(57)【要約】【課題】  高い上限温度、０℃より低いスメクチック−ネマチック転移温度、スメクチック相の広い温度範囲、小さな粘度、適切な光学異方性、正または負に大きな誘電率異方性、大きな比抵抗、光に対する高い安定性、熱に対する高い安定性のような特性において、少なくとも１つの特性を充足する、または少なくとも２つの特性に関して適切なバランスを有する液晶組成物、およびこの組成物を含むＡＭ素子を提供する。【解決手段】  成分Ａとして高い上限温度または小さな粘度を有する特定の化合物、成分Ｂとして大きな正の誘電率異方性を有する特定の化合物、成分Ｃとして大きな負の誘電率異方性を有する特定の化合物、または添加物Ａとして重合性基を有する特定の化合物を含有してもよい、０℃より低い温度でスメクチック相を有する液晶組成物である。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
０℃より低いスメクチック−ネマチック転移温度を有する液晶組成物。
【請求項２】
−２０℃でスメクチック相を示す、請求項１に記載の液晶組成物。
【請求項３】
スメクチック相を有する化合物を含有する、請求項１または２に記載の液晶組成物。
【請求項４】
成分Ａとして式（１）で表される化合物から選択された少なくとも１つの化合物を含有する、請求項１から３のいずれか１項に記載の液晶組成物。
2020164784.tif 000046
式（１）において、Ｒ１およびＲ２は、炭素数１から１２のアルキル、炭素数１から１２のアルコキシ、炭素数２から１２のアルケニル、または少なくとも１つの水素がフッ素で置き換えられた炭素数２から１２のアルケニルであり；環Ａおよび環Ｂは、１，４−シクロヘキシレン、１，４−フェニレン、２−フルオロ−１，４−フェニレン、または２，５−ジフルオロ−１，４−フェニレンであり；Ｚ１は、単結合、エチレン、ビニレン、メチレンオキシ、またはカルボニルオキシであり；ａは、１または２である。
【請求項５】
式（１）において、Ｒ１およびＲ２が、炭素数１から１２のアルキルまたは炭素数２から１２のアルケニルであり；環Ａおよび環Ｂが、１，４−フェニレン、２−フルオロ−１，４−フェニレン、または２，５−ジフルオロ−１，４−フェニレンであり；Ｚ１が、単結合であり；ａが２である化合物を４０％以上含有する、請求項４に記載の液晶組成物。
【請求項６】
成分Ａとして式（１−１）から式（１−９）で表される化合物から選択された少なくとも１つの化合物を含有する、請求項１から５のいずれか１項に記載の液晶組成物。
2020164784.tif 000047
式（１−１）から式（１−９）において、Ｒ１およびＲ２は、炭素数１から１２のアルキル、炭素数１から１２のアルコキシ、炭素数２から１２のアルケニル、または少なくとも１つの水素がフッ素で置き換えられた炭素数２から１２のアルケニルである。
【請求項７】
成分Ａの割合が１０％から９０％の範囲である、請求項３から６のいずれか１項に記載の液晶組成物。
【請求項８】
３−ＨＨ−Ｖを５０％以上含有する、請求項１から７のいずれか１項に記載の液晶組成物。
2020164784.tif 000048
【請求項９】
４−ＨＨ−Ｖを２０％以上含有する、請求項１から７のいずれか１項に記載の液晶組成物。
2020164784.tif 000049
【請求項１０】
３−ＨＨ−４を１０％以上含有する、請求項１から７のいずれか１項に記載の液晶組成物。
2020164784.tif 000050
【請求項１１】
成分Ｂとして式（２）で表される化合物から選択された少なくとも１つの化合物を含有する、請求項１から１０のいずれか１項に記載の液晶組成物。
2020164784.tif 000051
式（２）において、Ｒ３は、炭素数１から１２のアルキル、炭素数１から１２のアルコキシ、または炭素数２から１２のアルケニルであり；環Ｃは、１，４−シクロヘキシレン、１，４−フェニレン、２−フルオロ−１，４−フェニレン、２，３−ジフルオロ−１，４−フェニレン、２，６−ジフルオロ−１，４−フェニレン、ピリミジン−２，５−ジイル、１，３−ジオキサン−２，５−ジイル、またはテトラヒドロピラン−２，５−ジイルであり；Ｚ２は、単結合、エチレン、ビニレン、メチレンオキシ、カルボニルオキシ、またはジフルオロメチレンオキシであり；Ｘ１およびＸ２は、水素またはフッ素であり；Ｙ１は、フッ素、少なくとも１つの水素がフッ素で置き換えられた炭素数１から１２のアルキル、少なくとも１つの水素がフッ素で置き換えられた炭素数１から１２のアルコキシ、または少なくとも１つの水素がフッ素で置き換えられた炭素数２から１２のアルケニルオキシであり；ｂは、１、２、３、または４である。
【請求項１２】
成分Ｂとして式（２−１）から式（２−３６）で表される化合物から選択された少なくとも１つの化合物を含有する、請求項１から１１のいずれか１項に記載の液晶組成物。
2020164784.tif 000052
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式（２−１）から式（２−３６）において、Ｒ３は、炭素数１から１２のアルキル、炭素数１から１２のアルコキシ、または炭素数２から１２のアルケニルである。
【請求項１３】
式（２）において、環Ｃの少なくとも１つが１，３−ジオキサン−２，５−ジイルである、請求項１１に記載の液晶組成物。
【請求項１４】
式（２）において、Ｒ３が炭素数１から１２のアルキルであり、環Ｃの少なくとも１つが１，３−ジオキサン−２，５−ジイルであり、Ｚ２が単結合またはジフルオロメチレンオキシであり、Ｘ１およびＸ２が水素またはフッ素であり、Ｙ１がフッ素である、請求項１１に記載の液晶組成物。
【請求項１５】
成分Ｂの割合が１０％から９０％の範囲である、請求項１１から１４のいずれか１項に記載の液晶組成物。
【請求項１６】
成分Ｃとして式（３）で表される化合物から選択された少なくとも１つの化合物を含有する、請求項１から１５のいずれか１項に記載の液晶組成物。
2020164784.tif 000057
式（３）において、Ｒ４およびＲ５は、水素、炭素数１から１２のアルキル、炭素数１から１２のアルコキシ、炭素数２から１２のアルケニル、または炭素数２から１２のアルケニルオキシであり；環Ｄおよび環Ｆは、１，４−シクロヘキシレン、１，４−シクロヘキセニレン、テトラヒドロピラン−２，５−ジイル、１，４−フェニレン、少なくとも１つの水素がフッ素で置き換えられた１，４−フェニレン、ナフタレン−２，６−ジイル、少なくとも１つの水素がフッ素で置き換えられたナフタレン−２，６−ジイル、クロマン−２，６−ジイル、または少なくとも１つの水素がフッ素で置き換えられたクロマン−２，６−ジイルであり；環Ｅは、２，３−ジフルオロ−１，４−フェニレン、２−クロロ−３−フルオロ−１，４−フェニレン、２，３−ジフルオロ−５−メチル−１，４−フェニレン、３，４，５−トリフルオロナフタレン−２，６−ジイル、７，８−ジフルオロクロマン−２，６−ジイル、３，４，５，６−テトラフルオロフルオレン−２，７−ジイル、４，６−ジフルオロジベンゾフラン−３，７−ジイル、４，６−ジフルオロジベンゾチオフェン−３，７−ジイル、または１，１，６，７−テトラフルオロインダン−２，５−ジイルであり；Ｚ３およびＺ４は、単結合、エチレン、ビニレン、メチレンオキシ、またはカルボニルオキシであり；ｃは、０、１、２、または３であり、ｄは、０または１であり、そしてｃおよびｄの和は、３以下である。
【請求項１７】
成分Ｃとして式（３−１）から式（３−３３）で表される化合物から選択された少なくとも１つの化合物を含有する、請求項１から１６のいずれか１項に記載の液晶組成物。
2020164784.tif 000058
2020164784.tif 000059
2020164784.tif 000060
式（３−１）から式（３−３３）において、Ｒ４およびＲ５は、水素、炭素数１から１２のアルキル、炭素数１から１２のアルコキシ、炭素数２から１２のアルケニル、または炭素数２から１２のアルケニルオキシである。
【請求項１８】
成分Ｃの割合が１０％から９０％の範囲である、請求項１６または１７に記載の液晶組成物。
【請求項１９】
添加物Ａとして式（４）で表される重合性化合物から選択された少なくとも１つの化合物を含有する、請求項１から１８のいずれか１項に記載の液晶組成物。
2020164784.tif 000061
式（４）において、環Ｊおよび環Ｌは、シクロヘキシル、シクロヘキセニル、フェニル、１−ナフチル、２−ナフチル、テトラヒドロピラン−２−イル、１，３−ジオキサン−２−イル、ピリミジン−２−イル、またはピリジン−２−イルであり、これらの環において、少なくとも１つの水素は、フッ素、炭素数１から１２のアルキル、炭素数１から１２のアルコキシ、または少なくとも１つの水素がフッ素で置き換えられた炭素数１から１２のアルキルで置き換えられてもよく；環Ｋは、１，４−シクロヘキシレン、１，４−シクロヘキセニレン、１，４−フェニレン、ナフタレン−１，２−ジイル、ナフタレン−１，３−ジイル、ナフタレン−１，４−ジイル、ナフタレン−１，５−ジイル、ナフタレン−１，６−ジイル、ナフタレン−１，７−ジイル、ナフタレン−１，８−ジイル、ナフタレン−２，３−ジイル、ナフタレン−２，６−ジイル、ナフタレン−２，７−ジイル、テトラヒドロピラン−２，５−ジイル、１，３−ジオキサン−２，５−ジイル、ピリミジン−２，５−ジイル、またはピリジン−２，５−ジイルであり、これらの環において、少なくとも１つの水素は、フッ素、炭素数１から１２のアルキル、炭素数１から１２のアルコキシ、または少なくとも１つの水素がフッ素で置き換えられた炭素数１から１２のアルキルで置き換えられてもよく；Ｚ５およびＺ６は、単結合または炭素数１から１０のアルキレンであり、このアルキレンにおいて、少なくとも１つの−ＣＨ２−は、−Ｏ−、−ＣＯ−、−ＣＯＯ−、または−ＯＣＯ−で置き換えられてもよく、少なくとも１つの−ＣＨ２ＣＨ２−は、−ＣＨ＝ＣＨ−、−Ｃ（ＣＨ３）＝ＣＨ−、−ＣＨ＝Ｃ（ＣＨ３）−、または−Ｃ（ＣＨ３）＝Ｃ（ＣＨ３）−で置き換えられてもよく、これらの基において、少なくとも１つの水素は、フッ素で置き換えられてもよく；Ｐ１、Ｐ２、およびＰ３は、重合性基であり；Ｓｐ１、Ｓｐ２、およびＳｐ３は、単結合または炭素数１から１０のアルキレンであり、このアルキレンにおいて、少なくとも１つの−ＣＨ２−は、−Ｏ−、−ＣＯＯ−、または−ＯＣＯ−で置き換えられてもよく、少なくとも１つの−ＣＨ２ＣＨ２−は、−ＣＨ＝ＣＨ−または−Ｃ≡Ｃ−で置き換えられてもよく、これらの基において、少なくとも１つの水素は、フッ素で置き換えられてもよく；ｆは、０、１、または２であり；ｇ、ｈ、およびｊは、０、１、２、３、または４であり、そしてｇ、ｈ、およびｊの和は、１以上である。
【請求項２０】
式（４）において、環Ｊおよび環Ｌが、シクロヘキシル、フェニル、１−ナフチル、または２−ナフチルであり、これらの環において、少なくとも１つの水素は、フッ素、炭素数１から１２のアルキル、炭素数１から１２のアルコキシ、または少なくとも１つの水素がフッ素で置き換えられた炭素数１から１２のアルキルで置き換えられてもよく；環Ｋが、１，４−シクロヘキシレン、１，４−フェニレン、ナフタレン−１，２−ジイル、またはナフタレン−２，６−ジイルであり、これらの環において、少なくとも１つの水素は、フッ素、炭素数１から１２のアルキル、炭素数１から１２のアルコキシ、または少なくとも１つの水素がフッ素で置き換えられた炭素数１から１２のアルキルで置き換えられてもよく；Ｚ５およびＺ６が、単結合または炭素数１から１０のアルキレンであり、このアルキレンにおいて、少なくとも１つの−ＣＨ２−は、−Ｏ−、−ＣＯ−、−ＣＯＯ−、または−ＯＣＯ−で置き換えられてもよく、そして少なくとも１つの−ＣＨ２ＣＨ２−は、−ＣＨ＝ＣＨ−で置き換えられてもよく、これらの基において、少なくとも１つの水素は、フッ素で置き換えられてもよく；Ｐ１、Ｐ２、およびＰ３が式（Ｐ−１）から式（Ｐ−５）で表される重合性基から選択された基であり：
2020164784.tif 000062
ここで、Ｍ１、Ｍ２、およびＭ３は、水素、フッ素、炭素数１から５のアルキル、または少なくとも１つの水素がフッ素で置き換えられた炭素数１から５のアルキルであり；Ｓｐ１、Ｓｐ２、およびＳｐ３が、単結合または炭素数１から１０のアルキレンであり、このアルキレンにおいて、少なくとも１つの−ＣＨ２−は、−Ｏ−、−ＣＯＯ−、または−ＯＣＯ−で置き換えられてもよく、少なくとも１つの−ＣＨ２ＣＨ２−は、−ＣＨ＝ＣＨ−で置き換えられてもよく、これらの基において、少なくとも１つの水素は、フッ素で置き換えられてもよく；ｆが、０または１であり；ｇ、ｈ、およびｊが、０、１、２、３、または４であり、そしてｇ、ｈ、およびｊの和は、１以上である、請求項１９に記載の液晶組成物。
【請求項２１】
添加物Ａとして式（４−１）から式（４−２９）で表される重合性化合物から選択された少なくとも１つの化合物を含有する、請求項１から２０のいずれか１項に記載の液晶組成物。
2020164784.tif 000063
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式（４−１）から式（４−２９）において、Ｐ４、Ｐ５、およびＰ６は、式（Ｐ−１）から式（Ｐ−３）で表される重合性基から選択された基であり：
2020164784.tif 000066
ここでＭ１、Ｍ２、およびＭ３は、水素、フッ素、炭素数１から５のアルキル、または少なくとも１つの水素がフッ素で置き換えられた炭素数１から５のアルキルであり；Ｓｐ１、Ｓｐ２、およびＳｐ３は、単結合または炭素数１から１０のアルキレンであり、このアルキレンにおいて、少なくとも１つの−ＣＨ２−は、−Ｏ−、−ＣＯＯ−、または−ＯＣＯ−で置き換えられてもよく、少なくとも１つの−ＣＨ２ＣＨ２−は、−ＣＨ＝ＣＨ−または−Ｃ≡Ｃ−で置き換えられてもよく、これらの基において、少なくとも１つの水素は、フッ素で置き換えられてもよい。
【請求項２２】
添加物Ａの割合が０．０３％から１０％の範囲である、請求項１９から２１のいずれか１項に記載の液晶組成物。
【請求項２３】
ネマチック相の上限温度が７０℃以上であり、波長５８９ｎｍにおける光学異方性（２５℃で測定）が０．０７以上であり、そして周波数１ｋＨｚにおける誘電率異方性（２５℃で測定）が２以上または−２以下である、請求項１から２２のいずれか１項に記載の液晶組成物。
【請求項２４】
アルケニルを有する化合物の割合が５０％以下である、請求項１から２３のいずれか１項に記載の液晶組成物。
【請求項２５】
塩素を有する化合物を含有しない、請求項１から２４のいずれか１項に記載の液晶組成物。
【請求項２６】
式（１ａ）で表される化合物の割合が０％から３％の範囲である、請求項１から２５のいずれか１項に記載の液晶組成物。
2020164784.tif 000067
式（１ａ）において、Ｒ１およびＲ２は、炭素数１から１２のアルキル、炭素数１から１２のアルコキシ、炭素数２から１２のアルケニル、または少なくとも１つの水素がフッ素で置き換えられた炭素数２から１２のアルケニルであり；環Ａおよび環Ｂは、１，４−シクロヘキシレン、１，４−フェニレン、２−フルオロ−１，４−フェニレン、または２，５−ジフルオロ−１，４−フェニレンであり；Ｚ１は、単結合、エチレン、ビニレン、メチレンオキシ、またはカルボニルオキシである。
【請求項２７】
請求項１から２６のいずれか１項に記載の液晶組成物を含有する液晶表示素子。
【請求項２８】
液晶表示素子の動作モードが、ＩＰＳモード、ＶＡモード、ＦＦＳモード、またはＦＰＡモードであり、液晶表示素子の駆動方式がアクティブマトリックス方式である、請求項２７に記載の液晶表示素子。
【請求項２９】
請求項１９から２２のいずれか１項に記載の液晶組成物を含有し、この液晶組成物中の重合性化合物が重合している、高分子支持配向型の液晶表示素子。
【請求項３０】
請求項１から２６のいずれか１項に記載の液晶組成物の、液晶表示素子における使用。
【請求項３１】
請求項１９から２２のいずれか１項に記載の液晶組成物の、高分子支持配向型の液晶表示素子における使用。
【請求項３２】
請求項１から２６のいずれか１項に記載の液晶組成物を調製することによって、０℃より低い温度でスメクチック相を発現させる方法。
【請求項３３】
請求項１から２６のいずれか１項に記載の液晶組成物を使用することによって、液晶表示素子の０℃より低い温度における応答時間を短縮する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶組成物、この組成物を含有する液晶表示素子などに関する。特に、誘電率異方性が正または負の組成物、およびこの組成物を有する素子に関する。高分子支持配向型の素子にも関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示素子において、液晶分子の動作モードに基づいた分類は、ＰＣ（phase change）、ＴＮ（twisted nematic）、ＳＴＮ（super twisted nematic）、ＥＣＢ（electrically controlled birefringence）、ＯＣＢ（optically compensated bend）、ＩＰＳ（in-plane switching）、ＶＡ（vertical alignment）、ＦＦＳ（fringe field switching）、ＦＰＡ（field-induced photo-reactive alignment）などのモードである。素子の駆動方式に基づいた分類は、ＰＭ（passive matrix）とＡＭ（active matrix）である。ＰＭは、スタティック（static）、マルチプレックス（multiplex）などに分類され、ＡＭは、ＴＦＴ（thin film transistor）、ＭＩＭ（metal insulator metal）などに分類される。ＴＦＴの分類は非晶質シリコン（amorphous silicon）および多結晶シリコン（polycrystal silicon）である。後者は製造工程によって高温型と低温型とに分類される。光源に基づいた分類は、自然光を利用する反射型、バックライトを利用する透過型、そして自然光とバックライトの両方を利用する半透過型である。
【０００３】
液晶表示素子はネマチック相を有する液晶組成物を含有する。この組成物は適切な特性を有する。この組成物の特性を向上させることによって、良好な特性を有するＡＭ素子を得ることができる。これらの特性における関連を下記の表１にまとめる。組成物の特性を市販されているＡＭ素子に基づいてさらに説明する。ネマチック相の温度範囲は、素子の使用できる温度範囲に関連する。ネマチック相の好ましい上限温度は約７０℃以上であり、そしてネマチック相の好ましい下限温度は０℃より低い温度である。組成物の粘度は素子の応答時間に関連する。素子で動画を表示するためには短い応答時間が好ましい。１ミリ秒でもより短い応答時間が望ましい。したがって、組成物における小さな粘度が好ましい。低い温度における小さな粘度はさらに好ましい。組成物の弾性定数は素子のコントラスト比に関連する。素子においてコントラスト比を上げるためには、組成物における大きな弾性定数が好ましい。
【０００４】
2020164784.tif 000002
【０００５】
組成物の光学異方性は、素子のコントラスト比に関連する。素子のモードに応じて、大きな光学異方性または小さな光学異方性、すなわち適切な光学異方性が必要である。組成物の光学異方性（Δｎ）と素子のセルギャップ（ｄ）との積（Δｎ×ｄ）は、コントラスト比を最大にするように設計される。積の適切な値は動作モードの種類に依存する。この値は、ＴＮのようなモードの素子では約０．４５μｍであり、ＶＡモードの素子では約０．３０μｍから約０．４０μｍの範囲であり、ＩＰＳモードまたはＦＦＳモードの素子では約０．２０μｍから約０．３０μｍの範囲である。これらの場合、小さなセルギャップの素子には大きな光学異方性を有する組成物が好ましい。組成物における大きな誘電率異方性は、素子における低いしきい値電圧、小さな消費電力と大きなコントラスト比に寄与する。したがって、大きな誘電率異方性が好ましい。組成物における大きな比抵抗は、素子における大きな電圧保持率と大きなコントラスト比とに寄与する。したがって、初期段階において大きな比抵抗を有する組成物が好ましい。長時間使用したあと、大きな比抵抗を有する組成物が好ましい。光や熱に対する組成物の安定性は、素子の寿命に関連する。この安定性が高いとき、素子の寿命は長い。このような特性は、液晶モニター、液晶テレビなどに用いるＡＭ素子に好ましい。
【０００６】
汎用の液晶表示素子において、液晶分子の垂直配向は、特定のポリイミド配向膜によって達成される。高分子支持配向（ＰＳＡ；polymer sustained alignment）型の液晶表示素子では、配向膜に重合体を組み合わせる。まず、少量の重合性化合物を添加した組成物を素子に注入する。次に、この素子の基板のあいだに電圧を印加しながら、組成物に紫外線を照射する。重合性化合物は重合して、組成物中に重合体の網目構造を生成する。この組成物では、重合体によって液晶分子の配向を制御することが可能になるので、素子の応答時間が短縮され、画像の焼き付きが改善される。重合体のこのような効果は、ＴＮ、ＥＣＢ、ＯＣＢ、ＩＰＳ、ＶＡ、ＦＦＳ、ＦＰＡのようなモードを有する素子に期待できる。
【０００７】
ＴＮモードを有するＡＭ素子においては正の誘電率異方性を有する組成物が用いられる。ＶＡモードを有するＡＭ素子においては負の誘電率異方性を有する組成物が用いられる。ＩＰＳモードまたはＦＦＳモードを有するＡＭ素子においては正または負の誘電率異方性を有する組成物が用いられる。高分子支持配向（ＰＳＡ；polymer sustained alignment）型のＡＭ素子においては正または負の誘電率異方性を有する組成物が用いられる。
【０００８】
表１に記載された素子は、ネマチック相の温度範囲で駆動される。表１に記載された組成物は、低温でスメクチック相を有することがある。本発明者らは、このスメクチック相に焦点をあてた。もし、スメクチック相の温度範囲が広い場合は、この相の温度範囲においても駆動される素子が期待される。本発明者らは、ネマチック相とスメクチック相とを使用した素子の将来性について検討した。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】国際公開第２０１２−４３１４５号
【特許文献２】国際公開第１９９６−１１８９７号
【特許文献３】特開平１０−２０４０１６号公報
【特許文献４】特開２０００−５３６０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の課題は、ネマチック相の高い上限温度、０℃より低いスメクチック−ネマチック転移温度、スメクチック相の広い温度範囲、小さな粘度、適切な光学異方性、正または負に大きな誘電率異方性、大きな比抵抗、光に対する高い安定性、熱に対する高い安定性、大きな弾性定数のような特性の少なくとも１つを充足する液晶組成物を提供することである。別の課題は、これらの特性の少なくとも２つのあいだで適切なバランスを有する液晶組成物を提供することである。別の課題は、このような組成物を含有する液晶表示素子を提供することである。別の課題は、短い応答時間、大きな電圧保持率、低いしきい値電圧、大きなコントラスト比、長い寿命のような特性を有するＡＭ素子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、０℃より低いスメクチック−ネマチック転移温度を有する液晶組成物、およびこの組成物を有する液晶表示素子に関する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の長所は、ネマチック相の高い上限温度、０℃より低いスメクチック−ネマチック転移温度、スメクチック相の広い温度範囲、小さな粘度、適切な光学異方性、正または負に大きな誘電率異方性、大きな比抵抗、光に対する高い安定性、熱に対する高い安定性、大きな弾性定数のような特性の少なくとも１つを充足する液晶組成物を提供することである。別の長所は、これらの特性の少なくとも２つのあいだで適切なバランスを有する液晶組成物を提供することである。別の長所は、このような組成物を含有する液晶表示素子を提供することである。別の長所は、短い応答時間、大きな電圧保持率、低いしきい値電圧、大きなコントラスト比、長い寿命のような特性を有するＡＭ素子を提供することである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
この明細書における用語の使い方は次のとおりである。「液晶組成物」および「液晶表示素子」の用語をそれぞれ「組成物」および「素子」と略すことがある。「液晶表示素子」は液晶表示パネルおよび液晶表示モジュールの総称である。「液晶性化合物」は、ネマチック相、スメクチック相のような液晶相を有する化合物および液晶相を有しないが、ネマチック相の温度範囲、粘度、誘電率異方性のような特性を調節する目的で組成物に混合される化合物の総称である。この化合物は、例えば１，４−シクロヘキシレンや１，４−フェニレンのような六員環を有し、その分子（液晶分子）は棒状（rod-like）である。「重合性化合物」は、組成物中に重合体を生成させる目的で添加する化合物である。アルケニルを有する液晶性化合物は、その意味では重合性化合物に分類されない。
【００１４】
「液晶組成物」は、複数の液晶性化合物を混合することによって調製される。この液晶組成物に、光学活性化合物や重合性化合物のような添加物が必要に応じて添加される。液晶性化合物の割合は、添加物を添加した場合であっても、添加物を含まない液晶組成物に基づいた質量百分率（質量％）で表される。添加物の割合は、添加物を含まない液晶組成物に基づいた質量百分率で表される。すなわち、液晶性化合物や添加物の割合は、液晶性化合物の全量に基づいて算出される。重合開始剤および重合禁止剤の割合は、重合性化合物の全量に基づいて算出される。なお、「質量％」の「質量」は、省略することがある。
【００１５】
「ネマチック相の上限温度」を「上限温度」と略すことがある。「液晶相の下限温度」を「下限温度」と略すことがある。「液晶相の下限温度」は、固体とスメクチック相の転移温度を意味する。スメクチック相が存在しない場合は、固体とネマチック相の転移温度を意味する。「誘電率異方性を上げる」の表現は、誘電率異方性が正である組成物のときは、その値が正に増加することを意味し、誘電率異方性が負である組成物のときは、その値が負に増加することを意味する。「電圧保持率が大きい」は、素子が初期段階において室温だけでなく上限温度に近い温度でも大きな電圧保持率を有し、そして長時間使用したあと室温だけでなく上限温度に近い温度でも素子は大きな電圧保持率を有することを意味する。組成物や素子の特性が経時変化試験によって検討されることがある。
【００１６】
2020164784.tif 000003
上記の化合物（１ｚ）を例にして説明する。式（１ｚ）において、六角形で囲んだαおよびβの記号はそれぞれ環αおよび環βに対応し、六員環、縮合環のような環を表す。添え字‘ｘ’が２のとき、２つの環αが存在する。２つの環αが表す２つの基は、同一であってもよく、または異なってもよい。このルールは、添え字‘ｘ’が２より大きいとき、任意の２つの環αに適用される。このルールは、結合基Ｚのような、他の記号にも適用される。環βの一辺を横切る斜線は、環β上の任意の水素が置換基（−Ｓｐ−Ｐ）で置き換えられてもよいことを表す。添え字‘ｙ’は置き換えられた置換基の数を示す。添え字‘ｙ’が０のとき、そのような置き換えはない。添え字‘ｙ’が２以上のとき、環β上には複数の置換基（−Ｓｐ−Ｐ）が存在する。この場合にも、「同一であってもよく、または異なってもよい」のルールが適用される。なお、このルールは、Ｒａの記号を複数の化合物に用いた場合にも適用される。
【００１７】
式（１ｚ）において、例えば、「ＲａおよびＲｂは、アルキル、アルコキシ、またはアルケニルである」のような表現は、ＲａおよびＲｂが独立して、アルキル、アルコキシ、およびアルケニルの群から選択されることを意味する。ここで、Ｒａによって表される基とＲｂによって表される基が同一であってもよく、または異なってもよい。
【００１８】
式（１ｚ）で表される化合物から選択された少なくとも１つの化合物を「化合物（１ｚ）」と略すことがある。「化合物（１ｚ）」は、式（１ｚ）で表される１つの化合物、２つの化合物の混合物、または３つ以上の化合物の混合物を意味する。他の式で表される化合物についても同様である。「式（１ｚ）および式（２ｚ）で表される化合物から選択された少なくとも１つの化合物」の表現は、化合物（１ｚ）および化合物（２ｚ）の群から選択された少なくとも１つの化合物を意味する。
【００１９】
「主成分」は、混合物や組成物の中で最も大きな割合を占める成分を意味する。例えば、４０％の化合物（１ｚ）、３５％の化合物（２ｚ）、および２５％の化合物（３ｚ）の混合物において、主成分は、化合物（１ｚ）である。成分が化合物（１ｚ）のみであるときも、化合物（１ｚ）は主成分と呼ばれる。化合物（１ｚ）が単一の化合物であるときも、この化合物は主成分と呼ばれる。
【００２０】
「少なくとも１つの‘Ａ’」の表現は、‘Ａ’の数は任意であることを意味する。「少なくとも１つの‘Ａ’は、‘Ｂ’で置き換えられてもよい」の表現は、‘Ａ’の数が１つのとき、‘Ａ’の位置は任意であり、‘Ａ’の数が２つ以上のときも、それらの位置は制限なく選択できる。「少なくとも１つの−ＣＨ２−は−Ｏ−で置き換えられてもよい」の表現が使われることがある。この場合、−ＣＨ２−ＣＨ２−ＣＨ２−は、隣接しない−ＣＨ２−が−Ｏ−で置き換えられることによって−Ｏ−ＣＨ２−Ｏ−に変換されてもよい。しかしながら、隣接した−ＣＨ２−が−Ｏ−で置き換えられることはない。この置き換えでは−Ｏ−Ｏ−ＣＨ２−（ペルオキシド）が生成するからである。
【００２１】
液晶性化合物のアルキルは、直鎖状または分岐状であり、環状アルキルを含まない。直鎖状アルキルは、分岐状アルキルよりも好ましい。これらのことは、アルコキシ、アルケニルのような末端基についても同様である。１，４−シクロヘキシレンに関する立体配置は、上限温度を上げるためにシスよりもトランスが好ましい。２−フルオロ−１，４−フェニレンは左右非対称であるから、左向き（Ｌ）および右向き（Ｒ）が存在する。
2020164784.tif 000004
テトラヒドロピラン−２，５−ジイルのような二価基においても同様である。カルボニルオキシのような結合基（−ＣＯＯ−または−ＯＣＯ−）も同様である。
【００２２】
本発明は、下記の項などである。
【００２３】
項１．  ０℃より低いスメクチック−ネマチック転移温度を有する液晶組成物。
【００２４】
項２．  −２０℃でスメクチック相を示す、項１に記載の液晶組成物。
【００２５】
項３．  スメクチック相を有する化合物を含有する、項１または２に記載の液晶組成物。
【００２６】
項４．  成分Ａとして式（１）で表される化合物から選択された少なくとも１つの化合物を含有する、項１から３のいずれか１項に記載の液晶組成物。
2020164784.tif 000005
式（１）において、Ｒ１およびＲ２は、炭素数１から１２のアルキル、炭素数１から１２のアルコキシ、炭素数２から１２のアルケニル、または少なくとも１つの水素がフッ素で置き換えられた炭素数２から１２のアルケニルであり；環Ａおよび環Ｂは、１，４−シクロヘキシレン、１，４−フェニレン、２−フルオロ−１，４−フェニレン、または２，５−ジフルオロ−１，４−フェニレンであり；Ｚ１は、単結合、エチレン、ビニレン、メチレンオキシ、またはカルボニルオキシであり；ａは、１または２である。
【００２７】
項５．  式（１）において、Ｒ１およびＲ２が、炭素数１から１２のアルキルまたは炭素数２から１２のアルケニルであり；環Ａおよび環Ｂが、１，４−フェニレン、２−フルオロ−１，４−フェニレン、または２，５−ジフルオロ−１，４−フェニレンであり；Ｚ１が、単結合であり；ａが２である化合物を４０％以上含有する、項４に記載の液晶組成物。
【００２８】
項６．  成分Ａとして式（１−１）から式（１−９）で表される化合物から選択された少なくとも１つの化合物を含有する、項１から５のいずれか１項に記載の液晶組成物。
2020164784.tif 000006
式（１−１）から式（１−９）において、Ｒ１およびＲ２は、炭素数１から１２のアルキル、炭素数１から１２のアルコキシ、炭素数２から１２のアルケニル、または少なくとも１つの水素がフッ素で置き換えられた炭素数２から１２のアルケニルである。
【００２９】
項７．  成分Ａの割合が１０％から９０％の範囲である、項３から６のいずれか１項に記載の液晶組成物。
【００３０】
項８．  ３−ＨＨ−Ｖを５０％以上含有する、項１から７のいずれか１項に記載の液晶組成物。
2020164784.tif 000007
【００３１】
項９．  ４−ＨＨ−Ｖを２０％以上含有する、項１から７のいずれか１項に記載の液晶組成物。
2020164784.tif 000008
【００３２】
項１０．  ３−ＨＨ−４を１０％以上含有する、項１から７のいずれか１項に記載の液晶組成物。
2020164784.tif 000009
【００３３】
項１１．  成分Ｂとして式（２）で表される化合物から選択された少なくとも１つの化合物を含有する、項１から１０のいずれか１項に記載の液晶組成物。
2020164784.tif 000010
式（２）において、Ｒ３は、炭素数１から１２のアルキル、炭素数１から１２のアルコキシ、または炭素数２から１２のアルケニルであり；環Ｃは、１，４−シクロヘキシレン、１，４−フェニレン、２−フルオロ−１，４−フェニレン、２，３−ジフルオロ−１，４−フェニレン、２，６−ジフルオロ−１，４−フェニレン、ピリミジン−２，５−ジイル、１，３−ジオキサン−２，５−ジイル、またはテトラヒドロピラン−２，５−ジイルであり；Ｚ２は、単結合、エチレン、ビニレン、メチレンオキシ、カルボニルオキシ、またはジフルオロメチレンオキシであり；Ｘ１およびＸ２は、水素またはフッ素であり；Ｙ１は、フッ素、少なくとも１つの水素がフッ素で置き換えられた炭素数１から１２のアルキル、少なくとも１つの水素がフッ素で置き換えられた炭素数１から１２のアルコキシ、または少なくとも１つの水素がフッ素で置き換えられた炭素数２から１２のアルケニルオキシであり；ｂは、１、２、３、または４である。
【００３４】
項１２．  成分Ｂとして式（２−１）から式（２−３６）で表される化合物から選択された少なくとも１つの化合物を含有する、項１から１１のいずれか１項に記載の液晶組成物。
2020164784.tif 000011
【００３５】
2020164784.tif 000012
【００３６】
2020164784.tif 000013
【００３７】
2020164784.tif 000014
【００３８】
2020164784.tif 000015
式（２−１）から式（２−３６）において、Ｒ３は、炭素数１から１２のアルキル、炭素数１から１２のアルコキシ、または炭素数２から１２のアルケニルである。
【００３９】
項１３．  式（２）において、環Ｃの少なくとも１つが１，３−ジオキサン−２，５−ジイルである、項１１に記載の液晶組成物。
【００４０】
項１４．  式（２）において、Ｒ３が炭素数１から１２のアルキルであり、環Ｃの少なくとも１つが１，３−ジオキサン−２，５−ジイルであり、Ｚ２が単結合またはジフルオロメチレンオキシであり、Ｘ１およびＸ２が水素またはフッ素であり、Ｙ１がフッ素である、項１１に記載の液晶組成物。
【００４１】
項１５．  成分Ｂの割合が１０％から９０％の範囲である、項１１から１４のいずれか１項に記載の液晶組成物。
【００４２】
項１６．  成分Ｃとして式（３）で表される化合物から選択された少なくとも１つの化合物を含有する、項１から１５のいずれか１項に記載の液晶組成物。
2020164784.tif 000016
式（３）において、Ｒ４およびＲ５は、水素、炭素数１から１２のアルキル、炭素数１から１２のアルコキシ、炭素数２から１２のアルケニル、または炭素数２から１２のアルケニルオキシであり；環Ｄおよび環Ｆは、１，４−シクロヘキシレン、１，４−シクロヘキセニレン、テトラヒドロピラン−２，５−ジイル、１，４−フェニレン、少なくとも１つの水素がフッ素で置き換えられた１，４−フェニレン、ナフタレン−２，６−ジイル、少なくとも１つの水素がフッ素で置き換えられたナフタレン−２，６−ジイル、クロマン−２，６−ジイル、または少なくとも１つの水素がフッ素で置き換えられたクロマン−２，６−ジイルであり；環Ｅは、２，３−ジフルオロ−１，４−フェニレン、２−クロロ−３−フルオロ−１，４−フェニレン、２，３−ジフルオロ−５−メチル−１，４−フェニレン、３，４，５−トリフルオロナフタレン−２，６−ジイル、７，８−ジフルオロクロマン−２，６−ジイル、３，４，５，６−テトラフルオロフルオレン−２，７−ジイル、４，６−ジフルオロジベンゾフラン−３，７−ジイル、４，６−ジフルオロジベンゾチオフェン−３，７−ジイル、または１，１，６，７−テトラフルオロインダン−２，５−ジイルであり；Ｚ３およびＺ４は、単結合、エチレン、ビニレン、メチレンオキシ、またはカルボニルオキシであり；ｃは、０、１、２、または３であり、ｄは、０または１であり、そしてｃおよびｄの和は、３以下である。
【００４３】
項１７．  成分Ｃとして式（３−１）から式（３−３３）で表される化合物から選択された少なくとも１つの化合物を含有する、項１から１６のいずれか１項に記載の液晶組成物。
2020164784.tif 000017
【００４４】
2020164784.tif 000018
【００４５】
2020164784.tif 000019
【００４６】
式（３−１）から式（３−３３）において、Ｒ４およびＲ５は、水素、炭素数１から１２のアルキル、炭素数１から１２のアルコキシ、炭素数２から１２のアルケニル、または炭素数２から１２のアルケニルオキシである。
【００４７】
項１８．  成分Ｃの割合が１０％から９０％の範囲である、項１６または１７に記載の液晶組成物。
【００４８】
項１９．  添加物Ａとして式（４）で表される重合性化合物から選択された少なくとも１つの化合物を含有する、項１から１８のいずれか１項に記載の液晶組成物。
2020164784.tif 000020
式（４）において、環Ｊおよび環Ｌは、シクロヘキシル、シクロヘキセニル、フェニル、１−ナフチル、２−ナフチル、テトラヒドロピラン−２−イル、１，３−ジオキサン−２−イル、ピリミジン−２−イル、またはピリジン−２−イルであり、これらの環において、少なくとも１つの水素は、フッ素、炭素数１から１２のアルキル、炭素数１から１２のアルコキシ、または少なくとも１つの水素がフッ素で置き換えられた炭素数１から１２のアルキルで置き換えられてもよく；環Ｋは、１，４−シクロヘキシレン、１，４−シクロヘキセニレン、１，４−フェニレン、ナフタレン−１，２−ジイル、ナフタレン−１，３−ジイル、ナフタレン−１，４−ジイル、ナフタレン−１，５−ジイル、ナフタレン−１，６−ジイル、ナフタレン−１，７−ジイル、ナフタレン−１，８−ジイル、ナフタレン−２，３−ジイル、ナフタレン−２，６−ジイル、ナフタレン−２，７−ジイル、テトラヒドロピラン−２，５−ジイル、１，３−ジオキサン−２，５−ジイル、ピリミジン−２，５−ジイル、またはピリジン−２，５−ジイルであり、これらの環において、少なくとも１つの水素は、フッ素、炭素数１から１２のアルキル、炭素数１から１２のアルコキシ、または少なくとも１つの水素がフッ素で置き換えられた炭素数１から１２のアルキルで置き換えられてもよく；Ｚ５およびＺ６は、単結合または炭素数１から１０のアルキレンであり、このアルキレンにおいて、少なくとも１つの−ＣＨ２−は、−Ｏ−、−ＣＯ−、−ＣＯＯ−、または−ＯＣＯ−で置き換えられてもよく、少なくとも１つの−ＣＨ２ＣＨ２−は、−ＣＨ＝ＣＨ−、−Ｃ（ＣＨ３）＝ＣＨ−、−ＣＨ＝Ｃ（ＣＨ３）−、または−Ｃ（ＣＨ３）＝Ｃ（ＣＨ３）−で置き換えられてもよく、これらの基において、少なくとも１つの水素は、フッ素で置き換えられてもよく；Ｐ１、Ｐ２、およびＰ３は、重合性基であり；Ｓｐ１、Ｓｐ２、およびＳｐ３は、単結合または炭素数１から１０のアルキレンであり、このアルキレンにおいて、少なくとも１つの−ＣＨ２−は、−Ｏ−、−ＣＯＯ−、または−ＯＣＯ−で置き換えられてもよく、少なくとも１つの−ＣＨ２ＣＨ２−は、−ＣＨ＝ＣＨ−または−Ｃ≡Ｃ−で置き換えられてもよく、これらの基において、少なくとも１つの水素は、フッ素で置き換えられてもよく；ｆは、０、１、または２であり；ｇ、ｈ、およびｊは、０、１、２、３、または４であり、そしてｇ、ｈ、およびｊの和は、１以上である。
【００４９】
項２０．  式（４）において、環Ｊおよび環Ｌが、シクロヘキシル、フェニル、１−ナフチル、または２−ナフチルであり、これらの環において、少なくとも１つの水素は、フッ素、炭素数１から１２のアルキル、炭素数１から１２のアルコキシ、または少なくとも１つの水素がフッ素で置き換えられた炭素数１から１２のアルキルで置き換えられてもよく；環Ｋが、１，４−シクロヘキシレン、１，４−フェニレン、ナフタレン−１，２−ジイル、またはナフタレン−２，６−ジイルであり、これらの環において、少なくとも１つの水素は、フッ素、炭素数１から１２のアルキル、炭素数１から１２のアルコキシ、または少なくとも１つの水素がフッ素で置き換えられた炭素数１から１２のアルキルで置き換えられてもよく；Ｚ５およびＺ６が、単結合または炭素数１から１０のアルキレンであり、このアルキレンにおいて、少なくとも１つの−ＣＨ２−は、−Ｏ−、−ＣＯ−、−ＣＯＯ−、または−ＯＣＯ−で置き換えられてもよく、そして少なくとも１つの−ＣＨ２ＣＨ２−は、−ＣＨ＝ＣＨ−で置き換えられてもよく、これらの基において、少なくとも１つの水素は、フッ素で置き換えられてもよく；Ｐ１、Ｐ２、およびＰ３が式（Ｐ−１）から式（Ｐ−５）で表される重合性基から選択された基であり：
2020164784.tif 000021
ここで、Ｍ１、Ｍ２、およびＭ３は、水素、フッ素、炭素数１から５のアルキル、または少なくとも１つの水素がフッ素で置き換えられた炭素数１から５のアルキルであり；Ｓｐ１、Ｓｐ２、およびＳｐ３が、単結合または炭素数１から１０のアルキレンであり、このアルキレンにおいて、少なくとも１つの−ＣＨ２−は、−Ｏ−、−ＣＯＯ−、または−ＯＣＯ−で置き換えられてもよく、少なくとも１つの−ＣＨ２ＣＨ２−は、−ＣＨ＝ＣＨ−で置き換えられてもよく、これらの基において、少なくとも１つの水素は、フッ素で置き換えられてもよく；ｆが、０または１であり；ｇ、ｈ、およびｊが、０、１、２、３、または４であり、そしてｇ、ｈ、およびｊの和は、１以上である、項１９に記載の液晶組成物。
【００５０】
項２１．  添加物Ａとして式（４−１）から式（４−２９）で表される重合性化合物から選択された少なくとも１つの化合物を含有する、項１から２０のいずれか１項に記載の液晶組成物。
2020164784.tif 000022
【００５１】
2020164784.tif 000023
【００５２】
2020164784.tif 000024
式（４−１）から式（４−２９）において、Ｐ４、Ｐ５、およびＰ６は、式（Ｐ−１）から式（Ｐ−３）で表される重合性基から選択された基であり：
2020164784.tif 000025
ここでＭ１、Ｍ２、およびＭ３は、水素、フッ素、炭素数１から５のアルキル、または少なくとも１つの水素がフッ素で置き換えられた炭素数１から５のアルキルであり；Ｓｐ１、Ｓｐ２、およびＳｐ３は、単結合または炭素数１から１０のアルキレンであり、このアルキレンにおいて、少なくとも１つの−ＣＨ２−は、−Ｏ−、−ＣＯＯ−、または−ＯＣＯ−で置き換えられてもよく、少なくとも１つの−ＣＨ２ＣＨ２−は、−ＣＨ＝ＣＨ−または−Ｃ≡Ｃ−で置き換えられてもよく、これらの基において、少なくとも１つの水素は、フッ素で置き換えられてもよい。
【００５３】
項２２．  添加物Ａの割合が０．０３％から１０％の範囲である、項１９から２１のいずれか１項に記載の液晶組成物。
【００５４】
項２３．  ネマチック相の上限温度が７０℃以上であり、波長５８９ｎｍにおける光学異方性（２５℃で測定）が０．０７以上であり、そして周波数１ｋＨｚにおける誘電率異方性（２５℃で測定）が２以上または−２以下である、項１から２２のいずれか１項に記載の液晶組成物。
【００５５】
項２４．  アルケニルを有する化合物の割合が５０％以下である、項１から２３のいずれか１項に記載の液晶組成物。
【００５６】
項２５．  塩素を有する化合物を含有しない、項１から２４のいずれか１項に記載の液晶組成物。
【００５７】
項２６．  式（１ａ）で表される化合物の割合が０％から３％の範囲である、項１から２５のいずれか１項に記載の液晶組成物。
2020164784.tif 000026
式（１ａ）において、Ｒ１およびＲ２は、炭素数１から１２のアルキル、炭素数１から１２のアルコキシ、炭素数２から１２のアルケニル、または少なくとも１つの水素がフッ素で置き換えられた炭素数２から１２のアルケニルであり；環Ａおよび環Ｂは、１，４−シクロヘキシレン、１，４−フェニレン、２−フルオロ−１，４−フェニレン、または２，５−ジフルオロ−１，４−フェニレンであり；Ｚ１は、単結合、エチレン、ビニレン、メチレンオキシ、またはカルボニルオキシである。
【００５８】
項２７．  項１から２６のいずれか１項に記載の液晶組成物を含有する液晶表示素子。
【００５９】
項２８．  液晶表示素子の動作モードが、ＩＰＳモード、ＶＡモード、ＦＦＳモード、またはＦＰＡモードであり、液晶表示素子の駆動方式がアクティブマトリックス方式である、項２７に記載の液晶表示素子。
【００６０】
項２９．  項１９から２２のいずれか１項に記載の液晶組成物を含有し、この液晶組成物中の重合性化合物が重合している、高分子支持配向型の液晶表示素子。
【００６１】
項３０．  項１から２６のいずれか１項に記載の液晶組成物の、液晶表示素子における使用。
【００６２】
項３１．  項１９から２２のいずれか１項に記載の液晶組成物の、高分子支持配向型の液晶表示素子における使用。
【００６３】
項３２．  項１から２６のいずれか１項に記載の液晶組成物を調製することによって、０℃より低い温度でスメクチック相を発現させる方法。
【００６４】
項３３．  項１から２６のいずれか１項に記載の液晶組成物を使用することによって、液晶表示素子の０℃より低い温度における応答時間を短縮する方法。
【００６５】
本発明は、次の項も含む。（ａ）光学活性化合物、酸化防止剤、紫外線吸収剤、消光剤、色素、消泡剤、重合性化合物、重合開始剤、重合禁止剤、極性化合物のような添加物から選択された１つの化合物、２つの化合物、または３つ以上の化合物を含有する上記の組成物。（ｂ）上記の組成物を含有するＡＭ素子。（ｃ）重合性化合物をさらに含有する上記の組成物、およびこの組成物を含有する高分子支持配向（ＰＳＡ）型のＡＭ素子。（ｄ）上記の組成物を含有し、この組成物中の重合性化合物が重合している、高分子支持配向（ＰＳＡ）型のＡＭ素子。（ｅ）上記の組成物を含有し、この組成物が重合体を含有し、この重合体が前駆体から誘導され、この前駆体の主成分が上記の重合性化合物である、ＡＭ素子。（ｆ）上記の組成物を含有し、そしてＰＣ、ＴＮ、ＳＴＮ、ＥＣＢ、ＯＣＢ、ＩＰＳ、ＶＡ、ＦＦＳ、またはＦＰＡのモードを有する素子。（ｇ）上記の組成物を含有する透過型の素子。（ｈ）ネマチック相を有する組成物として、上記の組成物の使用。（ｉ）上記の組成物に光学活性化合物を添加することによって得られる光学活性な組成物の使用。
【００６６】
本発明は、次の項も含む。次の項と他の項との組合せも含む。（ｊ）０℃より低いスメクチック−ネマチック転移温度を有し、−２０℃でスメクチック相を示す、液晶組成物。（ｋ）０℃より低いスメクチック−ネマチック転移温度を有し、−３０℃でスメクチック相を示す、液晶組成物。（ｌ）０℃より低いスメクチック−ネマチック転移温度を有し、−２０℃または−３０℃でスメクチック相を示す、液晶組成物。（ｍ）０℃より低いスメクチック−ネマチック転移温度を有し、−２５℃でスメクチック相を示す、液晶組成物。
【００６７】
本発明は、次の項も含む。次の項と他の項との組合せも含む。（ｎ）０℃より低いスメクチック−ネマチック転移温度を有し、スメクチック相の温度範囲が１０℃以上である、液晶組成物。（ｏ）０℃より低いスメクチック−ネマチック転移温度を有し、スメクチック相の温度範囲が２０℃以上である、液晶組成物。（ｐ）０℃より低いスメクチック−ネマチック転移温度を有し、スメクチック相の温度範囲が３０℃以上である、液晶組成物。（ｑ）０℃より低いスメクチック−ネマチック転移温度を有し、スメクチック相の温度範囲が３０℃以上である、液晶組成物。
【００６８】
本発明は、次の項も含む。次の項と他の項との組合せも含む。（ｒ）０℃より低いスメクチック−ネマチック転移温度を有し、−２０℃でスメクチック相を示し、そしてスメクチック相の温度範囲が１０℃以上である、液晶組成物。（ｓ）０℃より低いスメクチック−ネマチック転移温度を有し、−２０℃でスメクチック相を示し、そしてスメクチック相の温度範囲が２０℃以上である、液晶組成物。（ｔ）０℃より低いスメクチック−ネマチック転移温度を有し、−３０℃でスメクチック相を示し、そしてスメクチック相の温度範囲が１０℃以上である、液晶組成物。（ｕ）０℃より低いスメクチック−ネマチック転移温度を有し、−３０℃でスメクチック相を示し、そしてスメクチック相の温度範囲が２０℃以上である、液晶組成物。
【００６９】
本発明を次の順で説明する。第一に、本発明の特徴を説明する。第二に、組成物の構成を説明する。第三に、成分化合物の主要な特性、およびこの化合物が組成物や素子に及ぼす主要な効果を説明する。第四に、組成物における成分化合物の組合せ、好ましい割合、およびその根拠を説明する。第五に、成分化合物の好ましい形態を説明する。第六に、好ましい成分化合物を示す。第七に、組成物に添加してもよい添加物を説明する。第八に、成分化合物の合成法を説明する。最後に、組成物の用途を説明する。
【００７０】
第一に、本発明の特徴を説明する。表１に記載された組成物は、室温でネマチック相を有する。ネマチック相の好ましい上限温度は約７０℃以上である。この組成物を有するＡＭ素子は、室温で短い応答時間を有する。しかし、−２０℃のような低温では、応答時間が極端に長い。そこで、各種の組成物を調製し、低温における素子の応答時間を測定した。室温でネマチック相を有し、−２０℃でスメクチック相を有する組成物を調製した。この組成物を素子に入れ、応答時間を測定した。この応答時間は、−２０℃でもネマチック相を維持する組成物を有する素子の応答時間よりも短かった。我々は、短い応答時間を達成するには、ネマチック相の方がスメクチック相よりも有利であると予測していたので、この結果は予想外であった。そこで我々は、ネマチック相とスメクチック相とを有する組成物およびこの組成物を有する素子について検討した。
【００７１】
本発明は、表１に記載された特性を有し、０℃より低いスメクチック−ネマチック転移温度を有し、スメクチック相の温度範囲が１０℃以上である液晶組成物、この組成物を有する液晶表示素子などに関する。この組成物は、室温ではネマチック相を有し、低温ではスメクチック相を有する。ネマチック相の温度範囲で駆動する素子は既知であり、市販されている。しかし、スメクチック相の温度範囲でも駆動する素子は、文献で報告されていないようである。我々は、−１０℃や−２０℃や−３０℃のような低温でスメクチック相を有する組成物について検討した。我々は、このスメクチック相の温度範囲を広げる方法を検討した。その結果、特定の化合物を使用する、特定の化合物の割合を増加させる、特定の化合物を使わない、などの手段が有効であることを見出した。我々は、応答時間の観点からは、スメクチックＡ相を有する組成物が好ましいことも見出した。組成物の種類によっては、幾つかの手段を組み合せるのがよいことも分かった。このような手段は次のとおりである。
【００７２】
（１）特定の成分化合物の使用
各種の液晶性化合物が知られている。ここでは、棒状の化合物が液晶組成物に使用される。液晶性化合物は、ヘテロ原子を含まない方が好ましい。例外は、フッ素と酸素である。化合物は、スメクチック相を有することが好ましい。スメクチックＡ相を有する化合物が好ましい。スメクチックＡ相を有しない化合物であっても必要に応じて使用してよい。スメクチック相の温度範囲が広い化合物が優先的に使用される。このような化合物は、比較的多量に使用するのが好ましい。このような化合物の例を次に示す。３−Ｈ−Ｈ−Ｖ、４−Ｈ−Ｈ−Ｖ、および３−Ｈ−Ｈ−４は、成分Ａに属する。残りの化合物は、成分Ｂに属する。記号による化合物の表記法は表３を参照のこと。
【００７３】
2020164784.tif 000027
【００７４】
化合物の転移温度の例は、次のとおりである。
（ａ）３−ＨＨ−Ｖ：Ｃ  （２３．９）  Ｓ  ３３．９  Ｎ  ４９．７  Ｉ。これは、スメクチック相（Ｓ）からネマチック相（Ｎ）への転移温度が３３．９℃であり、ネマチック相（Ｎ）から液体（Ｉ）への転移温度が４９．７℃であったことを示す。かっこは、降温時に相転移が観察されたことを示す。すなわち、スメクチック相（Ｓ）から結晶（Ｃ）への転移温度が２３．９℃であったという意味である。
（ｂ）４−ＨＨ−Ｖ：Ｃ  ＜２５．０  Ｓ  ５４．５  Ｉ。
（ｃ）３−ＨＨ−４：Ｃ  −７．７  Ｓ  ９５．２  Ｉ。
【００７５】
（２）液晶性化合物の置換基
化合物（１）のＲ１またはＲ２に関しては、アルキルやアルケニルは、アルコキシやフッ素化されたアルケニルよりも好ましい。アルキルは、アルケニルよりも好ましい。アルキルを有する化合物は、光や熱に対する安定性の観点から好ましい。アルキルを有する化合物は、スメクチック相の広い温度範囲の観点から好ましい。Ｒ１またはＲ２において、炭素数は、２や３であるよりも５や７であることが好ましい。成分化合物の数は、多い方が好ましい。例えば、ある化合物１０％とその同族体１０％の混合物は、単一化合物２０％よりも好ましい。
【００７６】
化合物（２）のＲ３に関しては、化合物（１）のＲ１またはＲ２に関する、上の記載が当て嵌まる。成分化合物の数についても同様である。１，３−ジオキサン−２，５−ジイルを有する化合物は、スメクチック相の広い温度範囲の観点から好ましい。１，３−ジオキサン−２，５−ジイルを有する四環化合物はさらに好ましい。
【００７７】
化合物（１）から化合物（３）において、アルケニルは、アルキルよりも好ましいことがある。アルケニルを有する化合物は、短い応答時間の観点から好ましいアルケニルを有する化合物は、低温における良好な相溶性の観点から好ましい。この化合物の好ましい割合は、５０％以下である。さらに好ましい割合は、４０％以下である。
【００７８】
（３）適していない液晶性化合物
塩素を有する化合物を必要に応じて組成物に添加してもよいが、その割合は小さい方が好ましい。塩素は、スメクチック相の広い温度範囲の観点から好ましいとはいえない。ネマチック相では、液晶分子の向きが一方向である。スメクチック相は、さらに層構造を有するので、液晶分子がネマチック相よりも規則的に配列されている。塩素は、水素やフッ素よりもかなり大きい。そこで塩素は分子の規則的な配列には適していないと推定される。
【００７９】
2020164784.tif 000028
化合物（１ａ）は四環を有する。この四環化合物の割合は、０％から３％の範囲であることが好ましい。四環化合物は、ネマチック相の上限温度をあげるには有効である。しかし、スメクチック−ネマチック転移温度を上げることがある。したがって、四環化合物は、必要に応じて使用されるが、その割合は小さい方が好ましい。特に理由がなければ四環化合物の割合は０％であることが好ましい。
【００８０】
四環化合物の例は、次のとおりである。
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【００８１】
（４）特性を調整する方法
特定の成分化合物を使用したとき、組成物は、０℃より低い温度で、スメクチック相の広い温度範囲を有する。この組成物は、０℃より低い温度で、ネマチック相からスメクチック相へ転移する。この組成物は、約７０℃以上の上限温度を有する。このような組成物を調製する手順の例は、次のとおりである。まず、表１に記載された組成物を調製する。次に、この組成物に、３−ＨＨ−Ｖ、４−ＨＨ−Ｖ、または３−ＨＨ−４を混合する。これらの化合物の幾つかを混合してもよい。これらの化合物は、粘度を下げる、スメクチック相を誘起する（発現させる）、すでに存在するスメクチック相の温度範囲を広げる、という効果を有する。しかし、これらの化合物は、上限温度を下げる、または誘電率異方性を下げるという効果も有する。最後に、上限温度を上げるために、化合物（１−５）から化合物（１−８）、または化合物（１−９）が組成物に混合される。誘電率異方性を上げるために、化合物（２−２３）、化合物（２−２４）、化合物（２−２５）、化合物（２−２９）、または化合物（２−３６）が組成物に混合される。必要に応じて複数の化合物を混合してもよい。
【００８２】
他の例は、次のとおりである。まず、表１に記載された組成物を調製する。次に、この組成物に、項１３または項１４に記載されたジオキサン化合物を混合する。または、上記の３−ＧＢ（Ｆ）Ｂ（Ｆ，Ｆ）−Ｆから３-ＧＢ（Ｆ）Ｂ（Ｆ，Ｆ）ＸＢ（Ｆ，Ｆ）−Ｆのジオキサン化合物を混合する。これらの化合物の幾つかを混合してもよい。これらの化合物は、誘電率異方性を上げる、スメクチック相を誘起する（発現させる）、すでに存在するスメクチック相の温度範囲を広げる、という効果を有する。しかし、これらの化合物は、粘度を上げるという効果も有する。最後に、粘度を下げるために、化合物（１−１）、化合物（１−２）、または化合物（１−３）が組成物に混合される。特性を調整する目的で、化合物（１−５）から化合物（１−９）、化合物（２−２９）、または化合物（２−３６）が組成物に混合される。必要に応じて複数の化合物を混合してもよい。
【００８３】
（５）スメクチック相の温度範囲
特定の成分化合物を使用することによって、ネマチック相からスメクチック相への転移温度が０℃より低い組成物が生成する。好ましい温度範囲は、次のとおりである。スメクチック相の温度範囲は、好ましくは１０℃以上であり、さらに好ましくは２０℃以上であり、特に好ましくは３０℃以上であり、最も好ましくは４０℃以上である。スメクチック相の温度範囲は、好ましくは０℃より低い温度から−１０℃以下であり、さらに好ましくは０℃より低い温度から−２０℃以下であり、特に好ましくは、℃より低い温度から−３０℃以下であり、最も好ましくは０℃より低い温度から−４０℃以下である。
【００８４】
第二に、組成物の構成を説明する。この組成物は、複数の液晶性化合物を含有する。この組成物は、添加物を含有してもよい。添加物は、光学活性化合物、酸化防止剤、紫外線吸収剤、消光剤、色素、消泡剤、重合性化合物、重合開始剤、重合禁止剤、極性化合物などである。この組成物は、液晶性化合物の観点から組成物Ａと組成物Ｂに分類される。組成物Ａは、化合物（１）、化合物（２）、および化合物（３）から選択された液晶性化合物の他に、その他の液晶性化合物、添加物などをさらに含有してもよい。「その他の液晶性化合物」は、化合物（１）、化合物（２）、および化合物（３）とは異なる液晶性化合物である。このような化合物は、特性をさらに調整する目的で組成物に混合される。
【００８５】
組成物Ｂは、実質的に化合物（１）、化合物（２）、および化合物（３）から選択された液晶性化合物のみからなる。「実質的に」は、組成物Ｂが添加物を含有してもよいが、その他の液晶性化合物を含有しないことを意味する。組成物Ｂは組成物Ａに比較して成分の数が少ない。コストを下げるという観点から、組成物Ｂは組成物Ａよりも好ましい。その他の液晶性化合物を混合することによって特性をさらに調整できるという観点から、組成物Ａは組成物Ｂよりも好ましい。
【００８６】
第三に、成分化合物の主要な特性、およびこの化合物が組成物や素子に及ぼす主要な効果を説明する。成分化合物の主要な特性を表２にまとめる。表２の記号において、Ｌは大きいまたは高い、Ｍは中程度の、Ｓは小さいまたは低い、を意味する。記号Ｌ、Ｍ、Ｓは、成分化合物のあいだの定性的な比較に基づいた分類であり、記号０（ゼロ）は、Ｓよりも小さいことを意味する。
【００８７】
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【００８８】
成分化合物の主要な効果は次のとおりである。化合物（１）は、粘度を下げる、または上限温度を上げる。化合物（２）は、正の誘電率異方性を上げる。化合物（３）は、負の誘電率異方性を上げる。化合物（４）は重合性であるから、重合によって重合体を与える。この重合体は、液晶分子の配向を安定化するので、素子の応答時間を短縮し、そして画像の焼き付きを改善する。
【００８９】
第四に、組成物における成分化合物の組合せ、好ましい割合、およびその根拠を説明する。組成物における成分化合物の好ましい組合せは、化合物（１）＋化合物（２）、化合物（１）＋化合物（３）、または化合物（１）＋化合物（２）＋化合物（３）である。正の誘電率異方性を有する組成物は、化合物（１）に化合物（２）を混合することによって調製する。組成物の弾性定数を調整する、または素子の電圧−透過率曲線を調整する目的で、この組成物に少量の化合物（３）を添加してもよい。一方、負の誘電率異方性を有する組成物は、化合物（１）に化合物（３）を混合することによって調製する。組成物の弾性定数を調整する、または素子の電圧−透過率曲線を調整する目的で、この組成物に少量の化合物（２）を添加してもよい。これらの組成物に、必要に応じてその他の液晶性化合物を添加してもよい。
【００９０】
化合物（１）の好ましい割合は、上限温度を上げるために、または粘度を下げるために約１０％以上であり、誘電率異方性を上げるために約９０％以下である。さらに好ましい割合は約２０％から約８０％の範囲である。特に好ましい割合は約３０％から約７０％の範囲である。
【００９１】
化合物（２）の好ましい割合は、正の誘電率異方性を上げるために約１０％以上であり、下限温度を下げるために約９０％以下である。さらに好ましい割合は約２０％から約８０％の範囲である。特に好ましい割合は約３０％から約７０％の範囲である。
【００９２】
化合物（３）の好ましい割合は、負の誘電率異方性を上げるために約１０％以上であり、下限温度を下げるために約９０％以下である。さらに好ましい割合は約２０％から約８０％の範囲である。特に好ましい割合は約３０％から約７０％の範囲である。
【００９３】
化合物（４）は、高分子支持配向型の素子に適合させる目的で、組成物に添加される。化合物（４）の好ましい割合は、液晶分子を配向させるために約０．０３％以上であり、素子の表示不良を防ぐために約１０％以下である。さらに好ましい割合は、約０．１％から約２％の範囲である。特に好ましい割合は、約０．２％から約１．０％の範囲である。
【００９４】
第五に、成分化合物の好ましい形態を説明する。
【００９５】
（ａ）液晶性化合物
式（１）、式（２）、および式（３）において、Ｒ１およびＲ２は、炭素数１から１２のアルキル、炭素数１から１２のアルコキシ、炭素数２から１２のアルケニル、または少なくとも１つの水素がフッ素で置き換えられた炭素数２から１２のアルケニルである。好ましいＲ１またはＲ２は、粘度を下げるために炭素数２から１２のアルケニルであり、光や熱に対する安定性を上げるために炭素数１から１２のアルキルである。Ｒ３は、炭素数１から１２のアルキル、炭素数１から１２のアルコキシ、または炭素数２から１２のアルケニルである。好ましいＲ３は、光や熱に対する安定性を上げるために炭素数１から１２のアルキルである。Ｒ４およびＲ５は、水素、炭素数１から１２のアルキル、炭素数１から１２のアルコキシ、炭素数２から１２のアルケニル、または炭素数２から１２のアルケニルオキシである。好ましいＲ４またはＲ５は、光や熱に対する安定性を上げるために炭素数１から１２のアルキルであり、誘電率異方性を上げるために炭素数１から１２のアルコキシである。
【００９６】
好ましいアルキルは、メチル、エチル、プロピル、ブチル、ペンチル、ヘキシル、ヘプチル、またはオクチルである。さらに好ましいアルキルは、粘度を下げるためにメチル、エチル、プロピル、ブチル、またはペンチルである。
【００９７】
好ましいアルコキシは、メトキシ、エトキシ、プロポキシ、ブトキシ、ペンチルオキシ、ヘキシルオキシ、またはヘプチルオキシである。粘度を下げるために、さらに好ましいアルコキシは、メトキシまたはエトキシである。
【００９８】
好ましいアルケニルは、ビニル、１−プロペニル、２−プロペニル、１−ブテニル、２−ブテニル、３−ブテニル、１−ペンテニル、２−ペンテニル、３−ペンテニル、４−ペンテニル、１−ヘキセニル、２−ヘキセニル、３−ヘキセニル、４−ヘキセニル、または５−ヘキセニルである。さらに好ましいアルケニルは、粘度を下げるためにビニル、１−プロペニル、３−ブテニル、または３−ペンテニルである。これらのアルケニルにおける−ＣＨ＝ＣＨ−の好ましい立体配置は、二重結合の位置に依存する。粘度を下げるためなどから１−プロペニル、１−ブテニル、１−ペンテニル、１−ヘキセニル、３−ペンテニル、３−ヘキセニルのようなアルケニルにおいてはトランスが好ましい。２−ブテニル、２−ペンテニル、２−ヘキセニルのようなアルケニルにおいてはシスが好ましい。
【００９９】
好ましいアルケニルオキシは、ビニルオキシ、アリルオキシ、３−ブテニルオキシ、３−ペンテニルオキシ、または４−ペンテニルオキシである。粘度を下げるために、さらに好ましいアルケニルオキシは、アリルオキシまたは３−ブテニルオキシである。
【０１００】
少なくとも１つの水素がフッ素で置き換えられたアルキルの好ましい例は、フルオロメチル、２−フルオロエチル、３−フルオロプロピル、４−フルオロブチル、５−フルオロペンチル、６−フルオロヘキシル、７−フルオロヘプチル、または８−フルオロオクチルである。さらに好ましい例は、誘電率異方性を上げるために２−フルオロエチル、３−フルオロプロピル、４−フルオロブチル、または５−フルオロペンチルである。
【０１０１】
少なくとも１つの水素がフッ素で置き換えられたアルケニルの好ましい例は、２，２−ジフルオロビニル、３，３−ジフルオロ−２−プロペニル、４，４−ジフルオロ−３−ブテニル、５，５−ジフルオロ−４−ペンテニル、または６，６−ジフルオロ−５−ヘキセニルである。さらに好ましい例は、粘度を下げるために２，２−ジフルオロビニルまたは４，４−ジフルオロ−３−ブテニルである。
【０１０２】
環Ａおよび環Ｂは、１，４−シクロヘキシレン、１，４−フェニレン、２−フルオロ−１，４−フェニレン、または２，５−ジフルオロ−１，４−フェニレンである。好ましい環Ａまたは環Ｂは、粘度を下げるために、または上限温度を上げるために、１，４-シクロヘキシレンであり、下限温度を下げるために１，４−フェニレンである。
【０１０３】
環Ｃは、１，４−シクロヘキシレン、１，４−フェニレン、２−フルオロ−１，４−フェニレン、２，３−ジフルオロ−１，４−フェニレン、２，６−ジフルオロ−１，４−フェニレン、ピリミジン−２，５−ジイル、１，３−ジオキサン−２，５−ジイル、またはテトラヒドロピラン−２，５−ジイルである。好ましい環Ｃは、上限温度を上げるために１，４−シクロヘキシレンであり、光学異方性を上げるために１，４−フェニレンであり、誘電率異方性を上げるために２，６−ジフルオロ−１，４−フェニレンである。環Ｃにおけるテトラヒドロピラン−２，５−ジイルは、
2020164784.tif 000031
または
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であり、好ましくは
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である。
【０１０４】
環Ｄおよび環Ｆは、１，４−シクロヘキシレン、１，４−シクロヘキセニレン、テトラヒドロピラン−２，５−ジイル、１，４−フェニレン、少なくとも１つの水素がフッ素で置き換えられた１，４−フェニレン、ナフタレン−２，６−ジイル、少なくとも１つの水素がフッ素で置き換えられたナフタレン−２，６−ジイル、クロマン−２，６−ジイル、または少なくとも１つの水素がフッ素で置き換えられたクロマン−２，６−ジイルである。「少なくとも１つの水素がフッ素で置き換えられた１，４−フェニレン」の好ましい例は、２−フルオロ−１，４−フェニレン、２，３−ジフルオロ−１，４−フェニレンまたは２−クロロ−３−フルオロ−１，４−フェニレンである。好ましい環Ｄまたは環Ｆは、粘度を下げるために１，４−シクロヘキシレンであり、誘電率異方性を上げるためにテトラヒドロピラン−２，５−ジイルであり、光学異方性を上げるために１，４−フェニレンである。環Ｄおよび環Ｆにおけるテトラヒドロピラン−２，５−ジイルは、好ましくは
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である。
【０１０５】
環Ｅは、２，３−ジフルオロ−１，４−フェニレン、２−クロロ−３−フルオロ−１，４−フェニレン、２，３−ジフルオロ−５−メチル−１，４−フェニレン、３，４，５−トリフルオロナフタレン−２，６−ジイル、７，８−ジフルオロクロマン−２，６−ジイル、３，４，５，６−テトラフルオロフルオレン−２，７−ジイル（ＦＬＦ４）、４，６−ジフルオロジベンゾフラン−３，７−ジイル（ＤＢＦＦ２）、４，６−ジフルオロジベンゾチオフェン−３，７−ジイル（ＤＢＴＦ２）、または１，１，６，７−テトラフルオロインダン−２，５−ジイル（ＩｎＦ４）である。
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好ましい環Ｅは、粘度を下げるために２，３−ジフルオロ−１，４−フェニレンであり、光学異方性を下げるために２−クロロ−３−フルオロ−１，４−フェニレンであり、誘電率異方性を上げるために４，６−ジフルオロジベンゾチオフェン−３，７−ジイルである。
【０１０６】
Ｚ１は、単結合、エチレン、ビニレン、メチレンオキシ、またはカルボニルオキシである。好ましいＺ１は、粘度を下げるために単結合である。Ｚ２は、単結合、エチレン、ビニレン、メチレンオキシ、カルボニルオキシ、またはジフルオロメチレンオキシである。好ましいＺ２は、粘度を下げるために単結合であり、正の誘電率異方性を上げるためにジフルオロメチレンオキシである。Ｚ３およびＺ４は、単結合、エチレン、ビニレン、メチレンオキシ、またはカルボニルオキシである。好ましいＺ３またはＺ４は、粘度を下げるために単結合であり、下限温度を下げるためにエチレンであり、負の誘電率異方性を上げるためにメチレンオキシである。
【０１０７】
メチレンオキシのような二価基は、左右非対称である。メチレンオキシにおいて、−ＣＨ２Ｏ−は−ＯＣＨ２−よりも好ましい。カルボニルオキシにおいて、−ＣＯＯ−は−ＯＣＯ−よりも好ましい。ジフルオロメチレンオキシにおいて、−ＣＦ２Ｏ−は−ＯＣＦ２−よりも好ましい。
【０１０８】
Ｘ１およびＸ２は、水素またはフッ素である。好ましいＸ１またはＸ２は、正の誘電率異方性を上げるためにフッ素である。
【０１０９】
Ｙ１は、フッ素、少なくとも１つの水素がフッ素で置き換えられた炭素数１から１２のアルキル、または少なくとも１つの水素がフッ素で置き換えられた炭素数２から１２のアルケニルオキシである。好ましいＹ１は、下限温度を下げるためにフッ素である。少なくとも１つの水素がフッ素で置き換えられたアルキルの好ましい例は、トリフルオロメチルである。少なくとも１つの水素がフッ素で置き換えられたアルケニルオキシの好ましい例は、トリフルオロビニルオキシである。
【０１１０】
ａは、１または２である。好ましいａは、粘度を下げるために１であり、上限温度を上げるために２である。ｂは、１、２、３、または４である。好ましいｂは、正の誘電率異方性を上げるために２または３である。ｃは、０、１、２、または３であり、ｄは、０または１であり、そしてｃおよびｄの和は、３以下である。好ましいｃは、粘度を下げるために１であり、上限温度を上げるために２または３である。好ましいｄは、粘度を下げるために０であり、下限温度を下げるために１である。
【０１１１】
（ｂ）重合性化合物
式（４）において、環Ｊおよび環Ｌは、シクロヘキシル、シクロヘキセニル、フェニル、１−ナフチル、２−ナフチル、テトラヒドロピラン−２−イル、１，３−ジオキサン−２−イル、ピリミジン−２−イル、またはピリジン−２−イルであり、これらの環において、少なくとも１つの水素は、フッ素、炭素数１から１２のアルキル、炭素数１から１２のアルコキシ、または少なくとも１つの水素がフッ素で置き換えられた炭素数１から１２のアルキルで置き換えられてもよい。好ましい環Ｊまたは環Ｌは、シクロヘキシル、フェニル、１−ナフチル、または２−ナフチルであり、これらの環において、少なくとも１つの水素は、フッ素、炭素数１から１２のアルキル、炭素数１から１２のアルコキシ、または少なくとも１つの水素がフッ素で置き換えられた炭素数１から１２のアルキルで置き換えられてもよい。さらに好ましい環Ｊまたは環Ｌは、フェニルである。
【０１１２】
環Ｋは、１，４−シクロヘキシレン、１，４−シクロヘキセニレン、１，４−フェニレン、ナフタレン−１，２−ジイル、ナフタレン−１，３−ジイル、ナフタレン−１，４−ジイル、ナフタレン−１，５−ジイル、ナフタレン−１，６−ジイル、ナフタレン−１，７−ジイル、ナフタレン−１，８−ジイル、ナフタレン−２，３−ジイル、ナフタレン−２，６−ジイル、ナフタレン−２，７−ジイル、テトラヒドロピラン−２，５−ジイル、１，３−ジオキサン−２，５−ジイル、ピリミジン−２，５−ジイル、またはピリジン−２，５−ジイルであり、これらの環において、少なくとも１つの水素は、フッ素、炭素数１から１２のアルキル、炭素数１から１２のアルコキシ、または少なくとも１つの水素がフッ素で置き換えられた炭素数１から１２のアルキルで置き換えられてもよい。好ましい環Ｋは、１，４−シクロヘキシレン、１，４−フェニレン、ナフタレン−１，２−ジイル、またはナフタレン−２，６−ジイルであり、これらの環において、少なくとも１つの水素は、フッ素、炭素数１から１２のアルキル、炭素数１から１２のアルコキシ、または少なくとも１つの水素がフッ素で置き換えられた炭素数１から１２のアルキルで置き換えられてもよい。さらに好ましい環Ｋは、１，４−フェニレンまたは２−フルオロ−１，４−フェニレンである。
【０１１３】
Ｚ５およびＺ６は、単結合または炭素数１から１０のアルキレンであり、このアルキレンにおいて、少なくとも１つの−ＣＨ２−は、−Ｏ−、−ＣＯ−、−ＣＯＯ−、または−ＯＣＯ−で置き換えられてもよく、少なくとも１つの−ＣＨ２ＣＨ２−は、−ＣＨ＝ＣＨ−、−Ｃ（ＣＨ３）＝ＣＨ−、−ＣＨ＝Ｃ（ＣＨ３）−、または−Ｃ（ＣＨ３）＝Ｃ（ＣＨ３）−で置き換えられてもよく、これらの基において、少なくとも１つの水素は、フッ素で置き換えられてもよい。好ましいＺ５またはＺ６は、単結合または炭素数１から１０のアルキレンであり、このアルキレンにおいて、少なくとも１つの−ＣＨ２−は、−Ｏ−、−ＣＯ−、−ＣＯＯ−、または−ＯＣＯ−で置き換えられてもよく、そして少なくとも１つの−ＣＨ２ＣＨ２−は、−ＣＨ＝ＣＨ−で置き換えられてもよく、これらの基において、少なくとも１つの水素は、フッ素で置き換えられてもよい。さらに好ましいＺ５またはＺ６は、単結合、−ＣＨ２ＣＨ２−、−ＣＨ２Ｏ−、−ＯＣＨ２−、−ＣＯＯ−、または−ＯＣＯ−である。特に好ましいＺ５またはＺ６は、単結合である。
【０１１４】
Ｐ１、Ｐ２、およびＰ３は、重合性基である。好ましいＰ１、Ｐ２、またはＰ３は、式（Ｐ−１）から式（Ｐ−５）で表される重合性基から選択された基である。さらに好ましいＰ１、Ｐ２、またはＰ３は、式（Ｐ−１）、式（Ｐ−２）、または式（Ｐ−５）で表される基である。特に好ましいＰ１、Ｐ２、またはＰ３は、式（Ｐ−１）または式（Ｐ−２）で表される基である。好ましい式（Ｐ−１）は、−ＯＣＯ−ＣＨ＝ＣＨ２または−ＯＣＯ−Ｃ（ＣＨ３）＝ＣＨ２である。式（Ｐ−１）から式（Ｐ−５）の波線は、結合する位置を示す。
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【０１１５】
式（Ｐ−１）から式（Ｐ−５）において、Ｍ１、Ｍ２、およびＭ３は、水素、フッ素、炭素数１から５のアルキル、または少なくとも１つの水素がフッ素で置き換えられた炭素数１から５のアルキルである。好ましいＭ１、Ｍ２、またはＭ３は、反応性を上げるために水素またはメチルである。さらに好ましいＭ１はメチルであり、さらに好ましいＭ２またはＭ３は水素である。
【０１１６】
式（４）において、Ｓｐ１、Ｓｐ２、およびＳｐ３は、単結合または炭素数１から１０のアルキレンであり、このアルキレンにおいて、少なくとも１つの−ＣＨ２−は、−Ｏ−、−ＣＯＯ−、または−ＯＣＯ−で置き換えられてもよく、少なくとも１つの−ＣＨ２ＣＨ２−は、−ＣＨ＝ＣＨ−または−Ｃ≡Ｃ−で置き換えられてもよく、これらの基において、少なくとも１つの水素は、フッ素で置き換えられてもよい。好ましいＳｐ１、Ｓｐ２、またはＳｐ３は、単結合、−ＣＨ２ＣＨ２−、−ＣＨ２Ｏ−、−ＯＣＨ２−、−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、−ＣＯ−ＣＨ＝ＣＨ−、または−ＣＨ＝ＣＨ−ＣＯ−である。さらに好ましいＳｐ１、Ｓｐ２、またはＳｐ３は、単結合である。
【０１１７】
ｆは、０、１、または２である。好ましいｆは、０または１である。ｇ、ｈ、およびｊは、０、１、２、３、または４であり、そしてｇ、ｈ、およびｊの和は、１以上である。好ましいｇ、ｈ、またはｊは、１または２である。
【０１１８】
第六に、好ましい成分化合物を示す。好ましい化合物（１）は、項６に記載の化合物（１−１）から化合物（１−９）である。これらの化合物において、成分Ａの少なくとも１つが、化合物（１−１）、化合物（１−３）、化合物（１−５）、化合物（１−６）、または化合物（１−８）であることが好ましい。成分Ａの少なくとも２つが、化合物（１−１）および化合物（１−３）、化合物（１−１）および化合物（１−５）、または化合物（１−１）および化合物（１−８）の組み合わせであることが好ましい。
【０１１９】
好ましい化合物（２）は、項１２に記載の化合物（２−１）から化合物（２−３６）である。これらの化合物において、成分Ｂの少なくとも１つが、化合物（２−４）、化合物（２−１２）、化合物（２−１４）、化合物（２−１５）、化合物（２−１７）、化合物（２−１８）、化合物（２−２１）、化合物（２−２２）、化合物（２−２３）、化合物（２−２４）、化合物（２−２６）、化合物（２−２７）、化合物（２−２９）、化合物（２−３０）、または化合物（２−３６）であることが好ましい。成分Ｂの少なくとも２つが、化合物（２−１２）および化合物（２−１５）、化合物（２−１４）および化合物（２−２７）、化合物（２−１８）および化合物（２−２４）、化合物（２−１８）および化合物（２−２９）、化合物（２−２４）および化合物（２−２９）、化合物（２−２９）および化合物（２−３０）、化合物（２−２１）および化合物（２−３６）、化合物（２−２２）および化合物（２−３６）、化合物（２−２６）および化合物（２−３６）、または化合物（２−２７）および化合物（２−３６）の組み合わせであることが好ましい。
【０１２０】
好ましい化合物（３）は、項１７に記載の化合物（３−１）から化合物（３−３３）である。これらの化合物において、成分Ｃの少なくとも１つが、化合物（３−１）、化合物（３−３）、化合物（３−６）、化合物（３−８）、化合物（３−１０）、化合物（３−１３）、または化合物（３−３２）であることが好ましい。成分Ｃの少なくとも２つが、化合物（３−１）および化合物（３−８）、化合物（３−１）および化合物（３−１４）、化合物（３−３）および化合物（３−８）、化合物（３−３）および化合物（３−１３）、化合物（３−３）および化合物（３−３２）、化合物（３−６）および化合物（３−８）、化合物（３−６）および化合物（３−１０）、または化合物（３−６）および化合物（３−１３）の組合せであることが好ましい。
【０１２１】
好ましい化合物（４）は、項２１に記載の化合物（４−１）から化合物（４−２９）である。これらの化合物において、添加物Ａの少なくとも１つが、化合物（４−１）、化合物（４−２）、化合物（４−２４）、化合物（４−２５）、化合物（４−２６）、または化合物（４−２７）であることが好ましい。添加物Ａの少なくとも２つが、化合物（４−１）および化合物（４−２）、化合物（４−１）および化合物（４−１８）、化合物（４−２）および化合物（４−２４）、化合物（４−２）および化合物（４−２５）、化合物（４−２）および化合物（４−２６）、化合物（４−２５）および化合物（４−２６）、または化合物（４−１８）および化合物（４−２４）の組合せであることが好ましい。
【０１２２】
第七に、組成物に添加してもよい添加物を説明する。このような添加物は、光学活性化合物、酸化防止剤、紫外線吸収剤、消光剤、色素、消泡剤、重合性化合物、重合開始剤、重合禁止剤、極性化合物などである。液晶分子のらせん構造を誘起してねじれ角を与える目的で光学活性化合物が組成物に添加される。このような化合物の例は、化合物（５−１）から化合物（５−５）である。光学活性化合物の好ましい割合は約５％以下である。さらに好ましい割合は約０．０１％から約２％の範囲である。
【０１２３】
2020164784.tif 000037
【０１２４】
大気中での加熱による比抵抗の低下を防止するために、または素子を長時間使用したあと、室温だけではなく上限温度に近い温度でも大きな電圧保持率を維持するために、化合物（６−１）から化合物（６−３）のような酸化防止剤を組成物に添加してもよい。
【０１２５】
2020164784.tif 000038
【０１２６】
化合物（６−２）は、揮発性が小さいので、素子を長時間使用したあと、室温だけではなく上限温度に近い温度でも大きな電圧保持率を維持するのに有効である。酸化防止剤の好ましい割合は、その効果を得るために約５０ｐｐｍ以上であり、上限温度を下げないように、または下限温度を上げないように約６００ｐｐｍ以下である。さらに好ましい割合は、約１００ｐｐｍから約３００ｐｐｍの範囲である。
【０１２７】
紫外線吸収剤の好ましい例は、ベンゾフェノン誘導体、ベンゾエート誘導体、トリアゾール誘導体などである。立体障害のあるアミンのような光安定剤もまた好ましい。光安定剤の好ましい例は、化合物（７−１）から化合物（７−１６）などである。これらの吸収剤や安定剤における好ましい割合は、その効果を得るために約５０ｐｐｍ以上であり、上限温度を下げないように、または下限温度を上げないために約１００００ｐｐｍ以下である。さらに好ましい割合は約１００ｐｐｍから約１００００ｐｐｍの範囲である。
【０１２８】
2020164784.tif 000039
【０１２９】
2020164784.tif 000040
【０１３０】
消光剤は、液晶性化合物が吸収した光エネルギーを受容し、熱エネルギーに変換することにより、液晶性化合物の分解を防止する化合物である。消光剤の好ましい例は、化合物（８−１）から化合物（８−７）などである。これらの消光剤における好ましい割合は、その効果を得るために約５０ｐｐｍ以上であり、下限温度を上げないために約２００００ｐｐｍ以下である。さらに好ましい割合は約１００ｐｐｍから約１００００ｐｐｍの範囲である。
【０１３１】
2020164784.tif 000041
【０１３２】
ＧＨ（guest host）モードの素子に適合させるために、アゾ系色素、アントラキノン系色素などのような二色性色素（dichroic dye）が組成物に添加される。色素の好ましい割合は、約０．０１％から約１０％の範囲である。泡立ちを防ぐために、ジメチルシリコーンオイル、メチルフェニルシリコーンオイルなどの消泡剤が組成物に添加される。消泡剤の好ましい割合は、その効果を得るために約１ｐｐｍ以上であり、表示不良を防ぐために約１０００ｐｐｍ以下である。さらに好ましい割合は、約１ｐｐｍから約５００ｐｐｍの範囲である。
【０１３３】
高分子支持配向（ＰＳＡ）型の素子に適合させるために重合性化合物が用いられる。化合物（４）はこの目的に適している。化合物（４）と共に化合物（４）とは異なる重合性化合物を組成物に添加してもよい。このような重合性化合物の好ましい例は、アクリレート、メタクリレート、ビニル化合物、ビニルオキシ化合物、プロペニルエーテル、エポキシ化合物（オキシラン、オキセタン）、ビニルケトンなどの化合物である。さらに好ましい例は、アクリレートまたはメタクリレートの誘導体である。化合物（４）の好ましい割合は、重合性化合物の全に基づいて１０％以上である。さらに好ましい割合は、５０％以上である。特に好ましい割合は、８０％以上である。最も好ましい割合は、１００％である。
【０１３４】
化合物（４）のような重合性化合物は紫外線照射により重合する。光重合開始剤などの適切な開始剤存在下で重合させてもよい。重合のための適切な条件、開始剤の適切なタイプ、および適切な量は、当業者には既知であり、文献に記載されている。例えば光重合開始剤であるＩｒｇａｃｕｒｅ６５１（登録商標；ＢＡＳＦ）、Ｉｒｇａｃｕｒｅ１８４（登録商標；ＢＡＳＦ）、またはＤａｒｏｃｕｒ１１７３（登録商標；ＢＡＳＦ）がラジカル重合に対して適切である。光重合開始剤の好ましい割合は、重合性化合物の全量に基づいて約０．１％から約５％の範囲である。さらに好ましい割合は約１％から約３％の範囲である。
【０１３５】
化合物（４）のような重合性化合物を保管するとき、重合を防止するために重合禁止剤を添加してもよい。重合性化合物は、通常は重合禁止剤を除去しないまま組成物に添加される。重合禁止剤の例は、ヒドロキノン、メチルヒドロキノンのようなヒドロキノン誘導体、４−ｔ−ブチルカテコール、４-メトキシフェノール、フェノチアジンなどである。
【０１３６】
第八に、成分化合物の合成法を説明する。これらの化合物は既知の方法によって合成できる。合成法を例示する。化合物（１−１）は、特開昭５９−１７６２２１号公報に記載された方法で合成する。化合物（２−１８）は、特開平１０−２５１１８６号公報に記載された方法で合成する。化合物（３−１）は、特表平２−５０３４４１号公報に記載された方法で合成する。酸化防止剤は市販されている。化合物（６−１）は、アルドリッチ（Sigma-Aldrich Corporation）から入手できる。化合物（６−２）などは、米国特許３６６０５０５号明細書に記載された方法によって合成する。
【０１３７】
合成法を記載しなかった化合物は、オーガニック・シンセシス（Organic Syntheses, John Wiley & Sons, Inc）、オーガニック・リアクションズ（Organic Reactions, John Wiley & Sons, Inc）、コンプリヘンシブ・オーガニック・シンセシス（Comprehensive Organic Synthesis, Pergamon Press）、新実験化学講座（丸善）などの成書に記載された方法によって合成できる。組成物は、このようにして得た化合物から公知の方法によって調製される。例えば、成分化合物を混合し、そして加熱によって互いに溶解させる。
【０１３８】
最後に、組成物の用途を説明する。この組成物は主として、約７０℃以上の上限温度、そして約０．０７から約０．２０の範囲の光学異方性を有する。成分化合物の割合を制御することによって、またはその他の液晶性化合物を混合することによって、約０．０８から約０．２５の範囲の光学異方性を有する組成物を調製してもよい。試行錯誤によって、約０．１０から約０．３０の範囲の光学異方性を有する組成物を調製してもよい。この組成物を含有する素子は大きな電圧保持率を有する。この組成物はＡＭ素子に適する。この組成物は透過型のＡＭ素子に特に適する。この組成物は、ネマチック相を有する組成物としての使用、光学活性化合物を添加することによって光学活性な組成物としての使用が可能である。
【０１３９】
この組成物はＡＭ素子への使用が可能である。さらにＰＭ素子への使用も可能である。この組成物は、ＰＣ、ＴＮ、ＳＴＮ、ＥＣＢ、ＯＣＢ、ＩＰＳ、ＦＦＳ、ＶＡ、ＦＰＡなどのモードを有するＡＭ素子およびＰＭ素子への使用が可能である。ＴＮ、ＯＣＢ、ＩＰＳモードまたはＦＦＳモードを有するＡＭ素子への使用は特に好ましい。ＩＰＳモードまたはＦＦＳモードを有するＡＭ素子において、電圧が無印加のとき、液晶分子の配列がガラス基板に対して並行であってもよく、または垂直であってもよい。これらの素子が反射型、透過型または半透過型であってもよい。透過型の素子への使用は好ましい。非結晶シリコン−ＴＦＴ素子または多結晶シリコン−ＴＦＴ素子への使用も可能である。この組成物をマイクロカプセル化して作製したＮＣＡＰ（nematic curvilinear aligned phase）型の素子や、組成物中に三次元の網目状高分子を形成させたＰＤ（polymer dispersed）型の素子にも使用できる。
【実施例】
【０１４０】
実施例により本発明をさらに詳しく説明する。本発明はこれらの実施例によっては制限されない。本発明は、実施例１の組成物と実施例２の組成物との混合物を含む。本発明は、実施例の組成物の少なくとも２つを混合した混合物をも含む。合成した化合物は、ＮＭＲ分析などの方法により同定した。化合物、組成物、および素子の特性は、下記に記載した方法により測定した。
【０１４１】
ＮＭＲ分析：測定には、ブルカーバイオスピン社製のＤＲＸ−５００を用いた。１Ｈ−ＮＭＲの測定では、試料をＣＤＣｌ３などの重水素化溶媒に溶解させ、測定は、室温で、５００ＭＨｚ、積算回数１６回の条件で行った。テトラメチルシランを内部標準として用いた。１９Ｆ−ＮＭＲの測定では、ＣＦＣｌ３を内部標準として用い、積算回数２４回で行った。核磁気共鳴スペクトルの説明において、ｓはシングレット、ｄはダブレット、ｔはトリプレット、ｑはカルテット、ｑｕｉｎはクインテット、ｓｅｘはセクステット、ｍはマルチプレット、ｂｒはブロードであることを意味する。
【０１４２】
ガスクロマト分析：測定には島津製作所製のＧＣ−１４Ｂ型ガスクロマトグラフを用いた。キャリアーガスはヘリウム（２ｍＬ／分）である。試料気化室を２８０℃に、検出器（ＦＩＤ）を３００℃に設定した。成分化合物の分離には、Agilent Technologies Inc.製のキャピラリカラムＤＢ−１（長さ３０ｍ、内径０．３２ｍｍ、膜厚０．２５μｍ；固定液相はジメチルポリシロキサン；無極性）を用いた。このカラムは、２００℃で２分間保持したあと、５℃／分の割合で２８０℃まで昇温した。試料はアセトン溶液（０．１％）に調製したあと、その１μＬを試料気化室に注入した。記録計は島津製作所製のＣ−Ｒ５Ａ型Chromatopac、またはその同等品である。得られたガスクロマトグラムは、成分化合物に対応するピークの保持時間およびピークの面積を示した。
【０１４３】
試料を希釈するための溶媒は、クロロホルム、ヘキサンなどを用いてもよい。成分化合物を分離するために、次のキャピラリカラムを用いてもよい。Agilent Technologies Inc.製のＨＰ−１（長さ３０ｍ、内径０．３２ｍｍ、膜厚０．２５μｍ）、Restek Corporation製のＲｔｘ−１（長さ３０ｍ、内径０．３２ｍｍ、膜厚０．２５μｍ）、SGE International Pty. Ltd製のＢＰ−１（長さ３０ｍ、内径０．３２ｍｍ、膜厚０．２５μｍ）。化合物ピークの重なりを防ぐ目的で島津製作所製のキャピラリカラムＣＢＰ１−Ｍ５０−０２５（長さ５０ｍ、内径０．２５ｍｍ、膜厚０．２５μｍ）を用いてもよい。
【０１４４】
組成物に含有される液晶性化合物の割合は、次のような方法で算出してよい。液晶性化合物の混合物をガスクロマトグラフィー（ＦＩＤ）で分析する。ガスクロマトグラムにおけるピークの面積比は液晶性化合物の割合に相当する。上に記載したキャピラリカラムを用いたときは、各々の液晶性化合物の補正係数を１とみなしてよい。したがって、液晶性化合物の割合は、ピークの面積比から算出することができる。
【０１４５】
測定試料：組成物または素子の特性を測定するときは、組成物をそのまま試料として用いた。化合物の特性を測定するときは、この化合物（１５％）を母液晶（８５％）に混合することによって測定用の試料を調製した。測定によって得られた値から外挿法によって化合物の特性値を算出した。（外挿値）＝｛（試料の測定値）−０．８５×（母液晶の測定値）｝／０．１５。この割合でスメクチック相（または結晶）が２５℃で析出するときは、化合物と母液晶の割合を１０％：９０％、５％：９５％、１％：９９％の順に変更した。この外挿法によって化合物に関する上限温度、光学異方性、粘度、および誘電率異方性の値を求めた。
【０１４６】
正の誘電率異方性を有する化合物については、下記の母液晶Ａを用いた。
2020164784.tif 000042
【０１４７】
負の誘電率異方性を有する化合物については、下記の母液晶Ｂを用いた。
2020164784.tif 000043
【０１４８】
化合物（１）で表されるような、誘電率異方性がほぼ０（ゼロ）である化合物については、母液晶Ａまたは母液晶Ｂのいずれかを用いた。
【０１４９】
測定方法：特性の測定は下記の方法で行った。これらの多くは、社団法人電子情報技術産業協会（Japan Electronics and Information Technology Industries Association；ＪＥＩＴＡという）で審議制定されるＪＥＩＴＡ規格（ＪＥＩＴＡ・ＥＤ−２５２１Ｂ）に記載された方法、またはこれを修飾した方法であった。測定に用いたＴＮ素子には、薄膜トランジスター（ＴＦＴ）を取り付けなかった。
【０１５０】
試料の誘電率異方性が正であるか負であるかによって、測定方法が異なることがある。測定（１８）から（２２）は、誘電率異方性が負である試料の測定方法である。
【０１５１】
（１）ネマチック相の上限温度（ＮＩ；℃）：偏光顕微鏡を備えた融点測定装置のホットプレートに試料を置き、１℃／分の速度で加熱した。試料の一部がネマチック相から等方性液体に変化したときの温度を測定した。ネマチック相の上限温度を「上限温度」と略すことがある。
【０１５２】
（２）ネマチック相の下限温度（ＴＣ；℃）：ネマチック相を有する試料をガラス瓶に入れ、０℃、−１０℃、−２０℃、−３０℃、および−４０℃のフリーザー中に１０日間保管したあと、液晶相を観察した。例えば、試料が−２０℃ではネマチック相のままであり、−３０℃では結晶またはスメクチック相に変化したとき、ＴＣを＜−２０℃と記載した。なお、この方法で、スメクチック相の下限温度を測定することがある。
【０１５３】
（３）粘度（バルク粘度；η；２０℃で測定；ｍＰａ・ｓ）：測定には東京計器株式会社製のＥ型回転粘度計を用いた。
【０１５４】
（４）粘度（回転粘度；γ１；２５℃で測定；ｍＰａ・ｓ）：測定は、M. Imai et al., Molecular Crystals and Liquid Crystals, Vol. 259, 37 (1995) に記載された方法に従った。ツイスト角が０°であり、そして２枚のガラス基板の間隔（セルギャップ）が５μｍであるＴＮ素子に試料を入れた。この素子に１６Ｖから１９．５Ｖの範囲で０．５Ｖ毎に段階的に印加した。０．２秒の無印加のあと、ただ１つの矩形波（矩形パルス；０．２秒）と無印加（２秒）の条件で印加を繰り返した。この印加によって発生した過渡電流（transient current）のピーク電流（peak current）とピーク時間（peak time）を測定した。これらの測定値とM. Imaiらの論文中の４０頁記載の計算式（１０）とから回転粘度の値を得た。この計算で必要な誘電率異方性の値は、この回転粘度を測定した素子を用い、下に記載した方法で求めた。
【０１５５】
（５）光学異方性（屈折率異方性；Δｎ；２５℃で測定）：測定は、波長５８９ｎｍの光を用い、接眼鏡に偏光板を取り付けたアッベ屈折計により行なった。主プリズムの表面を一方向にラビングしたあと、試料を主プリズムに滴下した。屈折率ｎ‖は偏光の方向がラビングの方向と平行であるときに測定した。屈折率ｎ⊥は偏光の方向がラビングの方向と垂直であるときに測定した。光学異方性の値は、Δｎ＝ｎ‖−ｎ⊥、の式から計算した。
【０１５６】
（６）誘電率異方性（Δε；２５℃で測定）：２枚のガラス基板の間隔（セルギャップ）が９μｍであり、そしてツイスト角が８０度であるＴＮ素子に試料を入れた。この素子にサイン波（１０Ｖ、１ｋＨｚ）を印加し、２秒後に液晶分子の長軸方向における誘電率（ε‖）を測定した。この素子にサイン波（０．５Ｖ、１ｋＨｚ）を印加し、２秒後に液晶分子の短軸方向における誘電率（ε⊥）を測定した。誘電率異方性の値は、Δε＝ε‖−ε⊥、の式から計算した。
【０１５７】
（７）しきい値電圧（Ｖｔｈ；２５℃で測定；Ｖ）：測定には大塚電子株式会社製のＬＣＤ５１００型輝度計を用いた。光源はハロゲンランプであった。２枚のガラス基板の間隔（セルギャップ）が０．４５／Δｎ（μｍ）であり、ツイスト角が８０度であるノーマリーホワイトモード（normally white mode）のＴＮ素子に試料を入れた。この素子に印加する電圧（３２Ｈｚ、矩形波）は０Ｖから１０Ｖまで０．０２Ｖずつ段階的に増加させた。この際に、素子に垂直方向から光を照射し、素子を透過した光量を測定した。この光量が最大になったときが透過率１００％であり、この光量が最小であったときが透過率０％である電圧−透過率曲線を作成した。しきい値電圧は透過率が９０％になったときの電圧で表した。
【０１５８】
（８）電圧保持率（ＶＨＲ−９；２５℃で測定；％）：測定に用いたＴＮ素子はポリイミド配向膜を有し、そして２枚のガラス基板の間隔（セルギャップ）は５μｍであった。この素子は試料を入れたあと紫外線で硬化する接着剤で密閉した。このＴＮ素子にパルス電圧（１Ｖで６０マイクロ秒）を印加して充電した。減衰する電圧を高速電圧計で１６６．７ミリ秒のあいだ測定し、単位周期における電圧曲線と横軸との間の面積Ａを求めた。面積Ｂは減衰しなかったときの面積であった。電圧保持率は面積Ｂに対する面積Ａの百分率で表した。
【０１５９】
（９）電圧保持率（ＶＨＲ−１０；６０℃で測定；％）：２５℃の代わりに、６０℃で測定した以外は、上記と同じ手順で電圧保持率を測定した。得られた値をＶＨＲ−１０で表した。
【０１６０】
（１０）電圧保持率（ＶＨＲ−１１；６０℃で測定；％）：紫外線を照射したあと、電圧保持率を測定し、紫外線に対する安定性を評価した。測定に用いたＴＮ素子はポリイミド配向膜を有し、そしてセルギャップは５μｍであった。この素子に試料を注入し、５ｍＷ／ｃｍ２の紫外線を１６７分間照射した。光源はアイグラフィックス株式会社製ブラックライト、Ｆ４０Ｔ１０／ＢＬ（ピーク波長３６９ｎｍ）であり、素子と光源の間隔は５ｍｍであった。ＶＨＲ−１１の測定では、１６６．７ミリ秒のあいだ、減衰する電圧を測定した。大きなＶＨＲ−１１を有する組成物は紫外線に対して大きな安定性を有する。
【０１６１】
（１１）電圧保持率（ＶＨＲ−１２；６０℃で測定；％）：試料を注入したＴＮ素子を１２０℃の恒温槽内で２０時間加熱したあと、電圧保持率を測定し、熱に対する安定性を評価した。ＶＨＲ−１２の測定では、１６６．７ミリ秒のあいだ減衰する電圧を測定した。大きなＶＨＲ−１２を有する組成物は熱に対して大きな安定性を有する。
【０１６２】
（１２）電圧保持率（ＶＨＲ−１３；６０℃で測定；％）：試料を注入したＴＮ素子を１００℃の恒温槽内で３週間加熱したあと、電圧保持率を測定し、熱に対する安定性を評価した。ＶＨＲ−１３の測定では、１６６．７ミリ秒のあいだ減衰する電圧を測定した。大きなＶＨＲ−１３を有する組成物は熱に対して大きな安定性を有する。
【０１６３】
（１３ａ）応答時間（τａ；２５℃で測定；ｍｓ）：測定には大塚電子株式会社製のＬＣＤ５１００型輝度計を用いた。光源はハロゲンランプであった。ローパス・フィルター（Low-pass filter）は５ｋＨｚに設定した。２枚のガラス基板の間隔（セルギャップ）が３．４μｍであり、ツイスト角が８０度であるノーマリーホワイトモード（normally white mode）のＴＮ素子に試料を入れた。この素子に矩形波（６０Ｈｚ、５Ｖ、０．５秒）を印加した。この際に、素子に垂直方向から光を照射し、素子を透過した光量を測定した。この光量が最大になったときが透過率１００％であり、この光量が最小であったときが透過率０％であるとみなした。立ち上がり時間（τｒ：rise time；ミリ秒）は、透過率が９０％から１０％に変化するのに要した時間である。立ち下がり時間（τｆ：fall time；ミリ秒）は透過率１０％から９０％に変化するのに要した時間である。応答時間は、このようにして求めた立ち上がり時間と立ち下がり時間との和で表した。
【０１６４】
（１３ｂ）応答時間（τｂ；−２０℃で測定；ｍｓ）：２５℃の代わりに、−２０℃の温度で測定した以外は、上記と同じ手順で応答時間（τｂ）を得た。
【０１６５】
（１３ｃ）応答時間（τｃ；−３０℃で測定；ｍｓ）：２５℃の代わりに、−３０℃の温度で測定した以外は、上記と同じ手順で応答時間（τｃ）を得た。
【０１６６】
（１４）弾性定数（Ｋ；２５℃で測定；ｐＮ）：測定には横河・ヒューレットパッカード株式会社製のＨＰ４２８４Ａ型ＬＣＲメータを用いた。２枚のガラス基板の間隔（セルギャップ）が２０μｍである水平配向素子に試料を入れた。この素子に０ボルトから２０ボルト電荷を印加し、静電容量および印加電圧を測定した。測定した静電容量（Ｃ）と印加電圧（Ｖ）の値を「液晶デバイスハンドブック」（日刊工業新聞社）、７５頁にある式（２．９８）、式（２．１０１）を用いてフィッティングし、式（２．９９）からＫ１１およびＫ３３の値を得た。次に同１７１頁にある式（３．１８）に、先ほど求めたＫ１１およびＫ３３の値を用いてＫ２２を算出した。弾性定数は、このようにして求めたＫ１１、Ｋ２２、およびＫ３３の平均値で表した。
【０１６７】
（１５）比抵抗（ρ；２５℃で測定；Ωｃｍ）：電極を備えた容器に試料１．０ｍＬを注入した。この容器に直流電圧（１０Ｖ）を印加し、１０秒後の直流電流を測定した。比抵抗は次の式から算出した。（比抵抗）＝｛（電圧）×（容器の電気容量）｝／｛（直流電流）×（真空の誘電率）｝。
【０１６８】
（１６）らせんピッチ（Ｐ；室温で測定；μｍ）：らせんピッチはくさび法にて測定した。「液晶便覧」、１９６頁（２０００年発行、丸善）を参照。試料をくさび形セルに注入し、室温で２時間静置した後、ディスクリネーションラインの間隔（ｄ２−ｄ１）を偏光顕微鏡（ニコン（株）、商品名ＭＭ４０／６０シリーズ）によって観察した。らせんピッチ（Ｐ）は、くさびセルの角度をθと表した次の式から算出した。Ｐ＝２×（ｄ２−ｄ１）×ｔａｎθ。
【０１６９】
（１７）短軸方向における誘電率（ε⊥；２５℃で測定）：２枚のガラス基板の間隔（セルギャップ）が９μｍであり、そしてツイスト角が８０度であるＴＮ素子に試料を入れた。この素子にサイン波（０．５Ｖ、１ｋＨｚ）を印加し、２秒後に液晶分子の短軸方向における誘電率（ε⊥）を測定した。
【０１７０】
以下は、誘電率異方性が負である試料の測定方法である。
【０１７１】
（１８）粘度（回転粘度；γ１；２５℃で測定；ｍＰａ・ｓ）：測定には、東陽テクニカ株式会社の回転粘性率測定システムＬＣＭ−２型を用いた。２枚のガラス基板の間隔（セルギャップ）が１０μｍのＶＡ素子に試料を注入した。この素子に矩形波（５５Ｖ、１ｍｓ）を印加した。この印加によって発生した過渡電流（transient current）のピーク電流（peak current）とピーク時間（peak time）を測定した。これらの測定値および誘電率異方性を用いて、回転粘度の値を得た。誘電率異方性は、測定（６）に記載された方法で測定した。
【０１７２】
（１９）誘電率異方性（Δε；２５℃で測定）：誘電率異方性の値は、Δε＝ε‖−ε⊥、の式から計算した。誘電率（ε‖およびε⊥）は次のように測定した。
１）誘電率（ε‖）の測定：よく洗浄したガラス基板にオクタデシルトリエトキシシラン（０．１６ｍＬ）のエタノール（２０ｍＬ）溶液を塗布した。ガラス基板をスピンナーで回転させたあと、１５０℃で１時間加熱した。２枚のガラス基板の間隔（セルギャップ）が４μｍであるＶＡ素子に試料を入れ、この素子を紫外線で硬化する接着剤で密閉した。この素子にサイン波（０．５Ｖ、１ｋＨｚ）を印加し、２秒後に液晶分子の長軸方向における誘電率（ε‖）を測定した。
２）誘電率（ε⊥）の測定：よく洗浄したガラス基板にポリイミド溶液を塗布した。このガラス基板を焼成した後、得られた配向膜にラビング処理をした。２枚のガラス基板の間隔（セルギャップ）が９μｍであり、ツイスト角が８０度であるＴＮ素子に試料を入れた。この素子にサイン波（０．５Ｖ、１ｋＨｚ）を印加し、２秒後に液晶分子の短軸方向における誘電率（ε⊥）を測定した。
【０１７３】
（２０）しきい値電圧（Ｖｔｈ；２５℃で測定；Ｖ）：測定には大塚電子株式会社製のＬＣＤ５１００型輝度計を用いた。光源はハロゲンランプであった。２枚のガラス基板の間隔（セルギャップ）が４μｍであり、ラビング方向がアンチパラレルであるノーマリーブラックモード（normally black mode）のＶＡ素子に試料を入れ、この素子を紫外線で硬化する接着剤を用いて密閉した。この素子に印加する電圧（６０Ｈｚ、矩形波）は０Ｖから２０Ｖまで０．０２Ｖずつ段階的に増加させた。この際に、素子に垂直方向から光を照射し、素子を透過した光量を測定した。この光量が最大になったときが透過率１００％であり、この光量が最小であったときが透過率０％である電圧−透過率曲線を作成した。しきい値電圧は透過率が１０％になったときの電圧で表した。
【０１７４】
（２１ａ）応答時間（τ；２５℃で測定；ｍｓ）：測定には大塚電子株式会社製のＬＣＤ５１００型輝度計を用いた。光源はハロゲンランプであった。ローパス・フィルター（Low-pass filter）は５ｋＨｚに設定した。
１）重合性化合物を含まない組成物：２枚のガラス基板の間隔（セルギャップ）が４μｍであり、ラビング方向がアンチパラレルであるノーマリーブラックモード（normally black mode）のＶＡ素子に試料を入れた。この素子を紫外線で硬化する接着剤を用いて密閉した。この素子に矩形波（６０Ｈｚ、１０Ｖ、０．５秒）を印加した。この際に、素子に垂直方向から光を照射し、素子を透過した光量を測定した。この光量が最大になったときが透過率１００％であり、この光量が最小であったときが透過率０％であるとみなした。応答時間は透過率９０％から１０％に変化するのに要した時間（立ち下がり時間；fall time；ミリ秒）で表した。
【０１７５】
（２１ｂ）応答時間（τｂ；−２０℃で測定；ｍｓ）：２５℃の代わりに、−２０℃の温度で測定した以外は、上記と同じ手順で応答時間（τｂ）を得た。
【０１７６】
（２１ｃ）応答時間（τｃ；−３０℃で測定；ｍｓ）：２５℃の代わりに、−３０℃の温度で測定した以外は、上記と同じ手順で応答時間（τｃ）を得た。
【０１７７】
２）重合性化合物を含有する組成物：２枚のガラス基板の間隔（セルギャップ）が３．２μｍであり、ラビング方向がアンチパラレルであるノーマリーブラックモード（normally black mode）のＰＶＡ素子に試料を入れた。この素子を紫外線で硬化する接着剤を用いて密閉した。この素子に、１５Ｖの電圧を印加しながら６０ｍＷ／ｃｍ２の紫外線を５００秒間照射した。紫外線の照射には、HOYA CANDEO OPTRONICS株式会社製のＥＸＥＣＵＲＥ４０００−Ｄ型水銀キセノンランプを用いた。この素子に矩形波（６０Ｈｚ、１０Ｖ、０．５秒）を印加した。この際に、素子に垂直方向から光を照射し、素子を透過した光量を測定した。この光量が最大になったときが透過率１００％であり、この光量が最小であったときが透過率０％であるとみなした。応答時間は透過率９０％から１０％に変化するのに要した時間（立ち下がり時間；fall time；ミリ秒）で表した。
【０１７８】
（２２）弾性定数（Ｋ１１：広がり（splay）弾性定数、Ｋ３３：曲げ（bend）弾性定数；２５℃で測定；ｐＮ）：測定には株式会社東陽テクニカ製のＥＣ−１型弾性定数測定器を用いた。２枚のガラス基板の間隔（セルギャップ）が２０μｍである垂直配向セルに試料を入れた。このセルに２０ボルトから０ボルト電荷を印加し、静電容量および印加電圧を測定した。測定した静電容量（Ｃ）と印加電圧（Ｖ）の値を『液晶デバイスハンドブック』（日刊工業新聞社）、７５頁にある式（２．９８）、式（２．１０１）を用いてフィッティングし、式（２．１００）から弾性定数の値を得た。
【０１７９】
組成物の実施例を以下に示す。成分化合物は、下記の表３の定義に基づいて記号によって表した。表３において、１，４−シクロヘキシレンに関する立体配置はトランスである。記号化された化合物の後にあるかっこ内の番号は、化合物が属する化学式を表す。（−）の記号はその他の液晶性化合物を意味する。最後に、組成物の特性値をまとめた。
【０１８０】
2020164784.tif 000044
【０１８１】
［実施例１］
下記の組成物（Ｍ１）を調製した。この組成物の２５℃における応答時間（τａ）を測定（１３ａ）に従って測定したところ、２３．２ミリ秒であった。この組成物を測定（２）に従って０℃で保管したとき、ネマチック相を維持した。この組成物は、−１０℃ではスメクチック相に転移した。したがって、スメクチック−ネマチック転移温度は、０℃と−１０℃のあいだであった。−４０℃で保管したときもスメクチック相を維持した。スメクチック相の温度範囲は３０℃以上であった。−２０℃で測定した応答時間（τｂ）および−３０℃で測定した応答時間（τｃ）は、それぞれ、１５６．１ｍｓおよび３０４．３ｍｓであった。
【０１８２】
組成物（Ｍ１）
３−ＨＨ−Ｖ                                            （１−１）        ３３％
Ｖ−ＨＨＢ−１                                          （１−５）    １３．５％
Ｖ２−ＨＨＢ−１                                        （１−５）        １２％
Ｖ−ＨＢＢ−２                                          （１−６）          ３％
２−ＢＢ（Ｆ）Ｂ−２Ｖ                                  （１−８）          ５％
３−ＢＢ（Ｆ）Ｂ−２Ｖ                                  （１−８）          ５％
３−ＢＢ（Ｆ，Ｆ）ＸＢ（Ｆ，Ｆ）−Ｆ                    （２−１８）        ９％
３−ＨＢＢＸＢ（Ｆ，Ｆ）−Ｆ                            （２−２３）      １１％
３−ＨＢＢ（Ｆ，Ｆ）ＸＢ（Ｆ，Ｆ）−Ｆ                  （２−２４）    ３．５％
３−ＨＨＢ−ＯＣＦ３                                    （２−３６）        ５％
ＮＩ＝１０５．０℃；Δε＝３．８；γ１＝６５．０ｍＰａ・ｓ；τａ＝２３．２ｍｓ；τｂ＝１５６．１ｍｓ；τｃ＝３０４．３ｍｓ．
【０１８３】
［比較例１］
下記の組成物（Ｃ１）を調製した。この組成物の２５℃における応答時間（τａ）を測定（１３ａ）に従って測定したところ、２３．０ミリ秒であった。この組成物を測定（２）に従って−４０℃で保管したとき、ネマチック相を維持した。−２０℃で測定した応答時間（τｂ）および−３０℃で測定した応答時間（τｃ）は、それぞれ、１７２．３ｍｓおよび３７８．５ｍｓであった。
【０１８４】
組成物（Ｃ１）
３−ＨＨ−Ｖ                                            （１−１）        ３４％
３−ＨＨ−Ｖ１                                          （１−１）          ４％
Ｖ−ＨＨＢ−１                                          （１−５）        １２％
Ｖ２−ＨＨＢ−１                                        （１−５）        １３％
１−ＢＢ（Ｆ）Ｂ−２Ｖ                                  （１−８）          ２％
２−ＢＢ（Ｆ）Ｂ−２Ｖ                                  （１−８）          ５％
３−ＢＢ（Ｆ）Ｂ−２Ｖ                                  （１−８）          ５％
２−ＢＢ（Ｆ）Ｂ−３                                    （１−８）          ３％
３−ＢＢ（Ｆ，Ｆ）ＸＢ（Ｆ，Ｆ）−Ｆ                    （２−１８）      １０％
３−ＨＨＢＢ（Ｆ，Ｆ）−Ｆ                              （２−１９）        ２％
４−ＨＨＢＢ（Ｆ，Ｆ）−Ｆ                              （２−１９）        ２％
３−ＨＢＢＸＢ（Ｆ，Ｆ）−Ｆ                            （２−２３）        ３％
３−ＨＢＢ（Ｆ，Ｆ）ＸＢ（Ｆ，Ｆ）−Ｆ                  （２−２４）        ５％
ＮＩ＝９９．６℃；η＝１２．１ｍＰａ・ｓ；Δｎ＝０．１１８；Δε＝３．３；Ｖｔｈ＝２．４４Ｖ；γ１＝６２．０ｍＰａ・ｓ；τａ＝２３．０ｍｓ；τｂ＝１７２．３ｍｓ；τｃ＝３７８．５ｍｓ．
【０１８５】
実施例１と比較例１における特性を表４にまとめた。２５℃で測定した組成物（Ｍ１）の応答時間は、組成物（Ｃ１）のそれと同程度であった。しかし、低温では、組成物（Ｍ１）は、組成物（Ｃ１）に比べて、短い応答時間を有した。
2020164784.tif 000045
【０１８６】
応答時間は、上限温度や誘電率異方性に依存する傾向がある。組成物（Ｍ１）と組成物（Ｃ１）において、上限温度の差は、５．４℃であった。液晶組成物においては、その上限温度が高くなるにつれて、応答時間（２５℃で測定）が長くなる、という傾向がある。したがって、上限温度の観点からは、組成物（Ｍ１）の方が不利である。誘電率異方性の差は、０．５であった。液晶組成物においては、その誘電率異方性が大きくなるにつれて、応答時間（２５℃で測定）が長くなる、という傾向がある。したがって、誘電率異方性の観点からも、組成物（Ｍ１）の方が不利である。
【０１８７】
組成物（Ｍ１）が組成物（Ｃ１）に比較して不利であるという状況にも拘わらず、組成物（Ｍ１）が組成物（Ｃ１）よりも低温で短い応答時間を有していたことは、驚くべきことである。我々は、実施例１のようなスメクチック相を有する液晶組成物が液晶素子に好適に使用できると結論する。
【産業上の利用可能性】
【０１８８】
本発明の液晶組成物は、液晶モニター、液晶テレビなどに用いることができる。