(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一般式(I)
【化１】
0004461729.tif 000020
(式中R1及びR2はそれぞれ独立して、水素原子、炭素数1〜15のアルキル基、少なくとも一つのハロゲンにより置換された炭素数1〜15のアルキル基又は炭素数2〜15のアルケニル基又は少なくとも一つのハロゲンにより置換された炭素数2〜15のアルケニル基を表し、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は、
(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-フェニレン基(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良く、
lは、0又は1であり、
Z1は、-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、
Z2は、-CH2CH2-、-CH=CH- 又は単結合である。)から選ばれる化合物及び一般式(IIa) 、一般式（IIb）及び一般式(IIc)からなる群
【化２】
0004461729.tif 000021
(式中R3、R4、R5、R6、R7及びR8はR1と同じ意味を表し、B1及びB2はそれぞれ独立して、
(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)
(e) 1,4-フェニレン基(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)
(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、1,2,3,4-テトラヒドロナフタレン-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、C1、C2及びC3はそれぞれ独立して、
(g) 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)
(h) 1,4-フェニレン基(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)
(i) 2,3-ジフルオロ-1,4-フェニレン
を表すが、C2及びC3の少なくとも一方は2,3-ジフルオロ-1,4-フェニレンを表し、
m及びnはそれぞれ独立して1又は2であり、
oは0、1又は2であり、
Z3、Z4、Z5及びZ6はそれぞれ独立してはZ1と同じ定義である。)から選ばれる1種又は2種以上の化合物を含有することを特徴とする負の誘電率異方性を有するネマチック液晶組成物。
【請求項２】
一般式(III)
【化３】
0004461729.tif 000022
(式中R9及びR10はR1と同じ意味を表し、D1、D2及びD3はそれぞれ独立して、
(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)
(e) 1,4-フェニレン基(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)
(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、1,2,3,4-テトラヒドロナフタレン-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、
pは0、1又は2であり、
Z7及びZ8はそれぞれ独立してはZ1と同じ定義である。) から選ばれる1種又は2種以上の化合物を含有する請求項1記載のネマチック液晶組成物。
【請求項３】
一般式(I)が一般式(Ia)
【化４】
0004461729.tif 000023
(式中R1、R2及びlは一般式(I)におけると同じ意味を表す。)で表される、請求項1記載のネマチック液晶組成物。
【請求項４】
一般式(I)又は一般式(Ia)で表される化合物の含有率が5〜50質量%の範囲である請求項1又は3に記載のネマチック液晶組成物。
【請求項５】
一般式(IIa)、一般式(IIb)及び一般式(IIc)からなる群から選ばれる化合物を少なくとも2種以上含有する請求項1記載のネマチック液晶組成物。
【請求項６】
一般式(IIa)、一般式(IIb)及び一般式(IIc)からなる群から選ばれる化合物の含有率が10〜80質量%の範囲である請求項1又は5記載のネマチック液晶組成物。
【請求項７】
一般式(III)で表される化合物を含有し、さらに一般式(IIa)、一般式(IIb)及び一般式(IIc)からなる群から選ばれる化合物を少なくとも2種以上含有する請求項2記載のネマチック液晶組成物。
【請求項８】
一般式(III)で表される化合物として、一般式(IIIa)
【化５】
0004461729.tif 000024
(式中、R9及びR10は炭素原子数1〜8のアルキル基又はアルコキシル基、炭素原子数2〜8のアルケニル基、炭素原子数3〜16のアルケニルオキシ基を表し、D2及びD3はそれぞれ独立して、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は0又は1を表す。)で表される化合物を含有する請求項2又は7に記載のネマチック液晶組成物。
【請求項９】
一般式(IIIa)で表される化合物の含有率が5〜60質量%の範囲である請求項8記載のネマチック液晶組成物。
【請求項１０】
請求項1〜9の何れかに記載のネマチック液晶組成物を用いた液晶表示素子。
【請求項１１】
請求項1〜9の何れかに記載のネマチック液晶組成物を用いたアクティブマトリックス液晶表示素子。
【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表示材料として有用なネマチック晶組成物、これを用いた液晶表示素子、及びネマチック液晶組成物の構成材料として有用なインダン系化合物に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在広く使用されているTN（Twisted Nematic）型液晶表示素子やSTN（Super Twisted Nematic）型液晶表示素子は、視野角により電気光学特性に変化が生じるため視角特性が悪いという問題を有しており、TV等の視角特性が重要な用途において大きな問題となっている。より広い視野角を得る方法としてVA（Vertically aligned）方式（非特許文献1参照）、IPS（In-Plane Switching）方式（非特許文献2参照）等が提案され実用化に至っている。VA-LCD (Vertically Aligned Liquid Crystal Display)において用いられる液晶材料は、TN型、STN型と異なり誘電率異方性が負の液晶材料が必要とされている。しかしながら、誘電率異方性が負の液晶材料では、液晶相の下限温度(T→N)と液晶相上限温度(TN-I)の差の絶対値である液晶相温度範囲(ΔT)において、充分な液晶相温度範囲が得られていないのが現状であった(特許文献1参照)。そのため液晶相温度範囲が広い液晶組成物の開発が望まれていた。
【０００３】
一方、骨格中にインダンを有する液晶化合物は既に知られており、幾つかの化合物が開示されている(特許文献2参照)。しかしながら、骨格中にインダンを有する液晶化合物の開示はあるものの、当該化合物をネマチック液晶組成物として使用した場合どのような特徴を有するかは開示されていない。又、インダン系化合物を用いた液晶組成物も既に知られており、好ましい化合物の具体例が開示されている(特許文献3参照)。しかしながら、ここで開示される液晶組成物は強誘電性液晶表示素子に使用する液晶組成物であり、ネマチック液晶組成物に関する開示はない。
【０００４】
以上より、骨格中にインダンを有する液晶化合物を応用した誘電率異方性が負の液晶材料は知られておらず、インダン系化合物を用いた、液晶相温度範囲の広い、優れた特性を有するネマチック液晶組成物の開発が望まれていた。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１１−１４０４４７号公報（１３頁）
【特許文献２】
国際公開第９４／１８２８５号パンフレット（２６〜３１頁）
【特許文献３】
国際公開第９９／１９４２０号パンフレット（３０〜３５頁）
【非特許文献１】
国際ディスプレイワークショップ （IDW）‘９７ ダイジェスト、１９９７年  （１５６頁）
【非特許文献２】
アジアディスプレイ’９５  ダイジェスト、１９９５年  （７０７頁）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、インダン系化合物を用いた、液晶相の下限温度(T→N)が低く、液晶相上限温度(TN-I)が高く、さらに液晶相温度範囲の広いネマチック液晶組成物を提供することである。
【０００７】
【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、インダン化合物を含有するネマチック液晶組成物を検討した結果本件発明を完成するに至った。
【０００８】
すなわち、本発明は以下に記載のネマチック液晶組成物を提供する。
一般式(I)
【化６】
0004461729.tif 000002
(式中R1及びR2はそれぞれ独立して、水素原子、炭素数1〜15のアルキル基、少なくとも一つのハロゲンにより置換された炭素数1〜15のアルキル基、炭素数2〜15のアルケニル基又は少なくとも一つのハロゲンにより置換された炭素数2〜15のアルケニル基を表し、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は、
(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-フェニレン基(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良く、
lは、0又は1であり、
Z1は、-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、
Z2は、-CH2CH2-、-CH=CH- 又は単結合である。)から選ばれる化合物及び一般式(IIa) 、一般式（IIb）及び一般式(IIc)からなる群
【０００９】
【化７】
0004461729.tif 000003
(式中R3、R4、R5、R6、R7及びR8はR1と同じ意味を表し、B1及びB2はそれぞれ独立して、
(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)
(e) 1,4-フェニレン基(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)
(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、1,2,3,4-テトラヒドロナフタレン-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、C1、C2及びC3はそれぞれ独立して、
(g) 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)
(h) 1,4-フェニレン基(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)
(i) 2,3-ジフルオロ-1,4-フェニレン
を表すが、C2及びC3の少なくとも一方は2,3-ジフルオロ-1,4-フェニレンを表し、
m、n、oはそれぞれ独立して0、1又は2であり、
Z3、Z4、Z5及びZ6はそれぞれ独立してはZ1と同じ定義である。)から選ばれる1種又は2種以上の化合物を含有することを特徴とする負の誘電率異方性を有するネマチック液晶組成物を提供する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の一例について説明する。
本発明において、第一成分として一般式(I)から選ばれる化合物を1種又は2種以上を含有するが、1種〜6種が好ましく、1種〜4種がより好ましく、1種〜3種が特に好ましい。
【００１１】
一般式(I)の含有率が5〜50質量%の範囲であることが好ましく、10〜40質量%の範囲であることが特に好ましい。また、R1は、炭素数1〜10のアルキル基又は炭素数2〜10のアルケニル基が好ましく、未置換の直鎖状炭素数1〜8のアルキル基又は炭素数2〜8のアルケニル基がより好ましく、アルケニル基では以下の式(a)〜(e)の構造がさらに好ましい。
【化８】
0004461729.tif 000004
(構造式は右端で環に連結しているものとする。)
【００１２】
A1はトランス-1,4-シクロへキシレン基、1,3-ジオキサン-トランス-2,5-ジイル基、1,4-フェニレン基、3-フルオロ-1,4-フェニレン基又は3,5-ジフルオロ-1,4-フェニレン基が好ましく、1,3-ジオキサン-トランス-2,5-ジイル基、1,4-フェニレン基又はトランス-1,4-シクロへキシレン基がより好ましい。Z1は、-COO-、-OCO-、-CH2O-、-OCH2-、-CH2CH2-、-CH=CH-、-C≡C-、-(CH2)4-、-CH=CH-CH2CH2-、-CH2CH2-CH=CH- 又は単結合であるが、-COO-、-OCO-、-CH2CH2-、-C≡C-、-(CH2)4-又は単結合が好ましく、-CH2CH2-、-C≡C-又は単結合がより好ましく、-CH2CH2-又は単結合が特に好ましい。Z2は、-CH2CH2-、-CH=CH-、又は単結合であるが、-CH2CH2-、又は単結合が好ましく、単結合がより好ましい。nは0又は1であるが、0であることが好ましい。
【００１３】
具体的な構造として以下の一般式(Ia)
【化９】
0004461729.tif 000005
(式中R1、R2及びlは一般式(I)におけると同じ意味を表す。)が好ましく、次の化合物が特に好ましい。
【００１４】
【化１０】
0004461729.tif 000006
(式中、R1は、炭素原子数1〜8のアルキル基又はアルコキシル基を表す。)
これらの一般式(I)から選ばれる化合物のうち少なくとも1種以上の組成物の誘電率異方性(Δε)が-1.5以下の化合物を含有することが好ましく、-2以下を示すことがより好ましい。
【００１５】
本願発明の液晶組成物は一般式(IIa)、一般式(IIb)及び一般式(IIc)からなる群から選ばれる化合物を1種又は2種以上を含有するが、1種〜15種が好ましく、1種〜10種がより好ましく、2種〜8種が特に好ましい。また、これらの含有率は10質量%〜80質量%が好ましい。
【００１６】
一般式(IIa)、一般式(IIb)及び一般式(IIc)においてR3〜R8は、未置換の直鎖状炭素数1〜15のアルキル基又は炭素数2〜15のアルケニル基が好ましく、未置換の直鎖状炭素数1〜10のアルキル基又は炭素数2〜10のアルケニル基がより好ましく、未置換の直鎖状炭素数1〜8のアルキル基又は炭素数2〜6のアルケニル基が特に好ましく、アルケニル基では式(a)〜(e)の構造がさらに好ましい。Z1、Z2、Z3及びZ4は、-COO-、-OCO-、-CH2CH2-、-C≡C-、-(CH2)4-又は単結合が好ましく、-CH2CH2-、-C≡C-又は単結合がより好ましく、-CH2CH2-又は単結合が特に好ましく、Z1、Z2、Z3及びZ4が複数存在する場合少なくとも一つは単結合であることが好ましい。B1及びB2はそれぞれ独立してトランス-1,4-シクロへキシレン基、1,4-フェニレン基、3-フルオロ-1,4-フェニレン基又は3,5-ジフルオロ-1,4-フェニレン基が好ましく、トランス-1,4-シクロへキシレン基又は1,4-フェニレン基より好ましく、トランス-1,4-シクロへキシレン基が特に好ましい。C1、C2及びC3はそれぞれ独立してトランス-1,4-シクロへキシレン基、1,4-フェニレン基、2,3-ジフルオロ-1,4-フェニレンが好ましいが、C2及びC3の少なくとも一方は2,3-ジフルオロ-1,4-フェニレンを表す。
【００１７】
一般式(IIa)は具体的な構造として以下の一般式
【化１１】
0004461729.tif 000007
【００１８】
【化１２】
0004461729.tif 000008
【００１９】
【化１３】
0004461729.tif 000009
(式中、R3、R4は炭素原子数1〜8のアルキル基又はアルコキシル基、炭素原子数2〜8のアルケニル基、炭素原子数3〜16のアルケニルオキシ基を表す。)で示される構造が好ましい。
【００２０】
一般式(IIb)は具体的な構造として以下の一般式
【化１４】
0004461729.tif 000010
【００２１】
【化１５】
0004461729.tif 000011
【００２２】
【化１６】
0004461729.tif 000012
(式中、R5、R6は炭素原子数1〜8のアルキル基又はアルコキシル基、炭素原子数2〜8のアルケニル基、炭素原子数3〜16のアルケニルオキシ基を表す。)で示される構造が好ましく、一般式(IIc)は具体的な構造として以下の一般式
【００２３】
【化１７】
0004461729.tif 000013
【００２４】
【化１８】
0004461729.tif 000014
【００２５】
【化１９】
0004461729.tif 000015
(式中、R7、R8は炭素原子数1〜8のアルキル基又はアルコキシル基、炭素原子数2〜8のアルケニル基、炭素原子数3〜16のアルケニルオキシ基を表す。)
【００２６】
一般式(III)においてR9及びR10は、未置換の直鎖状炭素数1〜15のアルキル基又は炭素数2〜15のアルケニル基が好ましく、未置換の直鎖状炭素数1〜10のアルキル基又は炭素数2〜10のアルケニル基がより好ましく、未置換の直鎖状炭素数1〜8のアルキル基又は炭素数2〜6のアルケニル基が特に好ましく、アルケニル基では式(a)〜(e)の構造がさらに好ましい。
また、R9及びR10は同一でも異なっていても良いが、同一分子中のR9及びR10は異なっていることがより好ましい。Z7及びZ8は、-COO-、-OCO-、-CH2CH2-、-C≡C-、-(CH2)4-又は単結合が好ましく、-CH2CH2-、-C≡C-又は単結合がより好ましく、-CH2CH2-又は単結合が特に好ましく、Z7及びZ8が複数存在する場合少なくとも一つは単結合であることが好ましい。oは、0又は1が好ましい。
【００２７】
D1、D2及びD3はそれぞれ独立してトランス-1,4-シクロへキシレン基、1,4-フェニレン基、3-フルオロ-1,4-フェニレン基又は3,5-ジフルオロ-1,4-フェニレン基が好ましく、トランス-1,4-シクロへキシレン基又は1,4-フェニレン基より好ましく、D1、D2及びD3の内少なくとも一つはトランス-1,4-シクロへキシレン基であることが好ましい。
【００２８】
一般式(III)は具体的な構造として以下の一般式(IIIa)で示される構造が好ましい。
【化２０】
0004461729.tif 000016
(式中、R9及びR10は炭素原子数1〜8のアルキル基又はアルコキシル基、炭素原子数2〜8のアルケニル基、炭素原子数3〜16のアルケニルオキシ基を表し、D2及びD3はそれぞれ独立して、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は0又は1を表す。)
一般式(IIIa)の化合物の含有率は5〜60質量%の範囲であることが好ましい。
【００２９】
又、以下の一般式で示される構造も好ましい。
【化２１】
0004461729.tif 000017
(式中、R9、R10は炭素原子数1〜8のアルキル基又はアルコキシル基、炭素原子数2〜8のアルケニル基、炭素原子数3〜16のアルケニルオキシ基を表す。)で示される構造が好ましい。
又、一般式(III)から選ばれる化合物を1種又は2種以上を含有するが、1種〜6種が好ましく、1種〜4種が特に好ましい。
【００３０】
本発明のネマチック液晶組成物は一般式(Ia)から選ばれる化合物を1種又は2種以上を含有し、さらに一般式(IIa)、一般式(IIb)及び一般式(IIc)からなる群から選ばれる化合物を1種又は2種以上含有することが好ましく、一般式(Ia)から選ばれる化合物を1種又は2種以上を含有し、一般式(IIa)、一般式(IIb)及び一般式(IIc)からなる群から選ばれる化合物を1種又は2種以上含有し、さらに一般式(III)から選ばれる化合物を1種又は2種以上含有することも好ましい。
【００３１】
少なくとも1種以上の一般式(III)の化合物を含有し、さらに一般式(IIa)、一般式(IIb)及び一般式(IIc)からなる群から選ばれる化合物を少なくとも2種以上含有することが好ましい。
【００３２】
本発明のネマチック液晶組成物は広い液晶相温度範囲(液晶相下限温度と液晶相上限温度の差の絶対値)を有するが、液晶相温度範囲が80℃以上であることが好ましく、90℃以上であることがより好ましく、100℃以上が特に好ましい。また、液晶相上限温度は70℃以上が好ましく、80℃以上がより好ましい。さらに、液晶相下限温度は-20℃以下が好ましく、-30℃以下がより好ましい。
【００３３】
上記ネマチック液晶組成物はAM-LCDやSTN-LCDに有用であるがAM-LCDに特に有用であり、透過型あるいは反射型の液晶表示素子に用いることができる。本発明のネマチック液晶組成物は、上記の化合物以外に、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などを含有していてもよい。
【００３４】
【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。
【００３５】
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(℃)を液晶相上限温度とする
T→N    ：固体相又はスメクチック相−ネマチック相転移温度(℃)を液晶相下限温度とする
ΔT      ：ネマチック液晶相温度範囲、｜TN-I  −  T→N  ｜
Δε    ：誘電異方性
Δn      ：複屈折率
化合物記載に下記の略号を使用する。
末端のn(数字)  CnH2n+1-
On            -OCnH2n+1
F            -F
ndm-          CnH2n+1-C=C-(CH2)m-1-
-O(dm)n      -O(CH2)m-2-C=C-CnH2n+1
【００３６】
【化２２】
0004461729.tif 000018
【００３７】
(実施例1及び比較例1)  液晶組成物の調整
以下に示すネマチック液晶組成物(No.1)及び比較例としてネマチック液晶組成物(R1)を調整し、その物性値を測定した結果を表1に示す。
【表１】
0004461729.tif 000019
【００３８】
表1に示すように、実施例1のネマチック液晶組成物は、比較例1のネマチック液晶組成物と比較して液晶相下限温度(T→N)が低く、広い液晶温度範囲を有することが解る。
このネマチック液晶組成物を用いて、表示品位の優れたTFT液晶表示素子を作成することができた。
【００３９】
【発明の効果】
本発明のネマチック液晶組成物により、インダン系化合物を用いた、液晶相の下限温度が低く、液晶相上限温度が高く、液晶相温度範囲の広いネマチック液晶組成物を提供することが可能となった。