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JP2015205982A - 液晶組成物および液晶表示素子 - Google Patents

液晶組成物および液晶表示素子 Download PDF

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JP2015205982A JP2014086734A JP2014086734A JP2015205982A JP 2015205982 A JP2015205982 A JP 2015205982A JP 2014086734 A JP2014086734 A JP 2014086734A JP 2014086734 A JP2014086734 A JP 2014086734A JP 2015205982 A JP2015205982 A JP 2015205982A
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Yukihiro Fujita
幸宏 藤田
好優 古里
Yoshimasa Furusato
好優 古里
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JNC Petrochemical Corp
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JNC Corp
JNC Petrochemical Corp
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Abstract

【課題】他の液晶組成物との相溶性が大きい配向制御材料を含有する液晶組成物の提供。【解決手段】式1で表される化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物、及び式2で表される化合物の群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。[例えば、Xは−OH、−COOH;Z1はメチレン;Z2〜Z5は単結合;Lは−CH=CH−CH=CH−;R1は直鎖状アルキル;P1〜P3は重合性基;環A及び環Bは1,4−フェニレン、ナフタレン−2,6−ジイル]【選択図】なし

Description

本発明は、例えば配向制御材料を含有する液晶組成物に関する。この配向制御材料は、垂直配向に効果を有する自己配向性材料と、配向安定化およびプレチルト調整のための重合性化合物から成る。この液晶組成物を素子の基板間に封入し、この素子に電圧を印加しながら光または熱により重合性化合物を重合させ、生成した配向制御層の効果によって液晶分子の配向を制御する液晶表示素子にも関する。本発明は、ポリイミド配向層なしで液晶媒体の配向を制御する配向膜レス方式の液晶表示素子も包含する。
本発明は、主としてAM(active matrix)素子などに適する液晶組成物、およびこの組成物を含有するAM素子などに関する。特に、誘電率異方性が負の液晶組成物に関し、この組成物を含有するIPS(in-plane switching)モード、FFS(fringe field switching)モード、VA(vertical alignment)モード、またはPSA(polymer sustained alignment)モードの素子に関する。VAモードには、MVA(multi-domain vertical alignment)モード、PVA(patterned vertical alignment)モードなどが含まれる。
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)、FFS(fringe field switching)、VA(vertical alignment)、PSA(polymer sustained alignment)などのモードである。素子の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)とマルチプレックス(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と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。
これらの素子は適切な特性を有する液晶組成物を含有する。この液晶組成物はネマチック相を有する。良好な一般的特性を有するAM素子を得るには組成物の一般的特性を向上させる。2つの一般的特性における関連を下記の表1にまとめる。組成物の一般的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。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。
Figure 2015205982
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。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。適切な積の値は動作モードの種類に依存する。VAモードまたはPSAモードの素子では約0.30μmから約0.40μmの範囲、IPSモードの素子では約0.20μmから約0.30μmの範囲である。この場合、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。組成物における絶対値の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、絶対値の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、大きな電圧保持率に寄与し、素子における大きなコントラスト比に寄与する。したがって、初期段階において室温だけでなく高い温度でも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、室温だけでなく高い温度でも大きな比抵抗を有する組成物が好ましい。紫外線および熱に対する組成物の安定性は、液晶表示素子の寿命に関連する。これらの安定性が高いとき、この素子の寿命は長い。このような特性は、液晶プロジェクター、液晶テレビなどに用いるAM素子に好ましい。
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。一方、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モードおよび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。PSA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。PSAモードを有するAM素子に関しては、負の誘電率異方性を有する液晶組成物の例が次の特許文献1から6などに開示されている。
望ましいAM素子は、使用できる温度範囲が広い、応答時間が短い、コントラスト比が大きい、しきい値電圧が低い、電圧保持率が大きい、寿命が長い、などの特性を有する。1ミリ秒でもより短い応答時間が望ましい。したがって、組成物の望ましい特性は、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、正または負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などである。
PSAモードを有する液晶表示素子では、重合体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を添加した液晶組成物を素子に注入する。次に、この素子の基板間に電圧を印加しながら、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ネットワークを生成する。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。このような重合体の効果は、TN、ECB、OCB、IPS、FFS、VAのようなモードを有する素子にも期待できる。
一般的なPSAモードを有する液晶表示素子では、TFT基板及び対向基板の表面にポリイミド配向膜を形成した後、TFT基板と対向基板との間に液晶を封入している。一方、特許文献7から9および非特許文献1では、配向膜形成工程を省略できる技術が報告されている。該技術では、(メタ)アクリレートなどの重合性化合物を添加した液晶をTFT基板と対向基板との間に封入した後、重合性化合物を紫外光露光にて重合させることによって基板表面に液晶分子を垂直方向あるいは水平方向に配向させる配向制御層を形成する。概技術にて配向制御層が形成された液晶表示を配向膜レス方式の液晶表示装置と称する。
上記の配向膜レス方式の液晶表示装置では、配向制御層の配向規制力が良好であることが要求される。配向制御層の配向規制力が不足すると、コントラスト比の低下や光漏れの原因となる。非特許文献1では、2種類の重合性化合物を使用する手法によって高輝度の液晶表示素子を構成できることが報告されている。しかし、その表示素子のコントラスト比の大きさは充分とは言えない。
また、該配向膜レス方式の液晶表示装置では、配向膜形成工程を省略できるというメリットが有る。しかしながら、該方式では(メタ)アクリレートの重合速度を加速させるポリイミド配向膜を形成しないため、重合反応性が不足するという問題がある。重合反応性が不足すると、プレチルト形成工程後の「未反応の重合性化合物」が増加する。この「未反応の重合性化合物」は、画像の焼き付きなどの原因となることが知られている。
特許文献9では配向制御層の材料として、重合性化合物と、ステロイド系アルコールおよびターフェニル系アミン等の自己配向性添加剤とを用いた手法を検討し、良好な配向性を得ることに成功している。しかし、該手法では、自己配向性添加剤の他の液晶組成物への相溶性が低いことが問題となる。他の成分との相溶性が低いと運搬時や液晶表示素子の製造時に析出等が生じ、含有量の変化や表示不良の原因となる。
したがって、配向膜レス方式の液晶表示装置では、配向制御材料が他の成分との相溶性に優れ、尚且つ、重合性化合物の重合反応性が良好なことが望まれる。
特開2003−307720号公報 特開2004−131704号公報 特開2006−133619号公報 欧州特許出願公開1889894号明細書 特表2010−537010号公報 特表2010−537256号公報 特許4515102号公報 特開2005−208309号公報 国際公開2012−038026号
Li等, International Display Workshop (IDW) ’09 vol.1 p.23 (2009)
これまで、従来の配向制御材料を含有する液晶組成物を使用した配向膜レス方式の液晶表示素子では、耐焼きつきなどの表示特性を充足することは困難であった。
本発明の1つの目的は、他の液晶組成物への相溶性が高い配向制御材料を含有し、配向規制力に優れた液晶組成物である。他の目的は、配向制御材料を含有し、そして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(小さな光学異方性、または大きな光学異方性)、負に大きな誘電率異方性、大きな比抵抗などの特性において、少なくとも1つの特性を充足する液晶組成物である。別の目的は、少なくとも2つの特性に関して適切なバランスを有する液晶組成物である。別の目的は、このような組成物を含有する液晶表示素子である。別の目的は、配向制御材料の成分として、重合体を含有し、重合性化合物の小さな残留量、小さな粘度、適切な光学異方性、負に大きな誘電率異方性、紫外線に対する高い安定性、熱に対する高い安定性のような特性を有する組成物であり、そして小さな焼き付き率、短い応答時間、低いしきい値電圧、大きな電圧保持率、大きなコントラスト比、長い寿命のような特性を有するAM素子である。
本発明は、第一成分として式(1)で表される化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物、および第二成分として式(2)で表される化合物の群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。
Figure 2015205982

式(1)において、Rは、炭素数2から25の直鎖状または炭素数3から25の分岐状のアルキルであり、これらのアルキルにおいて、少なくとも1つの−CH−は、−O−、−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−CH−CH−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つの水素はハロゲンで置き換えられてもよく;Lは、式(L−1)から式(L−3)で表される二価基の群から選択される基であり、
Figure 2015205982

式(L−1)から式(L−3)において、R、R、R、およびRは独立して、水素、フッ素、メチル、エチル、またはトリフルオロメチルであり;
式(1)において、Z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−CH−は、−O−、−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−CH−CH−は、−CH=CH−または−C≡C−で置き換えられてもよく、少なくとも1つの水素はハロゲンで置き換えられてもよく;Xは、−H、−OH、−OR、−COOH、−COOR、−NH、−NHR、−NR 、−SH、−SR、−S−SR、または少なくとも1つの−NH−基を含有する炭素数3から20の複素環から由来する基であり、この複素環において少なくとも1つの水素がハロゲンで置き換えられてもよく;Rは、炭素数1から6のアルキルであり;aは、1、2、または3であり;
式(2)において、環Aは、1,4−シクロへキシレン、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、ハロゲン、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つの水素がハロゲン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B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、ハロゲン、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つの水素がハロゲン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;P、P、およびPは独立して、重合性基であり;Z、Z、およびZは独立して、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−CH−は、−O−、−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−CH−CH−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;Z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−CH−は、−O−、−CO−、−COO−、または−OCO−で置き換えられてもよく、少なくとも1つの−CH−CH−は、−CH=CH−、−C(CH)=CH−、−CH=C(CH)−、または−C(CH)=C(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;bは、0、1、2、または3であり;cおよびdは独立して、0、1、2、または3である。
本発明の1つの長所は、他の液晶組成物への相溶性が高い配向制御材料を含有し、配向規制力に優れた液晶組成物である。他の長所は、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(小さな光学異方性、または大きな光学異方性)、負に大きな誘電率異方性、大きな比抵抗などの特性において、少なくとも1つの特性を充足する液晶組成物である。別の長所は、少なくとも2つの特性に関して適切なバランスを有する液晶組成物である。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、配向制御材料の成分として重合体を含有し、重合性化合物の小さな残留量、大きなプレチルト角、小さな粘度、適切な光学異方性、負に大きな誘電率異方性、紫外線に対する高い安定性、熱に対する高い安定性のような特性を有する組成物であり、そして小さな焼き付き率、短い応答時間、低いしきい値電圧、大きな電圧保持率、大きなコントラスト比、長い寿命のような特性を有するAM素子である。
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、スメクチック相などの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、その分子構造は棒状(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。
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。液晶性化合物の割合(含有量)は、この液晶組成物の重量に基づいた重量百分率(重量%)で表される。この組成物に、光学活性化合物、酸化防止剤、紫外線吸収剤、色素、消泡剤、重合性化合物、重合開始剤、重合禁止剤のような添加物が必要に応じて添加される。添加物の割合(添加量)は、液晶性化合物の割合と同様に、液晶組成物の重量に基づいた重量百分率(重量%)で表される。重量百万分率(ppm)が用いられることもある。重合開始剤および重合禁止剤の割合は、例外的に重合性化合物の重量に基づいて表される。
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。「比抵抗が大きい」は、組成物が初期段階において室温だけでなくネマチック相の上限温度に近い温度でも大きな比抵抗を有し、そして長時間使用したあと室温だけでなくネマチック相の上限温度に近い温度でも大きな比抵抗を有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ネマチック相の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ネマチック相の上限温度に近い温度でも大きな電圧保持率を有することを意味する。「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。
「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’の数は任意であることを意味する。‘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。このルールは、「少なくとも1つの‘A’が、‘B’で置き換えられた」の表現にも適用される。
式(1)から式(4)において、六角形で囲んだA、B、Cなどの記号はそれぞれ環A、環B、環Cなどに対応する。式(1)において、環Aの六角形を横切る斜線は、P−Z基が環上の結合位置を任意に選択できることを意味する。このルールは環BなどのP−Z基などにも適用される。cなどの添え字は、環Aなどに結合する基の数を表す。cが2のとき、環A上に2つのP−Z基が存在する。P−Zが表す2つの基は、同一であってもよいし、または異なってもよい。このルールは、cが2より大きいときの任意の2つにも適用される。このルールは他の基にも適用される。式(1)で表される化合物を化合物(1)と略すことがある。この略記は、式(2)などで表される化合物にも適用される。化合物(1)は、式(1)で表される1つの化合物または2つ以上の化合物を意味する。成分化合物の化学式において、Rの記号を複数の化合物に用いた。これらの化合物において、任意の2つのRが表す2つの基は、同じであっても、異なってもよい。例えば、化合物(1)のRがヘキシルであり、化合物(1−1)のRがヘキシルであるケースがある。化合物(1)のRがヘキシルであり、化合物(1−1)のRがオクチルであるケースもある。このルールは、X、R、Mなどにも適用される。式(2)において、bが2のとき、2つの環Bが存在する。この化合物において、2つの環Bが表す2つの環は、同じであっても、異なってもよい。このルールは、bが2より大きいときにも適用される。このルールは、X、P、Zなどの記号にも適用される。
2−フルオロ−1,4−フェニレンは、下記の2つの二価基を意味する。化学式において、フッ素は左向きであってもよいし、右向きであってもよい。このルールは、テトラヒドロピラン−2,5−ジイルのような、非対称の二価基の環にも適用される。
Figure 2015205982
本発明者らは、化合物(1)および化合物(2)と液晶組成物との組み合わせが、次の理由から該配向膜レス方式の液晶表示素子に適していることを見いだした。すなわち、(a) 化合物(1)は液晶組成物への溶解性が高い;(b) 化合物(1)が共存すると化合物(2)は容易に重合し、重合体を生成する;(c) 重合工程のあとに残留する化合物(2)の量が少ない;(d) 該液晶組成物は配向規制力に優れる;(e) 素子の応答時間が短い;(f) 素子が焼付く程度が小さい、などである。
本発明は、下記の項などである。
項1. 第一成分として式(1)で表される化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物、および第二成分として式(2)で表される化合物の群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。
Figure 2015205982

式(1)において、Rは、炭素数2から25の直鎖状または炭素数3から25の分岐状のアルキルであり、これらのアルキルにおいて、少なくとも1つの−CH−は、−O−、−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−CH−CH−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つの水素はハロゲンで置き換えられてもよく;Lは、式(L−1)から式(L−3)で表される二価基の群から選択された基であり、
Figure 2015205982

式(L−1)から式(L−3)において、R、R、R、およびRは独立して、水素、フッ素、メチル、エチル、またはトリフルオロメチルであり;
式(1)において、Z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−CH−は、−O−、−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−CH−CH−は、−CH=CH−または−C≡C−で置き換えられてもよく、少なくとも1つの水素はハロゲンで置き換えられてもよく;Xは、−H、−OH、−OR、−COOH、−COOR、−NH、−NHR、−NR 、−SH、−SR、−S−SR、または少なくとも1つの−NH−基を含有する炭素数3から20の複素環から由来する基であり、この複素環において少なくとも1つの水素がハロゲンで置き換えられてもよく;Rは、炭素数1から6のアルキルであり;aは、1、2、または3であり;
式(2)において、環Aは、1,4−シクロへキシレン、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、ハロゲン、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つの水素がハロゲン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B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、ハロゲン、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つの水素がハロゲン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;P、P、およびPは独立して、重合性基であり;Z、Z、およびZは独立して、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−CH−は、−O−、−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−CH−CH−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;Z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−CH−は、−O−、−CO−、−COO−、または−OCO−で置き換えられてもよく、少なくとも1つの−CH−CH−は、−CH=CH−、−C(CH)=CH−、−CH=C(CH)−、または−C(CH)=C(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;bは、0、1、2、または3であり;cおよびdは独立して、0、1、2、または3である。
項2. 第一成分として式(1)で表される化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物、および第二成分として式(2−1)で表される化合物の群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。
Figure 2015205982

ただし、式(1)において、Rは、炭素数2から25の直鎖状または炭素数3から25の分岐状のアルキルであり、これらのアルキルにおいて、少なくとも1つの−CH−は、−O−で置き換えられてもよく、少なくとも1つの水素はハロゲンで置き換えられてもよく、
Lは、式(L−1)から式(L−3)で表される二価基の群から選択された基であり、
Figure 2015205982

式(L−1)から式(L−3)において、R、R、R、およびRは独立して、水素、フッ素、またはメチルであり;Z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−CH−は、−O−で置き換えられてもよく、少なくとも1つの水素はハロゲンで置き換えられてもよく;Xは、−H、−OH、−OR、−COOH、−COOR、−NH、−NHR、−NR 、−SH、−SR、または−S−SRであり;Rは、炭素数1から6のアルキルであり;aは、1または2であり;
式(2−1)において、環Aおよび環Bは独立して、1,4−シクロへキシレン、1,4−シクロヘキセニレン、1,4−フェニレン、ナフタレン−1,4−ジイル、ナフタレン−1,5−ジイル、またはナフタレン−2,6−ジイルであり、これらにおいて、少なくとも1つの水素は、ハロゲン、炭素数1から3のアルキル、または少なくとも1つの水素がハロゲンで置き換えられた炭素数1から3のアルキルで置き換えられてもよく;ZおよびZは独立して、単結合または炭素数1から4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−CH−は、−O−、−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−CH−CH−は、−CH=CH−または−C≡C−で置き換えられてもよく、少なくとも1つの水素はハロゲンで置き換えられてもよく;PおよびPは独立して、式(P−1)から式(P−6)で表される基から選択された基であり;
Figure 2015205982

式(P−1)から式(P−3)において、M、M、およびMは独立して、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つの水素がハロゲンで置き換えられた炭素数1から5のアルキルであり;式(P−6)において、Mは、水素、メチル、エチル、またはプロピルであり;PおよびPの両方が式(P−4)で表される基であるとき、ZおよびZの少なくとも1つは、少なくとも1つの−CH−が、−O−、−COO−、−OCO−、または−OCOO−で置き換えられたアルキレンであり;bは、0、1、または2である。
項3. 第一成分として式(1−1)で表される化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物、および第二成分として式(2−1)で表される化合物の群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。
Figure 2015205982

式(1−1)において、Rは、炭素数4から20の直鎖状のアルキルであり、このアルキルにおいて、少なくとも1つの−CH−は、−O−で置き換えられてもよく、少なくとも1つの水素はハロゲンで置き換えられてもよく;Zは、単結合または炭素数1から4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−CH−は、−O−で置き換えられてもよく、少なくとも1つの水素はハロゲンで置き換えられてもよく;Xは、−OH、−COOH、−NH、−NHR、−SH、−SR、または−S−SRであり;Rは、炭素数1から6のアルキルであり;Lは、式(L−1−1)から式(L−3−1)で表される二価基の群から選択された基であり;
Figure 2015205982

式(2−1)において、PおよびPは独立して、式(P−1)および式(P−5)で表される基から選択された基であり;
Figure 2015205982

式(P−1)において、MおよびMは独立して、水素、フッ素、メチル、またはトリフルオロメチルであり、Mは水素であり;
およびZは独立して、単結合または炭素数1から4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−CH−は、−O−、−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−CH−CH−は、−CH=CH−または−C≡C−で置き換えられてもよく;環Aおよび環Bは独立して、1,4−シクロへキシレン、1,4−フェニレン、ナフタレン−1,4−ジイル、ナフタレン−1,5−ジイル、または、ナフタレン−2,6−ジイルであり、これらにおいて、少なくとも1つの水素は、ハロゲン、炭素数1から3のアルキル、または少なくとも1つの水素がハロゲンで置き換えられた炭素数1から3のアルキルで置き換えられてもよく;bは、0、1、または2である。
項4. 第一成分として式(1−1−1)で表される化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物、および第二成分として式(2−1−1)で表される化合物の群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3に記載の液晶組成物。
Figure 2015205982

式(1−1−1)において、Rは、炭素数4から20の直鎖状のアルキルであり、このアルキルにおいて、少なくとも1つの−CH−は、−O−で置き換えられてもよく;Xは、−OHまたは−COOHであり;
式(2−1−1)において、Mは、水素、メチル、またはトリフルオロメチルであり;環Aおよび環Bは独立して、1,4−フェニレン、またはナフタレン−2,6−ジイルであり、これらにおいて、少なくとも1つの水素は、ハロゲン、炭素数1から3のアルキル、または少なくとも1つの水素がハロゲンで置き換えられた炭素数1から3のアルキルで置き換えられてもよく;bは、0、1、または2である。
項5. 液晶組成物の重量に基づいて、第一成分の割合が0.05重量%から10重量%の範囲であり、第二成分の割合が0.03重量%から10重量%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。
項6.第三成分として式(3)で表される化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物をさらに含有する項1から5のいずれか1項に記載の液晶組成物。
Figure 2015205982

式(3)において、RおよびRは独立して、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Cおよび環Eは独立して、1,4−シクロへキシレン、1,4−シクロへキセニレン、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、またはテトラヒドロピラン−2,5−ジイルであり;環D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、または7,8−ジフルオロクロマン−2,6−ジイルであり;ZおよびZは独立して、単結合、−CHCH−、−CHO−、−OCH−、−COO−、または−OCO−であり;eは、1、2、または3であり;fは、0または1であり;そして、eとfとの和が3以下である。
項7.第三成分が式(3−1)から式(3−19)で表される化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物である項6に記載の液晶組成物。
Figure 2015205982

Figure 2015205982

式(3−1)から式(3−19)において、RおよびRは独立して、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。
項8.液晶組成物の重量に基づいて、第三成分の割合が10重量%から90重量%の範囲である、項6または7に記載の液晶組成物。
項9. 第四成分として式(4)で表される化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物をさらに含有する項6から8のいずれか1項に記載の液晶組成物。
Figure 2015205982

式(4)において、RおよびR10は独立して、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F、環G、および環Hは独立して、1,4−シクロへキシレン、1,4−フェニレン、または2−フルオロ−1,4−フェニレンであり;ZおよびZは独立して、単結合、−CHCH−、−CHO−、−OCH−、−COO−、または−OCO−であり;gは、0、1、または2である。
項10.第四成分として式(4−1)から式(4−13)で表される化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物を含有する項9に記載の液晶組成物。
Figure 2015205982

式(4−1)から式(4−13)において、RおよびR10は独立して、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つの水素がフッ素で置き換えられた炭素数2から12のアルケニルである。
項11. 液晶組成物の重量に基づいて、第四成分の割合が10重量%から90重量%の範囲である項9または10に記載の液晶組成物。
項12. 重合開始剤をさらに含有する項1から11のいずれか1項に記載の液晶組成物。
項13. 重合禁止剤をさらに含有する項1から12のいずれか1項に記載の液晶組成物。
項14. 項1から13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。
項15. 液晶表示素子の動作モードが、IPSモード、VA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14に記載の液晶表示素子。
項16. 項1から13のいずれか1項に記載の液晶組成物を含有する、またはこの液晶組成物中の重合性化合物が重合されている、高分子支持配向型の液晶表示素子。
項17. 項1から13のいずれか1項に記載の液晶組成物を含有し、この液晶組成物中の重合性化合物が重合されている、配向膜レス方式の液晶表示素子。
項18. 項1から13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。
項19. 項1から13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。
項20. 項1から13のいずれか1項に記載の液晶組成物の、配向膜レス方式の液晶表示素子における使用。
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る重合性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以下である、上記の液晶組成物。
本発明は、次の項も含む。(c) 特開2006−199941号公報に記載された化合物(5)から化合物(7)は、誘電率異方性が正の液晶性化合物であるが、これらの化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物を含有する上記の組成物。(d) 上記の化合物(1)を含有する上記の組成物。(e) 上記の化合物(1)および化合物(2)を含有する上記の組成物。(f) 化合物(1)および化合物(2)とは異なる重合性化合物を含有する上記の組成物。(g) 光学活性化合物、酸化防止剤、紫外線吸収剤、色素、消泡剤、重合開始剤、重合禁止剤などの添加物の少なくとも1つを含有する上記の組成物。(h) 上記の組成物を含有するAM素子。(i) 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。(j) 上記の組成物を含有する透過型の素子。(k) 上記の組成物を、ネマチック相を有する組成物としての使用。(l) 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光学活性な組成物としての使用。
本発明の組成物を次の順で説明する。第一に、組成物における成分化合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の組み合わせ、成分の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、成分化合物の具体的な例を示す。第六に、組成物に混合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。
第一に、組成物における成分化合物の構成を説明する。本発明の組成物は組成物Aと組成物Bに分類される。組成物Aは、化合物(1)、化合物(2)、化合物(3)、および化合物(4)から選ばれた液晶性化合物の他に、その他の液晶性化合物、添加物、不純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(2)、化合物(3)、および化合物(4)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。その他の液晶性化合物の中で、シアノ化合物は熱または紫外線に対する安定性の観点から少ない方が好ましい。シアノ化合物のさらに好ましい割合は0重量%である。添加物は、光学活性な化合物、酸化防止剤、紫外線吸収剤、色素、消泡剤、重合開始剤などである。不純物は成分化合物の合成などの工程において混入した化合物などである。この化合物が液晶性であったとしても、ここでは不純物として分類される。
組成物Bは、実質的に化合物(1)、化合物(2)、化合物(3)、および化合物(4)のみからなる。「実質的に」は、組成物が添加物または不純物を含有してもよいが、これらの化合物と異なる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物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。
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の特性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本発明の効果に基づいて表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、0(ゼロ)は、値がゼロに近いことを意味する。
Figure 2015205982
成分化合物を組成物に混合したとき、成分化合物が組成物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、基板表面に吸着し、液晶分子を垂直方向に配向制御することが主な効果の自己配向性材料である。化合物(1)は、(a)ヘテロ原子を有する官能基、(b)ジエンおよびエノンなどの共役2重結合を含む部位、および(c)アルキル構造を含む部位から構成される。(a)はガラス基板表面あるいは金属酸化物基板表面との非共有結合的な相互作用により密着性に貢献する官能基であり、部位(b)は化合物(2)との共重合での共有結合形成による配向制御膜の強度向上と化合物(2)の重合速度促進の効果を有する。そして、部位(c)は、液晶の垂直配向性に貢献する。化合物(2)は、重合によって重合体を与える。この重合体は、化合物(1)を基板表面に固定し、プレチルトを制御する。すなわち、化合物(1)および化合物(2)により、基板表面に配向制御層が形成される。この配向制御層は、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。化合物(3)は、誘電率異方性の絶対値を上げ、そして下限温度を下げる。化合物(4)は、粘度を下げる、または上限温度を上げ、下限温度を下げる。
第三に、組成物における成分の組み合わせ、成分の好ましい割合およびその根拠を説明する。組成物における成分の好ましい組み合わせは、第一成分+第二成分+第三成分、第一成分+第二成分+第四成分、または第一成分+第二成分+第三成分+第四成分である。さらに好ましい組み合わせは、第一成分+第二成分+第三成分+第四成分である。
第一成分は、液晶分子を配向制御させる目的で、液晶組成物に添加される。第一成分の好ましい添加割合は、液晶分子を配向させるために約0.05重量%以上であり、素子の表示不良を防ぐために約10重量%以下である。さらに好ましい割合は、約0.1重量%から約7重量%の範囲である。特に好ましい割合は、約0.5重量%から約5重量%の範囲である。
第二成分のような重合性化合物は、第一成分とともに、配向制御層を形成する目的で、液晶組成物に添加される。第二成分の好ましい添加割合は、素子の長期信頼性を向上させるために約0.03重量%以上であり、素子の表示不良を防ぐために約10重量%以下である。さらに好ましい割合は、約0.1重量%から約2重量%の範囲である。特に好ましい割合は、約0.2重量%から約1重量%の範囲である。
第三成分の好ましい割合は、誘電率異方性を上げるために約10重量%以上であり、粘度を下げるために約90重量%以下である。さらに好ましい割合は約20重量%から約80重量%の範囲である。特に好ましい割合は約30重量%から約70重量%の範囲である。
第四成分の好ましい割合は、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重量%以上であり、下限温度を下げるために約90重量%以下である。さらに好ましい割合は約20重量%から約80重量%の範囲である。特に好ましい割合は約30重量%から約70重量%の範囲である。
第四に、成分化合物の好ましい形態を説明する。Rは、炭素数2から25の直鎖状または炭素数3から25の分岐状のアルキルであり、これらのアルキルにおいて、少なくとも1つの−CH−は、−O−、−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−CH−CH−は、−CH=CH−または−C≡C−で置き換えられてもよく、少なくとも1つの水素はハロゲンで置き換えられてもよい。好ましいRは、液晶組成物の配向規制力を向上させるために炭素数5以上のアルキルであり、他の液晶組成物への相溶性を向上させるために炭素数22以下のアルキルである。より好ましいRは、適切な配向規制力と良好な相溶性を得るために、炭素数6から20の直鎖状のアルキルである。
およびRは独立して、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RまたはR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、粘度を下げるため、または誘電率異方性の絶対値を上げるために炭素数1から12のアルコキシである。
およびR10は独立して、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RまたはR10は、粘度を下げるために、炭素数2から12のアルケニルであり、紫外線に対する安定性を上げるため、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。
、R、R、およびR10における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、エチル、プロピル、ブチル、ペンチル、またはヘプチルである。
、R、R、およびR10における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。さらに好ましいアルコキシは、粘度を下げるために、メトキシまたはエトキシである。
、R、R、およびR10における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。これらのアルケニルにおいては、分岐状よりも直鎖状のアルケニルが好ましい。
、R、R、およびR10における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。
、R、R、およびR10における少なくとも1つの水素がフッ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。
、R、R、およびR10におけるアルキルは環状アルキルを含まない。アルコキシは環状アルコキシを含まない。アルケニルは環状アルケニルを含まない。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。
Lは、式(L−1)から式(L−3)で表される二価基の群から選択された基であり、
Figure 2015205982

式(L−1)から式(L−3)において、R、R、R、およびRは独立して、水素、フッ素、メチル、エチル、またはトリフルオロメチルである。好ましいLは、重合性化合物の反応性を上げるために式(L−1)で表される二価基である。好ましいR、R、RまたはRは、液晶組成物の配向規制力を上げるために、水素またはフッ素であり、より好ましくは水素である。
環Aは、1,4−シクロへキシレン、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、ハロゲン、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つの水素がハロゲン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Aは、少なくとも1つの水素が、ハロゲン、炭素数1から12のアルキル、または少なくとも1つの水素がハロゲン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1,4−フェニレンである。さらに好ましい環Aは、1,4−フェニレンである。
環B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、ハロゲン、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つの水素がハロゲン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Bは、少なくとも1つの水素が、ハロゲン、炭素数1から12のアルキル、または少なくとも1つの水素がハロゲン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1,4−フェニレンである。さらに好ましい環Bは、1,4−フェニレンである。
環Cおよび環Eは独立して、1,4−シクロへキシレン、1,4−シクロへキセニレン、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、またはテトラヒドロピラン−2,5−ジイルであり、eが2または3であるとき、任意の2つの環Cは同じであっても、異なってもよい。好ましい環Cまたは環Eは、粘度を下げるために1,4−シクロへキシレンであり、光学異方性を上げるために1,4−フェニレンである。テトラヒドロピラン−2,5−ジイルは、
Figure 2015205982
環D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、または7,8−ジフルオロクロマン−2,6−ジイルである。好ましい環Dは粘度を下げるために2,3−ジフルオロ−1,4−フェニレンであり、光学異方性を下げるために2−クロロ−3−フルオロ−1,4−フェニレンであり、誘電率異方性の絶対値を上げるために7,8−ジフルオロクロマン−2,6−ジイルである。
環F、環G、および環Hは独立して、1,4−シクロへキシレン、1,4−フェニレン、または2−フルオロ−1,4−フェニレンであり、gが2であるとき、2つの環Gは同じであっても、異なってもよい。好ましい環F、環G、または環Hは、粘度を下げるため、または上限温度を上げるために1,4-シクロヘキシレンであり、下限温度を下げるために1,4−フェニレンである。
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−CH−は、−O−、−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−CH−CH−は、−CH=CH−または−C≡C−で置き換えられてもよく、少なくとも1つの水素はハロゲンで置き換えられてもよい。好ましいZは、液晶の配向規制力を上げるために、単結合、メチレン、エチレン、n−プロピレン、n−ブチレン、n−ペンチレン、またはn−ヘキシレンである。さらに好ましいZは、単結合、メチレン、エチレン、またはn−プロピレンである。
、Z、およびZは独立して、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−CH−は、−O−、−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−CH−CH−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Z、Z、またはZは、他の液晶組成物への相溶性を上げ、適切な重合反応性を得るために、単結合または炭素数1から3のアルキレンである。さらに好ましいZ、Z、またはZは、適切な重合反応性を得るために単結合である。
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−CH−は、−O−、−CO−、−COO−、または−OCO−で置き換えられてもよく、少なくとも1つの−CH−CH−は、−CH=CH−、−C(CH)=CH−、−CH=C(CH)−、または−C(CH)=C(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。好ましいZは、適切な重合反応性を得るために単結合である。
、Z、Z、およびZは独立して、単結合、−CHCH−、−CHO−、−OCH−、−COO−、または−OCO−であり、eが2または3であるとき、任意の2つのZは同じであっても、異なってもよく、gが2であるとき、2つのZは同じであっても、異なってもよい。好ましいZ、Z、Z、またはZは、粘度を下げるために単結合であり、下限温度を下げるために−CHCH−であり、誘電率異方性の絶対値を上げるために−CHO−である。
Xは、−H、−OH、−OR、−COOH、−COOR、−NH、−NHR、−NR 、−SH、−SR、−S−SR、または少なくとも1つの−NH−基を含有する炭素数3から20の複素環から由来する基であり、この複素環において少なくとも1つの水素がハロゲンで置き換えられてもよい。好ましいXは、基板表面への吸着性を上げ、良好な配向規制力を得るために、−OH、−COOH、−COOR、−NH、−NHR、−SH、または−S−SRである。さらに好ましいXは、−OH、−COOH、−NH、−NHR、または−SHである。Rは、炭素数1から6のアルキルである。好ましいRは、配向規制力を上げるために、メチル、エチル、またはn−プロピルである。
Lは、単結合、−COO−、−OCO−、−CH=CH−、または−O−である。好ましいLは、適切な配向規制力を得るために単結合である。
、P、およびPは独立して、重合性基である。P、P、およびPの重合性基としては、これに限定されないが、式(P−1)から式(P−6)で表される基があげられる。
Figure 2015205982

好ましいP、P、またはPは、重合反応性を上げるため、または応答時間を短くするために式(P−1)で表される基である。さらに好ましい基(P−1)は、重合反応性を上げるため、−OCO−CH=CHまたは−OCO−C(CH)=CHである。基(P−1)から基(P−6)の波線は、結合する部位を示す。
基(P−1)から基(P−6)において、M、M、およびMは独立して、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つの水素がハロゲン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MまたはMは、重合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Mはメチルであり、さらに好ましいMは水素である。P、c個のP、およびd個のPのすべてが、基(P−1)であるとき、PのM、c個のPのM、およびd個のPのうちの任意の2つのM、M、またはMが、同一であってもよいし、または異なってもよい。基(P−2)または基(P−3)であるときも同様である。
、c個のP、およびd個のPのすべてが、基(P−6)であるとき、PのM、PのM、またはPのMが同一であってもよいし、または異なってもよい。基(P−6)において、Mは、水素、メチル、エチル、またはプロピルである。好ましいMは、反応性を上げるためにメチルまたはエチルである。
aは、1、2、および3である。好ましいaは、液晶の配向規制力を上げるために1である。
bは、0、1、2、および3である。好ましいbは、重合反応性の向上のために、0、1、または2である。さらに好ましいbは、適切は重合反応性を得るために0または1である。
cおよびdは独立して、0、1、2、または3である。好ましいcは適切な重合反応性を得るために0であり、好ましいdは適切な重合反応性を得るために1である。
eは、1、2、または3である。好ましいe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。fは、0または1である。好ましいf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。式(3)において、fは、0、1、または2である。好ましいfは粘度を下げるために0であり、上限温度を上げるために1または2である。
gは、0、1、または2である。好ましいgは、0または1である。
第五に、好ましい成分化合物を示す。好ましい化合物(1)は、特に限定されないが、例えば、化合物(1−1−1−1)から化合物(1−1−1−30)、化合物(1−1−2−1)から化合物(1−1−2−75)、および化合物(1−1−3−1)から化合物(1−1−3−15)が挙げられる。
Figure 2015205982
Figure 2015205982
Figure 2015205982
Figure 2015205982
Figure 2015205982
Figure 2015205982
Figure 2015205982
Figure 2015205982
好ましい化合物(2)は、特に限定されないが、例えば、化合物(2−1−1−1)から化合物(2−1−1−6)が挙げられる。

Figure 2015205982
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(3−19)である。これらの化合物において、第一成分の少なくとも1つが、化合物(3−1)、化合物(3−3)、化合物(3−4)、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。第一成分の少なくとも2つが、化合物(3−1)および化合物(3−6)、化合物(3−1)および化合物(3−13)、化合物(3−3)および化合物(3−6)、化合物(3−3)および化合物(3−13)、または化合物(3−4)および化合物(3−8)の組み合わせであることが好ましい。
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(4−13)である。これらの化合物において、第二成分の少なくとも1つが、化合物(4−1)、化合物(4−3)、化合物(4−5)、化合物(4−6)、化合物(4−7)、または化合物(4−8)であることが好ましい。第二成分の少なくとも2つが化合物(4−1)および化合物(4−3)、化合物(4−1)および化合物(4−5)、または化合物(4−1)および化合物(4−6)の組み合わせであることが好ましい。
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、色素、消泡剤、重合性化合物、重合開始剤、重合禁止剤などである。液晶のらせん構造を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(5−1)から化合物(5−5)である。光学活性化合物の好ましい割合は、約5重量%以下である。さらに好ましい割合は約0.01重量%から約2重量%の範囲である。
Figure 2015205982
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。
Figure 2015205982
酸化防止剤の好ましい例は、tが1から9の整数である化合物(6)などである。化合物(6)において、好ましいtは、1、3、5、7、または9である。さらに好ましいtは1または7である。tが1である化合物(6)は、揮発性が大きいので、大気中での加熱による比抵抗の低下を防止するときに有効である。tが7である化合物(6)は、揮発性が小さいので、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。
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。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ように約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。
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重量%から約10重量%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、表示の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。
配向膜レス方式の液晶表示素子に適合させるために重合性化合物が組成物に添加される。化合物(2)はこの目的に適している。化合物(2)と共にこれらの化合物とは異なる、その他の重合性化合物を組成物に添加してもよい。その他の重合性化合物の好ましい例は、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)、ビニルケトンなどの化合物である。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の誘導体である。その他の重合性化合物を添加するとき、化合物(2)の好ましい割合は、重合性化合物の全重量に基づいて約10重量%以上である。さらに好ましい割合は、約50重量%以上である。特に好ましい割合は、約80重量%以上である。特に好ましい割合は、100重量%でもある。化合物(2)とその他の重合性化合物を適切な比で組み合わせることにより、反応性を向上、または適切にさせ、化合物(1)と供に配向制御層を形成して、液晶分子を配向させる能力を高くせしめることができる。またセル製造工程に幅広く対応することが可能となり、製造工程に起因するムラや、コントラスト低下等の不良を改善し、高品位な液晶表示素子を製造することが可能となる。
化合物(2)のような重合性化合物は紫外線照射により重合させる。光重合開始剤などの適切な開始剤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。例えば光開始剤であるIrgacure651(登録商標;BASF)、Irgacure184(登録商標;BASF)、またはDarocure1173(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、重合性化合物の重量に基づいて約0.1重量%から約5重量%の範囲である。さらに好ましい割合は約1重量%から約3重量%の範囲である。
化合物(2)のような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-tert-ブチルカテコール、4-メトキシフェノ−ル、フェノチアジンなどである。
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)は、市販品、またはTetrahedron Letters, 23, 209-212 (1982)、Chem. Lett., 1541-1542 (1984)、Tetrahedron, 38, 639-644 (1982)、J. Am. Chem. Soc., 78, 5084-5087、Tetrahedron, 43, 743-753 (1987)、J. Org. Chem., 54, 4088-4097 (1989)、J. Org. Chem., 53, 3845-3849 (1988)などの文献に記載された方法にて合成して使用する。化合物(1−1−1−1)、化合物(1−1−1−3)および化合物(1−1−3−1)は市販されており、東京化成工業(株)から入手できる。化合物(2)は、特開2012−001526号公報に記載された方法にて合成して使用する。化合物(3−1)および化合物(3−5)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(4−1)および化合物(4−5)は、特開昭59−176221号公報に記載された方法で合成する。式(6)のtが1である化合物は、アルドリッチ(Sigma-Aldrich Corporation)から入手できる。tが7である化合物(6)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。
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。
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。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。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。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、光学活性な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。
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、VA、PSA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。PSAモード、特に配向膜レス方式のAM素子への使用は特に好ましい。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。
配向膜レス方式の液晶表示素子の製造方法の一例は、次のとおりである。アレイ基板と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。これらの基板は、ポリイミド配向制御層を有さない。アレイ基板とカラーフィルター基板の少なくとも一方は、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。この組成物に化合物(1)および化合物(2)を添加する。必要に応じて添加物を添加してもよい。この液晶組成物(または、液晶材料)を素子に注入する。この素子に電圧を印加した状態で光照射する。化合物(1)および化合物(2)の場合は、紫外線が好ましい。光照射によって化合物(2)を重合させる。この重合によって、化合物(1)および化合物(2)が配向制御層を生成する。
この手順において、液晶組成物を素子に注入したとき、化合物(1)は液晶の垂直配向を誘発する。電圧を印加したとき、液晶分子が電場の作用によって配向する。この配向に従って化合物(1)および化合物(2)の分子も配向する。この状態で化合物(2)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。
実施例により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、実施例1の組成物と実施例2の組成物との混合物を含む。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り同定した。化合物および組成物の特性は、下記に記載した方法により測定した。
NMR分析:測定には、ブルカーバイオスピン社製のDRX−500を用いた。H−NMRの測定では、試料をCDCl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を内部標準として用いた。19F−NMRの測定では、CFCl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。
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。キャリアーガスはヘリウム(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重量%)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。
試料を希釈するための溶媒は、クロロホルム、ヘキサンなどを用いてもよい。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。
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(FID)で検出する。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(重量比)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(重量%)は、ピークの面積比から算出することができる。
測定試料:組成物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重量%)を母液晶(85重量%)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重量%:90重量%、5重量%:95重量%、1重量%:99重量%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。
下記の母液晶を用いた。成分化合物の割合は重量%で示した。
Figure 2015205982
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;以下、JEITAと略す)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。
(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の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。
(2)ネマチック相の下限温度(T;℃):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、T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。
(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。
(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。2枚のガラス基板の間隔(セルギャップ)が20μmのVA素子に試料を入れた。この素子に39ボルトから50ボルトの範囲で1ボルト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、(6)項で測定した。
(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、接眼鏡に偏光板を取り付けたアッベ屈折計により行なった。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。
(6)誘電率異方性(Δε;25℃で測定):誘電率異方性の値は、Δε=ε‖−ε⊥、の式から計算した。誘電率(ε‖およびε⊥)は次のように測定した。
1)誘電率(ε‖)の測定:よく洗浄したガラス基板にオクタデシルトリエトキシシラン(0.16mL)のエタノール(20mL)溶液を塗布した。ガラス基板をスピンナーで回転させたあと、150℃で1時間加熱した。2枚のガラス基板の間隔(セルギャップ)が4μmであるVA素子に試料を入れ、この素子を紫外線で硬化する接着剤で密閉した。この素子にサイン波(0.5V、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。
2)誘電率(ε⊥)の測定:よく洗浄したガラス基板にポリイミド溶液を塗布した。このガラス基板を焼成した後、得られた配向膜にラビング処理をした。2枚のガラス基板の間隔(セルギャップ)が9μmであり、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(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。
(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4μmであり、ラビング方向がアンチパラレルであるノーマリーブラックモード(normally black mode)のVA素子に試料を入れ、この素子を紫外線で硬化する接着剤を用いて密閉した。この素子に印加する電圧(60Hz、矩形波)は0Vから20V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10%になったときの電圧で表した。
(8)電圧保持率(VHR−1a;25℃;%):測定に用いたTN素子はポリイミド配向膜を有し、そして2枚のガラス基板の間隔(セルギャップ)は5μmであった。この素子は試料を入れたあと紫外線で硬化する接着剤で密閉した。このTN素子にパルス電圧(5V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166.7ミリ秒のあいだ測定し、単位周期における電圧曲線と横軸とのあいだの面積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。
(9)電圧保持率(VHR−2a;60℃で測定;%):25℃の代わりに、60℃で測定した以外は、上記と同じ手順で電圧保持率を測定した。得られた値をVHR−2aで表した。重合性化合物を含有する組成物では、TN素子に、15Vの電圧を印加しながら25mW/cmの紫外線を400秒間照射して重合させた。紫外線の照射には、HOYA CANDEO OPTRONICS株式会社製のEXECURE4000−D型水銀キセノンランプを用いた。
(10)電圧保持率(VHR−3a;60℃で測定;%):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。測定に用いたTN素子はポリイミド配向膜を有し、そしてセルギャップは5μmであった。この素子に試料を注入し、光を167分間照射した。光源はブラックライト(ピーク波長369nm)であり、素子と光源の間隔は5mmであった。VHR−3aの測定では、166.7ミリ秒のあいだ、減衰する電圧を測定した。重合性化合物を含有する組成物では、(9)項に記載の条件で重合させた。大きなVHR−3a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。
(11)電圧保持率(VHR−4a;25℃で測定;%):試料を注入したTN素子を80℃の恒温槽内で500時間加熱したあと、電圧保持率を測定し、熱に対する安定性を評価した。VHR−4aの測定では、166.7ミリ秒のあいだ、減衰する電圧を測定した。大きなVHR−4aを有する組成物は熱に対して大きな安定性を有する。
(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。
1)化合物(1)および重合性化合物を含まない組成物:2枚のガラス基板の間隔(セルギャップ)が4μmであり、ラビング方向がアンチパラレルであるノーマリーブラックモード(normally black mode)のVA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を用いて密閉した。この素子に矩形波(60Hz、10V、0.5秒)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。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。
2)化合物(1)および重合性化合物を含有する組成物:2枚のガラス基板の間隔(セルギャップ)が3.2μmであり、ラビング方向がアンチパラレルであるノーマリーブラックモード(normally black mode)のPVA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を用いて密閉した。この素子に、15Vの電圧を印加しながら25mW/cmの紫外線を400秒間照射した。紫外線の照射には、HOYA CANDEO OPTRONICS株式会社製のEXECURE4000−D型水銀キセノンランプを用いた。この素子に矩形波(60Hz、10V、0.5秒)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。応答時間は透過率0%から90%に変化するのに要した時間(立ち上がり時間;rise time;ミリ秒)で表した。
(13)比抵抗(ρ;25℃で測定;Ωcm):電極を備えた容器に試料1.0mLを注入した。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)}。
(14)残留モノマー濃度(ReM;重量%);液晶組成物100重量%に、所定の量の重合性化合物を添加して溶解することにより、試料を調製した。試料をセルギャップ3.5μmでポリイミド配向膜を有さないITO付きセルに注入した。このセルに、15Vの電圧を印加しながら80mW/cmの紫外線を375秒間照射した。紫外線の照射には、アイグラフィックス株式会社製のアイ紫外線硬化用装置を用いた。その後、HPLCにより残留モノマー濃度を測定した。
比較例および実施例における化合物は、下記の表3の定義に基づいて記号により表した。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。記号の後にあるかっこ内の番号は化合物の番号に対応する。(−)の記号はその他の液晶性化合物を意味する。液晶性化合物の割合(百分率)は、液晶組成物の重量に基づいた重量百分率(重量%)である。
Figure 2015205982
《 配向制御材料と他の液晶組成物の相溶性の比較 》
[実施例1から7、比較例1から5]
本発明の第一成分および第二成分を含有していない液晶組成物(添加前組成物)であるLC−Aを調製した。この組成物の成分および特性は下記のとおりである。
〈 LC−A 〉
3−H1OB(2F,3F)−O2 (3−3) 4%
V2−BB(2F,3F)−O1 (3−4) 5%
V2−BB(2F,3F)−O2 (3−4) 9%
1V2−BB(2F,3F)−O2 (3−4) 6%
V−HHB(2F,3F)−O1 (3−6) 3%
V−HHB(2F,3F)−O2 (3−6) 10%
3−HH1OB(2F,3F)−O2 (3−8) 11%
2−BB(2F,3F)B−3 (3−9) 9%
3−HH−V (4−1) 27%
3−HH−V1 (4−1) 9%
3−HHB−O1 (4−5) 3%
V−HHB−1 (4−5) 4%
NI=75.6℃;Δn=0.111;Δε=−3.1.
上記、添加前組成物LC−A100重量%に所定の量の(1−1−1−1)、(1−1−1−3)、(1−1−3−1)、および(7)から選択される化合物、および所定の量の化合物(2−1−1−1)を加え、120℃で5分間加熱し、添加後組成物PLC−A−1からPLC−A−12を得た。なお、化合物(7)は、特許文献9に開示の重合性化合物である。
Figure 2015205982
全ての添加後組成物について、溶解性評価を行った。評価結果を表4に示す。なお、溶解性評価は、ガラス瓶中の液晶組成物を所定の温度にて1週間静置し、目視により結晶の析出の有無を確認した。表4中の記号において“○”は結晶が認められないもの、“×”は結晶が認められたものを示す。
〈 表4 〉
Figure 2015205982
表4の実施例1から7と比較例1から5との比較により、本発明の液晶組成物(添加後組成物)は既知の配向膜レス用液晶組成物に比べて、良好な相溶性を有することがわかる。
[実施例8から19、比較例6から17]
本発明の第一成分および第二成分を含有していない液晶組成物(添加前組成物)であるLC−BからLC−Mを調製した。この組成物の成分および特性は下記のとおりである。
〈 LC−B 〉
3−H1OB(2F,3F)−O2 (3−3) 8%
V2−BB(2F,3F)−O1 (3−4) 5%
V2−BB(2F,3F)−O2 (3−4) 9%
1V2−BB(2F,3F)−O4 (3−4) 6%
V−HHB(2F,3F)−O2 (3−6) 10%
V−HHB(2F,3F)−O4 (3−6) 3%
1V2−HHB(2F,3F)−O2 (3−6) 4%
3−HH1OB(2F,3F)−O2 (3−8) 11%
3−HH−V (4−1) 26%
1−HH−2V1 (4−1) 5%
5−HB−O2 (4−2) 4%
3−HHB−O1 (4−5) 5%
V−HHB−1 (4−5) 4%
NI=74.0℃;Δn=0.101;Δε=−3.4.
〈 LC−C 〉
3−BB(2F,3F)−O2 (3−4) 9%
2O−BB(2F,3F)−O2 (3−4) 3%
2−HH1OB(2F,3F)−O2 (3−8) 10%
3−HH1OB(2F,3F)−O2 (3−8) 20%
2−BB(2F,3F)B−4 (3−9) 3%
2−HH−3 (4−1) 19%
3−HH−4 (4−1) 4%
3−HH−V (4−1) 8%
V2−BB−1 (4−3) 3%
1−BB−3 (4−3) 6%
V−HHB−3 (4−5) 5%
3−HBB−2 (4−6) 4%
5−B(F)BB−2 (4−7) 3%
5−HBBH−3 (4−11) 3%
NI=83.6℃;Δn=0.108;Δε=−2.8.
〈 LC−D 〉
3−BB(2F,3F)−O2 (3−4) 10%
5−BB(2F,3F)−O4 (3−4) 3%
2−HH1OB(2F,3F)−O2 (3−8) 10%
3−HH1OB(2F,3F)−O2 (3−8) 22%
2−HH−3 (4−1) 21%
3−HH−V (4−1) 8%
1−BB−3 (4−3) 8%
1V2−BB−1 (4−3) 3%
V2−HHB−1 (4−5) 5%
3−HBB−2 (4−6) 4%
5−B(F)BB−3 (4−7) 3%
1O1−HBBH−4 (−) 3%
NI=78.6℃;Δn=0.107;Δε=−2.6.
〈 LC−E 〉
V2−BB(2F,3F)−O2 (3−4) 12%
1V2−BB(2F,3F)−O2 (3−4) 6%
1V2−BB(2F,3F)−O4 (3−4) 3%
V−HHB(2F,3F)−O1 (3−6) 6%
V−HHB(2F,3F)−O2 (3−6) 12%
V−HHB(2F,3F)−O4 (3−6) 5%
3−HDhB(2F,3F)−O2 (3−11) 5%
3−dhBB(2F,3F)−O2 (3−14) 4%
3−HH−V (4−1) 30%
1−BB−3 (4−3) 6%
V−HHB−1 (4−5) 5%
1−BB(F)B−2V (4−8) 3%
3−HHEBH−4 (4−9) 3%
NI=77.4℃;Δn=0.112;Δε=−2.9.
〈 LC−F 〉
V2−BB(2F,3F)−O2 (3−4) 12%
1V2−BB(2F,3F)−O2 (3−4) 6%
1V2−BB(2F,3F)−O4 (3−4) 3%
V−HHB(2F,3F)−O1 (3−6) 6%
V−HHB(2F,3F)−O2 (3−6) 7%
V−HHB(2F,3F)−O4 (3−6) 5%
1V2−HHB(2F,3F)−O4 (3−6) 5%
3−HDhB(2F,3F)−O2 (3−11) 5%
3−dhBB(2F,3F)−O2 (3−14) 5%
3−HH−V (4−1) 29%
V2−HB−1 (4−2) 6%
V−HHB−1 (4−5) 5%
2−BB(F)B−5 (4−8) 3%
5−HBB(F)B−3 (4−13) 3%
NI=79.0℃;Δn=0.112;Δε=−2.9.
〈 LC−G 〉
3−HB(2F,3F)−O2 (3−1) 3%
V2−BB(2F,3F)−O2 (3−4) 11%
1V2−BB(2F,3F)−O2 (3−4) 6%
V2−HHB(2F,3F)−O2 (3−6) 5%
3−HDhB(2F,3F)−O2 (3−11) 5%
3−HBB(2F,3F)−O2 (3−13) 3%
V−HBB(2F,3F)−O2 (3−13) 6%
V2−HBB(2F,3F)−O2 (3−13) 6%
3−dhBB(2F,3F)−O2 (3−14) 5%
5−HH−O1 (4−1) 4%
3−HH−V (4−1) 25%
3−HH−VFF (4−1) 3%
1−BB−3 (4−3) 6%
3−HHEH−3 (4−4) 3%
V−HHB−1 (4−5) 6%
V2−HHB−1 (4−5) 3%
NI=75.3℃;Δn=0.113;Δε=−2.5.
〈 LC−H 〉
V2−BB(2F,3F)−O2 (3−4) 10%
1V2−BB(2F,3F)−O2 (3−4) 4%
1V2−BB(2F,3F)−O4 (3−4) 4%
V−HHB(2F,3F)−O1 (3−6) 6%
V−HHB(2F,3F)−O2 (3−6) 10%
V−HHB(2F,3F)−O4 (3−6) 5%
3−DhH1OB(2F,3F)−O2 (3−12) 3%
3−HHB(2F,3CL)−O2 (3−16) 3%
5−HBB(2F,3CL)−O2 (3−17) 3%
3−H1OCro(7F,8F)−5 (3−18) 3%
3−HH1OCro(7F,8F)−5 (3−19) 3%
3−HH−V (4−1) 29%
1−BB−3 (4−3) 6%
V−HHB−1 (4−5) 7%
3−HBB−2 (4−6) 4%
NI=74.5℃;Δn=0.105;Δε=−3.0.
〈 LC−I 〉
V2−HB(2F,3F)−O2 (3−1) 5%
3−H2B(2F,3F)−O2 (3−2) 9%
V−HHB(2F,3F)−O2 (3−6) 12%
2−HH1OB(2F,3F)−O2 (3−8) 7%
3−HH1OB(2F,3F)−O2 (3−8) 12%
3−HDhB(2F,3F)−O2 (3−11) 3%
2−HH−3 (4−1) 27%
3−HH−4 (4−1) 4%
1−BB−3 (4−3) 9%
3−HHB−1 (4−5) 3%
3−B(F)BB−2 (4−7) 3%
3−HB(F)HH−5 (4−10) 3%
3−HB(F)BH−3 (4−12) 3%
NI=79.9℃;Δn=0.092;Δε=−2.9.
〈 LC−J 〉
1V2−HB(2F,3F)−O2 (3−1) 5%
5−H2B(2F,3F)−O2 (3−2) 9%
5−HHB(2F,3F)−O2 (3−6) 3%
V−HHB(2F,3F)−O2 (3−6) 6%
2−HH1OB(2F,3F)−O2 (3−8) 7%
3−HH1OB(2F,3F)−O2 (3−8) 12%
2−BB(2F,3F)B−3 (3−9) 3%
2−HHB(2F,3CL)−O2 (3−16) 3%
4−HHB(2F,3CL)−O2 (3−16) 3%
2−HH−3 (4−1) 22%
3−HH−V (4−1) 8%
1−BB−3 (4−3) 10%
3−HHB−1 (4−5) 3%
3−HB(F)HH−5 (4−10) 3%
3−HB(F)BH−3 (4−12) 3%
NI=80.5℃;Δn=0.093;Δε=−2.9.
〈 LC−K 〉
3−HB(2F,3F)−O4 (3−1) 5%
V−HB(2F,3F)−O2 (3−1) 4%
V2−BB(2F,3F)−O2 (3−4) 7%
1V2−BB(2F,3F)−O2 (3−4) 6%
2O−B(2F,3F)B(2F,3F)−O6 (3−5) 3%
V−HHB(2F,3F)−O2 (3−6) 10%
3−HH2B(2F,3F)−O2 (3−7) 3%
3−HH1OB(2F,3F)−O2 (3−8) 10%
2−BB(2F,3F)B−3 (3−9) 6%
3−HH−V (4−1) 27%
4−HH−V1 (4−1) 6%
3−HH−2V1 (4−1) 3%
3−HBB−2 (4−6) 7%
5−HBB(F)B−2 (4−13) 3%
NI=79.2℃;Δn=0.112;Δε=−3.1.
〈 LC−L 〉
3−HB(2F,3F)−O2 (3−1) 5%
V−HB(2F,3F)−O4 (3−1) 4%
5−BB(2F,3F)−O2 (3−4) 6%
V2−BB(2F,3F)−O2 (3−4) 7%
3−B(2F,3F)B(2F,3F)−O2 (3−5) 3%
V−HHB(2F,3F)−O2 (3−6) 10%
3−HH1OB(2F,3F)−O2 (3−8) 10%
2−BB(2F,3F)B−3 (3−9) 5%
4−HBB(2F,3F)−O2 (3−13) 3%
3−HBB(2F,3CL)−O2 (3−17) 3%
3−HH−O1 (4−1) 3%
3−HH−V (4−1) 24%
3−HB−O2 (4−2) 3%
V−HHB−1 (4−5) 7%
3−BB(F)B−5 (4−8) 3%
5−HBB(F)B−2 (4−13) 4%
NI=77.7℃;Δn=0.117;Δε=−3.1.
〈 LC−M 〉
3−BB(2F,3F)−O4 (3−4) 5%
V2−BB(2F,3F)−O2 (3−4) 12%
1V2−BB(2F,3F)−O1 (3−4) 4%
3−HHB(2F,3F)−O2 (3−6) 5%
V−HHB(2F,3F)−O1 (3−6) 6%
V−HHB(2F,3F)−O2 (3−6) 12%
3−DhHB(2F,3F)−O2 (3−10) 5%
3−HEB(2F,3F)B(2F,3F)−O2 (3−15) 5%
3−HH−V (4−1) 23%
4−HH−V (4−1) 3%
5−HH−V (4−1) 6%
7−HB−1 (4−2) 3%
V−HHB−1 (4−5) 5%
3−HBB−2 (4−6) 3%
2−BB(F)B−3 (4−8) 3%
NI=76.3℃;Δn=0.104;Δε=−3.0.
上記で調製した添加前組成物LC−BからLC−Mを使用して、実施例1と同様にして、本発明の液晶組成物(添加後組成物)の相溶性を評価した。結果を表5に示す。
〈 表5 〉
Figure 2015205982
表5の結果より、化合物(1−1−1)および(2−1−1)を含む様々なタイプの本発明の液晶組成物は、既知の配向膜レス用配向制御化合物(7)および(2−1−1)を含む液晶組成物に比べて、良好な相溶性を得ることが可能である。
《 残留モノマー濃度の比較 》
[実施例20から23、比較例18]
実験例1と同様な手法にて調製した添加後組成物PLC−A−1からPLC−A−13の紫外線露光後の残留モノマー濃度(ReM)を測定した。結果を表6に示す。
〈 表6 〉
Figure 2015205982
表6からわかるとおり、配向膜レス用配向制御化合物(1−1−1−1)または(1−1−1−3)を用いた本発明の液晶組成物は、既知の配向膜レス用配向制御化合物(7)を用いた液晶組成物に比べて、残留重合性化合物濃度が小さい。すなわち、本発明の配向膜レス用液晶組成物は、既知の配向膜レス用液晶組成物に比べて、重合性化合物(2)の反応性が高い。本結果から、本発明の配向膜レス用配向制御化合物は、重合性化合物(2)の反応を促進する効果を有することがわかる。
《 垂直液晶配向性の比較 》
[実施例24および25、比較例19および20]
上記で調製した添加後組成物PLC−A−2からPLC−A−12の垂直液晶配向性を評価した。結果を表7に示す。垂直液晶配向性は、以下のように行った。試料をセルギャップ3.5μmでポリイミド配向膜を有さないITO付きセルに注入した。このセルに、15Vの電圧を印加しながら80mW/cmの紫外線を375秒間照射した。紫外線の照射には、アイグラフィックス株式会社製のアイ紫外線硬化用装置を用いた。次いで、セルの外側両面に、偏光板をその偏光方向が互いに直交するように貼り合わせる事によりVA用素子を作成した。このVA用素子に5Vの電圧をON・OFF(印加・解除)したときの明暗の変化における異常ドメインの有無を目視により観察した。このとき、電圧OFF時に光漏れが観察されず、且つ電圧印加時に駆動領域が白表示、それ以外の領域から光漏れが無かった場合を垂直液晶配向性「良」、光漏れが観察された場合を垂直液晶配向性「不良」とした。
〈 表7 〉
Figure 2015205982
表7より、本発明の配向膜レス用配向制御化合物(1−1−1−1)を用いた液晶組成物は、既知の配向膜レス用配向制御化合物(7)を用いた液晶組成物と同様に良好な垂直液晶配向性を有することがわかる。
本発明は、相溶性が高い配向制御材料を含有し、配向規制力に優れ、重合反応性に優れ、そして高い上限温度、低い下限温度、小さな粘度、適切な光学異方性、負に大きな誘電率異方性、大きな比抵抗などの特性において、少なくとも1つの特性を充足する液晶組成物を提供する。そして、この組成物を含有する液晶表示素子は、小さな焼き付き率、短い応答時間、低いしきい値電圧、大きな電圧保持率、大きなコントラスト比、長い寿命のような特性を有し、液晶プロジェクター、液晶テレビなどに広く用いることができる。

Claims (20)

  1. 第一成分として式(1)で表される化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物、および第二成分として式(2)で表される化合物の群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。
    Figure 2015205982

    式(1)において、Rは、炭素数2から25の直鎖状または炭素数3から25の分岐状のアルキルであり、これらのアルキルにおいて、少なくとも1つの−CH−は、−O−、−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−CH−CH−は、−CH=CH−または−C≡C−で置き換えられてもよく、少なくとも1つの水素はハロゲンで置き換えられてもよく;Lは、式(L−1)から式(L−3)で表される二価基の群から選択された基であり、
    Figure 2015205982

    式(L−1)から式(L−3)において、R、R、R、およびRは独立して、水素、フッ素、メチル、エチル、またはトリフルオロメチルであり;
    式(1)において、Z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−CH−は、−O−、−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−CH−CH−は、−CH=CH−または−C≡C−で置き換えられてもよく、少なくとも1つの水素はハロゲンで置き換えられてもよく;Xは、−H、−OH、−OR、−COOH、−COOR、−NH、−NHR、−NR 、−SH、−SR、−S−SR、または少なくとも1つの−NH−基を含有する炭素数3から20の複素環から由来する基であり、この複素環において、少なくとも1つの水素がハロゲンで置き換えられてもよく;Rは、炭素数1から6のアルキルであり;aは、1、2、または3であり;
    式(2)において、環Aは、1,4−シクロへキシレン、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、ハロゲン、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つの水素がハロゲン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B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、ハロゲン、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つの水素がハロゲン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;P、P、およびPは独立して、重合性基であり;Z、Z、およびZは独立して、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−CH−は、−O−、−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−CH−CH−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;Z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−CH−は、−O−、−CO−、−COO−、または−OCO−で置き換えられてもよく、少なくとも1つの−CH−CH−は、−CH=CH−、−C(CH)=CH−、−CH=C(CH)−、または−C(CH)=C(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;bは、0、1、2、または3であり;cおよびdは独立して、0、1、2、または3である。
  2. 第一成分として式(1)で表される化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物、および第二成分として式(2−1)で表される化合物の群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。
    Figure 2015205982

    式(1)において、Rは、炭素数2から25の直鎖状または炭素数3から25の分岐状のアルキルであり、これらのアルキルにおいて、少なくとも1つの−CH−は、−O−で置き換えられてもよく、少なくとも1つの水素はハロゲンで置き換えられてもよく、
    Lは、式(L−1)から式(L−3)で表される二価基の群から選択された基であり、
    Figure 2015205982

    式(L−1)から式(L−3)において、R、R、R、およびRは独立して、水素、フッ素、またはメチルであり;Z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−CH−は、−O−で置き換えられてもよく、少なくとも1つの水素はハロゲンで置き換えられてもよく;Xは、−H、−OH、−OR、−COOH、−COOR、−NH、−NHR、−NR 、−SH、−SR、または−S−SRであり;Rは炭素数1から6のアルキルであり;aは、1または2であり;
    式(2−1)において、環Aおよび環Bは独立して、1,4−シクロへキシレン、1,4−シクロヘキセニレン、1,4−フェニレン、ナフタレン−1,4−ジイル、ナフタレン−1,5−ジイル、または、ナフタレン−2,6−ジイルであり、これらにおいて、少なくとも1つの水素は、ハロゲン、炭素数1から3のアルキル、または少なくとも1つの水素がハロゲンで置き換えられた炭素数1から3のアルキルで置き換えられてもよく;ZおよびZは独立して、単結合または炭素数1から4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−CH−は、−O−、−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−CH−CH−は、−CH=CH−または−C≡C−で置き換えられてもよく、少なくとも1つの水素はハロゲンで置き換えられてもよく;PおよびPは独立して、式(P−1)から式(P−6)で表される基の群から選択された基であり;
    Figure 2015205982

    式(P−1)から式(P−3)において、M、M、およびMは独立して、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つの水素がハロゲンで置き換えられた炭素数1から5のアルキルであり;式(P−6)において、Mは、水素、メチル、エチル、またはプロピルであり;PおよびPの両方が、式(P−4)で表される基であるとき、ZおよびZの少なくとも1つは、少なくとも1つの−CH−が、−O−、−COO−、−OCO−、または−OCOO−で置き換えられたアルキレンであり;bは、0、1、または2である。
  3. 第一成分として式(1−1)で表される化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物、および第二成分として式(2−1)で表される化合物の群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。
    Figure 2015205982

    式(1−1)において、Rは、炭素数4から20の直鎖状のアルキルであり、このアルキルにおいて、少なくとも1つの−CH−は、−O−で置き換えられてもよく、少なくとも1つの水素はハロゲンで置き換えられてもよく;Zは、単結合または炭素数1から4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−CH−は、−O−で置き換えられてもよく、少なくとも1つの水素はハロゲンで置き換えられてもよく;Xは、−OH、−COOH、−NH、−NHR、−SH、−SR、または、−S−SRであり;Rは、炭素数1から6のアルキルであり;Lは、式(L−1−1)から式(L−3−1)で表される二価基の群から選択された基であり;
    Figure 2015205982

    」式(2−1)において、PおよびPは独立して、式(P−1)および式(P−5)で表される基から選択された基であり;
    Figure 2015205982

    式(P−1)において、MおよびMは独立して、水素、フッ素、メチル、またはトリフルオロメチルであり、Mは水素であり;
    およびZは独立して、単結合または炭素数1から4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−CH−は、−O−、−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−CH−CH−は、−CH=CH−または−C≡C−で置き換えられてもよく;環Aおよび環Bは独立して、1,4−シクロへキシレン、1,4−フェニレン、ナフタレン−1,4−ジイル、ナフタレン−1,5−ジイル、または、ナフタレン−2,6−ジイルであり、これらにおいて、少なくとも1つの水素は、ハロゲン、炭素数1から3のアルキル、または少なくとも1つの水素がハロゲンで置き換えられた炭素数1から3のアルキルで置き換えられてもよく;bは、0、1、または2である。
  4. 第一成分として式(1−1−1)で表される化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物、および第二成分として式(2−1−1)で表される化合物の群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3に記載の液晶組成物。
    Figure 2015205982

    式(1−1−1)において、Rは、炭素数4から20の直鎖状のアルキルであり、このアルキルにおいて、少なくとも1つの−CH−は、−O−で置き換えられてもよく;
    Xは、−OHまたは−COOHであり;
    式(2−1−1)において、Mは、水素、メチル、またはトリフルオロメチルであり;環Aおよび環Bは独立して、1,4−フェニレン、またはナフタレン−2,6−ジイルであり、これらにおいて、少なくとも1つの水素は、ハロゲン、炭素数1から3のアルキル、または少なくとも1つの水素がハロゲンで置き換えられた炭素数1から3のアルキルで置き換えられてもよく;bは、0、1、または2である。
  5. 液晶組成物の重量に基づいて、第一成分の割合が0.05重量%から10重量%の範囲であり、第二成分の割合が0.03重量%から10重量%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。
  6. 第三成分として式(3)で表される化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物をさらに含有する請求項1から5のいずれか1項に記載の液晶組成物。
    Figure 2015205982

    式(3)において、RおよびRは独立して、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Cおよび環Eは独立して、1,4−シクロへキシレン、1,4−シクロへキセニレン、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、またはテトラヒドロピラン−2,5−ジイルであり;環D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、または7,8−ジフルオロクロマン−2,6−ジイルであり;ZおよびZは独立して、単結合、−CHCH−、−CHO−、−OCH−、−COO−、または−OCO−であり;eは、1、2、または3であり;fは、0または1であり;そして、eとfとの和が3以下である。
  7. 第三成分が式(3−1)から式(3−19)で表される化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物である請求項6に記載の液晶組成物。
    Figure 2015205982

    Figure 2015205982

    式(3−1)から式(3−19)において、RおよびRは独立して、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。
  8. 液晶組成物の重量に基づいて、第三成分の割合が10重量%から90重量%の範囲である、請求項6または7に記載の液晶組成物。
  9. 第四成分として式(4)で表される化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物をさらに含有する請求項6から8のいずれか1項に記載の液晶組成物。
    Figure 2015205982

    式(4)において、RおよびR10は独立して、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F、環G、および環Hは独立して、1,4−シクロへキシレン、1,4−フェニレン、または2−フルオロ−1,4−フェニレンであり;ZおよびZは独立して、単結合、−CHCH−、−CHO−、−OCH−、−COO−、または−OCO−であり;gは、0、1、または2である。
  10. 第四成分として式(4−1)から式(4−13)で表される化合物の群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9に記載の液晶組成物。
    Figure 2015205982

    式(4−1)から式(4−13)において、RおよびR10は独立して、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つの水素がフッ素で置き換えられた炭素数2から12のアルケニルである。
  11. 液晶組成物の重量に基づいて、第四成分の割合が10重量%から90重量%の範囲である請求項9または10に記載の液晶組成物。
  12. 重合開始剤をさらに含有する請求項1から11のいずれか1項に記載の液晶組成物。
  13. 重合禁止剤をさらに含有する請求項1から12のいずれか1項に記載の液晶組成物。
  14. 請求項1から13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。
  15. 液晶表示素子の動作モードが、IPSモード、VA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、請求項14に記載の液晶表示素子。
  16. 請求項1から13のいずれか1項に記載の液晶組成物を含有し、この液晶組成物中の重合性化合物が重合されている、高分子支持配向型の液晶表示素子。
  17. 請求項1から13のいずれか1項に記載の液晶組成物を含有する、またはこの液晶組成物中の重合性化合物が重合されている、配向膜レス方式の液晶表示素子。
  18. 請求項1から13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。
  19. 請求項1から13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。
  20. 請求項1から13のいずれか1項に記載の液晶組成物の、配向膜レス方式の液晶表示素子における使用。
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