(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
下記第一成分〜第四成分を含有することを特徴とする液晶組成物。
第一成分：下記一般式（1-1）及び（1-2）：
【化１】
0004306237.tif 000018
（式中、Ｒ１及びＲ２はそれぞれ独立的に炭素数１〜１０のアルキル基、炭素数２〜１０のアルケニル基、または炭素数１〜１０のアルコキシ基を表し；
Ａは下記式(a)〜(d)：
【化２】
0004306237.tif 000019
（各式中、構造式の左端はＲ１に連結し、右端はＺ１に連結するものとする。Ｘ３〜Ｘ８はそれぞれ独立的にフッ素原子、塩素原子、または水素原子を表す。）より選ばれる基を表し；
Ｂはトランス-1,4-シクロへキシレン基、1,4-フェニレン基、または水素原子が１個若しくは２個のフッ素原子で置換された1,4-フェニレン基を表し；
Ｄは下記式(e)〜(h) ：
【化３】
0004306237.tif 000020
（各式中、構造式の左端はＺ２に連結するものとする。Ｘ９〜Ｘ１４はそれぞれ独立的にフッ素原子、塩素原子、または水素原子を表し、Ｙ２〜Ｙ５はそれぞれ独立的にフッ素原子、塩素原子、トリフルオロメチル基、トリフルオロメトキシ基、ジフルオロメトキシ基、またはモノフルオロメトキシ基を表す。）より選ばれる基を表し；
Ｚ１及びＺ２はそれぞれ独立的に単結合または−ＣＨ２ＣＨ２−を表し；Ｘ１〜Ｘ２はそれぞれ独立的にフッ素原子、塩素原子、または水素原子を表し；Ｙ１はフッ素原子、塩素原子、トリフルオロメチル基、トリフルオロメトキシ基、ジフルオロメトキシ基、またはモノフルオロメトキシ基を表す。）で表される化合物群より選ばれる１種または２種以上の化合物、
第二成分：下記一般式（２）：
Ｒ３−Ｅ−Ｚ３−Ｇ−Ｒ４    （２）
（式中、Ｒ３及びＲ４はそれぞれ独立的に炭素数１〜１０のアルキル基、炭素数２〜１０のアルケニル基、または炭素数１〜１０のアルコキシ基を表し；Ｅ及びＧはそれぞれ独立的にトランス-1,4-シクロへキシレン基、または1,4-フェニレン基を表し；Ｚ３は単結合、−ＣＨ２ＣＨ２−、または−Ｃ≡Ｃ−を表す。）で表される化合物群より選ばれる１種または２種以上の化合物、
第三成分：下記一般式（３）：
【化４】
0004306237.tif 000021
（式中、Ｒ５は炭素数１〜１０のアルキル基、炭素数２〜１０のアルケニル基、または炭素数１〜１０のアルコキシ基を表し；Ｊ，Ｋ及びＬはそれぞれ独立的にトランス-1,4-シクロへキシレン基、1,4-フェニレン基、または水素原子が１個若しくは２個のフッ素原子で置換された1,4-フェニレン基を表し；Ｚ４，Ｚ５及びＺ６はそれぞれ独立的に単結合または−ＣＨ２ＣＨ２−を表し；Ｘ１５及びＸ１６はそれぞれ独立的にフッ素原子、塩素原子、または水素原子を表し；Ｙ６はフッ素原子、塩素原子、トリフルオロメチル基、トリフルオロメトキシ基、ジフルオロメトキシ基、またはモノフルオロメトキシ基を表す。）で表される化合物群より選ばれる１種または２種以上の化合物、
第四成分：下記一般式（４）：
【化５】
0004306237.tif 000022
（式中Ｒ６は炭素数１〜１０のアルキル基、または炭素数２〜１０のアルケニル基を表し；Ｍ及びＱはそれぞれ独立的にトランス-1,4-シクロへキシレン基、トランス-1,3-ジオキサン-2,5-ジイル基、または1,4-フェニレン基を表し；ｎは０または１を表し；Ｚ７及びＺ８はそれぞれ独立的には単結合または−ＣＨ２ＣＨ２−を表す。）で表される化合物群より選ばれる１種または２種以上の化合物。
【請求項２】
第一成分を１０〜４５質量％、第二成分を１０〜４０質量％、第三成分を１５〜５０質量％、及び第四成分を１０〜５０質量％含有する請求項１に記載の液晶組成物。
【請求項３】
ネマチック相−等方性液体相転移温度が７０〜１３０℃であり、誘電率異方性が３〜８であり、屈折率異方性が０．０７０〜０．２００である請求項１または２に記載の液晶組成物。
【請求項４】
第四成分として、下記一般式（４ａ）：
【化６】
0004306237.tif 000023
（式中、Ｒ６は、一般式（４）におけるＲ６と同じ意味を有する。）で表される化合物群より選ばれる１種または２種以上の化合物を含有する請求項１乃至３のいずれかに記載の液晶組成物。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載の液晶組成物を用いた液晶表示素子。
【請求項６】
請求項１乃至４のいずれかに記載の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液晶組成物、及びこれを用いた液晶表示素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年液晶表示素子は様々な用途に用いられており、特に表示品位のより高いアクティブマトリックス方式の表示素子に対する需要が高まっている。用途の拡大に伴い、液晶表示素子に望まれる性質としては、消費電力を小さくするためにより低い電圧で駆動できること、より広い温度範囲で動作可能であること、応答速度が速いことなどが挙げられる。
【０００３】
液晶表示素子に望まれる重要な性質の１つである低電圧での駆動を達成するためには、液晶組成物のしきい値電圧の低下が要求される。通常、しきい値電圧を低下させるためには、液晶組成物の誘電率異方性を大きくする必要がある。
一方、ＴＦＴ液晶表示素子に代表されるアクティブマトリックス方式の表示素子では、表示品位を保つために高い電圧保持率が望まれている。
【０００４】
このような液晶表示素子の調製に用いられる液晶組成物として、誘電率異方性が正である（以下、Ｐ型という。）液晶化合物からなる液晶組成物が有用である。Ｐ型液晶化合物のうち、例えばベンゼン環、シクロヘキサン環のような単環を分子内に２個有する（以下、２環系という。）Ｐ型液晶化合物については、低電圧化に有効な誘電率の大きな化合物、例えば、一方の環にフッ素原子が２つ以上付いているものは、環の連結基としてエステル結合を有するものを除きネマチック相−等方性液体相転移温度(Tni)が−１００℃〜−２０℃と低いものが多いため、これを用いた液晶組成物の液晶温度範囲を実用レベルにすることが困難であった。従って、単環を分子内に３個有する（以下、３環系という。）液晶化合物を主成分とする液晶組成物が、主に用いられている（例えば、特許文献１参照。）。
また、例えばインダンのような縮合環を有する液晶化合物についても報告されている（特許文献２参照。）。
【０００５】
【特許文献１】
国際公開第９４／３５５８号パンフレット
【特許文献２】
米国特許５６２６７９１号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１に示された液晶組成物のように３環系液晶化合物が主成分である場合、低電圧駆動を達成するためにしきい値電圧を低くし、誘電率異方性を大きくすると、電圧保持率が低下してしまうため、アクティブマトリックス方式の液晶表示素子において、コントラストの低下を招くという問題があった。また、特許文献２には、液晶化合物及びそれを用いる液晶組成物のしきい値電圧や誘電率異方性については何ら記載されていない。
従って、低電圧駆動を可能とするに十分な低いしきい値電圧を維持しつつ、誘電率異方性を小さくすることができる液晶組成物が求められている。
【０００７】
さらに、特許文献１に記載された液晶化合物は、相溶性が悪く結晶が析出しやすいため、１化合物ごとの含有率を上げることが困難であり、多くの化合物を使用する多成分系の液晶組成物となっていた。このため、製造工程が煩雑となり、組成物の製造工程における安定性が問題になることもあった。
【０００８】
本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、所望の駆動電圧を達成するために必要なしきい値電圧の値を維持しつつ、従来のものと比較して誘電率異方性を低下させた液晶組成物及びそれを用いた液晶表示素子を提供することを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、種々の液晶化合物を用いた液晶組成物を鋭意検討した結果、特定の化合物を含有する液晶組成物及びこれを用いた液晶表示素子によって、上記課題を解決することを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１０】
すなわち、本発明の第一の発明は、下記第一成分〜第四成分を含有することを特徴とする液晶組成物である。
第一成分は、下記一般式（1-1）及び（1-2）：
【００１１】
【化７】
0004306237.tif 000002
【００１２】
（式中、Ｒ１及びＲ２はそれぞれ独立的に炭素数１〜１０のアルキル基、炭素数２〜１０のアルケニル基、または炭素数１〜１０のアルコキシ基を表し；
Ａは下記式(a)〜(d)：
【００１３】
【化８】
0004306237.tif 000003
【００１４】
（各式中、構造式の左端はＲ１に連結し、右端はＺ１に連結するものとする。Ｘ３〜Ｘ８はそれぞれ独立的にフッ素原子、塩素原子、または水素原子を表す。）より選ばれる基を表し；
Ｂはトランス-1,4-シクロへキシレン基、1,4-フェニレン基、または水素原子が１個若しくは２個のフッ素原子で置換された1,4-フェニレン基を表し；
Ｄは下記式(e)〜(h) ：
【００１５】
【化９】
0004306237.tif 000004
【００１６】
（各式中、構造式の左端はＺ２に連結するものとする。Ｘ９〜Ｘ１４はそれぞれ独立的にフッ素原子、塩素原子、または水素原子を表し、Ｙ２〜Ｙ５はそれぞれ独立的にフッ素原子、塩素原子、トリフルオロメチル基、トリフルオロメトキシ基、ジフルオロメトキシ基、またはモノフルオロメトキシ基を表す。）より選ばれる基を表し；
Ｚ１及びＺ２はそれぞれ独立的に単結合または−ＣＨ２ＣＨ２−を表し；Ｘ１〜Ｘ２はそれぞれ独立的にフッ素原子、塩素原子、または水素原子を表し；Ｙ１はフッ素原子、塩素原子、トリフルオロメチル基、トリフルオロメトキシ基、ジフルオロメトキシ基、またはモノフルオロメトキシ基を表す。）で表される化合物群より選ばれる１種または２種以上の化合物である。
第二成分は、下記一般式（２）：
Ｒ３−Ｅ−Ｚ３−Ｇ−Ｒ４    （２）
（式中、Ｒ３及びＲ４はそれぞれ独立的に炭素数１〜１０のアルキル基、炭素数２〜１０のアルケニル基、または炭素数１〜１０のアルコキシ基を表し；Ｅ及びＧはそれぞれ独立的にトランス-1,4-シクロへキシレン基、または1,4-フェニレン基を表し；Ｚ３は単結合、−ＣＨ２ＣＨ２−、または−Ｃ≡Ｃ−を表す。）で表される化合物群より選ばれる１種または２種以上の化合物である。
第三成分は、下記一般式（３）：
【００１７】
【化１０】
0004306237.tif 000005
【００１８】
（式中、Ｒ５は炭素数１〜１０のアルキル基、炭素数２〜１０のアルケニル基、または炭素数１〜１０のアルコキシ基を表し；Ｊ，Ｋ及びＬはそれぞれ独立的にトランス-1,4-シクロへキシレン基、1,4-フェニレン基、または水素原子が１個若しくは２個のフッ素原子で置換された1,4-フェニレン基を表し；Ｚ４，Ｚ５及びＺ６はそれぞれ独立的に単結合または−ＣＨ２ＣＨ２−を表し；Ｘ１５及びＸ１６はそれぞれ独立的にフッ素原子、塩素原子、または水素原子を表し；Ｙ６はフッ素原子、塩素原子、トリフルオロメチル基、トリフルオロメトキシ基、ジフルオロメトキシ基、またはモノフルオロメトキシ基を表す。）で表される化合物群より選ばれる１種または２種以上の化合物である。
第四成分は、下記一般式（４）：
【００１９】
【化１１】
0004306237.tif 000006
【００２０】
（式中Ｒ６は炭素数１〜１０のアルキル基、または炭素数２〜１０のアルケニル基を表し；Ｍ及びＱはそれぞれ独立的にトランス-1,4-シクロへキシレン基、トランス-1,3-ジオキサン-2,5-ジイル基、または1,4-フェニレン基を表し；ｎは０または１を表し；Ｚ７及びＺ８はそれぞれ独立的には単結合または−ＣＨ２ＣＨ２−を表す。）で表される化合物群より選ばれる１種または２種以上の化合物である。
【００２１】
また、本発明の第二の発明は、前記液晶組成物を用いた液晶表示素子である。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について詳細に説明する。
（第一成分）
一般式（1-1）及び（1-2）において、Ｒ１及びＲ２は、それぞれ独立的に炭素数１〜１０のアルキル基、炭素数２〜１０のアルケニル基、または炭素数１〜１０のアルコキシ基を表す。これらのうち、炭素数１〜７のアルキル基が好ましく、炭素数２〜５のアルキル基が特に好ましい。
【００２３】
Ａは、式(a)〜(d)より選ばれる基を表す。(a)〜(c)において、Ｘ３〜Ｘ８はそれぞれ独立的にフッ素原子、塩素原子、または水素原子を表す。
本発明の液晶組成物において、より低いしきい値電圧を達成するためには、Ａは、(a)または(b)であることが好ましく、さらにＸ３〜Ｘ５の少なくとも１つがフッ素原子である(a)、またはＸ６及びＸ７の少なくとも１つがフッ素原子である(b)であることが好ましい。特に、Ｘ３はフッ素原子でありＸ４およびＸ５は水素原子である(a)、Ｘ３〜Ｘ５のうち２つ以上がフッ素原子である(a)、及びＸ６、Ｘ７のいずれもがフッ素原子である(b)が最も好ましい。
また、本発明の液晶組成物において屈折率異方性を小さくするためには、Ａは、(b)、(c)または(d)であることが好ましく、特に(d)であることが好ましい。
【００２４】
Ｂは、トランス-1,4-シクロへキシレン基、1,4-フェニレン基、または水素原子が１個若しくは２個のフッ素原子で置換された1,4-フェニレン基を表す。これらのうち、トランス-1,4-シクロへキシレン基、及び１個若しくは２個のフッ素原子で置換された1,4-フェニレン基が好ましい。特に、液晶組成物の屈折率異方性を小さくするためには、トランス-1,4-シクロへキシレン基が好ましい。
【００２５】
Ｄは、式(e)〜(h)より選ばれる基を表す。(e)〜(h)において、Ｘ９〜Ｘ１４はそれぞれ独立的にフッ素原子、塩素原子、または水素原子を表し、Ｙ２〜Ｙ５は、それぞれ独立的にフッ素原子、塩素原子、トリフルオロメチル基、トリフルオロメトキシ基、ジフルオロメトキシ基、またはモノフルオロメトキシ基を表す。
液晶組成物のしきい値電圧を低下させるためには、Ｄは、(e)または(f)であることが好ましく、さらに、Ｘ９〜Ｘ１１の少なくとも１つがフッ素原子である(e)、またはＸ１２，Ｘ１３の少なくとも１つがフッ素原子である(f)であることが好ましい。これらのうち特に、Ｘ９はフッ素原子であり、Ｘ１０およびＸ１１は水素原子である(e)、Ｘ９〜Ｘ１１の２つ以上がフッ素原子である(e)、及びＸ１２，Ｘ１３のいずれもがフッ素原子である(f)が最も好ましい。
【００２６】
Ｚ１及びＺ２は、それぞれ独立的に単結合または−ＣＨ２ＣＨ２−を表し、単結合であることが好ましい。
Ｘ１、Ｘ２は、それぞれ独立的にフッ素原子、塩素原子、または水素原子を表す。これらのうち、Ｘ１、Ｘ２は、少なくとも１つがフッ素原子であることが好ましく、両方がフッ素原子であることがさらに好ましい。
Ｙ１は、フッ素原子、塩素原子、トリフルオロメチル基、トリフルオロメトキシ基、ジフルオロメトキシ基、またはモノフルオロメトキシ基を表す。これらのうち、フッ素原子またはトリフルオロメトキシ基が好ましく、フッ素原子が最も好ましい。
【００２７】
一般式（1-1）で表される化合物の好ましい形態としては、例えば、以下のような化合物（1-1a）、（1-1b）が挙げられる。
（1-1a）：Ｒ１が炭素数１〜７のアルキル基であり；Ａが (a)または (b)であり；Ｚ１が単結合であり；Ｘ１、Ｘ２の少なくとも１つがフッ素原子であり；Ｙ１がフッ素原子またはトリフルオロメトキシ基である一般式（1-1）で表される化合物。
（1-1b）：Ｒ１が炭素数１〜７のアルキル基であり；Ａが(c)または(d)であり；Ｚ１が単結合であり；Ｘ１、Ｘ２の少なくとも１つがフッ素原子であり；Ｙ１がフッ素原子またはトリフルオロメトキシ基である一般式（1-1）で表される化合物。
【００２８】
一般式（1-1）で表される化合物のさらに好ましい形態としては、例えば、以下のような化合物（1-1c）、（1-1d）が挙げられる。
（1-1c）：Ｒ１が炭素数２〜５のアルキル基であり；ＡはＸ３〜Ｘ５の少なくとも１つがフッ素原子である(a)、またはＸ６及びＸ７の少なくとも１つがフッ素原子である(b)であり；Ｚ１が単結合であり；Ｘ１、Ｘ２の少なくとも１つががフッ素原子であり；Ｙ１がフッ素原子である一般式（1-1）で表される化合物。
（1-1d）：Ｒ１が炭素数２〜５のアルキル基であり；Ａが(d)であり；Ｚ１が単結合であり；Ｘ１、Ｘ２の少なくとも１つががフッ素原子であり；Ｙ１がフッ素原子である一般式（1-1）で表される化合物。
【００２９】
さらに、一般式（1-1）で表される化合物の特に好ましい形態としては、例えば、以下のような化合物（1-1e）〜（1-1l）が挙げられる。
【００３０】
【化１２】
0004306237.tif 000007
【００３１】
（各式中、Ｒ１は、一般式（1-1）におけるＲ１と同じ意味を有する。）
【００３２】
一般式（1-2）で表される化合物の好ましい形態としては、例えば、以下のような化合物（1-2a）が挙げられ、さらに好ましくは（1-2b）が挙げられる。
（1-2a）：Ｒ１が炭素数１〜７のアルキル基であり；Ｂはトランス-1,4-シクロへキシレン基、または１個若しくは２個のフッ素原子で置換された1,4-フェニレン基であり；Ｚ２は単結合であり；Ｄは(e)または(f)である一般式（1-2）で表される化合物。
（1-2b）：Ｒ１が炭素数２〜５のアルキル基であり；Ｂはトランス-1,4-シクロへキシレン基であり；Ｚ２は単結合であり；ＤはＸ９〜Ｘ１１の少なくとも１つがフッ素原子である(e)、またはＸ１２，Ｘ１３の少なくとも１つがフッ素原子である(f)である一般式（1-2）で表される化合物。
【００３３】
さらに、一般式（1-2）で表される化合物の特に好ましい形態としては、例えば、以下のような化合物（1-2c）〜（1-2m）が挙げられる。
【００３４】
【化１３】
0004306237.tif 000008
【００３５】
（各式中、Ｒ２は、一般式（1-2）におけるＲ２と同じ意味を有する。）
【００３６】
第一成分としては、一般式（1-1）及び（1-2）で表される化合物群より選ばれる化合物を１種または２種以上含有するが、１〜１０種含有することが好ましく、さらに１〜５種含有することが好ましい。１〜５種を含有する場合、製造が容易であり、安定して製造できるため好ましい。
液晶組成物中における第一成分の含有率は、１０〜４５質量％が好ましく、さらに１０〜３５質量％、特に１０〜２５質量％が好ましい。含有率が１０質量％より少ないと、しきい値電圧を維持したまま誘電率異方性を小さくすることが困難になり、４５質量％より多いと、応答速度が遅くなる傾向がある。
【００３７】
（第二成分）
一般式（２）において、Ｒ３及びＲ４は、それぞれ独立的に炭素数１〜１０のアルキル基、炭素数２〜１０のアルケニル基、または炭素数１〜１０のアルコキシ基を表す。これらのうち、炭素数１〜７のアルキル基、または炭素数２〜７のアルケニル基が好ましく、炭素数１〜５のアルキル基または炭素数２〜５のアルケニル基がより好ましい。
【００３８】
一般式（２）において、Ｒ３及び／またはＲ４が炭素数２〜５のアルケニル基である場合、以下の式(i)〜(k)：
【００３９】
【化１４】
0004306237.tif 000009
【００４０】
（式は右端で環に連結しているものとする。）で表されるアルケニル基であることが特に好ましい。
【００４１】
Ｅ及びＧは、それぞれ独立的にトランス-1,4-シクロへキシレン基、または1,4-フェニレン基を表し、トランス-1,4-シクロへキシレン基が好ましい。
Ｚ３は、単結合、−ＣＨ２ＣＨ２−、または−Ｃ≡Ｃ−を表す。液晶組成物の屈折率異方性を小さくする必要がある場合は、単結合または−ＣＨ２ＣＨ２−が好ましい。
【００４２】
一般式（２）で表される化合物の好ましい形態としては、例えば、以下のような化合物（2a）〜（2d）が挙げられる。
（2a）：Ｒ３及びＲ４はそれぞれ独立的に炭素数１〜７のアルキル基、または炭素数２〜７のアルケニル基であり；Ｅ及びＧはそれぞれ独立的にトランス-1,4-シクロへキシレン基、または1,4-フェニレン基であり；Ｚ３は、単結合である一般式（２）で表される化合物。
（2b）：Ｒ３及びＲ４はそれぞれ独立的に炭素数１〜７のアルキル基、または炭素数２〜７のアルケニル基であり；Ｅ及びＧはそれぞれ独立的にトランス-1,4-シクロへキシレン基、または1,4-フェニレン基であり；Ｚ３は、−ＣＨ２ＣＨ２−である一般式（２）で表される化合物。
（2c）：Ｒ３及びＲ４はそれぞれ独立的に炭素数１〜７のアルキル基、または炭素数２〜７のアルケニル基であり；Ｅ及びＧはそれぞれ独立的にトランス-1,4-シクロへキシレン基、または1,4-フェニレン基であり；Ｚ３は、−Ｃ≡Ｃ−である一般式（２）で表される化合物。
（2d）：Ｒ３及びＲ４はそれぞれ独立的に炭素数１〜７のアルキル基、または炭素数２〜７のアルケニル基であり；Ｅ及びＧはトランス-1,4-シクロへキシレン基であり；Ｚ３は単結合、−ＣＨ２ＣＨ２−、または−Ｃ≡Ｃ−である一般式（２）で表される化合物。
【００４３】
さらに、一般式（２）で表される化合物の特に好ましい形態としては、例えば、以下のような化合物（2e）〜（2h）が挙げられる。
【００４４】
【化１５】
0004306237.tif 000010
【００４５】
（各式中、Ｒ３及びＲ４は、一般式（２）におけるＲ３及びＲ４と同じ意味を有する。）
【００４６】
第二成分としては、一般式（２）で表される化合物群より選ばれる化合物を１種または２種以上含有するが、１〜１０種含有することが好ましく、さらに１〜５種含有することが好ましい。１〜５種を含有する場合、製造が容易であり、安定して製造できるため好ましい。
液晶組成物中における第二成分の含有率は、１０〜４０質量％が好ましく、さらに１０〜３０質量％、特に１５〜２５質量％が好ましい。含有率が１０質量％より少ないと、液晶組成物の粘度を低下させる効果が得られにくくなり、４０質量％より多いと、しきい値電圧を維持することが困難になり、ネマチック下限温度を維持しにくくなる傾向にある。
【００４７】
（第三成分）
一般式（３）において、Ｒ５は、炭素数１〜１０のアルキル基、炭素数２〜１０のアルケニル基、または炭素数１〜１０のアルコキシ基を表す。これらのうち、炭素数１〜５のアルキル基または炭素数２〜５のアルケニル基が好ましく、炭素数１〜５のアルキル基が特に好ましい。
【００４８】
Ｊ，Ｋ及びＬは、それぞれ独立的にトランス-1,4-シクロへキシレン基、1,4-フェニレン基、または１個若しくは２個のフッ素原子で置換された1,4-フェニレン基を表す。液晶組成物の屈折率異方性を大きくする必要がある場合は、1,4-フェニレン基が好ましい。液晶組成物の屈折率異方性を小さくする必要がある場合は、トランス-1,4-シクロへキシレン基が好ましい。
【００４９】
Ｚ４，Ｚ５及びＺ６は、それぞれ独立的に単結合または−ＣＨ２ＣＨ２−を表し、単結合であることが好ましい。
Ｘ１５及びＸ１６は、それぞれ独立的にフッ素原子、塩素原子、または水素原子を表す。これらのうち、Ｘ１５及びＸ１６は、少なくとも一方がフッ素原子であることが好ましい。
Ｙ６は、フッ素原子、塩素原子、トリフルオロメチル基、トリフルオロメトキシ基、ジフルオロメトキシ基、またはモノフルオロメトキシ基を表す。これらのうちフッ素原子が最も好ましい。
【００５０】
一般式（３）で表される化合物の好ましい形態としては、例えば、以下のような化合物（3a）〜（3c）が挙げられる。
（3a）：Ｒ５が炭素数１〜５のアルキル基または炭素数２〜５のアルケニル基であり；Ｊ，Ｋ及びＬはそれぞれ独立的にトランス-1,4-シクロへキシレン基、または1,4-フェニレン基であり；Ｚ４，Ｚ５及びＺ６はそれぞれ独立的に単結合または−ＣＨ２ＣＨ２−であり；Ｘ１５及びＸ１６は少なくとも一方がフッ素原子であり；Ｙ６がフッ素原子である一般式（３）で表される化合物。
（3b）：Ｒ５が炭素数１〜５のアルキル基または炭素数２〜５のアルケニル基であり；Ｊ，Ｋ及びＬはそれぞれ独立的にトランス-1,4-シクロへキシレン基、または1,4-フェニレン基であり；Ｚ４，Ｚ５及びＺ６が単結合であり；Ｘ１５及びＸ１６は少なくとも一方がフッ素原子であり；Ｙ６がフッ素原子である一般式（３）で表される化合物。
（3c）：Ｒ５が炭素数１〜５のアルキル基または炭素数２〜５のアルケニル基であり；Ｊ，Ｋ及びＬがトランス-1,4-シクロへキシレン基であり；Ｚ４，Ｚ５及びＺ６はそれぞれ独立的に単結合または−ＣＨ２ＣＨ２−であり；Ｘ１５及びＸ１６は少なくとも一方がフッ素原子であり；Ｙ６がフッ素原子である一般式（３）で表される化合物。
【００５１】
一般式（３）で表される化合物のさらに好ましい形態としては、例えば、以下のような化合物（3d）〜（3g）が挙げられる。
【００５２】
【化１６】
0004306237.tif 000011
【００５３】
（各式中、Ｒ５は、一般式（３）におけるＲ５と同じ意味を有する。）
【００５４】
第三成分としては、一般式（３）で表される化合物群より選ばれる化合物を１種または２種以上含有するが、１〜１０種含有することが好ましく、さらに１〜５種含有することが好ましい。１〜５種を含有する場合、製造が容易であり、安定して製造できるため好ましい。
液晶組成物中における第三成分の含有率は、１５〜５０質量％が好ましく、さらに１５〜４０質量％、特に１５〜２５質量％が好ましい。含有率が１５質量％より少ないと、ネマチック相上限温度を高くすることが困難となり、５０質量％より多いと、応答速度が遅くなる傾向にある。
【００５５】
（第四成分）
一般式（４）において、Ｒ６は、炭素数１〜１０のアルキル基、または炭素数２〜１０のアルケニル基を表す。これらのうち、炭素数１〜５のアルキル基または炭素数２〜５のアルケニル基が好ましく、炭素数１〜５のアルキル基が特に好ましい。
【００５６】
ＭおよびＱは、それぞれ独立してトランス-1,4-シクロへキシレン基、トランス-1,3-ジオキサン-2,5-ジイル基、または1,4-フェニレン基を表し、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。ｎは０または１を表し、０であることがより好ましい。
Ｚ７およびＺ８は、それぞれ独立して単結合または−ＣＨ２ＣＨ２−を表し、好ましくは単結合である。
【００５７】
一般式（４）で表される化合物の好ましい形態としては、例えば、以下のような化合物（4a）〜（4b）が挙げられる。
（4a）：Ｒ６は炭素数１〜５のアルキル基または炭素数２〜５のアルケニル基であり；Ｍはトランス-1,4-シクロへキシレン基または1,4-フェニレン基であり；ｎは０であり；Ｚ７は単結合または−ＣＨ２ＣＨ２−である一般式（４）で表される化合物。
（4b）：Ｒ６は炭素数１〜５のアルキル基または炭素数２〜５のアルケニル基であり；ＭおよびＱはトランス-1,4-シクロへキシレン基または1,4-フェニレン基であり；ｎは１であり；Ｚ７およびＺ８はそれぞれ独立的に単結合または−ＣＨ２ＣＨ２−である一般式（４）で表される化合物。
【００５８】
一般式（４）で表される化合物のさらに好ましい形態としては、例えば、以下のような化合物（4c）、（4d）が挙げられる。
【００５９】
【化１７】
0004306237.tif 000012
【００６０】
（各式中、Ｒ６は、一般式（４）におけるＲ６と同じ意味を有する。）
【００６１】
第四成分としては、一般式（４）で表される化合物群より選ばれる化合物を１種または２種以上含有するが、１〜１０種含有することが好ましく、さらに１〜５種含有することが好ましい。１〜５種を含有する場合、製造が容易であり、安定して製造できるため好ましい。
液晶組成物中における第四成分の含有率は、１０〜５０質量％が好ましく、さらに１０〜３５質量％、特に１５〜２５質量％が好ましい。含有率が１０質量％より少ないと、応答速度が遅くなる傾向にあり、５０質量％より多いと、閾値電圧を維持したまま誘電率異方性を小さくすることが困難な傾向にある。
【００６２】
（その他の成分）
本発明の液晶組成物は、上記第一成分、第二成分、第三成分、及び第四成分以外にその他の成分として、いずれも公知であるネマチック液晶、スメクチック液晶、コレステリック液晶、及び光学活性物質（キラル剤）などを含有していてもよい。
【００６３】
本発明の液晶組成物の好ましい形態としては、例えば、以下のような液晶組成物（I）を挙げることができ、さらに好ましくは液晶組成物（II）が挙げられる。
（I）：第一成分として(1-1a)、(1-1b)、(1-2a)及び(1-2b)からなる化合物群から選ばれる１〜５種の化合物を含有し、第二成分として(2a)、(2b)、(2c)及び(2d)からなる化合物群から選ばれる１〜５種の化合物を含有し、第三成分として、(3a)、(3b)及び(3c)からなる化合物群から選ばれる１〜５種の化合物を含有し、第四成分として、(4a)及び(4b)からなる化合物群から選ばれる１〜５種の化合物を含有する液晶組成物。
（II）：第一成分として(1-1e)〜(1-1l)及び(1-2c)〜(1-2m)からなる化合物群から選ばれる１〜５種の化合物を含有し、第二成分として(2e)〜(2h)から選ばれる１〜５種の化合物を含有し、第三成分として(3d)〜(3g)から選ばれる１〜５種の化合物を含有し、第四成分として(4c)及び(4d)からなる化合物群から選ばれる１〜５種の化合物を含有する液晶組成物。
【００６４】
本発明の液晶組成物の調製は、従来公知の方法で行うことができ、例えば、上記各成分を通常の方法で混合、攪拌することにより調製できる。
【００６５】
本発明の液晶組成物は、ＴＮ−ＬＣＤ、ＳＴＮ−ＬＣＤ及びＴＦＴ−ＬＣＤに有用であるが、特にＴＦＴ−ＬＣＤの製造に好適に用いられる。
本発明の液晶組成物を用いると、所望の駆動電圧を達成するために必要なしきい値電圧の値を維持しつつ、従来のものと比較して誘電率異方性を低下させた液晶表示素子を調製することができる。
すなわち、本発明の液晶組成物は、誘電率異方性を或る特定の値に設定した場合、従来の組成物に比べて90°捻れツイストセルで測定したしきい値電圧を５％〜２０％低くすることができる。
結果として、本件発明により誘電率異方性が７以下で、閾値電圧が１．６Ｖ以下の液晶組成物を得ることができる。
【００６６】
一般的に液晶表示素子を低電圧駆動にするためには、液晶組成物の誘電率異方性を大きくする必要がある。しかし、液晶材料の誘電率異方性が大きいと電圧保持率が悪化し、表示素子のコントラストが低下するため、誘電率異方性を小さくして駆動できることは、非常に有用である。
【００６７】
さらに、本発明の液晶組成物は、相溶性に優れており、従来の組成物と比較して結晶が析出しにくく、１化合物ごとの含有率を上昇させることができる。従って、液晶組成物中の成分数を減少させることができ、製造工程が簡易となり、組成物の製造工程における安定性の問題を減少させることができる。
【００６８】
次に、本発明の第二の発明は、上記の液晶組成物を用いた液晶表示素子である。本発明の液晶表示素子は、ＴＮ液晶表示素子、ＳＴＮ液晶表示素子またはＴＦＴ液晶表示素子であることが好ましいが、特にＴＦＴ液晶表示素子であることが好ましい。これらの液晶表示素子は公知の方法により調製することができる。
【００６９】
【実施例】
以下本発明の実施例を説明するが、本発明の範囲はこれらの実施例に限定されるものではない。なお、以下の実施例及び比較例における「％」という記載は「質量％」を意味する。
【００７０】
以下の実施例及び比較例において、測定した特性は以下のとおりである。
Tni    ：ネマチック相−等方性液体相転移温度（℃）
T→n    ：固体相またはスメクチック相−ネマチック相転移温度（℃）
Vth    ：閾値電圧（Ｖ）；25℃でセル厚6.0μｍのＴＮ−液晶表示素子を構成したとき、初期状態から透過率が10％変化するのに必要な電圧
Δｎ    ：25℃での屈折率異方性
Δε    ：25℃での誘電率異方性
【００７１】
９０°捻れＴＮ液晶表示素子の作製は、以下のようにして行った。
対向する平面透明電極上に配向膜「AL-1051」（ＪＳＲ社製）を塗布し、この配向膜をラビングして配向状態を形成したツイスト角９０°のＴＮ−ＬＣＤセルを作製し、このセルにカイラル化合物を添加した液晶組成物を注入してＴＮ液晶表示素子を作製した。
【００７２】
以下、実施例及び比較例の液晶組成物に含有される化合物の記載に下記の略号を使用する。なお、以下のｍ、ｐ、ｑ、ｒは整数を表す。
アルキル基（炭素数ｍ）
−ｍ    ：−ＣｍＨ２ｍ＋１
アルケニル基（炭素数ｐ＋ｑ＋１）
ｐｄｑ−：(ＣｐＨ２ｐ＋１−ＣＨ＝ＣＨ−(ＣＨ２)ｑ−１)−
−ｐｄｑ：−((ＣＨ２)ｐ−１−ＣＨ＝ＣＨ−ＣｑＨ２ｑ＋１)
アルコキシ基
−Ｏｒ  ：−ＯＣｒＨ２ｒ＋１
連結基
−２−  ：−ＣＨ２ＣＨ２−
−Ｔ−  ：−Ｃ≡Ｃ−
環
【００７３】
【化１８】
0004306237.tif 000013
【００７４】
（各式中、構造式の左端及び右端は他の構造に連結するものとする。ただし、In6は構造式の左端のみが他の構造に連結する。）
例えば、以下に示すように、各化合物を略号で記載する。
【００７５】
【化１９】
0004306237.tif 000014
【００７６】
（実施例１〜４、比較例１〜３）
本発明にかかる液晶組成物No.1(実施例１)〜No.4(実施例４)を調製した。また、一般式（３）で表される化合物及び／または一般式（４）で表される化合物並びにその他の化合物を用いて液晶組成物M1,M2,M3（比較例１、２、３）を調製した。さらに、これらの液晶組成物を使用した90°捻れのＴＮ−ＬＣＤを作製した。それぞれの液晶組成物には、必要な捻れ(ピッチ100μm)を付与するためにカイラル化合物(コレステリックノナネート)を添加した。表１〜３に実施例及び比較例の液晶組成物の組成比と液晶組成物を使用したＴＮ−ＬＣＤの特性測定値を示す。下記の実施例１〜４に記載の液晶組成物は４Ｖ駆動ＴＦＴ液晶表示素子用として使用することができる。
【００７７】
【表１】
0004306237.tif 000015
【００７８】
【表２】
0004306237.tif 000016
【００７９】
【表３】
0004306237.tif 000017
【００８０】
表１〜３において、(1)は一般式(1-1)または(1-2)で表される化合物、(2)は一般式(2)で表される化合物、(3)は一般式(3)で表される化合物、(4)は一般式(4)で表される化合物を示す。
【００８１】
比較例１〜３の結果より、例えば特許文献１に示されたような３環系液晶化合物を主成分とする液晶組成物においては、1.5V程度のVthを達成させるためにはΔεは7.4以上となることがわかった。
【００８２】
１．５Ｖ以下の低いVthを有する実施例１のNo.1は、ネマチック温度範囲およびVthがほぼ同等の比較例１のM1と比べて、Δεを低下させることができた。
【００８３】
１．６Ｖ程度のVthを有する実施例２のNo.2は、ネマチック温度範囲およびVthがほぼ同等の比較例2のM2と比較して、やはりΔεを低下させることができた。
【００８４】
ネマチック温度範囲の比較的高い実施例３のNo.3は、ネマチック温度範囲およびVthがほぼ同等の比較例3のM3より、Δεを低下させることができた。
【００８５】
実施例４のNo.4は、Vthがほぼ同等の比較例3のM3に比べ、Δεを低下させることができる上にネマチック相上限温度も上昇している。
【００８６】
以上のように、本発明の液晶組成物である実施例１〜4のNo.1〜No.4は、比較例１〜３の液晶組成物M1〜M3と比較して、同等またはそれ以下のしきい値電圧を有しながらΔεを低下させることができた。さらに、比較例の組成物は同等の温度範囲を得るために最低12成分を必要とし、8成分で済む実施例と比べて劣るものであった。
【００８７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、低電圧駆動を可能とするに十分な低いしきい値電圧を維持しつつ、誘電率異方性を小さくすることができる液晶組成物及びそれを用いた液晶表示素子を提供することができる。