この場合、一般式（V）で表される化合物の含有量が０．０００１質量％〜１０質量％であることが好ましく、さらに、０．００１質量％〜５質量％であることがより好ましい。特に、一般式（V）で表される化合物の添加により添加前の強誘電性液晶組成物のTAC点（スメクチックC−スメクチックA相転移温度）が１０℃以上変化しないように添加量を調整することが好ましい。
【００５５】
本発明の組成物を液晶セルの中に入れることにより、液晶表示素子を作製することが可能である。液晶セルの２枚の基板はガラス、プラスチックの如き柔軟性をもつ透明な材料を用いることができ、一方はシリコン等の不透明な材料でも良い。透明電極層を有する透明基板は、例えば、ガラス板等の透明基板上にインジウムスズオキシド（ＩＴＯ）をスパッタリングすることにより得ることができる。
【００５６】
強誘電性液晶組成物を用いた液晶表示素子は、フィールドシーケンシャル駆動方法を利用することにより、カラーフィルターを使用しなくてもカラー表示が可能となるが、カラーフィルターを使用した表示方法を利用してもよい。カラーフィルターは、例えば、顔料分散法、印刷法、電着法、又は、染色法等によって作成することができる。顔料分散法によるカラーフィルターの作成方法を一例に説明すると、カラーフィルター用の硬化性着色組成物を、該透明基板上に塗布し、パターニング処理を施し、そして加熱又は光照射により硬化させる。この工程を、赤、緑、青の３色についてそれぞれ行うことで、カラーフィルター用の画素部を作成することができる。その他、該基板上に、ＴＦＴ、薄膜ダイオード、金属絶縁体金属比抵抗素子等の能動素子を設けた画素電極を設置してもよい。
【００５７】
前記基板を、透明電極層が内側となるように対向させる。その際、スペーサーを介して、基板の間隔を調整してもよい。このときは、得られるセルの厚さが１〜１００μｍとなるように調整するのが好ましい。セル厚は、１から１０μｍが更に好ましく、１から４μｍがなお好ましい。偏光板を使用する場合は、コントラストが最大になるように液晶の屈折率異方性Δｎとセル厚ｄとの積を調整することが好ましい。表示素子の製造の点ではセル厚が厚い方が好ましいが、その場合にはΔｎが小さい液晶を使用する必要がある。その場合には、シクロヘキシル、あるいは、１，３，４−チアジアゾール−２，５−ジイル構造を有する化合物を併用することが望ましい。シクロヘキシル構造は、一つの分子中に一つ、あるいは２つ存在することが好ましく、１，３，４−チアジアゾール−２，５−ジイルは一つの分子中に一つ存在することが好ましい。又、二枚の偏光板がある場合は、各偏光板の偏光軸を調整して視野角やコントラトが良好になるように調整することもできる。更に、視野角を広げるための位相差フィルムも使用することもできる。スペーサーとしては、例えば、ガラス粒子、プラスチック粒子、アルミナ粒子、フォトレジスト材料等が挙げられる。その後、エポキシ系熱硬化性組成物等のシール剤を、液晶注入口を設けた形で該基板にスクリーン印刷し、該基板同士を貼り合わせ、加熱しシール剤を熱硬化させる。
【００５８】
２枚の基板間に高分子安定化強誘電性液晶組成物を狭持させるに方法は、通常の真空注入法、又はＯＤＦ法などを用いることができる。この時、液晶組成物は、均一なアイソトロピック状態か、又は（キラル）ネマチック相であることが好ましい。スメクチック相では、素子作製時の取り扱い方が難しくなる。
【実施例】
【００５９】
以下、実施例により本発明の液晶組成物について更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例により限定されるものではない。本実施例において相転移温度の測定は、温度調節ステージを備えた偏光顕微鏡および示差走査熱量計（ＤＳＣ）を併用して行った。応答時間は、液晶セル（配向膜：ポリイミド, ラビング方向：アンチパラレル, セルギャップ：２μｍ）をひとつの分子配列の安定状態において分子長軸がアナライザーと並行になるようにクロスニコルの偏光顕微鏡にセットし、室温で６０Hｚ、２０V０−ｐの矩形波を印加して透過光量が１０から９０％に変化するまでの時間を応答時間とした。焼付きの評価は、暗状態で１週間放置した液晶セルの暗状態から明状態に変化させるのに必要なパルス幅（時間）と、初期の暗状態から明状態に変化させるのに必要なパルス幅（時間）を比較することで評価した。すなわち、両者が近い値である場合には焼付きがなく、両者の値の差が大きいほど、強い焼付き現象がおきていると評価した。また、組成物中における「部」はすべて「質量部」を表すものとする。
（実施例１）
一般式（I）の化合物として下記に示す（Ｉ−１）〜（Ｉ−５）、一般式（II）の化合物として、下記に示す（ＩＩ−１）及び（ＩＩ−２）、一般式（III−ａ）あるいは一般式（ＩＩＩ−ｂ）で表される化合物として（ＩＩＩ−１）、一般式（IV）で表される化合物として（ＩV−１）を下記に示す割合で混合して強誘電性液晶組成物（FLC-1）を作製した。FLC-1の融点は−５℃と低く好ましいものであり、また、応答時間も２５０μ秒と高速であり、TAC点は６０℃と室温より十分高く好適で、透明点は８０℃とセルに注入する際に熱による液晶組成物の劣化を防ぐために十分低く好ましいものであった。
【００６０】
【化２１】
【００６１】
（比較例１）
一般式（ＩＩＩ−ａ）あるいは一般式（ＩＩＩ−ｂ）で表される化合物群を含まないことを除いて、実施例１と同様にして強誘電性液晶組成物（ＦＬＣ−Ｃ１）を下記割合、
（Ｉ−１） ２２部
（Ｉ−２） １２部
（Ｉ−３） １０部
（Ｉ−４） ４部
（Ｉ−５） １４部
（ＩＩ−１） ７部
（ＩＩ−２） ２３部
（ＩＶ−１） １０部
で作製した。（ＦＬＣ−Ｃ１）の融点は１０℃と実施例と比べて高いものとなり好ましくなかった。また応答時間も４２０μ秒と実施例と比較して遅くなり、好ましくなかった。
（実施例２）
一般式（I）の化合物として下記に示す（Ｉ−１）〜（Ｉ−７），一般式（ＩＩ）の化合物として、下記に示す（ＩＩ−１）、及び（ＩＩ−３）〜（ＩＩ−５）、一般式（III−ａ）あるいは一般式（ＩＩＩ−ｂ）で表される化合物として（ＩＩＩ−１）及び（ＩＩＩ−２）、一般式（ＩV）で表される化合物として（ＩV−１）及び（ＩV−２）、一般式（V）で表される化合物として（V−１）、及び一般式（VI）で表される直線性の良いネマチック液晶性化合物として（VI-1）を下記に示す割合で混合して強誘電性液晶組成物（ＦＬＣ−２）を作製した。
【００６２】
【化２２】
【００６３】
ＦＬＣ−２の融点は−２３℃と低く好ましいものであり、また、応答時間も１８０μ秒と高速であり、TAC点は６２℃と室温より十分高く好適で、透明点は８７℃とセルに注入する際に熱による液晶組成物の劣化を防ぐために十分低く、焼付き現象も見られなかった。
【００６４】
（比較例２）
一般式（ＩＩ）で表される化合物群を含まず、一般式（I）、一般式（III−ａ）あるいは一般式（ＩＩＩ−ｂ）、一般式（ＩV）、一般式（V）、及び一般式（VI）で表される化合物群については実施例２で使用したものから選んだ化合物を下記に示す割合で混合して比較用強誘電性液晶組成物（ＦＬＣ−Ｃ２）を作製した。
（Ｉ−１） １７部
（Ｉ−２） １０部
（Ｉ−３） ８部
（Ｉ−４） ３部
（Ｉ−５） １１部
（ＩＩＩ−１） １４部
（ＩＩＩ−２） ４部
（ＩＶ−１） ７部
（ＩＶ−２） ７部
（Ｖ−１） ０．４部
（ＶＩ−１） １８部
（ＦＬＣ−Ｃ２）の融点は１２℃と実施例２と比べて高いものとなり好ましくなかった。またTAC点は４８℃と室温に近い温度に低くなり、好ましくなかった。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一般式（I）
【化１】
（式中、Ｒ１１及びＲ１２は各々独立に炭素原子数１〜１８の直鎖状又は分岐状のアルキル基を表す。）で表される化合物を少なくとも１種含有し、一般式（II）
【化２】
（式中、Ｒ２１及びＲ２２は各々独立に炭素原子数１〜１８の直鎖状又は分岐状のアルキル基を表す。）で表される化合物を少なくとも１種含有し、一般式（III−ａ）
【化３】
（式中、Ｒ３１は炭素原子数１〜１８の直鎖状又は分岐状のアルキル基あるいはアルコキシ基を表し、R３２は単結合、又は炭素数１〜１２のアルキレン基を表し、ａは０又は１を表す。）及び一般式（III−ｂ）
【化４】
（Ｒ３３は炭素原子数１〜１８の直鎖状又は分岐状のアルキル基あるいはアルコキシ基を表し、R３４は単結合、又は炭素数１〜１２のアルキレン基を表し、ｂは０又は１を表す。）で表される化合物からなる群より選ばれる少なくとも１種を含有し、一般式（IV）
【化５】
（式中、Ｒ４１は炭素原子数１〜１８の直鎖状又は分岐状のアルキル基あるいはアルコキシ基を表し、Ｒ４２は炭素原子数１〜１８の直鎖状又は分岐状のアルキル基を表し、X４１及びX４２は各々独立に水素原子又はフッ素原子を表し、ｃは０又は１を表す。）で表される化合物を少なくとも１種含有することを特徴とする強誘電性液晶組成物。
【請求項２】
一般式（V）
【化６】
（式中、Z５は酸素原子又はイオウ原子を表し、ａ５及びｂ５は各々独立に１から５の整数を表すが、ａ５＋ｂ５は２〜６であり、X５１及びX５２は各々独立に酸素原子、イオウ原子、下記構造
【化７】
（式中、Ｒ５は隣り合わない−ＣＨ２−基が、−ＣＯＯ−、−ＣＯ―、―Ｏ―、―Ｓ―、又は―ＣＨ＝ＣＨ−によって置換されていても良い炭素数１〜１５のアルキル基又はハロゲン化アルキル基、水素原子、シクロヘキシル基、フェニル基、ベンジル基、又はベンゾイル基である。）のいずれかの基であるか、又は、X５１、X５２が一緒になった下記構造、
【化８】
（式中、Z５１、及びZ５２は各々独立に酸素原子又はイオウ原子を表し、ｃ５１及びｄ５１は各々独立に１又は2を表す。）のいずれかを表す。）で表される化合物を含有する請求項１記載の強誘電性液晶組成物。
【請求項３】
一般式（I）で表される化合物が、一般式（I-a）
【化９】
（式中、Ｒ１３及びＲ１４は各々独立に炭素数１〜１８の直鎖状アルキル基を表す。）で表される化合物を少なくとも１種と、一般式（I-b）、
【化１０】
（式中、Ｒ１５及びＲ１６は各々独立に炭素数１〜１８の直鎖状あるいは分岐状アルキル基を表す。ただし、該アルキル基のうち、どちらか一方は直鎖状アルキル基で、もう一方は分岐状アルキル基である。）で表される化合物を少なくとも１種とからなる請求項１又は２記載の強誘電性液晶組成物
【請求項４】
一般式（II）で表される化合物が、一般式（II）中のＲ２２が炭素数１〜１８の分岐上アルキル基である化合物（II-a）である、請求項１から３の何れかに記載の強誘電性液晶組成物。
【請求項５】
一般式（IV）で表される化合物が、一般式（IV）中のｃが０である化合物（IV-a）であることを特徴とする、請求項１から４の何れかに記載の強誘電性液晶組成物。
【請求項６】
一般式（IV）で表される化合物の含有量が１．０質量％〜４０質量％であることを特徴とする請求項１から５の何れかに記載の強誘電性液晶組成物。
【請求項７】
一般式（IV）で表される化合物の含有量が、一化合物あたり１．０質量％〜１０質量％であることを特徴とする請求項１から６の何れかに記載の強誘電性液晶組成物。
【請求項８】
請求項２に記載の一般式（V）で表される化合物の含有量が０．０００１質量％〜１０質量％であることを特徴とする請求項１から７の何れかに記載の強誘電性液晶組成物。
【請求項９】
液晶相と液体相との間の相転移温度が７５℃〜１００℃であることを特徴とする請求項１から８の何れかに記載の強誘電性液晶組成物。
【請求項１０】
請求項１から９の何れかに記載の強誘電性液晶組成物を用いた強誘電性液晶表示素子。
【請求項１】
一般式（I）
【化１】
（式中、Ｒ１１及びＲ１２は各々独立に炭素原子数１〜１８の直鎖状又は分岐状のアルキル基を表す。）で表される化合物を少なくとも１種含有し、一般式（II）
【化２】
（式中、Ｒ２１及びＲ２２は各々独立に炭素原子数１〜１８の直鎖状又は分岐状のアルキル基を表す。）で表される化合物を少なくとも１種含有し、一般式（III−ａ）
【化３】
（式中、Ｒ３１は炭素原子数１〜１８の直鎖状又は分岐状のアルキル基あるいはアルコキシ基を表し、R３２は単結合、又は炭素数１〜１２のアルキレン基を表し、ａは０又は１を表す。）及び一般式（III−ｂ）
【化４】
（Ｒ３３は炭素原子数１〜１８の直鎖状又は分岐状のアルキル基あるいはアルコキシ基を表し、R３４は単結合、又は炭素数１〜１２のアルキレン基を表し、ｂは０又は１を表す。）で表される化合物からなる群より選ばれる少なくとも１種を含有し、一般式（IV）
【化５】
（式中、Ｒ４１は炭素原子数１〜１８の直鎖状又は分岐状のアルキル基あるいはアルコキシ基を表し、Ｒ４２は炭素原子数１〜１８の直鎖状又は分岐状のアルキル基を表し、X４１及びX４２は各々独立に水素原子又はフッ素原子を表し、ｃは０又は１を表す。）で表される化合物を少なくとも１種含有することを特徴とする強誘電性液晶組成物。
【請求項２】
一般式（V）
【化６】
（式中、Z５は酸素原子又はイオウ原子を表し、ａ５及びｂ５は各々独立に１から５の整数を表すが、ａ５＋ｂ５は２〜６であり、X５１及びX５２は各々独立に酸素原子、イオウ原子、下記構造
【化７】
（式中、Ｒ５は隣り合わない−ＣＨ２−基が、−ＣＯＯ−、−ＣＯ―、―Ｏ―、―Ｓ―、又は―ＣＨ＝ＣＨ−によって置換されていても良い炭素数１〜１５のアルキル基又はハロゲン化アルキル基、水素原子、シクロヘキシル基、フェニル基、ベンジル基、又はベンゾイル基である。）のいずれかの基であるか、又は、X５１、X５２が一緒になった下記構造、
【化８】
（式中、Z５１、及びZ５２は各々独立に酸素原子又はイオウ原子を表し、ｃ５１及びｄ５１は各々独立に１又は2を表す。）のいずれかを表す。）で表される化合物を含有する請求項１記載の強誘電性液晶組成物。
【請求項３】
一般式（I）で表される化合物が、一般式（I-a）
【化９】
（式中、Ｒ１３及びＲ１４は各々独立に炭素数１〜１８の直鎖状アルキル基を表す。）で表される化合物を少なくとも１種と、一般式（I-b）、
【化１０】
（式中、Ｒ１５及びＲ１６は各々独立に炭素数１〜１８の直鎖状あるいは分岐状アルキル基を表す。ただし、該アルキル基のうち、どちらか一方は直鎖状アルキル基で、もう一方は分岐状アルキル基である。）で表される化合物を少なくとも１種とからなる請求項１又は２記載の強誘電性液晶組成物
【請求項４】
一般式（II）で表される化合物が、一般式（II）中のＲ２２が炭素数１〜１８の分岐上アルキル基である化合物（II-a）である、請求項１から３の何れかに記載の強誘電性液晶組成物。
【請求項５】
一般式（IV）で表される化合物が、一般式（IV）中のｃが０である化合物（IV-a）であることを特徴とする、請求項１から４の何れかに記載の強誘電性液晶組成物。
【請求項６】
一般式（IV）で表される化合物の含有量が１．０質量％〜４０質量％であることを特徴とする請求項１から５の何れかに記載の強誘電性液晶組成物。
【請求項７】
一般式（IV）で表される化合物の含有量が、一化合物あたり１．０質量％〜１０質量％であることを特徴とする請求項１から６の何れかに記載の強誘電性液晶組成物。
【請求項８】
請求項２に記載の一般式（V）で表される化合物の含有量が０．０００１質量％〜１０質量％であることを特徴とする請求項１から７の何れかに記載の強誘電性液晶組成物。
【請求項９】
液晶相と液体相との間の相転移温度が７５℃〜１００℃であることを特徴とする請求項１から８の何れかに記載の強誘電性液晶組成物。
【請求項１０】
請求項１から９の何れかに記載の強誘電性液晶組成物を用いた強誘電性液晶表示素子。
【公開番号】特開２００９−２４９６１８（Ｐ２００９−２４９６１８Ａ）
【公開日】平成２１年１０月２９日（２００９．１０．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１０３４７８（Ｐ２００８−１０３４７８）
【出願日】平成２０年４月１１日（２００８．４．１１）
【出願人】（０００００２８８６）ＤＩＣ株式会社 (2,597)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１０月２９日（２００９．１０．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年４月１１日（２００８．４．１１）
【出願人】（０００００２８８６）ＤＩＣ株式会社 (2,597)
【Ｆターム（参考）】
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