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技術 液晶組成物および液晶表示素子

出願人 JNC株式会社JNC石油化学株式会社
発明者 松隈真依子
出願日 2019年4月15日 (1年10ヶ月経過) 出願番号 2019-077123
公開日 2020年10月29日 (3ヶ月経過) 公開番号 2020-176165
状態 未査定
技術分野 液晶材料 液晶3-2(配向部材) 液晶物質
主要キーワード JEITA規格 アンカー力 部分電荷 単位周期 従成分 ガスクロマト分析 外挿値 低温型
関連する未来課題
重要な関連分野

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課題

課題は、重合体の作用によって液晶分子垂直配向が達成可能な液晶組成物、この組成物を含有する液晶表示素子を提供することである。

解決手段

手段は、成分Aとして正に大きな誘電率異方性を有する特定の液晶性化合物および添加物Xとして重合性基を有する極性化合物を含有する液晶組成物、およびこの組成物を含有する液晶表示素子であり、この組成物は、成分Bとして高い上限温度または小さな粘度を有する特定の液晶性化合物、成分Cとして正の誘電率異方性を有する特定の液晶性化合物、成分Dとして負の誘電率異方性を有する特定の液晶性化合物、または添加物Yとして重合性化合物を含有してもよい。

概要

背景

液晶表示素子において、液晶分子の動作モードに基づいた分類は、PC(phase change)、TN(twisted nematic)、STN(super twisted nematic)、ECB(electrically controlled birefringence)、OCB(optically compensated bend)、IPS(in-plane switching)、VA(vertical alignment)、FFS(fringe field switching)、FPA(field-induced photo-reactive alignment)などのモードである。素子駆動方式に基づいた分類は、PM(passive matrix)とAM(active matrix)である。PMは、スタティック(static)、マルチプレックス(multiplex)などに分類され、AMは、TFT(thin film transistor)、MIM(metal insulator metal)などに分類される。TFTの分類は非晶質シリコン(amorphous silicon)および多結晶シリコン(polycrystal silicon)である。後者は製造工程によって高温型低温型とに分類される。光源に基づいた分類は、自然光を利用する反射型バックライトを利用する透過型、そして自然光とバックライトの両方を利用する半透過型である。

液晶表示素子はネマチック相を有する液晶組成物を含有する。この組成物は適切な特性を有する。この組成物の特性を向上させることによって、良好な特性を有するAM素子を得ることができる。これらの特性における関連を下記の表1にまとめる。組成物の特性を市販されているAM素子に基づいてさらに説明する。ネマチック相の温度範囲は、素子の使用できる温度範囲に関連する。ネマチック相の好ましい上限温度は約70℃以上であり、そしてネマチック相の好ましい下限温度は約−10℃以下である。組成物の粘度は素子の応答時間に関連する。素子で動画を表示するためには短い応答時間が好ましい。1ミリ秒でもより短い応答時間が望ましい。したがって、組成物における小さな粘度が好ましい。低い温度における小さな粘度はより好ましい。組成物の弾性定数は素子のコントラストに関連する。素子においてコントラストを上げるためには、組成物における大きな弾性定数がより好ましい。

組成物の光学方性は、素子のコントラスト比に関連する。素子のモードに応じて、大きな光学異方性または小さな光学異方性、すなわち適切な光学異方性が必要である。組成物の光学異方性(Δn)と素子のセルギャップ(d)との積(Δn×d)は、コントラスト比を最大にするように設計される。積の適切な値は動作モードの種類に依存する。この値は、VAモードの素子では約0.30μmから約0.40μmの範囲であり、IPSモードまたはFFSモードの素子では約0.20μmから約0.30μmの範囲である。これらの場合、小さなセルギャップの素子には大きな光学異方性を有する組成物が好ましい。組成物における大きな誘電率異方性は、素子における低いしきい値電圧、小さな消費電力と大きなコントラスト比に寄与する。したがって、大きな誘電率異方性が好ましい。組成物における大きな比抵抗は、素子における大きな電圧保持率と大きなコントラスト比とに寄与する。したがって、初期段階において大きな比抵抗を有する組成物が好ましい。長時間使用したあと、大きな比抵抗を有する組成物が好ましい。紫外線や熱に対する組成物の安定性は、素子の寿命に関連する。この安定性が高いとき、素子の寿命は長い。このような特性は、液晶モニター液晶テレビなどに用いるAM素子に好ましい。

汎用の液晶表示素子において、液晶分子の垂直配向は、特定のポリイミド配向膜によって達成される。高分子支持配向(PSA;polymer sustained alignment)型の液晶表示素子では、配向膜重合体を組み合せる。まず、少量の重合性化合物を添加した組成物を素子に注入する。次に、この素子の基板のあいだに電圧印加しながら、組成物に紫外線を照射する。重合性化合物は重合して、組成物中に重合体の網目構造を生成する。この組成物では、重合体によって液晶分子の配向を制御することが可能になるので、素子の応答時間が短縮され、画像の焼き付きが改善される。重合体のこのような効果は、TN、ECB、OCB、IPS、VA、FFS、FPAのようなモードを有する素子に期待できる。

一方、配向膜を有しない液晶表示素子では、重合体および極性化合物を含有する液晶組成物が用いられる。まず、少量の重合性化合物および少量の極性化合物を添加した組成物を素子に注入する。ここで、極性化合物は素子の基板表面に吸着され、配列する。この配列にしたがって液晶分子が配向される。次に、この素子の基板のあいだに電圧を印加しながら、組成物に紫外線を照射する。ここで、重合性化合物が重合し、液晶分子の配向を安定化させる。この組成物では、重合体および極性化合物によって液晶分子の配向を制御することが可能になるので、素子の応答時間が短縮され、画像の焼き付きが改善される。さらに、配向膜を有しない素子では、配向膜を形成する工程が不要である。配向膜がないので、配向膜と組成物との相互作用によって、素子の電気抵抗が低下することはない。重合体と極性化合物の組合せによるこのような効果は、TN、ECB、OCB、IPS、VA、FFS、FPAのようなモードを有する素子に期待できる。

TNモードを有するAM素子においては正の誘電率異方性を有する組成物が用いられる。VAモードを有するAM素子においては負の誘電率異方性を有する組成物が用いられる。IPSモードまたはFFSモードを有するAM素子においては正または負の誘電率異方性を有する組成物が用いられる。高分子支持配向型のAM素子においては正または負の誘電率異方性を有する組成物が用いられる。配向膜を有しない素子においては正または負の誘電率異方性を有する組成物が用いられる。正の誘電率異方性を有する組成物は次の特許文献1から4などに開示されている。本発明では、重合性基を有する極性化合物(またはこの重合体)を液晶性化合物と組合せ、この組成物を、配向膜を有しない液晶表示素子に用いた。

概要

課題は、重合体の作用によって液晶分子の垂直配向が達成可能な液晶組成物、この組成物を含有する液晶表示素子を提供することである。 手段は、成分Aとして正に大きな誘電率異方性を有する特定の液晶性化合物および添加物Xとして重合性基を有する極性化合物を含有する液晶組成物、およびこの組成物を含有する液晶表示素子であり、この組成物は、成分Bとして高い上限温度または小さな粘度を有する特定の液晶性化合物、成分Cとして正の誘電率異方性を有する特定の液晶性化合物、成分Dとして負の誘電率異方性を有する特定の液晶性化合物、または添加物Yとして重合性化合物を含有してもよい。 なし

目的

本発明の課題は、重合性基を有する極性化合物(またはこの重合体)を含有する液晶組成物を提供する

効果

実績

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請求項1

成分Aとして式(1)で表される化合物から選択された少なくとも1つの化合物、および添加物Xとして式(2)で表される極性化合物から選択された少なくとも1つの化合物を含有する液晶組成物。式(1)および式(2)において、R1は、炭素数1から12のアルキル、炭素数1から12のアルコキシ、または炭素数2から12のアルケニルであり;R2は、水素または炭素数1から15のアルキルであり、このアルキルにおいて、少なくとも1つの−CH2−は、−O−または−S−で置き換えられてもよく、少なくとも1つの−CH2CH2−は、−CH=CH−または−C≡C−で置き換えられてもよく、これらの基において、少なくとも1つの水素は、フッ素または塩素で置き換えられてもよく;R3は、水素または炭素数1から5のアルキルであり、このアルキルにおいて、少なくとも1つの−CH2CH2−は、−CH=CH−または−C≡C−で置き換えられてもよく、これらの基において、少なくとも1つの水素は、フッ素または塩素で置き換えられてもよく;環Aおよび環Bは、1,4−シクロヘキシレン、1,4−フェニレン、少なくとも1つの水素がフッ素または塩素で置き換えられた1,4−フェニレン、ピリミジン−2,5−ジイル、1,3−ジオキサン−2,5−ジイル、またはテトラヒドロピラン−2,5−ジイルであり;環Cおよび環Dは、1,2−シクロプロピレン、1,3−シクロブチレン、1,3−シクロペンチレン、1,4−シクロヘキシレン、1,4−シクロヘプチレン、1,4−シクロヘキセニレン、1,4−フェニレン、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、1,2,3,4−テトラヒドロナフタレン−2,6−ジイル、テトラヒドロピラン−2,5−ジイル、1,3−ジオキサン−2,5−ジイル、ピリミジン−2,5−ジイル、またはピリジン−2,5−ジイルであり、これらの環において、少なくとも1つの水素は、フッ素、塩素、炭素数1から10のアルキル、炭素数2から10のアルケニル、炭素数1から10のアルコキシ、または炭素数2から10のアルケニルオキシで置き換えられてもよく、これらの基において、少なくとも1つの水素は、フッ素または塩素で置き換えられてもよく;Z1およびZ2は、単結合エチレンビニレンメチレンオキシカルボニルオキシ、またはジフルオロメチレンオキシであり;Z3は、単結合または炭素数1から6のアルキレンであり、このアルキレンにおいて、少なくとも1つの−CH2−は、−O−、−CO−、−COO−、−OCO−、または−OCOO−で置き換えられてもよく、少なくとも1つの−CH2CH2−は、−CH=CH−または−C≡C−で置き換えられてもよく、これらの基において、少なくとも1つの水素は、フッ素または塩素で置き換えられてもよく;X1およびX2は、水素またはフッ素であり;Y1は、フッ素、塩素、少なくとも1つの水素がフッ素または塩素で置き換えられた炭素数1から12のアルキル、少なくとも1つの水素がフッ素または塩素で置き換えられた炭素数1から12のアルコキシ、または少なくとも1つの水素がフッ素または塩素で置き換えられた炭素数2から12のアルケニルオキシであり;Sp1、Sp2、Sp3、およびSp4は、単結合または炭素数1から10のアルキレンであり、このアルキレンにおいて、少なくとも1つの−CH2−は、−O−、−CO−、−COO−、−OCO−、または−OCOO−で置き換えられてもよく、少なくとも1つの−CH2CH2−は、−CH=CH−または−C≡C−で置き換えられてもよく、これらの基において、少なくとも1つの水素は、フッ素または塩素で置き換えられてもよく;Sp5は、炭素数2から10のアルキレンであり、このアルキレンにおいて、少なくとも1つの−CH2−は、−O−で置き換えられてもよく;M1、M2、M3、およびM4は、水素、フッ素、塩素、炭素数1から5のアルキル、または少なくとも1つの水素がフッ素または塩素で置き換えられた炭素数1から5のアルキルであり;Q1は、−OH、−NH2、−OR11、−N(R11)2、−COOH、または−SHであり、ここで、R11は水素または炭素数1から10のアルキルであり、このアルキルにおいて、少なくとも1つの−CH2−は、−O−で置き換えられてもよく、少なくとも1つの−CH2CH2−は、−CH=CH−で置き換えられてもよく、これらの基において、少なくとも1つの水素は、フッ素または塩素で置き換えられてもよく;aは、1、2、3、または4であり、bは、0、1、2、または3であり、そしてaおよびbの和は4以下であり;cは、0、1、2、3、または4である。

請求項2

成分Aとして式(1−1)から式(1−14)で表される化合物から選択された少なくとも1つの化合物を含有する、請求項1に記載の液晶組成物。式(1−1)から式(1−14)において、R1は、炭素数1から12のアルキル、炭素数1から12のアルコキシ、または炭素数2から12のアルケニルであり;X1、X2、X3、X4、X5、X6、X7、X8、X9、X10、X11、X12、X13、およびX14は、水素またはフッ素であり;Y1は、フッ素、塩素、少なくとも1つの水素がフッ素または塩素で置き換えられた炭素数1から12のアルキル、少なくとも1つの水素がフッ素または塩素で置き換えられた炭素数1から12のアルコキシ、または少なくとも1つの水素がフッ素または塩素で置き換えられた炭素数2から12のアルケニルオキシである。

請求項3

添加物Xとして式(2−1)から式(2−8)で表される極性化合物から選択された少なくとも1つの化合物を含有する、請求項1または2に記載の液晶組成物。式(2−1)から式(2−8)において、R2は、炭素数1から10のアルキルであり;X21、X22、X23、X24、X25、およびX26は、水素、フッ素、メチル、またはエチルであり;Sp1およびSp4は、単結合または炭素数1から10のアルキレンであり、このアルキレンにおいて、少なくとも1つの−CH2−は、−O−、−CO−、−COO−、−OCO−、または−OCOO−で置き換えられてもよく、少なくとも1つの−CH2CH2−は、−CH=CH−または−C≡C−で置き換えられてもよく、これらの基において、少なくとも1つの水素は、フッ素または塩素で置き換えられてもよく;R3は、水素または炭素数1から5のアルキルであり、このアルキルにおいて、少なくとも1つの−CH2CH2−は、−CH=CH−または−C≡C−で置き換えられてもよく、これらの基において、少なくとも1つの水素は、フッ素または塩素で置き換えられてもよい。

請求項4

成分Aの割合が5%から55%の範囲である、請求項1から3のいずれか1項に記載の液晶組成物。

請求項5

添加物Xの割合が0.05%から10%の範囲である、請求項1から4のいずれか1項に記載の液晶組成物。

請求項6

成分Bとして式(3)で表される化合物から選択された少なくとも1つの化合物を含有する、請求項1から5のいずれか1項に記載の液晶組成物。式(3)において、R4およびR5は、炭素数1から12のアルキル、炭素数1から12のアルコキシ、炭素数2から12のアルケニル、または少なくとも1つの水素がフッ素または塩素で置き換えられた炭素数2から12のアルケニルであり;環Eおよび環Fは、1,4−シクロヘキシレン、1,4−フェニレン、2−フルオロ−1,4−フェニレン、または2,5−ジフルオロ−1,4−フェニレンであり;Z4は、単結合、エチレン、ビニレン、メチレンオキシ、またはカルボニルオキシであり;dは、1、2、または3である。

請求項7

成分Bとして式(3−1)から式(3−13)で表される化合物から選択された少なくとも1つの化合物を含有する、請求項1から6のいずれか1項に記載の液晶組成物。式(3−1)から式(3−13)において、R4およびR5は、炭素数1から12のアルキル、炭素数1から12のアルコキシ、炭素数2から12のアルケニル、または少なくとも1つの水素がフッ素または塩素で置き換えられた炭素数2から12のアルケニルである。

請求項8

成分Bの割合が10%から90%の範囲である、請求項6または7に記載の液晶組成物。

請求項9

成分Cとして式(4)で表される化合物から選択された少なくとも1つの化合物を含有する、請求項1から8のいずれか1項に記載の液晶組成物。式(4)において、R6は炭素数1から12のアルキル、炭素数1から12のアルコキシ、または炭素数2から12のアルケニルであり;環Gは、1,4−シクロヘキシレン、1,4−フェニレン、2−フルオロ−1,4−フェニレン、2,3−ジフルオロ−1,4−フェニレン、2,6−ジフルオロ−1,4−フェニレン、ピリミジン−2,5−ジイル、1,3−ジオキサン−2,5−ジイル、またはテトラヒドロピラン−2,5−ジイルであり;Z5は、単結合、エチレン、ビニレン、またはカルボニルオキシであり;X31およびX32は、水素またはフッ素であり;Y2は、フッ素、塩素、少なくとも1つの水素がフッ素または塩素で置き換えられた炭素数1から12のアルキル、少なくとも1つの水素がフッ素または塩素で置き換えられた炭素数1から12のアルコキシ、または少なくとも1つの水素がフッ素または塩素で置き換えられた炭素数2から12のアルケニルオキシであり;eは、1、2、3、または4である。

請求項10

成分Cとして式(4−1)から式(4−16)で表される化合物から選択された少なくとも1つの化合物を含有する、請求項1から9のいずれか1項に記載の液晶組成物。式(4−1)から式(4−16)において、R6は、炭素数1から12のアルキル、炭素数1から12のアルコキシ、または炭素数2から12のアルケニルである。

請求項11

成分Cの割合が5%から50%の範囲である、請求項9または10に記載の液晶組成物。

請求項12

成分Dとして式(5)で表される化合物から選択された少なくとも1つの化合物を含有する、請求項1から11のいずれか1項に記載の液晶組成物。式(5)において、R7およびR8は、水素、炭素数1から12のアルキル、炭素数1から12のアルコキシ、炭素数2から12のアルケニル、または炭素数2から12のアルケニルオキシであり;環Iおよび環Kは、1,4−シクロヘキシレン、1,4−シクロヘキセニレン、テトラヒドロピラン−2,5−ジイル、1,4−フェニレン、少なくとも1つの水素がフッ素または塩素で置き換えられた1,4−フェニレン、ナフタレン−2,6−ジイル、少なくとも1つの水素がフッ素または塩素で置き換えられたナフタレン−2,6−ジイル、クロマン−2,6−ジイル、または少なくとも1つの水素がフッ素または塩素で置き換えられたクロマン−2,6−ジイルであり;環Jは、2,3−ジフルオロ−1,4−フェニレン、2−クロロ−3−フルオロ−1,4−フェニレン、2,3−ジフルオロ−5−メチル−1,4−フェニレン、3,4,5−トリフルオロナフタレン−2,6−ジイル、7,8−ジフルオロクロマン−2,6−ジイル、3,4,5,6−テトラフルオロフルオレン−2,7−ジイル、4,6−ジフルオロジベンゾフラン−3,7−ジイル、4,6−ジフルオロジベンゾチオフェン−3,7−ジイル、または1,1,6,7−テトラフルオロインダン−2,5−ジイルであり;Z6およびZ7は、単結合、エチレン、ビニレン、メチレンオキシ、またはカルボニルオキシであり;fは、0、1、2、または3であり、gは、0または1であり、そしてfとgとの和は3以下である。

請求項13

成分Dとして式(5−1)から式(5−35)で表される化合物から選択された少なくとも1つの化合物を含有する、請求項1から12のいずれか1項に記載の液晶組成物。式(5−1)から式(5−35)において、R7およびR8は、水素、炭素数1から12のアルキル、炭素数1から12のアルコキシ、炭素数2から12のアルケニル、または炭素数2から12のアルケニルオキシである。

請求項14

成分Dの割合が3%から40%の範囲である、請求項12または13に記載の液晶組成物。

請求項15

添加物Yとして式(6)で表される重合性化合物から選択された少なくとも1つの化合物を含有する、請求項1から14のいずれか1項に記載の液晶組成物。式(6)において、環Lおよび環Uは、シクロヘキシルシクロヘキセニルフェニル、1−ナフチル、2−ナフチル、テトラヒドロピラン−2−イル、1,3−ジオキサン−2−イル、ピリミジン−2−イル、またはピリジン−2−イルであり、これらの環において、少なくとも1つの水素は、フッ素、塩素、炭素数1から12のアルキル、炭素数1から12のアルコキシ、または少なくとも1つの水素がフッ素または塩素で置き換えられた炭素数1から12のアルキルで置き換えられてもよく;環Tは、1,4−シクロヘキシレン、1,4−シクロヘキセニレン、1,4−フェニレン、ナフタレン−1,2−ジイル、ナフタレン−1,3−ジイル、ナフタレン−1,4−ジイル、ナフタレン−1,5−ジイル、ナフタレン−1,6−ジイル、ナフタレン−1,7−ジイル、ナフタレン−1,8−ジイル、ナフタレン−2,3−ジイル、ナフタレン−2,6−ジイル、ナフタレン−2,7−ジイル、テトラヒドロピラン−2,5−ジイル、1,3−ジオキサン−2,5−ジイル、ピリミジン−2,5−ジイル、またはピリジン−2,5−ジイルであり、これらの環において、少なくとも1つの水素は、フッ素、塩素、炭素数1から12のアルキル、炭素数1から12のアルコキシ、または少なくとも1つの水素がフッ素または塩素で置き換えられた炭素数1から12のアルキルで置き換えられてもよく;Z8およびZ9は、単結合または炭素数1から10のアルキレンであり、このアルキレンにおいて、少なくとも1つの−CH2−は、−O−、−CO−、−COO−、または−OCO−で置き換えられてもよく、そして少なくとも1つの−CH2CH2−は、−CH=CH−、−C(CH3)=CH−、−CH=C(CH3)−、または−C(CH3)=C(CH3)−で置き換えられてもよく、これらの基において、少なくとも1つの水素は、フッ素または塩素で置き換えられてもよく;P1、P2、およびP3は、重合性基であり;Sp6、Sp7、およびSp8は、単結合または炭素数1から10のアルキレンであり、このアルキレンにおいて、少なくとも1つの−CH2−は、−O−、−COO−、−OCO−、または−OCOO−で置き換えられてもよく、そして少なくとも1つの−CH2CH2−は、−CH=CH−または−C≡C−で置き換えられてもよく、これらの基において、少なくとも1つの水素は、フッ素または塩素で置き換えられてもよく;hは、0、1、または2であり;i、j、およびkは、0、1、2、3、または4であり、そしてi、j、およびkの和は、1以上である。

請求項16

式(6)において、環Lおよび環Uが、シクロヘキシル、フェニル、1−ナフチル、または2−ナフチルであり、これらの環において、少なくとも1つの水素は、フッ素、炭素数1から12のアルキル、炭素数1から12のアルコキシ、または少なくとも1つの水素がフッ素または塩素で置き換えられた炭素数1から12のアルキルで置き換えられてもよく;環Tが、1,4−シクロヘキシレン、1,4−フェニレン、またはナフタレン−1,2−ジイルであり、これらの環において、少なくとも1つの水素は、フッ素、炭素数1から12のアルキル、炭素数1から12のアルコキシ、または少なくとも1つの水素がフッ素または塩素で置き換えられた炭素数1から12のアルキルで置き換えられてもよく;Z8およびZ9が、単結合または炭素数1から10のアルキレンであり、このアルキレンにおいて、少なくとも1つの−CH2−は、−O−、−CO−、−COO−、または−OCO−で置き換えられてもよく、そして少なくとも1つの−CH2CH2−は、−CH=CH−で置き換えられてもよく、これらの基において、少なくとも1つの水素は、フッ素で置き換えられてもよく;Sp6、Sp7、およびSp8が、単結合または炭素数1から10のアルキレンであり、このアルキレンにおいて、少なくとも1つの−CH2−は、−O−、−COO−、または−OCO−で置き換えられてもよく、そして少なくとも1つの−CH2CH2−は、−CH=CH−で置き換えられてもよく、これらの基において、少なくとも1つの水素は、フッ素または塩素で置き換えられてもよく;hが、0、1、または2であり;i、j、およびkが、0、1、2、3、または4であり、そしてi、j、およびkの和は、1以上であり;P1、P2、およびP3が、式(P−1)から式(P−5)で表される重合性基から選択された基であり:式(P−1)から式(P−5)において、M5、M6、M7、M8、M9、M10、M11、M12、およびM13は、水素、フッ素、炭素数1から5のアルキル、または少なくとも1つの水素がフッ素または塩素で置き換えられた炭素数1から5のアルキルである、請求項15に記載の液晶組成物。

請求項17

添加物Yとして式(6−1)から式(6−29)で表される重合性化合物から選択された少なくとも1つの化合物を含有する、請求項1から16のいずれか1項に記載の液晶組成物。式(6−1)から式(6−29)において、;Sp5、Sp6、およびSp7は、単結合または炭素数1から10のアルキレンであり、このアルキレンにおいて、少なくとも1つの−CH2−は、−O−、−COO−、−OCO−、または−OCOO−で置き換えられてもよく、そして少なくとも1つの−CH2CH2−は、−CH=CH−または−C≡C−で置き換えられてもよく、これらの基において、少なくとも1つの水素は、フッ素または塩素で置き換えられてもよい;P1、P2、およびP3は、式(P−1)から式(P−3)で表される重合性基から選択された基であり:式(P−1)から式(P−3)において、M5、M6、M7、M8、M9、M10、M11、およびM12は、水素、フッ素、炭素数1から5のアルキル、または少なくとも1つの水素がフッ素または塩素で置き換えられた炭素数1から5のアルキルである。

請求項18

添加物Yの割合が0.05%から10%の範囲である、請求項15から17のいずれか1項に記載の液晶組成物。

請求項19

請求項1から18のいずれか1項に記載の液晶組成物を含有する液晶表示素子

請求項20

液晶表示素子の動作モードが、IPSモード、TNモード、FFSモード、またはFPAモードであり、液晶表示素子の駆動方式アクティブマトリックス方式である、請求項19に記載の液晶表示素子。

請求項21

請求項1から18のいずれか1項に記載の液晶組成物を含有し、この液晶組成物に含有される重合性基を有する化合物が重合された、高分子支持配向型の液晶表示素子。

請求項22

請求項1から18のいずれか1項に記載の液晶組成物を含有し、この液晶組成物に含有される重合性基を有する化合物が重合された、配向膜を有しない液晶表示素子。

請求項23

請求項1から18のいずれか1項に記載の液晶組成物の、液晶表示素子における使用。

請求項24

請求項1から18のいずれか1項に記載の液晶組成物の、高分子支持配向型の液晶表示素子における使用。

請求項25

請求項1から18のいずれか1項に記載の液晶組成物の、配向膜を有しない液晶表示素子における使用。

技術分野

0001

本発明は、誘電率異方性が正の液晶組成物、この組成物を含有する液晶表示素子などに関する。特に、重合性基を有する極性化合物(またはこの重合体)を含有し、この化合物の作用によって液晶分子垂直配向が達成可能な液晶組成物、および液晶表示素子に関する。

背景技術

0002

液晶表示素子において、液晶分子の動作モードに基づいた分類は、PC(phase change)、TN(twisted nematic)、STN(super twisted nematic)、ECB(electrically controlled birefringence)、OCB(optically compensated bend)、IPS(in-plane switching)、VA(vertical alignment)、FFS(fringe field switching)、FPA(field-induced photo-reactive alignment)などのモードである。素子駆動方式に基づいた分類は、PM(passive matrix)とAM(active matrix)である。PMは、スタティック(static)、マルチプレックス(multiplex)などに分類され、AMは、TFT(thin film transistor)、MIM(metal insulator metal)などに分類される。TFTの分類は非晶質シリコン(amorphous silicon)および多結晶シリコン(polycrystal silicon)である。後者は製造工程によって高温型低温型とに分類される。光源に基づいた分類は、自然光を利用する反射型バックライトを利用する透過型、そして自然光とバックライトの両方を利用する半透過型である。

0003

液晶表示素子はネマチック相を有する液晶組成物を含有する。この組成物は適切な特性を有する。この組成物の特性を向上させることによって、良好な特性を有するAM素子を得ることができる。これらの特性における関連を下記の表1にまとめる。組成物の特性を市販されているAM素子に基づいてさらに説明する。ネマチック相の温度範囲は、素子の使用できる温度範囲に関連する。ネマチック相の好ましい上限温度は約70℃以上であり、そしてネマチック相の好ましい下限温度は約−10℃以下である。組成物の粘度は素子の応答時間に関連する。素子で動画を表示するためには短い応答時間が好ましい。1ミリ秒でもより短い応答時間が望ましい。したがって、組成物における小さな粘度が好ましい。低い温度における小さな粘度はより好ましい。組成物の弾性定数は素子のコントラストに関連する。素子においてコントラストを上げるためには、組成物における大きな弾性定数がより好ましい。

0004

0005

組成物の光学異方性は、素子のコントラスト比に関連する。素子のモードに応じて、大きな光学異方性または小さな光学異方性、すなわち適切な光学異方性が必要である。組成物の光学異方性(Δn)と素子のセルギャップ(d)との積(Δn×d)は、コントラスト比を最大にするように設計される。積の適切な値は動作モードの種類に依存する。この値は、VAモードの素子では約0.30μmから約0.40μmの範囲であり、IPSモードまたはFFSモードの素子では約0.20μmから約0.30μmの範囲である。これらの場合、小さなセルギャップの素子には大きな光学異方性を有する組成物が好ましい。組成物における大きな誘電率異方性は、素子における低いしきい値電圧、小さな消費電力と大きなコントラスト比に寄与する。したがって、大きな誘電率異方性が好ましい。組成物における大きな比抵抗は、素子における大きな電圧保持率と大きなコントラスト比とに寄与する。したがって、初期段階において大きな比抵抗を有する組成物が好ましい。長時間使用したあと、大きな比抵抗を有する組成物が好ましい。紫外線や熱に対する組成物の安定性は、素子の寿命に関連する。この安定性が高いとき、素子の寿命は長い。このような特性は、液晶モニター液晶テレビなどに用いるAM素子に好ましい。

0006

汎用の液晶表示素子において、液晶分子の垂直配向は、特定のポリイミド配向膜によって達成される。高分子支持配向(PSA;polymer sustained alignment)型の液晶表示素子では、配向膜に重合体を組み合せる。まず、少量の重合性化合物を添加した組成物を素子に注入する。次に、この素子の基板のあいだに電圧印加しながら、組成物に紫外線を照射する。重合性化合物は重合して、組成物中に重合体の網目構造を生成する。この組成物では、重合体によって液晶分子の配向を制御することが可能になるので、素子の応答時間が短縮され、画像の焼き付きが改善される。重合体のこのような効果は、TN、ECB、OCB、IPS、VA、FFS、FPAのようなモードを有する素子に期待できる。

0007

一方、配向膜を有しない液晶表示素子では、重合体および極性化合物を含有する液晶組成物が用いられる。まず、少量の重合性化合物および少量の極性化合物を添加した組成物を素子に注入する。ここで、極性化合物は素子の基板表面に吸着され、配列する。この配列にしたがって液晶分子が配向される。次に、この素子の基板のあいだに電圧を印加しながら、組成物に紫外線を照射する。ここで、重合性化合物が重合し、液晶分子の配向を安定化させる。この組成物では、重合体および極性化合物によって液晶分子の配向を制御することが可能になるので、素子の応答時間が短縮され、画像の焼き付きが改善される。さらに、配向膜を有しない素子では、配向膜を形成する工程が不要である。配向膜がないので、配向膜と組成物との相互作用によって、素子の電気抵抗が低下することはない。重合体と極性化合物の組合せによるこのような効果は、TN、ECB、OCB、IPS、VA、FFS、FPAのようなモードを有する素子に期待できる。

0008

TNモードを有するAM素子においては正の誘電率異方性を有する組成物が用いられる。VAモードを有するAM素子においては負の誘電率異方性を有する組成物が用いられる。IPSモードまたはFFSモードを有するAM素子においては正または負の誘電率異方性を有する組成物が用いられる。高分子支持配向型のAM素子においては正または負の誘電率異方性を有する組成物が用いられる。配向膜を有しない素子においては正または負の誘電率異方性を有する組成物が用いられる。正の誘電率異方性を有する組成物は次の特許文献1から4などに開示されている。本発明では、重合性基を有する極性化合物(またはこの重合体)を液晶性化合物と組合せ、この組成物を、配向膜を有しない液晶表示素子に用いた。

先行技術

0009

特表2013−541028号公報
特表2013−543526号公報
特表2014−513150号公報
国際公開2014−94959号

発明が解決しようとする課題

0010

本発明の課題は、重合性基を有する極性化合物(またはこの重合体)を含有する液晶組成物を提供することであり、ここで、極性化合物は、低温において、液晶性化合物との高い相溶性を有する。別の課題は、この極性化合物から生じた重合体の作用によって液晶分子の垂直配向が達成可能な液晶組成物を提供することである。別の課題は、ネマチック相の高い上限温度、ネマチック相の低い下限温度、小さな粘度、適切な光学異方性、正に大きな誘電率異方性、大きな比抵抗、紫外線に対する高い安定性、熱に対する高い安定性、大きな弾性定数のような特性の少なくとも1つを充足する液晶組成物を提供することである。別の課題は、これらの特性の少なくとも2つのあいだで適切なバランスを有する液晶組成物を提供することである。別の課題は、このような組成物を含有する液晶表示素子である。別の課題は、短い応答時間、大きな電圧保持率、低いしきい値電圧、大きなコントラスト比、長い寿命などの特性を有するAM素子を提供することである。

課題を解決するための手段

0011

本発明は、成分Aとして式(1)で表される化合物から選択された少なくとも1つの化合物および添加物Xとして式(2)で表される極性化合物から選択された少なくとも1つの化合物を含有する液晶組成物、およびこの組成物を含有する液晶表示素子である。


ここで、R1などの記号の定義は、後述の項1を参照のこと。

発明の効果

0012

本発明の長所は、重合性基を有する極性化合物(またはこの重合体)を含有する液晶組成物を提供することであり、ここで、極性化合物は、低温において、液晶性化合物との高い相溶性を有する。別の長所は、この極性化合物から生じた重合体の作用によって液晶分子の垂直配向が達成可能な液晶組成物を提供することである。別の長所は、ネマチック相の高い上限温度、ネマチック相の低い下限温度、小さな粘度、適切な光学異方性、正に大きな誘電率異方性、大きな比抵抗、紫外線に対する高い安定性、熱に対する高い安定性、大きな弾性定数のような特性の少なくとも1つを充足する液晶組成物を提供することである。別の長所は、これらの特性の少なくとも2つのあいだで適切なバランスを有する液晶組成物を提供することである。別の長所は、このような組成物を含有する液晶表示素子である。別の長所は、短い応答時間、大きな電圧保持率、低いしきい値電圧、大きなコントラスト比、長い寿命などの特性を有するAM素子を提供することである。

0013

この明細書における用語の使い方は次のとおりである。「液晶組成物」および「液晶表示素子」の用語をそれぞれ「組成物」および「素子」と略すことがある。「液晶表示素子」は液晶表示パネルおよび液晶表示モジュールの総称である。「液晶性化合物」は、ネマチック相、スメクチック相のような液晶相を有する化合物および液晶相を有しないが、ネマチック相の温度範囲、粘度、誘電率異方性のような特性を調節する目的で組成物に混合される化合物の総称である。この化合物は、例えば1,4−シクロヘキシレンや1,4−フェニレンのような六員環を有し、その分子(液晶分子)は棒状(rod like)である。「重合性化合物」は、組成物中に重合体を生成させる目的で添加する化合物である。アルケニルを有する液晶性化合物は、その意味では重合性化合物に分類されない。

0014

「液晶組成物」は、複数の液晶性化合物を混合することによって調製される。この液晶組成物に、光学活性化合物や重合性化合物のような添加物が必要に応じて添加される。液晶性化合物の割合は、添加物を添加した場合であっても、添加物を含まない液晶組成物に基づいた質量百分率(質量%)で表される。添加物の割合は、添加物を含まない液晶組成物に基づいた質量百分率(質量%)で表される。すなわち、液晶性化合物や添加物の割合は、液晶性化合物の全量に基づいて算出される。重合開始剤および重合禁止剤の割合は、重合性化合物の全量に基づいて算出される。なお、「質量%」の「質量」は省略することがある。

0015

「ネマチック相の上限温度」を「上限温度」と略すことがある。「ネマチック相の下限温度」を「下限温度」と略すことがある。「誘電率異方性を上げる」の表現は、誘電率異方性が正である組成物のときは、その値が正に増加することを意味し、誘電率異方性が負である組成物のときは、その値が負に増加することを意味する。「電圧保持率が大きい」は、素子が初期段階において室温だけでなく上限温度に近い温度でも大きな電圧保持率を有し、そして長時間使用したあと室温だけでなく上限温度に近い温度でも素子は大きな電圧保持率を有することを意味する。組成物や素子の特性が経時変化試験によって検討されることがある。

0016

上記の化合物(1z)を例にして説明する。式(1z)において、六角形で囲んだαおよびβの記号はそれぞれ環αおよび環βに対応し、六員環、縮合環のような環を表す。添え字‘x’が2のとき、2つの環αが存在する。2つの環αが表す2つの基は、同一であってもよく、または異なってもよい。このルールは、添え字‘x’が2より大きいとき、任意の2つの環αに適用される。このルールは、結合基Zのような、他の記号にも適用される。環βの一辺を横切る斜線は、環β上の任意の水素置換基(−Sp−P)で置き換えられてもよいことを表す。添え字‘y’は置き換えられた置換基の数を示す。添え字‘y’が0のとき、そのような置き換えはない。添え字‘y’が2以上のとき、環β上には複数の置換基(−Sp−P)が存在する。この場合にも、「同一であってもよく、または異なってもよい」のルールが適用される。なお、このルールは、Raの記号を複数の化合物に用いた場合にも適用される。

0017

式(1z)において、例えば、「RaおよびRbは、アルキルアルコキシ、またはアルケニルである」のような表現は、RaおよびRbが独立して、アルキル、アルコキシ、およびアルケニルの群から選択されることを意味する。ここで、Raによって表される基とRbによって表される基が同一であってもよく、または異なってもよい。

0018

式(1z)で表される化合物から選択された少なくとも1つの化合物を「化合物(1z)」と略すことがある。「化合物(1z)」は、式(1z)で表される1つの化合物、2つの化合物の混合物、または3つ以上の化合物の混合物を意味する。他の式で表される化合物についても同様である。「式(1z)および式(2z)で表される化合物から選択された少なくとも1つの化合物」の表現は、化合物(1z)および化合物(2z)の群から選択された少なくとも1つの化合物を意味する。

0019

「主成分」は、混合物や組成物の中で最も大きな割合を占める成分を意味する。例えば、40%の化合物(1z)、35%の化合物(2z)、および25%の化合物(3z)の混合物において、主成分は、化合物(1z)である。成分が化合物(1z)のみであるときも、化合物(1z)は主成分と呼ばれる。化合物(1z)が単一の化合物であるときも、この化合物は主成分と呼ばれる。

0020

「少なくとも1つの‘A’」の表現は、‘A’の数は任意であることを意味する。「少なくとも1つの‘A’は、‘B’で置き換えられてもよい」の表現は、‘A’の数が1つのとき、‘A’の位置は任意であり、‘A’の数が2つ以上のときも、それらの位置は制限なく選択できる。「少なくとも1つの−CH2−は−O−で置き換えられてもよい」の表現が使われることがある。この場合、−CH2−CH2−CH2−は、隣接しない−CH2−が−O−で置き換えられることによって−O−CH2−O−に変換されてもよい。しかしながら、隣接した−CH2−が−O−で置き換えられることはない。この置き換えでは−O−O−CH2−(ペルオキシド)が生成するからである。

0021

液晶性化合物のアルキルは、直鎖状または分岐状であり、環状アルキルを含まない。直鎖状アルキルは、分岐状アルキルよりも好ましい。これらのことは、アルコキシ、アルケニルのような末端基についても同様である。1,4−シクロヘキシレンに関する立体配置は、上限温度を上げるためにシスよりもトランスが好ましい。2−フルオロ−1,4−フェニレンは左右非対称であるから、左向き(L)および右向き(R)が存在する。


テトラヒドロピラン−2,5−ジイルのような二価基においても同様である。カルボニルオキシのような結合基(−COO−または−OCO−)も同様である。

0022

本発明は、下記の項などである。

0023

項1. 成分Aとして式(1)で表される化合物から選択された少なくとも1つの化合物、および添加物Xとして式(2)で表される極性化合物から選択された少なくとも1つの化合物を含有する液晶組成物。


式(1)および式(2)において、R1は、炭素数1から12のアルキル、炭素数1から12のアルコキシ、または炭素数2から12のアルケニルであり;R2は、水素または炭素数1から15のアルキルであり、このアルキルにおいて、少なくとも1つの−CH2−は、−O−または−S−で置き換えられてもよく、少なくとも1つの−CH2CH2−は、−CH=CH−または−C≡C−で置き換えられてもよく、これらの基において、少なくとも1つの水素は、フッ素または塩素で置き換えられてもよく;R3は、水素または炭素数1から5のアルキルであり、このアルキルにおいて、少なくとも1つの−CH2CH2−は、−CH=CH−または−C≡C−で置き換えられてもよく、これらの基において、少なくとも1つの水素は、フッ素または塩素で置き換えられてもよく;環Aおよび環Bは、1,4−シクロヘキシレン、1,4−フェニレン、少なくとも1つの水素がフッ素または塩素で置き換えられた1,4−フェニレン、ピリミジン−2,5−ジイル、1,3−ジオキサン−2,5−ジイル、またはテトラヒドロピラン−2,5−ジイルであり;環Cおよび環Dは、1,2−シクロプロピレン、1,3−シクロブチレン、1,3−シクロペンチレン、1,4−シクロヘキシレン、1,4−シクロヘプチレン、1,4−シクロヘキセニレン、1,4−フェニレン、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、1,2,3,4−テトラヒドロナフタレン−2,6−ジイル、テトラヒドロピラン−2,5−ジイル、1,3−ジオキサン−2,5−ジイル、ピリミジン−2,5−ジイル、またはピリジン−2,5−ジイルであり、これらの環において、少なくとも1つの水素は、フッ素、塩素、炭素数1から10のアルキル、炭素数2から10のアルケニル、炭素数1から10のアルコキシ、または炭素数2から10のアルケニルオキシで置き換えられてもよく、これらの基において、少なくとも1つの水素は、フッ素または塩素で置き換えられてもよく;Z1およびZ2は、単結合エチレンビニレンメチレンオキシ、カルボニルオキシ、またはジフルオロメチレンオキシであり;Z3は、単結合または炭素数1から6のアルキレンであり、このアルキレンにおいて、少なくとも1つの−CH2−は、−O−、−CO−、−COO−、−OCO−、または−OCOO−で置き換えられてもよく、少なくとも1つの−CH2CH2−は、−CH=CH−または−C≡C−で置き換えられてもよく、これらの基において、少なくとも1つの水素は、フッ素または塩素で置き換えられてもよく;X1およびX2は、水素またはフッ素であり;Y1は、フッ素、塩素、少なくとも1つの水素がフッ素または塩素で置き換えられた炭素数1から12のアルキル、少なくとも1つの水素がフッ素または塩素で置き換えられた炭素数1から12のアルコキシ、または少なくとも1つの水素がフッ素または塩素で置き換えられた炭素数2から12のアルケニルオキシであり;Sp1、Sp2、Sp3、およびSp4は、単結合または炭素数1から10のアルキレンであり、このアルキレンにおいて、少なくとも1つの−CH2−は、−O−、−CO−、−COO−、−OCO−、または−OCOO−で置き換えられてもよく、少なくとも1つの−CH2CH2−は、−CH=CH−または−C≡C−で置き換えられてもよく、これらの基において、少なくとも1つの水素は、フッ素または塩素で置き換えられてもよく;Sp5は、炭素数2から10のアルキレンであり、このアルキレンにおいて、少なくとも1つの−CH2−は、−O−で置き換えられてもよく;M1、M2、M3、およびM4は、水素、フッ素、塩素、炭素数1から5のアルキル、または少なくとも1つの水素がフッ素または塩素で置き換えられた炭素数1から5のアルキルであり;Q1は、−OH、−NH2、−OR11、−N(R11)2、−COOH、または−SHであり、ここで、R11は水素または炭素数1から10のアルキルであり、このアルキルにおいて、少なくとも1つの−CH2−は、−O−で置き換えられてもよく、少なくとも1つの−CH2CH2−は、−CH=CH−で置き換えられてもよく、これらの基において、少なくとも1つの水素は、フッ素または塩素で置き換えられてもよく;aは、1、2、3、または4であり、bは、0、1、2、または3であり、そしてaおよびbの和は4以下であり;cは、0、1、2、3、または4である。

0024

項2. 成分Aとして式(1−1)から式(1−14)で表される化合物から選択された少なくとも1つの化合物を含有する、項1に記載の液晶組成物。

0025

式(1−1)から式(1−14)において、R1は、炭素数1から12のアルキル、炭素数1から12のアルコキシ、または炭素数2から12のアルケニルであり;X1、X2、X3、X4、X5、X6、X7、X8、X9、X10、X11、X12、X13、およびX14は、水素またはフッ素であり;Y1は、フッ素、塩素、少なくとも1つの水素がフッ素または塩素で置き換えられた炭素数1から12のアルキル、少なくとも1つの水素がフッ素または塩素で置き換えられた炭素数1から12のアルコキシ、または少なくとも1つの水素がフッ素または塩素で置き換えられた炭素数2から12のアルケニルオキシである。

0026

項3.添加物Xとして式(2−1)から式(2−8)で表される極性化合物から選択された少なくとも1つの化合物を含有する、項1または2に記載の液晶組成物。


式(2−1)から式(2−8)において、R2は、炭素数1から10のアルキルであり;X21、X22、X23、X24、X25、およびX26は、水素、フッ素、メチル、またはエチルであり;Sp1およびSp4は、単結合または炭素数1から10のアルキレンであり、このアルキレンにおいて、少なくとも1つの−CH2−は、−O−、−CO−、−COO−、−OCO−、または−OCOO−で置き換えられてもよく、少なくとも1つの−CH2CH2−は、−CH=CH−または−C≡C−で置き換えられてもよく、これらの基において、少なくとも1つの水素は、フッ素または塩素で置き換えられてもよく;R3は、水素または炭素数1から5のアルキルであり、このアルキルにおいて、少なくとも1つの−CH2CH2−は、−CH=CH−または−C≡C−で置き換えられてもよく、これらの基において、少なくとも1つの水素は、フッ素または塩素で置き換えられてもよい。

0027

項4. 成分Aの割合が5%から55%の範囲である、項1から3のいずれか1項に記載の液晶組成物。

0028

項5.添加物Xの割合が0.05%から10%の範囲である、項1から4のいずれか1項に記載の液晶組成物。

0029

項6. 成分Bとして式(3)で表される化合物から選択された少なくとも1つの化合物を含有する、項1から5のいずれか1項に記載の液晶組成物。


式(3)において、R4およびR5は、炭素数1から12のアルキル、炭素数1から12のアルコキシ、炭素数2から12のアルケニル、または少なくとも1つの水素がフッ素または塩素で置き換えられた炭素数2から12のアルケニルであり;環Eおよび環Fは、1,4−シクロヘキシレン、1,4−フェニレン、2−フルオロ−1,4−フェニレン、または2,5−ジフルオロ−1,4−フェニレンであり;Z4は、単結合、エチレン、ビニレン、メチレンオキシ、またはカルボニルオキシであり;dは、1、2、または3である。

0030

項7. 成分Bとして式(3−1)から式(3−13)で表される化合物から選択された少なくとも1つの化合物を含有する、項1から6のいずれか1項に記載の液晶組成物。

0031

式(3−1)から式(3−13)において、R4およびR5は、炭素数1から12のアルキル、炭素数1から12のアルコキシ、炭素数2から12のアルケニル、または少なくとも1つの水素がフッ素または塩素で置き換えられた炭素数2から12のアルケニルである。

0032

項8. 成分Bの割合が10%から90%の範囲である、項6または7に記載の液晶組成物。

0033

項9. 成分Cとして式(4)で表される化合物から選択された少なくとも1つの化合物を含有する、項1から8のいずれか1項に記載の液晶組成物。

式(4)において、R6は炭素数1から12のアルキル、炭素数1から12のアルコキシ、または炭素数2から12のアルケニルであり;環Gは、1,4−シクロヘキシレン、1,4−フェニレン、2−フルオロ−1,4−フェニレン、2,3−ジフルオロ−1,4−フェニレン、2,6−ジフルオロ−1,4−フェニレン、ピリミジン−2,5−ジイル、1,3−ジオキサン−2,5−ジイル、またはテトラヒドロピラン−2,5−ジイルであり;Z5は、単結合、エチレン、ビニレン、またはカルボニルオキシであり;X31およびX32は、水素またはフッ素であり;Y2は、フッ素、塩素、少なくとも1つの水素がフッ素または塩素で置き換えられた炭素数1から12のアルキル、少なくとも1つの水素がフッ素または塩素で置き換えられた炭素数1から12のアルコキシ、または少なくとも1つの水素がフッ素または塩素で置き換えられた炭素数2から12のアルケニルオキシであり;eは、1、2、3、または4である。

0034

項10. 成分Cとして式(4−1)から式(4−16)で表される化合物から選択された少なくとも1つの化合物を含有する、項1から9のいずれか1項に記載の液晶組成物。

0035

式(4−1)から式(4−16)において、R6は、炭素数1から12のアルキル、炭素数1から12のアルコキシ、または炭素数2から12のアルケニルである。

0036

項11. 成分Cの割合が5%から50%の範囲である、項9または10に記載の液晶組成物。

0037

項12. 成分Dとして式(5)で表される化合物から選択された少なくとも1つの化合物を含有する、項1から11のいずれか1項に記載の液晶組成物。


式(5)において、R7およびR8は、水素、炭素数1から12のアルキル、炭素数1から12のアルコキシ、炭素数2から12のアルケニル、または炭素数2から12のアルケニルオキシであり;環Iおよび環Kは、1,4−シクロヘキシレン、1,4−シクロヘキセニレン、テトラヒドロピラン−2,5−ジイル、1,4−フェニレン、少なくとも1つの水素がフッ素または塩素で置き換えられた1,4−フェニレン、ナフタレン−2,6−ジイル、少なくとも1つの水素がフッ素または塩素で置き換えられたナフタレン−2,6−ジイル、クロマン−2,6−ジイル、または少なくとも1つの水素がフッ素または塩素で置き換えられたクロマン−2,6−ジイルであり;環Jは、2,3−ジフルオロ−1,4−フェニレン、2−クロロ−3−フルオロ−1,4−フェニレン、2,3−ジフルオロ−5−メチル−1,4−フェニレン、3,4,5−トリフルオロナフタレン−2,6−ジイル、7,8−ジフルオロクロマン−2,6−ジイル、3,4,5,6−テトラフルオロフルオレン−2,7−ジイル、4,6−ジフルオロジベンゾフラン−3,7−ジイル、4,6−ジフルオロジベンゾチオフェン−3,7−ジイル、または1,1,6,7−テトラフルオロインダン−2,5−ジイルであり;Z6およびZ7は、単結合、エチレン、ビニレン、メチレンオキシ、またはカルボニルオキシであり;fは、0、1、2、または3であり、gは、0または1であり、そしてfとgとの和は3以下である。

0038

項13. 成分Dとして式(5−1)から式(5−35)で表される化合物から選択された少なくとも1つの化合物を含有する、項1から12のいずれか1項に記載の液晶組成物。

0039

0040

0041

式(5−1)から式(5−35)において、R7およびR8は、水素、炭素数1から12のアルキル、炭素数1から12のアルコキシ、炭素数2から12のアルケニル、または炭素数2から12のアルケニルオキシである。

0042

項14. 成分Dの割合が3%から40%の範囲である、項12または13に記載の液晶組成物。

0043

項15.添加物Yとして式(6)で表される重合性化合物から選択された少なくとも1つの化合物を含有する、項1から14のいずれか1項に記載の液晶組成物。


式(6)において、環Lおよび環Uは、シクロヘキシルシクロヘキセニルフェニル、1−ナフチル、2−ナフチル、テトラヒドロピラン−2−イル、1,3−ジオキサン−2−イル、ピリミジン−2−イル、またはピリジン−2−イルであり、これらの環において、少なくとも1つの水素は、フッ素、塩素、炭素数1から12のアルキル、炭素数1から12のアルコキシ、または少なくとも1つの水素がフッ素または塩素で置き換えられた炭素数1から12のアルキルで置き換えられてもよく;環Tは、1,4−シクロヘキシレン、1,4−シクロヘキセニレン、1,4−フェニレン、ナフタレン−1,2−ジイル、ナフタレン−1,3−ジイル、ナフタレン−1,4−ジイル、ナフタレン−1,5−ジイル、ナフタレン−1,6−ジイル、ナフタレン−1,7−ジイル、ナフタレン−1,8−ジイル、ナフタレン−2,3−ジイル、ナフタレン−2,6−ジイル、ナフタレン−2,7−ジイル、テトラヒドロピラン−2,5−ジイル、1,3−ジオキサン−2,5−ジイル、ピリミジン−2,5−ジイル、またはピリジン−2,5−ジイルであり、これらの環において、少なくとも1つの水素は、フッ素、塩素、炭素数1から12のアルキル、炭素数1から12のアルコキシ、または少なくとも1つの水素がフッ素または塩素で置き換えられた炭素数1から12のアルキルで置き換えられてもよく;Z8およびZ9は、単結合または炭素数1から10のアルキレンであり、このアルキレンにおいて、少なくとも1つの−CH2−は、−O−、−CO−、−COO−、または−OCO−で置き換えられてもよく、そして少なくとも1つの−CH2CH2−は、−CH=CH−、−C(CH3)=CH−、−CH=C(CH3)−、または−C(CH3)=C(CH3)−で置き換えられてもよく、これらの基において、少なくとも1つの水素は、フッ素または塩素で置き換えられてもよく;P1、P2、およびP3は、重合性基であり;Sp6、Sp7、およびSp8は、単結合または炭素数1から10のアルキレンであり、このアルキレンにおいて、少なくとも1つの−CH2−は、−O−、−COO−、−OCO−、または−OCOO−で置き換えられてもよく、そして少なくとも1つの−CH2CH2−は、−CH=CH−または−C≡C−で置き換えられてもよく、これらの基において、少なくとも1つの水素は、フッ素または塩素で置き換えられてもよく;hは、0、1、または2であり;i、j、およびkは、0、1、2、3、または4であり、そしてi、j、およびkの和は、1以上である。

0044

項16. 式(6)において、環Lおよび環Uが、シクロヘキシル、フェニル、1−ナフチル、または2−ナフチルであり、これらの環において、少なくとも1つの水素は、フッ素、炭素数1から12のアルキル、炭素数1から12のアルコキシ、または少なくとも1つの水素がフッ素または塩素で置き換えられた炭素数1から12のアルキルで置き換えられてもよく;環Tが、1,4−シクロヘキシレン、1,4−フェニレン、またはナフタレン−1,2−ジイルであり、これらの環において、少なくとも1つの水素は、フッ素、炭素数1から12のアルキル、炭素数1から12のアルコキシ、または少なくとも1つの水素がフッ素または塩素で置き換えられた炭素数1から12のアルキルで置き換えられてもよく;Z8およびZ9が、単結合または炭素数1から10のアルキレンであり、このアルキレンにおいて、少なくとも1つの−CH2−は、−O−、−CO−、−COO−、または−OCO−で置き換えられてもよく、そして少なくとも1つの−CH2CH2−は、−CH=CH−で置き換えられてもよく、これらの基において、少なくとも1つの水素は、フッ素で置き換えられてもよく;Sp6、Sp7、およびSp8が、単結合または炭素数1から10のアルキレンであり、このアルキレンにおいて、少なくとも1つの−CH2−は、−O−、−COO−、または−OCO−で置き換えられてもよく、そして少なくとも1つの−CH2CH2−は、−CH=CH−で置き換えられてもよく、これらの基において、少なくとも1つの水素は、フッ素または塩素で置き換えられてもよく;hが、0、1、または2であり;i、j、およびkが、0、1、2、3、または4であり、そしてi、j、およびkの和は、1以上であり;P1、P2、およびP3が、式(P−1)から式(P−5)で表される重合性基から選択された基であり:


式(P−1)から式(P−5)において、M5、M6、M7、M8、M9、M10、M11、M12、およびM13は、水素、フッ素、炭素数1から5のアルキル、または少なくとも1つの水素がフッ素または塩素で置き換えられた炭素数1から5のアルキルである、項15に記載の液晶組成物。

0045

項17.添加物Yとして式(6−1)から式(6−29)で表される重合性化合物から選択された少なくとも1つの化合物を含有する、項1から16のいずれか1項に記載の液晶組成物。

0046

0047

式(6−1)から式(6−29)において、Sp5、Sp6、およびSp7は、単結合または炭素数1から10のアルキレンであり、このアルキレンにおいて、少なくとも1つの−CH2−は、−O−、−COO−、−OCO−、または−OCOO−で置き換えられてもよく、そして少なくとも1つの−CH2CH2−は、−CH=CH−または−C≡C−で置き換えられてもよく、これらの基において、少なくとも1つの水素は、フッ素または塩素で置き換えられてもよく;P1、P2、およびP3は、式(P−1)から式(P−3)で表される重合性基から選択された基であり:


式(P−1)から式(P−3)において、M5、M6、M7、M8、M9、M10、M11、およびM12は、水素、フッ素、炭素数1から5のアルキル、または少なくとも1つの水素がフッ素または塩素で置き換えられた炭素数1から5のアルキルである。

0048

項18.添加物Yの割合が0.05%から10%の範囲である、項15から17のいずれか1項に記載の液晶組成物。

0049

項19. 項1から18のいずれか1項に記載の液晶組成物を含有する液晶表示素子。

0050

項20.液晶表示素子の動作モードが、IPSモード、TNモード、FFSモード、またはFPAモードであり、液晶表示素子の駆動方式がアクティブマトリックス方式である、項19に記載の液晶表示素子。

0051

項21. 項1から18のいずれか1項に記載の液晶組成物を含有し、この液晶組成物に含有される重合性基を有する化合物が重合された、高分子支持配向型の液晶表示素子。

0052

項22. 項1から18のいずれか1項に記載の液晶組成物を含有し、この液晶組成物に含有される重合性基を有する化合物が重合された、配向膜を有しない液晶表示素子。

0053

項23. 項1から18のいずれか1項に記載の液晶組成物の、液晶表示素子における使用。

0054

項24. 項1から18のいずれか1項に記載の液晶組成物の、高分子支持配向型の液晶表示素子における使用。

0055

項25. 項1から18のいずれか1項に記載の液晶組成物の、配向膜を有しない液晶表示素子における使用。

0056

本発明は、次の項も含む。(a)上記の液晶組成物を2つの基板のあいだに配置し、この組成物に電圧を印加した状態で光を照射し、この組成物に含有された重合性基を有する化合物を重合させることによって、上記の液晶表示素子を製造する方法。(b)ネマチック相の上限温度が70℃以上であり、波長589nmにおける光学異方性(25℃で測定)が0.08以上であり、そして周波数1kHzにおける誘電率異方性(25℃で測定)が2以上である、上記の液晶組成物。

0057

本発明は、次の項も含む。(c)上記の式(2)で表される極性化合物から選択された少なくとも2つの化合物を含有する上記の組成物。(d)上記の式(2)で表される極性化合物とは異なる極性化合物をさらに含有する上記の組成物。この極性化合物は、重合性基を有してもよく、または有さなくてもよい。(e)上記の式(2)および式(6)で表される重合性化合物とは異なる重合性化合物を含有する上記の組成物。(f)光学活性化合物、酸化防止剤紫外線吸収剤消光剤色素消泡剤、重合性化合物、重合開始剤、重合禁止剤、極性化合物のような添加物の1つ、2つ、または少なくとも3つを含有する上記の組成物。(g)上記の組成物を含有するAM素子。(h)上記の組成物を含有し、そしてTN、ECB、OCB、IPS、FFS、VA、またはFPAのモードを有する素子。(i)上記の組成物を含有する透過型の素子。(j)上記の組成物を、ネマチック相を有する組成物として使用すること。(k)上記の組成物に光学活性化合物を添加することによって調製された組成物を、光学活性な組成物として使用すること。

0058

本発明を次の順で説明する。第一に、組成物の構成を説明する。第二に、成分化合物の主要な特性、およびこの化合物が組成物に及ぼす主要な効果を説明する。第三に、組成物における成分化合物の組合せ、好ましい割合およびその根拠を説明する。第四に、成分化合物の好ましい形態を説明する。第五に、好ましい成分化合物を示す。第六に、組成物に添加してもよい添加物を説明する。第七に、成分化合物の合成法を説明する。最後に、組成物の用途を説明する。

0059

第一に、組成物の構成を説明する。この組成物は、複数の液晶性化合物を含有する。この組成物は、添加物を含有してもよい。添加物は、光学活性化合物、酸化防止剤、紫外線吸収剤、消光剤、色素、消泡剤、重合性化合物、重合開始剤、重合禁止剤、極性化合物などである。この組成物は、液晶性化合物の観点から組成物(a)と組成物(b)に分類される。組成物(a)は、化合物(1)、化合物(3)、化合物(4)、および化合物(5)から選択された液晶性化合物の他に、その他の液晶性化合物、添加物などをさらに含有してもよい。「その他の液晶性化合物」は、化合物(1)、化合物(3)、化合物(4)、および化合物(5)とは異なる液晶性化合物である。このような化合物は、特性をさらに調整する目的で組成物に混合される。

0060

組成物(b)は、実質的に化合物(1)、化合物(3)、化合物(4)、および化合物(5)から選択された液晶性化合物のみからなる。「実質的に」は、組成物(b)が添加物を含有してもよいが、その他の液晶性化合物を含有しないことを意味する。組成物(b)は組成物(a)に比較して成分化合物の数が少ない。コストを下げるという観点から、組成物(b)は組成物(a)よりも好ましい。その他の液晶性化合物を混合することによって特性をさらに調整できるという観点から、組成物(a)は組成物(b)よりも好ましい。

0061

第二に、成分化合物の主要な特性、およびこの化合物が組成物に及ぼす主要な効果を説明する。成分化合物の主要な特性を表2にまとめる。表2の記号において、Lは大きいまたは高い、Mは中程度の、Sは小さいまたは低い、を意味する。記号L、M、Sは、成分化合物のあいだの定性的な比較に基づいた分類であり、記号0(ゼロ)は、S(小さい)よりも小さいことを意味する。

0062

0063

成分化合物が組成物や素子の特性に及ぼす主要な効果は次のとおりである。化合物(1)は、誘電率異方性を上げる。化合物(3)は、上限温度を上げる、または粘度を下げる。化合物(4)は、誘電率異方性を上げ、そして下限温度を下げる。化合物(5)は、短軸方向における誘電率を上げる。化合物(5)は、組成物の弾性定数を調整し、素子の電圧−透過率曲線を調整する目的で添加される。

0064

化合物(2)は、重合性基および極性基を有する。極性基は、基板表面との相互作用を有する。したがって、化合物(2)は、極性基の作用によって基板表面に吸着し、液晶分子の配向を制御する。化合物(6)は、高分子支持配向型の素子に、さらに適合させる目的で添加される。化合物(2)および化合物(6)は、重合性である。これらの化合物は、1,4−シクロヘキシレンや1,4−フェニレンのような六員環を有し、棒状の分子構造を有する。したがって、これらの化合物は、液晶性化合物との高い相溶性を有する。これらの化合物は、重合によって重合体を与える。この重合体は, 液晶分子の配向を安定化するので、素子の応答時間を短縮し、そして画像の焼き付きを改善する効果がある。

0065

化合物(2)は、液晶性化合物との相溶性が良好である。この化合物は、低温における相溶性も良好である。化合物(2)の重合体は、液晶分子の垂直配向という観点から重要である。化合物(6)は、高い反応性の観点から効果的である。化合物(6)の重合性基の数は、2以上であることが好ましい。この化合物は、化合物(2)の重合を補完すると期待される。化合物(6)の重合体は長期安定性の観点から効果的である。化合物(2)と化合物(6)の組合せによって相乗効果が期待できる。化合物(6)は、必要に応じて添加される。

0066

第三に、組成物における成分化合物の組合せ、好ましい割合およびその根拠を説明する。主要な成分化合物は、化合物(1)および化合物(2)である。組成物には、化合物(3)、化合物(4)、化合物(5)、および化合物(6)から選択された化合物が必要に応じて混合される。成分化合物の好ましい組合せは、化合物(1)+化合物(2)、化合物(1)+化合物(2)+化合物(3)、化合物(1)+化合物(2)+化合物(4)、化合物(1)+化合物(2)+化合物(5)、化合物(1)+化合物(2)+化合物(6)、化合物(1)+化合物(2)+化合物(3)+化合物(4)、化合物(1)+化合物(2)+化合物(3)+化合物(5)、化合物(1)+化合物(2)+化合物(3)+化合物(6)、化合物(1)+化合物(2)+化合物(4)+化合物(5)、化合物(1)+化合物(2)+化合物(4)+化合物(6)、化合物(1)+化合物(2)+化合物(5)+化合物(6)、化合物(1)+化合物(2)+化合物(3)+化合物(4)+化合物(5)、化合物(1)+化合物(2)+化合物(3)+化合物(4)+化合物(6)、化合物(1)+化合物(2)+化合物(4)+化合物(5)+化合物(6)、または化合物(1)+化合物(2)+化合物(3)+化合物(4)+化合物(5)+化合物(6)である。さらに好ましい組合せは、化合物(1)+化合物(2)+化合物(3)、化合物(1)+化合物(2)+化合物(3)+化合物(4)、化合物(1)+化合物(2)+化合物(3)+化合物(6)、または化合物(1)+化合物(2)+化合物(3)+化合物(4)+化合物(6)である。

0067

化合物(1)の好ましい割合は、誘電率異方性を上げるために約5%以上であり、下限温度を下げるために、または粘度を下げるために、約55%以下である。さらに好ましい割合は約5%から約45%の範囲である。特に好ましい割合は約10%から約35%の範囲である。

0068

化合物(2)は、液晶分子の配向を制御する目的で、組成物に添加される。化合物(2)の好ましい割合は、液晶分子を配向させるために約0.05%以上であり、素子の表示不良を防ぐために約10%以下である。さらに好ましい割合は、約0.1%から約7%の範囲である。特に好ましい割合は、約0.5%から約5%の範囲である。

0069

化合物(3)の好ましい割合は、上限温度を上げるために、または粘度を下げるために約10%以上であり、誘電率異方性を上げるために約90%以下である。さらに好ましい割合は約15%から約85%の範囲である。特に好ましい割合は約20%から約80%の範囲である。

0070

化合物(4)の好ましい割合は、誘電率異方性を上げるために約5%以上であり、下限温度を下げるために、約50%以下である。さらに好ましい割合は約5%から約40%の範囲である。特に好ましい割合は約5%から約30%の範囲である。

0071

化合物(5)の好ましい割合は、短軸方向における誘電率を上げるために約3%以上であり、下限温度を下げるために約40%以下である。さらに好ましい割合は約5%から約35%の範囲である。特に好ましい割合は約10%から約35%の範囲である。

0072

化合物(6)の好ましい割合は、配向の長期安定性を向上させるために約0.05%以上であり、素子の表示不良を防ぐために約10%以下である。さらに好ましい割合は、約0.1%から約2%の範囲である。特に好ましい割合は、約0.2%から約1.0%の範囲である。

0073

第四に、成分化合物の好ましい形態を説明する。まず、4成分の液晶性化合物をまとめて説明する。次に、添加物X、添加物Yの順に説明する。

0074

(a)液晶性化合物
式(1)、式(3)、式(4)、および式(5)において、R1は、炭素数1から12のアルキル、炭素数1から12のアルコキシ、または炭素数2から12のアルケニルである。好ましいR1は、紫外線または熱に対する安定性を上げるために、炭素数1から12のアルキルである。R4およびR5は、炭素数1から12のアルキル、炭素数1から12のアルコキシ、炭素数2から12のアルケニル、または少なくとも1つの水素がフッ素または塩素で置き換えられた炭素数2から12のアルケニルである。好ましいR4またはR5は、紫外線または熱に対する安定性を上げるために炭素数1から12のアルキルであり、下限温度を下げるために、または粘度を下げるために炭素数2から12のアルケニルである。

0075

R6は炭素数1から12のアルキル、炭素数1から12のアルコキシ、または炭素数2から12のアルケニルである。好ましいR6は、紫外線または熱に対する安定性を上げるために、炭素数1から12のアルキルである。R7およびR8は、水素、炭素数1から12のアルキル、炭素数1から12のアルコキシ、炭素数2から12のアルケニル、または炭素数2から12のアルケニルオキシである。好ましいR7またはR8は、紫外線または熱に対する安定性を上げるために炭素数1から12のアルキルであり、誘電率異方性を上げるために炭素数1から12のアルコキシである。

0076

好ましいアルキルは、メチル、エチル、プロピルブチル、ペンチル、ヘキシルヘプチル、またはオクチルである。さらに好ましいアルキルは、粘度を下げるためにメチル、エチル、プロピル、ブチル、またはペンチルである。

0077

好ましいアルコキシは、メトキシエトキシプロポキシブトキシペンチルオキシヘキシルオキシ、またはヘプチルオキシである。粘度を下げるために、さらに好ましいアルコキシは、メトキシまたはエトキシである。

0078

好ましいアルケニルは、ビニル、1−プロペニル、2−プロペニル、1−ブテニル、2−ブテニル、3−ブテニル、1−ペンテニル、2−ペンテニル、3−ペンテニル、4−ペンテニル、1−ヘキセニル、2−ヘキセニル、3−ヘキセニル、4−ヘキセニル、または5−ヘキセニルである。さらに好ましいアルケニルは、粘度を下げるために、ビニル、1−プロペニル、3−ブテニル、または3−ペンテニルである。これらのアルケニルにおける−CH=CH−の好ましい立体配置は、二重結合の位置に依存する。粘度を下げるためなどから、1−プロペニル、1−ブテニル、1−ペンテニル、1−ヘキセニル、3−ペンテニル、3−ヘキセニルのようなアルケニルにおいてはトランスが好ましい。2−ブテニル、2−ペンテニル、2−ヘキセニルのようなアルケニルにおいてはシスが好ましい。

0079

好ましいアルケニルオキシは、ビニルオキシアリルオキシ、3−ブテニルオキシ、3−ペンテニルオキシ、または4−ペンテニルオキシである。粘度を下げるために、さらに好ましいアルケニルオキシは、アリルオキシまたは3−ブテニルオキシである。

0080

少なくとも1つの水素がフッ素または塩素で置き換えられたアルキルの好ましい例は、フルオロメチル、2−フルオロエチル、3−フルオロプロピル、4−フルオロブチル、5−フルオロペンチル、6−フルオロヘキシル、7−フルオロヘプチル、または8−フルオロオクチルである。さらに好ましい例は、誘電率異方性を上げるために2−フルオロエチル、3−フルオロプロピル、4−フルオロブチル、または5−フルオロペンチルである。

0081

少なくとも1つの水素がフッ素または塩素で置き換えられたアルケニルの好ましい例は、2,2−ジフルオロビニル、3,3−ジフルオロ−2−プロペニル、4,4−ジフルオロ−3−ブテニル、5,5−ジフルオロ−4−ペンテニル、または6,6−ジフルオロ−5−ヘキセニルである。さらに好ましい例は、粘度を下げるために2,2−ジフルオロビニルまたは4,4−ジフルオロ−3−ブテニルである。

0082

環Aおよび環Bは、1,4−シクロヘキシレン、1,4−フェニレン、少なくとも1つの水素がフッ素または塩素で置き換えられた1,4−フェニレン、ピリミジン−2,5−ジイル、1,3−ジオキサン−2,5−ジイル、またはテトラヒドロピラン−2,5−ジイルである。好ましい環Aまたは環Bは、光学異方性を上げるために、1,4−フェニレン、2−フルオロ−1,4−フェニレン、または2,6−ジフルオロ−1,4−フェニレンである。環Eおよび環Fは、1,4−シクロヘキシレン、1,4−フェニレン、2−フルオロ−1,4−フェニレン、または2,5−ジフルオロ−1,4−フェニレンである。好ましい環Eまたは環Fは、粘度を下げるために1,4−シクロヘキシレンであり、光学異方性を上げるために1,4−フェニレンである。環Gは、1,4−シクロヘキシレン、1,4−フェニレン、2−フルオロ−1,4−フェニレン、2,3−ジフルオロ−1,4−フェニレン、2,6−ジフルオロ−1,4−フェニレン、ピリミジン−2,5−ジイル、1,3−ジオキサン−2,5−ジイル、またはテトラヒドロピラン−2,5−ジイルである。好ましい環Gは光学異方性を上げるために、1,4−フェニレンまたは2−フルオロ−1,4−フェニレンである。

0083

環Iおよび環Kは、1,4−シクロヘキシレン、1,4−シクロヘキセニレン、テトラヒドロピラン−2,5−ジイル、1,4−フェニレン、少なくとも1つの水素がフッ素または塩素で置き換えられた1,4−フェニレン、ナフタレン−2,6−ジイル、少なくとも1つの水素がフッ素または塩素で置き換えられたナフタレン−2,6−ジイル、クロマン−2,6−ジイル、または少なくとも1つの水素がフッ素または塩素で置き換えられたクロマン−2,6−ジイルである。「少なくとも1つの水素がフッ素または塩素で置き換えられた1,4−フェニレン」の好ましい例は、2−フルオロ−1,4−フェニレン、2,3−ジフルオロ−1,4−フェニレン、または2−クロロ−3−フルオロ−1,4−フェニレンである。好ましい環Iまたは環Kは、粘度を下げるために1,4−シクロヘキシレンであり、誘電率異方性を上げるためにテトラヒドロピラン−2,5−ジイルであり、光学異方性を上げるために1,4−フェニレンである。

0084

環Jは、2,3−ジフルオロ−1,4−フェニレン、2−クロロ−3−フルオロ−1,4−フェニレン、2,3−ジフルオロ−5−メチル−1,4−フェニレン、3,4,5−トリフルオロナフタレン−2,6−ジイル、7,8−ジフルオロクロマン−2,6−ジイル、3,4,5,6−テトラフルオロフルオレン−2,7−ジイル(FLF4)、4,6−ジフルオロジベンゾフラン−3,7−ジイル(DBFF2)、4,6−ジフルオロジベンゾチオフェン−3,7−ジイル(DBTF2)、または1,1,6,7−テトラフルオロインダン−2,5−ジイル(InF4)である。


好ましい環Jは、誘電率異方性を上げるために2,3−ジフルオロ−1,4−フェニレンである。

0085

Z1およびZ2は、単結合、エチレン、ビニレン、メチレンオキシ、カルボニルオキシ、またはジフルオロメチレンオキシである。好ましいZ1またはZ2は、粘度を下げるために単結合である。Z4は、単結合、エチレン、ビニレン、メチレンオキシ、またはカルボニルオキシである。好ましいZ4は、粘度を下げるために単結合である。Z5は、単結合、エチレン、ビニレン、またはカルボニルオキシである。好ましいZ5は、粘度を下げるために単結合である。Z6およびZ7は、単結合、エチレン、ビニレン、メチレンオキシ、またはカルボニルオキシである。好ましいZ6またはZ7は、粘度を下げるために単結合であり、誘電率異方性を上げるためにメチレンオキシである。

0086

X1、X2、X3、X4、X5、X6、X7、X8、X9、X10、X11、X12、X13、X14、X31、およびX32は、水素またはフッ素である。好ましいX1、X2、X3、X4、X5、X6、X7、X8、X9、X10、X11、X12、X13、X14、X31、およびX32は、誘電率異方性を上げるためにフッ素である。

0087

Y1およびY2は、フッ素、塩素、少なくとも1つの水素がフッ素または塩素で置き換えられた炭素数1から12のアルキル、少なくとも1つの水素がフッ素または塩素で置き換えられた炭素数1から12のアルコキシ、または少なくとも1つの水素がフッ素または塩素で置き換えられた炭素数2から12のアルケニルオキシである。好ましいY1またはY2は、下限温度を下げるためにフッ素である。少なくとも1つの水素がフッ素または塩素で置き換えられたアルキルの好ましい例は、トリフルオロメチルである。少なくとも1つの水素がフッ素または塩素で置き換えられたアルコキシの好ましい例は、トリフルオロメトキシである。少なくとも1つの水素がフッ素または塩素で置き換えられたアルケニルオキシの好ましい例は、トリフルオロビニルオキシである。

0088

aは、1、2、3、または4であり、bは、0、1、2、または3であり、そしてaおよびbの和は4以下である。好ましいaは、誘電率異方性を上げるために2または3である。好ましいbは、下限温度を下げるために0または1である。dは、1、2、または3である。好ましいdは、粘度を下げるために1であり、下限温度を下げるために2である。eは、1、2、3、または4である。好ましいeは、誘電率異方性を上げるために2または3である。fは、0、1、2、または3であり、gは、0または1であり、そしてfとgとの和は3以下である。好ましいfは粘度を下げるために1であり、上限温度を上げるために2または3である。好ましいgは粘度を下げるために0であり、下限温度を下げるために1である。

0089

(b)添加物X
化合物(2)は、重合性基および極性基を有する。低い揮発性を有する化合物が好ましい。好ましいモル質量は130g/mol以上である。さらに好ましいモル質量は150g/molから700g/molの範囲である。好ましい化合物(2)は、アクリロイルオキシ(−OCO−CH=CH2)、メタクリロイルオキシ(−OCO−(CH3)C=CH2)のような重合性基を有する。

0090

式(2)において、R2は、水素または炭素数1から15のアルキルであり、このアルキルにおいて、少なくとも1つの−CH2−は、−O−または−S−で置き換えられてもよく、少なくとも1つの−CH2CH2−は、−CH=CH−または−C≡C−で置き換えられてもよく、これらの基において、少なくとも1つの水素は、フッ素または塩素で置き換えられてもよい。好ましいR2は、炭素数1から10のアルキル、炭素数2から10のアルケニル、または炭素数1から9のアルコキシである。さらに好ましいR2は、炭素数1から10のアルキルである。R3は、水素または炭素数1から5のアルキルであり、このアルキルにおいて、少なくとも1つの−CH2CH2−は、−CH=CH−または−C≡C−で置き換えられてもよく、これらの基において、少なくとも1つの水素は、フッ素または塩素で置き換えられてもよい。好ましいR3は、炭素数1から3のアルキルである。さらに好ましいR3は、メチルである。

0091

環Cおよび環Dは、1,2−シクロプロピレン、1,3−シクロブチレン、1,3−シクロペンチレン、1,4−シクロヘキシレン、1,4−シクロヘプチレン、1,4−シクロヘキセニレン、1,4−フェニレン、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、1,2,3,4−テトラヒドロナフタレン−2,6−ジイル、テトラヒドロピラン−2,5−ジイル、1,3−ジオキサン−2,5−ジイル、ピリミジン−2,5−ジイル、またはピリジン−2,5−ジイルであり、これらの環において、少なくとも1つの水素は、フッ素、塩素、炭素数1から10のアルキル、炭素数2から10のアルケニル、炭素数1から10のアルコキシ、または炭素数2から10のアルケニルオキシで置き換えられてもよく、これらの基において、少なくとも1つの水素は、フッ素または塩素で置き換えられてもよい。好ましい環Cまたは環Dは、1,4−シクロヘキシレン、1,4−シクロヘキセニレン、1,4−フェニレン、ナフタレン−2,6−ジイル、テトラヒドロピラン−2,5−ジイル、1,3−ジオキサン−2,5−ジイル、ピリミジン−2,5−ジイル、ピリジン−2,5−ジイル、または3−エチル−1,4−フェニレンであり、特に好ましい環Cまたは環Dは、1,4−シクロヘキシレン、1,4−フェニレン、2−フルオロ−1,4−フェニレン、ナフタレン−2,6−ジイル、または3−エチル−1,4−フェニレンである。

0092

Z3は、単結合または炭素数1から6のアルキレンであり、このアルキレンにおいて、少なくとも1つの−CH2−は、−O−、−CO−、−COO−、−OCO−、または−OCOO−で置き換えられてもよく、少なくとも1つの−CH2CH2−は、−CH=CH−または−C≡C−で置き換えられてもよく、これらの基において、少なくとも1つの水素は、フッ素または塩素で置き換えられてもよい。好ましいZ3は、単結合、−CH2CH2−、−(CH2)4−、−CH=CH−、−C≡C−、−COO−、−OCO−、−CF2O−、−OCF2−、−CH2O−、−OCH2−、または−CF=CF−である。さらに好ましいZ3は、単結合である。

0093

Sp1、Sp2、Sp3、およびSp4は、単結合または炭素数1から10のアルキレンであり、このアルキレンにおいて、少なくとも1つの−CH2−は、−O−、−CO−、−COO−、−OCO−、または−OCOO−で置き換えられてもよく、少なくとも1つの−CH2CH2−は、−CH=CH−または−C≡C−で置き換えられてもよく、これらの基において、少なくとも1つの水素は、フッ素または塩素で置き換えられてもよい。好ましいSp1、Sp2、Sp3、およびSp4は、単結合または炭素数1から5のアルキレンであり、このアルキレンにおいて、少なくとも1つの−CH2−は、−O−で置き換えられてもよく、少なくとも1つの−CH2CH2−は、−CH=CH−で置き換えられてもよい。さらに好ましいSp1、Sp2、Sp3、およびSp4は、単結合または炭素数1から5のアルキレンであり、このアルキレンにおいて、少なくとも1つの−CH2−は、−O−で置き換えられてもよい。Sp5は、炭素数2から10のアルキレンであり、このアルキレンにおいて、少なくとも1つの−CH2−は、−O−で置き換えられてもよい。好ましいSp5は−CH2CH2−である。

0094

M1、M2、M3、およびM4は、水素、フッ素、塩素、炭素数1から5のアルキル、または少なくとも1つの水素がフッ素または塩素で置き換えられた炭素数1から5のアルキルである。好ましいM1、M2、M3、またはM4は、水素、または炭素数1から3のアルキルである。

0095

Q1は、−OH、−NH2、−OR11、−N(R11)2、−COOH、または−SHである。ここで、R11は水素または炭素数1から10のアルキルであり、このアルキルにおいて、少なくとも1つの−CH2−は、−O−で置き換えられてもよく、少なくとも1つの−CH2CH2−は、−CH=CH−で置き換えられてもよく、これらの基において、少なくとも1つの水素は、フッ素または塩素で置き換えられてもよい。液晶性化合物との高い相溶性の観点から、Q1は、−OHまたは−NH2であることが好ましい。−OHは、高いアンカー力を有するので好ましい。複数のヘテロ原子窒素酸素)を有する基は好ましい。そのような極性基を有する化合物は、低い濃度であっても有効である。

0096

cは、0、1、2、3、または4である。好ましいcは、1または2である。

0097

(c)添加物Y
式(6)において、環Lおよび環Uは、シクロヘキシル、シクロヘキセニル、フェニル、1−ナフチル、2−ナフチル、テトラヒドロピラン−2−イル、1,3−ジオキサン−2−イル、ピリミジン−2−イル、またはピリジン−2−イルであり、これらの環において、少なくとも1つの水素は、フッ素、塩素、炭素数1から12のアルキル、炭素数1から12のアルコキシ、または少なくとも1つの水素がフッ素または塩素で置き換えられた炭素数1から12のアルキルで置き換えられてもよい。好ましい環Lまたは環Uは、フェニルである。

0098

環Tは、1,4−シクロヘキシレン、1,4−シクロヘキセニレン、1,4−フェニレン、ナフタレン−1,2−ジイル、ナフタレン−1,3−ジイル、ナフタレン−1,4−ジイル、ナフタレン−1,5−ジイル、ナフタレン−1,6−ジイル、ナフタレン−1,7−ジイル、ナフタレン−1,8−ジイル、ナフタレン−2,3−ジイル、ナフタレン−2,6−ジイル、ナフタレン−2,7−ジイル、テトラヒドロピラン−2,5−ジイル、1,3−ジオキサン−2,5−ジイル、ピリミジン−2,5−ジイル、またはピリジン−2,5−ジイルであり、これらの環において、少なくとも1つの水素は、フッ素、塩素、炭素数1から12のアルキル、炭素数1から12のアルコキシ、または少なくとも1つの水素がフッ素または塩素で置き換えられた炭素数1から12のアルキルで置き換えられてもよい。好ましい環Tは、1,4−フェニレンまたは2−フルオロ−1,4−フェニレンである。

0099

Z8およびZ9は、単結合または炭素数1から10のアルキレンであり、このアルキレンにおいて、少なくとも1つの−CH2−は、−O−、−CO−、−COO−、または−OCO−で置き換えられてもよく、そして少なくとも1つの−CH2CH2−は、−CH=CH−、−C(CH3)=CH−、−CH=C(CH3)−、または−C(CH3)=C(CH3)−で置き換えられてもよく、これらの基において、少なくとも1つの水素は、フッ素または塩素で置き換えられてもよい。好ましいZ8またはZ9は、単結合、−CH2CH2−、−CH2O−、−OCH2−、−COO−、または−OCO−である。さらに好ましいZ8またはZ9は、単結合である。

0100

P1、P2、およびP3は、重合性基である。好ましいP1、P2、またはP3は、式(P−1)から式(P−5)で表される重合性基から選択された基である。式(P−1)から式(P−5)の波線は、結合する部位を示す。


式(P−1)から式(P−5)において、M5、M6、M7、M8、M9、M10、M11、M12、およびM13は、水素、フッ素、炭素数1から5のアルキル、または少なくとも1つの水素がフッ素または塩素で置き換えられた炭素数1から5のアルキルである。好ましいM5、M6、M7、M8、M9、M10、M11、M12、またはM13は、反応性を上げるために水素またはメチルである。さらに好ましいM5、M10、またはM13は水素またはメチルであり、さらに好ましいM6、M7、M8、M9、M11、またはM12は水素である。

0101

さらに好ましいP1、P2、またはP3は、式(P−1)、式(P−2)、または式(P−3)で表される基である。特に好ましいP1、P2、またはP3は、式(P−1)または式(P−2)で表される基である。最も好ましいP1、P2、またはP3は、式(P−1)で表される基である。式(P−1)で表される好ましい基は、アクリロイルオキシ(−OCO−CH=CH2)またはメタクリロイルオキシ(−OCO−C(CH3)=CH2)である。

0102

Sp6、Sp7、およびSp8は、単結合または炭素数1から10のアルキレンである。このアルキレンにおいて、少なくとも1つの−CH2−は、−O−、−COO−、−OCO−、または−OCOO−で置き換えられてもよく、そして少なくとも1つの−CH2CH2−は、−CH=CH−または−C≡C−で置き換えられてもよく、これらの基において、少なくとも1つの水素は、フッ素または塩素で置き換えられてもよい。好ましいSp6、Sp7、またはSp8は、単結合、−CH2CH2−、−CH2O−、−OCH2−、−COO−、−OCO−、−CO−CH=CH−、または−CH=CH−CO−である。さらに好ましいSp6、Sp7、またはSp8は、単結合である。

0103

hは、0、1、または2である。好ましいhは、0または1である。i、j、およびkは、0、1、2、3、または4であり、そしてi、j、およびkの和は、1以上である。好ましいi、j、およびkは、1または2である。好ましい和は、反応性を上げるために2以上である。さらに好ましい和は、3以上である。特に好ましい和は、4以上である。

0104

第五に、好ましい成分化合物を示す。好ましい化合物(1)は、項2に記載の化合物(1−1)から化合物(1−14)である。これらの化合物において、成分Aの少なくとも1つが、化合物(1−3)、化合物(1−4)、化合物(1−7)、化合物(1−9)、化合物(1−10)、または化合物(1−12)であることが好ましい。これらの化合物は、誘電率異方性が大きいという点で共通するが、他の特性には多少の差がある。表2を参照のこと。そこで、これらの化合物の中から、必要に応じて、適切な化合物を選別してもよい。成分Aの少なくとも2つが、化合物(1−3)および化合物(1−4)、化合物(1−3)および化合物(1−7)、化合物(1−3)および化合物(1−10)、化合物(1−7)および化合物(1−10)、または化合物(1−9)および化合物(1−10)の組合せであることが好ましい。これらの組合せの中から、必要に応じて、適切な組合せを選別してもよい。このような選別のルールは、他の化合物についても同様である。

0105

好ましい化合物(2)は、項3に記載の化合物(2−1)から化合物(2−8)である。これらの化合物において、添加物Xの少なくとも1つが、化合物(2−1)から化合物(2−3)であることが好ましい。添加物Xの少なくとも2つが、化合物(2−1)および化合物(2−2)の組合せであることが好ましい。

0106

好ましい化合物(3)は、項7に記載の化合物(3−1)から化合物(3−13)である。これらの化合物において、成分Bの少なくとも1つが、化合物(3−1)、化合物(3−3)、化合物(3−5)、化合物(3−6)、化合物(3−8)、または化合物(3−13)であることが好ましい。成分Bの少なくとも2つが、化合物(3−1)および化合物(3−3)、化合物(3−1)および化合物(3−5)、化合物(3−1)および化合物(3−8)、または化合物(3−3)および化合物(3−5)の組合せであることが好ましい。

0107

好ましい化合物(4)は、項10に記載の化合物(4−1)から化合物(4−16)である。これらの化合物において、成分Cの少なくとも1つが、化合物(4−4)、化合物(4−8)、化合物(4−9)、化合物(4−10)、化合物(4−11)、化合物(4−12)、または化合物(4−16)であることが好ましい。成分Cの少なくとも2つが、化合物(4−9)および化合物(4−11)、化合物(4−10)および化合物(4−11)、化合物(4−11)および化合物(4−12)、または化合物(4−11)および化合物(4−16)の組合せであることが好ましい。

0108

好ましい化合物(5)は、項13に記載の化合物(5−1)から化合物(5−35)である。これらの化合物において、成分Dの少なくとも1つが、化合物(5−1)、化合物(5−3)、化合物(5−6)、化合物(5−8)、化合物(5−10)、化合物(5−14)、または化合物(5−17)であることが好ましい。成分Dの少なくとも2つが、化合物(5−1)および化合物(5−8)、化合物(5−1)および化合物(5−14)、化合物(5−3)および化合物(5−8)、化合物(5−3)および化合物(5−14)、化合物(5−3)および化合物(5−17)、化合物(5−6)および化合物(5−8)、化合物(5−6)および化合物(5−10)、化合物(5−6)および化合物(5−17)、化合物(5−10)および化合物(5−17)の組合せであることが好ましい。

0109

好ましい化合物(6)は、項17に記載の化合物(6−1)から化合物(6−29)である。さらに好ましい化合物(6)は、化合物(6−1)、化合物(6−2)、化合物(6−3)、化合物(6−4)、化合物(6−5)、化合物(6−6)、化合物(6−7)、化合物(6−18)、化合物(6−20)、化合物(6−23)、化合物(6−24)、化合物(6−25)、および化合物(6−26)である。特に好ましい化合物(6)は、化合物(6−2)、化合物(6−3)、化合物(6−4)、および化合物(6−18)である。

0110

第六に、組成物に添加してもよい添加物を説明する。このような添加物は、光学活性化合物、酸化防止剤、紫外線吸収剤、消光剤、色素、消泡剤、重合性化合物、重合開始剤、重合禁止剤、極性化合物などである。液晶分子のらせん構造誘起してねじれ角を与える目的で光学活性化合物が組成物に添加される。このような化合物の例は、化合物(7−1)から化合物(7−5)である。光学活性化合物の好ましい割合は約5%以下である。さらに好ましい割合は約0.01%から約2%の範囲である。

0111

0112

大気中での加熱による比抵抗の低下を防止するために、または素子を長時間使用したあと、室温だけではなく上限温度に近い温度でも大きな電圧保持率を維持するために、酸化防止剤が組成物に添加される。酸化防止剤の好ましい例は、化合物(8−1)から化合物(8−3)などである。

0113

揮発性が小さい化合物は、素子を長時間使用したあと、室温だけではなく上限温度に近い温度でも大きな電圧保持率を維持するのに有効である。酸化防止剤の好ましい割合は、その効果を得るために約50ppm以上であり、上限温度を下げないように、または下限温度を上げないように約600ppm以下である。さらに好ましい割合は、約100ppmから約300ppmの範囲である。

0114

紫外線吸収剤の好ましい例は、ベンゾフェノン誘導体ベンゾエート誘導体トリアゾール誘導体などである。立体障害のあるアミンのような光安定剤もまた好ましい。光安定剤の好ましい例は、化合物(9−1)から化合物(9−16)などである。これらの吸収剤や安定剤における好ましい割合は、その効果を得るために約50ppm以上であり、上限温度を下げないように、または下限温度を上げないために約10000ppm以下である。さらに好ましい割合は約100ppmから約10000ppmの範囲である。

0115

0116

0117

消光剤は、液晶性化合物が吸収した光エネルギー受容し、熱エネルギーに変換することにより、液晶性化合物の分解を防止する化合物である。消光剤の好ましい例は、化合物(10−1)から化合物(10−7)などである。これらの消光剤における好ましい割合は、その効果を得るために約50ppm以上であり、下限温度を上げないために約20000ppm以下である。さらに好ましい割合は約100ppmから約10000ppmの範囲である。

0118

0119

GH(guest host)モードの素子に適合させるために、アゾ系色素アントラキノン系色素などのような二色性色素(dichroic dye)が組成物に添加される。色素の好ましい割合は、約0.01%から約10%の範囲である。泡立ちを防ぐために、ジメチルシリコーンオイルメチルフェニルシリコーンオイルなどの消泡剤が組成物に添加される。消泡剤の好ましい割合は、その効果を得るために約1ppm以上であり、表示不良を防ぐために約1000ppm以下である。さらに好ましい割合は、約1ppmから約500ppmの範囲である。

0120

高分子支持配向(PSA)型の素子に適合させるために重合性化合物が用いられる。化合物(2)および化合物(6)は、この目的に適している。これらの化合物を適切に組み合せることによって重合の反応性や液晶分子のプレチルト角を調整することができる。このような調整をするために、これらの化合物とは異なる重合性化合物(その他の重合性化合物)を組成物に添加してもよい。この場合、これらの化合物は主成分として、その他の重合性化合物は従成分として使用することが好ましい。その他の重合性化合物の例は、アクリレートメタクリレートビニル化合物ビニルオキシ化合物、プロペニルエーテルエポキシ化合物オキシランオキセタン)、ビニルケトンなど化合物である。さらに好ましい例は、アクリレートまたはメタクリレートである。このような方法でプレチルト角を最適化することによって、素子の短い応答時間を達成することができる。液晶分子の配向が安定化されるので、大きなコントラスト比や長い寿命を達成することができる。

0121

この重合性化合物は紫外線照射によって重合する。光重合開始剤などの適切な開始剤の存在下で重合させてもよい。重合のための適切な条件、開始剤の適切なタイプ、および適切な量は、当業者には既知であり、文献に記載されている。例えば、光重合開始剤であるIrgacure651(登録商標;BASF)、Irgacure184(登録商標;BASF)、またはDarocur1173(登録商標;BASF)がラジカル重合に対して適切である。光重合開始剤の好ましい割合は、重合性化合物の全量に基づいて約0.1%から約5%の範囲である。さらに好ましい割合は約1%から約3%の範囲である。

0122

この重合性化合物を保管するとき、重合を防止するために重合禁止剤を添加してもよい。重合性化合物は、通常は重合禁止剤を除去しないまま組成物に添加される。重合禁止剤の例は、ヒドロキノンメチルヒドロキノンのようなヒドロキノン誘導体、4−t−ブチルカテコール、4−メトキシフェノールフェノチアジンなどである。

0123

極性化合物は、極性をもつ有機化合物である。ここでは、イオン結合を有する化合物は含まれない。酸素、硫黄、および窒素のような原子は、より電気的に陰性であり、部分的な負電荷をもつ傾向にある。炭素および水素は中性であるか、または部分的な正電荷をもつ傾向がある。極性は、化合物中の別種の原子間で部分電荷が均等に分布しないことから生じる。例えば、極性化合物は、−OH、−COOH、−SH、−NH2、>NH、>N−のような部分構造の少なくとも1つを有する。

0124

第七に、成分化合物の合成法を説明する。これらの化合物は既知の方法によって合成できる。合成法を例示する。化合物(1−4)および化合物(1−10)は、特開平10−251186号公報に記載された方法で合成する。化合物(2)の合成法は、実施例の項に記載する。化合物(3−1)は、特開昭59−176221号公報に記載された方法で合成する。化合物(4−4)および化合物(4−8)は、特開平2−233626号公報に記載された方法で合成する。化合物(5−1)および化合物(5−8)は、特表平2−503441号公報に記載された方法で合成する。化合物(6−18)は特開平7−101900号公報に記載された方法で合成する。化合物(8−1)は、アルドリッチ(Sigma-Aldrich Corporation)から入手できる。化合物(8−2)などは、米国特許3660505号明細書に記載された方法によって合成する。

0125

合成法を記載しなかった化合物は、オーガニックシンセシス(Organic Syntheses, John Wiley & Sons, Inc.)、オーガニック・リアクションズ(Organic Reactions, John Wiley & Sons, Inc.)、コンプリヘンシブ・オーガニック・シンセシス(Comprehensive Organic Synthesis, Pergamon Press)、新実験化学講座(丸善)などの成書に記載された方法によって合成できる。組成物は、このようにして得た化合物から公知の方法によって調製される。例えば、成分化合物を混合し、そして加熱によって互いに溶解させる。

0126

最後に、組成物の用途を説明する。大部分の組成物は、約−10℃以下の下限温度、約70℃以上の上限温度、そして約0.07から約0.20の範囲の光学異方性を有する。成分化合物の割合を制御することによって、またはその他の液晶性化合物を混合することによって、約0.08から約0.25の範囲の光学異方性を有する組成物を調製してもよい。さらには、試行錯誤によって約0.10から約0.30の範囲の光学異方性を有する組成物を調製してもよい。この組成物を含有する素子は大きな電圧保持率を有する。この組成物はAM素子に適する。この組成物は透過型のAM素子に特に適する。この組成物は、ネマチック相を有する組成物としての使用、光学活性化合物を添加することによって光学活性な組成物としての使用が可能である。

0127

この組成物はAM素子への使用が可能である。さらにPM素子への使用も可能である。この組成物は、PC、TN、STN、ECB、OCB、IPS、FFS、VA、FPAなどのモードを有するAM素子およびPM素子への使用が可能である。TN、OCB、IPS、FFSなどのモードを有するAM素子への使用は特に好ましい。IPSモードまたはFFSモードを有するAM素子において、電圧が無印加のとき、液晶分子の配向がガラス基板に対して並行であってもよく、または垂直であってもよい。これらの素子が反射型、透過型、または半透過型であってもよい。透過型の素子への使用は好ましい。非結晶シリコンTFT素子または多結晶シリコン−TFT素子への使用も可能である。この組成物をマイクロカプセル化して作製したNCAP(nematic curvilinear aligned phase)型の素子や、組成物中に三次元網目状高分子を形成させたPD(polymer dispersed)型の素子にも使用できる。

0128

高分子支持配向型の素子を製造する方法の一例は、次のとおりである。アレイ基板カラーフィルター基板と呼ばれる2つの基板を有する素子を用意する。この基板は配向膜を有する。この基板の少なくとも1つは、電極層を有する。液晶性化合物を混合して液晶組成物を調製する。この組成物に重合性化合物を添加する。必要に応じて添加物をさらに添加してもよい。この組成物を素子に入れる。この素子に電圧を印加した状態で光照射する。紫外線が好ましい。光照射によって重合性化合物を重合させる。この重合によって、重合体を含有する組成物が生成する。高分子支持配向型の素子は、このような手順で製造する。

0129

この手順において、電圧を印加したとき、液晶分子が配向膜および電場の作用によって配向する。この配向に従って重合性化合物の分子も配向する。この状態で重合性化合物が紫外線によって重合するので、この配向を維持した重合体が生成する。この重合体の効果によって、素子の応答時間が短縮される。画像の焼き付きは、液晶分子の動作不良であるから、この重合体の効果によって焼き付きも同時に改善されることになる。なお、組成物中の重合性化合物を予め重合させ、この組成物を液晶表示素子の基板のあいだに配置することも可能であろう。

0130

化合物(2)のような、重合性基を有する極性化合物を用いる場合は、素子の基板に配向膜は不要である。配向膜を有しない素子は、2つ前の段落に記載した手順に従って製造する。ただし、配向膜を有しない基板を用いる。

0131

この手順において、化合物(2)は、極性基が基板表面と相互作用するので、基板上に配列する。この配列に従って液晶分子が配向される。電圧を印加したとき、液晶分子の配向がさらに促進される。この状態で重合性基が紫外線によって重合するので、この配向を維持した重合体が生成する。この重合体の効果によって、液晶分子の配向が追加的に安定化し、素子の応答時間が短縮される。画像の焼き付きは、液晶分子の動作不良であるから、この重合体の効果によって焼き付きも同時に改善されることになる。

0132

実施例によって本発明をさらに詳しく説明する。本発明はこれらの実施例によっては制限されない。本発明は、組成物(M1)と組成物(M2)との混合物を含む。本発明は、実施例の組成物の少なくとも2つを混合した混合物をも含む。合成した化合物は、NMR分析などの方法によって同定した。化合物、組成物および素子の特性は、下記の方法によって測定した。

0133

NMR分析:測定には、ブルカーバオスピン社製のDRX−500を用いた。1H−NMRの測定では、試料をCDCl3などの重水素化溶媒に溶解させ、測定は、室温で、500MHz、積算回数16回の条件で行った。テトラメチルシラン内部標準として用いた。19F−NMRの測定では、CFCl3を内部標準として用い、積算回数24回で行った。核磁気共鳴スペクトルの説明において、sはシングレット、dはダブレット、tはトリプレット、qはカルテット、quinはクインテット、sexはセクステット、mはマルチプレット、brはブロードであることを意味する。

0134

ガスクロマト分析:測定には島津製作所製のGC−14B型ガスクロマトグラフを用いた。キャリアーガスヘリウム(2mL/分)である。試料気化室を280℃に、検出器(FID)を300℃に設定した。成分化合物の分離には、Agilent Technologies Inc.製のキャピラリカラムDB−1(長さ30m、内径0.32mm、膜厚0.25μm;固定液相はジメチルポリシロキサン無極性)を用いた。このカラムは、200℃で2分間保持したあと、5℃/分の割合で280℃まで昇温した。試料はアセトン溶液(0.1%)に調製したあと、その1μLを試料気化室に注入した。記録計は島津製作所製のC−R5A型Chromatopac、またはその同等品である。得られたガスクロマトグラムは、成分化合物に対応するピークの保持時間およびピークの面積を示した。

0135

試料を希釈するためにクロロホルムヘキサンなどの溶媒を用いてもよい。成分化合物を分離するために、次のキャピラリカラムを用いてもよい。Agilent Technologies Inc.製のHP−1(長さ30m、内径0.32mm、膜厚0.25μm)、Restek Corporation製のRtx−1(長さ30m、内径0.32mm、膜厚0.25μm)、SGE International Pty. Ltd製のBP−1(長さ30m、内径0.32mm、膜厚0.25μm)。化合物ピークの重なりを防ぐ目的で島津製作所製のキャピラリカラムCBP1−M50−025(長さ50m、内径0.25mm、膜厚0.25μm)を用いてもよい。

0136

組成物に含有される液晶性化合物の割合は、次のような方法で算出してよい。液晶性化合物の混合物をガスクロマトグラフィ(FID)で分析する。ガスクロマトグラムにおけるピークの面積比は液晶性化合物の割合に相当する。上に記載したキャピラリカラムを用いたときは、各々の液晶性化合物の補正係数を1とみなしてよい。したがって、液晶性化合物の割合(%)は、ピークの面積比から算出することができる。

0137

測定試料:組成物および素子の特性を測定するときは、組成物をそのまま試料として用いた。化合物の特性を測定するときは、この化合物(15%)を母液晶(85%)に混合することによって測定用の試料を調製した。測定によって得られた値から外挿法によって化合物の特性値を算出した。(外挿値)={(試料の測定値)−0.85×(母液晶の測定値)}/0.15。この割合でスメクチック相(または結晶)が25℃で析出するときは、化合物と母液晶の割合を10%:90%、5%:95%、1%:99%の順に変更した。この外挿法によって化合物に関する上限温度、光学異方性、粘度、および誘電率異方性の値を求めた。

0138

下記の母液晶を用いた。

0139

測定方法:特性の測定は下記の方法で行った。これらの多くは、社団法人電子情報技術産業協会(Japan Electronics and Information Technology Industries Association;JEITAという)で審議制定されるJEITA規格(JEITA・ED−2521B)に記載された方法、またはこれを修飾した方法であった。測定に用いたTN素子には、薄膜トランジスター(TFT)を取り付けなかった。

0140

(1)ネマチック相の上限温度(NI;℃):偏光顕微鏡を備えた融点測定装置ホットプレートに試料を置き、1℃/分の速度で加熱した。試料の一部がネマチック相から等方性液体に変化したときの温度を測定した。ネマチック相の上限温度を「上限温度」と略すことがある。

0141

(2)ネマチック相の下限温度(TC;℃):ネマチック相を有する試料をガラス瓶に入れ、0℃、−10℃、−20℃、−30℃、および−40℃のフリーザー中に10日間保管したあと、液晶相を観察した。例えば、試料が−20℃ではネマチック相のままであり、−30℃では結晶またはスメクチック相に変化したとき、TCを<−20℃と記載した。ネマチック相の下限温度を「下限温度」と略すことがある。

0142

(3)粘度(バルク粘度;η;20℃で測定;mPa・s):測定には東京計器株式会社製のE型回転粘度計を用いた。

0143

(4)粘度(回転粘度;γ1;25℃で測定;mPa・s):測定は、M. Imai et al., Molecular Crystals and Liquid Crystals, Vol. 259, 37 (1995) に記載された方法に従った。ツイスト角が0°であり、そして2枚のガラス基板の間隔(セルギャップ)が5μmであるTN素子に試料を入れた。この素子に16Vから19.5Vの範囲で0.5V毎に段階的に印加した。0.2秒の無印加のあと、ただ1つの矩形波矩形パルス;0.2秒)と無印加(2秒)の条件で印加を繰り返した。この印加によって発生した過渡電流(transient current)のピーク電流(peak current)とピーク時間(peak time)を測定した。これらの測定値とM. Imaiらの論文、40頁の計算式(8)とから回転粘度の値を得た。この計算に必要な誘電率異方性は、測定(6)に記載された方法で測定した。

0144

(5)光学異方性(屈折率異方性;Δn;25℃で測定):測定は、波長589nmの光を用い、接眼鏡偏光板を取り付けたアッベ屈折計によって行なった。主プリズムの表面を一方向にラビングしたあと、試料を主プリズムに滴下した。屈折率n‖は偏光の方向がラビングの方向と平行であるときに測定した。屈折率n⊥は偏光の方向がラビングの方向と垂直であるときに測定した。光学異方性の値は、Δn=n‖−n⊥、の式から計算した。

0145

(6)誘電率異方性(Δε;25℃で測定):2枚のガラス基板の間隔(セルギャップ)が9μmであり、そしてツイスト角が80度であるTN素子に試料を入れた。この素子にサイン波(10V、1kHz)を印加し、2秒後に液晶分子の長軸方向における誘電率(ε‖)を測定した。この素子にサイン波(0.5V、1kHz)を印加し、2秒後に液晶分子の短軸方向における誘電率(ε⊥)を測定した。誘電率異方性の値は、Δε=ε‖−ε⊥、の式から計算した。

0146

(7)しきい値電圧(Vth;25℃で測定;V):測定には大塚電子株式会社製のLCD5100型輝度計を用いた。光源はハロゲンランプであった。2枚のガラス基板の間隔(セルギャップ)が0.45/Δn(μm)であり、ツイスト角が80度であるノーマリーホワイトモード(normally white mode)のTN素子に試料を入れた。この素子に印加する電圧(32Hz、矩形波)は0Vから10Vまで0.02Vずつ段階的に増加させた。この際に、素子に垂直方向から光を照射し、素子を透過した光量を測定した。この光量が最大になったときが透過率100%であり、この光量が最小であったときが透過率0%である電圧−透過率曲線を作成した。しきい値電圧は透過率が90%になったときの電圧で表した。

0147

(8)電圧保持率(初期VHR;60℃で測定;%):配向膜を有しないガラス基板のVA素子に試料を封入した。2枚のガラス基板の間隔(セルギャップ)は3.5μmであった。この素子は試料を注入したあと紫外線で硬化する接着剤密閉した。このVA素子にパルス電圧(1Vで60マイクロ秒)を印加して充電した。減衰する電圧を高速電圧計で1667ミリ秒のあいだ測定し、単位周期における電圧曲線横軸との間の面積Aを求めた。面積Bは減衰しなかったときの面積であった。電圧保持率は面積Bに対する面積Aの百分率で表した。

0148

(9)電圧保持率(UV−VHR;60℃で測定;%):試料を注入したVA素子に紫外線を照射したあと、電圧保持率を測定し、紫外線に対する安定性を評価した。測定には、配向膜を有しないガラス基板のVA素子を用い、2枚のガラス基板の間隔(セルギャップ)は3.5μmであった。この素子に試料を注入し、光源としてUV2を使用し、5ミリWの光を15J照射した。その後、初期VHRと同様の測定条件にて、UV−VHRの測定を行った。大きなUV−VHRを有する組成物は紫外線に対して大きな安定性を有する。UV−VHRは90%以上が好ましく、95%以上がさらに好ましい。

0149

(10)電圧保持率(加熱VHR;60℃で測定;%):試料を注入したVA素子を加熱したあと、電圧保持率を測定し、熱に対する安定性を評価した。測定には、配向膜を有しないガラス基板のVA素子を用い、2枚のガラス基板の間隔(セルギャップ)は3.5μmであった。この素子に試料を注入し、140℃の恒温槽内で1時間加熱した。その後、初期VHRと同様の測定条件にて、加熱VHRの測定を行った。大きな加熱VHRを有する組成物は熱に対して大きな安定性を有する。加熱VHRは90%以上が好ましく、95%以上がさらに好ましい。

0150

(12)応答時間(τ;25℃で測定;ms):測定には大塚電子株式会社製のLCD5100型輝度計を用いた。光源はハロゲンランプであった。ローパスフィルター(Low-pass filter)は5kHzに設定した。2枚のガラス基板の間隔(セルギャップ)が3.5μmであり、配向膜を有しないFFS素子に試料を入れた。この素子を紫外線で硬化する接着剤で密閉した。この素子に、30Vの電圧を印加しながら78mW/cm2(405nm)の紫外線を359秒間(28J)照射した。紫外線の照射には、アイグラフィックス株式会社製、紫外硬化用マルチメタルランプM04−L41を用いた。この素子に矩形波(120Hz)を印加した。この際に、素子に垂直方向から光を照射し、素子を透過した光量を測定した。この光量が最大になったときが透過率100%であり、この光量が最小であったときが透過率0%であるとみなした。矩形波の最大電圧は透過率が90%になるように設定した。矩形波の最低電圧は透過率が0%になる2.5Vに設定した。応答時間は透過率90%から10%に変化するのに要した時間(立ち下がり時間;fall time;ミリ秒)で表した。

0151

(13)弾性定数(K;25℃で測定;pN):測定には横河・ヒューレットパッカード株式会社製のHP4284A型LCRメータを用いた。2枚のガラス基板の間隔(セルギャップ)が20μmである水平配向素子に試料を入れた。この素子に0ボルトから20ボルト電荷を印加し、静電容量および印加電圧を測定した。測定した静電容量(C)と印加電圧(V)の値を「液晶デバイスハンドブック」(日刊工業新聞社)、75頁にある式(2.98)、式(2.101)を用いてフィッティングし、式(2.99)からK11およびK33の値を得た。次に同171頁にある式(3.18)に、先ほど求めたK11およびK33の値を用いてK22を算出した。弾性定数Kは、このようにして求めたK11、K22、およびK33の平均値で表した。

0152

(14)比抵抗(ρ;25℃で測定;Ωcm):電極を備えた容器に試料1.0mLを入れた。この容器に直流電圧(10V)を印加し、10秒後の直流電流を測定した。比抵抗は次の式から算出した。(比抵抗)={(電圧)×(容器の電気容量)}/{(直流電流)×(真空の誘電率)}。

0153

(15)プレチルト角(Pt;室温で測定;度):プレチルト角の測定には、分光エリプソメータM−2000U(J. A. Woollam Co., Inc. 製)を使用した。

0154

(16)配向安定性(液晶配向軸安定性):液晶表示素子の電極側の液晶配向軸の変化を評価した。ストレス印加前の電極側の液晶配向角度φ(before)を測定し、その後、素子に矩形波4.5V、60Hzを20分間印加した後、1秒間ショートし、1秒後および5分後に再び電極側の液晶配向角度φ(after)を測定した。これらの値から、1秒後および5分後の液晶配向角度の変化Δφ(deg.)を次の式を用いて算出した。
Δφ(deg.)=φ(after)−φ(before)
これらの測定はJ. Hilfiker, B. Johs, C. Herzinger, J. F. Elman, E. Montbach, D. Bryant, and P. J. Bos, Thin Solid Films, 455-456, (2004) 596-600 を参考に行った。Δφが小さいほうが液晶配向軸の変化率が小さく、液晶配向軸の安定性が良いといえる。

0155

[合成例1]
化合物(2−1−1)の合成

0156

第1工程
トリフルオロメタンスルホン酸無水物(25.0g)およびジクロロメタン(80.0ml)を反応器に入れ、0℃に冷却した。そこへ、化合物(T−1)(10.3g)およびトリエチルアミン(8.97g)のジクロロメタン(160ml)溶液をゆっくりと滴下した。得られた溶液をエチレングリコール(165g)に注ぎ込み、室温で12時間撹拌した。反応混合物を水に注ぎ込み、水層をジクロロメタンで抽出した。有機層を水で洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥した。この溶液を減圧下で濃縮し、残渣をシリカゲルクロマトグラフィー容積比ヘプタン酢酸エチル=1:1)で精製して、化合物(T−2)(6.18g;44%)を得た。

0157

第2工程
化合物(T−2)(6.18g)、3,4−ジヒドロ−2H−ピラン(3.57g)、ピリジニウムp−トルエンスルホナート(PPTS;0.970g)、およびジクロロメタン(60.0ml)を反応器に入れ、室温で12時間攪拌した。反応混合物を水に注ぎ込み、水層をジクロロメタンで抽出した。有機層を水で洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥した。この溶液を減圧下で濃縮し、残渣をシリカゲルクロマトグラフィー(容積比、ヘプタン:酢酸エチル=4:1)で精製して、化合物(T−3)(9.15g;97%)を得た。なお、上記の合成経路で、THPテトラヒドロピラニル基を示す。

0158

第3工程
化合物(T−3)(9.15g)、THF(45.0ml)、および水(45.0ml)を反応器に入れ、0℃に冷却した。そこへ水酸化リチウム一水和物(3.14g)を加え、室温に戻しつつ7時間攪拌した。反応混合物を水に注ぎ込み、6N塩酸(15ml)をゆっくりと加え酸性にした後、水層を酢酸エチルで抽出した。有機層を水で洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥した。この溶液を減圧下で濃縮して化合物(T−4)(5.07g;59%)を得た。

0159

第4工程
化合物(T−5)は、国際公開第2014/097952号に記載された方法に従って合成した。化合物(T−5)(124g)、トリエチルアミン(52.4g)、およびTHF(3100ml)を反応器に入れ0℃に冷却した。そこへ、化合物(T−6)(50.0g)をゆっくりと滴下し、50℃で3時間撹拌した。反応混合物を食塩水に注ぎ込み、水層をt−ブチルメチルエーテルで抽出した。有機層を水および食塩水で順次洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥した。この溶液を減圧下で濃縮し、残渣をシリカゲルクロマトグラフィー(容積比、ヘプタン:酢酸エチル=4:1)で精製して、化合物(T−7)(55.6g;37%)を得た。

0160

第5工程
化合物(T−4)(3.64g)、化合物(T−7)(5.00g)、N,N−ジメチル4−アミノピリジンDMAP;0.807g)、およびジクロロメタン(75.0ml)を反応器に入れ、0℃に冷却した。そこへN,N’−ジシクロヘキシルカルボジイミド(DCC;4.09g)のジクロロメタン(25.0ml)溶液をゆっくりと滴下し、室温に戻しつつ12時間攪拌した。不溶物濾別した後、反応混合物を水に注ぎ込み、水層をジクロロメタンで抽出した。有機層を水で洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥した。この溶液を減圧下で濃縮し、残渣をシリカゲルクロマトグラフィー(容積比、ヘプタン:酢酸エチル=5:1)で精製して、化合物(T−8)(7.35g;94%)を得た。

0161

第6工程
化合物(T−8)(7.35g)、PPTS(1.56g)、THF(37.0ml)、およびメタノール(37.0ml)を反応器に入れ、50℃で4時間攪拌した。反応混合物を水に注ぎ込み、水層を酢酸エチルで抽出した。有機層を水で洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥した。この溶液を減圧下で濃縮し、残渣をシリカゲルクロマトグラフィー(容積比、トルエン:酢酸エチル=2:1)で精製した。さらにヘプタンからの再結晶により精製して、化合物(2−1−1)(3.54g;56%)を得た。

0162

化合物(2−1−1)のNMRは、次のとおりであった。
1H−NMR:化学シフトδ(ppm;CDCl3):6.30(s,1H)、6.09(s,1H)、5.88(d,J=1.2Hz,1H)、5.57(s,1H),4.35−4.26(m,2H)、4.24(s,2H)、4.21−4.14(m,2H)、3.78−3.73(m,2H)、3.62(t,J=4.7Hz,2H)、2.27(t,J=6.3Hz,1H)、1.97−1.90(m,4H)、1.85−1.64(m,8H)、1.48−1.38(m,1H)、1.34−1.18(m,6H)、1.18−0.78(m,16H).

0163

化合物(2−1−1)の物性は、次のとおりであった。
転移温度:C 37.3 I.

0164

合成例に記載された方法を参考にしながら、化合物(2−1)から化合物(2−8)を合成することが可能である。

0165

組成物の実施例を以下に示す。成分化合物は、下記の表3の定義に基づいて記号によって表した。表3において、1,4−シクロヘキシレンに関する立体配置はトランスである。記号化された化合物の後にあるかっこ内の番号は、化合物が属する化学式を表す。(−)の記号はその他の液晶性化合物を意味する。最後に、組成物の特性値をまとめた。

0166

0167

素子の実施例
1.原料
配向膜を有しない素子に、添加物Xや添加物Yを添加した液晶組成物を注入した。電圧を印加しながら紫外線を照射したあと、この素子における液晶分子の垂直配向を検討した。液晶分子が充分に配向したか否かは、光漏れテストによって判断した。垂直配向が達成された場合には、光漏れが観察されないからである。最初に原料を説明する。原料は、下記の組成物(M1)、添加物X(重合性基を有する極性化合物)、および添加物Y(重合性化合物)の中から適宜選択した。組成物は次のとおりであった。

0168

組成物(M1)
5−HXB(F,F)−F (1−1) 3%
3−HHXB(F,F)−F (1−2) 6%
3−BB(F,F)XB(F,F)−F (1−4) 6%
3−BB(2F,3F)XB(F,F)−F (1−4) 4%
3−HHB(F,F)XB(F,F)−F (1−5) 4%
3−HBB(2F,3F)XB(F,F)−F (1−7) 5%
5−BB(F)B(F,F)XB(F)B(F,F)−F (1−14) 2%
3−HH−V (3−1) 22%
3−HH−V1 (3−1) 10%
5−HB−O2 (3−2) 5%
3−HHEH−3 (3−4) 3%
3−HBB−2 (3−6) 7%
5−B(F)BB−3 (3−7) 3%
3−HB−CL (4−1) 3%
3−HHB−OCF3 (4−3) 3%
3−HGB(F,F)−F (4−6) 3%
3−HB(F)B(F,F)−F (4−9) 5%
3−HHBB(F,F)−F (4−14) 6%
NI=77.2℃;Tc<−20℃;Δn=0.101;Δε=5.8;Vth=1.88V;η=13.7mPa・s;γ1=61.3mPa・s.

0169

組成物(M2)
5−HXB(F,F)−F (1−1) 6%
3−HHXB(F,F)−F (1−2) 6%
2−BB(F)B(F,F)XB(F)−F (1−10) 3%
3−BB(F)B(F,F)XB(F)−F (1−10) 3%
4−BB(F)B(F,F)XB(F)−F (1−10) 4%
2−HH−5 (3−1) 8%
3−HH−V (3−1) 10%
3−HH−V1 (3−1) 7%
4−HH−V (3−1) 10%
4−HH−V1 (3−1) 8%
5−HB−O2 (3−2) 7%
4−HHEH−3 (3−4) 3%
V2−BB(F)B−1 (3−8) 3%
5−HB−CL (4−1) 5%
V−HB(F)B(F,F)−F (4−9) 5%
3−HHB(F)B(F,F)−F (4−15) 7%
1O1−HBBH−3 (−) 5%
NI=78.5℃;Tc<−20℃;Δn=0.095;Δε=3.4;Vth=1.50V;η=8.4mPa・s;γ1=54.2mPa・s.

0170

組成物(M3)
3−HHXB(F,F)−F (1−2) 7%
3−BB(F,F)XB(F,F)−F (1−4) 10%
5−HHB(F,F)XB(F,F)−F (1−5) 6%
3−HBB(2F,3F)XB(F,F)−F (1−7) 5%
2−HH−3 (3−1) 8%
3−HH−V (3−1) 20%
3−HH−V1 (3−1) 7%
4−HH−V (3−1) 6%
5−HB−O2 (3−2) 5%
V2−B2BB−1 (3−9) 3%
3−HHEBH−3 (3−13) 5%
3−HHEBH−5 (3−13) 5%
3−HHEB(F,F)−F (4−5) 5%
5−HBEB(F,F)−F (4−13) 5%
2−HHB(F)B(F,F)−F (4−15) 3%
NI=90.3℃;Tc<−20℃;Δn=0.088;Δε=5.4;Vth=1.69V;η=13.7mPa・s;γ1=60.6mPa・s.

0171

組成物(M4)
3−BB(F,F)XB(F,F)−F (1−4) 12%
3−HBBXB(F,F)−F (1−7) 3%
3−BB(F)B(F,F)XB(F)−F (1−10) 3%
3−BB(F)B(F,F)XB(F,F)−F (1−10) 3%
4−BB(F)B(F,F)XB(F,F)−F (1−10) 5%
5−BB(F)B(F,F)XB(F,F)−F (1−10) 4%
2−HH−3 (3−1) 6%
3−HH−5 (3−1) 6%
3−HH−V (3−1) 25%
3−HH−VFF(3−1) 6%
5−HB−O2 (3−2) 7%
V−HHB−1 (3−5) 6%
V−HBB−2 (3−6) 5%
3−HHBB(F,F)−F (4−14) 5%
4−HHBB(F,F)−F (4−14) 4%
NI=78.3℃;Tc<−20℃;Δn=0.107;Δε=7.0;Vth=1.55V;η=11.6mPa・s;γ1=55.6mPa・s.

0172

組成物(M5)
3−HHXB(F,F)−F (1−2) 6%
3−BB(F,F)XB(F,F)−F (1−4) 8%
3−BB(F)B(F,F)XB(F,F)−F (1−10) 3%
4−BB(F)B(F,F)XB(F,F)−F (1−10) 6%
5−BB(F)B(F,F)XB(F,F)−F (1−10) 5%
3−HH−V (3−1) 30%
3−HH−V1 (3−1) 5%
3−HHB−O1 (3−5) 2%
V−HHB−1 (3−5) 5%
2−BB(F)B−3 (3−8) 6%
3−HHBB(F,F)−F (4−14) 5%
4−HHBB(F,F)−F (4−14) 4%
F3−HH−V (−) 15%
NI=82.0℃;Tc<−20℃;Δn=0.104;Δε=5.7;Vth=1.43V;η=11.8mPa・s;γ1=62.1mPa・s.

0173

組成物(M6)
3−GB(F,F)XB(F,F)−F (1−3) 5%
3−HGB(F,F)XB(F,F)−F (1−6) 5%
2−dhBB(F,F)XB(F,F)−F (1−8) 4%
3−dhB(F,F)B(F,F)XB(F)B(F,F)−F (1−13) 3%
3−BB(2F,5F)B−3 (3) 3%
2−HH−3 (3−1) 14%
2−HH−5 (3−1) 4%
3−HH−V (3−1) 26%
1V2−HH−3 (3−1) 5%
1V2−BB−1 (3−3) 3%
3−HB(F)HH−2 (3−10) 4%
5−HBB(F)B−2 (3−12) 6%
7−HB(F,F)−F (4−2) 3%
3−HGB(F,F)−F (4−6) 3%
5−GHB(F,F)−F (4−7) 4%
3−BB(F)B(F,F)−CF3 (4−12) 2%
3−HHBB(F,F)−F (4−14) 4%
3−GBB(F)B(F,F)−F (4−16) 2%
NI=78.3℃;Tc<−20℃;Δn=0.094;Δε=5.9;Vth=1.25V;η=12.8mPa・s;γ1=61.9mPa・s.

0174

組成物(M7)
3−BB(F)B(F,F)XB(F,F)−F (1−10) 3%
4−BB(F)B(F,F)XB(F,F)−F (1−10) 5%
3−BB(F,F)XB(F)B(F,F)−F (1−12) 3%
5−BB(F)B(F,F)XB(F)B(F,F)−F (1−14) 4%
2−HH−5 (3−1) 8%
3−HH−V (3−1) 25%
3−HH−V1 (3−1) 7%
4−HH−V1 (3−1) 6%
5−HB−O2 (3−2) 5%
7−HB−1 (3−2) 5%
VFF−HHB−O1 (3−5) 8%
VFF−HHB−1 (3−5) 3%
3−HH2BB(F,F)−F (4) 3%
4−HH2BB(F,F)−F (4) 3%
3−HBB(F,F)−F (4−8) 5%
5−HBB(F,F)−F (4−8) 4%
3−BB(F)B(F,F)−F (4−11) 3%
NI=80.0℃;Tc<−20℃;Δn=0.101;Δε=4.6;Vth=1.71V;η=11.0mPa・s;γ1=47.2mPa・s.

0175

組成物(M8)
3−BB(F,F)XB(F,F)−F (1−4) 10%
3−GB(F)B(F,F)XB(F,F)−F (1−9) 6%
5−GB(F,F)XB(F)B(F,F)−F (1−11) 5%
5−HBBH−3 (3) 5%
3−HH−V (3−1) 30%
3−HH−V1 (3−1) 10%
1V2−HH−3 (3−1) 8%
3−HH−VFF(3−1) 8%
V2−BB−1 (3−3) 2%
5−HB(F)BH−3 (3−11) 5%
3−HHB(F,F)−F (4−4) 8%
3−GB(F)B(F,F)−F (4−10) 3%
NI=76.6℃;Tc<−20℃;Δn=0.088;Δε=5.5;Vth=1.81V;η=12.1mPa・s;γ1=60.2mPa・s.

0176

組成物(M9)
3−HHB(F,F)XB(F,F)−F (1−5) 5%
5−HHB(F,F)XB(F,F)−F (1−5) 3%
3−HGB(F,F)XB(F,F)−F (1−6) 5%
3−GB(F)B(F,F)XB(F,F)−F (1−9) 5%
4−GB(F)B(F,F)XB(F,F)−F (1−9) 5%
2−HH−5 (3−1) 3%
3−HH−5 (3−1) 5%
3−HH−V (3−1) 24%
4−HH−V (3−1) 5%
1V2−HH−3 (3−1) 5%
3−HHEH−3 (3−4) 5%
5−B(F)BB−2 (3−7) 3%
5−B(F)BB−3 (3−7) 2%
5−HEB(F,F)−F (4) 3%
5−HB−CL (4−1) 5%
3−HHB−OCF3 (4−3) 4%
3−HHEB(F,F)−F (4−5) 4%
3−HBEB(F,F)−F (4−13) 3%
5−HBEB(F,F)−F (4−13) 3%
3−BB(F)B(F,F)−F (4−11) 3%
NI=78.6℃;Tc<−20℃;Δn=0.091;Δε=6.8;Vth=1.52V;η=15.5mPa・s;γ1=59.3mPa・s.

0177

組成物(M10)
3−HHXB(F,F)−F (1−2) 9%
3−BB(F,F)XB(F,F)−F (1−4) 5%
3−HH−V (3−1) 25%
3−HH−V1 (3−1) 10%
5−HB−O2 (3−2) 10%
7−HB−1 (3−2) 5%
V2−BB−1 (3−3) 3%
3−HHB−1 (3−5) 4%
1V−HBB−2 (3−6) 5%
5−HBB(F)B−2 (3−12) 6%
3−HBB(F,F)−F (4−8) 3%
3−BB(F)B(F,F)−F (4−11) 4%
3−BB(F)B(F,F)−CF3 (4−12) 4%
3−GBB(F)B(F,F)−F (4−16) 3%
4−GBB(F)B(F,F)−F (4−16) 4%
NI=79.6℃;Tc<−20℃;Δn=0.111;Δε=4.7;Vth=1.86V;η=9.7mPa・s;γ1=49.9mPa・s.

0178

組成物(M11)
3−BB(F,F)XB(F,F)−F (1−4) 14%
3−dhB(F,F)B(F,F)XB(F)B(F,F)−F (1−13) 7%
3−BB(2F,5F)B−3 (3) 3%
2−HH−5 (3−1) 5%
3−HH−V (3−1) 30%
3−HH−V1 (3−1) 3%
3−HH−VFF(3−1) 10%
3−HHB−1 (3−5) 4%
3−HHB−3 (3−5) 5%
3−HHB−O1 (3−5) 3%
3−HHEBH−3 (3−13) 3%
3−HHEBH−4 (3−13) 4%
3−HHEBH−5 (3−13) 3%
7−HB(F,F)−F (4−2) 6%
NI=82.7℃;Tc<−20℃;Δn=0.085;Δε=5.1;Vth=1.70V;η=8.0mPa・s;γ1=53.9mPa・s.

0179

組成物(M12)
3−BB(F)B(F,F)XB(F,F)−F (1−10) 3%
4−BB(F)B(F,F)XB(F,F)−F (1−10) 5%
3−BB(F,F)XB(F)B(F,F)−F (1−12) 3%
5−BB(F)B(F,F)XB(F)B(F,F)−F (1−14) 4%
2−HH−5 (3−1) 8%
3−HH−V (3−1) 28%
4−HH−V1 (3−1) 7%
5−HB−O2 (3−2) 2%
7−HB−1 (3−2) 5%
VFF−HHB−O1 (3−5) 8%
VFF−HHB−1 (3−5) 3%
3−HH2BB(F,F)−F (4) 3%
4−HH2BB(F,F)−F (4) 3%
3−HBB(F,F)−F (4−8) 5%
5−HBB(F,F)−F (4−8) 4%
3−BB(F)B(F,F)−F (4−11) 3%
3−HBB(2F,3F)−O2 (5−14) 2%
2−BB(2F,3F)B−3 (5−19) 4%
NI=81.9℃;Tc<−20℃;Δn=0.109;Δε=4.8;Vth=1.75V;η=13.3mPa・s;γ1=57.4mPa・s.

0180

組成物(M13)
5−HHB(F,F)XB(F,F)−F (1−5) 3%
3−HGB(F,F)XB(F,F)−F (1−6) 4%
3−HBBXB(F,F)−F (1−7) 6%
3−GB(F)B(F,F)XB(F,F)−F (1−9) 5%
4−GB(F)B(F,F)XB(F,F)−F (1−9) 5%
3−HH−5 (3−1) 4%
3−HH−V (3−1) 21%
3−HH−V1 (3−1) 3%
4−HH−V (3−1) 4%
1V2−HH−3 (3−1) 6%
5−B(F)BB−2 (3−7) 3%
5−B(F)BB−3 (3−7) 2%
5−HEB(F,F)−F (4) 3%
5−HB−CL (4−1) 2%
3−HHB−OCF3 (4−3) 4%
3−HHEB(F,F)−F (4−5) 4%
3−HBEB(F,F)−F (4−13) 3%
5−HBEB(F,F)−F (4−13) 3%
3−BB(F)B(F,F)−F (4−11) 3%
3−HB(2F,3F)−O2 (5−1) 3%
3−BB(2F,3F)−O2 (5−6) 2%
3−HHB(2F,3F)−O2 (5−8) 4%
F3−HH−V (−) 3%
NI=78.1℃;Tc<−20℃;Δn=0.100;Δε=6.6;Vth=1.50V;η=16.2mPa・s;γ1=61.8mPa・s.

0181

添加物X(重合性基を有する極性化合物)は、次の化合物の中から適宜選択して使用した。

0182

添加物Y(重合性化合物)は、次の化合物の中から適宜選択して使用した。

0183

2.液晶分子の垂直配向
実施例1
光漏れテストを行った。組成物(M1)に添加物Xである極性化合物(2−1−1)を3%の割合で添加した。この組成物を100℃のホットステージ上で2枚のガラス基板の間隔(セルギャップ)が4.0μmである、配向膜を有しない素子に注入した。重合は次の条件下で行った。この素子に30Vの電圧を印加しながら超高圧水銀ランプUSH−250−BY(ウシ電機製)を用いて78mW/cm2(405nm)の紫外線を359秒間照射(28J)した。この素子を、偏光子検光子が直交するように配置した偏光顕微鏡にセットし、下から素子に光を照射した。光漏れの有無を観察したところ、光漏れは観察されなかった。

0184

比較例1
比較例1では、添加物Xを添加しなかった。組成物(M1)のみを用いて、実施例1に記載した方法で素子を作製した。光漏れの有無を調べたところ、光漏れが観察された。

0185

実施例2から14
組成物(M1)から組成物(M13)と各種の添加物X(3%)を組み合わせた組成物を調製した。これらの組成物を用いて実施例1に記載した方法で素子を作製し、光漏れの有無を観察した。実施例14では、0.5%の割合で化合物(RM-1)をさらに添加した。結果を表4にまとめた。光漏れが観察されなかった場合は「○」、光漏れが観察された場合は「×」と記載した。

0186

0187

表4から分かるように、実施例1から13では、組成物や添加物Xの種類を変えたが、光漏れは観察されなかった。実施例14は、さらに添加物Yを加えたが、光漏れは観察されなかった。一方、添加物Xを添加しなかった比較例1では、光漏れが観察された。この結果から、添加物X、化合物(1)などを含有する組成物では、素子に配向膜がなくても、液晶分子が良好に垂直配向することが分かった。

0188

3.相溶性の比較
相溶性は、次のように評価した。まず、組成物(M1)に添加物Xである極性化合物(2−1−1)を3%の割合で添加した。この組成物の下限温度を、測定方法(2)に記載した方法に従って測定したところ、<−20℃であった。

0189

比較のために、極性化合物(11-1)を選んだ。この化合物は、化合物(2−1−1)に類似した構造を有するからである。この化合物を組成物(M1)に3%の割合で添加した。下限温度は、<−10℃であった。

0190

この比較により、極性化合物(2−1−1)を含有する組成物の方が低い下限温度を有することが分かった。この結果は、極性化合物(2−1−1)を含有する組成物が、比較化合物よりも低温で高い相溶性を有していることを示す。この結果は、低温だけでなく、室温においても高い相溶性を有することをも示すといえる。

実施例

0191

以上の結果から、本件の組成物は良好な相溶性を有し、配向膜を有しない液晶表示素子において良好な垂直配向を示した、と結論する。

0192

本発明の液晶組成物は、液晶モニター、液晶テレビなどに用いることができる。

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