(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
化学式１で表される化合物、化学式２で表される化合物、化学式３で表される化合物及び化学式４で表される化合物の全てを含むネマチック液晶組成物であって、
前記化学式１で表される化合物の含量は１．０〜６５．０重量部、化学式２で表される化合物の含量は１．０〜６５．０重量部、化学式３で表される化合物の含量は１．０〜５０．０重量部、化学式４で表される化合物の含量は１．０〜２０．０重量部の比率である（ただし、化学式１〜４で表される化合物の合計量は１００重量部である。）ことを特徴とするネマチック液晶組成物。
【化１】
0004611469.tif 000047
ここで、Ｒ1は炭素数１〜１２のアルキル基を、Ｙはシアノ基、ハロゲン原子、−ＯＲ、
【化２】
0004611469.tif 000048
又は
【化３】
0004611469.tif 000049
を各々示し、
Ｘ、Ｖ、Ｗは同時にまたは独立的に水素原子、ハロゲン原子、シアノ基、炭素数１〜１２のアルキル基、炭素数１〜１２のアルコキシ基、非置換または置換されたアリール基を示し、
Ｒは炭素数１〜１２のアルキル基を示し、
【化４】
0004611469.tif 000050
ここで、Ｒ２は炭素数１〜１２のアルキル基を、ＪとＤは同時にまたは独立的にフェニレン、ビフェニレン、シクロヘキシレン、または二価のフェニルシクロヘキサンを、Ｑは単一結合またはエチレン基（−ＣＨ2ＣＨ2−）を各々示し、
【化５】
0004611469.tif 000051
ここで、Ｒ3とＲ4は同時にまたは独立的に炭素数１〜１２のアルキル基または炭素数１〜１２のアルコキシ基を、ＡとＧは同時にまたは独立的にフェニレン、ビフェニレン、シクロヘキシレン、またはメチル基を含むビフェニレンを、Ｚは単一結合またはエステル結合（−ＣＯＯ−）を各々示し、
【化６】
0004611469.tif 000052
ここで、Ｒ５とＲ６は同時にまたは独立的に炭素数１〜１２のアルキル基または炭素数１〜１２のアルコキシ基を示す。
【請求項２】
前記液晶組成物は下記化学式５で表される化合物をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のネマチック液晶組成物。
【化７】
0004611469.tif 000053
ここで、Ｒ７とＲ８は同時にまたは独立的に炭素数１〜１２のアルキル基、炭素数１〜１２のアルコキシ基、またはシアノ基を示す（ただし、Ｒ７及びＲ８が同時にシアノ基になる場合は除く）。
【請求項３】
更に請求項２に記載の化学式５で表される化合物を含み、前記化学式５で表される化合物の含量は１．０〜２０．０重量部の比率である（ただし、化学式１〜５で表される化合物の合計は１００重量部である。）ことを特徴とする請求項２に記載のネマチック液晶組成物。
【請求項４】
化学式１で表される化合物、化学式２で表される化合物、化学式３で表される化合物及び化学式４で表される化合物の全てを含むネマチック液晶組成物が一対の電極基板の間に挿入されていることを特徴とする液晶表示素子であって、
前記化学式１で表される化合物の含量は１．０〜６５．０重量部、化学式２で表される化合物の含量は１．０〜６５．０重量部、化学式３で表される化合物の含量は１．０〜５０．０重量部、化学式４で表される化合物の含量は１．０〜２０．０重量部の比率である（ただし、化学式１〜４で表される化合物の合計が１００重量部である。）ことを特徴とする液晶表示素子。
【化８】
0004611469.tif 000054
ここで、Ｒ1は炭素数１〜１２のアルキル基を、Ｙはシアノ基、ハロゲン原子、−ＯＲ、
【化９】
0004611469.tif 000055
又は
【化１０】
0004611469.tif 000056
を各々示し、
Ｘ、Ｖ、Ｗは同時にまたは独立的に水素原子、ハロゲン原子、シアノ基、炭素数１〜１２のアルキル基、炭素数１〜１２のアルコキシ基、非置換または置換されたアリール基を示し、
Ｒは炭素数１〜１２のアルキル基を示し、
【化１１】
0004611469.tif 000057
ここで、Ｒ２は炭素数１〜１２のアルキル基を、ＪとＤは同時にまたは独立的にフェニレン、ビフェニレン、シクロヘキシレン、または二価のフェニルシクロヘキサンを、Ｑは単一結合またはエチレン基（−ＣＨ2ＣＨ2−）を各々示し、
【化１２】
0004611469.tif 000058
ここで、Ｒ3とＲ4は同時にまたは独立的に炭素数１〜１２のアルキル基または炭素数１〜１２のアルコキシ基を、ＡとＧは同時にまたは独立的にフェニレン、ビフェニレン、シクロヘキシレン、またはメチル基を含むビフェニレンを、Ｚは単一結合またはエステル結合（−ＣＯＯ−）を各々示し、
【化１３】
0004611469.tif 000059
ここで、Ｒ５とＲ６は同時にまたは独立的に炭素数１〜１２のアルキル基または炭素数１〜１２のアルコキシ基を示す。
【請求項５】
前記液晶組成物には下記化学式５で表される化合物がさらに含まれていることを特徴とする請求項４に記載の液晶表示素子。
【化１４】
0004611469.tif 000060
ここで、Ｒ７とＲ８は同時にまたは独立的に炭素数１〜１２のアルキル基、炭素数１〜１２のアルコキシ基、またはシアノ基を示す（ただし、Ｒ７及びＲ８が同時にシアノ基になる場合は除く）。
【請求項６】
更に化学式５で表される化合物を含み前記化学式５で表される化合物の含量は１．０〜２０．０重量部の比率である（ただし、化学式１〜５で表される化合物の合計は１００重量部である。）ことを特徴とする請求項５に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】
本発明は液晶組成物及びこれを用いた液晶表示素子に係り、特に室温を含む広い温度範囲でネマチック相を示し、多様な大きさの光学異方性と誘電率異方性を有する液晶組成物及び前記液晶組成物を用いて多重駆動が可能な液晶表示素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
下記構造式（化学式１）で表されるフェニルアルキルジオキサボリナン（ｄｉｏｘａｂｏｒｉｎａｎｅ）誘導体は誘電率異方性Δεの高い極性液晶化合物である。下記構造式で表されるジオキサボリナン誘導体の合成法は米国特許ＵＳ−Ａ−４，８５３，１５０に詳しく説明されている。
【０００３】
【化１５】
0004611469.tif 000002
【０００４】
ここで、前記式中、Ｒ1は炭素数１〜１２のアルキル基を、Ｙはシアノ基、ハロゲン原子、−ＯＲ、
【０００５】
【化１６】
0004611469.tif 000003
【０００６】
または
【０００７】
【化１７】
0004611469.tif 000004
【０００８】
を各々示し、
Ｘ、Ｖ、Ｗは同時にまたは独立的に水素原子、ハロゲン原子、シアノ基、炭素数１〜１２のアルキル基または炭素数１〜１２のアルコキシ基を示し、Ｒは炭素数１〜１２のアルキル基を示す。
【０００９】
下記構造式（化学式２）で表されるイソチオシアネート（ｉｓｏｔｈｉｏｃｙａｎａｔｅ）誘導体は粘性が低く、誘電率異方性が高い極性の液晶化合物である。下記構造式で表されるイソチオシアネート化合物の特性はＰＬ  ２４１，２８６と米国特許ＵＳ−Ａ−４，５２８，１１６に詳しく説明されている。
【００１０】
【化１８】
0004611469.tif 000005
【００１１】
ここで、Ｒ２は炭素数１〜１２のアルキル基を、ＪとＤは同時にまたは独立的にフェニレン、ビフェニレン、シクロヘキシレン、または二価のフェニルシクロヘキサンを、Ｑは単一結合またはエチレン基（−ＣＨ2ＣＨ2−）を各々示す。
【００１２】
下記構造式（化学式３）で表される化合物は粘性の低い非極性液晶化合物であって、その特性はＤＥ−ＯＳ  ２，６３８，６３４及びＤＤＲ  １７１，９７１に詳しく説明されている。
【００１３】
【化１９】
0004611469.tif 000006
【００１４】
ここで、Ｒ3とＲ4は同時にまたは独立的に炭素数１〜１２のアルキル基または炭素数１〜１２のアルコキシ基を、ＡとＧは同時にまたは独立的にフェニレン、ビフェニレン、シクロヘキシレン、またはメチル基を含むビフェニレンを、Ｚは単一結合またはエステル結合（−ＣＯＯ−）を各々示す。
【００１５】
下記構造式（化学式４）で表されるトラン（ｔｏｌａｎ）誘導体は光学異方性Δｎの高い非極性液晶化合物であって、その特性は米国特許第３，５２９，４８２号に詳しく説明されている。
【００１６】
【化２０】
0004611469.tif 000007
【００１７】
ここで、Ｒ５とＲ６は同時にまたは独立的に炭素数１〜１２のアルキル基または炭素数１〜１２のアルコキシ基を示す。
【００１８】
下記構造式（化学式５）で表されるピリミジン−フェニル誘導体は低弾性係数の液晶であって、その合成法は次の文献［Ｍｏｌ．Ｃｒｙｓ．Ｌｉｑ．Ｃｒｙｓｔ，６８，５７（１９８１）］と特許ＤＤＲ９５８９２に詳しく説明されている。
【００１９】
【化２１】
0004611469.tif 000008
【００２０】
ここで、Ｒ７とＲ８は同時にまたは独立的に炭素数１〜１２のアルキル基、炭素数１〜１２のアルコキシ基、または−ＣＮ基を示す。
【００２１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は室温を含む広い温度範囲でネマチック相を示し、多様な大きさの光学異方性と誘電率異方性を有する液晶組成物を提供するにある。
【００２２】
本発明の他の目的は前記液晶組成物を用いて多重駆動が可能なＴＮ（ｔｗｉｓｔｅｄ  ｎｅｍａｔｉｃ）液晶表示素子を提供するにある。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために本発明は、化学式１で表される化合物、化学式２で表される化合物、化学式３で表される化合物及び化学式４で表される化合物の全てを含むネマチック液晶組成物であって、
前記化学式１で表される化合物の含量は１．０〜６５．０重量部、化学式２で表される化合物の含量は１．０〜６５．０重量部、化学式３で表される化合物の含量は１．０〜５０．０重量部、化学式４で表される化合物の含量は１．０〜２０．０重量部の比率である（ただし、化学式１〜４で表される化合物の合計量は１００重量部である。）ことを特徴とするネマチック液晶組成物を提供する。
【００２４】
【化２２】
0004611469.tif 000009
【００２５】
ここで、Ｒ1は炭素数１〜１２のアルキル基を、Ｙはシアノ基、ハロゲン原子、−ＯＲ、
【００２６】
【化２３】
0004611469.tif 000010
【００２７】
又は
【００２８】
【化２４】
0004611469.tif 000011
【００２９】
を各々示し、
Ｘ、Ｖ、Ｗは同時にまたは独立的に水素原子、ハロゲン原子、シアノ基、炭素数１〜１２のアルキル基、炭素数１〜１２のアルコキシ基、非置換または置換されたアリール基を示し、
Ｒは炭素数１〜１２のアルキル基を示し、
【００３０】
【化２５】
0004611469.tif 000012
【００３１】
ここで、Ｒ２は炭素数１〜１２のアルキル基を、ＪとＤは同時にまたは独立的にフェニレン、ビフェニレン、シクロヘキシレン、または二価のフェニルシクロヘキサンを、Ｑは単一結合またはエチレン基（−ＣＨ2ＣＨ2−）を各々示し、
【００３２】
【化２６】
0004611469.tif 000013
【００３３】
ここで、Ｒ3とＲ4は同時にまたは独立的に炭素数１〜１２のアルキル基または炭素数１〜１２のアルコキシ基を、ＡとＧは同時にまたは独立的にフェニレン、ビフェニレン、シクロヘキシレン、またはメチル基を含むビフェニレンを、Ｚは単一結合またはエステル結合（−ＣＯＯ−）を各々示し、
【００３４】
【化２７】
0004611469.tif 000014
【００３５】
ここで、Ｒ５とＲ６は同時にまたは独立的に炭素数１〜１２のアルキル基または炭素数１〜１２のアルコキシ基を示す。
【００３６】
本発明の液晶組成物は化学式５で表される化合物をさらに含むこともある。
【００３７】
【化２８】
0004611469.tif 000015
【００３８】
ここで、Ｒ７とＲ８は同時にまたは独立的に炭素数１〜１２のアルキル基、炭素数１〜１２のアルコキシ基、またはシアノ基を示す（ただし、Ｒ７及びＲ８が同時にシアノ基になる場合は除く）。
【００３９】
前記化学式５で表される化合物の含量は１．０〜２０．０重量部の比率であることが望ましい。なお、化学式１〜５で表される化合物の含量は１００重量部である。前記化学式５で表される化合物の含量が２０．０重量部を超えると液晶組成物の粘度が過度に大きくなる問題点がある。
【００４０】
また、本発明の他の目的は、本発明に係る化学式１で表される化合物、化学式２で表される化合物、化学式３で表される化合物及び化学式４で表される化合物の全てを含むネマチック液晶組成物が１対の電極基板の間に挿入されていることを特徴とする液晶表示素子であって、
前記化学式１で表される化合物の含量は１．０〜６５．０重量部、化学式２で表される化合物の含量は１．０〜６５．０重量部、化学式３で表される化合物の含量は１．０〜５０．０重量部、化学式４で表される化合物の含量は１．０〜２０．０重量部の比率である（ただし、化学式１〜４で表される化合物の合計が１００重量部である。）ことを特徴とする液晶表示素子を提供する。
【００４１】
【発明の実施の形態】
本発明のネマチック液晶組成物は必須構成成分として、化学式１乃至４で表される化合物の全てを含むネマチック液晶組成物であって、
前記化学式１で表される化合物の含量は１．０〜６５．０重量部、化学式２で表される化合物の含量は１．０〜６５．０重量部、化学式３で表される化合物の含量は１．０〜５０．０重量部、化学式４で表される化合物の含量は１．０〜２０．０重量部の比率である（ただし、化学式１〜４で表される化合物の合計量は１００重量部である。）ことを特徴とする。
【００４２】
【化２９】
0004611469.tif 000016
【００４３】
ここで、Ｒ1は炭素数１〜１２のアルキル基を、Ｙはシアノ基、ハロゲン原子、−ＯＲ、
【００４４】
【化３０】
0004611469.tif 000017
【００４５】
又は
【００４６】
【化３１】
0004611469.tif 000018
【００４７】
を各々示し、
Ｘ、Ｖ、Ｗは同時にまたは独立的に水素原子、ハロゲン原子、シアノ基、炭素数１〜１２のアルキル基、炭素数１〜１２のアルコキシ基、非置換または置換されたアリール基を示し、
Ｒは炭素数１〜１２のアルキル基を示し、
【００４８】
【化３２】
0004611469.tif 000019
【００４９】
ここで、Ｒ２は炭素数１〜１２のアルキル基を、ＪとＤは同時にまたは独立的にフェニレン、ビフェニレン、シクロヘキシレン、または二価のフェニルシクロヘキサンを、Ｑは単一結合またはエチレン基（−ＣＨ2ＣＨ2−）を各々示し、
【００５０】
【化３３】
0004611469.tif 000020
【００５１】
ここで、Ｒ3とＲ4は同時にまたは独立的に炭素数１〜１２のアルキル基または炭素数１〜１２のアルコキシ基を、ＡとＧは同時にまたは独立的にフェニレン、ビフェニレン、シクロヘキシレン、またはメチル基を含むビフェニレンを、Ｚは単一結合またはエステル結合（−ＣＯＯ−）を各々示し、
【００５２】
【化３４】
0004611469.tif 000021
【００５３】
ここで、Ｒ５とＲ６は同時にまたは独立的に炭素数１〜１２のアルキル基または炭素数１〜１２のアルコキシ基を示す。
【００５４】
また、本発明の液晶組成物は化学式５の液晶化合物をさらに含むこともある。
【００５５】
【化３５】
0004611469.tif 000022
【００５６】
ここで、Ｒ７とＲ８は同時にまたは独立的に炭素数１〜１２のアルキル基、炭素数１〜１２のアルコキシ基、またはシアノ基を示す（ただし、Ｒ７及びＲ８が同時にシアノ基になる場合は除く）。
【００５７】
各液晶化合物の含量は製作しようとする素子の特性に応じてやや変われるが、化学式１で表される化合物の含量は１．０〜６５．０重量部、前記化学式２で表される化合物の含量は１．０〜６５．０重量部、化学式３で表される化合物の含量は１．０〜５０．０重量部、化学式４で表される化合物の含量は１．０〜２０．０重量部の比率であることが望ましい。なお、この際化学式１〜４で表される化合物の合計は１００重量部である。ここで、前記化学式１及び化学式２で表される化合物の含量が各々６５．０重量部を超えると液晶組成物の粘度が過度に大きくなり、前記化学式３で表される化合物の含量が５０．０重量部を超えると液晶組成物が過度に非極性となって液晶組成物のスレショルド電圧（Ｖｔｈ）が高まり、前記化学式４で表される化合物の含量が２０．０重量部を超えると液晶組成物が過度に非極性となって液晶組成物のスレショルド電圧（Ｖｔｈ）が高まり、光学異方性Δｎが過度に大きくなるために望ましくない。
【００５８】
本発明の液晶組成物は化学式５で表される化合物をさらに含むこともある。
【００５９】
【化３６】
0004611469.tif 000023
【００６０】
ここで、Ｒ７とＲ８は同時にまたは独立的に炭素数１〜１２のアルキル基、炭素数１〜１２のアルコキシ基、またはシアノ基を示す（ただし、Ｒ７及びＲ８が同時にシアノ基になる場合は除く）。
【００６１】
前記化学式５で表される化合物の含量は１．０〜２０．０重量部の比率であることが望ましい。なお、化学式１〜５で表される化合物の含量は１００重量部である。前記化学式５で表される化合物の含量が２０．０重量部を超えると液晶組成物の粘度が過度に大きくなる問題点がある。
【００６２】
【実施例】
以下、本発明を実施例に基づきさらに詳しく説明するが、本発明の範囲が下記実施例にのみ限定されることではない。
【００６３】
実施例１
表１〜３に示したように化学式３ｂで表される化合物２４．７重量％、化学式３ｃで表される化合物１２．３重量％、化学式１ｂで表される化合物１４．３重量％、化学式１ｃで表される化合物９．４重量％、化学式１ｄで表される化合物６．７重量％、化学式２ｂで表される化合物４．８重量％、化学式２ｄで表される化合物１１．４重量％、化学式２ｆで表される化合物２．８重量％、及び化学式４ａで表される化合物１３．６重量％よりなる液晶組成物を製造した。前記液晶組成物がイソトロピック相（ｉｓｏｔｒｏｐｉｃ  ｐｈａｓｅ）を示す温度以上に前記液晶組成物を加熱して攪拌した後、再び前記液晶組成物の温度を室温に冷却させて均一に混合された液晶組成物を得た。
【００６４】
こうして得た前記液晶組成物を９０゜捩じれた６μｍのＴＮ（ｔｗｉｓｔｅｄｎｅｍａｔｉｃ）セルに前記液晶組成物を注入した後、室温で電気光学特性（ｅｌｅｃｔｒｏ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ）を測定した。こうして得た電気光学的特性を表２１及び２２に示した。表２１及び２２を参照すれば、前記液晶組成物のネマチック相形成温度のＴN-Iは７５℃であった。従って、本液晶組成物は室温を含んで７５℃までネマチック相を示すことが分かった。一方、光学異方性Δｎは０．１４０６、誘電率異方性Δεは９．９、セルに投与される光の１０％を通過させる時の電圧であるスレショルド電圧Ｖ10は１．４８Ｖ、セルに投与される光の９０％を通過させる時の電圧である飽和電圧Ｖ90は２．１１Ｖ、下記のように定義されるデューティー数Ｎ90は８．６２であった。
【００６５】
【数１】
0004611469.tif 000024
【００６６】
実施例２〜４５
液晶組成物の各成分を表１〜２０に示したように変更したことを除いては実施例１と同じ方法で液晶組成物を製造した。そして、こうして得た前記液晶組成物を実施例１のように９０゜捩じれた６μｍのＴＮセルに注入した後、室温で電気光学特性を測定した。こうして得た電気光学的特性を表２１及び２２に示した。
【００６７】
表２１及び２２を参照すれば、本発明に係る液晶組成物のＴN-Iは６３．３〜１１０．７℃であって、室温を含む広い温度範囲でネマチック相を保つことが分かる。また、表１〜２２を参照すれば、本発明の液晶組成物は各成分の比率を調節することによって光学的異方性、誘電率異方性を多様に調節しうることが分かる。また、本発明による液晶組成物のＮ90値の範囲が６．５１〜８．９５なので、本発明に係る液晶組成物を用いると多重駆動が可能な液晶表示素子を製造しうる。一方、前記表１〜２0で前記アルキル基及びアルコキシ基のアルキル基部分は全てノルマル構造のアルキル基を示す。
【００６８】
【表１】
0004611469.tif 000025
【００６９】
【表２】
0004611469.tif 000026
【００７０】
【表３】
0004611469.tif 000027
【００７１】
【表４】
0004611469.tif 000028
【００７２】
【表５】
0004611469.tif 000029
【００７３】
【表６】
0004611469.tif 000030
【００７４】
【表７】
0004611469.tif 000031
【００７５】
【表８】
0004611469.tif 000032
【００７６】
【表９】
0004611469.tif 000033
【００７７】
【表１０】
0004611469.tif 000034
【００７８】
【表１１】
0004611469.tif 000035
【００７９】
【表１２】
0004611469.tif 000036
【００８０】
【表１３】
0004611469.tif 000037
【００８１】
【表１４】
0004611469.tif 000038
【００８２】
【表１５】
0004611469.tif 000039
【００８３】
【表１６】
0004611469.tif 000040
【００８４】
【表１７】
0004611469.tif 000041
【００８５】
【表１８】
0004611469.tif 000042
【００８６】
【表１９】
0004611469.tif 000043
【００８７】
【表２０】
0004611469.tif 000044
【００８８】
【表２１】
0004611469.tif 000045
【００８９】
【表２２】
0004611469.tif 000046
【００９０】
【発明の効果】
前述したように、本発明に係る液晶組成物は室温を含む広い温度範囲でネマチック相を示し、多様な大きさの光学異方性及び誘電率異方性を有する。また、本発明の液晶組成物を用いて製造したＴＮ液晶表示素子は多重駆動が可能である。