(57)【要約】      （修正有）【課題】駆動電圧を維持しつつも透過率を改善する液晶組成物、及びこれを含む液晶表示装置を提供する。【解決手段】第１の基板と、前記第１の基板の上に、且つ、互いに絶縁膜を間に挟んで配置される第１の電極及び第２の電極と、前記第１の基板と向かい合う第２の基板と、前記第１の基板と前記第２の基板との間に配置される液晶層と、を備え、前記液晶層は、フッ素置換基を含む極性液晶分子を少なくとも一つ含む液晶表示装置。【選択図】図２
2017002290.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の基板と、
前記第１の基板の上に、且つ、互いに絶縁膜を間に挟んで配置される第１の電極及び第２の電極と、
前記第１の基板と向かい合う第２の基板と、
前記第１の基板と前記第２の基板との間に配置される液晶層と、
を備え、
前記液晶層は、下記一般式Ａ若しくは下記一般式Ｂで表わされ、フッ素置換基を含む極性液晶分子を少なくとも一つ含む液晶表示装置。
2017002290.tif 000048
一般式Ａ
2017002290.tif 000049
一般式Ｂ
前記一般式Ａ及びＢにおいて、Ｋは、互いに独立して、１，４−シクロヘキシレン若しくは１，４−フェニレンであり、１，４−シクロヘキシレン若しくは１，４−フェニレンに含まれる環炭素に連結された基は、いずれも水素であるか、或いは、少なくとも一つがフッ素であり、ｎは、１又は２であり、
前記一般式Ａにおいて、Ｘ１及びＸ２は、互いに独立して、単一結合、−ＣＨ２−、−ＣＨ２ＣＨ２−、−ＣＦ２−、−ＣＨ２Ｏ−又は−ＯＣＨ２−であり、Ｌ１及びＬ２は、互いに独立して、−Ｈ、−Ｆ、−ＣＦ３、又は−ＯＣＦ３であり、Ｒ１及びＲ２は、互いに独立して、炭素数１〜９のアルキル基、アルコキシ基若しくは炭素数２〜９のアルケニル基であり、
前記一般式Ｂにおいて、Ｌ３及びＬ４は、互いに独立して、−Ｈ、−Ｆ、−ＣＦ３、又は−ＯＣＦ３であり、Ｒ３は、炭素数１〜９のアルキル基、アルコキシ基若しくは炭素数２〜９のアルケニル基である。
【請求項２】
前記液晶層は、下記一般式Ｃ若しくは下記一般式Ｄで表わされる正の極性の液晶分子を少なくとも一つ更に含む請求項１に記載の液晶表示装置。
2017002290.tif 000050
一般式Ｃ
2017002290.tif 000051
一般式Ｄ
前記一般式Ｃ及び前記一般式Ｄにおいて、Ｋは、互いに独立して、１，４−シクロヘキシレン、１，４−フェニレン、テトラヒドロピラン、又はピランであり、１，４−シクロヘキシレン、１，４−フェニレン、テトラヒドロピラン又はピランに含まれる環炭素に連結された基は、いずれも水素であるか、或いは、少なくとも一つがフッ素であり、Ｌ１〜Ｌ４は、互いに独立して、−Ｈ、−Ｆ、−ＣＦ３又は−ＯＣＦ３であり、ｎは、１又は２であり、Ｒ４及びＲ５は、互いに独立して、炭素数１〜９のアルキル基、アルコキシ基若しくは炭素数２〜９のアルケニル基である。
【請求項３】
前記液晶層は、下記一般式Ｅで表わされる液晶分子を少なくとも一つ更に含む請求項２に記載の液晶表示装置。
2017002290.tif 000052
一般式Ｅ
前記一般式Ｅにおいて、Ｒは、炭素数１〜９のアルキル基、アルコキシ基若しくは炭素数２〜９のアルケニル基である。
【請求項４】
前記液晶層は、下記一般式Ｆで表わされる液晶分子を少なくとも一つ更に含む請求項３に記載の液晶表示装置。
2017002290.tif 000053
一般式Ｆ
前記一般式Ｆにおいて、Ｋは、１，４−シクロヘキシレン若しくは１，４−フェニレンであり、Ｒ１又はＲ２は、互いに独立して、炭素数１〜９のアルキル基、アルコキシ基若しくは炭素数２〜９のアルケニル基であり、ｎは、１又は２である。
【請求項５】
前記液晶層は、下記一般式Ｇで表わされる液晶分子を少なくとも一つ更に含む請求項４に記載の液晶表示装置。
2017002290.tif 000054
一般式Ｇ
前記一般式Ｇにおいて、Ｒ１又はＲ２は、互いに独立して、炭素数１〜９のアルキル基、アルコキシ基若しくは炭素数２〜９のアルケニル基である。
【請求項６】
前記絶縁膜は、前記第１の電極の上に配置され、前記第２の電極は、前記絶縁膜の上に配置される請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項７】
前記第１の電極は、分割のない単一板状を呈し、前記第２の電極は、複数の枝電極を備える請求項６に記載の液晶表示装置。
【請求項８】
前記複数の枝電極は、前記分割のない単一板状の第１の電極と重なり合う請求項７に記載の液晶表示装置。
【請求項９】
前記液晶層に含まれる液晶分子は、前記液晶層への電界の未印加時に、前記枝電極と平行な方向に傾いている請求項８に記載の液晶表示装置。
【請求項１０】
前記第２の電極の上に配置される配向膜を更に備え、前記配向膜は、前記枝電極と平行な方向にラビング又は光配向される請求項９に記載の液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置は、現在最も幅広く用いられているフラットパネル表示装置の一つであり、相対向する２枚の表示板と、これらの間に挟持される液晶層と、２枚の表示板のうちの少なくとも一方に配置される画素電極及び共通電極などの電場生成電極などを備える。
【０００３】
液晶表示装置は、電場生成電極に電圧を印加して液晶層に電場を生成することにより、液晶層に位置する液晶分子の配向を決定し、液晶層を通過する光の透過率を調節する。
【０００４】
液晶表示装置において、液晶組成物は、光の透過率を調節して所望の画像を得る上で非常に重要である。特に、液晶表示装置の用途の多様化が進むことに伴い、低い電圧駆動、高い電圧保全率（ｖｏｌｔａｇｅ ｈｏｌｄｉｎｇ ｒａｔｉｏ；ＶＨＲ）、広い視野角特性、広い動作温度範囲、高速応答及び高い透過率などの様々な特性が求められる。
【０００５】
液晶表示装置に高速応答特性及び高い透過率などを持たせるために、液晶組成物が有する回転粘度及び屈折率などの物性を改善する研究が盛んに行われている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記従来技術に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、駆動電圧を維持しながら透過率を改善する液晶組成物及びこれを含む液晶表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するためになされた本発明の一実施形態による液晶組成物は、下記一般式Ａ若しくは下記一般式Ｂで表わされ、フッ素置換基を含む極性液晶分子を少なくとも一つ含む。
【化１】
2017002290.tif 000003
一般式Ａ
【化２】
2017002290.tif 000004
一般式Ｂ
【０００８】
前記一般式Ａ及びＢにおいて、Ｋは、互いに独立して、１，４−シクロヘキシレン若しくは１，４−フェニレンであり、１，４−シクロヘキシレン若しくは１，４−フェニレンに含まれる環炭素に連結された基は、いずれも水素であるか、或いは、少なくとも一つがフッ素であり、ｎは、１又は２であり、前記一般式Ａにおいて、Ｘ１及びＸ２は、互いに独立して、単一結合、−ＣＨ２−、−ＣＨ２ＣＨ２−、−ＣＦ２−、−ＣＨ２Ｏ−又は−ＯＣＨ２−であり、Ｌ１及びＬ２は、互いに独立して、−Ｈ、−Ｆ、−ＣＦ３、又は−ＯＣＦ３であり、Ｒ１及びＲ２は、互いに独立して、炭素数１〜９のアルキル基、アルコキシ基若しくは炭素数２〜９のアルケニル基であり、前記一般式Ｂにおいて、Ｌ３及びＬ４は、互いに独立して、−Ｈ、−Ｆ、−ＣＦ３、又は−ＯＣＦ３であり、Ｒ３は、炭素数１〜９のアルキル基、アルコキシ基若しくは炭素数２〜９のアルケニル基である。
【０００９】
好ましくは、前記液晶組成物は、下記一般式Ｃ若しくは下記一般式Ｄで表わされる正の極性の液晶分子を少なくとも一つ更に含む。
【化３】
2017002290.tif 000005
一般式Ｃ
【化４】
2017002290.tif 000006
一般式Ｄ
【００１０】
前記一般式Ｃ及び前記一般式Ｄにおいて、Ｋは、互いに独立して、１，４−シクロヘキシレン、１，４−フェニレン、テトラヒドロピラン、又はピランであり、１，４−シクロヘキシレン、１，４−フェニレン、テトラヒドロピラン又はピランに含まれる環炭素に連結された基は、いずれも水素であるか、或いは、少なくとも一つがフッ素であり、Ｌ１〜Ｌ４は、互いに独立して、−Ｈ、−Ｆ、−ＣＦ３又は−ＯＣＦ３であり、ｎは、１又は２であり、Ｒ４及びＲ５は、互いに独立して、炭素数１〜９のアルキル基、アルコキシ基若しくは炭素数２〜９のアルケニル基である。
【００１１】
また、好ましくは、前記液晶組成物は、下記一般式Ｅで表わされる液晶分子を少なくとも一つ更に含む。
【化５】
2017002290.tif 000007
一般式Ｅ
【００１２】
前記一般式Ｅにおいて、Ｒは、炭素数１〜９のアルキル基、アルコキシ基若しくは炭素数２〜９のアルケニル基である。
【００１３】
更に、好ましくは、前記液晶組成物は、下記一般式Ｆで表わされる液晶分子を少なくとも一つ更に含む。
【化６】
2017002290.tif 000008
一般式Ｆ
【００１４】
前記一般式Ｆにおいて、Ｋは、１，４−シクロヘキシレン若しくは１，４−フェニレンであり、Ｒ１又はＲ２は、互いに独立して、炭素数１〜９のアルキル基、アルコキシ基若しくは炭素数２〜９のアルケニル基であり、ｎは、１又は２である。
【００１５】
更にまた、好ましくは、前記液晶組成物は、下記一般式Ｇで表わされる液晶分子を少なくとも一つ更に含む。
【化７】
2017002290.tif 000009
一般式Ｇ
【００１６】
前記一般式Ｇにおいて、Ｒ１又はＲ２は、互いに独立して、炭素数１〜９のアルキル基、アルコキシ基若しくは炭素数２〜９のアルケニル基である。
【００１７】
更にまた、好ましくは、前記フッ素置換基を含む極性液晶分子は、全体の組成物において５ｗｔ％〜３０ｗｔ％の範囲を有する。
【００１８】
上記目的を達成するためになされた本発明の一実施形態による液晶表示装置は、第１の基板と、前記第１の基板の上に、且つ、互いに絶縁膜を間に挟んで配置される第１の電極及び第２の電極と、前記第１の基板と向かい合う第２の基板と、前記第１の基板と前記第２の基板との間に配置される液晶層と、を備え、前記液晶層は、下記一般式Ａ若しくは下記一般式Ｂで表わされ、フッ素置換基を含む極性液晶分子を少なくとも一つ含む。
【化８】
2017002290.tif 000010
一般式Ａ
【化９】
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一般式Ｂ
【００１９】
前記一般式Ａ及びＢにおいて、Ｋは、互いに独立して、１，４−シクロヘキシレン若しくは１，４−フェニレンであり、１，４−シクロヘキシレン若しくは１，４−フェニレンに含まれる環炭素に連結された基は、いずれも水素であるか、或いは、少なくとも一つがフッ素であり、ｎは、１又は２であり、前記一般式Ａにおいて、Ｘ１及びＸ２は、互いに独立して、単一結合、−ＣＨ２−、−ＣＨ２ＣＨ２−、−ＣＦ２−、−ＣＨ２Ｏ−又は−ＯＣＨ２−であり、Ｌ１及びＬ２は、互いに独立して、−Ｈ、−Ｆ、−ＣＦ３、又は−ＯＣＦ３であり、Ｒ１及びＲ２は、互いに独立して、炭素数１〜９のアルキル基、アルコキシ基若しくは炭素数２〜９のアルケニル基であり、前記一般式Ｂにおいて、Ｌ３及びＬ４は、互いに独立して、−Ｈ、−Ｆ、−ＣＦ３、又は−ＯＣＦ３であり、Ｒ３は、炭素数１〜９のアルキル基、アルコキシ基若しくは炭素数２〜９のアルケニル基である。
【００２０】
好ましくは、前記液晶層は、下記一般式Ｃ若しくは下記一般式Ｄで表わされる正の極性の液晶分子を少なくとも一つ更に含む。
【化１０】
2017002290.tif 000012
一般式Ｃ
【化１１】
2017002290.tif 000013
一般式Ｄ
【００２１】
前記一般式Ｃ及び前記一般式Ｄにおいて、Ｋは、互いに独立して、１，４−シクロヘキシレン、１，４−フェニレン、テトラヒドロピラン、又はピランであり、１，４−シクロヘキシレン、１，４−フェニレン、テトラヒドロピラン又はピランに含まれる環炭素に連結された基は、いずれも水素であるか、或いは、少なくとも一つがフッ素であり、Ｌ１〜Ｌ４は、互いに独立して、−Ｈ、−Ｆ、−ＣＦ３又は−ＯＣＦ３であり、ｎは、１又は２であり、Ｒ４及びＲ５は、互いに独立して、炭素数１〜９のアルキル基、アルコキシ基若しくは炭素数２〜９のアルケニル基である。
【００２２】
また、好ましくは、前記液晶層は、下記一般式Ｅで表わされる液晶分子を少なくとも一つ更に含む。
【化１２】
2017002290.tif 000014
一般式Ｅ
【００２３】
前記一般式Ｅにおいて、Ｒは、炭素数１〜９のアルキル基、アルコキシ基若しくは炭素数２〜９のアルケニル基である。
【００２４】
更に、好ましくは、前記液晶層は、下記一般式Ｆで表わされる液晶分子を少なくとも一つ更に含む。
【化１３】
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一般式Ｆ
【００２５】
前記一般式Ｆにおいて、Ｋは、１，４−シクロヘキシレン若しくは１，４−フェニレンであり、Ｒ１又はＲ２は、互いに独立して、炭素数１〜９のアルキル基、アルコキシ基若しくは炭素数２〜９のアルケニル基であり、ｎは、１又は２である。
【００２６】
更にまた、好ましくは、前記液晶層は、下記一般式Ｇで表わされる液晶分子を少なくとも一つ更に含む。
【化１４】
2017002290.tif 000016
一般式Ｇ
【００２７】
前記一般式Ｇにおいて、Ｒ１又はＲ２は、互いに独立して、炭素数１〜９のアルキル基、アルコキシ基若しくは炭素数２〜９のアルケニル基である。
【００２８】
更にまた、好ましくは、前記片側に偏在したフッ素置換基を含む極性液晶分子は、全体の組成物において５ｗｔ％〜３０ｗｔ％の範囲を有する。
【００２９】
更にまた、好ましくは、前記絶縁膜は、前記第１の電極の上に配置され、前記第２の電極は、前記絶縁膜の上に配置される。
【００３０】
更にまた、好ましくは、前記第１の電極は、分割のない単一板状を呈し、前記第２の電極は、複数の枝電極を備える。
【００３１】
更にまた、好ましくは、前記複数の枝電極は、前記分割のない単一板状の第１の電極と重なり合う。
【００３２】
更にまた、好ましくは、前記第２の電極は、前記絶縁膜を貫通するコンタクト孔により薄膜トランジスタと接続される。
【００３３】
更にまた、好ましくは、前記液晶層に含まれる液晶分子は、前記液晶層への電界の未印加時に、前記枝電極と平行な方向に傾いている。
【００３４】
更にまた、好ましくは、前記液晶表示装置は、前記第２の電極の上に配置される配向膜を更に備え、前記配向膜は、前記枝電極と平行な方向にラビング又は光配向される。
【００３５】
更にまた、好ましくは、前記液晶分子は、前記液晶層への電界の印加時に、電界と平行な方向に傾いている。
【００３６】
更にまた、好ましくは、前記第１の電極は、単位画素と対応する個所において分割のない単一板状を有する。
【発明の効果】
【００３７】
本発明の一実施形態によれば、ポジティブタイプのイン−プレーンスイッチングモードの液晶表示装置に新規な負の極性を有する液晶分子を含む液晶組成物を用いて液晶表示装置の駆動電圧を維持しながら透過率を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の一実施形態による液晶表示装置を示す平面図である。
【図２】図１の切取線ＩＩ−ＩＩに沿って切り取った断面図である。
【図３】本発明の一実施形態による液晶表示装置における、電界の印加有無による液晶分子の配向を概略的に示す断面図である。
【図４】液晶方向子を概略的に示す図である。
【図５Ａ】液晶分子の垂直方向成分の誘電率と透過率との間の関係を説明するための図である。
【図５Ｂ】液晶分子の垂直方向成分の誘電率と透過率との間の関係を説明するための図である。
【図６】液晶組成物の平均誘電率に応じて透過率が変わる傾向を示すグラフである。
【図７】図３の実施形態の変形例によるイン−プレーンスイッチングモードの液晶表示装置を概略的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
以下、添付図面に基づき、本発明の好適な実施形態について本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者が実施できる程度に詳細に説明する。しかしながら、本発明は、ここで説明される実施形態に何ら限定されるものではなく、他の形態に具体化可能である。むしろ、ここで紹介される実施形態は、開示された内容を完全且つ徹底的なものにし、しかも、当業者に本発明の思想を十分に伝えるために提供されるものである。
【００４０】
図中、様々な層及び領域の厚さは、明確性を図るために、実際の厚さよりも厚く描かれていることもある。なお、層が他の層又は基板の「上」にあるとしたとき、それは、他の層又は基板の上に直接的に形成される場合だけではなく、これらの間に第３の層が介在される場合も含む。明細書全体に亘って同じ部分に対しては同じ図面の符号を付する。
【００４１】
本発明の一実施形態による液晶組成物は、下記一般式Ａ若しくは下記一般式Ｂで表わされ、フッ素置換基を含む極性液晶分子を少なくとも一つ含む。
【化１５】
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一般式Ａ
【化１６】
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一般式Ｂ
【００４２】
前記一般式Ａ及びＢにおいて、Ｋは、互いに独立して、１，４−シクロヘキシレン若しくは１，４−フェニレンであり、１，４−シクロヘキシレン若しくは１，４−フェニレンに含まれる環炭素に連結された基は、いずれも水素であるか、或いは、少なくとも一つがフッ素であり、ｎは、１又は２であり、前記一般式Ａにおいて、Ｘ１及びＸ２は、互いに独立して、単一結合、−ＣＨ２−、−ＣＨ２ＣＨ２−、−ＣＦ２−、−ＣＨ２Ｏ−又は−ＯＣＨ２−であり、Ｌ１及びＬ２は、互いに独立して、−Ｈ、−Ｆ、−ＣＦ３、又は−ＯＣＦ３であり、Ｒ１及びＲ２は、互いに独立して、炭素数１〜９のアルキル基、アルコキシ基若しくは炭素数２〜９のアルケニル基であり、前記一般式Ｂにおいて、Ｌ３及びＬ４は、互いに独立して、−Ｈ、−Ｆ、−ＣＦ３、又は−ＯＣＦ３であり、Ｒ３は、炭素数１〜９のアルキル基、アルコキシ基若しくは炭素数２〜９のアルケニル基である。
【００４３】
本発明の実施形態によるフッ素置換基を含む負の極性液晶分子は、下記一般式Ｒで表わされる比較例の極性液晶分子と比較して、短軸方向の極性を更に形成する。
【化１７】
2017002290.tif 000019
一般式Ｒ
【００４４】
前記一般式Ｒにおいて、Ｒ１及びＲ２は、互いに独立して、炭素数１〜９のアルキル基、アルコキシ基若しくは炭素数２〜９のアルケニル基である。
【００４５】
具体的に、下記一般式Ａ及び下記一般式Ｂにおいて、横方向である長軸に液晶分子を構成する成分が連結されており、短軸方向に２つのフッ素が偏在されるため、短軸方向の極性が上がる。
【化１８】
2017002290.tif 000020
一般式Ａ
【化１９】
2017002290.tif 000021
一般式Ｂ
【００４６】
本発明の実施形態による片側に偏在したフッ素置換基を含む極性液晶分子は、全体の液晶組成物において約５ｗｔ％〜３０ｗｔ％の範囲を有する。この範囲内において片側に偏在したフッ素置換基を含む極性液晶分子を液晶組成物に添加するとき、所望の物性が得られ、３０ｗｔ％を遥かに超えると、液晶相が示されない虞がある。
【００４７】
本発明の実施形態による片側に偏在したフッ素置換基を含む極性液晶分子の垂直方向の誘電率ε⊥は、約９以上である。
【００４８】
例えば、前記一般式Ａは、下記の合成例に従い形成される。しかしながら、このような実施形態に何ら限定されるものではなく、前記一般式Ａは様々な合成例に従い形成可能であるということはいうまでもない。
［合成例］
【化２０】
2017002290.tif 000022
【００４９】
前記合成例に示すＤＡＳＴは、Ｎ，Ｎ−ジエチルアミノサルファトリフルオリドである。本発明の実施形態において、ＤＡＳＴは、カルボニルから脱酸素的に処理してフッ素置換をするための試薬として用いられる。これに限定されるものではなく、ＤＡＳＴの代わりに、カルボニルをフッ素置換するためにＳｅＦ４、ＤＡＳＴ ＤｅｏｘｏＦｌｕｏｒ、ＴＦＥＤＭＡ（Ｎ，Ｎ−ジメチル−１，１，２，２−テトラフルオロエチルアミン）固体において一層安定的なＸｔａｌＦｌｕｏｒ−Ｅ（登録商標）及びＸｔａｌＦｌｕｏｒ−Ｍ（登録商標）、ＦｌｕｏＬｅａｄ（登録商標）などを用いてもよい。
【００５０】
下記表１は、前記一般式Ｒに含まれる一般式Ｒ−１、前記一般式Ａの一例に相当する一般式Ａ−１及び前記一般式Ｂの一例に相当する一般式Ｂ−２における相転移温度Ｔｎｉ、屈折率異方性Ｄｎ、水平方向の誘電率ε‖、垂直方向の誘電率ε⊥、回転粘度Ｙ１及び誘電率異方性Δεを示すものである。
【００５１】
【表１】
2017002290.tif 000023
【００５２】
前記表１を参照すると、一般式Ｒ−１は、液晶分子のうち最も高い極性を有する系列に相当する。本発明の実施形態による一般式Ａ−１及び一般式Ｂ−１で表わされる液晶分子は、一般式Ｒ−１と比較して水平方向の誘電率ε‖にはほとんど差がないが、垂直方向の誘電率ε⊥が高いため、負の誘電率異方性が相対的に更に大きくなる。
【００５３】
本発明の実施形態による液晶組成物は、下記一般式Ｃ若しくは下記一般式Ｄで表わされる正の極性の液晶分子を少なくとも一つ更に含む。
【化２１】
2017002290.tif 000024
一般式Ｃ
【化２２】
2017002290.tif 000025
一般式Ｄ
【００５４】
前記一般式Ｃ及び前記一般式Ｄにおいて、Ｋは、互いに独立して、１，４−シクロヘキシレン、１，４−フェニレン、テトラヒドロピラン又はピランであり、１，４−シクロヘキシレン、１，４−フェニレン、テトラヒドロピラン、ピランに含まれる環炭素に連結された基は、いずれも水素であるか、或いは、少なくとも一つがフッ素であり、Ｌ１〜Ｌ４は、互いに独立して、−Ｈ、−Ｆ、−ＣＦ３又は−ＯＣＦ３であり、ｎは、１又は２であり、Ｒ４及びＲ５は、互いに独立して、炭素数１〜９のアルキル基、アルコキシ基若しくは炭素数２〜９のアルケニル基である。
【００５５】
前記一般式Ｃで表わされる液晶分子及び前記一般式Ｄで表わされる液晶分子は、全体の液晶組成物の誘電率異方性を維持する役割を果たす。具体的に、前記一般式Ｃで表わされる液晶分子及び前記一般式Ｄで表わされる液晶分子は、高い誘電率の正の極性を有するため、本発明の実施形態による片側に偏在したフッ素置換基を含む負の極性液晶分子により誘電率異方性が負の値に大きくなることが打ち消される。
【００５６】
本発明の実施形態による前記一般式Ｃ若しくは前記一般式Ｄで表わされる正の極性の液晶分子のうちの少なくとも一つは、全体の液晶組成物において約１０ｗｔ％〜３０ｗｔ％の範囲を有する。
【００５７】
本発明の実施形態による前記一般式Ｃ若しくは前記一般式Ｄで表わされる正の極性の液晶分子のうちの少なくとも一つの水平方向の誘電率ε‖は、約２０以上である。
【００５８】
前記一般式Ｃで表わされる液晶分子は、下記一般式Ｃ−１、一般式Ｃ−２及び一般式Ｃ−３で表わされる構造を有する。
【化２３】
2017002290.tif 000026
一般式Ｃ−１
【化２４】
2017002290.tif 000027
一般式Ｃ−２
【化２５】
2017002290.tif 000028
一般式Ｃ−３
【００５９】
前記一般式Ｄで表わされる液晶分子は、下記一般式Ｄ−１で表わされる構造を有する。
【化２６】
2017002290.tif 000029
一般式Ｄ−１
【００６０】
下記表２は、前記一般式Ｃ−１、一般式Ｃ−２、一般式Ｃ−３及び一般式Ｄ−１で表わされる液晶分子のそれぞれの相転移温度Ｔｎｉ、屈折率異方性Ｄｎ、水平方向の誘電率ε‖、垂直方向の誘電率ε⊥、回転粘度Ｙ１及び誘電率異方性Δεを示すものである。
【００６１】
【表２】
2017002290.tif 000030
【００６２】
前記表２を参照すると、前記一般式Ｃ−１、一般式Ｃ−２、一般式Ｃ−３及び一般式Ｄ−１で表わされる液晶分子は、２０以上の正の誘電率異方性を有する。
【００６３】
本発明の実施形態による液晶組成物は、下記一般式Ｅで表わされる液晶分子を少なくとも一つ更に含む。
【化２７】
2017002290.tif 000031
一般式Ｅ
【００６４】
前記一般式Ｅにおいて、Ｒは、炭素数１〜９のアルキル基、アルコキシ基若しくは炭素数２〜９のアルケニル基である。
【００６５】
前記一般式Ｅで表わされる液晶分子は、全体の液晶組成物において相転移温度を補う役割を果たす。
【００６６】
本発明の実施形態による前記一般式Ｅで表わされる液晶分子は、全体の液晶組成物において約１０ｗｔ％以下の範囲を有する。
【００６７】
前記一般式Ｅで表わされる液晶分子は、下記一般式Ｅ−１を含む。
【化２８】
2017002290.tif 000032
一般式Ｅ−１
【００６８】
下記表３は、前記一般式Ｅ−１で表わされる液晶分子の相転移温度Ｔｎｉ、屈折率異方性Ｄｎ、水平方向の誘電率ε‖、垂直方向の誘電率ε⊥、回転粘度Ｙ１及び誘電率異方性Δεを示すものである。
【００６９】
【表３】
2017002290.tif 000033
【００７０】
前記表３を参照すると、前記一般式Ｅ−１で表わされる液晶分子の相転移温度Ｔｎｉは、１９５と相対的に高い。
【００７１】
本発明の実施形態による液晶組成物は、下記一般式Ｆで表わされる液晶分子を少なくとも一つ更に含む。
【化２９】
2017002290.tif 000034
一般式Ｆ
【００７２】
前記一般式Ｆにおいて、Ｋは、１，４−シクロヘキシレン若しくは１，４−フェニレンであり、Ｒ１又はＲ２は、互いに独立して、炭素数１〜９のアルキル基、アルコキシ基若しくは炭素数２〜９のアルケニル基であり、ｎは、１又は２である。
【００７３】
前記一般式Ｆで表わされる液晶分子は、下記一般式Ｆ−１及び一般式Ｆ−２を含む。
【化３０】
2017002290.tif 000035
一般式Ｆ−１
【化３１】
2017002290.tif 000036
一般式Ｆ−２
【００７４】
本発明の実施形態による液晶組成物は、下記一般式Ｇで表わされる液晶分子を少なくとも一つ更に含む。
【化３２】
2017002290.tif 000037
一般式Ｇ
【００７５】
前記一般式Ｇにおいて、Ｒ１又はＲ２は、互いに独立して、炭素数１〜９のアルキル基、アルコキシ基若しくは炭素数２〜９のアルケニル基である。
【００７６】
前記一般式Ｇで表わされる液晶分子は、全体の液晶組成物において相転移温度及び屈折率異方性Ｄｎを補う役割を果たす。
【００７７】
本発明の実施形態による前記一般式Ｇで表わされる液晶分子は、全体の液晶組成物において約５ｗｔ％〜２０ｗｔ％の範囲を有する。
【００７８】
前記一般式Ｇで表わされる液晶分子は、下記一般式Ｇ−１を含む。
【化３３】
2017002290.tif 000038
一般式Ｇ−１
【００７９】
下記表４は、前記一般式Ｆ−１、一般式Ｆ−２及び一般式Ｇ−１で表わされる液晶分子のそれぞれの相転移温度Ｔｎｉ、屈折率異方性Ｄｎ、水平方向の誘電率ε‖、垂直方向の誘電率ε⊥、回転粘度Ｙ１及び誘電率異方性Δεを示すものである。
【００８０】
【表４】
2017002290.tif 000039
【００８１】
前記表４を参照すると、前記一般式Ｇ−１で表わされる液晶分子の相転移温度Ｔｎｉ及び屈折率異方性Ｄｎは相対的に高い値を有し、相転移温度Ｔｎｉは１４０であり、屈折率異方性Ｄｎは０．２７である。
【００８２】
以下、上述した液晶組成物を用いて形成した液晶表示装置について説明する。図１は、本発明の一実施形態による液晶表示装置を示す平面図であり、図２は、図１の切取線ＩＩ−ＩＩに沿って切り取った断面図である。
【００８３】
図１及び図２を参照すると、本発明の実施形態による液晶表示装置は、相対向する下部表示板１００及び上部表示板２００と、これらの間に挟持される液晶層３と、を備える。
【００８４】
まず、下部表示板１００について説明する。透明ガラス製又はプラスチック製の第１の基板１１０の上にゲート線１２１を有するゲート導電体が形成される。
【００８５】
ゲート線１２１は、ゲート電極１２４及び他の層又は外部駆動回路との接続のための広い先端部（図示せず）を備える。ゲート線１２１は、アルミニウム（Ａｌ）やアルミニウム合金などアルミニウム系金属、銀（Ａｇ）や銀合金など銀系金属、銅（Ｃｕ）や銅合金など銅系金属、モリブデン（Ｍｏ）やモリブデン合金などモリブデン系金属、クロム（Ｃｒ）、タンタル（Ｔａ）及びチタン（Ｔｉ）などにより形成される。しかしながら、ゲート線１２１は、物理的な性質が異なる少なくとも２つの導電膜を有する多重膜構造を有してもよい。
【００８６】
ゲート線１２１の上には、ケイ素窒化物（ＳｉＮｘ）又はケイ素酸化物（ＳｉＯｘ）などからなるゲート絶縁膜１４０が形成される。ゲート絶縁膜１４０は、物理的な性質が異なる少なくとも２つの絶縁層を有する多重膜構造を有する。
【００８７】
ゲート絶縁膜１４０の上には、非晶質ケイ素又は多結晶ケイ素などからなる半導体層１５４が配置される。半導体層１５４は、酸化物半導体により形成される。
【００８８】
半導体層１５４の上には、オーミックコンタクト部材１６３、１６５が形成される。半導体１５４ａ、１５４ｂが酸化物半導体を含む場合、オーミックコンタクト部材１６３ａ、１６５ａは省略可能である。オーミックコンタクト部材１６３、１６５は、リンなどのｎ型不純物が高濃度にドーピングされるｎ＋水素化非晶質ケイ素などの物質により形成されるか、或いは、シリサイドにより形成される。オーミックコンタクト部材１６３、１６５は、対をなして半導体層１５４の上に配置される。半導体層１５４が酸化物半導体である場合、オーミックコンタクト部材１６３、１６５は省略可能である。
【００８９】
オーミックコンタクト部材１６３、１６５及びゲート絶縁膜１４０の上には、ソース電極１７３を有するデータ線１７１及びドレイン電極１７５を有するデータ導電体が形成される。
【００９０】
データ線１７１は、他の層または外部駆動回路との接続のための広い先端部（図示せず）を備える。データ線１７１はデータ信号を転送し、主として縦方向に伸びてゲート線１２１と交差する。
【００９１】
このとき、データ線１７１は、液晶表示装置の透過率を最大にするために折り曲げられた形状を有する折曲部を有し、折曲部は，画素領域の中間領域において互いに接続されてＶ字状を呈する。
【００９２】
ソース電極１７３は、データ線１７１の一部であり、データ線１７１と同じ線の上に配置される。ドレイン電極１７５は、ソース電極１７３と平行に延設される。このため、ドレイン電極１７５は、データ線１７１の一部と平行である。
【００９３】
ゲート電極１２４と、ソース電極１７３及びドレイン電極１７５は、半導体１５４とともに一つの薄膜トランジスタ（ｔｈｉｎ-ｆｉｌｍ-ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ；ＴＦＴ）を構成し、薄膜トランジスタのチャネル（ｃｈａｎｎｅｌ）は、ソース電極１７３とドレイン電極１７５との間の半導体１５４の部分に形成される。
【００９４】
本発明の実施形態に係る液晶表示装置は、データ線１７１と同じ線の上に配設されるソース電極１７３と、データ線１７１と平行に伸びるドレイン電極１７５と、を備えることにより、データ導電体が占める面積を広げることなく薄膜トランジスタの幅を広げることができ、これにより、液晶表示装置の開口率が上がる。
【００９５】
データ線１７１及びドレイン電極１７５は、モリブデン、クロム、タンタル及びチタンなど耐火性金属又はこれらの合金により形成されることが好ましく、耐火性金属膜（図示せず）及び低抵抗導電膜（図示せず）を有する多重膜構造を有する。多重膜構造としては、クロム若しくはモリブデン（合金）下部膜及びアルミニウム（合金）上部膜の二重膜、モリブデン（合金）下部膜と、アルミニウム（合金）中間膜及びモリブデン（合金）上部膜の三重膜が挙げられる。
【００９６】
データ導電体１７１、１７３、１７５、ゲート絶縁膜１４０及び半導体１５４の露出された部分の上には、第１の保護膜１８０ａが配置される。第１の保護膜１８０ａは、有機絶縁物質若しくは無機絶縁物質などにより形成される。
【００９７】
第１の保護膜１８０ａの上には、第２の保護膜１８０ｂが形成される。第２の保護膜１８０ｂは、有機絶縁物により形成される。
【００９８】
第２の保護膜１８０ｂは、カラーフィルタである。第２の保護膜１８０ｂがカラーフィルタである場合、第２の保護膜１８０ｂは、基本色のうちの一つを固有に表示し、基本色としては、赤色、緑色、青色などの三原色又は黄色、青緑色、紫紅色などが挙げられる。図示はしないが、カラーフィルタは、基本色に加えて、基本色の混合色又は白色を表示するカラーフィルタを更に備える。第２の保護膜１８０ｂがカラーフィルタである場合には、後述する上部表示板２００においてカラーフィルタ２３０は省略可能である。本発明の実施形態とは異なり、第２の保護膜１８０ｂは、有機絶縁物質により形成され、第１の保護膜１８０ａと第２の保護膜１８０ｂとの間にカラーフィルタ（図示せず）が形成される。
【００９９】
第２の保護膜１８０ｂの上には、共通電極２７０が配置される。共通電極２７０は面状であり、基板１１０の全面の上に分割のない単一板状に形成されており、ドレイン電極１７５の周りに対応する領域に配置される開口部１３８を有する。開口部１３８はゲート線１２１と平行な方向に伸び、データ線１７１と重なり合う部分にも隔離された形状に形成される。すなわち、本発明の実施形態において、共通電極２７０は、単位画素と対応する部分において分割されずに１枚に連なっている単一板状を有する。このとき、ゲート線１２１の方向に隣り合う画素のそれぞれの共通電極２７０の部分は、接続部２７１を介して接続される。
【０１００】
隣の画素に配設される共通電極２７０は互いに接続されて、表示領域の外部から供給される所定の大きさの共通電圧が印加される。
【０１０１】
共通電極２７０の上には、絶縁膜１８０ｃが配置される。絶縁膜１８０ｃは、有機絶縁物質又は無機絶縁物質などにより製作される。
【０１０２】
絶縁膜１８０ｃの上には、画素電極１９１が形成される。画素電極１９１は、データ線１７１の折曲部と略平行な折曲辺を備える。画素電極１９１は複数の切欠部９１を有し、隣り合う切欠部９１の間に配置される複数の枝電極１９２（枝状の電極）を備える。平面視で、複数の枝電極１９２は、共通電極２７０と重なり合う。
【０１０３】
画素電極１９１は、第１の電場生成電極若しくは第１の電極であり、共通電極２７０は、第２の電場生成電極若しくは第２の電極である。画素電極１９１及び共通電極２７０は、フリンジフィールドなどを形成する。
【０１０４】
第１の保護膜１８０ａと、第２の保護膜１８０ｂ及び絶縁膜１８０ｃには、ドレイン電極１７５を露出させるコンタクト孔１８５が形成される。画素電極１９１は、コンタクト孔１８５を介してドレイン電極１７５と物理的・電気的に接続されて、ドレイン電極１７５から電圧が印加される。
【０１０５】
画素電極１９１及び絶縁膜１８０ｃの上には第１の配向膜１１が形成される。第１の配向膜１１は水平配向膜であり、所定の方向にラビングされる。しかしながら、第１の配向膜１１はラビング配向膜に何ら限定されるものではなく、光配向膜として形成されてもよい。
【０１０６】
以下、上部表示板２００について説明する。透明ガラス製又はプラスチック製の第２の基板２１０の上に遮光部材２２０が形成される。遮光部材２２０はブラックマトリックスとも呼ばれ、光漏れを防ぐ。
【０１０７】
また、第２の基板２１０の上には複数のカラーフィルタ２３０が形成される。下部表示板１００の第２の保護膜１８０ｂがカラーフィルタである場合、或いは、下部表示板１００にカラーフィルタを形成した場合、上部表示板２００のカラーフィルタ２３０は省略可能である。なお、上部表示板２００の遮光部材２２０は、また下部表示板１００にも形成されてもよい。
【０１０８】
カラーフィルタ２３０及び遮光部材２２０の上にはオーバーコート２５０が形成される。オーバーコート２５０は有機絶縁物により形成され、カラーフィルタ２３０が露出されることを防いで平坦面を提供する。オーバーコート２５０は省略可能である。
【０１０９】
オーバーコート２５０の上には、第２の配向膜２１が形成される。第２の配向膜２１は、上述した第１の配向膜１１と同じ物質により形成される。
【０１１０】
下部表示板１００と上部表示板２００との間には、液晶層３が介在される。本発明の実施形態において、液晶層３は、片側に偏在したフッ素置換基を含む極性液晶分子を含み、具体的に、上述した液晶組成物に関する内容が適用される。
【０１１１】
図３は、本発明の一実施形態による液晶表示装置における、電界の印加の有無による液晶分子の配向を概略的に示す断面図である。図３を参照すると、本発明の実施形態による第１の配向膜１１及び第２の配向膜２１は、複数の枝電極１９２と平行な方向にラビングされる。しかしながら、第１の配向膜１１及び第２の配向膜２１が光配向物質により形成される場合には、第１の配向膜１１及び第２の配向膜２１の表面が複数の枝電極１９２と平行な方向に光配向される。
【０１１２】
液晶層３の液晶分子３１０は、その長軸方向が表示板１００、２００に平行に配列される。特に、本発明の実施形態による液晶分子３１０の長軸は、電界が印加されていないオフの状態で複数の枝電極１９２と平行な方向に伸びる。還元すると、液晶分子３１０は、枝電極１９２が伸びる方向に傾いている。
【０１１３】
本発明の実施形態による液晶分子３１０の長軸は、電界が印加されたオンの状態で電界方向と水平になるように配向される。本発明の実施形態による液晶表示装置は、ポジティブタイプであるイン−プレーンスイッチングモードの液晶表示装置であり、これにより、全体の液晶組成物が正の極性を有する液晶物質により液晶層３が形成される。図３に示す液晶表示装置は、特に、絶縁層を間に挟んで平面状の電場生成電極及び線形の電場生成電極が液晶層３の電界を形成するプレーントゥラインスイッチングモード（Ｐｌａｎｅ ｔｏ ｌｉｎｅ ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ ｍｏｄｅ）の液晶表示装置である。このようなポジティブタイプのイン−プレーンスイッチングモードの液晶表示装置は、一般に、枝電極１９２及び隣り合う枝電極１９２間のオープン部において透過率が下がるという問題がある。但し、本発明の実施形態による液晶組成物は、片側に偏在したフッ素置換基を含む正の極性液晶分子を含むため、全体の液晶組成物の平均誘電率を高めて液晶表示装置の透過率を上げることができる。
【０１１４】
まず、図４及び図５Ａ乃至図５Ｂに基づき、液晶分子の垂直方向の誘電率ε⊥と透過率との間の関係について説明し、次いで、図６乃至図７に基づき、ポジティブタイプのイン−プレーンスイッチングモードの液晶表示装置における平均誘電率による透過率について説明する。
【０１１５】
図４は、液晶の配向子を概略的に示す図である。図５Ａ及び図５Ｂは、液晶分子の垂直方向成分の誘電率と透過率との間の関係を説明するための図である。
【０１１６】
図４を参照すると、液晶の配向子の垂直方向の誘電率ε⊥が上がれば上がるほど、液晶分子の長軸（光軸）方向との双極子モーメント角度が上がる。このような双極子モーメント角度の増加による局部的な垂直電界による液晶方向子のチルト角度が、図５Ａ及び図５Ｂに示すように、下がる（θ→θ’）。このため、本発明の実施形態による片側に偏在したフッ素置換基を含む正の極性液晶分子を含んでいないポジティブタイプのイン−プレーンスイッチングモードの液晶表示装置と比較して透過率が上がる。
【０１１７】
2017002290.tif 000040
【数１】
2017002290.tif 000041
【０１１８】
【表５】
2017002290.tif 000042
【０１１９】
2017002290.tif 000043
【０１２０】
図１及び図２に戻ると、画素電極１９１にはドレイン電極１７５からデータ電圧が印加され、共通電極２７０には表示領域の外部に配置される共通電圧印加部から所定の大きさの共通電圧が印加される。
【０１２１】
電場生成電極である画素電極１９１及び共通電極２７０は、電場を生成することにより、２つの電場生成電極１９１、２７０の上に配置される液晶層３の液晶分子は、電場の方向と垂直であるか、或いは、電場の方向と平行な方向に回転する。このようにして決定された液晶分子の回転方向に応じて液晶層を通過する光の偏光が変わる。
【０１２２】
このように、一つの表示板１００の上に２つの電場生成電極１９１、２７０を形成することにより、液晶表示装置の透過率が上がるとともに、広視野角が得られる。
【０１２３】
図示の実施形態による液晶表示装置によれば、共通電極２７０が平面状に形成され、画素電極１９１が複数の枝電極を有するが、本発明の他の一実施形態による液晶表示装置によれば、画素電極１９１が平面状に形成され、共通電極２７０が複数の枝電極を有してもよい。
【０１２４】
本発明は、２つの電場生成電極が第１の基板１１０の上に絶縁層を間に挟んで重なり合い、絶縁層の下に形成される第１の電場生成電極が平面状に形成され、絶縁層の上に形成される第２の電場生成電極が複数の枝電極を有するあらゆる他の場合に適用可能である。
【０１２５】
表示板１００、２００の外側面にはそれぞれ偏光子（図示せず）が設けられるが、前記偏光子の透過軸は直交しており、これらのうちの一方の透過軸はゲート線１２１に対して平行であることが好ましい。反射型液晶表示装置の場合には、２つの偏光子のうちのいずれか一方が省略可能である。
【０１２６】
図７は、図３の実施形態の変形例によるイン−プレーンスイッチングモードの液晶表示装置を概略的に示す断面図である。
【０１２７】
図７を参照すると、図３に基づいて説明したプレーントゥラインスイッチングモードの液晶表示装置とは異なり、画素電極１９１及び共通電極２７０が両方とも線形の電場生成電極により形成されるポジティブタイプのイン−プレーンスイッチングモードの液晶表示装置である。本発明の実施形態も、図３の実施形態と同様に、水平電界を形成し、配向膜の配向方向が線形の電極と平行であるため、上述した本発明の一実施形態による液晶組成物を用いて液晶表示装置を形成することができる。
【０１２８】
以下、本発明の一実施形態による液晶組成物及びこの物性について説明する。表６は、本発明の一実施形態による液晶組成物の成分を示す実施例１、実施例２及び比較例を示す。表６において、Ｒ１及びＲ２はアルキル基であり、表６の数字はアルキル基の炭素数を示す。
【０１２９】
【表６】
2017002290.tif 000044
2017002290.tif 000045
2017002290.tif 000046
【０１３０】
下記表７は、前記表６において説明した比較例、実施例１、実施例２及びネガティブタイプのプレーントゥラインスイッチングモード（ＰＬＳ）のそれぞれの液晶物性を示す。
【０１３１】
【表７】
2017002290.tif 000047
【０１３２】
前記表７を参照すると、本発明の実施例１及び実施例２による液晶組成物を用いた液晶表示装置は、比較例と同じ駆動電圧において透過率を上げるように設計可能である。ネガティブタイプのＰＬＳモードの液晶表示装置は、透過率の側面からみて最も優れているとはいえ、駆動電圧が高いという欠点がある。
【０１３３】
以上、本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明の権利範囲はこれらに制限されるものではなく、下記の特許請求の範囲において定義している基本概念を用いた当業者の色々な変形及び改良形態もまた本発明の権利範囲に属するものである。
【符号の説明】
【０１３４】
３     液晶層        
１２１ ゲート線
１００ 下部表示板           
１４０ ゲート絶縁膜
２００ 上部表示板    
２７０ 共通電極
【図１】
2017002290.tif 000055
【図２】
2017002290.tif 000056
【図３】
2017002290.tif 000057
【図４】
2017002290.tif 000058
【図５Ａ】
2017002290.tif 000059
【図５Ｂ】
2017002290.tif 000060
【図６】
2017002290.tif 000061
【図７】
2017002290.tif 000062