JP6662495B2 - 組成物及びそれを使用した液晶表示素子 - Google Patents

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Description

本発明は、アクティブマトリクス素子に適した液晶組成物及びこの組成物を含有するアクティブマトリクス素子に関する。特に、誘電率異方性が正である液晶組成物並びにこれを含有するＩＰＳモード、ＦＦＳモード、ＥＣＢモード、ＴＮモード、ＯＣＢモード、ＰＳＡモード等の素子に関する。
液晶表示素子は、時計、電卓をはじめとして、各種測定機器、自動車用パネル、ワードプロセッサー、電子手帳、プリンター、コンピューター、テレビ、時計、広告表示板等に用いられるようになっている。表示方式に基づいた代表的な分類はＴＮ（ｔｗｉｓｔｅｄ ｎｅｍａｔｉｃ）型、ＳＴＮ（ｓｕｐｅｒ ｔｗｉｓｔｅｄ ｎｅｍａｔｉｃ）型、ＴＦＴを用いたＶＡ（ｖｅｒｔｉｃａｌ ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）型やＰＳＡ（ｐｏｌｙｍｅｒ ｓｕｓｔａｉｎｅｄ ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）型、水平配向モードとしてはＩＰＳ（ｉｎ−ｐｌａｎｅ ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）型、ＦＦＳ(ｆｒｉｎｇｅ ｆｉｅｌｄ ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ)型等がある。これらの液晶表示素子に用いられる液晶組成物は水分、空気、熱、光などの外的刺激に対して安定であること、また、室温を中心としてできるだけ広い温度範囲で液晶相を示し、低粘性であり、かつ低い電圧で駆動できる事が求められる。
ＶＡ型、ＰＳＡ型ディスプレイではΔεが負の液晶組成物が主に用いられており、ＴＮ型、ＳＴＮ型、ＩＰＳ型、ＦＦＳ型では主に誘電率異方性（Δε）が正の液晶組成物が用いられている。これらの液晶組成物は、個々の表示素子にとってΔε及び屈折率異方性（Δｎ）を最適な値とするために、数種類から数十種類の化合物から構成される。素子としての高速応答性、低い動作電圧、広い動作温度範囲、高い信頼性を達成するため、液晶組成物はΔεの絶対値やΔｎ等を最適な値に維持しつつ、粘度（η）が小さく、高いネマチック相−等方性液体相転移温度（Ｔｎｉ）、低温での析出や相変化が起こらない優れた保存安定性を備える必要があり、更に熱や光、水分等の刺激に対しても安定でなければならない。また、水平配向型ディスプレイのＩＰＳ型やＦＦＳ型は、原理的にＶＡ型やＰＳＡ型のディスプレイと比較してコントラストで劣るという問題があるため、コントラスト改善に対する継続的な要求がある。すなわち、ＦＦＳ型やＩＰＳ型ディスプレイにおいては、従来から要求される液晶組成物としての諸特性に加えて、表示素子とした際に高いコントラストを実現可能な液晶組成物が要求されている。
ＦＦＳ型やＩＰＳ型ディスプレイにおける黒輝度(オフ表示時の黒レベル)は、主に素子構成により左右される。一方、液晶組成物の物性値にも影響されることが知られており、一般的には小さいΔnと高い弾性定数を備える液晶組成物が黒表示の改善（黒輝度の低減）に有効である事が知られている。然しながらΔnが過度に小さい液晶組成物を用いると、セルギャップ（ｄ）との積を一定に保つために厚いセルギャップが必要となり、応答速度の悪化を招くので好ましくない。一方で、高い弾性定数を有する液晶組成物を用いる場合、戻りの応答速度が高速化され、厚ギャップ化も不要となるため黒輝度低減の手法としてより好ましい。
ＦＦＳ型やＩＰＳ型ディスプレイの透過率は、液晶組成物の誘電率異方性を構成する２成分の値（ε／／及びε⊥）の比率を変更することで改善することが知られている。特に、誘電的に正の液晶組成物を用いたＦＦＳ型表示素子の場合は、画素電極上に発生する略垂直方向の電界によって直上の液晶分子がチルトアップするため、透過率が低下するという問題がある。これを解決する方法として、誘電的に負の液晶組成物を用いる方法、誘電的に正であるがε⊥値が相対的に大きい液晶組成物を用いる方法などが提案されている。然しながら、前者は液晶組成物の粘性が高くなり、応答速度の面で不利である。後者は、近年様々な液晶組成物が開発されているが、液晶組成物の有する物理的、化学的特性はそれぞれトレードオフの関係になっており、すべてを改善することは難しい。即ち、Δεの絶対値やΔｎ等を最適な値に調整可能であり、ηが小さく、高いＴｎｉを有し、低温での析出や相変化が起こらない優れた保存安定性を備え、熱や光及び水分等の刺激に対して安定であり、更に、高い弾性定数を備え、ＩＰＳ型又はＦＦＳ型の液晶表示素子とした際に高い透過率を発揮する具体的な液晶組成物については、強い要求が継続的に存在している。
ＩＰＳ型やＦＦＳ型等の横電界型液晶表示を志向した液晶組成物として、例えば、式（１）や式（２）で表される誘電的に中性なアルケニル化合物を用いた液晶組成物が開示されている（特許文献１から３）。
Figure 0006662495
しかしながら、これらの発明では高度化された現在の要求には十分に答えられておらず、前述した課題を同時に解決可能な液晶組成物の開発が求められている。
特表２００４−５２９２１４ 特開２００９−１９１２６４ 特開２００６−３２８３９９
本発明が解決しようとする課題は、Δεが正の組成物であって、広い温度範囲の液晶相を有し、粘性が小さく、低温で析出や相変化を起こさず保存安定性が良好で、比抵抗や電圧保持率が高く、熱や光に対して安定であり、更に、高い弾性定数及び相対的に高いε⊥を有する液晶組成物を提供することにある。更にこれを用いることで、高速応答性や信頼性に優れ、動作温度範囲が広く、コントラストに優れたＦＦＳ型、ＩＰＳ型の液晶表示素子を提供することにある。
本発明者は、種々の液晶化合物及び種々の化学物質を検討し、特定の液晶化合物を組み合わせることにより前記課題が解決であることを見出し、本発明を完成するに至った。
即ち、本発明は、第一成分として、一般式（Ａ１）及び一般式（Ａ２）で表される群から選ばれる正の誘電率異方性を有する化合物を少なくとも１種含有し、第二成分として一般式（Ｂ）で表される群から選ばれる負の誘電率異方性を有する化合物を少なくとも１種含有し、第三成分として一般式（Ｃ）で表される群から選ばれる誘電的に中性の化合物を含有し、混合物全体として正の誘電率異方性を有する液晶組成物を提供する事を目的とする。
Figure 0006662495
（式中、ＲＡ１、ＲＡ２、ＲＢ１、ＲＢ２、ＲＣ１及びＲＣ２は相互に独立して、炭素原子数１〜８のアルキル基、炭素原子数１〜８のアルコキシ基、炭素原子数２〜８のアルケニル基又は炭素原子数２〜８のアルケニルオキシ基を表し、
ｎＡ１、ｎＡ２及びｎＣ１は相互に独立して、１、２又は３を表し、
ｎＢ１及びｎＢ２は相互に独立して、０、１、２又は３を表すが、ｎＢ１＋ｎＢ２は３以下であり、
ＧＡ１、ＧＡ２、ＧＢ１及びＧＢ２は相互に独立して、
（ａ） １，４−シクロヘキシレン基（この基中に存在する１個の−ＣＨ２−又は隣接していない２個以上の−ＣＨ２−は−Ｏ−又は−Ｓ−に置き換えられてもよい。）及び
（ｂ） １，４−フェニレン基（この基中に存在する１個の−ＣＨ＝又は隣接していない２個以上の−ＣＨ＝は−Ｎ＝に置き換えられてもよい。）
からなる群より選ばれる基を表し、上記の基（ａ）及び基（ｂ）上の水素原子は相互に独立してシアノ基、フッ素原子又は塩素原子で置換されていても良く、
ＧＣ１及びＧＣ２は相互に独立して、１，４−シクロヘキシレン基、１，４−フェニレン基、２−フルオロ−１，４フェニレン基又は３−フルオロ−１，４−フェニレン基を表し、
Ｋは、下記（Ｋ−１）〜（Ｋ−５）で表される群から選ばれる基であり、
Figure 0006662495
ＺＡ１は、−ＯＣＨ２−、−ＣＨ２Ｏ−又は単結合を表すが、一般式（Ａ１）中に存在する少なくとも一つのＺＡ１は単結合ではなく、
ＺＡ２、ＺＢ１及びＺＢ２は相互に独立して−ＣＨ２ＣＨ２−、−ＯＣＨ２−、−ＣＨ２Ｏ−、−ＯＣＦ２−、−ＣＦ２Ｏ−、−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、−Ｃ≡Ｃ−又は単結合を表し、
ＺＣ１は、−ＯＣＨ２−、−ＣＨ２Ｏ−、−ＯＣＦ２−、−ＣＦ２Ｏ−、−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、−ＣＨ２ＣＨ２−、−ＣＨ＝ＣＨ−、−Ｃ≡Ｃ−、＝Ｎ−Ｎ＝又は単結合を表し、
ＹＡ１１、ＹＡ１２、ＹＡ２１及びＹＡ２２は相互に独立して、水素原子又はフッ素原子を表し、ＸＡ１及びＸＡ２は相互に独立して、フッ素原子、塩素原子、シアノ基、トリフルオロメチル基又はトリフルオロメトキシ基を表し、
ＧＡ１及びＺＡ１が複数存在する場合それらは同一であっても異なっていても良く、ＧＡ２及びＺＡ２が複数存在する場合それらは同一であっても異なっていても良く、
ＧＢ１及びＺＢ１が複数存在する場合それらは同一であっても異なっていても良く、ＧＢ２及びＺＢ２が複数存在する場合それらは同一であっても異なっていても良く、ＧＣ１及びＺＣ１が複数存在する場合それらは同一でも異なっていてもよい。ただし一般式（Ｃ）で表される化合物は、一般式（Ｂ）で表される化合物を除く。）
更に当該組成物を使用したＴＮ型（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）、ＥＣＢ型（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ）、ＩＰＳ型（Ｉｎ Ｐｌａｎｅ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）又はＦＦＳ型（Ｆｒｉｎｇｅ Ｆｉｅｌｄ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）の表示素子を提供することを目的とする。
本発明の液晶組成物は、液晶温度範囲が広く、粘性が低く、低温で析出や相変化を起こさず保存安定性が良好で、比抵抗や電圧保持率が熱や光によって受ける変化が極めて小さいため、製品の実用性が高い。また、当該組成物を用いた液晶表示素子は動作温度範囲が広く、高速応答性、信頼性に優れ、保存安定性が良好である。さらに液晶組成物として高い弾性定数及び相対的に高いε⊥を有するため、特にＦＦＳ型又はＩＰＳ型の表示素子に用いた場合に透過率が高く、また黒輝度が改善される。即ち高いコントラストを実現する事ができ非常に有用である。
本願実施例と比較例のΔεとε⊥／Δεを示した図である。 本願実施例と比較例のＦＦＳセルにおける最大透過率を示した図である。
本発明は、第一成分として、一般式（Ａ１）及び一般式（Ａ２）で表される群から選ばれる正の誘電率異方性（Δεの値が１．５より大きい）を有する化合物を少なくとも１種含有し、第二成分として一般式（Ｂ）で表される群から選ばれる負の誘電率異方性（Δεの値が−１．５より小さい）を有する化合物を少なくとも１種含有し、第三成分として一般式（Ｃ）で表される群から選ばれる誘電的に中性（Δεの値が−１．５〜１．５）の化合物を含有し、混合物全体として正の誘電率異方性を有する事を特徴とする液晶組成物であり、更にこれを用いた液晶表示素子である。
本発明の組成物は、第一成分として、一般式（Ａ１）及び一般式（Ａ２）で表される群から選ばれる誘電的に正の化合物を含有するが、１種を使用してもよいし、２種以上を組み合わせて使用することもできる。２種以上を使用する場合は、一般式（Ａ１）のみから選択してもよいし、一般式（Ａ２）のみから選択してもよいし、それぞれから少なくとも１種以上の化合物を選択して組み合わせても良い。
第一成分の化合物の好ましい含有量は、下限値として、３質量％であり、６質量％であり、９質量％であり、１２質量％であり、１５質量％であり、上限値として、６０質量％であり、５５質量％であり、５０質量％であり、４５質量％であり、４０質量％である。
一般式（Ａ１）で表される化合物は、液晶組成物の誘電率異方性を上昇させ、屈折率異方性を適切に調節し、相溶性（低温安定性）を高め、更に組成物のε⊥の値を上昇させる目的で用いることができ、好ましい化合物は以下の一般式（Ａ１−１）〜（Ａ１−４）で表される化合物で与えられる。
Figure 0006662495
（式中、ＲＡ１、ＧＡ１及びＸＡ１は、請求項１の一般式（Ａ１）におけるＲＡ１、ＧＡ１及びＸＡ１と同じ意味を表し、ＷＡ１は、水素原子、シアノ基、フッ素原子又は塩素原子を表す。）
一般式（Ａ１−１）及び一般式（Ａ１−３）で表される化合物は液晶組成物の相溶性を向上させる点で好ましく、一般式（Ａ１−２）及び一般式（Ａ１−４）で表される化合物は液晶組成物のネマチック上限温度範囲を拡大できる点で好ましく、一般式（Ａ１−３）及び一般式（Ａ１−４）で表される化合物は更に組成物のε⊥の値を高めることが出来る点で好ましい。また、組成物の弾性定数を高める目的で、ＧＡ１が酸素原子を含有するヘテロ環であることも好ましい。
一般式（Ａ１−１）で表される化合物の好ましい含有量は、下限値として３質量％であり、６質量％であり、９質量％であり、上限値として、３０質量％であり、２５質量％であり、２０質量％である。
一般式（Ａ１−２）で表される化合物の好ましい含有量は、下限値として２質量％であり、４質量％であり、６質量％であり、上限値として、２４質量％であり、２２質量％であり、２０質量％であり、１８質量％である。
一般式（Ａ１−３）で表される化合物の好ましい含有量は、下限値として３質量％であり、５質量％であり、７質量％であり、９質量％であり、上限値として、２５質量％であり、２０質量％であり、１５質量％である。
一般式（Ａ１−４）で表される化合物の好ましい含有量は、下限値として２質量％であり、４質量％であり、６質量％であり、上限値として、２０質量％であり、１８質量％であり、１６質量％であり、１４質量％である。
特に好ましい化合物の具体例は一般式（Ａ１−１−１）〜（Ａ１−１−２）、（Ａ１−２−１）〜（Ａ１−２−６）、（Ａ１−３−１）〜（Ａ１−３−３）、（Ａ１−４−１）〜（Ａ１−４−６）で表される化合物で与えられる。
Figure 0006662495
Figure 0006662495
Figure 0006662495
Figure 0006662495
（式中、ＲＡ１は前述の意味を表す。）
これらの中でも、一般式（Ａ１−２−４）、（Ａ１−２−５）、（Ａ１−２−６）、（Ａ１−３−２）、（Ａ１−３−３）、（Ａ１−４−３）、（Ａ１−４−４）、（Ａ１−４−５）、（Ａ１−４−６）で表される化合物が、液晶組成物の相溶性、誘電率異方性、ε⊥、粘性並びにネマチック温度範囲などの特性を高い次元で両立することが出来る点で好ましい。
一般式（Ａ２）で表される好ましい化合物は以下の一般式（Ａ２−１）〜（Ａ２−３）で表される化合物で与えられる。
Figure 0006662495
（式中、ＲＡ２、ＧＡ２及びＸＡ２は、請求項１の一般式（Ａ１）におけるＲＡ２、ＧＡ２及びＸＡ２と同じ意味を表し、ＷＡ２１及びＷＡ２２は相互に独立して、水素原子、シアノ基、フッ素原子又は塩素原子を表し、ｎＡ２１は０、１又は２を表す。）
一般式（Ａ２−１）で表される化合物は組成物の屈折率異方性を高めることができる点で好ましく、一般式（Ａ２−２）及び一般式（Ａ２−３）で表される化合物は更に組成物の誘電率異方性を高めることができる点で好ましい。また、組成物の弾性定数を高める目的で、ＧＡ２が酸素原子を含有するヘテロ環であることも好ましい。
一般式（Ａ２−１）で表される化合物の好ましい含有量は、下限値として３質量％であり、６質量％であり、９質量％であり、上限値として、２０質量％であり、１７質量％であり、１４質量％である。
一般式（Ａ２−２）で表される化合物の好ましい含有量は、下限値として２質量％であり、４質量％であり、６質量％であり、上限値として、１８質量％であり、１５質量％であり、１２質量％である。
一般式（Ａ２−３）で表される化合物の好ましい含有量は、下限値として２質量％であり、５質量％であり、７質量％であり、９質量％であり、上限値として、２２質量％であり、１８質量％であり、１５質量％である。
特に好ましい化合物の具体例は一般式（Ａ２−１−１）〜（Ａ２−１−６）、（Ａ２−２−１）〜（Ａ２−２−２）、（Ａ２−３−１）〜（Ａ２−３−６）で表される化合物で与えられる。
Figure 0006662495
Figure 0006662495
Figure 0006662495
（ＲＡ２は前述の意味を表す。）
これらの中で、組成物の相溶性を高める目的で使用できる特に好ましい化合物は一般式（Ａ２−１−１）、（Ａ２−１−２）、（Ａ２−２−１）、（Ａ２−２−２）、（Ａ２−３−１）及び（Ａ２−３−２）で表される化合物であり、ネマチック上限温度範囲を拡大させる目的で使用できる特に好ましい化合物は一般式（Ａ２−１−３）、（Ａ２−１−４）、（Ａ２−１−５）、（Ａ２−３−４）、（Ａ２−３−５）及び（Ａ２−３−６）で表される化合物であり、組成物の誘電率異方性を上昇させ、更にε⊥の値を高めることができる点で特に好ましい化合物は一般式（Ａ２−３−２）、（Ａ２−３−３）、（Ａ２−３−５）及び（Ａ２−３−６）で表される化合物である。
本発明の組成物は、第二成分として、一般式（Ｂ）で表される群から選ばれる誘電的に負の化合物を含有するが、１種を使用してもよいし、２種以上を組み合わせて使用することもできる。一般式（Ｂ）の化合物は、主に組成物のε⊥を相対的に高める目的で使用され、組成物中における好ましい含有量は、下限値として３質量％であり、４質量％であり、５質量％であり、８質量％であり、１０質量％であり、上限値として、５０質量％であり、４５質量％であり、４０質量％であり、３５質量％であり、３０質量％であり、２５質量％である。
一般式（Ｂ）で表される化合物は、組成物に使用した際に高い信頼性や広いネマチック温度範囲、低い粘性や高い弾性定数などを同時に満たす必要があり、それらの目的で好適に使用できる化合物は以下の一般式（Ｂ１）〜（Ｂ６）で表される化合物で与えられる。
Figure 0006662495
（式中、ＲＢ１、ＲＢ２、ＧＢ１、ＺＢ１、ＺＢ２、ｎＢ１及びｎＢ２は、請求項１の一般式（Ｂ）におけるＲＢ１、ＲＢ２、ＧＢ１、ＺＢ１、ｎＢ１及びｎＢ２と同じ意味を表し、ＷＢ３１、ＷＢ３２、ＷＢ３３及びＷＢ３４は相互に独立して、水素原子、シアノ基、フッ素原子又は塩素原子を表し、ｎＢ１２は０、１又は２を表すが、分子内に複数存在するＷＢ３１、ＷＢ３２、ＷＢ３３及びＷＢ３４は同一であっても異なっていても良い。）
一般式（Ｂ１）〜（Ｂ３）で表される化合物は組成物の相溶性を向上させ、高い信頼性を与える点で好ましく、一般式（Ｂ２）及び式（Ｂ３）で表される化合物はさらに組成物の屈折率異方性を大きく出来る点でより好ましい。一般式（Ｂ４）〜（Ｂ６）で表される化合物は組成物のε⊥を有意に上昇させるため、少ない添加量で所望のε⊥の値を得ることができ、組成物の低粘性化に寄与する点で好ましい。また、組成物の弾性定数を高める目的で、ＧＢ１が酸素原子を含有するヘテロ環であることも好ましい。
一般式（Ｂ１）で表される化合物の好ましい含有量は、下限値として３質量％であり、４質量％であり、６質量％であり、８質量％であり、上限値として、３５質量％であり、３０質量％であり、２８質量％であり、２６質量％であり、２４質量％である。
一般式（Ｂ２）で表される化合物の好ましい含有量は、下限値として３質量％であり、４質量％であり、６質量％であり、８質量％であり、上限値として、３０質量％であり、２８質量％であり、２６質量％であり、２４質量％である。
一般式（Ｂ３）で表される化合物の好ましい含有量は、下限値として３質量％であり、５質量％であり、７質量％であり、９質量％であり、上限値として、２０質量％であり、１８質量％であり、１６質量％であり、１４質量％である。
一般式（Ｂ４）で表される化合物の好ましい含有量は、下限値として３質量％であり、５質量％であり、７質量％であり、上限値として、１８質量％であり、１６質量％であり、１４質量％であり、１２質量％である。
一般式（Ｂ５）で表される化合物の好ましい含有量は、下限値として３質量％であり、５質量％であり、７質量％であり、上限値として、１８質量％であり、１６質量％であり、１４質量％であり、１２質量％である。
一般式（Ｂ６）で表される化合物の好ましい含有量は、下限値として３質量％であり、５質量％であり、７質量％であり、上限値として、１６質量％であり、１４質量％であり、１２質量％であり、１０質量％である。
特に好ましい化合物の具体例は一般式（Ｂ１−１）〜（Ｂ１−８）、（Ｂ２−１）〜（Ｂ２−４）、（Ｂ３−１）〜（Ｂ３−５）、（Ｂ４−１）〜（Ｂ４−２）、（Ｂ５−１）〜（Ｂ５−２）及び（Ｂ６−１）で表される化合物で与えられる。
Figure 0006662495
Figure 0006662495
Figure 0006662495
Figure 0006662495
Figure 0006662495
Figure 0006662495
（ＲＢ１及びＲＢ２は前述の意味を表し、ＲＢ２１は炭素原子数１〜８のアルキル基を表す。）
第二成分を構成する成分は。組成物に求められる物性値に応じて一般式（Ｂ１−１）〜（Ｂ６−１）で表される化合物から適宜選択することができる。
屈折率異方性の低い液晶組成物が必要な場合には、一般式（Ｂ１−１）〜（Ｂ１−８）で表される化合物を好適に用いることができ、更に信頼性を重視する場合は一般式（Ｂ１−１）〜（Ｂ１−６）で表される化合物を好適に用いることができ、それに加えて組成物のε⊥を高め、かつ優れた相溶性と広いネマチック温度範囲を得るためには一般式（Ｂ１−１）〜（Ｂ１−４）で表される化合物を好適に用いることができる。
組成物の粘性が重視される場合には、１．第二成分の含有量を過度に増やすことを避けるため負の誘電異方性が大きい化合物を用いる方法、２．粘性の低い第三成分の含有量を増やすために、比較的屈折率異方性の大きい化合物を用いる方法、があり、１の観点から好適に使用できる化合物は一般式（Ｂ１−３）、（Ｂ１−４）、（Ｂ４−１）〜（Ｂ６−１）で表される化合物であり、２の観点から好適に使用できる化合物は一般式（Ｂ２−１）〜（Ｂ３−５）で表される化合物であり、さらに信頼性を重視した場合に好適に使用できる化合物は一般式（Ｂ２−１）、（Ｂ２−２）、（Ｂ３−１）〜（Ｂ３−５）で表される化合物である。
本発明の組成物は、第三成分として、一般式（Ｃ）で表される群から選ばれる誘電的に中性の化合物を含有するが、１種を使用してもよいし、２種以上を組み合わせて使用することもできる。
一般式（Ｃ）で表される好ましい化合物は以下の式（Ｃ１）〜（Ｃ３）で表される化合物で与えられる。
Figure 0006662495
（式中、ＲＣ１及びＲＣ２は、請求項１の一般式（Ｃ）におけるＲＣ１及びＲＣ２と同じ意味を表し、
ＧＣ１１〜ＧＣ１２、ＧＣ２１〜ＧＣ２３、ＧＣ３１〜ＧＣ３４は相互に独立して、１，４−シクロヘキシレン基、１，４−フェニレン基、２−フルオロ−１，４フェニレン基又は３−フルオロ−１，４−フェニレン基を表すが、ＧＣ１１〜ＧＣ１２、ＧＣ２１〜ＧＣ２３、ＧＣ３１〜ＧＣ３４上の水素原子はフッ素原子によって置換されても良い。ただし一般式（Ｃ１）〜（Ｃ３）で表される化合物は、一般式（Ｂ）で表される化合物を除く。）
第３成分の化合物の好ましい含有量は、下限値として、１０質量％であり、１４質量％であり、１８質量％であり、２２質量％であり、上限値として、９０質量％であり、８５質量％であり、８０質量％であり、７５質量％であり、７０質量％である。
一般式（Ｃ１）で表される化合物は、液晶組成物の粘性を低減し、屈折率異方性を適切に調節し、相溶性（低温安定性）を高める目的で用いることができ、好ましい化合物は以下の一般式（Ｃ１―１）〜（Ｃ１−３）で表される化合物で与えられる。
Figure 0006662495
（式中、ＲＣ１及びＲＣ２は相互に独立して炭素原子数１〜８のアルキル基、アルコキシ基、炭素数２〜８のアルケニル基又はアルケニルオキシ基を表す。）
一般式（Ｃ１−１）で表される化合物は組成物の粘性を有意に低減させ、相溶性を改善できる点で好ましく、一般式（Ｃ１−２）で表される化合物は組成物の相溶性を有意に改善できる点で好ましく、一般式（Ｃ１−３）で表される化合物は組成物の粘性を低減させ、さらに屈折率異方性を大きくできる点で好ましい。これらの化合物は求められる諸特性に応じて単独で使用することも出来るし、組み合わせて使用することもできる。
一般式（Ｃ１−１）で表される化合物において、ＲＣ１及びＲＣ２は一方がアルキル基で他方がアルキル基又はアルコキシ基であることが好ましく、少なくとも一方がアルケニル基であることがより好ましく、一方がアルキル基で他方がアルケニル基であることが特に好ましい。
一般式（Ｃ１−２）で表される化合物において、ＲＣ１及びＲＣ２はいずれもがアルキル基であることが好ましく、ＲＣ１がアルキル基またはアルケニル基であり、ＲＣ２がアルコキシ基であることがより好ましい。
一般式（Ｃ１−３）で表される化合物において、ＲＣ１及びＲＣ２がともにアルキル基であることが好ましく、一方がアルキル基で他方がアルコキシ基であるか、或いは少なくとも一方がアルケニル基で他方がアルキル基であることがより好ましい。
一般式（Ｃ１−１）〜（Ｃ１−３）で表される化合物の好ましい具体例は、以下の一般式（Ｃ１−１−１）〜（Ｃ１−１−１０）、（Ｃ１−２−１）〜（Ｃ１−２−６）、（Ｃ１−３−１）〜（Ｃ１−３−６）で表される化合物で与えられる。
Figure 0006662495
Figure 0006662495
Figure 0006662495
この中でも、組成物に高い弾性定数と低い粘性を与えるために一般式（Ｃ１−１）で表される化合物として一般式（Ｃ１−１−４）、（Ｃ１−１−７）、（Ｃ１−１−９）又は（Ｃ１−１−１０）で表される化合物のいずれか一種以上を含有することがより好ましく、一般式（Ｃ１−１−４）で表される化合物を含有することが特に好ましく、一般式（Ｃ１−１−４）と一般式（Ｃ１−１−７）で表される化合物を同時に含有することが最も好ましい。一般式（Ｃ１−１）で表される化合物の好ましい含有量は、下限値として、１０％であり、１５％であり、２０％であり、上限値として、７０％であり、６５％であり、６０％であり、５５％であり、５０％であり、４５％であり、４０％である。また、一般式（Ｃ１−１）で表される化合物の屈折率異方性は、通常、目的とする液晶組成物のそれより小さい。従って、第一成分及び／又は第二成分の構成成分の選択に際し、組成物の粘性に致命的な上昇を与えない範囲で、相対的に高い屈折率異方性を有する化合物を用いることが好ましい。その具体例は第一成分及び第二成分の化合物例示において記載したとおりである。
一般式（Ｃ２）で表される化合物は、液晶組成物の粘性を低減し、屈折率異方性を適切に調節し、ネマチック温度範囲を拡大させる目的で用いることができ、好ましい化合物は以下の一般式（Ｃ２―１）〜（Ｃ２−３）で表される化合物で与えられる。
Figure 0006662495
（式中、ＲＣ１及びＲＣ２は相互に独立して炭素原子数１〜８のアルキル基、アルコキシ基、炭素数２〜８のアルケニル基又はアルケニルオキシ基を表し、ＹＣ１及びＹＣ２はいずれか一方がフッ素原子を表し他方は水素原子を表す。）
一般式（Ｃ２−１）で表される化合物は組成物の粘性を低減させ、優れた低温安定性と広いネマチック温度範囲を両立できる点で好ましく、一般式（Ｃ２−２）で表される化合物は組成物のネマチック上限温度範囲を拡大させ、高い屈折率異方性を得られる点で好ましく、一般式（Ｃ２−３）及び（２−４）で表される化合物は、組成物の屈折率異方性を優位に上昇させ、さらにネマチック温度範囲を拡大できる点で好ましい。これらの化合物は求められる諸特性に応じて、単独で使用することもできるし組み合わせて使用することもできる。
一般式（Ｃ２−１）及び（Ｃ２−２）で表される化合物において、ＲＣ１がアルキル基且つＲＣ２がアルキル基またはアルコキシ基であることが好ましく、ＲＣ１がアルケニル基且つＲＣ２がアルキル基であることがより好ましい。
一般式（Ｃ２−３）で表される化合物において、ＲＣ１及びＲＣ２がともにアルキル基であることが好ましく、一方がアルケニル基で他方がアルキル基であることがより好ましい。
一般式（Ｃ２−１）〜（Ｃ２−３）で表される化合物の好ましい具体例は、以下の一般式（Ｃ２−１−１）〜（Ｃ２−１−６）、（Ｃ２−２−１）〜（Ｃ２−２−７）、（Ｃ２−３−１）〜（Ｃ２−３−１６）で表される化合物で与えられる。
Figure 0006662495
Figure 0006662495
Figure 0006662495
Figure 0006662495
一般式（Ｃ３）で表される化合物は、液晶組成物のネマチック上限温度範囲を有意に拡大し、屈折率異方性を適切に調節する目的で用いることができ、好ましい化合物は以下の一般式（Ｃ３―１）〜（Ｃ３−３）で表される化合物で与えられる。
Figure 0006662495
（ＲＣ１及びＲＣ２は相互に独立して炭素原子数１〜８のアルキル基、アルコキシ基、炭素数２〜８のアルケニル基又はアルケニルオキシ基を表す。）
一般式（Ｃ３−１）及び（Ｃ３−２）で表される化合物は組成物のネマチック上限温度範囲を有意に拡大させる点で好ましく、一般式（Ｃ３−３）で表される化合物は組成物のネマチック上限温度範囲を拡大させ、更に高い屈折率異方性を得られる点で好ましい。これらの化合物は求められる諸特性に応じて単独で使用することもできるし、組み合わせて使用することもできるが、液晶組成物の相溶性を維持するためには０種〜３種程度を組み合わせて使用するのが好ましく、その含有量は０〜１５質量％の範囲が好ましく、０〜１０質量％の範囲がより好ましい。
一般式（Ｃ３−１）及び（Ｃ３−２）で表される化合物において、ＲＣ１及びＲＣ２がともにアルキル基であることが好ましく、いずれか一方または両方がアルケニル基であることも好ましい。
一般式（Ｃ３−３）で表される化合物において、ＲＣ１及びＲＣ２がともにアルキル基であることが好ましいが、ＲＣ１がアルケニル基でＲＣ２がアルキル基であることも好ましい。
一般式（Ｃ３−１）〜式（Ｃ３−３）で表される化合物の好ましい具体例は、以下の一般式（Ｃ３−１−１）〜（Ｃ３−１−５）、（Ｃ３−２−１）〜（Ｃ３−２−３）、（Ｃ３−３−１）〜（Ｃ３−３−４）で表される化合物で与えられる。
Figure 0006662495
Figure 0006662495
Figure 0006662495
本発明の組成物は、第４成分として、一般式（Ｍ）で表される群から選ばれる誘電的に正の化合物を任意に含有することができる。一般式（Ｍ）で表される化合物は、１種を使用してもよいし、２種以上を組み合わせて使用することもできる。
Figure 0006662495
（式中、ＲＭは炭素数１〜８のアルキル基、アルコキシ基又は炭素数２〜８のアルケニル基、アルケニルオキシ基を表し、
ｎＭは１、２、又は３を表し、
ＧＭは
（ａ） １，４−シクロヘキシレン基（この基中に存在する１個の−ＣＨ２−又は隣接していない２個以上の−ＣＨ２−は−Ｏ−又は−Ｓ−に置き換えられてもよい。）及び
（ｂ） １，４−フェニレン基（この基中に存在する１個の−ＣＨ＝又は隣接していない２個以上の−ＣＨ＝は−Ｎ＝に置き換えられてもよい。）
からなる群より選ばれる基を表し、上記の基（ａ）及び基（ｂ）上の水素原子はそれぞれ独立してシアノ基、フッ素原子又は塩素原子で置換されていても良く、
ＺＭは−ＣＨ２ＣＨ２−、−ＣＦ２Ｏ−、−ＣＯＯ−、−Ｃ≡Ｃ−、又は単結合を表し、
ＧＭ及びＺＭが複数存在する場合は同一でも異なっていてもよく、
ＹＭ１及びＹＭ２は相互に独立してフッ素原子又は水素原子を表し、
ＸＭはフッ素原子、塩素原子、トリフルオロメチル基、トリフルオロメトキシ基、シアノ基、又は炭素数２〜５のアルケニルオキシ基を表す。）
一般式（Ｍ）で表される好ましい化合物は以下の一般式（Ｍ１）〜（Ｍ３）で表される化合物で与えられる。
Figure 0006662495
（式中、ＲＭ、ＹＭ１、ＹＭ２及びＸＭは、一般式（Ｍ）におけるＲＭ、ＹＭ１、ＹＭ２及びＸＭと同じ意味を表し、ＹＭ３は一般式（Ｍ）におけるＹＭ１と同じ意味を表し、ＧＭ１は一般式（Ｍ）におけるＧＭと同じ意味を表す。）
信頼性を重視する場合は一般式（Ｍ１）で表される化合物を用いることが好ましく、高い屈折率異方性を重視する場合は一般式（Ｍ２）で表される化合物を用いることが好ましく、高い誘電率異方性を重視する場合は一般式（Ｍ３）で表される化合物を用いることが好ましい。また、液晶組成物としてε⊥の値を大きく保つためには、一般式（Ｍ２）及び（Ｍ３）で表される化合物を用いることが好ましい。第四成分としての一般式（Ｍ）で表される化合物は、上述の諸特性を考慮して一般式（Ｍ１）〜（Ｍ３）で表される化合物のうち一種を単独で用いてもよいし、複数を組み合わせて用いることもできる。
第４成分の化合物の好ましい含有量は、下限値として、０質量％であり、３質量％であり、６質量％であり、９質量％であり、１２質量％であり、上限値として、４０質量％であり、３５質量％であり、３０質量％であり、２５質量％であり、２０質量％である。
一般式（Ｍ１）で表される好ましい化合物は以下の一般式（Ｍ１−１）〜（Ｍ１−５）で表される化合物で与えられる。
Figure 0006662495
（式中、ＲＭ及びＸＭは、一般式（Ｍ）におけるＲＭ及びＸＭと同じ意味を表す。）
一般式（Ｍ１−１）〜（Ｍ１−６）で表される化合物はいずれも液晶組成物の信頼性を低下させないという点で好ましいが、液晶組成物の相溶性(低温安定性)を重視する場合は一般式（Ｍ１−１）〜（Ｍ１−３）で表される化合物を用いることが好ましく、高いネマチック上限温度範囲を重視する場合は、一般式（Ｍ１−４）〜（Ｍ１−５）で表される化合物を用いることが好ましい。
一般式（Ｍ２）で表される好ましい化合物は以下の一般式（Ｍ２−１）〜（Ｍ２−７）で表される化合物で与えられる。
Figure 0006662495
（式中、ＲＭは、一般式（Ｍ）におけるＲＭと同じ意味を表し、Ａｌｋｅｎｙｌは、炭素原子数２〜８のアルケニル基を表す。）
一般式（Ｍ２−１）〜（Ｍ２−７）で表される化合物はいずれも液晶組成物の屈折率異方性を大きくできるという点で好ましいが、液晶組成物の相溶性(低温安定性)を重視する場合は一般式（Ｍ２−１）及び（Ｍ２−２）で表される化合物を用いることが好ましく、高いネマチック上限温度範囲を重視する場合は一般式（Ｍ２−３）〜（Ｍ２−７）で表される化合物を用いることが好ましく、中でも、液晶組成物としてε⊥の値を大きく保つためには一般式（Ｍ２―４）で表される化合物を用いることが好ましく、光刺激に対して液晶組成物を安定させるためには一般式（Ｍ２−７）で表される化合物を用いることが好ましい。
一般式（Ｍ３）で表される好ましい化合物は以下の一般式（Ｍ３−１）〜（Ｍ３−５）で表される化合物で与えられる。
Figure 0006662495
（式中、ＲＭは、一般式（Ｍ）におけるＲＭと同じ意味を表す。）
一般式（Ｍ３−１）〜（Ｍ３−５）で表される化合物はいずれも液晶組成物の誘電率異方性を大きくできるという点で好ましいが、液晶組成物の相溶性(低温安定性)を重視する場合は一般式（Ｍ３−１）で表される化合物を用いることが好ましく、高いネマチック上限温度範囲を重視する場合は一般式（Ｍ３−２）〜（Ｍ３−５）で表される化合物を用いることが好ましく、中でも、液晶組成物としてε⊥の値を大きく保つためには一般式（Ｍ３―３）〜（Ｍ３−５）で表される化合物を用いることが好ましく、屈折率異方性を大きくするためには一般式（Ｍ３−２）で表される化合物を用いることが好ましい。
本発明における組成物は、更に一般式（Ｑ）で表される末端基を有する化合物を含有することができる。これらの化合物群は液晶組成物の光や熱に対する安定性を高める目的で使用する。
Figure 0006662495
（式中の波線は結合手を意味する）
一般式（Ｑ）で表される末端基を有する化合物は、具体的には、下記の一般式（Ｑ−ａ）から一般式（Ｑ−ｅ）で表される化合物であることが好ましい。
Figure 0006662495
式中、ＲＱ１は炭素原子数１から１０の直鎖アルキル基又は分岐鎖アルキル基が好ましく、ＲＱ２は炭素原子数１から２０の直鎖アルキル基又は分岐鎖アルキル基が好ましく、ＲＱ３、ＲＱ４は炭素原子数１から８の直鎖アルキル基、分岐鎖アルキル基、直鎖アルコキシ基又は分岐鎖アルコキシ基が好ましく、ＬＱは炭素原子数１から８の直鎖アルキレン基又は分岐鎖アルキレン基が好ましく、Ｗ１及びＷ２は−ＣＨ２−又はＯ原子が好ましく、排他的に−ＣＨ２−であるか、又は排他的にＯ原子であることが好ましい。一般式（Ｑ−ａ）から一般式（Ｑ−ｅ）で表される化合物中、一般式（Ｑ−ａ）、（Ｑ−ｃ）及び一般式（Ｑ−ｅ）で表される化合物が更に好ましい。
本願発明の組成物において、一般式（Ｑ）で表される化合物を１種含有する事が好ましいが、２種以上を含有してもよい。含有量は０．００１から１％であることが好ましく、０．００１から０．１％が更に好ましく、０．００１から０．０５％が特に好ましい。
本発明における組成物は、さらに、一般式（Ｒ）で表される末端基を有する化合物を含有することができる。これらの化合物群は液晶組成物の光や熱に対する安定性を高める目的で使用することができ、特に紫外線や可視光に対する安定性を高めるために使用する。
Figure 0006662495
（式中、ＲはＨ、Ｏ・又は炭素数１〜５のアルキル基又はアルコキシ基を表し、波線は結合手を意味する。）
一般式（Ｒ）で表される末端基を有する化合物は、具体的には、下記の一般式（Ｒ−ａ）から一般式（Ｒ−ｅ）で表される化合物であることが好ましい。
本願発明の組成物において、一般式（Ｒ）で表される末端基を有する化合物を１種含有することが好ましく、１〜３種含有することがより好ましい。含有量は０．００１から０．５％であることが好ましく、０．００１から０．２％が更に好ましく、０．００１から０．１％が特に好ましい。
本発明における組成物は、紫外線吸収剤を含有することもできる。用いることができる紫外線吸収剤は特に制限されないが、ベンゾフェノン系、ベンゾトリアゾール系、シアノアクリレート系、トリアジン系などの市販の紫外線吸収剤を使用することができる。紫外線吸収剤は１種含有する事が好ましいが、２種以上を含有してもよい。含有量は０．００１から１％であることが好ましく、０．００１から０．１％が更に好ましく、０．００１から０．０５％が特に好ましい。
本発明の組成物は、高分子安定化した液晶表示素子を作製するために、重合性化合物を含有することができる。使用できる重合性化合物として、光などのエネルギー線により重合が進行する光重合性モノマーなどが挙げられ、構造として、例えば、ビフェニル誘導体、ターフェニル誘導体などの六員環が複数連結した液晶骨格を有する重合性化合物などが挙げられる。更に具体的には、一般式（ＸＸ）
Figure 0006662495
（式中、Ｘ２０１及びＸ２０２はそれぞれ独立して、水素原子又はメチル基を表し、
Ｓｐ２０１及びＳｐ２０２はそれぞれ独立して、単結合、炭素原子数１〜８のアルキレン基又は−Ｏ−（ＣＨ２）ｓ−（式中、ｓは２から７の整数を表し、酸素原子は芳香環に結合するものとする。）が好ましく、
Ｚ２０１は−ＯＣＨ２−、−ＣＨ２Ｏ−、−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、−ＣＦ２Ｏ−、−ＯＣＦ２−、−ＣＨ２ＣＨ２−、−ＣＦ２ＣＦ２−、−ＣＨ＝ＣＨ−ＣＯＯ−、−ＣＨ＝ＣＨ−ＯＣＯ−、−ＣＯＯ−ＣＨ＝ＣＨ−、−ＯＣＯ−ＣＨ＝ＣＨ−、−ＣＯＯ−ＣＨ２ＣＨ２−、−ＯＣＯ−ＣＨ２ＣＨ２−、−ＣＨ２ＣＨ２−ＣＯＯ−、−ＣＨ２ＣＨ２−ＯＣＯ−、−ＣＯＯ−ＣＨ２−、−ＯＣＯ−ＣＨ２−、−ＣＨ２−ＣＯＯ−、−ＣＨ２−ＯＣＯ−、−ＣＹ１＝ＣＹ２−（式中、Ｙ１及びＹ２はそれぞれ独立して、フッ素原子又は水素原子を表す。）、−Ｃ≡Ｃ−又は単結合を表し、
Ｍ２０１は１，４−フェニレン基、トランス−１，４−シクロヘキシレン基又は単結合を表し、式中の全ての１，４−フェニレン基は、任意の水素原子がフッ素原子により置換されていても良い。）で表される二官能モノマーが好ましい。
Ｘ２０１及びＸ２０２は、何れも水素原子を表すジアクリレート誘導体、何れもメチル基を有するジメタクリレート誘導体の何れも好ましく、一方が水素原子を表しもう一方がメチル基を表す化合物も好ましい。これらの化合物の重合速度は、ジアクリレート誘導体が最も早く、ジメタクリレート誘導体が遅く、非対称化合物がその中間であり、その用途により好ましい態様を用いることができる。ＰＳＡ表示素子においては、ジメタクリレート誘導体が特に好ましい。
Ｓｐ２０１及びＳｐ２０２はそれぞれ独立して、単結合、炭素原子数１〜８のアルキレン基又は−Ｏ−（ＣＨ２）ｓ−を表すが、ＰＳＡ表示素子においては少なくとも一方が単結合であることが好ましく、共に単結合を表す化合物又は一方が単結合でもう一方が炭素原子数１〜８のアルキレン基又は−Ｏ−（ＣＨ２）ｓ−を表す態様が好ましい。この場合１〜４のアルキル基が好ましく、ｓは１〜４が好ましい。
Ｚ２０１は、−ＯＣＨ２−、−ＣＨ２Ｏ−、−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、−ＣＦ２Ｏ−、−ＯＣＦ２−、−ＣＨ２ＣＨ２−、−ＣＦ２ＣＦ２−又は単結合が好ましく、−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−又は単結合がより好ましく、単結合が特に好ましい。
Ｍ２０１は任意の水素原子がフッ素原子により置換されていても良い１，４−フェニレン基、トランス−１，４−シクロヘキシレン基又は単結合を表すが、１，４−フェニレン基又は単結合が好ましい。Ｃが単結合以外の環構造を表す場合、Ｚ２０１は単結合以外の連結基も好ましく、Ｍ２０１が単結合の場合、Ｚ２０１は単結合が好ましい。
これらの点から、一般式（ＸＸ）において、Ｓｐ２０１及びＳｐ２０２の間の環構造は、具体的には次に記載する構造が好ましい。
一般式（ＸＸ）において、Ｍ２０１が単結合を表し、環構造が二つの環で形成される場合において、次の式（ＸＸａ−１）から式（ＸＸａ−５）を表すことが好ましく、式（ＸＸａ−１）から式（ＸＸａ−３）を表すことがより好ましく、式（ＸＸａ−１）を表すことが特に好ましい。
Figure 0006662495
（式中、両端はＳｐ２０１又はＳｐ２０２に結合するものとする。）
これらの骨格を含む重合性化合物は重合後の配向規制力がＰＳＡ型液晶表示素子に最適であり、良好な配向状態が得られることから、表示ムラが抑制されるか、又は、全く発生しない。
以上のことから、重合性モノマーとしては、一般式（ＸＸ−１）〜一般式（ＸＸ−４）が特に好ましく、中でも一般式（ＸＸ−２）が最も好ましい。
Figure 0006662495
（式中、ベンゼンはフッ素原子により置換されていても良く、Ｓｐ２０は炭素原子数２から５のアルキレン基を表す。）
本発明の組成物にモノマーを添加する場合において、重合開始剤が存在しない場合でも重合は進行するが、重合を促進するために重合開始剤を含有していてもよい。重合開始剤としては、ベンゾインエーテル類、ベンゾフェノン類、アセトフェノン類、ベンジルケタール類、アシルフォスフィンオキサイド類等が挙げられる。
本発明の重合性化合物を含有した組成物は、これに含まれる重合性化合物が紫外線照射により重合することで液晶配向能が付与され、組成物の複屈折を利用して光の透過光量を制御する液晶表示素子に使用される。液晶表示素子として、ＡＭ−ＬＣＤ（アクティブマトリックス液晶表示素子）、ＴＮ（ネマチック液晶表示素子）、ＳＴＮ−ＬＣＤ（超ねじれネマチック液晶表示素子）、ＯＣＢ−ＬＣＤ及びＩＰＳ−ＬＣＤ（インプレーンスイッチング液晶表示素子）に有用であるが、ＡＭ−ＬＣＤに特に有用であり、透過型あるいは反射型の液晶表示素子に用いることができる。
本発明の組成物を用いた液晶表示素子は高速応答性と信頼性に優れ、広い動作温度範囲を実現した有用なものであり、アクティブマトリックス駆動用液晶表示素子に好適に使用できる。また、ＦＦＳ型又はＩＰＳ型表示素子に使用した場合に高い透過率と低減された黒輝度による優れたコントラストを実現できることから、ＩＰＳ型及びＦＦＳ型表示素子用の液晶組成物として特に適している。
以下に実施例を挙げて本発明を更に詳述するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。また、以下の実施例及び比較例の組成物における「％」は『質量％』を意味する。
実施例中、測定した特性は以下の通りである。
ＴN-I ：ネマチック相−等方性液体相転移温度（℃）
Ｔ-N ：スメクチック相（又は固体層）−ネマチック相転移温度（℃）
Δｎ ：２５℃における屈折率異方性
ｎｏ ：２５℃における常光屈折率
アッベ屈折計を用い、５８９ｎｍ光源に対する屈折率を測定した。
Δε ：２５℃における誘電率異方性
ε⊥ ：２５℃における垂直方向の誘電率
配向処理の異なる２種類のセル（ホメオトロピック配向、ホモジニアス配向、基板間厚み１０ミクロン）に液晶を封入し、１ＫＨｚの交流電界を印加してキャパシタンスを測定して求めたεｌｌとε⊥の差分からΔεを求めた。
η ：２０℃におけるバルク粘度（ｍＰａ・ｓ）
γ１ ：２５℃における回転粘性係数（ｍＰａ・ｓ)
Ｖｔh：厚さ６ミクロンのＴＮセルに液晶を封入し、２５℃、クロスニコル偏光板下において透過率が１０％変化する電圧を測定した。
Ｋ１１、Ｋ３３：
厚さ３０ミクロンのホモジニアス配向セルに液晶を封入し、１ＫＨｚの電圧（Ｖ）を０から３０Ｖまで印加して２５℃における電気容量（Ｃ）の変化を計測し、得られたＣ−ＶカーブのフィッティングからＫ１１とＫ３３を求めた。
Ｋ２２：厚さ２０ミクロンのＴＮセルに１ＫＨｚの電圧（Ｖ）を０から３０Ｖまで印加して得られ２５℃での電気容量（Ｃ）の変化を計測し、得られたＣ−Ｖカーブの閾値電圧（Ｖｃ）から、下記式に従いＫ２２を求めた。
K22 = 〔K33-4[(Vc/π)2×ε0・Δε-K11]〕/2
透過率（Ｔ）：液晶組成物を封入したＦＦＳセル（セルギャップ３．５ミクロン、電極幅３ミクロン、電極間距離４ミクロン、ＳｉＮｘ絶縁層厚み４０００Å、配向膜は電極長手方向から５°傾けてラビング処理）に、２５℃において、クロスニコル偏光板下で電圧を印加した際の輝度変化から最大透過率を測定した。
ＶＨＲ：液晶組成物を封入した配向膜付きガラスセル（セルギャップ３．５ミクロン、アンチパラレル、配向膜は日産化学製のＳＥ−７４９２を使用）を、周波数６０Ｈｚ，印加電圧５Ｖ、印加パルス６４μｓ、６０℃の条件で測定した際の電圧保持率（％）。
耐熱試験後ＶＨＲ：上述の液晶セルを１２０℃の恒温槽中に１時間保持した後、前記方法と同様に測定した際の電圧保持率（％）。
低温保存性(ＬＴＳ)：
低温での保存性評価は、組成物を調製後、厚さ３．５ミクロンのＦＦＳセルに組成物を封入し、これを−２０℃、−２５℃、−３０℃、−４０℃等の温度制御式試験槽の中で保存し、定期的に目視で組成物の相変化又は析出物の発生を観察した。「２４０hr」は２４０時間経過時点で相変化及び析出が確認されたなかったことを意味する。
（環構造）
Figure 0006662495
（側鎖構造及び連結構造）
Figure 0006662495
（比較例１〜２）
特開２００６−３２８３２９の例３３に記載された液晶組成物、及び特開２００９−１９１６２４の例２に記載された液晶組成物を調整した。これらを選択した理由は、当該組成物がＩＰＳ型液晶表示素子用に好適に使用できると記載されているからである。物性値は当該文献に記載の値をそのまま転記し、ε⊥／Δεは新たに算出した。なお、表中の含有率は組成物に対する質量％を表す。
Figure 0006662495
Figure 0006662495
（実施例１〜１４）
以下に本願の構成要件を満足する組成物を調整しその効果を確認した。なお、表中の含有率は組成物に対する質量％を表す。
Figure 0006662495
表１に記載の液晶組成物を調製し、その物性値を測定した。実施例１の組成物は広い液晶温度範囲、大きいε⊥／Δε、小さいγ１、高いＫａｖｇを有していた。また、ＶＨＲ及び耐熱試験後ＶＨＲはほぼ変化がなく高い値を示した。当該液晶を封入したＦＦＳセルを電気光学特性測定装置（シンテック、ＯＰＴＩＰＲＯ）を用いて測定したところ、高い透過率、高いコントラストを示し、応答速度は十分に高速であった。従って、実施例１の液晶組成物はＩＰＳ型またはＦＦＳ型液晶表示素子に好適に使用できる。
Figure 0006662495
表２に記載の液晶組成物を調製し、その物性値を測定した。実施例２の組成物は広い液晶温度範囲、大きいε⊥／Δε、極めて小さいγ１、高いＫａｖｇを有していた。また、ＶＨＲ及び耐熱試験後ＶＨＲはほぼ変化がなく高い値を示した。当該液晶を封入したＦＦＳセルを電気光学特性測定装置（シンテック、ＯＰＴＩＰＲＯ）を用いて測定したところ、高い透過率、高いコントラストを示し、応答速度は十分に高速であった。従って、実施例２の液晶組成物はＩＰＳ型またはＦＦＳ型液晶表示素子に好適に使用できる。
Figure 0006662495
表３に記載の液晶組成物を調製し、その物性値を測定した。実施例３の組成物は広い液晶温度範囲、大きいε⊥／Δε、極めて小さいγ１、高いＫａｖｇを有していた。また、ＶＨＲ及び耐熱試験後ＶＨＲはほぼ変化がなく高い値を示した。当該液晶を封入したＦＦＳセルを電気光学特性測定装置（シンテック、ＯＰＴＩＰＲＯ）を用いて測定したところ、高い透過率、高いコントラストを示し、応答速度は十分に高速であった。従って、実施例３の液晶組成物はＩＰＳ型またはＦＦＳ型液晶表示素子に好適に使用できる。
Figure 0006662495
表４に記載の液晶組成物を調製し、その物性値を測定した。実施例４の組成物は広い液晶温度範囲、比較的大きいε⊥／Δε、低い駆動電圧、高いＫａｖｇを有していた。また、ＶＨＲ及び耐熱試験後ＶＨＲはほぼ変化がなく高い値を示した。当該液晶を封入したＦＦＳセルを電気光学特性測定装置（シンテック、ＯＰＴＩＰＲＯ）を用いて測定したところ、高い透過率、高いコントラストを示し、応答速度は十分に高速であった。従って、実施例４の液晶組成物はＩＰＳ型またはＦＦＳ型液晶表示素子に好適に使用できる。
Figure 0006662495
表５に記載の液晶組成物を調製し、その物性値を測定した。実施例５の組成物は広い液晶温度範囲、大きいε⊥／Δε、極めて小さいγ１、高いＫａｖｇを有していた。また、ＶＨＲ及び耐熱試験後ＶＨＲはほぼ変化がなく高い値を示した。当該液晶を封入したＦＦＳセルを電気光学特性測定装置（シンテック、ＯＰＴＩＰＲＯ）を用いて測定したところ、高い透過率、高いコントラストを示し、応答速度は十分に高速であった。従って、実施例５の液晶組成物はＩＰＳ型またはＦＦＳ型液晶表示素子に好適に使用できる。
Figure 0006662495
表６に記載の液晶組成物を調製し、その物性値を測定した。実施例６の組成物は広い液晶温度範囲、大きいε⊥／Δε、極めて小さいγ１、高いＫａｖｇを有していた。また、ＶＨＲ及び耐熱試験後ＶＨＲはほぼ変化がなく高い値を示した。当該液晶を封入したＦＦＳセルを電気光学特性測定装置（シンテック、ＯＰＴＩＰＲＯ）を用いて測定したところ、高い透過率、高いコントラストを示し、応答速度は十分に高速であった。従って、実施例６の液晶組成物はＩＰＳ型またはＦＦＳ型液晶表示素子に好適に使用できる。
Figure 0006662495
表７に記載の液晶組成物を調製し、その物性値を測定した。実施例１の組成物は広い液晶温度範囲、大きいε⊥／Δε、小さいγ１、高いＫａｖｇを有していた。また、ＶＨＲ及び耐熱試験後ＶＨＲはほぼ変化がなく高い値を示した。当該液晶を封入したＦＦＳセルを電気光学特性測定装置（シンテック、ＯＰＴＩＰＲＯ）を用いて測定したところ、高い透過率、高いコントラストを示し、応答速度は十分に高速であった。従って、実施例７の液晶組成物はＩＰＳ型またはＦＦＳ型液晶表示素子に好適に使用できる。
Figure 0006662495
表８に記載の液晶組成物を調製し、その物性値を測定した。実施例８の組成物は広い液晶温度範囲、比較的大きいε⊥／Δε、低い駆動電圧、高いＫａｖｇを有していた。また、ＶＨＲ及び耐熱試験後ＶＨＲはほぼ変化がなく高い値を示した。当該液晶を封入したＦＦＳセルを電気光学特性測定装置（シンテック、ＯＰＴＩＰＲＯ）を用いて測定したところ、高い透過率、高いコントラストを示し、応答速度は十分に高速であった。従って、実施例８の液晶組成物はＩＰＳ型またはＦＦＳ型液晶表示素子に好適に使用できる。
Figure 0006662495
表９に記載の液晶組成物を調製し、その物性値を測定した。実施例９の組成物は広い液晶温度範囲、大きいε⊥／Δε、極めて小さいγ１、高いＫａｖｇを有していた。また、ＶＨＲ及び耐熱試験後ＶＨＲはほぼ変化がなく高い値を示した。当該液晶を封入したＦＦＳセルを電気光学特性測定装置（シンテック、ＯＰＴＩＰＲＯ）を用いて測定したところ、高い透過率、高いコントラストを示し、応答速度は十分に高速であった。従って、実施例９の液晶組成物はＩＰＳ型またはＦＦＳ型液晶表示素子に好適に使用できる。
Figure 0006662495
表１０に記載の液晶組成物を調製し、その物性値を測定した。実施例１０の組成物は広い液晶温度範囲、比較的大きいε⊥／Δε、小さいγ１、低い駆動電圧、高いＫａｖｇを有していた。また、ＶＨＲ及び耐熱試験後ＶＨＲはほぼ変化がなく高い値を示した。当該液晶を封入したＦＦＳセルを電気光学特性測定装置（シンテック、ＯＰＴＩＰＲＯ）を用いて測定したところ、高い透過率、高いコントラストを示し、応答速度は十分に高速であった。従って、実施例１０の液晶組成物はＩＰＳ型またはＦＦＳ型液晶表示素子に好適に使用できる。
Figure 0006662495
表１１に記載の液晶組成物を調製し、その物性値を測定した。実施例１１の組成物は広い液晶温度範囲、大きいε⊥／Δε、極めて小さいγ１、高いＫａｖｇを有していた。また、ＶＨＲ及び耐熱試験後ＶＨＲはほぼ変化がなく高い値を示した。当該液晶を封入したＦＦＳセルを電気光学特性測定装置（シンテック、ＯＰＴＩＰＲＯ）を用いて測定したところ、高い透過率、高いコントラストを示し、応答速度は十分に高速であった。従って、実施例１１の液晶組成物はＩＰＳ型またはＦＦＳ型液晶表示素子に好適に使用できる。
Figure 0006662495
表１２に記載の液晶組成物を調製し、その物性値を測定した。実施例１２の組成物は広い液晶温度範囲、比較的大きいε⊥／Δε、低い駆動電圧、高いＫａｖｇを有していた。また、ＶＨＲ及び耐熱試験後ＶＨＲはほぼ変化がなく高い値を示した。当該液晶を封入したＦＦＳセルを電気光学特性測定装置（シンテック、ＯＰＴＩＰＲＯ）を用いて測定したところ、高い透過率、高いコントラストを示し、応答速度は十分に高速であった。従って、実施例１２の液晶組成物はＩＰＳ型またはＦＦＳ型液晶表示素子に好適に使用できる。
Figure 0006662495
表１３に記載の液晶組成物を調製し、その物性値を測定した。実施例１３の組成物は広い液晶温度範囲、大きいε⊥／Δε、極めて小さいγ１、高いＫａｖｇを有していた。また、ＶＨＲ及び耐熱試験後ＶＨＲはほぼ変化がなく高い値を示した。当該液晶を封入したＦＦＳセルを電気光学特性測定装置（シンテック、ＯＰＴＩＰＲＯ）を用いて測定したところ、高い透過率、高いコントラストを示し、応答速度は十分に高速であった。従って、実施例１３の液晶組成物はＩＰＳ型またはＦＦＳ型液晶表示素子に好適に使用できる。
Figure 0006662495
表１４に記載の液晶組成物を調製し、その物性値を測定した。実施例１４の組成物は広い液晶温度範囲、大きいε⊥／Δε、極めて小さいγ１、高いＫａｖｇを有していた。また、ＶＨＲ及び耐熱試験後ＶＨＲはほぼ変化がなく高い値を示した。当該液晶を封入したＦＦＳセルを電気光学特性測定装置（シンテック、ＯＰＴＩＰＲＯ）を用いて測定したところ、高い透過率、高いコントラストを示し、応答速度は十分に高速であった。従って、実施例１４の液晶組成物はＩＰＳ型またはＦＦＳ型液晶表示素子に好適に使用できる。
実施例７と比較例１の液晶組成物を封入したＦＦＳセルの最大透過率及びコントラスト測定結果を示す。なお、最大透過率は、比較例１の透過率を１００％として規格化した。コントラストは、電圧オフ時透過率（黒表示）に対する最大透過率の比として算出した。実施例７の液晶組成物は、類似の物性値を有する比較例１の液晶組成物と比較して、高い透過率及び高いコントラストを示すことがわかった。
Figure 0006662495
実施例１０と比較例２の液晶組成物を封入したＦＦＳセルの最大透過率及びコントラスト測定結果を示す。最大透過率は、比較例２の透過率を１００％として規格化した。コントラストは前述の方法と同様に算出した。実施例１０の液晶組成物は、類似の物性値を有する比較例２の液晶組成物と比較して、高い透過率及びコントラストを示すことがわかった。
Figure 0006662495
実施例７及び実施例１０の液晶組成物のＶＨＲ測定結果を示す。本願発明の液晶組成物は、耐熱試験後も高いＶＨＲを維持しており、信頼性に優れることがわかった。
Figure 0006662495
以上より、本願発明の組成物は、広い温度範囲の液晶相を有し、粘性が小さく、低温での溶解性が良好で、比抵抗や電圧保持率が高く、熱や光に対して安定であり、更に、高い弾性定数及び相対的に高いε⊥とε⊥／Δεを有しており、これを用いたＦＦＳ型又はＩＰＳ型の液晶表示素子は、高速応答性や信頼性に優れ、動作温度範囲が広く、優れた透過率やコントラストを発揮することがわかった。

Claims (10)

  1. 第一成分として、一般式（Ａ１）及び一般式（Ａ２）で表される群から選ばれる正の誘電率異方性を有する化合物を少なくとも１種含有し、
    第二成分として、一般式（Ｂ）で表される群から選ばれる負の誘電率異方性を有する化合物を少なくとも１種含有し、
    第三成分として、一般式（Ｃ）で表される群から選ばれる誘電的に中性の化合物を少なくとも１種含有し、混合物全体として正の誘電率異方性を有する液晶組成物。
    Figure 0006662495
     （式中、ＲＡ１、ＲＡ２、ＲＢ１、ＲＢ２、ＲＣ１及びＲＣ２は相互に独立して、炭素原子数１〜８のアルキル基、炭素原子数１〜８のアルコキシ基、炭素原子数２〜８のアルケニル基又は炭素原子数２〜８のアルケニルオキシ基を表し、
    ｎＡ１、ｎＡ２及びｎＣ１は相互に独立して、１、２又は３を表し、
    ｎＢ１及びｎＢ２は相互に独立して、０、１又は２を表すが、ｎＢ１＋ｎＢ２は２以下であり、
    ＧＡ１、ＧＡ２、ＧＢ１及びＧＢ２は相互に独立して、
    （ａ） １，４−シクロヘキシレン基（この基中に存在する１個の−ＣＨ２−又は隣接していない２個以上の−ＣＨ２−は−Ｏ−又は−Ｓ−に置き換えられてもよい。）及び
    （ｂ） １，４−フェニレン基（この基中に存在する１個の−ＣＨ＝又は隣接していない２個以上の−ＣＨ＝は−Ｎ＝に置き換えられてもよい。）
    からなる群より選ばれる基を表し、上記の基（ａ）及び基（ｂ）上の水素原子は相互に独立してシアノ基、フッ素原子又は塩素原子で置換されていても良いが、Ｇ Ａ１ が１，４−フェニレン基である場合、当該Ｇ Ａ１ の１，４−フェニレン基は２位及び３位の水素原子が共にフッ素原子で置換されることはなく、
    ＧＣ１及びＧＣ２は相互に独立して、１，４−シクロヘキシレン基、１，４−フェニレン基、２−フルオロ−１，４フェニレン基又は３−フルオロ−１，４−フェニレン基を表し、
    Ｋは、下記（Ｋ−１）〜（Ｋ−５）で表される群から選ばれる基であり、
    Figure 0006662495
     ＺＡ１は、−ＯＣＨ２−、−ＣＨ２Ｏ−又は単結合を表すが、一般式（Ａ１）中に存在する少なくとも一つのＺＡ１は単結合ではなく、
    ＺＡ２、ＺＢ１及びＺＢ２は相互に独立して−ＣＨ２ＣＨ２−、−ＯＣＨ２−、−ＣＨ２Ｏ−、−ＯＣＦ２−、−ＣＦ２Ｏ−、−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、−Ｃ≡Ｃ−又は単結合を表し、
    ＺＣ１は、−ＯＣＨ２−、−ＣＨ２Ｏ−、−ＯＣＦ２−、−ＣＦ２Ｏ−、−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、−ＣＨ２ＣＨ２−、−ＣＨ＝ＣＨ−、−Ｃ≡Ｃ−、＝Ｎ−Ｎ＝又は単結合を表し、
    ＹＡ１１、ＹＡ１２、ＹＡ２１及びＹＡ２２は相互に独立して、水素原子又はフッ素原子を表し、ＸＡ１及びＸＡ２は相互に独立して、フッ素原子、塩素原子、シアノ基、トリフルオロメチル基又はトリフルオロメトキシ基を表し、
    ＧＡ１及びＺＡ１が複数存在する場合それらは同一であっても異なっていても良く、ＧＡ２及びＺＡ２が複数存在する場合それらは同一であっても異なっていても良く、
    ＧＢ１及びＺＢ１が複数存在する場合それらは同一であっても異なっていても良く、ＧＢ２及びＺＢ２が複数存在する場合それらは同一であっても異なっていても良く、ＧＣ１及びＺＣ１が複数存在する場合それらは同一でも異なっていてもよい。ただし一般式（Ｃ）で表される化合物は、一般式（Ｂ）で表される化合物を除く。）
  2. 第一成分として少なくとも１種の一般式（Ａ１）で表される正の誘電率異方性を有する化合物を含有する請求項１記載の液晶組成物。
  3. 一般式（Ａ１）で表される化合物として、一般式（Ａ１−１）〜（Ａ１−４）で表される化合物から選ばれる１種又は２種以上の化合物を含有する請求項２に記載の液晶組成物。
    Figure 0006662495
     （式中、ＲＡ１、ＧＡ１及びＸＡ１は、請求項１の一般式（Ａ１）におけるＲＡ１、ＧＡ１及びＸＡ１と同じ意味を表し、ＷＡ１は、水素原子、シアノ基、フッ素原子又は塩素原子を表す。）
  4. 第一成分として少なくとも１種の一般式（Ａ２）で表される正の誘電率異方性を有する化合物を含有する請求項１に記載の液晶組成物。
  5. 一般式（Ａ２）で表される化合物として、一般式（Ａ２−１）〜（Ａ２−３）で表される化合物から選ばれる１種又は２種以上の化合物を含有する請求項４に記載の液晶組成物。
    Figure 0006662495
     （式中、ＲＡ２、ＧＡ２及びＸＡ２は、請求項１の一般式（Ａ１）におけるＲＡ２、ＧＡ２及びＸＡ２と同じ意味を表し、ＷＡ２１及びＷＡ２２は相互に独立して、水素原子、シアノ基、フッ素原子又は塩素原子を表し、ｎＡ２１は０、１又は２を表す。）
  6. 一般式（Ｂ）で表される化合物として、下記の一般式（Ｂ１）〜（Ｂ６）で表される群から選ばれる誘電的に負の化合物を少なくとも一種含有する請求項１〜５のいずれか１項に記載の液晶組成物。
    Figure 0006662495
     （式中、ＲＢ１、ＲＢ２、ＧＢ１、ＺＢ１、ＺＢ２、ｎＢ１及びｎＢ２は、請求項１の一般式（Ｂ）におけるＲＢ１、ＲＢ２、ＧＢ１、ＺＢ１、ｎＢ１及びｎＢ２と同じ意味を表し、ＷＢ３１、ＷＢ３２、ＷＢ３３及びＷＢ３４は相互に独立して、水素原子、シアノ基、フッ素原子又は塩素原子を表し、ｎＢ１２は０、１又は２を表すが、分子内に複数存在するＷＢ３１、ＷＢ３２、ＷＢ３３及びＷＢ３４は同一であっても異なっていても良い。）
  7. 一般式（Ｃ）で表される化合物として下記の一般式（Ｃ１）〜（Ｃ３）で表される誘電的に中性の化合物を少なくとも１種含有する請求項１〜６いずれか１項に記載の液晶組成物。
    Figure 0006662495
     （式中、ＲＣ１及びＲＣ２は、請求項１の一般式（Ｃ）におけるＲＣ１及びＲＣ２と同じ意味を表し、
    ＧＣ１１〜ＧＣ１２、ＧＣ２１〜ＧＣ２３、ＧＣ３１〜ＧＣ３４は相互に独立して、１，４−シクロヘキシレン基、１，４−フェニレン基、２−フルオロ−１，４フェニレン基又は３−フルオロ−１，４−フェニレン基を表すが、ＧＣ１１〜ＧＣ１２、ＧＣ２１〜ＧＣ２３、ＧＣ３１〜ＧＣ３４上の水素原子はフッ素原子によって置換されても良い。ただし一般式（Ｃ１）〜（Ｃ３）で表される化合物は、一般式（Ｂ）で表される化合物を除く。）
  8. 一般式（Ｃ）で表される化合物として下記の一般式（Ｃ１−１）〜（Ｃ３−３）で表される誘電的に中性の化合物を少なくとも１種含有する請求項１〜７いずれか１項に記載の液晶組成物。
    Figure 0006662495
     （式中、ＲＣ１及びＲＣ２は、請求項１の一般式（Ｃ）におけるＲＣ１及びＲＣ２と同じ意味を表し、ＹＣ１及びＹＣ２はいずれか一方がフッ素原子を表し他方は水素原子を表す。）
  9. ２５℃における弾性定数Ｋ１１とＫ３３の平均値が１２ｐＮ以上である請求項１〜８いずれか１項に記載の液晶組成物。
  10. 請求項１〜９いずれか１項に記載の液晶組成物を用いたＩＰＳ型又はＦＦＳ型液晶表示素子。
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