(57)【要約】　　　（修正有）【課題】低い閾値電圧と急峻な電気−光学特性を同時に併せ持つ液晶組成物及びこれを用いた液晶表示素子を提供する。【解決手段】化合物（Ｉ）、化合物（ＩＩ）及び化合物（ＩＩＩ）を含有する液晶組成物。2004059854.tif 000029［式中、ｍ及びｎは０〜７、Ｒ１はＣ１〜７のアルキル基又はＣ２〜７のアルケニル基、Ｘ１、Ｘ２及びＸ３はＨ又はＦ、Ｒ２はＣ２〜７のアルケニル基を表わす。］【選択図】　なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一成分として、一般式（Ｉ）
【化１】
2004059854.tif 000023
（式中、ｍ及びｎはそれぞれ独立して０〜７を表す。）で表される化合物を１種又は２種以上を含有し、第二成分として、一般式（ＩＩ）
【化２】
2004059854.tif 000024
（式中、Ｒ１は炭素原子数１〜７のアルキル基、炭素原子数２〜７のアルケニル基を、Ｘ１及びＸ２はそれぞれ独立して水素原子又はフッ素原子を表す。）で表される化合物を１種又は２種以上を含有し、第三成分として、一般式（ＩＩＩ）
【化３】
2004059854.tif 000025
（式中、Ｒ２は２〜７のアルケニル基を表し、Ｘ３は水素原子又はフッ素原子を表す。）で表される化合物を１種又は２種以上を含有することを特徴とする液晶組成物。
【請求項２】
一般式（Ｉ）から選ばれる化合物を３〜２５質量％含有し、一般式（ＩＩ）から選ばれる化合物を３〜２５質量％含有し、一般式（ＩＩＩ）から選ばれる化合物を３〜３０質量％含有する請求項１記載の液晶組成物。
【請求項３】
ネマチック相−等方性液体相転移温度が７５℃〜１３０℃であり、屈折率異方性（Δｎ）が０．１２〜０．２４である請求項１又は２記載の液晶組成物。
【請求項４】
第四成分として、一般式（ＩＶ）
【化４】
2004059854.tif 000026
（式中、Ｒ６は炭素原子数１〜７のアルキル基、炭素原子数２〜７のアルケニル基を表し、Ｒ７は炭素原子数１〜７のアルコキシル基又はアルキル基を表す。）で表される化合物を１種又は２種以上を含有し、その含有率が３〜１５質量％である請求項３記載の液晶組成物。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の液晶組成物を用いた液晶表示素子。
【請求項６】
ツイスト角が１８０〜２７０°である請求項５記載の液晶表示素子。
【請求項７】
急峻性γが（ｉ）
【数１】
2004059854.tif 000027
（但し、Ｖｓａｔは、セル厚ｄ（μｍ）のＳＴＮ−ＬＣＤを構成した時の２５℃での飽和電圧（Ｖ）、すなわち、透過率が１０％のときの駆動電圧である。セル厚ｄ（μｍ）は、Δｎ・ｄ＝０．９０の関係式により決定。印加駆動波形は１００Ｈｚ矩形波。Ｖｔｈは、セル厚ｄ（μｍ）のＳＴＮ液晶表示素子（ＳＴＮ−ＬＣＤ）を構成したときの２５℃での閾値電圧（Ｖ）、すなわち、透過率が９０％のときの駆動電圧である。セル厚ｄ（μｍ）は、Δｎ・ｄ＝０．９０の関係式により決定。印加駆動波形は１００Ｈｚ矩形波。）で表される条件式を満たす請求項６記載の液晶表示素子。
【請求項８】
閾値電圧Ｖｔｈが（ｉｉ）
【数２】
2004059854.tif 000028
（但し、Ｖｔｈはセル厚ｄ（μｍ）のＳＴＮ液晶表示素子（ＳＴＮ−ＬＣＤ）を構成したときの２５℃での閾値電圧（Ｖ）、すなわち、透過率が９０％のときの駆動電圧である。セル厚ｄ（μｍ）は、Δｎ・ｄ＝０．９０の関係式により決定。印加駆動波形は１００Ｈｚ矩形波。）で表される条件式を満たす請求項６又は７記載の液晶表示素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、低い閾値電圧と急峻な電気−光学特性を同時に併せ持つ液晶組成物及びこれを用いた液晶表示素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示素子の中でも、スーパーツイステッドネマチック液晶表示素子（以下、ＳＴＮ−ＬＣＤと言う。）は、幅広い用途の表示装置として使用されており、用途展開に伴い様々な特性が要求されている。
【０００３】
特に、携帯情報端末においてはバッテリーの交換又は充電を必要としないで長時間使用できることが非常に重要な特徴であり、これに対しては、ＳＴＮ−ＬＣＤの駆動電圧を低減すること、すなわち、液晶組成物の閾値電圧Ｖｔｈを低減することが効果的な改善方法の一つである。また、文字だけではなく画像などの多くの情報を表示するための時分割駆動においては、より急峻な電気−光学特性が求められている。このような要望に対して、今日まで様々な改善方法が提案されてきたが、未だ不十分であり、低い閾値電圧と急峻な電気−光学特性を同時に実現した液晶組成物及びこれを用いた液晶表示素子が求められている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明が解決しようとする課題は、低い閾値電圧と急峻な電気−光学特性を同時に併せ持つ液晶組成物及びこれを用いた液晶表示素子を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記課題を解決するために、一般式（Ｉ）、一般式（ＩＩ）及び一般式（ＩＩＩ）から選ばれる化合物を同時に使用することで、閾値電圧が低く、なおかつ、電気−光学特性が驚くべきほど改善されることを見出し本発明に至った。
【０００６】
すなわち、本発明は、第一成分として一般式（Ｉ）
【化５】
2004059854.tif 000002
（式中、ｍ及びｎはそれぞれ独立して０〜７を表す。）で表される化合物を１種又は２種以上を含有し、第二成分として、一般式（ＩＩ）
【０００７】
【化６】
2004059854.tif 000003
（式中、Ｒ１は炭素原子数１〜７のアルキル基、炭素原子数２〜７のアルケニル基を、Ｘ１及びＸ２はそれぞれ独立して水素原子又はフッ素原子を表す。）で表される化合物を１種又は２種以上を含有し、第三成分として、一般式（ＩＩＩ）
【０００８】
【化７】
2004059854.tif 000004
（式中、Ｒ２は２〜７のアルケニル基を表し、Ｘ３は水素原子又はフッ素原子を表す。）で表される化合物を１種又は２種以上を含有することを特徴とする液晶組成物及びこれを用いた液晶表示素子である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
【００１０】
（一般式（Ｉ）で表される化合物）
一般式（Ｉ）で表される化合物（以下、化合物（Ｉ）と言う。）は、ｎが０又は２である式（Ｉ−ａ）〜（Ｉ−ｄ）
【化８】
2004059854.tif 000005
で表される化合物が好ましい。
【００１１】
また、液晶組成物中で、化合物（Ｉ）の含有量は３〜２５質量％であることが好ましく、５〜１５質量％であることが特に好ましい。更に具体的には、式（Ｉ−ａ）又は式（Ｉ−ｂ）で表される化合物を５〜１５質量％含有することが好ましく、式（Ｉ−ａ）で表される化合物のみを５〜１５質量％含有することが特に好ましい。
【００１２】
（一般式（ＩＩ）で表される化合物）
液晶組成物は、更に、一般式（ＩＩ）から選ばれる化合物を含有することを特徴とするが、Ｒ１は炭素原子数２〜４のアルキル基であることが特に好ましい。また、Ｘ１及びＸ２はそれぞれ独立して水素原子又はフッ素原子を表すが、
Ｘ１＝Ｘ２＝Ｈ
又は
Ｘ１＝Ｆ、Ｘ２＝Ｈ
が好ましい。
また、液晶組成物中で、化合物（ＩＩＩ）の含有量は３〜２５質量％であることが好ましく、３〜１０質量％であることが特に好ましい。
【００１３】
（一般式（ＩＩＩ）で表される化合物）
液晶組成物は、更に、一般式（ＩＩＩ）から選ばれる化合物を含有することを特徴とするが、Ｒ２は炭素原子数２〜５のアルケニル基が特に好ましい。更に具体的には、式（ＩＩＩ−ａ）又は（ＩＩＩ−ｂ）が好ましい。
【化９】
2004059854.tif 000006
また、液晶組成物中で、化合物（ＩＩ）の含有量は３〜３０質量％であることが好ましく、１０〜３０質量％であることがより好ましく、２０〜３０質量％であることが特に好ましい。
【００１４】
（液晶組成物の物性値について）
本発明の液晶表示素子に使用する液晶組成物のネマチック相−等方性液体相転移温度（以下、Ｔｎｉと言う。）は、ＳＴＮ−ＬＣＤのコントラストを高くするためには低い方が望ましいが、Ｔｎｉを低くし過ぎると高い温度の雰囲気下で表示が消えてしまうなどの諸問題が生じるため、７５℃〜１３０℃であることが好ましく、８０℃〜１２０℃であることがより好ましく、８５℃〜１１０℃であることが特に好ましい。屈折率異方性（Δｎ）は、０．１２〜０．２４であることが好ましいが、０．１３〜０．１８がより好ましく、０．１３〜０．１６が特に好ましい。
【００１５】
（一般式（ＩＶ）で表される化合物）
本発明の液晶組成物は、更に、一般式（ＩＶ）
【化１０】
2004059854.tif 000007
（式中、Ｒ６は炭素原子数１〜７のアルキル基、炭素原子数２〜７のアルケニル基を表し、Ｒ７は炭素原子数１〜７のアルコキシル基を表す。）で表される化合物を１種又は２種以上を含有し、その含有率が３〜１５質量％であることを特徴とするが、Ｒ６は炭素原子数２〜５のアルキル基がより好ましく、Ｒ７は炭素原子数１〜５のアルコキシル基がより好ましい。
また、液晶組成物中で、化合物（ＩＶ）の含有率は、３〜１０質量％であることがより好ましい。
【００１６】
本発明の液晶組成物は、更に、一般式（Ｖ）
【化１１】
2004059854.tif 000008
（式中、Ｒ８、Ｒ９はそれぞれ独立してフッ素置換されていてもよい炭素原子数１〜７のアルキル基、炭素原子数２〜７のアルケニル基、炭素原子数３〜７のアルケニルオキシ基を表し、Ｚ１は単結合、−ＣＨ２−ＣＨ２−又は−ＣＨ＝ＣＨ−を表し、Ａは１，４−フェニレン基又はトランス−１，４−シクロヘキシレン基を表し、ｑは０又は１を表す。）で表される化合物（以下、化合物（Ｖ）と言う。）を含有することが好ましく、急峻性γをより改善することができる。この液晶組成物は、化合物（Ｖ）を１種又は２種以上を含有するが、１〜８種含有することが好ましく、１〜４種含有することがより好ましい。また、その含有量は、５〜４０質量％が好ましいが、５〜３０質量％がより好ましく、５〜２０質量％が特に好ましい。
【００１７】
化合物（Ｖ）の好ましい例は、一般式（Ｖ−ａ）
【化１２】
2004059854.tif 000009
（式中、Ｒ１０及びＲ１１は、Ｒ８と同じ意味を有する。）で表される化合物（以下、化合物（Ｖ−ａ）と言う。）である。
【００１８】
また、化合物（Ｖ）の別の好ましい例は、一般式（Ｖ−ｂ）
【化１３】
2004059854.tif 000010
（式中、Ｒ１２及びＲ１３は、Ｒ８と同じ意味を有する。）で表される化合物（以下、化合物（Ｖ−ｂ）と言う。）である。
化合物（Ｖ−ａ）又は化合物（Ｖ−ｂ）を使用することは、急峻な電気−光学特性を得るために効果的であり、特に、化合物（Ｖ−ｂ）を使用することが好ましい。
【００１９】
Ｒ８及びＲ９は、炭素原子数１〜５のアルキル基又は炭素原子数２〜５のアルケニル基であることがより好ましい。更に具体的には、アルケニル基は、式（ａ）〜（ｅ）の構造が好ましく、
【化１４】
2004059854.tif 000011
（構造式は右端で環に連結しているものとする。）その中でも（ｂ）、（ｄ）が特に好ましい。
【００２０】
更に、本発明の液晶組成物は、一般式（ＶＩ）
【化１５】
2004059854.tif 000012
（式中、Ｒ１４及びＲ１５は、炭素原子数１〜７のアルキル基又はアルコキシル基、炭素原子数２〜７のアルケニル基又は炭素原子数３〜７のアルケニルオキシ基を表し、Ｂ及びＤは、それぞれ独立的に１，４−フェニレン基、２又は３−フルオロ−１，４−フェニレン基、２，３−ジフルオロ−１，４−フェニレン基、３，５−ジフルオロ−１，４−フェニレン基、２，６−ジフルオロ−１，４−フェニレン基、２又は３−メチル−１，４−フェニレン基、２，３−ジメチル−１，４−フェニレン基、３，５−ジメチル−１，４−フェニレン基、２，６−ジメチル−１，４−フェニレン基又はトランス−１，４−シクロヘキシレン基を表し、ｒ及びｓは、それぞれ独立的に０又は１を表し、Ｚ２及びＺ３は、それぞれ独立的に単結合、−ＣＨ２−ＣＨ２−、−ＣＨ＝ＣＨ−、−ＣＯＯ−又は−ＯＣＯ−を表し、Ｘ４、Ｘ５、Ｘ６及びＸ７は、それぞれ独立的にＨ又はＦを表す。）で表される化合物（以下、化合物（ＶＩ）と言う。）を含有し、液晶組成物中における化合物（ＶＩ）の含有量は、５〜６０質量％が好ましいが、５〜４０質量％がより好ましく、１０〜３０質量％が特に好ましい。
【００２１】
一般式（ＶＩ）　の好ましい例は、（ＶＩ−ａ）〜（ＶＩ−ｍ）で表される化合物（以下、化合物（ＶＩ−ａ）〜（ＶＩ−ｍ）と言う。）である。
【００２２】
【化１６】
2004059854.tif 000013
【００２３】
更に、本発明の液晶組成物は、一般式（ＶＩＩ）
【化１７】
2004059854.tif 000014
（式中、Ｒ１６及びＲ１７は、炭素原子数１〜７のアルキル基又はアルコキシル基、炭素原子数２〜７のアルケニル基又は炭素原子数３〜７のアルケニルオキシ基を表し、Ｅは、１，４−フェニレン基、２又は３−フルオロ−１，４−フェニレン基、２，３−ジフルオロ−１，４−フェニレン基、３，５−ジフルオロ−１，４−フェニレン基、２，６−ジフルオロ−１，４−フェニレン基、２又は３−メチル−１，４−フェニレン基、２，３−ジメチル−１，４−フェニレン基、３，５−ジメチル−１，４−フェニレン基、２，６−ジメチル−１，４−フェニレン基又はトランス−１，４−シクロヘキシレン基を表し、Ｚ４は、単結合、−ＣＨ２−ＣＨ２−、−ＣＨ＝ＣＨ−、−ＣＯＯ−又は−ＯＣＯ−を表す。）で表される化合物を含有することが好ましく、液晶組成物中における化合物（ＶＩＩ）の含有量は、３〜２０質量％が好ましいが、急峻性γなどの諸特性とバランスをとるためには、３〜１５質量％が更に好ましく、３〜１０質量％が特に好ましい。
【００２４】
化合物（ＶＩＩ）の好ましい例は、一般式（ＶＩＩ−ａ）又は（ＶＩＩ−ｂ）（以下、化合物（ＶＩＩ−ａ）及び（ＶＩＩ−ｂ）と言う。）である。
【化１８】
2004059854.tif 000015
化合物（Ｉ）、化合物（ＩＩ）及び化合物（ＩＩＩ）を含有することを特徴とする本発明の液晶組成物は、化合物（ＩＶ）〜（ＶＩＩ）を同時に含有することが、より優れた本発明の効果を得るために、特に好ましい。
【００２５】
本発明の効果を得るために、特に好ましい液晶組成物（以下、液晶組成物Ｇと言う。）は、式（Ｉ−ａ）で表される化合物を５〜１５質量％と、一般式（ＩＩ）で表される化合物を３〜１０質量％と、一般式（ＩＩＩ−ａ）で表される化合物を２０〜３０質量％と、一般式（ＩＶ）で表される化合物を３〜１０質量％と、化合物（Ｖ−ａ）又は（Ｖ−ｂ）を５〜２０質量％と、化合物（ＶＩ−ａ）又は（ＶＩ−ｄ）を１０〜３０質量％と、化合物（ＶＩＩ−ａ）を３〜１０質量％とを含有する。この液晶組成物Ｇは、低い閾値電圧と急峻な電気−光学特性を同時に併せ持っており、これを用いた液晶表示素子は駆動電圧が低いため、バッテリーの交換又は充電を必要としないで長時間の使用が可能となり、また、高いコントラストを有しているため、表示品位が非常に優れているという特徴を有する。
【００２６】
本発明に使用する液晶組成物は、一般式（Ｉ）〜（ＶＩＩ）で表される化合物以外に、通常のネマチック液晶、スメクチック液晶、コレステリック液晶、カイラル剤などを使用することができる。なお、カイラル剤の代表的なものとしては、コレステリルノナネイト、Ｃ−１５、ＣＢ−１５、Ｓ−８１１などがある。
【００２７】
本発明の液晶組成物を用いた液晶表示素子は、スーパーツイステッドネマチック（ＳＴＮ）液晶表示素子にした場合、ツイスト角は１８０°〜２７０°が好ましく、２２０°〜２６０°がより好ましく、２３０°〜２５０°が特に好ましい。
【００２８】
本発明のＳＴＮ−ＬＣＤは、従来のＳＴＮ−ＬＣＤと比較して急峻性γが驚くべきほどに改善されている。このため、本発明のＳＴＮ−ＬＣＤは高いコントラストを有する。具体的には、条件式（ｉ）
【数３】
2004059854.tif 000016
（但し、Ｖｓａｔは、セル厚ｄ（μｍ）のＳＴＮ−ＬＣＤを構成した時の２５℃での飽和電圧（Ｖ）、すなわち、透過率が１０％のときの駆動電圧である。セル厚ｄ（μｍ）は、Δｎ・ｄ＝０．９０の関係式により決定。印加駆動波形は１００Ｈｚ矩形波。Ｖｔｈは、セル厚ｄ（μｍ）のＳＴＮ液晶表示素子（ＳＴＮ−ＬＣＤ）を構成したときの２５℃での閾値電圧（Ｖ）、すなわち、透過率が９０％のときの駆動電圧である。セル厚ｄ（μｍ）は、Δｎ・ｄ＝０．９０の関係式により決定。印加駆動波形は１００Ｈｚ矩形波。）で表される急峻性γを満たしており、高いコントラストであることを特徴とするＳＴＮ−ＬＣＤを作製することができる。
【００２９】
更に、本発明のＳＴＮ−ＬＣＤは低い閾値電圧を有しているという特徴がある。具体的には、条件式（ｉｉ）
【数４】
2004059854.tif 000017
（但し、Ｖｔｈはセル厚ｄ（μｍ）のＳＴＮ液晶表示素子（ＳＴＮ−ＬＣＤ）を構成したときの２５℃での閾値電圧（Ｖ）、すなわち、透過率が９０％のときの駆動電圧である。セル厚ｄ（μｍ）は、Δｎ・ｄ＝０．９０の関係式により決定。印加駆動波形は１００Ｈｚ矩形波。）で表される閾値電圧Ｖｔｈを満たすＳＴＮ−ＬＣＤを作製することができ、より好ましくは１．４５Ｖ以下、特に好ましくは１．４０Ｖ以下の閾値電圧を有するＳＴＮ−ＬＣＤを作成することができる。すなわち、駆動電圧が低いため、携帯情報端末に求められている長時間の使用に対する改善効果が非常に大きい。
【００３０】
以上のことから、本発明のＳＴＮ−ＬＣＤは高いコントラストと低い駆動電圧を同時に実現しており、携帯情報端末に求められている１／３２〜１／４８０Ｄｕｔｙ、より好適には１／６４〜１／２４０Ｄｕｔｙの時分割駆動において非常に優れた表示特性を有している。
【００３１】
なお、本発明のＳＴＮ−ＬＣＤは透過型、半透過型、反射型などのいずれの表示方式であってもよい。
【００３２】
【実施例】
以下、実施例を挙げて本発明を詳述するが、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。
【００３３】
実施例中、測定した特性は以下の通りである。
2004059854.tif 000018
ＳＴＮ−ＬＣＤの作製は、以下のように行った。ネマチック液晶組成物にカイラル剤「Ｓ−８１１」（メルク社製）を添加して混合液晶を調製し、対向する平面透明電極上に「サンエバー１５０」（日産化学社製）の有機膜をラビングして配向膜を形成したツイスト角２４０°のＳＴＮ−ＬＣＤに注入した。なお、カイラル剤は、カイラル剤の添加による混合液晶の固有らせんピッチＰと表示用セルのセル厚ｄが、ｄ／Ｐ＝０．５０となるように添加した。
【００３４】
化合物の記載に下記の略号を使用する。
2004059854.tif 000019
【化１９】
2004059854.tif 000020
【００３５】
例えば、以下に表すように略号を用いる。
【化２０】
2004059854.tif 000021
【００３６】
（実施例１、実施例２、比較例１及び比較例２）
液晶組成物Ｎｏ．１（実施例１）、Ｎｏ．２（実施例２）、液晶組成物Ｍ１（比較例１）、Ｍ２（比較例２）を調製した。また、これらの液晶組成物を使用したＳＴＮ−ＬＣＤを作製した。表１には、これらの液晶組成物の組成比と液晶組成物を使用したＳＴＮ−ＬＣＤの特性測定値を示す。
【００３７】
【表１】
2004059854.tif 000022
【００３８】
液晶組成物Ｎｏ．１（実施例１）及び液晶組成物Ｎｏ．２（実施例２）は、本発明の組み合わせである一般式（Ｉ）、（ＩＩ）及び（ＩＩＩ）のほか、更に一般式（ＩＶ）〜（ＶＩＩ）などを含有している。液晶組成物Ｍ１（比較例１）と特性測定値を比較すると、実施例１及び実施例２のＳＴＮ−ＬＣＤは、比較例１よりも急峻性γが大幅に改善されており、先に述べた条件式（ｉ）及び（ｉｉ）を満たしている。すなわち、急峻な電気−光学特性（高いコントラスト）と低い閾値電圧（低い駆動電圧）とを同時に満たしている。
【００３９】
比較例２は、急峻性γが条件式（ｉ）を満たしているものの、低電圧化が不十分で条件式（ｉｉ）を満たしていない。一般に低電圧化を行うと急峻性γは悪化する傾向にあり、低電圧かつ高コントラストを実現することは困難である。
【００４０】
比較例３は、低い閾値電圧は実現されているが、急峻性γの改善が不十分であり高いコントラストを有するＳＴＮ−ＬＣＤを作成することは困難である。
【００４１】
【発明の効果】
本発明は、低い閾値電圧と急峻な電気−光学特性を同時に併せ持つ液晶組成物を提供することにより、表示品位が大幅に改善されたＳＴＮ−ＬＣＤを得ることができる。したがって、本発明のＳＴＮ−ＬＣＤはコントラストが高く、なおかつ、駆動電圧も低いという非常に優れた特徴を有している。