(57)【要約】      （修正有）【課題】液晶相温度範囲が広く、粘性が低い、誘電率異方性が負のアクティブマトリクス型液晶表示素子用液晶組成物及びこれを使用したアクティブマトリクス型液晶表示素子の提供。【解決手段】式1及び式22009040942.tif 000019で表される化合物。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一成分として一般式(1)、
【化１】
2009040942.tif 000015
（式中、R1は炭素数1〜15のアルキル基または炭素数2〜15のアルケニル基を表し、mは0または1を表す。）で表される化合物を含有し、第二成分として一般式(2)
【化２】
2009040942.tif 000016
（式中、R2は炭素数1〜15のアルキル基または炭素数2〜15のアルケニル基を表す。）で表される化合物を含有し、誘電率異方性が負であることを特徴とするネマチック液晶組成物。
【請求項２】
一般式(3)
【化３】
2009040942.tif 000017
（式中、Ra及びRbは、それぞれ独立して炭素数1〜15のアルキル基または炭素数2〜15のアルケニル基を表す。）で表される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】
式(3-1)
【化４】
2009040942.tif 000018
で表される化合物を含有する請求項2記載のネマチック液晶組成物。
【請求項４】
一般式(2)において、R2が炭素数2〜5のアルケニル基である請求項1記載のネマチック液晶組成物。
【請求項５】
請求項1から4のいずれかに記載のネマチック組成物を用いた液晶表示素子。
【請求項６】
請求項1から4のいずれかに記載のネマチック組成物を用いたアクティブマトリックス駆動液晶表示素子。
【請求項７】
請求項1から4のいずれかに記載のネマチック組成物を用いたVAモード、IPSモードまたはECBモード液晶表示素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電気光学的液晶表示材料として有用な誘電率異方性が負のネマチック晶組成物及びこれを用いた液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
表示品質が優れていることから、アクティブマトリクス形液晶表示装置が携帯端末、液晶テレビ、プロジェクタ、コンピューター等の市場に出されている。アクティブマトリクス表示方式は、画素毎にTFT（薄膜トランジスタ）あるいはMIM（メタル・インシュレータ・メタル）等が使われており、この方式には高電圧保持率であることが重要視されている。また、更に広い視角特性を得るためにVA、IPS、OCBモードと組み合わせたTFT表示やより明るい表示を得るためにECBモードの反射型が提案されている。この様な表示素子に対応するために、現在も新しい液晶化合物あるいは液晶組成物の提案がなされている（特許文献1、特許文献2）。
【０００３】
よりきれいな動画表示が求められる今日、応答速度を高速化させるために低粘性化された液晶組成物への要望が強くなっている。また、低温領域から高温領域まで広い動作温度範囲を可能にするためにネマチック温度範囲の広い液晶組成物が要求されている。
【０００４】
低粘性液晶組成物は、Δnの小さいシクロヘキサン環で構成されたビシクロヘキサン誘導体等の含有率を大きくすることで得ることができる。しかし、これらの化合物はスメクチック性が高く、ビシクロヘキサン系化合物の含有率を大きくした場合、ネマチック相下限温度(T-n)を低くすることが困難であり、広いネマチック温度範囲を有する液晶組成物を得ることが困難であった。
【０００５】
一方、誘電率異方性が負の液晶材料として、以下のような2,3-ジフルオロフェニレン骨格を有する液晶化合物とこれを用いた比較的低粘性である液晶組成物の具体例が開示されている(特許文献3参照)。
【０００６】
【化１】
2009040942.tif 000002
【０００７】
また、以下のような2,3-ジフルオロフェニレン骨格を有する液晶化合物とこれを用いた比較的低粘性である液晶組成物の具体例が開示されている(特許文献4及び5参照)。しかしながら、これら組成物の粘性は十分に低いものではなかった。
【０００８】
【化２】
2009040942.tif 000003
【０００９】
更に、誘電率異方性が負の液晶材料として、以下のような2,3-ジフルオロフェニレン骨格を有する液晶化合物（特許文献６及び７参照）が開示されている。
【００１０】
【化３】
2009040942.tif 000004
【００１１】
しかし、当該引用文献に記載される化合物のみで構成される誘電率異方性が負の液晶組成物は、液晶テレビ等の高速応答が要求される液晶組成物においては十分に低い粘性を実現するに至っていない。
以上のことから、液晶相温度範囲が広く、粘性が低い誘電率異方性が負の液晶組成物を得ることは困難であり、これらの課題を解決することができる液晶組成物の開発が望まれていた。
【００１２】
【特許文献１】特開平２−２３３６２６号公報
【特許文献２】特公表４−５０１５７５号公報
【特許文献３】特開２００７−３９６４２号公報
【特許文献４】特開２００６−２３３１８２号公報
【特許文献５】特開２００７−３９６３９号公報
【特許文献６】特開昭６０−１９９８４０号公報
【特許文献７】特開平２−４７２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明が解決しようとする課題は、液晶相温度範囲が広く、粘性が低い、誘電率異方性が負のアクティブマトリクス型液晶表示素子用液晶組成物を提供すること、及び、これを使用したアクティブマトリクス型液晶表示素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本願発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、二つの特徴的構造を有する化合物を含有する液晶組成物の有用性を見出し本願発明の完成に至った。
本願発明は、第一成分として一般式(1)、
【００１５】
【化４】
2009040942.tif 000005
（式中、R1は炭素数1〜15のアルキル基または炭素数2〜15のアルケニル基を表し、mは0または1を表す。）で表される化合物を含有し、第二成分として一般式(2)
【００１６】
【化５】
2009040942.tif 000006
（式中、R2は炭素数1〜15のアルキル基または炭素数2〜15のアルケニル基を表す。）で表される化合物を含有し、誘電率異方性が負であることを特徴とするネマチック液晶組成物及びこれを用いた液晶表示素子を提供する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の液晶化合物の組み合わせによって、粘性がより低く、低温で安定したネマチック相を持ち、液晶相温度範囲が広く、広い範囲で屈折率異方性（Δn=0.05〜0.15）を調整でき、かつ信頼性に優れたアクティブマトリクス型液晶表示素子用液晶組成物が得られた。この組成物を用いることにより、応答速度が速く、動作温度範囲が広いアクティブマトリクス型液晶表示素子が提供され、VAモード、IPSモードまたはECBモード等の液晶ディスプレイとして非常に有用である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本願発明における液晶組成物は、一般式(1)及び(2)を同時に含有することを特徴とするが、その含有量は一般式(1)で表される化合物を5〜60%含有し、一般式(2)で表される化合物を5〜60%含有することが好ましく、一般式(1)で表される化合物を10〜50％含有し、一般式(2)で表される化合物を10〜30％含有することがより好ましい。
【００１９】
一般式(1)において、R1は炭素数1〜15のアルキル基または炭素数2〜15のアルケニル基を表すが、炭素数1〜7のアルキル基または炭素数2〜7のアルケニル基がより好ましく、炭素数2〜5のアルキル基が特に好ましい。
一般式(2)において、R2は炭素数1〜15のアルキル基または炭素数2〜15のアルケニル基を表すが、炭素数1〜7のアルキル基または炭素数2〜7のアルケニル基がより好ましく、炭素数2〜5のアルケニル基が特に好ましい。
本願発明の液晶組成物は、第三成分として、一般式(3)
【００２０】
【化６】
2009040942.tif 000007
（式中、Ra及びRbはそれぞれ独立して炭素数1〜15のアルキル基または炭素数2〜15のアルケニル基を表す。）で表される化合物を含有することがより好ましい。この場合の含有量は、一般式(1)で表される化合物を5〜60%含有し、一般式(2)で表される化合物を5〜60%含有し、一般式(3)で表される化合物を5〜60％含有することが好ましく、一般式(1)で表される化合物を10〜50％含有し、一般式(2)で表される化合物を10〜30％含有し、一般式(3)で表される化合物を10〜40％含有することがより好ましい。
一般式(3)において、Ra及びRbはそれぞれ独立して炭素数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、RaまたはRbの一方がアルキル基を表し、もう一方がアルケニル基を表すことがより好ましく、
具体的な構造としては、式(3-1)
【００２１】
【化７】
2009040942.tif 000008
で現される化合物が特に好ましい。
本発明の液晶組成物の物性値を調整するために、一般式(4)及び一般式(5)
【００２２】
【化８】
2009040942.tif 000009
（式中、R3〜R4はそれぞれ独立して炭素数1〜10のアルキル基、アルコキシル基または炭素数2〜10のアルケニル基を表し、R5〜R6はそれぞれ独立して炭素数1〜10のアルキル基またはアルコキシル基を表し、A〜Eはそれぞれ独立的してトランス-1,4-シクロへキシレン基または1,4-フェニレン基を表すが、これらの基中の水素原子はそれぞれ独立して-CH3、-Fまたは-Clで置換されていても良く、L1〜L4はそれぞれ独立して単結合、-CH2CH2-、-(CH2)4-、-CH=CH-、-COO-、-OCH2-、-CH2O-、-OCF2-または-CF2O-を表し、n及びoはそれぞれ独立して0〜2を表し、X1〜X2はそれぞれ独立して-H、-Fまたは-Clを表す。）で表される化合物群から選ばれる1種または2種以上の化合物を含有することが好ましい。但し、該化合物群から一般式(2)、一般式(3)及び式(3-1)で表される化合物は除かれる。
【００２３】
一般式(4)及び一般式(5)で表される化合物群から選ばれる化合物を含有する場合、1種〜15種含有することが好ましく、1種〜5種がより好ましい。
一般式(4)及び一般式(5)で表される化合物群から選ばれる化合物は、5〜40％含有することが好ましく、5〜25％含有することが特に好ましい。
一般式(5)において、X1〜X2はそれぞれ独立して-H、-Fまたは-Clを表すが、-Hまたは-Fがより好ましく、X1=X2=-Fが特に好ましい。
さらに詳述すると、一般式(4)の具体的な構造として以下の化合物が好ましい。
【００２４】
【化９】
2009040942.tif 000010
（式中R7及びR8はそれぞれ独立して、炭素数1〜5のアルキル基、アルコキシル基、炭素数2〜5のアルケニル基または炭素数2〜5のアルケニルオキシ基を表し、フェニル基中のH原子はF原子で置換されていても良い。）
一般式(5)の具体的な構造として以下の化合物が好ましい。
【００２５】
【化１０】
2009040942.tif 000011
【００２６】
（式中R9及びR11は炭素数1〜5のアルキル基、R10は炭素数1〜5のアルキル基またはアルコキシル基を表す。）
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もよい。
【００２７】
本発明において、ネマチック相-等方性液体相転移温度（TN-I）は68〜120℃であるが、70〜105℃がより好ましく、70〜95℃が特に好ましい。固体相またはスメクチック相−ネマチック相転移温度（T→N）は-80〜-20℃であるが、-30℃以下であることがより好ましく、-40℃以下であることが特に好ましい。25℃における屈折率異方性（Δｎ）は0.05〜0.15であるが、0.07〜0.13であることがより好ましく、0.08〜0.11であることが特に好ましい。25℃における誘電率異方性（Δε）は-1.5〜-8.0であるが、-1.5〜-6.0であることがより好ましく、-1.5〜-5.5であることが特に好ましい。
【００２８】
本発明のネマチック液晶組成物は液晶表示素子に有用であるが、アクティブマトリクス駆動用液晶表示素子に特に有用であり、VAモード、IPSモードまたはECBモード用液晶表示素子に用いることができる。又、透過モード、反射モード及び半透過モードの何れにも用いることができる。
【００２９】
以下、例を挙げて本発明を更に詳述するが、本発明はこれらによって限定されるものではない。また、「％」は「質量％」を意味する。
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    ：固体相またはスメクチック相-ネマチック相転移温度(℃)を液晶相下限温度
とする。
Δε    ：25℃における誘電率異方性
Δn     ：25℃における屈折率異方性
η      ：20℃における粘性
VHR    ：60℃における保持率(%)
(セル厚3.5μmのVA-LCDに注入し、5V印加、フレームタイム16.7ms、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。)
【００３０】
化合物の記載に下記の略号を使用する。
末端のn(数字)  CnH2n+1-
-2-      -CH2CH2-
-1O-    -CH2O-
-O1-    -OCH2-
-On     -OCnH2n+1
ndm-    CnH2n+1-C=C-(CH2)m-1-
【００３１】
【化１１】
2009040942.tif 000012
本発明のネマチック液晶組成物として実施例1(No.1)及び比較例1(R1)の組成と物性値を表1に示す。
【００３２】
【表１】
2009040942.tif 000013
【００３３】
実施例1(No.1)の物性値は、比較例1(R1)と比較してT→Nが十分に低く、ηも大幅に低減されており、その他の物性値は同等かそれ以上の値を示した。以上のことから、本発明の液晶組成物である実施例1(No.1)は、液晶相温度範囲が広く、粘性が低いため、非常に有用であることがわかる。
次に、実施例2(No.2)、比較例2(R2)及び比較例3(R3)の組成と物性値を表2に示す。
【００３４】
【表２】
2009040942.tif 000014
【００３５】
特許文献3記載の液晶組成物である比較例2(R2)は、本発明の必須成分である一般式(2)で表される化合物を含まない。そのため、比較例2(R2)は実施例2(No.2)と比較して粘度ηが高く、T→N (℃)も高いため、応答速度が遅く、低温安定性に課題を残すものであった。比較例3(R3)は本発明の必須成分である一般式(1)を含まないため、比較例2(R2)と同様、応答速度が遅く、低温安定性に課題を残すものであった。以上のことから、本発明である実施例2(No.2)は低温安定性を大幅に改善し、なおかつ、応答速度に関わる粘度ηが非常に低い優れた液晶であることがわかる。