(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
正の誘電異方性を有する極性化合物の混合物を基礎とする液晶媒体であって、式(1)
【化１】
0004662090.tif 000015
[式中Ｒは、炭素数1〜15のアルキル基または炭素数2〜15のアルケニル基で有りこの基を非置換であるか、あるいは置換基として少なくとも1個のハロゲンを有しており、そしてこれらの基中に存在する1個または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-により置き換えられても良い。
環Ａ及び環Ｂはそれぞれ相互に独立して、
(a) トランス-1,4-シクロへキシレン基(この基中に存在する1個のCH2基または隣接していない2個以上のCH2基は -O- に置き換えられてもよい)
(b) 1,4-フェニレン基
(c) 1,4-ビシクロ(2.2.2)オクチレン
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またはハロゲンで置換されていても良い。
Ｚ1及びＺ2は単結合である。
Ｘ1、Ｘ2はHであり、
ｍ、ｎは0、1または2であり、
Ｙ1は、-F、-CF3、-OCF3、-OCHF2、-OCH2Fまたは式(2)であり、
【化２】
0004662090.tif 000016
(式中Ｘ3及びＸ4はそれぞれ独立してH、FまたはClであり、
Ｑ1は-OCH2-、-OCF2-、-OCHF-、-CF2-または単結合であり、
Ｙ2はＦ又はClである。)
ただし、ｍが０を表す場合には、ｎは０且つＹ1が式（２）を表すか、ｎは１を表すか、又はｎは２且つＹ1は、-F、-CF3、-OCF3、-OCHF2、-OCH2Fを表し、
ｍが１を表す場合には、ｎは０を表すか、ｎは０を表すか、又はｎは１且つＹ1は、-F、-CF3、-OCF3、-OCHF2、-OCH2Fを表し、
ｍが２を表す場合には、ｎは０且つＹ1は、-F、-CF3、-OCF3、-OCHF2、-OCH2Fを表す。]
の1種またはそれ以上の化合物及び式(3)
【化３】
0004662090.tif 000017
(式中Ｒは互いに独立して式(1)でのＲの定義と同じであり、
環Ｃ及び環Ｄはそれぞれ相互に独立して、
(d) トランス-1,4-シクロへキシレン基(この基中に存在する1個のCH2基または隣接していない2個以上のCH2基は -O-に置き換えられてもよい)
(e) 1,4-フェニレン基
(f) 1,4-ビシクロ(2.2.2)オクチレン
からなる群より選ばれる基であり、上記の基(d)、基(e)、基(f)はハロゲンで置換されていても良い。
Ｚ3、Ｚ4はそれぞれ独立して、-CH2O-、-OCH2-、-CH2CH2-、-CH=CH-、-C≡C-、-(CH2)4-、-CH=CH-CH2CH2-、-CH2CH2-CH=CH- または単結合である。
Ｘ5、Ｘ6はそれぞれ独立してHまたはFであり、
ｐは、0、1または2であり、
Ｙ3は、FまたはClであり、
Ｑ2は、単結合、-CF2-、-OCF2- または -OCHF- である。)
の1種またはそれ以上の化合物を含有することを特徴とする液晶媒体を含むことを特徴とする電気光学表示素子。
【請求項２】
少なくとも2種以上の式(1)の化合物を含むことを特徴とする請求項1記載の電気光学表示素子。
【請求項３】
少なくとも2種以上の式(3)の化合物を含むことを特徴とする請求項1記載の電気光学表示素子。
【請求項４】
式(3)の化合物として、下記の式(3-1)〜(3-6)から選んだ、少なくとも1種の化合物を含むことを特徴とする請求項1、2または3記載の電気光学表示素子。
【化３】
0004662090.tif 000018
（式中Ｒは、互いに独立して式(3)のＲと同じ定義であり、Ｚはそれぞれ独立して、-CH2CH2-、-CH=CH-、-C≡C-、-(CH2)4-または単結合である。）
【請求項５】
式(3)の化合物として、式(3-1)〜(3-6)から選んだ、少なくとも2種以上の化合物を含むことを特徴とする請求項4記載の電気光学表示素子。
【請求項６】
式(1)の化合物として、下記の式(1-1)〜(1-15)から選んだ、少なくとも1種の化合物を含むことを特徴とする請求項1、2、3、4または5のいずれか一項に記載の電気光学表示素子。
【化４】
0004662090.tif 000019
（式中Ｒは、互いに独立して式(1)のＲと同じ定義であり、
Ｙ4はそれぞれ独立して-F、-CF3、-OCF3、-OCHF2又は-OCH2Fであり、
Ｘa〜Ｘkはそれぞれ独立してHまたはFである。）
【請求項７】
請求項１記載の液晶媒体であって、少なくとも 65℃のネマチック-アイソトロピック転移温度、-20℃より低いネマチック-クリスタル（若しくはスメクティック）転移温度を有し、かつ 25℃での光学異方性が 0.07から0.20にあり、25℃での誘電率異方性が3以上であり、20℃での粘度が 35mPa・s以下であることを特徴とする請求項1、2、3、4、5又は6のいずれか１項に記載の電気光学表示素子。
【請求項８】
アクティブマトリクス駆動を行う請求項1、2、3、4、5、6又は7のいずれか１項に記載の電気光学表示素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は正の誘電異方性を有するテトラリン誘導体を含有する液晶媒体に関し、およびこの媒体を含有するディスプレイに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示素子は、電卓のディスプレイとして登場して以来、コンピューターの開発と歩みを同じくして、TN (Twisted Nematic)モードからSTN (Supertwisted Nematic)モードへと表示容量を増やし、コンピューターと人とのインターフェースとして広く普及してきた。特に、各画素に薄膜トランジスタをつけたアクティブマトリクス液晶表示素子(AM-LCD)は、CRTにも代替できる高画質を備え、フラット化・省エネルギー化の後押しを受けて、もっとも将来性のあるディスプレイとして期待されている。
【０００３】
AM-LCDではコントラストを上げるために、各画素に薄膜トランジスタやダイオードのスイッチング素子をつけて、画素に電圧を供給する。
【０００４】
AM-LCDはTN・STNのパッシブ駆動方式とは異なり、スイッチング素子を通して、各画素に数十msec毎に電荷を供給することにより駆動する。このため、電荷が供給されてから数十msec後の次の書き込み時間までの間は、与えられた電荷を完全に保持できないと、表示の悪化をきたすことになる。電荷が逃げると電極間の電位が下がり、透過光強度が変化してコントラストが低下してしまう。このため、AM-LCDでは、高い電圧保持特性が求められる。高い電圧保持特性を得るため、AM-LCD用液晶組成物は、高比抵抗を維持しやすい材料を取捨選択して使用する必要がある。
【０００５】
近年携帯を目的としたノート型コンピューターの需要が高まり、屋外での使用を可能とする広い使用温度範囲や長時間のバッテリー駆動を可能とする低消費電力の要請が強まっている。低消費電力には低電圧で駆動できるしきい値電圧の低い液晶組成物が求められている。しきい値電圧を低くするためには、誘電率異方性Δεを大きくする材料が必要であるが、誘電率異方性が大きい系では、粘性が増大し、レスポンスが悪化することに加え、周囲の汚染の影響を受けやすくなるため、高抵抗を維持することが難しくなるという問題があった。このため、AM-LCD用組成物には、
(1) 高い電圧保持率
(2) 屋外でも使用できる広い液晶温度範囲
(3) 高温条件でも使用できる安定性
(4) 低いしきい値電圧
(5) 色づきを防ぎ、広い視角で最適なコントラストを得るために、調節可能なΔｎ
が求められている。
【０００６】
従来の液晶組成物は、これらの要請に必ずしも応えることができず、高温での電圧保持率の低下によるコントラスト低下、低温での結晶析出やスメクチック相の発現が見られた。また、屋外の高温やUV光・太陽光暴露下に放置されると、保持率低下や表示不良がみられた。
【０００７】
すなわち、高いネマチック-アイソトロピック転移温度、低いクリスタル(若しくはスメクチック)転移温度、低電圧駆動可能な低いしきい値電圧、高速応答を可能とする低粘性、かつ高温での高い保持率を同時に満足する液晶組成物及び液晶表示素子はなかった。
【０００８】
たとえば、WO9403558号には、トリフルオロ化合物とジフルオロ化合物とを用いた液晶組成物の例が開示されているが、液晶温度範囲が狭かったり、しきい値電圧が高い等多くの問題点を抱えているのが現状である。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、電気光学表示素子、特に上記のアクティブマトリクス駆動を行うAM-LCDに求められる種々の特性を満足し、かつ、しきい値電圧が低く、広いネマティック温度範囲、低い粘性を有し、高速応答性が優れ、高い保持率を高温度まで維持できる液晶組成物及びこれを使用した液晶表示素子を提供する、若しくは従来より上記の欠点を改善した液晶組成物・液晶表示素子を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
以下詳細に本発明を説明する。
【００１１】
本発明の第1は、正の誘電異方性を有する極性化合物の混合物を基礎とする液晶媒体であって、式(1)
【００１２】
【化６】
0004662090.tif 000002
【００１３】
[式中Ｒは、炭素数1〜15のアルキル基または炭素数2〜15のアルケニル基で有りこの基を非置換であるか、あるいは置換基として少なくとも1個のハロゲンを有しており、そしてこれらの基中に存在する1個または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-、-OCO-O-により置き換えられても良い。
環Ａ及び環Ｂはそれぞれ相互に独立して、
(a) トランス-1,4-シクロへキシレン基(この基中に存在する1個のCH2基または隣接していない2個以上のCH2基は -O- 及びまたは -S- に置き換えられてもよい)
(b) 1,4-フェニレン基(この基中に存在する1個のCH2基または隣接していない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またはハロゲンで置換されていても良い。
Ｚ1及びＺ2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- または単結合である。
Ｘ1、Ｘ2はそれぞれ独立してHまたはFであり、
ｍ、ｎは0、1または2であり、
Ｙ1は、-F、-CF3、-OCF3、-OCHF2、-OCH2F、-CN、Ｒと同じ定義または式(2)であり、
【００１４】
【化７】
0004662090.tif 000003
【００１５】
(式中Ｘ3及びＸ4はそれぞれ独立してH、FまたはClであり、
Ｑ1は-OCH2-、-OCF2-、-OCHF-、-CF2-または単結合であり、
Ｙ2はＦ、ClまたはCNである。)]
の１種またはそれ以上の化合物及び式(3)
【００１６】
【化８】
0004662090.tif 000004
【００１７】
(式中Ｒは互いに独立して式(1)でのＲの定義と同じであり、
環Ｃ及び環Ｄはそれぞれ相互に独立して、
(d) トランス-1,4-シクロへキシレン基(この基中に存在する1個のCH2基または隣接していない2個以上のCH2基は -O- 及びまたは -S- に置き換えられてもよい)
(e) 1,4-フェニレン基(この基中に存在する1個のCH2基または隣接していない2個以上のCH2基は -N- に置き換えられてもよい）
(f) 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-ジイル及びデカヒドロナフタレン-2,6-ジイル
からなる群より選ばれる基であり、上記の基(d)、基(e)、基(f)はCNまたはハロゲンで置換されていても良い。
Ｚ3、Ｚ4はそれぞれ相互に独立して式(1)でのＺ1、Ｚ2と同じ定義である。
Ｘ5、Ｘ6はそれぞれ独立してHまたはFであり、
ｐは、0、1または2であり、
Ｙ3は、FまたはClであり、
Ｑ2は、単結合、-CF2-、-OCF2- または -OCHF- である。)
の1種またはそれ以上の化合物を含有することを特徴とする液晶媒体に関する。
【００１８】
本発明の第2は、少なくとも2種以上の式(1)の化合物を含むことを特徴とする本発明第1記載の液晶媒体に関する。
【００１９】
本発明の第3は、少なくとも2種以上の式(3)の化合物を含むことを特徴とする本発明第1記載の液晶媒体に関する。
【００２０】
本発明の第4は、式(3)の化合物として、下記の式(3-1)〜(3-6)から選んだ、少なくとも1種の化合物を含むことを特徴とする本発明第1、第2または第3記載の液晶媒体に関する。
【００２１】
【化９】
0004662090.tif 000005
【００２２】
（式中Ｒは、互いに独立して式(3)のＲと同じ定義であり、Ｚはそれぞれ独立して、-CH2CH2-、-CH=CH-、-C≡C-、-(CH2)4-または単結合である。）
本発明の第5は、式(3)の化合物として、式(3-1)〜(3-6)から選んだ、少なくとも2種以上の化合物を含むことを特徴とする本発明第1、第2、第3または第4記載の液晶媒体に関する。
【００２３】
本発明の第6は、式(1)の化合物として、下記の式(1-1)〜(1-15)から選んだ、少なくとも1種の化合物を含むことを特徴とする本発明第1、第2、第3、第4または第5記載の液晶媒体に関する。
【００２４】
【化１０】
0004662090.tif 000006
【００２５】
（式中Ｒは、互いに独立して式(1)のＲと同じ定義であり、
Ｙ4はそれぞれ独立して-F、-CF3、-OCF3、-OCHF2、-OCH2F、-CNまたはＲであり、
Ｘa〜Ｘkはそれぞれ独立してHまたはFである。
式(1-1)〜(1-15)のそれぞれにおいて、ＲとＹ4を入れ換えて表される化合物も含む。）
【００２６】
本発明の第7は、本発明第１記載の液晶媒体であって、少なくとも 65℃のネマチック-アイソトロピック転移温度、-20℃より低いネマチック-クリスタル（若しくはスメクティック）転移温度を有し、かつ 25℃での光学異方性が 0.07から0.20にあり、25℃での誘電率異方性が3以上であり、20℃での粘度が 35mPa・s以下であることを特徴とする本発明第1、第2、第3、第4、第5または第6記載の液晶媒体に関する。
【００２７】
本発明の第8は、本発明第1、第2、第3、第4、第5、第6または第7記載の液晶媒体を含むことを特徴とする電気光学表示素子に関する。
【００２８】
本発明の液晶媒体に用いられる一般式(3)の化合物はWO91/03450や特開平2-233626に記載の化合物であって、フルオロ系の化学的に安定性の高い液晶化合物である。しかしこれらの化合物だけでは、得られる組成物は析出やスメクチック発現等の問題があった。また、式(1)記載の化合物は、Δｎが比較的小さく化学的に安定な低粘性化合物である。本発明は、アクティブ用液晶媒体の組成検討を鋭意行った結果、これらの化合物を組み合わせることにより、本願発明が可能となった。
【００２９】
【発明の実施の形態】
本発明の特徴は、式(1)で表される化合物より少なくとも1種及び式(3)で表される化合物より少なくとも1種からなる液晶媒体である。式(1)、式(2)及び式(3)で表される化合物としては、Ｒは炭素数1〜10のアルキル基、若しくは炭素数2〜10のアルケニル基が好ましく、環Ｃ、環Ｄはトランス-1,4-シクロヘキシレン基、1,4-フェニレン基、ナフタレン-2,6-ジイル基、デカヒドロナフタレン-2,6-ジイル基が好ましく、Ｘ5、Ｘ6はいずれかがFであることが好ましく、さらに好ましいのは両方ともFである。ｍ、ｎ及びｐは0または1が好ましい。Ｙ1は-F、-CF3、-OCF3、-OCHF2、-OCH2F、式(2)であることが好ましい。Ｙ2、Ｙ3はFであることが好ましく、Ｑ1、Ｑ2は単結合、-OCHF-,-OCF2- が好ましい。また連結基Ｚ3、Ｚ4は、単結合、-CH2CH2-、-(CH2)4-、-C≡C-であることが好ましく、単結合が特に好ましい。式(3)の化合物は10%以上含有することが好ましく、さらに好ましくは15%以上含有することが好ましい。式(3)の化合物の中では、式(3-1)〜(3-6)の化合物が特に好ましく、式(3-1)〜(3-6)の化合物の中から2種以上使用することがさらに好ましい、さらに好ましくは式(3-1)〜(3-6)の連結基Ｚは単結合が好ましい。式(1)の化合物は式(3)の化合物は10%以上含有することが好ましく、さらに好ましくは15%以上含有することが好ましい。式(1)の化合物としては、環Ａ、環Ｂはトランス-1,4-シクロヘキシレン基、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が特に好ましい。また、連結基Ｚ1,Ｚ2は単結合、-CH2CH2-が好ましく、特に単結合が好ましい。式(1-1)〜(1-15)で表される化合物がさらに好ましく、式(1-1)〜(1-15)の中から2種以上使用することがさらに好ましい。全成分数は10成分以上にすることが好ましい。Ｒがアルケニル基である場合炭素数は2〜5であることが好ましく、特に下記の構造が好ましい。
【００３０】
【化１１】
0004662090.tif 000007
【００３１】
(上記それぞれの構造において、右端は環に接合している。)
式(1)と式(3)の好ましい組み合わせとしては、
式(3)化合物
【００３２】
【化１２】
0004662090.tif 000008
【００３３】
と式(1)の化合物
【００３４】
【化１３】
0004662090.tif 000009
【００３５】
の組み合わせが好ましい。
【００３６】
【実施例】
以下、実施例をあ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。
【００３７】
実施例中、測定した特性は以下の通りである。
【００３８】
Ｔni :ネマチック−アイソトロピック転移温度(℃)
Ｔ-n :クリスタル又はスメクチック−ネマチック転移温度(℃)
Ｖth :セル厚6μｍのTN-LCDに注入した時のしきい値電圧(Ｖ)
（電圧無印加時の輝度から10%輝度が低下したときの電圧）
△ε:25℃での誘電率異方性 (-)
△ｎ:25℃での複屈折率(-)
η:20℃での粘度(mPa・s)
ＨＲ:80℃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)
常法に従い、下記の組成比の組成物をそれぞれ作製し、特性を測定した。
【００３９】
特性測定結果を下記の表１に示す。
【００４０】
(実施例1)
【００４１】
【化１４】
0004662090.tif 000010
【００４２】
(比較例1)
【００４３】
【化１５】
0004662090.tif 000011
【００４４】
(実施例2)
【００４５】
【化１６】
0004662090.tif 000012
【００４６】
（比較例２）(WO9403558号  実施例4  より)
【００４７】
【化１７】
0004662090.tif 000013
【００４８】
【表１】
0004662090.tif 000014
表１に示すように実施例1、2は比較例1、2に比べＴni−T-n間のネマチック転移温度範囲を拡大する効果を得られた。また、比較例2に示すようにWO9403558号公報−実施例4にて開示されている組成物は、液晶温度範囲が狭く、Δｎが小さい等問題が多かった。しかし、本発明の液晶材料を用いることによりそれらの特性の改善ができた。
【００４９】
【発明の効果】
本発明の液晶材料の組み合わせにより、AM-LCDに求められる種々の特性を満足し、かつ、しきい値電圧が低く、広いネマティック温度範囲、低い粘性を有し、高速応答性が優れ、高い保持率を高温度まで維持できる液晶組成物およびこれを使用した液晶表示素子を提供することができた。