(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で表される化合物を含むことを特徴とするネマチック液晶組成物。
【化１】
0004961065.tif 000036
ここで、Ｒ１とＲ２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、シアノ基、ハロゲン原子、水素原子を、Ｒ３はメチル基、ハロゲン原子、または水素原子を、Ｚ１は単一結合またはエステル結合（−ＣＯＯ−）を各々示し（ただし、Ｒ１及びＲ２が同時にシアノ基、ハロゲン原子または水素原子になる場合は除く）、
【化２】
0004961065.tif 000037
ここで、Ｒ４とＲ５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し、
【化３】
0004961065.tif 000038
ここで、Ｒ６とＲ７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、Ｚ２は水素原子、シアノ基またはハロゲン原子を各々示し、
【化４】
0004961065.tif 000039
ここで、Ｒ８は炭素数１〜１２のアルキル基、Ｙはシアノ基、ハロゲン原子、−ＯＲ、
【化５】
0004961065.tif 000040
又は
【化６】
0004961065.tif 000041
を各々示し、
Ｘ、Ｖ、Ｔ、Ｐ、Ｑ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。
【請求項２】
前記化学式１で表される化合物の含量は１．０〜６０．０重量部、化学式２で表される化合物の含量は１．０〜６０．０重量部、化学式３で表される化合物の含量は１．０〜２０．０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は１００重量部である。）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。
【請求項３】
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または２に記載のネマチック液晶組成物。
【化７】
0004961065.tif 000042
ここで、Ｒ９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、Ｗは単一結合またはエチレン基（−ＣＨ２ＣＨ２−）を各々示す。
【請求項４】
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３に記載のネマチック液晶組成物。
【請求項５】
化学式６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１〜４のいずれか一項に記載のネマチック液晶組成物。
【化８】
0004961065.tif 000043
ここで、Ｒ１０とＲ１１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６】
前記化学式６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および６、または化学式１〜６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に記載のネマチック液晶組成物。
【請求項７】
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。
【化９】
0004961065.tif 000044
ここで、Ｒ１とＲ２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、シアノ基、ハロゲン原子、水素原子を、Ｒ３はメチル基、ハロゲン原子、または水素原子を、Ｚ１は単一結合またはエステル結合（−ＣＯＯ−）を各々示し（ただし、Ｒ１及びＲ２が同時にシアノ基，ハロゲン原子または水素原子になる場合は除く）、
【化１０】
0004961065.tif 000045
ここで、Ｒ４とＲ５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し、
【化１１】
0004961065.tif 000046
ここで、Ｒ６とＲ７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、Ｚ２は水素原子、シアノ基またはハロゲン原子を各々示し、
【化１２】
0004961065.tif 000047
ここで、Ｒ８は炭素数１〜１２のアルキル基、Ｙはシアノ基、ハロゲン原子、−ＯＲ、
【化１３】
0004961065.tif 000048
又は
【化１４】
0004961065.tif 000049
を各々示し、
Ｘ、Ｖ、Ｔ、Ｐ、Ｑ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。
【請求項８】
前記液晶組成物において化学式１で表される化合物の含量は１．０〜６０．０重量部、化学式２で表される化合物の含量は１．０〜６０．０重量部、化学式３で表される化合物の含量は１．０〜２０．０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は１００重量部である。）ことを特徴とする請求項７に記載の液晶表示素子。
【請求項９】
前記液晶組成物が化学式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７または８に記載の液晶表示素子。
【化１５】
0004961065.tif 000050
ここで、Ｒ９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、Ｗは単一結合またはエチレン基（−ＣＨ２ＣＨ２−）を各々示す。
【請求項１０】
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９に記載の液晶表示素子。
【請求項１１】
前記液晶組成物が化学式６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７〜１０のいずれか一項に記載の液晶表示素子。
【化１６】
0004961065.tif 000051
ここで、Ｒ１０とＲ１１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１２】
前記化学式６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および６、または化学式１〜６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１１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）の化合物は粘性の低い非極性の液晶化合物であって、その特性はＤＥ２，６３８，６３４及びＤＤＲ１７１，９７１に詳しく説明されている。
【０００３】
【化１７】
0004961065.tif 000002
【０００４】
ここで、Ｒ1とＲ2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、シアノ基、ハロゲン原子、水素原子を、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、Ｒ3はメチル基、ハロゲン原子、または水素原子を、Ｚ1は単一結合またはエステル結合（−ＣＯＯ−）を各々示す。
【０００５】
下記構造式（化学式４）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及び特性は米国特許第４，８５３，１５０号に詳しく説明されている。
【０００６】
【化１８】
0004961065.tif 000003
【０００７】
ここで、Ｒ８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、
【０００８】
【化１９】
0004961065.tif 000004
【０００９】
または
【００１０】
【化２０】
0004961065.tif 000005
【００１１】
を各々示し、
Ｘ、Ｖ、Ｔ、Ｐ、Ｑ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。
【００１２】
下記構造式（化学式５）で表されるイソチオシアネート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と米国特許第４，５２８，１１６号に詳しく説明されている。
【００１３】
【化２１】
0004961065.tif 000006
【００１４】
ここで、Ｒ９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、Ｗは単一結合またはエチレン基（−ＣＨ２ＣＨ２−）を各々示す。
【００１５】
下記構造式（化学式６）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２２】
0004961065.tif 000007
【００１７】
ここで、Ｒ１０とＲ１１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２）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２３】
0004961065.tif 000008
【００２０】
ここで、Ｒ４とＲ５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。
【００２１】
下記構造式３（化学式３を含む）で表される化合物は非極性物質であって、その特性は次の文献［Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ，５，１５９（１９８９）］に詳しく説明されている。
【００２２】
【化２４】
0004961065.tif 000009
【００２３】
ここで、Ｒ６とＲ７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、Ｚ２は水素原子、シアノ基、またはハロゲン原子を、Ｅはフェニレン、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各々示す。
【００２４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明が解決しようとする技術的課題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。
【００２５】
本発明が解決しようとする他の技術的課題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。
【００２６】
【課題を解決するための手段】
前記技術的課題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で表される化合物を含むことを特徴とするネマチック液晶組成物を提供する。
【００２７】
【化２５】
0004961065.tif 000010
【００２８】
ここで、Ｒ１とＲ２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、シアノ基、ハロゲン原子、水素原子を、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、Ｒ３はメチル基、ハロゲン原子、または水素原子を、Ｚ１は単一結合またはエステル結合（−ＣＯＯ−）を各々示し（ただし、Ｒ１及びＲ２が同時にシアノ基，ハロゲン原子または水素原子になる場合は除く）、
【００２９】
【化２６】
0004961065.tif 000011
【００３０】
ここで、Ｒ４とＲ５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し、
【００３１】
【化２７】
0004961065.tif 000012
【００３２】
ここで、Ｒ６とＲ７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、Ｚ２は水素原子、シアノ基またはハロゲン原子を各々示し、
【化２８】
0004961065.tif 000013
ここで、Ｒ８は炭素数１〜１２のアルキル基、Ｙはシアノ基、ハロゲン原子、−ＯＲ、
【化２９】
0004961065.tif 000014
又は
【化３０】
0004961065.tif 000015
を各々示し、
Ｘ、Ｖ、Ｔ、Ｐ、Ｑ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。
【００３３】
前記液晶組成物は化学式５または化学式６の化合物をさらに含むこともある。
【００４０】
【化３１】
0004961065.tif 000016
【００４１】
ここで、Ｒ９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、Ｗは単一結合またはエチレン基（−ＣＨ２ＣＨ２−）を各々示し、
【００４２】
【化３２】
0004961065.tif 000017
【００４３】
ここで、Ｒ１０とＲ１１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。
【００４４】
また、他の技術的課題は、本発明に係る液晶組成物を１対の電極基板の間に挿入して製造することを特徴とする液晶表示素子を提供する。
【００４５】
【発明の実施の形態】
本発明の液晶組成物は必須構成成分として化学式１乃至４の化合物を含んでいる。
【００４６】
【化３３】
0004961065.tif 000018
【００４７】
ここで、Ｒ１とＲ２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、シアノ基、ハロゲン原子、水素原子を、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、Ｒ３はメチル基、ハロゲン原子、または水素原子を、Ｚ１は単一結合またはエステル結合（−ＣＯＯ−）を各々示し（ただし、Ｒ１及びＲ２が同時にシアノ基，ハロゲン原子または水素原子になる場合は除く）、
【００４８】
【化３４】
0004961065.tif 000019
【００４９】
ここで、Ｒ４とＲ５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し、
【００５０】
【化３５】
0004961065.tif 000020
【００５１】
ここで、Ｒ６とＲ７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、Ｚ２は水素原子、シアノ基またはハロゲン原子を各々示し、
【化３６】
0004961065.tif 000021
ここで、Ｒ８は炭素数１〜１２のアルキル基、Ｙはシアノ基、ハロゲン原子、−ＯＲ、
【化３７】
0004961065.tif 000022
又は
【化３８】
0004961065.tif 000023
を各々示し、
Ｘ、Ｖ、Ｔ、Ｐ、Ｑ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。
【００５２】
前記液晶組成物において、ここでは化学式１乃至４の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１．０〜６０．０重量部、化学式２で表される化合物の含量は１．０〜６０．０重量部、化学式３で表される化合物の含量は１．０〜２０．０重量部、化学式４の化合物の含量は１．０〜２０．０重量部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の化合物の含量が前記範囲を外れる場合には液晶組成物の非極性が過度に大きくなって液晶組成物のスレショルド電圧が高まり、前記化学式２の化合物の含量が前記範囲を外れる場合には液晶組成物の粘度が過度に大きくなり、前記化学式３の化合物の含量が前記範囲を外れる場合には液晶組成物の粘度が過度に大きくなり、前記化学式４の化合物の含量が前記範囲を外れる場合には液晶組成物の粘度が過度に大きくなる問題点があって望ましくない。
【００５３】
また、本発明の液晶組成物は化学式５または化学式６の化合物をさらに含むこともある。
【００６０】
【化３９】
0004961065.tif 000024
【００６１】
ここで、Ｒ９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、Ｗは単一結合またはエチレン基（−ＣＨ２ＣＨ２−）を各々示し、
【００６２】
【化４０】
0004961065.tif 000025
【００６３】
ここで、Ｒ１０とＲ１１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。
【００６４】
前記化学式５乃至６の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５の化合物の含量は１．０〜２０．０重量部、化学式６の化合物の含量は１．０〜２０．０重量部であることが望ましい。なお、この際化合物１〜４で表される化合物と任意に配合される化学式５〜６で表される化合物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５の化合物の含量が前記範囲を外れる場合には液晶組成物の粘度が過度に大きくなり、前記化学式６の化合物の含量が前記範囲を外れる場合には液晶組成物の非極性が過度に大きくなってスレショルド電圧が過度に大きくなる問題点がある。
【００６５】
【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。
【００６６】
実施例１
表１〜３に示したように化学式１ａで表される化合物１４．４重量％、化学式１ｂで表される化合物２．５重量％、化学式１ｃで表される化合物１６．２重量％、化学式１ｄで表される化合物２．７重量％、化学式１ｅで表される化合物４．４重量％、化学式２ａで表される化合物８．９重量％、化学式２ｂで表される化合物９．９重量％、化学式２ｃで表される化合物１２．０重量％、化学式２ｄで表される化合物９．１重量％、化学式２ｅで表される化合物７．５重量％、化学式２ｆで表される化合物６．２重量％、化学式３ａで表される化合物４．７重量％、及び化学式３ｂで表される化合物１．５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、均一に混合されたネマチック相液晶組成物を得た。
【００６７】
こうして得られた前記液晶組成物を９０゜捩じれた６μｍのＴＮ（ｔｗｉｓｔｅｄ  ｎｅｍａｔｉｃ）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（ｅｌｅｃｔｒｏｏｐｔｉｃａｌ  ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ）を測定した。得られた電気光学的特性を表９に示した。表９を参照すれば、前記液晶組成物のネマチック相形成温度（ｎｅｍａｔｉｃ  ｐｈａｓｅ  ｆｏｒｍａｔｉｏｎ  ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）のＴN-Iは６６．５℃であった。従って、本液晶組成物は室温を含んで６６．５℃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（ｏｐｔｉｃａｌ  ａｎｉｓｏｔｒｏｐｙ）Δｎは０．１３３、誘電率異方性（ｐｏｓｉｔｉｖｅ  ａｎｉｓｏｔｒｏｐｙ  ｏｆ  ｐｅｒｍｉｔｔｉｖｉｔｙ）Δεは１５．０、セルに投射される光の１０％を通過させる時の電圧（ｔｈｅｖｏｌｔａｇｅ  ａｔ  ｗｈｉｃｈ  ｔｈｅ  ｃｅｌｌ  ｐａｓｓｅｓ  １０％  ｏｆ  ｔｈｅ  ｌｉｇｈｔ  ｆａｌｌｉｎｇ  ｏｎ  ｉｔ）のスレショルド電圧Ｖ10は１．３６Ｖ、セルに投与される光の９０％を通過させる時の電圧の飽和電圧（ｓａｔｕｒａｔｉｏｎ  ｖｏｌｔａｇｅ）Ｖ90は１．９５Ｖ、下記のように定義されるデューティー数（ｔｈｅｎｕｍｂｅｒｏｆｄｕｔｉｅｓ）Ｎ90は８．３７であった。
【００６８】
【数１】
0004961065.tif 000026
【００６９】
実施例２〜１３
液晶組成物の各成分を表１〜８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、得られ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。得られた電気光学的特性を表９に示した。
【００７０】
表９を参照すれば、本発明に係る液晶組成物のＴN-Iは６３．２〜８０．７℃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１〜９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、本発明に係る液晶組成物のＮ90値の範囲は８．３７〜１０．８５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１〜８においてアルキル基または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。
【００７１】
【表１】
0004961065.tif 000027
【００７２】
【表２】
0004961065.tif 000028
【００７３】
【表３】
0004961065.tif 000029
【００７４】
【表４】
0004961065.tif 000030
【００７５】
【表５】
0004961065.tif 000031
【００７６】
【表６】
0004961065.tif 000032
【００７７】
【表７】
0004961065.tif 000033
【００７８】
【表８】
0004961065.tif 000034
【００７９】
【表９】
0004961065.tif 000035
【００８０】
【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。