CN104471030B - 向列液晶组合物 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及作为电光学液晶显示材料有用的介电常数各向异性(Δε)显示正值的向列液晶组合物，提供一种液晶组合物，前述液晶组合物不会因调整至期望的折射率各向异性(Δn)、抑制向列相-各向同性液体相转变温度(Tni)的降低和向列相的下限温度的上升而使向列相的温度范围恶化，并且为粘度(η)充分低、介电常数各向异性(Δε)为正的液晶组合物，前述液晶组合物含有选自通式(LC0)所表示的化合物的1种或2种以上化合物，并且含有选自通式(LC1)至通式(LC5)所表示的化合物组的1种或2种以上化合物。

Description

向列液晶组合物
技术领域
本发明涉及作为电光学液晶显示材料有用的介电常数各向异性(Δε)显示正值的向列液晶组合物。
背景技术
液晶显示元件从用于以时钟、计算器开始，发展到用于各种测定设备、汽车用面板、文字处理器、电子记事本、打印机、电脑、电视机、时钟、广告显示板等。作为液晶显示方式，其代表性方式有TN(扭曲向列)型、STN(超扭曲向列)型、使用TFT(薄膜晶体管)的、以垂直取向为特征的VA型及以水平取向为特征的IPS(平面转换)型/FFS型等。这些液晶显示元件中使用的液晶组合物要求对水分、空气、热、光等外界因素稳定，此外在以室温为中心的尽可能宽的温度范围内显示液晶相，粘性低，且驱动电压低。进而，为了针对各显示元件将综合最适的介电常数各向异性(Δε)或/和折射率各向异性(Δn)等设为最适的值，液晶组合物由数种至数十种化合物构成。
垂直取向型显示器中使用Δε为负的液晶组合物，TN型、STN型或IPS型等水平取向型显示器中使用Δε为正的液晶组合物。近年来，还报告了使Δε为正的液晶组合物在未施加电压时垂直取向、通过施加IPS型/FFS型电场来进行显示的驱动方式，Δε为正的液晶组合物的必要性进一步提高。另一方面，全部驱动方式中均要求低电压驱动、高速响应、宽工作温度范围。即，要求Δε为正且绝对值大、粘度(η)小、向列相-各向同性液体相转变温度(Tni)高。此外，需要通过设定Δn与单元间隔(d)之积即Δn×d，结合单元间隔将液晶组合物的Δn调节至适当的范围。而且，在将液晶显示元件应用于电视机等时重视高速响应性，因此要求γ1小的液晶组合物。
作为液晶组合物的组成成分，公开了使用作为Δε为正的液晶化合物的式(A-1)、(A-2)所表示的化合物的液晶组合物(专利文献1至4)，但这些液晶组合物并未实现充分低的粘性。
[化学式1]
现有技术文献
专利文献
专利文献1：WO96/032365号
专利文献2：日本特开平09-157202号
专利文献3：WO98/023564号
专利文献4：日本特开2003-183656号
发明内容
发明所要解决的课题
本发明所要解决的课题在于提供一种液晶组合物，前述液晶组合物不会因调整至期望的折射率各向异性(Δn)、抑制向列相-各向同性液体相转变温度(Tni)的降低和向列相的下限温度的上升而使向列相的温度范围恶化，前述液晶组合物的粘度(η)充分低，并且介电常数各向异性(Δε)为正。
用于解决课题的手段
本发明人对各种氟苯衍生物进行了研究，发现通过组合特定的化合物可以解决前述课题，从而完成了本发明。
本发明提供一种液晶组合物，其特征在于，其为具有正的介电常数各向异性的液晶组合物，前述液晶组合物含有选自通式(LC0)所表示的化合物的1种或2种以上化合物，进一步含有选自通式(LC1)至通式(LC5)所表示的化合物组的1种或2种以上化合物，进一步，还提供使用了该液晶组合物的液晶显示元件。
[化学式2]
(式中，R01表示碳原子数2～5的烯基，R11～R41各自独立地表示碳原子数1～15的烷基，该烷基中的1个或2个以上的-CH2-可以以氧原子不直接邻接的方式被-O-、-CH＝CH-、-CO-、-OCO-、-COO-、-C≡C-、-CF2O-或-OCF2-取代，该烷基中的1个或2个以上的氢原子可任意地被卤素取代；R51和R52各自独立地表示碳原子数1～15的烷基，该烷基中的1个或2个以上的-CH2-可以以氧原子不直接邻接的方式被-O-、-CH＝CH-、-CO-、-OCO-、-COO-或-C≡C-取代，当后述的A51或A53为环己烷环的情况下也可以为-OCF3或-CF3-；A01～A42各自独立地表示下述任一结构，
[化学式3]
(该结构中环己烷环的1个或2个以上的-CH2-可以以氧原子不直接邻接的方式被-O-取代，该结构中苯环的1个或2个以上的-CH＝可以以氮原子不直接邻接的方式被-N＝取代，X61和X62各自独立地表示-H、-Cl、-F、-CF3或-OCF3。)A51～A53各自独立地表示下述任一结构，
[化学式4]
(式中，环己烷环中的1个或2个以上的-CH2CH2-可被-CH＝CH-、-CF2O-或-OCF2-取代，苯环中的1个或2个以上的-CH＝可以以氮原子不直接邻接的方式被-N＝取代。)X01表示氢原子或氟原子，X11～X43各自独立地表示-H、-Cl、-F、-CF3或-OCF3，Y01～Y41表示-Cl、-F、-OCHF2、-CF3或-OCF3，Z01和Z02各自独立地表示单键、-CH＝CH-、-C≡C-、-CH2CH2-、-(CH2)4-、-OCF2-或-CF2O-，Z31～Z42各自独立地表示单键、-CH＝CH-、-C≡C-、-CH2CH2-、-(CH2)4-、-OCF2-或-CF2O-，存在的Z31和Z32中的至少1个不是单键，Z51和Z52各自独立地表示单键、-CH＝CH-、-C≡C-、-CH2CH2-、-(CH2)4-、-OCH2-、-CH2O-、-OCF2-或-CF2O-，m01～m51各自独立地表示0～3的整数，m01+m02、m31+m32和m41+m42各自独立地表示1、2、3或4，A01、A03、A23、A31、A32、A41、A42、A52、Z01、Z02、Z31、Z32、Z41、Z42和/或Z52在存在多个时，它们可以相同也可以不同。)
发明效果
本发明的液晶组合物具有Δε可以为正且其绝对值大的特征。此外，η也低，旋转粘性(γ1)也小，液晶性优异，在宽温度范围内显示稳定的液晶相。进而，对于热、光、水等在化学上稳定，为能够低电压驱动的、实用且可靠性高的液晶组合物。
具体实施方式
本申请发明的液晶组合物含有选自前述通式(LC0)所表示的化合物的1种或2种以上化合物，进一步含有选自由通式(LC1)至通式(LC5)所表示的化合物组成的化合物组的1种或2种以上化合物。含有通式(LC0)所表示的化合物和通式(LC1)至通式(LC5)所表示的化合物的液晶组合物即使在低温下也显示稳定的液晶相，因此可谓是实用性的液晶组合物。
通式(LC0)中的R01为碳原子数2～5的烯基，优选选自式(R1)至式(R5)中任一者所表示的基团。
[化学式5]
(各式中的黑点表示与环的连接点。)
也优选并用通式(LC0)中的R01为碳原子数1～8的烷基、或碳原子数1～8的烷氧基的化合物。
通式(LC1)至通式(LC5)中，R11～R52各自独立地优选为碳原子数1～8的烷基、碳原子数2～8的烯基或碳原子数1～8的烷氧基，优选为直链。R11～R52为烯基的情况下，优选选自上述式(R1)至式(R5)中任一者所表示的基团。A01、A11、A21、A31、A41、A51、A53为反式-1,4-亚环己基的情况下，更优选式(R1)、式(R2)、式(R4)。进一步优选含有1种或2种以上的通式(LC5)中的R51、R53中的至少一方为式(R1)至式(R5)中的任一烯基的化合物。
A01～A42各自独立地优选反式-1,4-亚环己基、1,4-亚苯基、3-氟-1,4-亚苯基、3,5-二氟-1,4-亚苯基或四氢吡喃-2,5-二基。A01～A42中含有四氢吡喃-2,5-二基时，优选为A01、A11、A21、A31和A41。
A51～A53各自独立地优选反式-1,4-亚环己基、1,4-亚苯基、3-氟-1,4-亚苯基或2-氟-1,4-亚苯基。
Z01和Z02各自独立地优选单键、-CH＝CH-、-C≡C-、-CH2CH2-、-OCF2-或-CF2O-，当存在的Z01和Z02中的一个表示-CH＝CH-、-C≡C-、-CH2CH2-、-(CH2)4-、-OCF2-或-CF2O-的情况下，Z01和Z02中其他的优选表示单键，进一步优选全部表示单键。
Z31～Z42各自独立地优选单键、-CH＝CH-、-C≡C-、-CH2CH2-、-OCH2-、-CH2O-、-OCF2-或-CF2O-，存在的Z31～Z42中的一个表示-CH＝CH-、-C≡C-、-CH2CH2-、-(CH2)4-、-OCF2-或-CF2O-的情况下，Z31～Z42中其他的优选为单键。
Z51和Z52各自独立地优选单键、-CH＝CH-、-C≡C-、-CH2CH2-、-OCF2-或-CF2O-，存在的Z51和Z52中的一个表示-CH＝CH-、-C≡C-、-CH2CH2-、-(CH2)4-、-OCH2-、-CH2O-、-OCF2-或-CF2O-的情况下，Z51和Z52中其他的优选为单键，进一步优选全部表示单键。
通式(LC0)中的X01为F则为大的介电常数各向异性(Δε)或相对于相同程度的介电常数各向异性(Δε)为显著低的粘度(η)，故而特别优选。X11～X43各自独立地优选H或F，X11、X21、X31和X41优选F。
Y01～Y41各自独立地特别优选F、CF3或OCF3。
m01～m51可以各自独立地表示0～3的整数，特别优选m01+m02为1或2，特别优选m21为0，特别优选m31+m32为1、2或3，特别优选m41+m42为1或2。
通式(LC0)所表示的液晶化合物更优选为下述通式(LC0-a)至(LC0-h)所表示的化合物。
(式中，R01、A01、A02、A03、Z01、Z02、X01和Y01表示与通式(LC0)中的R01、A01、A02、A03、Z01、Z02、X01和Y01相同的含义，A01、A03和/或Z01、Z02在存在2个以上的情况下，它们各自可以相同也可以不同。)
[化学式6]
进而，进一步优选为下述通式(LC0-1)至通式(LC0-111)所表示的化合物。
[化学式7]
[化学式8]
[化学式9]
[化学式10]
(式中，R表示与通式(LC0)中的R01相同的含义，“-F,CF3,OCF3”表示Y01各自独立地为-F、CF3或OCF3中的任一者，“(-F)”表示作为取代基的H或F。)通式(LC0-1)至通式(LC0-19)所表示的化合物具有大的介电常数各向异性(Δε)和显著低的粘度(η)，同时具有优异的相容性，故而特别优选。通式(LC0-20)至通式(LC0-111)所表示的化合物具有大的介电常数各向异性(Δε)和较低的粘度(η)，同时具有高的向列相-各向同性液体相转变温度(Tni)，故而特别优选。
通式(LC2)所表示的化合物进一步优选为下述通式(LC2-1)至通式(LC2-14)所表示的化合物。
[化学式11]
(式中，X23、X24、X25和X26各自独立地表示氢原子、Cl、F、CF3或OCF3，X22、R21和Y21表示与通式(LC2)中的X22、R21和Y21相同的含义。)进一步优选通式(LC2-1)至通式(LC2-4)和通式(LC2-9)至通式(LC2-11)所表示的化合物组。
通式(LC3)所表示的化合物进一步优选为下述通式(LC3-1)至通式(LC3-32)所表示的化合物。
[化学式12]
[化学式13]
(式中，X33、X34、X35、X36、X37和X38各自独立地表示H、Cl、F、CF3或OCF3，X32、R31、A31、Y31和Z31表示与通式(LC3)中的X32、R31、A31、Y31和Z31相同的含义。)其中，将通式(LC3-5)、通式(LC3-15)、通式(LC3-20)至通式(LC3-32)所表示的化合物组与作为本发明必需成分的通式(LC0)并用则更加优选。此外，也更优选选自通式(LC3-20)和通式(LC3-21)中的X33和X34为F的化合物组和/或作为通式(LC3-25)、通式(LC3-26)、通式(LC3-30)至通式(LC3-32)的具有四氢吡喃环的化合物组的化合物。
通式(LC4)所表示的化合物进一步优选为下述通式(LC4-1)至通式(LC4-23)所表示的化合物。
[化学式14]
[化学式15]
(式中，X44、X45、X46和X47各自独立地表示H、Cl、F、CF3或OCF3，X42、X43、R41和Y41表示与通式(LC4)中的X42、X43、R41和Y41相同的含义。)
其中，将通式(LC4-1)至通式(LC4-3)、通式(LC4-6)、通式(LC4-9)、通式(LC4-10)、通式(LC4-12)至通式(LC4-17)所表示的化合物组与作为本发明必需成分的通式(LC0)并用则更优选。进一步，其中特别优选含有1种或2种以上的选自通式(LC4-9)至通式(LC4-11)和通式(LC4-15)至通式(LC4-17)中的X44和/或X45为F的化合物组的化合物。
通式(LC5)所表示的化合物更优选为下述通式(LC5-1)至通式(LC5-26)所表示的化合物。
[化学式16]
(式中，R51和R52表示与通式(LC5)中的R51和R52相同的含义。)其中，将通式(LC5-1)至通式(LC5-8)、通式(LC5-14)、通式(LC5-16)、通式(LC5-18)至通式(LC5-26)所表示的化合物组与作为本发明必需成分的通式(LC0)并用则特别优选。更优选通式(LC5-1)和通式(LC5-4)中的R51和R52中的至少一方为烯基，进一步优选为下述式(R1)至(R5)中的任一烯基。
[化学式17]
通式(LC5)所表示的化合物优选含有1种或2种以上，含量优选为30～70质量％，更优选为20质量％至70质量％。
本发明的液晶组合物含有选自通式(LC0)所表示的化合物和通式(LC1)至通式(LC5)所表示的化合物组的化合物，关于通式(LC0)所表示的化合物的含量，优选含有5～50质量％的范围，进一步优选为10～40质量％的范围。
本发明的液晶组合物在20℃时的粘度η优选为20mPa·s以下。
本发明的液晶组合物可以含有1种或2种以上的光学活性化合物。光学活性化合物只要能够使液晶分子扭转取向就可以使用任何物质。通常该扭转随温度而变化，因而为了获得期望的温度依赖性，也可以使用多种光学活性化合物。为了不对向列液晶相的温度范围、粘度等产生不良影响，优选选择并使用扭转效果强的光学活性化合物。作为这样的光学活性化合物，优选含有胆甾醇壬酸酯等液晶、下述通式(Ch-1)至通式(Ch-6)所表示的化合物。
[化学式18]
(式中，Rc1、Rc2、R*各自独立地表示碳原子数1～15的烷基，该烷基中的1个或2个以上的-CH2-可以以氧原子不直接邻接的方式被-O-、-CH＝CH-、-CO-、-OCO-、-COO-、-C≡C-、-CF2O-或-OCF2-取代，该烷基中的1个或2个以上的氢原子可任意地被卤素取代，其中，R*具有至少1个具有光学活性的支链基团或卤素取代基，Zc1、Zc2各自独立地表示单键、-CH＝CH-、-C≡C-、-CH2CH2-、-(CH2)4-、-COO-、-OCO-、-OCH2-、-CH2O-、-OCF2-或-CF2O-，D1、D2表示环己烷环或苯环，环己烷环中的1个或2个以上的-CH2-可以以氧原子不直接邻接的方式被-O-取代，此外，该环中的1个或2个以上的-CH2CH2-可被-CH＝CH-、-CF2O-或-OCF2-取代，苯环中的1个或2个以上的-CH＝可以以氮原子不直接邻接的方式被-N＝取代，该环中的1个以上的氢原子可被F、Cl、CH3取代，t1、t2表示0、1、2、3，MG*、Qc1、Qc2表示下述结构。
[化学式19]
(式中，D3、D4表示环己烷环或苯环，环己烷环中的1个或2个以上的-CH2-可以以氧原子不直接邻接的方式被-O-取代，此外，该环中的1个或2个以上的-CH2CH2-可被-CH＝CH-、-CF2O-或-OCF2-取代，苯环中的1个或2个以上的-CH＝可以以氮原子不直接邻接的方式被-N＝取代，该环中的1个以上的氢原子可被F、Cl、CH3取代。)
本发明的液晶组合物可以含有1种或2种以上的聚合性化合物，聚合性化合物优选为下述结构的圆盘状液晶化合物：以苯衍生物、苯并菲衍生物、三聚茚衍生物、酞菁衍生物或环己烷衍生物为分子中心的母核，直链烷基、直链烷氧基或取代苯甲酰基作为其侧链呈放射状取代。
具体而言，聚合性化合物优选为通式(PC)所表示的聚合性化合物。
[化学式20]
(式中，P1表示聚合性官能团，Sp1表示碳原子数0～20的间隔基团，Qp1表示单键、-O-、-NH-、-NHCOO-、-OCONH-、-CH＝CH-、-CO-、-COO-、-OCO-、-OCOO-、-OOCO-、-CH＝CH-、-CH＝CH-COO-、-OCO-CH＝CH-或-C≡C-，p1和p2各自独立地表示1、2或3，MGp表示介晶基团或介晶性支撑基团，Rp1表示卤原子、氰基或碳原子数1～25的烷基，该烷基中的1个或2个以上的CH2基可以以O原子不直接邻接的方式被-O-、-S-、-NH-、-N(CH3)-、-CO-、-COO-、-OCO-、-OCOO-、-SCO-、-COS-或-C≡C-取代，或Rp1可以为P2-Sp2-Qp2-，P2、Sp2、Qp2各自独立地表示与P1、Sp1、Qp1相同的含义。)
更优选聚合性化合物为通式(PC)中的MGp由以下的结构表示的聚合性化合物。
[化学式21]
(式中，C01～C03各自独立地表示1,4-亚苯基、1,4-亚环己基、1,4-环己烯基、四氢吡喃-2,5-二基、1,3-二噁烷-2,5-二基、四氢噻喃-2,5-二基、1,4-亚二环(2,2,2)辛基、十氢化萘-2,6-二基、吡啶-2,5-二基、嘧啶-2,5-二基、吡嗪-2,5-二基、1,2,3,4-四氢化萘-2,6-二基、2,6-亚萘基、菲-2,7-二基、9,10-二氢菲-2,7-二基、1,2,3,4,4a,9,10a-八氢菲2,7-二基或芴2,7-二基，该1,4-亚苯基、1,2,3,4-四氢化萘-2,6-二基、2,6-亚萘基、菲-2,7-二基、9,10-二氢菲-2,7-二基、1,2,3,4,4a,9,10a-八氢菲2,7-二基和芴2,7-二基可以具有1个以上的F、Cl、CF3、OCF3、氰基、碳原子数1～8的烷基、烷氧基、烷酰基、烷酰氧基、碳原子数2～8的烯基、烯氧基、烯酰基或烯酰氧基作为取代基，Zp1和Zp2各自独立地表示-COO-、-OCO-、-CH2CH2-、-OCH2-、-CH2O-、-CH＝CH-、-C≡C-、-CH＝CHCOO-、-OCOCH＝CH-、-CH2CH2COO-、-CH2CH2OCO-、-COOCH2CH2-、-OCOCH2CH2-、-CONH-、-NHCO-或单键，p3表示0、1或2。)
这里，Sp1和Sp2各自独立地为亚烷基时，该亚烷基可被1个以上的卤原子或CN取代，存在于该基团中的1个或2个以上的CH2基可以以O原子不直接邻接的方式被-O-、-S-、-NH-、-N(CH3)-、-CO-、-COO-、-OCO-、-OCOO-、-SCO-、-COS-或-C≡C-取代。此外，P1和P2各自独立地优选为下述通式中的任一个。
[化学式22]
(式中，Rp2至Rp6各自独立地表示氢原子、卤原子或碳原子数1～5的烷基。)
更具体而言，聚合性化合物通式(PC)优选为通式(PC0-1)至通式(PC0-6)所表示的聚合性化合物。
[化学式23]
(PC0-3)P1-Sp1-Qp1-MGp-Qp2-Sp2-P2
(PC0-4)P1-Qp1-MGp-Qp2-P2
(PC0-5)P1-Sp1-Qp1-MGp-Rp1
(PC0-6)P1-Qp1-MGp-Rp1
(式中，p4各自独立地表示1、2或3。)作为进一步的其它下位的具体式，聚合性化合物通式(PC0)为通式(PC1-1)至通式(PC1-9)所表示的聚合性化合物。
[化学式24]
(式中，p5表示0、1、2、3或4。)
进一步优选通式(PC)至通式(PC1-9)中的Sp1、Sp2、Qp1和Qp2全部为单键的聚合性化合物、P1和P2为式(PC0-a)、丙烯酸酯和/或甲基丙烯酸酯的聚合性化合物、通式(PC0-1)和通式(PC0-2)中的p1和p4为p1+p4等于1～6的聚合性化合物、通式(PC1-1)和通式(PC1-9)中的Rp1为F、CF3、OCF3、CH3或OCH3且该取代基Rp1的取代数为1、2、3或4的聚合性化合物。
此外，也优选为通式(PC)中的MGp由通式(PC1)-9表示的圆盘状液晶化合物。
[化学式25]
(式中，R7各自独立地表示P1-Sp1-Qp1或通式(PC1-e)的取代基，R81和R82各自独立地表示氢原子、卤原子或甲基，R83表示碳原子数1～20的烷氧基，该烷氧基中的至少1个氢原子被前述通式(PC0-a)至(PC0-d)所表示的取代基取代。)聚合性化合物的使用量优选为0.05～2.0质量％。
含有聚合性化合物的本发明的液晶组合物通过使该聚合性化合物聚合而制作液晶显示元件。此时希望将未聚合成分减少至期望以下。适用于此的本发明的液晶组合物中，优选含有具有联苯基和/或三联苯基作为通式(LC0)中的部分结构的化合物。进一步具体而言，优选从通式(LC0-4)至通式(LC0-6)、通式(LC0-10)至通式(LC0-16)、通式(LC0-27)至通式(LC0-107)所表示的化合物组中选择一种或两种以上并含有0.1～40质量％。此外，优选与通式(PL1-1)至通式(PL1-3)、通式(PC1-8)或通式(PC1-9)所表示的聚合性化合物并用。
前述液晶组合物也可以进一步含有1种或2种以上的抗氧化剂，还可以进一步含有1种或2种以上的UV吸收剂。作为抗氧化剂，优选从下述通式(E-1)和/或通式(E-2)所表示的化合物中选择。
[化学式26]
(式中，Re1表示碳原子数1～15的烷基，该烷基中的1个或2个以上的-CH2-可以以氧原子不直接邻接的方式被-O-、-CH＝CH-、-CO-、-OCO-、-COO-、-C≡C-、-CF2O-或-OCF2-取代，该烷基中的1个或2个以上的氢原子可任意地被卤素取代，
Ze1、Ze2各自独立地表示单键、-CH＝CH-、-C≡C-、-CH2CH2-、-(CH2)4-、-COO-、-OCO-、-OCH2-、-CH2O-、-OCF2-或-CF2O-，
E1表示环己烷环或苯环，环己烷环中的1个或2个以上的-CH2-可以以氧原子不直接邻接的方式被-O-取代，此外，该环中的1个或2个以上的-CH2CH2-可被-CH＝CH-、-CF2O-或-OCF2-取代，苯环中的1个或2个以上的-CH＝可以以氮原子不直接邻接的方式被-N＝取代，该环中的1个以上的氢原子可被F、Cl、CH3取代，q1表示0、1、2、3。)
本发明的液晶组合物可以用于作为液晶显示元件、尤其作为有源矩阵驱动用液晶显示元件的例如TN模式、OCB模式、ECB模式、IPS(包含FFS电极)模式或VA-IPS模式(包含FFS电极)。这里，VA-IPS模式是指未施加电压时使介电常数各向异性为正的液晶材料(Δε＞0)相对于基板面垂直地取向、利用配置于同一基板面上的像素电极和共用电极对液晶分子进行驱动的方法，液晶分子在由像素电极和共用电极产生的弧形电场的方向上排列，因此具有能够容易地实现像素分割、形成多畴、响应也优异的优点。根据非专利文献Proc.13thIDW，97(1997)、Proc.13thIDW，175(1997)、SIDSym.Digest，319(1998)、SIDSym.Digest，838(1998)、SIDSym.Digest，1085(1998)、SIDSym.Digest，334(2000)、EurodisplayProc.，142(2009)，被称为EOC、VA-IPS等各种称呼，在本发明中，以下简称为“VA-IPS”。
一般而言，TN、ECB方式中的弗瑞德里克兹转变(FreederickszTransition)的阈值电压(Vc)以下面的式表示，
[数1]
Vc = &Pi;d cell d cell + < r 1 > K 11 &Delta;&epsiv;
STN方式中以下面的式表示，
[数2]
Vc = &Pi;d gap d cell + < r 2 > K 22 &Delta;&epsiv;
VA方式以下面的式表示。
[数3]
Vc = &Pi;d cell d cell + < r 3 > K 33 | &Delta;&epsiv; |
(式中，Vc表示弗瑞德里克兹转变(FreederickszTransition)(V)，Π表示圆周率，dcell表示第一基板与第二基板的间隔(μm)，dgap表示像素电极与共用电极的间隔(μm)，dITO表示像素电极和/或共用电极的宽度(μm)，＜r1＞、＜r2＞和＜r3＞表示外推长度(μm)，K11表示展曲(スプレイ)弹性常数(N)，K22表示扭曲(スイスト)弹性常数(N)，K33表示弯曲(ベンド)弹性常数(N)，Δε表示介电常数的各向异性。)
另一方面发现，VA-IPS方式中，本发明等适用下述数学式4。
[数4]
Vc &Proportional; d gap - < r > d ITO + < r > &pi; d cell d cell - < r 3 > K 33 | &Delta;&epsiv; |
(式中，Vc表示弗瑞德里克兹转变(FreederickszTransition)(V)，Π表示圆周率，dcell表示第一基板与第二基板的间隔(μm)，dgap表示像素电极与共用电极的间隔(μm)，dITO表示像素电极和/或共用电极的宽度(μm)，＜r＞、＜r’＞、＜r3＞表示外推长度(μm)，K33表示弯曲弹性常数(N)，Δε表示介电常数的各向异性。)从数学式4出发，作为单元构成，通过使dgap尽量小、使dITO尽量大，来实现低驱动电压化，通过选择Δε的绝对值大、K33小的液晶组合物作为所使用的液晶组合物，来实现低驱动电压化。
本发明的液晶组合物可以调整为优选的Δε、K11、K33等。液晶组合物的折射率各向异性(Δn)和显示装置的第一基板与第二基板的间隔(d)之积(Δn·d)与视角特性、响应速度密切相关。因此，间隔(d)倾向于薄至3～4μm。积(Δn·d)在为TN、ECB、IPS(未施加电压时的液晶取向与基板面大体水平)方式时特别优选为0.31～0.33。VA-IPS方式中，当相对于两基板为垂直取向时优选为0.20～0.59，特别优选为0.30～0.40。这样一来，积(Δn·d)的适合值根据各种显示元件的模式的种类而不同，因此需要液晶组合物的折射率各向异性(Δn)为0.070～0.110的范围、0.100～0.140的范围、或0.130～0.180的范围这样的各种不同范围的折射率各向异性(Δn)的液晶组合物。本发明的液晶组合物中，为了获得小的或较小的折射率各向异性(Δn)，优选从通式(LC0-1)至通式(LC0-3)、通式(LC0-7)至通式(LC0-9)、通式(LC0-20)至通式(LC0-30)所表示的化合物组成的组中选择一种或两种以上并含有0.1～80质量％，为了获得大的或比较大的折射率各向异性(Δn)，优选从通式(LC0-4)至通式(LC0-6)、通式(LC0-10)至通式(LC0-16)、通式(LC0-27)至通式(LC0-107)所表示的化合物组成的组中选择一种或两种以上并含有0.1～60质量％。
在需要未施加电压时的液晶取向与基板面大体水平的TN、ECB方式的情况中，倾角优选为0.5～7°，在需要未施加电压时的液晶取向与基板面大体垂直的VA-IP方式的情况中，倾角优选为85～90°。为了使液晶组合物如此取向，可以设置包含聚酰亚胺(PI)、聚酰胺、查尔酮、肉桂酸酯或肉桂酰基等的取向膜。此外，取向膜优选使用用光取向技术制成的取向膜。本发明的液晶组合物含有具有X01为F的部分结构的通式(LC0)所表示的化合物，这样的本发明的液晶组合物易于与取向膜的易轴并行，容易制作成期望的倾角。
进而，含有通式(PC)所表示的化合物作为聚合性化合物的本发明的液晶组合物可以提供在施加了电压时或未施加电压时使该液晶组合物中含有的聚合性化合物聚合而制作的高分子稳定化的TN模式、OCB模式、ECB模式、IPS模式或VA-IPS模式用液晶显示元件。
实施例
以下举例对本发明进一步进行详述，但本发明不受这些例子的限定。此外，以下的实施例和比较例的组合物中的“％”意思是“质量％”。
作为液晶组合物的物性，如下表示。
TN-I：向列相-各向同性液体相转变温度(℃)
T-n：向列相的下限温度(℃)
ε⊥：25℃时在垂直于分子长轴方向的方向上的介电常数
Δε：25℃时的介电常数各向异性
no：25℃时对于普通光的折射率
Δn：25℃时的折射率各向异性
Vth：25℃施加频率1KHz的矩形波时，透射率发生10％变化的单元厚度6μm的单元的外加电压(V)
粘度：20℃时的体积粘度(mPa·s)
γ1：旋转粘性(mPa·s)
化合物记载中使用下述简写。
[表1]
末端的n(数字) CnH2n+1-
-2- -CH2CH2-
-lO- -CH2O-
-Ol- -OCH2-
-V- -CO-
-VO- -COO-
-CFFO- -CF2O-
-F -F
-Cl -Cl
-CN -C≡N
-OCFFF -OCF3
-CFFF 0
-OCFF -OCHF2
-On -OCnH2n+1
-T- -C≡C-
ndm- CnH2n+1-HC＝CH-(CH2)m-1-
-ndm -(CH2)n-1-HC＝CH-CmH2m+1
ndmO- CnH2n+1-HC＝CH-(CH2)m-1-O-
-Ondm -O-(CH2)n-1-HC＝CH-CmH2m+1
[化学式27]
(实施例1)
以下给出制备的液晶组合物及其物性值。
[表2]
(比较例1)
以下给出制备的液晶组合物及其物性值。
[表3]
该液晶组合物为不含本申请的具有-Ph3-OCH2-的部分结构的通式(LC0)所表示的化合物的液晶组合物。实施例1尽管介电常数各向异性(Δε)大且向列相-各向同性液体相转变温度(Tni)高，但粘度很低、γ1也小，可见本发明的组合非常优异
(实施例3)
以下给出制备的液晶组合物及其物性值。
[表4]
(实施例4)
以下给出制备的液晶组合物及其物性值。
[表5]
(实施例4)
以下给出制备的液晶组合物及其物性值。
[表6]
(实施例5)
以下给出制备的液晶组合物及其物性值。
[表7]
(实施例6)
以下给出制备的液晶组合物及其物性值。
[表8]
(实施例7)
以下给出制备的液晶组合物及其物性值。
[表9]
(实施例8)
以下给出制备的液晶组合物及其物性值。
[表10]
(实施例9)
以下给出制备的液晶组合物及其物性值。
[表11]
(实施例10)
以下给出制备的液晶组合物及其物性值。
[表12]
由此，实施例2～10的液晶组合物粘度低、γ1也小，可见本发明的组合非常优异。
(实施例11)
使用在同一基板上设置一对梳形电极结构的透明电极的第一基板和未设置电极结构的第二基板，在各基板上形成垂直取向性取向膜，将第一基板和第二基板制成间隙间隔4.0微米的IPS用空单元。在该空单元内注入实施例1所示的液晶组合物，制作液晶显示元件。
对于99％的该实施例1所示的液晶组合物，添加1％的式(PC-1)-3-1所表示的聚合性化合物并均匀溶解，从而制备聚合性液晶组合物CLC-A。CLC-A的物性与实施例1所示的液晶组合物的物性几乎没有差别。
[化学式28]
在上述IPS用空单元中夹持CLC-A后，一边施加频率1KHz、1.8V的矩形波，一边透过对300nm以下的紫外线进行过滤(カット)的滤光片，利用高压水银灯对液晶单元照射紫外线。进行调整以使单元表面的照射强度为20mW/cm2并照射600秒，获得聚合性液晶组合物中的聚合性化合物已聚合的垂直取向性液晶显示元件。该显示元件与仅用实施例1所示的液晶组合物制作的液晶显示元件相比为非常迅速的响应速度。

Claims (26)

1.一种液晶组合物，其特征在于，其为具有正的介电常数各向异性的液晶组合物，所述液晶组合物含有选自通式(LC0)所表示的化合物的1种或2种以上化合物，进一步含有选自通式(LC1)至通式(LC5)所表示的化合物组的1种或2种以上化合物，
式中，R01表示碳原子数2～5的烯基，R11～R41各自独立地表示碳原子数1～15的烷基，该烷基中的1个或2个以上的-CH2-可以以氧原子不直接邻接的方式被-O-、-CH＝CH-、-CO-、-OCO-、-COO-、-C≡C-、-CF2O-或-OCF2-取代，该烷基中的1个或2个以上的氢原子可任意地被卤素取代；R51和R52各自独立地表示碳原子数1～15的烷基，该烷基中的1个或2个以上的-CH2-可以以氧原子不直接邻接的方式被-O-、-CH＝CH-、-CO-、-OCO-、-COO-或-C≡C-取代，当后述的A51或A53为环己烷环的情况下也可以为-OCF3或-CF3；A01～A42各自独立地表示下述任一结构，
该结构中环己烷环的1个或2个以上的-CH2-可以以氧原子不直接邻接的方式被-O-取代，该结构中苯环的1个或2个以上的-CH＝可以以氮原子不直接邻接的方式被-N＝取代，X61和X62各自独立地表示-H、-Cl、-F、-CF3或-OCF3，
A51～A53各自独立地表示下述任一结构，
式中，环己烷环中的1个或2个以上的-CH2CH2-可被-CH＝CH-、-CF2O-或-OCF2-取代，苯环中的1个或2个以上的-CH＝可以以氮原子不直接邻接的方式被-N＝取代，X01表示氟原子，X11～X43各自独立地表示-H、-Cl、-F、-CF3或-OCF3，Y01～Y41表示-Cl、-F、-OCHF2、-CF3或-OCF3，Z01和Z02各自独立地表示单键、-CH＝CH-、-C≡C-、-CH2CH2-、-(CH2)4-、-OCF2-或-CF2O-，Z31～Z42各自独立地表示单键、-CH＝CH-、-C≡C-、-CH2CH2-、-(CH2)4-、-OCF2-或-CF2O-，存在的Z31和Z32中的至少1个不是单键，Z51和Z52各自独立地表示单键、-CH＝CH-、-C≡C-、-CH2CH2-、-(CH2)4-、-OCH2-、-CH2O-、-OCF2-或-CF2O-，m01～m51各自独立地表示0～3的整数，m01+m02表示1、2或3，m31+m32和m41+m42各自独立地表示1、2、3或4，A01、A03、A23、A31、A32、A41、A42、A52、Z01、Z02、Z31、Z32、Z41、Z42和/或Z52在存在多个时，它们可以相同也可以不同。
2.根据权利要求1所述的液晶组合物，其中，含有5～50质量％的通式(LC0)中的R01为下述式(R1)至(R5)中的任一种的1种或2种以上的化合物，
各式中的黑点表示与环的连接点。
3.根据权利要求1或2所述的液晶组合物，其中，含有选自由通式(LC2-1)至通式(LC2-14)所表示的化合物组成的组的1种或2种以上化合物作为通式(LC2)所表示的化合物，
式中，X23、X24、X25和X26各自独立地表示氢原子、Cl、F、CF3或OCF3，X22、R21和Y21表示与权利要求1中的X22、R21和Y21相同的含义。
4.根据权利要求1或2所述的液晶组合物，其中，含有选自由通式(LC3-1)至通式(LC3-3)和通式(LC3-5)至通式(LC3-32)所表示的化合物组成的组的1种或2种以上化合物作为通式(LC3)所表示的化合物，
式中，X33、X34、X35、X36、X37和X38各自独立地表示H、Cl、F、CF3或OCF3，X32、R31、A31、Y31和Z31表示与权利要求1中的X32、R31、A31、Y31和Z31相同的含义。
5.根据权利要求1或2所述的液晶组合物，其中，含有选自由通式(LC4-1)至通式(LC4-23)所表示的化合物组成的组的1种或2种以上化合物作为通式(LC4)所表示的化合物，
式中，X44、X45、X46和X47各自独立地表示H、Cl、F、CF3或OCF3，X42、X43、R41和Y41表示与权利要求1中的X42、X43、R41和Y41相同的含义。
6.根据权利要求1或2所述的液晶组合物，其中，含有选自由通式(LC5-1)至通式(LC5-25)所表示的化合物组成的组的1种或2种以上化合物作为通式(LC5)所表示的化合物，
式中，R51和R52表示与权利要求1中的R51和R52相同的含义。
7.根据权利要求1或2所述的液晶组合物，其中，含有1种或2种以上的存在于通式(LC1)至通式(LC5)中的R11至R41、R51和/或R52为碳原子数2～5的烯基的化合物。
8.根据权利要求1或2所述的液晶组合物，其中，含有1种或2种以上的存在于通式(LC0)至通式(LC5)中的A11至A42和/或A51至A53中的至少任一个为四氢吡喃-2,5-二基的化合物。
9.根据权利要求1或2所述的液晶组合物，其中，含有1种或2种以上的存在于通式(LC0)、通式(LC3)至通式(LC5)中的Z01、Z02、Z31至Z42、Z51和Z52中的至少任一个为-CF2O-或-OCF2-的化合物。
10.根据权利要求1或2所述的液晶组合物，其中，含有30～70质量％的通式(LC5)所表示的化合物，并且20℃时的体积粘度η为20mPa·s以下。
11.根据权利要求1或2所述的液晶组合物，其中，进一步含有1种或2种以上的光学活性化合物。
12.根据权利要求1或2所述的液晶组合物，其中，进一步含有1种或2种以上的聚合性化合物。
13.根据权利要求1或2所述的液晶组合物，其中，进一步含有1种或2种以上的抗氧化剂。
14.根据权利要求1或2所述的液晶组合物，其中，进一步含有1种或2种以上的UV吸收剂。
15.一种液晶显示元件，其使用了权利要求1至14中任一项所述的液晶组合物。
16.一种液晶显示元件，其为使用了权利要求1至14中任一项所述的液晶组合物的有源矩阵驱动用液晶显示元件。
17.一种液晶显示元件，其为使用了权利要求1至14中任一项所述的液晶组合物的TN模式、OCB模式、ECB模式、IPS模式或VA-IPS模式用液晶显示元件。
18.一种液晶显示元件，其为使用权利要求12所述的液晶组合物，在施加了电压时或未施加电压时使该液晶组合物中含有的聚合性化合物聚合而制作的高分子稳定化的TN模式、OCB模式、ECB模式、IPS模式或VA-IPS模式用液晶显示元件。
19.根据权利要求15至18中任一项所述的液晶显示元件，其中，在与液晶分子接触的面使该液晶分子水平、倾斜和/或垂直地取向的取向层设有含有选自聚酰亚胺、聚酰胺、查尔酮或肉桂酰基化合物的至少一种化合物的取向膜。
20.根据权利要求19所述的液晶显示元件，其中，所述肉桂酰基化合物为肉桂酸酯。
21.根据权利要求19所述的液晶显示元件，其中，在所述的取向层中进一步含有聚合性液晶化合物和/或聚合性非液晶化合物。
22.根据权利要求20所述的液晶显示元件，其中，在所述的取向层中进一步含有聚合性液晶化合物和/或聚合性非液晶化合物。
23.根据权利要求19所述的液晶显示元件，其中，设有用光取向技术制作的取向膜作为与液晶组合物接触的面的取向层。
24.根据权利要求20所述的液晶显示元件，其中，设有用光取向技术制作的取向膜作为与液晶组合物接触的面的取向层。
25.根据权利要求21所述的液晶显示元件，其中，设有用光取向技术制作的取向膜作为与液晶组合物接触的面的取向层。
26.根据权利要求22所述的液晶显示元件，其中，设有用光取向技术制作的取向膜作为与液晶组合物接触的面的取向层。
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