(57)【要約】【課題】使用できる骨格が限定されていたため、大きくすることが困難であった誘電率異方性の絶対値を大きい液晶組成物を提供し、さらにそれを用いたＶＡ方式用の液晶表示素子を提供する。【解決手段】分子内に５員環ラクトン骨格を含む液晶性化合物を１種又は２種以上含有し、その誘電率異方性が負であることを特徴とするネマチック液晶組成物及び、これを用いた液晶表示素子を提供する。この液晶組成物は誘電率異方性の絶対値が大きいためＶＡ型の液晶表示素子の低電圧化に効果的である。【選択図】    なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
分子内に５員環ラクトン骨格を含む液晶性化合物を１種又は２種以上含有し、その誘電率異方性が負であることを特徴とするネマチック液晶組成物。
【請求項２】
５員環ラクトン骨格が一般式（Ｉ）または（ＩＩ）
【化１】
2004323779.tif 000010
で表される請求項１記載の液晶組成物。
【請求項３】
分子内に５員環ラクトン骨格を含む液晶性化合物が一般式（ＩＩＩ）
【化２】
2004323779.tif 000011
（式中、Ｌａｃｔは請求項２記載の（Ｉ）または（ＩＩ）を表し、Ｒ１およびＲ２はおのおの独立して炭素数１〜１０の飽和または不飽和のアルキル基、アルコキシル基、アルカノイルオキシ基またはアルコキシカルボニル基を表し、Ｌａ〜Ｌｄはおのおの独立して単結合、−ＣＨ２ＣＨ２−、−ＣＨ２Ｏ−、−ＯＣＨ２−、−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−または−Ｃ≡Ｃ−を表し、Ａ〜Ｄはおのおの独立してトランス−１，４−シクロヘキシレン基、トランス−デカヒドロナフタレン−２，６−ジイル基、トランス−１，３−ジオキサン−２，５−ジイル基、１個または２個のフッ素原子で置換されてもよい１，４−フェニレン基、１個または２個のフッ素原子で置換されてもよい１，２，３，４−テトラヒドロナフタレン−２，６−ジイル基または１個から３個のフッ素原子で置換されてもよいナフタレン−２，６−ジイル基を表し、ｎ１〜ｎ４はおのおの独立して０または１を表すが、すべて０であることはない。）で表される請求項２記載の液晶組成物。
【請求項４】
Ｌａ〜Ｌｄがおのおの独立して単結合、−ＣＨ２ＣＨ２−、−ＣＨ２Ｏ−、−ＯＣＨ２−または−Ｃ≡Ｃ−である請求項３記載の液晶組成物。
【請求項５】
Ａ〜Ｄがおのおの独立してトランス−１，４−シクロヘキシレン基、トランス−デカヒドロナフタレン−２，６−ジイル基、１個または２個のフッ素原子で置換されてもよい１，４−フェニレン基である請求項３又は４記載の液晶組成物。
【請求項６】
Ｒ１およびＲ２がおのおの独立して炭素数１〜１０の飽和または不飽和のアルキル基またはアルコキシル基である請求項３、４又は５記載の液晶組成物。
【請求項７】
Ｌａｃｔが（Ｉ）である請求項３〜６の何れかに記載の液晶組成物。
【請求項８】
ネマチック液晶相の上限温度７０℃以上であり、下限温度が−２０℃以下であり、誘電率異方性が−２より小さい請求項１〜７の何れかに記載の液晶組成物。
【請求項９】
一般式（ＩＶ）
【化３】
2004323779.tif 000012
（式中、Ｒ３およびＲ４はおのおの独立して炭素数１〜１０の飽和または不飽和のアルキル基またはアルコキシル基を表し、Ｙ１およびＹ２はおのおの独立して単結合、−ＣＨ２ＣＨ２−または−ＣＨ２Ｏ−を表し、環Ｅおよび環Ｆはトランス−１，４−シクロヘキシレン基、トランス−デカヒドロナフタレン−２，６−ジイル基、１個または２個のフッ素原子で置換されてもよい１，４−フェニレン基を表し、ｍは０〜２の整数を表す。）で表される化合物を１種又は２種以上含有する請求項１〜８の何れかに記載の液晶組成物。
【請求項１０】
一般式（Ｖ）
【化４】
2004323779.tif 000013
（式中、Ｒ５およびＲ６はおのおの独立して水素原子、炭素数１〜１０の飽和または不飽和のアルキル基またはアルコキシル基を表し、Ｙ３は単結合、−ＣＨ２ＣＨ２−または−ＣＨ２Ｏ−を表し、環Ｇおよび環Ｈはおのおの独立してトランス−１，４−シクロヘキシレン基、トランス−デカヒドロナフタレン−２，６−ジイル基、１または２個のフッ素原子で置換されてもよい１，４−フェニレン基を表し、Ｌは１〜３の整数を表す。）で表される化合物を１種又は２種以上含有する請求項１〜９の何れかに記載の液晶組成物。
【請求項１１】
分子内に５員環ラクトン骨格を含む液晶性化合物の含有率が１〜３０質量％の範囲である請求項１〜１０の何れかに記載の液晶組成物。
【請求項１２】
請求項１〜１１記載の液晶組成物を使用した液晶表示素子。
【請求項１３】
ＶＡモードで表示される請求項１２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、電気光学的液晶液晶表示材料として有用な、誘電率異方性が負のネマチック液晶組成物およびそれを用いた液晶表示素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示素子は、時計、電卓をはじめとしては、家庭用各種電気機器、測定機器、自動車用パネル、ワープロ、電子手帳、プリンター、コンピューター、テレビ等に用いられるようになっている。液晶表示方式としては、その代表的なものに、ＴＮ（捩れネマチック）方式やＳＴＮ（超捩れネマチック）方式、ＤＳ（動的光散乱）方式、ＧＨ（ゲスト・ホスト）方式、ＩＰＳ（インプレインスイッチング）方式、ＯＣＢ（光学補償複屈折）方式、ＥＣＢ（電圧制御複屈折）方式、ＶＡ（垂直配向）方式、ＦＬＣ（強誘電性液晶）等をあげることができる。また、駆動方式としても従来のスタティック駆動からマルチプレックス駆動が一般的になり、単純マトリックス方式、最近では、ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）やＭＩＭにより駆動されるＡＭ（アクティブマトリックス）方式が主流になっている。
【０００３】
これらの表示方式において、ＩＰＳ方式、ＥＣＢ（電圧制御複屈折）方式やＶＡ（垂直配向）方式は、現在汎用のＴＮ方式やＳＴＮ方式と異なり、誘電率異方性が負の液晶材料を用いる特徴を有する。これらの中で、ＶＡ方式は高速で広視野角の要求される表示素子として、特にテレビ等への応用が現在も友期待されている。
【０００４】
これまで、液晶材料はその方式に応じて、非常に多くの化合物が設計・合成されてきたが、ＶＡ方式に必要は誘電率異方性が負の液晶材料についてはそれほど多くの化合物が知られているわけではない。実際には２，３−ジフルオロ−１，４−フェニレン基を有する化合物（特許文献１参照）に限られているのが実情である。そのため、Δεの絶対値が十分に大きくないことから低電圧駆動等の特性に問題があった。
【０００５】
一方、５員環ラクトン構造を有する液晶化合物は大きな分極率を有し、また光学活性体が合成できることから、ＦＬＣ方式への応用を目指し多くの化合物が合成されてきたが、ＶＡ方式用の誘電率異方性が負の液晶材料として検討されたことはなかった（特許文献２―６参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開平７−３０９８５７号公報
【特許文献２】
特開昭６４−６２９９８号公報
【特許文献３】
特開昭６４−２４４３３６号公報
【特許文献４】
特開昭６５−３２３７１０号公報
【特許文献５】
特開昭６３−２１２０９３号公報
【特許文献６】
特開平７−３０９８５７号公報
【０００７】
【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、誘電率異方性が負であって絶対値の大きい液晶組成物を提供し、さらにそれを用いたＶＡ方式用の液晶表示素子を提供することにある。
【０００８】
【発明を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、分子内に５員環ラクトン骨格を含む液晶性化合物を少なくとも１種含有し、その誘電率異方性が負であることを特徴とするネマチック液晶組成物及びこれを用いた液晶表示素子を提供する。
【０００９】
本発明の液晶組成物は、分子内に５員環ラクトン骨格を含む液晶性化合物を含有するため、分子内に５員環ラクトン骨格を含む液晶性化合物が有する負の誘電率を効率的に用いてＶＡ等の表示方式に使用したときに低電圧駆動を可能とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
すなわち、本発明における液晶組成物は、分子内に５員環ラクトン骨格を含む液晶性化合物を少なくとも１種含有するが、一般式（Ｉ）または（ＩＩ）
【化５】
2004323779.tif 000002
で表される５員環ラクトン骨格を分子内に含む液晶性化合物を少なくとも１種含有することが好ましい。
【００１１】
さらに、分子内に５員環ラクトン骨格を含む液晶性化合物が一般式（ＩＩＩ）
【化６】
2004323779.tif 000003
で表される化合物であることがさらに好ましい。
【００１２】
ここで、５員環ラクトン骨格（Ｌａｃｔ）は先に示した一般式（Ｉ）または（ＩＩ）であるが、中でも（Ｉ）が好ましい。（Ｉ）の骨格では２つの不斉炭素を有しており、光学活性体となりうるが、ラセミ体が好ましい、また、（Ｉ）の骨格ではシス体とトランス体があるが、どちらかまたは混合物でもかまわないが、トランス体が好ましい。
【００１３】
Ｒ１およびＲ２はおのおの独立して炭素数１〜１０の飽和または不飽和のアルキル基、アルコキシル基、アルカノイルオキシ基またはアルコキシカルボニル基を表すが、炭素数１〜１０の飽和または不飽和のアルキル基またはアルコキシル基が好ましい。
【００１４】
Ｌａ〜Ｌｄはおのおの独立して単結合、−ＣＨ２ＣＨ２−、−ＣＨ２Ｏ−、−ＯＣＨ２−、−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−または−Ｃ≡Ｃ−を表すが、単結合、−ＣＨ２ＣＨ２−、−ＣＨ２Ｏ−、−ＯＣＨ２−が好ましい。
【００１５】
Ａ〜Ｄはおのおの独立してトランス−１，４−シクロヘキシレン基、トランス−デカヒドロナフタレン−２，６−ジイル基、トランス−１，３−ジオキサン−２，５−ジイル基、１個または２個のフッ素原子で置換されてもよい１，４−フェニレン基、１個または２個のフッ素原子で置換されてもよい１，２，３，４−テトラヒドロナフタレン−２，６−ジイル基または１個から３個のフッ素原子で置換されてもよいナフタレン−２，６−ジイル基を表すが、トランス−１，４−シクロヘキシレン基、トランス−デカヒドロナフタレン−２，６−ジイル基、１個または２個のフッ素原子で置換されてもよい１，４−フェニレン基が好ましく、トランス−１，４−シクロヘキシレン基、１個または２個のフッ素原子で置換されてもよい１，４−フェニレン基が特に好ましい。
ｎ１〜ｎ４はおのおの独立して０または１を表すが、少なくともひとつは１を表すことが好ましい。
５員環ラクトン骨格を含む液晶性化合物の含有量は、液晶性が低下しない範囲でどのような含有率で含んでもよいが、１〜３０質量％の範囲が好ましく、１〜２０質量％であることがより好ましい。
【００１６】
５員環ラクトン骨格を有する化合物以外の第２成分として、一般式（ＩＶ）
【化７】
2004323779.tif 000004
で表される化合物を少なくとも１種類含有することができる。
【００１７】
ここで、式中、Ｒ３およびＲ４はおのおの独立して炭素数１〜１０の飽和または不飽和のアルキル基またはアルコキシル基を表す。
Ｙ１およびＹ２はおのおの独立して単結合、−ＣＨ２ＣＨ２−または−ＣＨ２Ｏ−を表す。
環Ｅおよび環Ｆはトランス−１，４−シクロヘキシレン基、トランス−デカヒドロナフタレン−２，６−ジイル基、１個または２個のフッ素原子で置換されてもよい１，４−フェニレン基を表し、トランス−１，４−シクロヘキシレン基、１個または２個のフッ素原子で置換されてもよい１，４−フェニレン基が好ましい。
ｍは０〜２の整数を表す。
【００１８】
５員環ラクトン骨格を有する化合物以外の第２成分として、一般式（Ｖ）
【化８】
2004323779.tif 000005
で表される化合物を少なくとも１種類含有することができる。
【００１９】
ここで、式中、Ｒ５およびＲ６はおのおの独立して水素原子、炭素数１〜１０の飽和または不飽和のアルキル基またはアルコキシル基を表すが、炭素数１〜１０の飽和または不飽和のアルキル基またはアルコキシル基が好ましい、
Ｙ３は単結合、−ＣＨ２ＣＨ２−または−ＣＨ２Ｏ−を表す。
【００２０】
環Ｇおよび環Ｈはおのおの独立してトランス−１，４−シクロヘキシレン基、トランス−デカヒドロナフタレン−２，６−ジイル基、１または２個のフッ素原子で置換されてもよい１，４−フェニレン基を表すが、トランス−１，４−シクロヘキシレン基、１または２個のフッ素原子で置換されてもよい１，４−フェニレン基が好ましい。
【００２１】
Ｌは１〜３の整数を表すが、１または２が好ましい。
【００２２】
本願発明の液晶組成物は、一般式（ＩＩＩ）で表される化合物及び一般式（ＩＶ）で表される化合物を含有することが好ましく、一般式（ＩＩＩ）で表される化合物及び一般式（Ｖ）で表される化合物を含有することが好ましく、一般式（ＩＩＩ）で表される化合物、一般式（ＩＶ）で表される化合物及び一般式（Ｖ）で表される化合物を含有することがより好ましい。
【００２３】
上記の化合物を含有する液晶組成物は、負の誘電率異方性を示すが、−２より小さいことが好ましく、また、上限温度７０℃以上であり、下限温度が−２０℃以下であることが好ましい。
【００２４】
本発明はさらに本発明の液晶組成物を使用した表示素子を提供するが、アクティブマトリックス用に使用することが好ましく、ＶＡ方式に使用することがより好ましい。
【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。液晶表示素子は、セル厚３．５μｍのＶＡ−ＬＣＤ用表示セルを作製し、液晶組成物をこのセルに注入して構成した。
実施例中、測定した特性は以下の通りである。
ＴＮ−Ｉ      ：ネマチック相−等方性液体相転移温度（℃）
Δε      ：誘電異方性（２５℃及び１ｋＨｚ）
Δｎ      ：複屈折（２０℃及び５８９ｎｍ）
η      ：粘度（ｍＰａ・ｓ）（２０℃）
Ｖｔｈ      ：しきい値電圧（Ｖ）（２５℃）
【００２６】
（実施例１、２及び比較例１）  液晶組成物の調整
以下の液晶組成物（Ｍ−１）を作成した。
【化９】
2004323779.tif 000006
【００２７】
実施例１の液晶組成物として、（Ｍ−１）の９５％と（ＩＩＩａ）
【化１０】
2004323779.tif 000007
で表される化合物５％からなる液晶組成物（Ｍ−２）を調整した。又、実施例２の液晶組成物として、
【００２８】
組成物（Ｍ−１）の９５％と（ＩＩＩｂ）
【化１１】
2004323779.tif 000008
で表される化合物５％からなる液晶組成物（Ｍ−３）を調整した。
さらに、（Ｍ−１）の９０％と（ＩＩＩａ）５％及び（ＩＩＩｂ）５％からなる液晶組成物（Ｍ−４）を調整した。
【００２９】
比較例として（Ｍ−１）を含めたこれらの液晶組成物の物性を測定しその結果を表１に示す。
【表１】
2004323779.tif 000009
表１より、実施例１、２及び３は大きい負の誘電率異方性の絶対値を有することがわかる。
本発明の液晶組成物により、優れた表示品位のＶＡ型液晶表示素子を作成することができた。
【００３０】
【発明の効果】
本発明により、大きい負の誘電率異方性の絶対値を有する液晶組成物を提供することが可能となった。又、本願発明の液晶組成物はＶＡ型の液晶表示素子の低電圧化に効果的である。