(57)【要約】　　　（修正有）【課題】液晶相温度範囲と低温での液晶安定性のバランスに優れ、大きい誘電率異方性と低い粘性を同時に有するＩＰＳ用液晶組成物、及びこれを用いた幅広い温度領域で使用可能で、低電圧駆動特性と短い応答時間を有するＩＰＳディスプレイを提供する。【解決手段】一般式（１）で表される化合物１種又は２種以上を２〜３０質量％及び一般式（２）、一般式（３）及び一般式（４）で表される群からなる化合物１種又は２種以上を５〜６０質量％含有するアクティブマトリックスＩＰＳ用液晶組成物。2004091593.tif 0000282004091593.tif 000029［式中、Ｒ１はＣ２〜１５アルケニル基など、Ｒ２〜Ｒ４はＣ１〜１５のアルキル基など、環Ａ１〜Ａ３はトランス−１，４−シクロへキシレン、１，４−フェニレンなど、Ｚ１〜Ｚ３は−ＣＯＯ−、−ＣＨ２Ｏ−、単結合など、ｌ，ｍ，ｎ，ｏ及びｐは０、１又は２、Ｘ１〜Ｘ１０はＨ、Ｆ又はＣｌ、Ｑ１〜Ｑ３は−ＯＣＨ２−、−ＯＣＦ２−、単結合など、Ｙ１〜Ｙ３はＦ又はＣｌである。］【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（１）
【化１】
2004091593.tif 000020
（式中Ｒ１は、炭素数２〜１５のアルケニル基または炭素数３〜１５のアルケニルオキシ基を表す。）で表される化合物から選ばれる化合物を１種又は２種以上を２〜３０質量％含有し、第二成分として一般式（２）、一般式（３）及び一般式（４）
【化２】
2004091593.tif 000021
【化３】
2004091593.tif 000022
【化４】
2004091593.tif 000023
（式中Ｒ２、Ｒ３及びＲ４はそれぞれ独立して、炭素数１〜１５のアルキル基又は炭素数２〜１５のアルケニル基であり、この基は非置換であるか、あるいは置換基として少なくとも１個のハロゲン基を有しており、そしてこれらの基中に存在する１個又は２個以上のＣＨ２基はそれぞれ独立してＯ原子が相互に直接結合しないものとして−Ｏ−、−Ｓ−、−ＣＯ−、−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−又は−ＯＣＯ−Ｏ−により置き換えられても良く、Ａ１、Ａ２及びＡ３はそれぞれ独立して
（ａ）　トランス−１，４−シクロへキシレン（この基中に存在する１個のＣＨ２基又は隣接していない２個以上のＣＨ２基は　−Ｏ−　及び／又は　−Ｓ−　に置き換えられてもよい）
（ｂ）　１，４−フェニレン（この基中に存在する１個のＣＨ２基又は隣接していない２個以上のＣＨ２基は　−Ｎ−　に置き換えられてもよい）
（ｃ）　１，４−シクロヘキセニレン、１，４−ビシクロ（２．２．２）オクチレン、ピペリジン−１，４−ジイル、ナフタレン−２，６−ジイル、デカヒドロナフタレン−２，６−ジイル及び１，２，３，４−テトラヒドロナフタレン−２，６−ジイル
からなる群より選ばれる基であり、上記の基（ａ）、基（ｂ）及び基（ｃ）はＣＮ又はハロゲンで置換されていてもよく、Ｚ１、Ｚ２及びＺ３はそれぞれ独立して、−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、−ＣＨ２Ｏ−、−ＯＣＨ２−、−ＣＨ２ＣＨ２−、−ＣＨ＝ＣＨ−、−Ｃ≡Ｃ−、−（ＣＨ２）４−、−ＣＨ＝ＣＨ−ＣＨ２ＣＨ２−、−ＣＨ２ＣＨ２−ＣＨ＝ＣＨ−　又は単結合であり、ｌ、ｍ、ｎ、ｏ及びｐはそれぞれ独立して０、１又は２であり、Ｘ１〜Ｘ１０はそれぞれ独立してＨ、Ｆ又はＣｌであり、Ｑ１、Ｑ２及びＱ３はそれぞれ独立して−ＯＣＨ２−、−ＯＣＦ２−、−ＯＣＨＦ−、−ＣＦ２−又は単結合であり、Ｙ１、Ｙ２及びＹ３はそれぞれ独立してＦ又はＣｌである。）で表される化合物群から選ばれる化合物を１種もしくは２種以上を５〜６０質量％含有することを特徴とし、配向制御層を有する２枚の基板間の液晶層が液晶分子の長軸をほぼ基板と平行にして配向し、液晶を駆動するための電場が液晶層に対してほぼ平行になるように駆動されるアクティブマトリクス型液晶表示素子用液晶組成物。
【請求項２】
ネマチック−アイソトロピック転移温度が７０℃〜１２０℃であり、クリスタル又はスメクチック−ネマチック転移温度が−８０℃〜−１０℃であり、屈折率の異方性が０．０４〜０．１３である請求項１記載の液晶組成物。
【請求項３】
第三成分としてとして一般式（５）
【化５】
2004091593.tif 000024
（式中Ｒ４及びＲ５は、一般式（２）におけるＲ２の定義と同じであり、Ａ４、Ａ５及びＡ６は般式（２）におけるＡ１の定義と同じであり、Ｚ４、及びＺ５はそれぞれ独立して−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、−ＣＨ２Ｏ−、−ＯＣＨ２−、−ＣＨ２ＣＨ２−、−ＣＨ＝ＣＨ−、−Ｃ≡Ｃ−、−（ＣＨ２）４−、−ＣＨ＝ＣＨ−ＣＨ２ＣＨ２−、−ＣＨ２ＣＨ２−ＣＨ＝ＣＨ−　、−ＣＨ＝Ｎ−Ｎ＝ＣＨ−又は単結合であり、ｑは０、１又は２である。）で表される化合物から選ばれる化合物を１種もしくは２種以上を含有する請求項１又は２に記載の液晶組成物。
【請求項４】
一般式（２）の化合物として、一般式（６）
【化６】
2004091593.tif 000025
一般式（３）の化合物として、一般式（７）
【化７】
2004091593.tif 000026
一般式（４）の化合物として一般式（８）
【化８】
2004091593.tif 000027
（式中Ｒ７、Ｒ８、Ｒ９は、一般式（１）のＲ１の定義と同じであり、ｒ、ｓ、ｔ、ｕ及びｖはそれぞれ独立して０、１又は２であり、Ｘ１１〜Ｘ２０はそれぞれ独立してＨ又はＦである。）から選ばれる１種もしくは２種以上の化合物を含有する請求項１〜３のいずれかに記載の液晶組成物。
【請求項５】
請求項１〜４の何れかに記載の液晶組成物を用いた液晶表示素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気光学的表示材料として有用なネマチック液晶組成物及びこれを用いた液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のＴＮ、ＳＴＮ等の液晶ディスプレイでは、相対向した２枚の基板に形成した電極間に電圧を印加する事により、ほぼ基板界面に垂直な電界を発生させ、電界方向（またはそれと垂直な方向）に液晶を動作させることにより表示を行っていた。特表平５−５０５２４７、ＥＰ５８８５６８には、配向制御層を有する２枚の基板間の液晶層が液晶分子の長軸をほぼ基板と平行にして配向し、液晶を駆動するための電場が液晶層に対してほぼ平行になるように駆動される方式ＩＰＳ（Ｉｎ−Ｐｌａｉｎ　Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）が記載されている。ＩＰＳディスプレイは、ＴＮやＳＴＮなどのねじれ構造を持ち、電界により液晶が基板面とほぼ平行な状態から垂直な状態に動作する事により表示する方式に比べ、基板とほぼ平行な面内で動作する事により表示するため、視角特性が優れたものである。しかし基板にほぼ平行な横電界を印加するため、従来のねじれ型方式とは異なったＩＰＳ方式に最適化された幅広い液晶温度範囲、低温での液晶安定性、低電圧駆動特性、低い粘性、短い応答時間、加熱・光に対する安定性、高い電圧保持率を同時に持つ液晶組成物が望まれていたが十分満足する液晶材料は得られていなかった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、液晶相温度範囲と低温での液晶安定性のバランスに優れ、大きい誘電率異方性と低い粘性を同時に有するＩＰＳ用液晶組成物を提供し、これを用いた幅広い温度領域で使用可能で、低電圧駆動特性と短い応答時間を有するＩＰＳディスプレイを提供することにある。
【０００４】
【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、種々の液晶化合物を用いた液晶組成物を検討した結果、一般式（１）で表される化合物と、一般式（２）、一般式（３）　及び一般式（４）で表される化合物をそれぞれ特定量組み合わせることにより、液晶相温度範囲と低温での液晶安定性のバランスに優れ、大きい誘電率異方性と低い粘性を同時に有するＩＰＳ用液晶組成物が得られ、これを応用することで幅広い温度領域で使用可能で、低電圧駆動特性と短い応答時間を有するＩＰＳディスプレイを見いだし本発明に至った。
【０００５】
すなわち本発明は、第一成分として一般式（１）
【化９】
2004091593.tif 000002
（式中Ｒ１は、炭素数２〜１５のアルケニル基または炭素数３〜１５のアルケニルオキシ基を表す。）で表される化合物から選ばれる化合物を１種又は２種以上を２〜３０質量％含有し、第二成分として一般式（２）、一般式（３）及び一般式（４）
【０００６】
【化１０】
2004091593.tif 000003
【０００７】
【化１１】
2004091593.tif 000004
【０００８】
【化１２】
2004091593.tif 000005
【０００９】
（式中Ｒ２、Ｒ３及びＲ４はそれぞれ独立して、炭素数１〜１５のアルキル基又は炭素数２〜１５のアルケニル基であり、この基は非置換であるか、あるいは置換基として少なくとも１個のハロゲン基を有しており、そしてこれらの基中に存在する１個又は２個以上のＣＨ２基はそれぞれ独立してＯ原子が相互に直接結合しないものとして−Ｏ−、−Ｓ−、−ＣＯ−、−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−又は−ＯＣＯ−Ｏ−により置き換えられても良く、Ａ１、Ａ２及びＡ３はそれぞれ独立して
（ａ）　トランス−１，４−シクロへキシレン（この基中に存在する１個のＣＨ２基又は隣接していない２個以上のＣＨ２基は　−Ｏ−　及び／又は　−Ｓ−　に置き換えられてもよい）
（ｂ）　１，４−フェニレン（この基中に存在する１個のＣＨ２基又は隣接していない２個以上のＣＨ２基は　−Ｎ−　に置き換えられてもよい）
（ｃ）　１，４−シクロヘキセニレン、１，４−ビシクロ（２．２．２）オクチレン、ピペリジン−１，４−ジイル、ナフタレン−２，６−ジイル、デカヒドロナフタレン−２，６−ジイル及び１，２，３，４−テトラヒドロナフタレン−２，６−ジイル
からなる群より選ばれる基であり、上記の基（ａ）、基（ｂ）、基（ｃ）はＣＮ又はハロゲンで置換されていてもよく、Ｚ１、Ｚ２及びＺ３はそれぞれ独立して、−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、−ＣＨ２Ｏ−、−ＯＣＨ２−、−ＣＨ２ＣＨ２−、−ＣＨ＝ＣＨ−、−Ｃ≡Ｃ−、−（ＣＨ２）４−、−ＣＨ＝ＣＨ−ＣＨ２ＣＨ２−、−ＣＨ２ＣＨ２−ＣＨ＝ＣＨ−　又は単結合であり、ｌ、ｍ、ｎ、ｏ及びｐはそれぞれ独立して０、１又は２であり、Ｘ１〜Ｘ１０はそれぞれ独立してＨ、Ｆ又はＣｌであり、Ｑ１、Ｑ２及びＱ３はそれぞれ独立して−ＯＣＨ２−、−ＯＣＦ２−、−ＯＣＨＦ−、−ＣＦ２−又は単結合であり、Ｙ１、Ｙ２及びＹ３はそれぞれ独立してＦ又はＣｌである。）　で表される化合物群から選ばれる化合物を１種もしくは２種以上を５〜６０質量％含有し、配向制御層を有する２枚の基板間の液晶層が液晶分子の長軸をほぼ基板と平行にして配向し、液晶を駆動するための電場が液晶層に対してほぼ平行になるように駆動されることを特徴とする、アクティブマトリクス型液晶表示素子用液晶組成物を提供する。
【００１０】
また、本発明は、上記液晶組成物を使用した、マトリクス状に配置された画素部にスイッチング素子が設けられているアクティブマトリクス型液晶表示素子を提供する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
一般式（１）で表される化合物（以下、化合物（１）という。）は、駆動電圧の低下に非常に大きな効果を有しながら、低粘性効果も同時に有している。しかし、液晶組成物中に多量に添加することにより、ネマチック相下限温度を上昇させる問題点があった。一方、一般式（２）で表される化合物（以下、化合物（２）という。）、一般式（３）で表される化合物（以下、化合物（３）という。）、一般式（４）で表される化合物（以下、化合物（４）という。）は電流値の増加を抑制する効果とＡＭ−ＬＣＤ駆動方式に必要な高い電圧保持率を有している。また戸外の過酷な熱・太陽光・ＵＶ光の環境においても、安定で電流値増加などによる表示不良を起こしにくいという特徴を有している。さらにネマチック温度範囲を拡大する効果も同時に有している。
【００１２】
本発明の液晶組成物は、化合物（１）と化合物（２）、化合物（３）　及び化合物（４）のそれぞれの化合物から１種又は２種以上選ばれる化合物を含有する組成物である。化合物（１）と化合物（２）、化合物（３）　及び化合物（４）はお互いの欠点を補うことにより、組成物として、幅広い液晶温度範囲、低温での液晶安定性、低電圧駆動特性、低い粘性、短い応答時間、加熱・光に対する安定性、高い電圧保持率を同時に持ち、ＩＰＳ用液晶組成物として非常に有用である。
【００１３】
本発明の液晶組成物は、化合物（１）から選ばれる化合物を１種〜５種の範囲で含有することが好ましく、１種〜３種の範囲で含有することが特に好ましい。また、式中Ｒ１は、炭素数２〜８のアルケニル基が好ましく、式（ａ）〜（ｅ）のアルケニル基が特に好ましい。
【化１３】
2004091593.tif 000006
（式は右端で環に結合するものとする。）
一般式（１）から選ばれる化合物の含有量は、５質量％〜３０質量％が好ましく、１０質量％〜２０質量％が特に好ましい。
【００１４】
化合物（２）、化合物（３）　及び化合物（４）から選ばれる化合物は１種〜１５種の範囲で含有することが好ましく、１種〜１０種の範囲で含有することが特に好ましい。また一般式（２）中、Ｒ２は炭素数１〜８のアルキル基又は炭素数２〜８のアルケニル基が好ましく、炭素数１〜５のアルキル基又は式（ａ）〜（ｅ）のアルケニル基が特に好ましい。
【００１５】
式中Ｘ１〜Ｘ１０はそれぞれ独立してＨ、Ｆ又はＣｌであり、Ｘ１〜Ｘ４、Ｘ５〜Ｘ８、Ｘ９〜Ｘ１０のうちそれぞれ少なくとも１個はＦであることが好ましい。Ｑ１〜Ｑ３は単結合が好ましい。Ｙ１〜Ｙ３はＦが好ましい。
【００１６】
化合物（１）の好ましい化合物として、Ａ１がトランス−１，４−シクロヘキシレン基であり、Ｚ１、Ｑ１が単結合であり、Ｙ１がＦである化合物（６）を挙げることができる。
【化１４】
2004091593.tif 000007
ｒ、ｓはそれぞれ独立して０、１又は２であるが、ｒ＋ｓは１又は２が好ましい。
【００１７】
化合物（２）の好ましい化合物として、Ａ２がトランス−１，４−シクロヘキシレン基であり、Ｚ２、Ｑ２が単結合であり、Ｙ２がＦである化合物（７）を挙げることができる。
【化１５】
2004091593.tif 000008
ｔ、ｕはそれぞれ独立して０、１又は２であるが、ｔ＋ｕは１又は２が好ましい。
化合物（３）の好ましい化合物として、Ａ３がトランス−１，４−シクロヘキシレン基であり、Ｚ３、Ｑ３が単結合であり、Ｙ３がＦである化合物（８）を挙げることができる。
【化１６】
2004091593.tif 000009
ｖは０又は１が好ましい。
【００１８】
化合物（６）のさらに好ましい化合物として以下の化合物群を挙げることができる。
【化１７】
2004091593.tif 000010
【００１９】
化合物（７）のさらに好ましい化合物として以下の化合物群を挙げることができる。
【化１８】
2004091593.tif 000011
【００２０】
化合物（８）のさらに好ましい化合物として以下の化合物群を挙げることができる。
【化１９】
2004091593.tif 000012
【００２１】
一般式（２）、一般式（３）及び一般式（４）から選ばれる化合物の含有量は、５質量％〜５０質量％が好ましく、１０質量％〜４５質量％が特に好ましい。
ネマチック液晶相温度範囲の拡大は、最近要望の高まっている携帯端末ディスプレイ用としても有用である。本発明による組成物は、特に、ネマチック相が結晶やスメクチックに転移するネマチック相下限温度に対して拡大効果があるため、本発明の液晶組成物を使用した液晶表示素子は、戸外の低温の環境でも高いコントラストでの動作が可能となる。本発明のネマチック−アイソトロピック転移温度は７０℃〜１２０℃が好ましく、クリスタル又はスメクチック−ネマチック転移温度（℃）は−８０℃〜−１０℃が好ましいが、さらに好ましくはネマチック−アイソトロピック転移温度が７０℃〜１００℃であり、クリスタル又はスメクチック−ネマチック転移温度（℃）が−８０℃〜−２０℃である。
【００２２】
一般式（５）
【化２０】
2004091593.tif 000013
（式中Ｒ４、Ｒ５は、一般式（２）のＲ２の定義と同じであり、Ａ４〜Ａ６はＡ１の定義と同じであり、Ｚ４、Ｚ５はそれぞれ独立して−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、−ＣＨ２Ｏ−、−ＯＣＨ２−、−ＣＨ２ＣＨ２−、−ＣＨ＝ＣＨ−、−Ｃ≡Ｃ−、−（ＣＨ２）４−、−ＣＨ＝ＣＨ−ＣＨ２ＣＨ２−、−ＣＨ２ＣＨ２−ＣＨ＝ＣＨ−　、−ＣＨ＝Ｎ−Ｎ＝ＣＨ−又は単結合であり、ｑは０、１又は２である。）で表される化合物（以下、化合物（５）と言う。）の含有率の合計は、２０質量％〜６０質量％が好ましく、３０質量％〜５５質量％が特に好ましい。
【００２３】
化合物（５）の好ましい化合物として以下の化合物群を挙げることができる。
【化２１】
2004091593.tif 000014
【００２４】
本発明の液晶組成物は、ＩＰＳディスプレイ用として有用であるが、、ＡＭ−ＬＣＤ方式で駆動されるＩＰＳディスプレイ用組成物として特に有用なものである。
【００２５】
【実施例】
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。
実施例中、測定した特性は以下の通りである。
【００２６】
Ｔｎｉ　：ネマチック相上限温度；ネマチック−アイソトロピック転移温度（℃）
Ｔ−ｎ　：ネマチック相下限温度；クリスタル又はスメクチック−ネマチック転移温度（℃）
Δε：２５℃での誘電率異方性　（−）
Δｎ　：２５℃での複屈折率（−）
η　　：２０℃での粘度（ｍＰａ・ｓ）
ＨＲ　　：６０℃での保持率（％）（セル厚６μｍのＴＮ−ＬＣＤに注入し、５Ｖ印加、フレームタイム２０ｍｓ、パルス幅６４μｓで測定したときの測定電圧と初期印加電圧との比を％で表した値）
ＴＮ−ＬＣＤ表示素子の作製は以下のようにして行った。
【００２７】
対向する平面透明電極上に配向膜「ＡＬ−１０５１」（ＪＳＲ社製）を塗布し、この配向膜をラビングして９０°配向状態を形成したツイスト角９０℃のＴＮ−ＬＣＤセルを作製し、このセルに液晶組成物を注入してＴＮ−ＬＣＤ表示素子を作製した。
また、実験で使用した試験用ＩＰＳディスプレイは、特表平５−５０５２４７号公報記載の櫛形構造を有するセルを作成した。電極間隔は２０μｍ、セル厚は５μｍである。
【００２８】
化合物の記載に下記の略号を使用する。
2004091593.tif 000015
【化２２】
2004091593.tif 000016
【００２９】
例えば、以下に示すように略号を用いる。
【化２３】
2004091593.tif 000017
【００３０】
（実施例１・比較例１〜３）
ネマチック組成物Ｎｏ．１を調整し、この組成物の諸特性を測定した結果を比較例１〜３と共に表１に示す。
【表１】
2004091593.tif 000018
【００３１】
実施例１は、化合物（１）を含まない比較例１と比較して、実用上十分に広いネマチック温度範囲を有していながら大きなΔεと低い粘性を同時に実現している。化合物（２）、化合物（３）、化合物（４）を含まない比較例２は粘性は比較的低いもののΔεが小さくネマチック相下限温度がかなり高い。又、比較例３は化合物（１）の使用量が多すぎるため、Δεは大きいものの、粘性が高くネマチック相下限温度も高いものであった。実施例１の液晶組成物を用いて作製したＩＰＳディスプレイの特性は比較例１を用いたＩＰＳディスプレイと比較して低電圧で駆動でき、しかも高速に応答した。また、６０℃での恒温槽に５００時間放置後の保持率も９５％を達成しており、アクティブマトリクス型液晶表示素子用として十分使用できるレベルであった。
【００３２】
比較例３は、６０℃での恒温槽に５００時間放置後の保持率が８０％まで低下しており、アクティブマトリクス型液晶表示素子用として使用できるレベルをわずかに下回っていた。
【００３３】
（実施例２及び比較例４、５）
ネマチック組成物Ｎｏ．２を調整し、この組成物の諸特性を測定した結果を比較例４、５と共に表２に示す。
【表２】
2004091593.tif 000019
【００３４】
実施例２と比較例４及び比較例５を比較すると、これらは実用上十分に広いネマチック温度範囲を有して。しかし、比較例４では粘性が高く、比較例５ではΔεが小さい欠点を有しており、実施例２が十分に広いネマチック温度範囲、低い粘性及び大きなΔεを同時に実現していることが解る。実施例２を用いて作製したＩＰＳディスプレイの特性は比較例４、比較例５を用いたＩＰＳディスプレイと比較して高速に応答した。また６０℃での恒温槽に５００時間放置後の保持率も９５％を達成しており、アクティブマトリクス型液晶表示素子用として十分使用できるレベルであった。
【００３５】
【発明の効果】
本発明のＩＰＳ用液晶組成物は、液晶相温度範囲と低温での液晶安定性のバランスに優れ、大きい誘電率異方性と低い粘性を同時に有する、これを液晶表示素子に用いた場合、幅広い温度領域で使用可能で、低電圧駆動特性と短い応答時間を有するため、ＡＭ−ＬＣＤ方式で駆動されるＩＰＳディスプレイ用組成物として有用である。