KR101955953B1

KR101955953B1 - 액정 조성물 및 그것을 사용한 액정 표시 소자

Info

Publication number: KR101955953B1
Application number: KR1020177001514A
Authority: KR
Inventors: 조지 가와무라; 구룡 강; 웨이 우; 시로 다니구치; 아츠오 고바야시
Original assignee: 디아이씨 가부시끼가이샤
Priority date: 2014-09-05
Filing date: 2015-08-27
Publication date: 2019-03-08
Anticipated expiration: 2035-08-27
Also published as: JPWO2016035667A1; JP2017031428A; WO2016035667A1; CN106661455A; KR20170021843A; TW201623590A; TWI697551B

Abstract

본 발명은, 유전율 이방성이 양으로서, 그 유전율 이방성이 크고, 점도가 낮고, 또한, 동시에 내광성이 높은 액정 조성물에 관한 것이다. 저전압 구동, 고콘트라스트, 고속 응답성과 동시에 내광성이 높고, 소부(燒付)나 표시 불량이 발생하지 않는 표시 품질이 우수한 액정 표시 소자를 제공할 수 있다. 본 발명의 액정 조성물을 사용한 액정 표시 소자는 액티브 매트릭스 구동용 액정 표시 소자에 유용하고, TN형, IPS형, FSS형 등의 액정 표시 소자에 적용할 수 있다.

Description

액정 조성물 및 그것을 사용한 액정 표시 소자{LIQUID CRYSTAL COMPOSITION AND LIQUID CRYSTAL DISPLAY ELEMENT USING SAME}

본 발명은 전기 광학적 액정 표시 재료로서 유용한 유전율 이방성(Δε)이 양의 값을 나타내는 네마틱 액정 조성물에 관한 것이다.

액정 표시 소자는, 시계, 전자계산기를 비롯해서, 각종 측정기기, 자동차용 패널, 워드 프로세서, 전자수첩, 프린터, 컴퓨터, 텔레비전, 시계, 광고표시판 등에 사용되도록 되어 있다. 액정 표시 방식으로서는, 그 대표적인 것에 TN(트위스티드 네마틱)형, STN(수퍼 트위스티드 네마틱)형, TFT(박막 트랜지스터)를 사용한 수직 배향을 특징으로 한 VA형이나 수평 배향을 특징으로 한 IPS(인 플레인 스위칭)형/FFS형 등이 있다. 이들 액정 표시 소자에 사용되는 액정 조성물은 수분, 공기, 열, 광 등의 외적 요인에 대해서 안정한 것, 또한, 실온을 중심으로 해서 가능한 한 넓은 온도 범위에서 액정상을 나타내고, 저점성이며, 또한 구동 전압이 낮은 것이 요구된다. 또한 액정 조성물은 개개의 표시 소자에 대해서 최적인 유전율 이방성(Δε) 또는 및 굴절률 이방성(Δn) 등을 최적인 값으로 하기 위하여, 수 종류 내지 수십 종류의 화합물로 구성되어 있다.

수직 배향형 디스플레이에서는 Δε이 음인 액정 조성물이 사용되고 있고, TN형, STN형 또는 IPS형 등의 수평 배향형 디스플레이에서는 Δε이 양인 액정 조성물이 사용되고 있다. 최근, Δε이 양인 액정 조성물을 전압 무인가 시에 수직으로 배향시키고, IPS형/FFS형 전계를 인가함으로써 표시하는 구동 방식도 보고되어 있어, Δε이 양인 액정 조성물의 필요성은 더 높아지고 있다. 한편, 모든 구동 방식에 있어서 저전압 구동, 고속 응답, 넓은 동작 온도 범위가 요구되고 있다. 즉, Δε이 양이며 절대값이 크고, 점도(η)가 작고, 높은 네마틱상-등방성 액체상 전이 온도(T_ni)가 요구되고 있다. 또한, Δn과 셀갭(d)과의 곱인 Δn×d의 설정으로부터, 액정 조성물의 Δn을 셀갭에 맞춰서 적당한 범위로 조절할 필요가 있다. 이에 더하여 액정 표시 소자를 텔레비전 등에 응용하는 경우에 있어서는 고속 응답성이 중시되기 때문에, γ₁이 작은 액정 조성물이 요구된다.

액정 조성물의 구성 성분으로서, Δε이 양인 액정 화합물인 식(A-1)이나 (A-2)으로 표시되는 화합물을 사용한 액정 조성물의 개시가 있지만(특허문헌 1 내지 특허문헌 4), 이들 액정 조성물은 충분히 낮은 점성을 실현하는데 이르지 않고 않다.

한편, 액정 디스플레이의 성능을 개선하기 위하여, 극성기로서 불소 원자나 트리플루오로메톡시기를 갖는 것 이외에 다양한 기를 갖는 화합물 및 그것을 함유하는 조성물에 관한 발명의 개시가 있다(특허문헌 5 내지 특허문헌 18). 그러나, 마찬가지로 이들 액정 조성물은 반드시 충분히 낮은 점성을 실현하는데 이르러 있다고 할 수 없다.

고속 응답을 위한 저점성화와 별도로, 액정 조성물에 있어서는, 액정 표시 소자의 고수명화를 위하여 장시간 사용해도 품질이나 성능이 경시적(經時的)으로 변화가 작은 것이 요구된다. 특히, 일반적으로 저분자 유기 화합물인 액정 재료는 자외선에 대해서 안정성이 강하지 않다는 문제도 있기 때문에, 이 문제를 해결하기 위하여, 피리미딘환을 갖는 화합물에 첨가제를 함유하는 액정 조성물(특허문헌 19)이나 특정의 화합물이 조합된 유전율 이방성이 음인 액정 조성물에 첨가제를 함유하는 액정 조성물(특허문헌 20)에 관한 발명의 개시가 있다.

또한, 액정 조성물을 사용하는 액정 표시 소자는 VA(수직 배향)형이나 IPS(인 플레인 스위칭)형 등이 널리 사용되기에 이르고, 그 크기도 50형 이상의 초대형 사이즈의 표시 소자가 실용화되기에 이르러 사용되게 되었다. 기판 사이즈의 대형화에 수반하여, 액정 조성물의 기판에의 주입 방법도 종래의 진공주입법에서 적하주입(ODF:One Drop Fill)법이 주입 방법의 주류로 되고(특허문헌 21 참조), 액정 조성물을 기판에 적하했을 때의 적하흔이 표시 품위의 저하를 초래하는 문제가 표면화되게 되어, 표시 불량에 의한 액정 표시 소자의 수율이 악화하는 케이스에 있어서 문제로 되어 있다. 또한, 액정 조성물 중에 산화방지제, 광흡수제 등의 첨가물을 첨가할 때에도 이와 같은 수율의 악화가 문제로 되는 경우가 있고, 또한, 이와 같은 적하흔과 별도로, 액정 표시 소자에 있어서 장시간 같은 표시를 계속 하면, 표시를 오프로 해도 그 표시를 어렴풋이 표시해버리는 소부(燒付)라 불리는 현상의 문제가 발생하는 경우도 있다. 액정 표시 소자로서의 기본적 성능인 콘트라스트나 응답 속도 등의 특성과, 소부나 적하흔이 발생하기 어렵다는 화질 품위의 신뢰성을 양립한 액정 표시 소자의 개발이 요구되어, 그것에 적합한 액정 조성물의 개발이 요구되고 있었다.

WO96/032365호 일본 특개평09-157202호 WO98/023564호 일본 특개2003-183656호 일본 특표평3-505742호 일본 특표평6-500343호 일본 특표평7-509025호 일본 특표평8-500366호 일본 특표평8-507771호 일본 특표평8-510220호 일본 특개평6-40988호 일본 특개평6-329573호 일본 특개평7-82561호 일본 특개평7-145099호 일본 특개2004-115800호 일본 특개2006-321804호 일본 특개2008-189927호 일본 특표2011-516628호 일본 특개2007-137921호 일본 특개2012-224632호 일본 특개평6-235925호

본 발명이 해결하려고 하는 과제는, 넓은 온도 범위의 액정상을 가지며, 점성이 작고, 저온에서의 용해성이 양호하고, 비저항이나 전압 유지율이 높고, 열이나 광에 대해서 안정한 Δε이 양인 액정 조성물을 제공하고, 또한 이것을 사용함으로써 표시 품위가 우수하고, 소부나 적하흔 등의 표시 불량이 발생하기 어려운 IPS형이나 TN형 등의 액정 표시 소자를 제공하는 것에 있다.

본 발명자는, 각종 액정 화합물 및 각종 화학 물질을 검토하고, 특정의 화합물을 조합함에 의해 상기 과제를 해결할 수 있는 것을 알아내어, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

본 발명은, 제1 성분으로서, 일반식(I)

(식 중, R¹은 수소 원자, 탄소 원자수 1 내지 10의 알킬기, 탄소 원자수 1 내지 10의 알콕시기 또는 탄소 원자수 2 내지 10의 알케닐기를 나타내고, R²∼R⁵은 탄소 원자수 1 내지 4의 알킬기를 나타낸다)으로 표시되는 부분 구조를 갖는 화합물을 0.001질량% 내지 5질량% 함유하고,

제2 성분으로서, 일반식(III)

(식 중, R³¹은 탄소 원자수 1 내지 10의 알킬기 또는 탄소 원자수 2 내지 10의 알케닐기를 나타내고, M³¹∼M³³은 서로 독립해서, 트랜스-1,4-시클로헥실렌기 또는 1,4-페닐렌기를 나타내고, 당해 트랜스-1,4-시클로헥실렌기 중의 1개 또는 2개의 -CH₂-는 산소 원자가 직접 인접하지 않도록, -O-로 치환되어 있어도 되고, 당해 페닐렌기 중의 1개 또는 2개의 수소 원자는 불소 원자로 치환되어 있어도 되고, M³⁴은, 식(A-1) 및 식(A-2)

(식 중, X³¹∼X³³는 서로 독립해서 수소 원자 또는 불소 원자를 나타내고, Y³¹는 불소 원자, 트리플루오로메톡시기 또는 트리플루오로메틸기를 나타낸다) 중 어느 하나를 나타내고, Z³¹는, -CF₂O-, -OCH₂- 또는 -CH₂O-를 나타내고, n³¹은 및 n³²은 서로 독립해서 0, 1 또는 2를 나타내고, n³¹+n³²은, 1, 2 또는 3을 나타내고, M³¹ 및 M³³이 복수 존재하는 경우에는 동일해도 되며 달라도 된다)

으로 표시되는 화합물로 이루어지는 군에서 선택되는 화합물을 1종 또는 2종 이상 함유하고, 유전율 이방성(Δε)이 양인 액정 조성물을 제공하고, 당해 액정 조성물을 사용한 액정 표시 소자를 제공한다.

본 발명의 Δε이 양인 액정 조성물은, 대폭으로 낮은 점성을 얻을 수 있으며, 저온에서의 용해성이 양호하고, 비저항이나 전압 유지율이 열이나 광에 의해서 받는 변화가 극히 작고, 또한 제품을 제조할 때의 실용성이 높고, 이것을 사용한 IPS형이나 FFS형 등의 액정 표시 소자는 고속 응답을 달성할 수 있고, 소부나 적하흔 등의 표시 불량이 억제되어, 매우 유용하다.

본원 발명에 있어서의 액정 조성물은, 제1 성분으로서, 일반식(I)

(식 중, R¹은 수소 원자, 탄소 원자수 1 내지 10의 알킬기, 탄소 원자수 1 내지 10의 알콕시기 또는 탄소 원자수 2 내지 10의 알케닐기를 나타내고, R²∼R⁵은 탄소 원자수 1 내지 4의 알킬기를 나타낸다)으로 표시되는 부분 구조를 갖는 화합물을 1종 또는 2종 이상 함유한다.

상기 부분 구조를 갖는 화합물로서, 일반식(I-1) 및 일반식(I-2)으로 표시되는 화합물을 들 수 있다.

(식 중, R^H1∼R^H5은, 각각 독립적으로 수소 원자 또는 탄소 원자수 1 내지 10의 알킬기를 나타내고, M¹은, 탄소 원자수 1 내지 20의 알킬기를 나타내지만, 알킬기 중의 1개의 -CH₂-가, -O-, -COO- 또는 -OCO-로 치환되어 있어도 되고, M²은, 탄소 원자수 1 내지 20의 알킬렌기를 나타내지만, 알킬렌기 중의 1개의 -CH₂-가, -O-, -COO- 또는 -OCO-로 치환되어 있어도 되고, 알킬렌기 중의 1개의 -CH₂-CH₂-가 -CH=CH-로 치환되어 있어도 되고, n^H1 및 n^H2은 각각 독립적으로 0 또는 1을 나타내고, n^H3은 1 내지 4의 정수를 나타낸다. n^H3이 2, 3 또는 4이고, R^H5이 복수 존재하는 경우는, 그들은 동일해도 되며 달라도 된다)

일반식(I-1) 중, R^H1은 수소 원자 또는 탄소 원자수 1 내지 10의 알킬기를 나타내지만, 수소 원자인 것이 특히 바람직하다. 알킬기인 경우는 탄소 원자수 1 내지 8인 것이 바람직하고, 탄소 원자수 1 내지 5인 것이 바람직하고, 탄소 원자수 1 내지 3인 것이 바람직하고, 탄소 원자수 1인 것이 더 바람직하다.

일반식(I-1) 중, M¹은 탄소 원자수 1 내지 20의 알킬기를 나타내지만, 액정 조성물에 부여하는 점성이나 자신의 휘발성을 고려하면, M¹은 탄소 원자수 5 내지 18의 알킬기가 바람직하고, 탄소 원자수 8 내지 18의 알킬기가 바람직하다.

일반식(I-2) 중, R^H1 및 R^H2은, 각각 독립적으로 수소 원자 또는 탄소 원자수 1 내지 10의 알킬기를 나타내지만, 수소 원자인 것이 특히 바람직하다. 알킬기인 경우는 탄소 원자수 1 내지 8인 것이 바람직하고, 탄소 원자수 1 내지 5인 것이 바람직하고, 탄소 원자수 1 내지 3인 것이 바람직하고, 탄소 원자수 1인 것이 더 바람직하다.

일반식(I-2) 중, M²은 탄소 원자수 1 내지 15의 알킬렌을 나타내지만, 액정 조성물에 부여하는 점성이나 자신의 휘발성을 고려하면, M²은 탄소 원자수 2 내지 10의 알킬렌이 바람직하고, 탄소 원자수 4 내지 8의 알킬렌이 바람직하고, 탄소 원자수 6 또는 8의 알킬렌이 바람직하다.

일반식(I-3) 중, R^H3, R^H4 및 R^H5은, 각각 독립적으로 수소 원자 또는 탄소 원자수 1 내지 10의 알킬기를 나타내고, M¹ 및 M²은, 각각 독립적으로 탄소 원자수 1 내지 20의 알킬렌기를 나타내지만, 알킬렌기 중의 1개의 -CH₂-가, -O-, -COO- 또는 -OCO-로 치환되어 있어도 되고, 알킬렌기 중의 1개의 -CH₂-CH₂-가 -CH=CH-로 치환되어 있어도 되지만, 수소 원자인 것이 특히 바람직하다. 알킬기인 경우는 탄소 원자수 1 내지 8인 것이 바람직하고, 탄소 원자수 1 내지 5인 것이 바람직하고, 탄소 원자수 1 내지 3인 것이 바람직하고, 탄소 원자수 1인 것이 더 바람직하다.

일반식(I-3) 중, n^H1 및 n^H2은 각각 독립적으로 0 또는 1을 나타내고, n^H3은 1 내지 4의 정수를 나타낸다. n^H3은 2, 3 또는 4를 나타내지만, 2를 나타내는 것이 바람직하다.

일반식(I-3)으로 표시되는 화합물은 유효 아민 농도가 높기 때문에, 보다 효과적으로 작용하는 화합물이다. 또한, 일반식(I-1)으로 표시되는 화합물에 있어서, 분자량이 작은 것은, 액정 표시 소자 중의 배향막에 흡착해 버려서, 표시 불균일을 유발하는 케이스도 보이지만, 일반식(I-3)으로 표시되는 화합물은 분자량이 커지기 때문에, 표시 불균일의 유발을 방지할 수 있다.

일반식(I-1)으로 표시되는 화합물로서, 일반식(I―1) 내지 일반식(I-7)

으로 표시되는 화합물이 바람직하다.

일반식(I-2)으로 표시되는 화합물로서, 일반식(I-24), 일반식(I-26), 일반식(I-28)

으로 표시되는 화합물이 바람직하다.

일반식(I-3)으로 표시되는 화합물로서, 일반식(I-31) 및 일반식(I-32)으로 표시되는 화합물을 들 수 있다. 이들 식 중의 R^H3, R^H4 및 R^H5은 상술한 바와 같다.

보다 구체적으로는, 일반식(I-32H)으로 표시되는 화합물이 바람직하다.

액정 조성물에 있어서, 일반식(I)으로 표시되는 화합물을 0.01 내지 5질량% 함유하는 것이 바람직하고, 0.01 내지 0.3질량%인 것이 바람직하고, 0.02 내지 0.3질량%인 것이 더 바람직하고, 0.05 내지 0.12질량%인 것이 특히 바람직하다. 더 상술하면, 저온에 있어서의 석출의 억제를 중시하는 경우에는 그 함유량은 0.01 내지 0.11질량%가 바람직하다. 또한, 일반식(I)으로 표시되는 화합물을 2종류 이상 병용해도 된다.

본원 발명에 있어서의 액정 조성물은, 제2 성분으로서, 일반식(III)

으로 표시되는 화합물을 1종 또는 2종 이상 함유한다.

식 중, R³¹은 탄소 원자수 1 내지 10의 알킬기 또는 탄소 원자수 2 내지 10의 알케닐기를 나타내지만, 탄소 원자수 2 내지 5의 알킬기 또는 탄소 원자수 2 내지 5의 알케닐기인 것이 바람직하다.

R³¹이 알케닐기일 경우, 식(R1) 내지 식(R5)

(각 식 중의 흑점은 환과의 연결점을 나타낸다) 중 어느 하나로 표시되는 기에서 선택되는 것이 바람직하다.

M³¹∼M³³은 서로 독립해서, 트랜스-1,4-시클로헥실렌기 또는 1,4-페닐렌기를 나타내고, 당해 트랜스-1,4-시클로헥실렌기 중의 1개 또는 2개의 -CH₂-는 산소 원자가 직접 인접하지 않도록, -O-로 치환되어 있어도 되고, 당해 페닐렌기 중의 1개 또는 2개의 수소 원자는 불소 원자로 치환되어 있어도 되지만, 트랜스-1,4-시클로헥실렌기, 테트라히드로피란기, 1,4-디옥산-2,5-디일기 또는 1,4-페닐렌기인 것이 바람직하다.

M³¹ 및 M³³이 복수 존재하는 경우에는 동일해도 되며 달라도 된다.

M³⁴은, 식(A-1) 및 식(A-2)

을 나타내지만, 그 식 중, X³¹∼X³³는 서로 독립해서 수소 원자 또는 불소 원자를 나타내지만, X³¹ 및 X³²는 모두 불소 원자인 것이 바람직하다. Y³¹는 불소 원자, 트리플루오로메톡시기 또는 트리플루오로메틸기를 나타내지만 불소 원자 또는 트리플루오로메톡시기인 것이 바람직하고, 불소 원자인 것이 보다 바람직하다.

Z³¹는, -CF₂O-, -OCH₂- 또는 -CH₂O-를 나타낸다.

n³¹은 및 n³²은 서로 독립해서 0, 1 또는 2를 나타내고, n³¹+n³²은, 1, 2 또는 3을 나타내지만, n³¹+n³²은, 1 또는 2인 것이 바람직하다.

일반식(III)으로 표시되는 화합물은, 3∼5개의 환을 갖고 있고, 또한, 연결기로서 -CF₂O-, -OCH₂- 또는 -CH₂O- 중 어느 하나를 갖는 것을 특징으로 하고 있다.

일반식(III)으로 표시되는 액정 화합물은, 구체적으로는 하기 일반식(III-1) 내지 일반식(III-6)

으로 표시된다.

일반식(III-1)으로 표시되는 액정 화합물은, 구체적으로는 하기 일반식(III-1-a) 내지 일반식(III-1-f)

(식 중, X³⁴∼X³⁹는 서로 독립해서 수소 원자 또는 불소 원자를 나타낸다)으로 표시되는 화합물이 바람직하다.

일반식(III-2)으로 표시되는 액정 화합물은, 구체적으로는 하기 일반식(III-2-a) 내지 일반식(III-2-d)

으로 표시되는 화합물이 바람직하다.

일반식(III-3)으로 표시되는 액정 화합물은, 구체적으로는 하기 일반식(III-3-a) 내지 일반식(III-3-n)

으로 표시되는 화합물이 바람직하다.

일반식(III-4)으로 표시되는 액정 화합물은, 구체적으로는 하기 일반식(III-4-a) 내지 일반식(III-4-g)

으로 표시되는 화합물이 바람직하다.

일반식(III-5)으로 표시되는 액정 화합물은, 구체적으로는 하기 일반식(III-5-a) 내지 일반식(III-5-i)

으로 표시되는 화합물이 바람직하다.

일반식(III-6)으로 표시되는 액정 화합물은, 구체적으로는 하기 일반식(III-6-a) 내지 일반식(III-6-c)

으로 표시되는 화합물이 바람직하다.

제2 성분인 일반식(III)으로 표시되는 화합물의 함유량은, 1질량% 내지 60질량%이지만, 5질량% 내지 50질량%가 바람직하며, 5질량% 내지 40질량%가 바람직하고, 10질량% 내지 40질량%가 바람직하고, 10질량% 내지 35질량%가 바람직하고, 15질량% 내지 35질량%가 바람직하다.

본원 발명에 있어서의 액정 조성물은, 제3 성분으로서, 일반식(II-a) 내지 일반식(II-j)

으로 표시되는 화합물 1종 또는 2종 이상 함유하는 것이 바람직하다.

식 중, R²¹ 및 R²²은, 서로 독립해서 탄소 원자수 1 내지 10의 알킬기 또는 탄소 원자수 1 내지 10의 알콕시기 또는 탄소 원자수 2 내지 10의 알케닐기를 나타내지만, 서로 독립해서 탄소 원자수 1 내지 5의 알킬기 또는 탄소 원자수 1 내지 5의 알콕시기 또는 탄소 원자수 2 내지 5의 알케닐기인 것이 바람직하다. X²¹는 탄소 원자수 1 내지 3의 알킬기, 탄소 원자수 1 내지 3의 알콕시기, 불소 원자 또는 수소 원자를 나타내지만, 탄소 원자수 1의 알킬기, 불소 원자 또는 수소 원자인 것이 바람직하고, 불소 원자 또는 수소 원자인 것이 더 바람직하다.

일반식(II-a) 내지 일반식(II-j) 중, 일반식(II-a), 일반식(II-d), 일반식(II-f), 일반식(II-g), 일반식(II-h) 및 일반식(II-i)에서 선택되는 화합물인 것이 바람직하고, 일반식(II-a), 일반식(II-f), 일반식(II-g), 일반식(II-h) 및 일반식(II-i)에서 선택되는 화합물인 것이 더 바람직하고, 일반식(II-a), 일반식(II-f) 및 일반식(II-i)에서 선택되는 화합물인 것이 더 바람직하고, 일반식(II-a) 및 일반식(II-i)에서 선택되는 화합물인 것이 특히 바람직하다.

제3 성분인 일반식(II-a) 내지 일반식(II-j)으로 표시되는 화합물군에서 선택되는 화합물의 함유량은, 1질량% 내지 60질량%이지만, 5질량% 내지 55질량%가 바람직하며, 5질량% 내지 50질량%가 바람직하고, 8질량% 내지 50질량%가 바람직하고, 10질량% 내지 50질량%가 바람직하고, 15질량% 내지 50질량%가 바람직하고, 20질량% 내지 50질량%가 바람직하고, 25질량% 내지 50질량%가 바람직하고, 25질량% 내지 45질량%가 바람직하다.

본원 발명에 있어서의 액정 조성물은, 또한, 일반식(V)

으로 표시되는 화합물을 함유할 수 있다.

식 중, R⁵¹은 탄소 원자수 1 내지 10의 알킬기, 탄소 원자수 1 내지 10의 알콕시기 또는 탄소 원자수 2 내지 10의 알케닐기를 나타내지만, 탄소 원자수 1 내지 5의 알킬기, 탄소 원자수 1 내지 5의 알콕시기 또는 탄소 원자수 2 내지 5의 알케닐기가 바람직하다. X⁵¹ 및 X⁵²는 서로 독립해서 수소 원자 또는 불소 원자를 나타내지만, Y⁵¹는 불소 원자, 트리플루오로메톡시기 또는 트리플루오로메틸기를 나타내지만, X⁵¹는 불소 원자인 것이 바람직하다. M⁵¹∼M⁵³은 서로 독립해서, 트랜스-1,4-시클로헥실렌기 또는 1,4-페닐렌기를 나타내고, 당해 트랜스-1,4-시클로헥실렌기 중의 1개 또는 2개의 -CH₂-는 산소 원자가 직접 인접하지 않도록, -O-로 치환되어 있어도 되고, 당해 페닐렌기 중의 1개 또는 2개의 수소 원자는 불소 원자로 치환되어 있어도 되지만, 트랜스-1,4-시클로헥실렌기, 테트라히드로피란기, 1,4-디옥산-2,5-디일기 또는 1,4-페닐렌기인 것이 바람직하고, 트랜스-1,4-시클로헥실렌기 또는 1,4-페닐렌기인 것이 바람직하다. Z⁵¹∼Z⁵³는 서로 독립해서, 단결합 또는 -CH₂CH₂-를 나타내지만, Z⁵¹∼Z⁵³중의 2개는 단결합인 것이 바람직하고, Z⁵¹∼Z⁵³의 모두가 단결합인 것이 더 바람직하다. n⁵¹은 및 n⁵²은 서로 독립해서 0, 1 또는 2를 나타내고, n⁵¹+n⁵²은, 0, 1 또는 2를 나타내지만, n⁵¹+n⁵²은, 1 또는 2인 것이 바람직하다. M⁵¹, M⁵³, Z⁵¹ 및 Z⁵³가 복수 존재하는 경우에는 동일해도 되며 달라도 된다.

일반식(V)으로 표시되는 화합물로서, 구체적으로는 하기 일반식(V-1) 내지 일반식(V-26)

(식 중, X⁵⁴∼X⁵⁹는 서로 독립해서 수소 원자 또는 불소 원자를 나타낸다)

그 밖의 성분인 일반식(V)으로 표시되는 화합물의 함유량은, 0질량% 내지 50질량%이지만, 0질량% 내지 40질량%가 바람직하며, 5질량% 내지 40질량%가 바람직하고, 5질량% 내지 35질량%가 바람직하고, 5질량% 내지 30질량%가 바람직하고, 5질량% 내지 25질량%가 바람직하고, 5질량% 내지 20질량%가 바람직하다.

본원 발명의 액정 조성물은, 제1 성분인 일반식(I)으로 표시되는 화합물, 제2 성분인 일반식(III)으로 표시되는 화합물, 제3 성분인 일반식(II-a) 내지 일반식(II-j)으로 표시되는 화합물군에서 선택되는 화합물 및 그 밖의 성분인 일반식(V)으로 표시되는 화합물의 합계의 함유량이, 70∼100질량%인 것이 바람직하며, 80∼100질량%인 것이 보다 바람직하고, 85∼100질량%인 것이 더 바람직하고, 90∼100질량%인 것이 더 바람직하고, 95∼100질량%인 것이 더 바람직하다.

본원 발명의 액정 조성물은, 25℃에 있어서의 유전율 이방성(Δε)이 1.5 내지 20.0인 것이 바람직하며, 1.5 내지 18.0이 보다 바람직하고, 1.5 내지 15.0이 보다 바람직하고, 1.5 내지 11이 더 바람직하고, 1.5 내지 8이 특히 바람직하다.

본원 발명의 액정 조성물은, 25℃에 있어서의 유전율 이방성(Δε)이 +1.5 내지 2.5인 것이 바람직하고, 또한 3.5 내지 8.0인 것이 바람직하고, +4.5 내지 7.0인 것이 바람직하고, +8.5 내지 10인 것이 바람직하다.

본원 발명의 액정 조성물은, 20℃에 있어서의 굴절률 이방성(Δn)이 0.08 내지 0.14이지만, 0.09 내지 0.13이 보다 바람직하고, 0.09 내지 0.12가 특히 바람직하다. 더 상술하면, 얇은 셀갭에 대응하는 경우는 0.10 내지 0.13인 것이 바람직하고, 두꺼운 셀갭에 대응하는 경우는 0.08 내지 0.10인 것이 바람직하다.

본원 발명의 액정 조성물은, 20℃에 있어서의 점도(η)가 10 내지 50mPa·s이지만, 10 내지 40mPa·s인 것이 보다 바람직하고, 10 내지 35mPa·s인 것이 특히 바람직하다.

본원 발명의 액정 조성물은, 20℃에 있어서의 회전 점성(γ1)이 60 내지 130mPa·s이지만, 60 내지 110mPa·s인 것이 보다 바람직하고, 60 내지 100mPa·s인 것이 특히 바람직하다.

본원 발명의 액정 조성물은, 네마틱상-등방성 액체상 전이 온도(T_ni)가 60℃ 내지 120℃이지만, 70℃ 내지 100℃가 보다 바람직하고, 70℃ 내지 90℃가 특히 바람직하다.

본 발명의 액정 조성물은, 광학 활성 화합물을 1종 또는 2종 이상 함유할 수 있다. 광학 활성 화합물은, 액정 분자를 비틀게 해서 배향시키는 것이 가능하면 어느 것이라도 사용할 수 있다. 통상 이 비틀림은 온도로 변화하므로 원하는 온도의존성을 얻기 위해서 복수의 광학 활성 화합물을 사용할 수도 있다. 네마틱 액정상의 온도 범위나 점도 등에 악영향을 주지 않게 하기 위하여, 비틀림 효과가 강한 광학 활성 화합물을 선택하여 사용하는 것이 바람직하다. 이와 같은 광학 활성 화합물로서, 구체적으로는, 콜레스테릭노나네이트 등의 액정이나 하기 일반식(Ch-1) 내지 일반식(Ch-6)으로 표시되는 화합물이 바람직하다.

(식 중, R_c1, R_c2, R^*은 각각 독립해서 탄소수 1∼15의 알킬기를 나타내고, 당해 알킬기 중의 1개 또는 2개 이상의 -CH₂-는, 산소 원자가 직접 인접하지 않도록, -O-, -CH=CH-, -CO-, -OCO-, -COO-, -C≡C-, -CF₂O- 또는 -OCF₂-로 치환되어도 되고, 당해 알킬기 중의 1개 또는 2개 이상의 수소 원자는 임의로 할로겐로 치환되어 있어도 되고, 단 R^*은 광학 활성을 갖는 분기쇄기 또는 할로겐치환기를 적어도 하나를 갖고 있고, Z_c1, Z_c2, 각각 독립해서 단결합, -CH=CH-, -C≡C-, -CH₂CH₂-, -(CH₂)₄-, -COO-, -OCO-, -OCH₂-, -CH₂O-, -OCF₂- 또는 -CF₂O-를 나타내고, D₁, D₂는 시클로헥산환 또는 벤젠환을 나타내고, 시클로헥산환 중의 1개 또는 2개 이상의 -CH₂-는 산소 원자가 직접 인접하지 않도록 -O-로 치환되어 있어도 되고, 또한 당해 환 중의 1개 또는 2개 이상의 -CH₂CH₂-는 -CH=CH-, -CF₂O- 또는 -OCF₂-로 치환되어 있어도 되고, 벤젠환 중의 1개 또는 2개 이상의 -CH=는 질소 원자가 직접 인접하지 않도록, -N=으로 치환되어 있어도 되고, 당해 환 중의 1개 이상의 수소 원자가 F, Cl, CH₃로 치환되어 있어도 되고, t₁, t₂는 0, 1, 2 또는 3을 나타내고, MG*, Q_c1 및 Q_c2는 하기의 구조

(식 중, D₃, D₄는 시클로헥산환 또는 벤젠환을 나타내고, 시클로헥산환 중의 1개 또는 2개 이상의 -CH₂-는 산소 원자가 직접 인접하지 않도록 -O-로 치환되어 있어도 되고, 또한 당해 환 중의 1개 또는 2개 이상의 -CH₂CH₂-는 -CH=CH-, -CF₂O- 또는 -OCF₂-로 치환되어 있어도 되고, 벤젠환 중의 1개 또는 2개 이상의 -CH=는 질소 원자가 직접 인접하지 않도록, -N=으로 치환되어 있어도 되고, 당해 환 중의 1개 이상의 수소 원자가 F, Cl, CH₃로 치환되어 있어도 된다)를 나타낸다.

본 발명의 액정 조성물은, 중합성 화합물을 1종 또는 2종 이상 함유해도 되고, 중합성 화합물이, 벤젠 유도체, 트리페닐렌 유도체, 트룩센 유도체, 프탈로시아닌 유도체 또는 시클로헥산 유도체를 분자의 중심의 모핵으로 하고, 직쇄의 알킬기, 직쇄의 알콕시기 또는 치환 벤조일옥시기가 그 측쇄로서 방사상으로 치환한 구조인 원반상 액정 화합물인 것이 바람직하다.

구체적으로는 중합성 화합물이 일반식(PC)

으로 표시되는 중합성 화합물인 것이 바람직하다.(식 중, P₁는 중합성 관능기를 나타내고, S_p1는 탄소 원자수 0∼20의 스페이서기를 나타내고, Q_p1는 단결합, -O-, -NH-, -NHCOO-, -OCONH-, -CH=CH-, -CO-, -COO-, -OCO-, -OCOO-, -OOCO-, -CH=CH-, -CH=CH-COO-, -OCO-CH=CH- 또는 -C≡C-를 나타내고, p₁ 및 p₂는 각각 독립해서 1, 2 또는 3을 나타내고, MG_p는 메소겐기 또는 메소겐성 지지기를 나타내고, R_P1는, 할로겐 원자, 시아노기 또는 탄소 원자수 1∼25의 알킬기를 나타내고, 당해 알킬기 중의 1개 또는 2개 이상의 CH₂기는, O 원자가 직접 인접하지 않도록, -O-, -S-, -NH-, -N(CH₃)-, -CO-, -COO-, -OCO-, -OCOO-, -SCO-, -COS- 또는 -C≡C-에 의해 치환되어 있어도 되고, 또는 R_P1는 P₂-Sp₂-Q_p2-일 수 있고, P₂, Sp₂, Q_p2는 각각 독립해서 P₁, Sp₁, Q_p1와 같은 의미를 나타낸다)

보다 바람직하게는, 중합성 화합물 일반식(PC)에 있어서의 MG_p가 이하의 구조

로 나타나는 중합성 화합물이다.

(식 중, C₀₁∼C₀₃는 각각 독립해서 1,4-페닐렌기, 1,4-시클로헥실렌기, 1,4-시클로헥세닐기, 테트라히드로피란-2,5-디일기, 1,3-디옥산-2,5-디일기, 테트라히드로티오피란-2,5-디일기, 1,4-비시클로(2,2,2)옥틸렌기, 데카히드로나프탈렌-2,6-디일기, 피리딘-2,5-디일기, 피리미딘-2,5-디일기, 피라진-2,5-디일기, 1,2,3,4-테트라히드로나프탈렌-2,6-디일기, 2,6-나프틸렌기, 페난트렌-2,7-디일기, 9,10-디히드로페난트렌-2,7-디일기, 1,2,3,4,4a,9,10a-옥타히드로페난트렌2,7-디일기 또는 플루오렌2,7-디일기를 나타내고, 1,4-페닐렌기, 1,2,3,4-테트라히드로나프탈렌-2,6-디일기, 2,6-나프틸렌기, 페난트렌-2,7-디일기, 9,10-디히드로페난트렌-2,7-디일기, 1,2,3,4,4a,9,10a-옥타히드로페난트렌2,7-디일기 및 플루오렌-2,7-디일기는치환기로서 1개 이상의 F, Cl, CF₃, OCF₃, 시아노기, 탄소 원자수 1∼8의 알킬기, 알콕시기, 알카노일기, 알카노일옥시기, 탄소 원자수 2∼8의 알케닐기, 알케닐옥시기, 알케노일기 또는 알케노일옥시기를 갖고 있어도 되고, Z_p1 및 Z_p2는 각각 독립해서 -COO-, -OCO-, -CH₂CH₂-, -OCH₂-, -CH₂O-, -CH=CH-, -C≡C-, -CH=CHCOO-, -OCOCH=CH-, -CH₂CH₂COO-, -CH₂CH₂OCO-, -COOCH₂CH₂-, -OCOCH₂CH₂-, -CONH-, -NHCO- 또는 단결합을 나타내고, p₃는 0, 1 또는 2를 나타낸다)

여기에서, Sp₁ 및 Sp₂는 각각 독립해서 알킬렌기일 경우, 당해 알킬렌기는 1개 이상의 할로겐 원자 또는 CN에 의해 치환되어 있어도 되고, 이 기 중에 존재하는 1개 또는 2개 이상의 CH₂기는 O 원자가 직접 인접하지 않도록 -O-, -S-, -NH-, -N(CH₃)-, -CO-, -COO-, -OCO-, -OCOO-, -SCO-, -COS- 또는 -C≡C-에 의해 치환되어 있어도 된다. 또한, P₁ 및 P₂는 각각 독립해서 하기의 일반식

중 어느 하나인 것이 바람직하다.

(식 중, R_p2 내지 R_p6은 각각 독립해서 수소 원자, 할로겐 원자 또는 탄소 원자수 1∼5의 알킬기를 나타낸다)

보다 구체적으로는, 중합성 화합물 일반식(PC)이 일반식(PC0-1) 내지 일반식(PC0-6)

(식 중, p₄는 각각 독립해서 1, 2 또는 3을 나타낸다)으로 표시되는 중합성 화합물인 것이 바람직하다. 더 구체적으로는, 일반식(PC1-1) 내지 일반식(PC1-9)

(식 중, p₅는 0, 1, 2, 3 또는 4를 나타낸다)으로 표시되는 중합성 화합물이 바람직하다. 그 중, Sp₁, Sp₂, Q_p1 및 Q_p2가 단결합인 것이 바람직하고, P₁ 및 P₂가 식(PC0-a)인 것이 바람직하고, 아크릴로일옥시기 및 메타크릴로일옥시기인 것이 보다 바람직하고, p₁+p₄가 2, 3 또는 4인 것이 바람직하고, R_p1가 H, F, CF₃, OCF₃, CH₃ 또는 OCH₃인 것이 바람직하다. 또한, 일반식(PC1-2), 일반식(PC1-3), 일반식(PC1-4) 및 일반식(PC1-8)으로 표시되는 화합물이 바람직하다.

또한, 일반식(PC)에 있어서의 MG_p가 일반식(PC1)-9으로 표시되는 원반상 액정 화합물인 것도 바람직하다.

(식 중, R₇은 각각 독립해서 P₁-Sp₁-Q_p1 또는 일반식(PC1-e)의 치환기를 나타내고, R₈₁ 및 R₈₂은 각각 독립해서 수소 원자, 할로겐 원자 또는 메틸기를 나타내고, R₈₃은 탄소 원자수 1∼20의 알콕시기를 나타내고, 당해 알콕시기 중의 적어도 1개의 수소 원자는 상기 일반식(PC0-a) 내지 (PC0-d)으로 표시되는 치환기로 치환되어 있다)

중합성 화합물의 사용량은 바람직하게는 0.05∼2.0질량%이다.

본 발명의 액정 조성물은, 산화방지제를 1종 또는 2종 이상 더 함유할 수도 있고, UV흡수제를 1종 또는 2종 이상 더 함유할 수도 있다. 산화방지제로서는, 하기 일반식(E-1) 및 또는 일반식(E-2)으로 표시되는 것 중으로부터 선택하는 것이 바람직하다.

(식 중, R_e1은 탄소수 1∼15의 알킬기를 나타내고, 당해 알킬기 중의 1개 또는 2개 이상의 -CH₂-는, 산소 원자가 직접 인접하지 않도록, -O-, -CH=CH-, -CO-, -OCO-, -COO-, -C≡C-, -CF₂O- 또는 -OCF₂-로 치환되어 되고, 당해 알킬기 중의 1개 또는 2개 이상의 수소 원자는 임의로 할로겐로 치환되어 있어도 되고,

Z_e1, Z_e2는 각각 독립해서 단결합, -CH=CH-, -C≡C-, -CH₂CH₂-, -(CH₂)₄-, -COO-, -OCO-, -OCH₂-, -CH₂O-, -OCF₂- 또는 -CF₂O-를 나타내고

E₁는 시클로헥산환 또는 벤젠환을 나타내고, 시클로헥산환 중의 1개 또는 2개 이상의 -CH₂-는 산소 원자가 직접 인접하지 않도록 -O-로 치환되어 있어도 되고, 또한 당해 환 중의 1개 또는 2개 이상의 -CH₂CH₂-는 -CH=CH-, -CF₂O- 또는 -OCF₂-로 치환되어 있어도 되고, 벤젠환 중의 1개 또는 2개 이상의 -CH=는 질소 원자가 직접 인접하지 않도록, -N=으로 치환되어 있어도 되고, 당해 환 중의 1개 이상의 수소 원자가 F, Cl, CH₃로 치환되어 있어도 되고, q₁는 0, 1, 2 또는 3을 나타낸다)

본 발명의 액정 조성물은, 액정 표시 소자 특히 액티브 매트릭스 구동용 액정 표시 소자로서, 예를 들면 TN 모드, OCB 모드, ECB 모드, IPS(FFS 전극을 포함한다) 모드 또는 VA-IPS 모드(FFS 전극을 포함한다)에 사용할 수 있다. 여기에서, VA-IPS 모드란, 전압 무인가 시에, 유전율 이방성이 양인 액정 재료(Δε>0)를 기판면에 대하여 수직으로 배향시키고, 동일 기판면 상에 배치한 화소 전극과 공통 전극에 의해 액정 분자를 구동하는 방법이고, 화소 전극과 공통 전극에서 발생하는 만곡 전계의 방향으로 액정 분자가 배열하므로, 용이하게 화소 분할이나 멀티 도메인을 형성할 수 있어, 응답에도 우수한 이점이 있다. 비특허문헌 Proc.13th IDW, 97(1997), Proc.13th IDW, 175(1997), SID Sym.Digest, 319(1998), SID Sym.Digest, 838(1998), SID Sym.Digest, 1085(1998), SID Sym.Digest, 334(2000), Eurodisplay Proc., 142(2009)에 의하면, EOC, VA-IPS 등 각종 호칭이 되어 있지만, 본 발명에 있어서는 이하 「VA-IPS」라 약칭한다.

일반적으로 TN, ECB 방식에 있어서의 프레데릭스 전이의 문턱값 전압(Vc)은 식(I)

에 의해 표시되고, STN 방식에 있어서는 식(Ⅱ)

에 의해 표시되고, VA 방식은 식(Ⅲ)에 의해 표시된다.

(식 중, Vc는 프레데릭스 전이(V), Π는 원주율, d_cell는 제1 기판과 제2 기판의 간격(㎛), d_gap는 화소 전극과 공통 전극의 간격(㎛), d_ITO는 화소 전극 및/또는 공통 전극의 폭(㎛), <r1>, <r2>, 및 <r3>은 외삽 길이(㎛), K11은 스프레이의 탄성 정수(N), K22는 트위스트의 탄성 정수(N), K33은 벤드의 탄성 정수(N)를 나타내고, Δε은 유전율의 이방성을 나타낸다)

한편, VA-IPS 방식에 있어서는, 본 발명자 등에 의해서, 식(Ⅳ)이 적용되는 것을 알아냈다.

(식 중, Vc는 프레데릭스 전이(V), Π는 원주율, d_cell는 제1 기판과 제2 기판의 간격(㎛), d_gap는 화소 전극과 공통 전극의 간격(㎛), d_ITO는 화소 전극 및/또는 공통 전극의 폭(㎛), <r>, <r'>, <r3>은 외삽 길이(㎛), K33은 벤드의 탄성 정수(N), Δε은 유전율의 이방성을 나타낸다)

식(Ⅳ)으로부터, 셀 구성은 d_gap를 가능한 한 작게, d_ITO를 가능한 한 크게 함에 의해, 저구동전압화가 도모되고, 사용하는 액정 조성물의 Δε의 절대값이 크고, K33이 작은 것을 선택함에 의해, 저구동전압화가 도모된다.

본 발명의 액정 조성물은, 바람직한 Δε, K11, K33으로 조정할 수 있다.

액정 조성물의 굴절률 이방성(Δn)과 표시 장치의 제1 기판과, 제2 기판과의 간격(d)의 곱(Δn·d)은, 시각 특성이나 응답 속도에 강하게 관련한다. 그 때문에, 간격(d)은 3∼4㎛로 얇아지는 경향이 있다. 곱(Δn·d)은, TN 모드, ECB 모드, IPS 모드의 경우 0.31∼0.33이 바람직하다. VA-IPS 모드에 있어서는, 양 기판에 대해서 수직 배향의 경우 0.20∼0.59가 바람직하고, 0.30∼0.40이 특히 바람직하다. 무인가 시의 액정 배향이 기판면에 대략 수평을 필요로 하는 TN 모드, ECB 모드의 경우의 틸트각은 0.5∼7°가 바람직하고, 무인가 시의 액정 배향이 기판면에 대략 수직을 필요로 하는 VA-IP 모드의 경우의 틸트각은 85∼90°가 바람직하다. 이와 같이 액정 조성물을 배향시키기 위해서는, 폴리이미드(PI), 폴리아미드, 칼콘, 신나메이트 또는 신나모일 등으로 이루어지는 배향막을 마련할 수 있다. 또한, 배향막은 광배향 기술을 사용해서 작성한 것을 사용하는 것이 바람직하다. 일반식(LC0)에 있어서의 X¹⁰³가 F인 화합물을 함유하는 본 발명의 액정 조성물은, 배향막의 용이축에 나열하기 쉬워 원하는 틸트각을 제어하기 쉽다.

또한, 중합성 화합물로서 일반식(PC)으로 표시되는 화합물 함유한 본 발명의 액정 조성물은, 전압 인가 하 또는 전압 무인가 하에서 당해 액정 조성물 중에 함유하는 중합성 화합물을 중합시켜서 제작한 고분자 안정화의 TN 모드, OCB 모드, ECB 모드, IPS 모드 또는 VA-IPS 모드용 액정 표시 소자를 제공할 수 있다.

(실시예)

이하에 실시예를 들어서 본 발명을 더 상술하지만, 본 발명은 이들 실시예로 한정되는 것은 아니다. 또한, 이하의 실시예 및 비교예의 조성물에 있어서의 「%」는 「질량%」를 의미한다.

실시예 중의 조성예를, 측정한 특성은 이하와 같다.

Tni : 네마틱상-등방성 액체상 전이 온도(℃)

Δn : 298K에 있어서의 굴절률 이방성(별명 : 복굴절률)

Δε : 298K에 있어서의 유전율 이방성

η : 293K에 있어서의 점도(mPa·s)

γ1 : 298K에 있어서의 회전 점성(mPa·s)

VHR : 주파수 60Hz, 인가 전압 5V의 조건 하에서 333K에 있어서의 전압 유지율(%)

내광 VHR : 액정 조성물에 대해서, 두께 0.5㎜의 유리를 개재해서 초고압 수은 램프를 사용해서 자외선을 1kJ/㎡ 조사한다. 자외선 조사 후의 액정의 전압 유지율을 상술의 VHR 측정과 마찬가지의 방법으로 측정한다. 단, 조사 강도는 366㎚에서 1W/㎡로 했다.

화합물 기재에 하기의 약호를 사용한다.

[표 1]

실시예 중에서 행한 평가는 이하와 같다.

소부 :

액정 표시 소자의 소부 평가는, 표시 에어리어 내에 소정의 고정 패턴을 임의의 시험 시간(Ht) 표시시킨 후에, 전화면 균일한 표시를 행했을 때의 고정 패턴의 잔상이, 허용할 수 없는 잔상 레벨에 달하기까지의 시험 시간(Ht)을 계측했다.

1) 여기에서 말하는 시험 시간(Ht)이란 고정 패턴의 표시 시간을 나타내고, 이 시간이 길수록 잔상의 발생이 억제되어 있어, 성능이 높은 것을 나타내고 있다.

2) 허용할 수 없는 잔상 레벨이란, 합격 여부 판정에서 불합격으로 되는 잔상이 관찰되는 레벨이다.

적하흔 :

액정 표시 장치의 적하흔의 평가는, 액정 표시 패널을 제작 후 실온에서 1시간 유지하고, 전면 중간 톤 표시했을 경우에 하얗게 떠오르는 적하흔을 목시로 관찰하고, 이하의 5단계의 평가를 했다.

5 : 적하흔 없음(우)

4 : 적하흔 아주 약간 있지만 허용할 수 있는 레벨(양)

3 : 적하흔 약간 있고, 합격 여부 판정의 보더라인 레벨(조건부로 가)

2 : 적하흔 있고, 허용할 수 없는 레벨(불가)

1 : 적하흔 있고, 매우 열악(악)

프로세스 적합성:

45인치의 LCD 패널 제작 시, ODF 프로세스에 있어서, 정적(定積) 계량 펌프를 사용해서 1회 100μL씩 프런트 플레인 전면에 적량의 액정을 적하한다. 다음으로, 씰제를 개재해서 백 플레인과 프런트 플레인을 첩합(貼合)하여, LCD 패널을 제작한다. 완성된 LCD 패널을 420K의 고온조에서 30분 유지한 후, IC를 장착해서 평가용 LCD 패널을 제작한다. 이 LCD 패널을 전면 중간조 표시한 경우에 있어서의 휘도를 측정하고, 휘도 불균일의 발생 레벨을 1∼5의 5단계로 평가했다. 숫자가 클수록 ODF 프로세스에 의거한 휘도 불균일이 적은 것을 나타내며, 프로세스 적합성이 좋은 것을 나타낸다.

5 : 휘도 불균일 없음(우)

4 : 휘도 불균일 아주 약간 있지만 허용할 수 있는 레벨(양)

3 : 휘도 불균일 약간 있고, 합격 여부 판정의 보더라인 레벨(조건부로 가)

2 : 휘도 불균일 있고, 허용할 수 없는 레벨(불가)

1 : 휘도 불균일 있고, 매우 열악(악)

저온에서의 용해성 :

저온에서의 용해성 평가는, 액정 조성물을 조제 후, 2mL의 샘플병에 액정 조성물을 1g 칭량하고, 이것에 온도 제어식 시험조 중에서, 다음의 운전 상태 「-20℃(1시간 유지)→승온(0.1℃/매분)→0℃(1시간 유지)→승온(0.1℃/매분)→20℃(1시간 유지)→강온(-0.1℃/매분)→0℃(1시간 유지)→강온(-0.1℃/매분)→-20℃」를 1사이클로 해서 온도 변화를 계속 부여하고, 목시로 액정 조성물로부터의 석출물의 발생을 관찰하고, 석출물이 관찰되었을 때의 시험 시간을 계측했다.

시험 시간이 길수록 장시간에 걸쳐서 안정해서 액정상을 유지하고 있어, 저온에서의 용해성이 양호하다.

제조 장치 오염성 :

액정 재료의 휘발성 평가는, 진공 교반 탈포 믹서의 운전 상태를 스트로보스코프를 사용해서 관찰하고, 액정 재료의 발포를 목시에 의해 관찰함에 의해서 행했다. 구체적으로는, 용량 2.0L의 진공 교반 탈포 믹서의 전용 용기에 액정 조성물을 0.8㎏ 넣고, 4kPa의 탈기 하, 공전 속도 15S^-1, 자전 속도 7.5S^-1에서 진공 교반 탈포 믹서를 운전하고, 공전 속도에 동기해서 발광하도록 설정한 스트로보스코프를 사용해서 관찰하고, 발포가 시작될 때까지의 시간을 계측했다.

발포가 시작될 때까지의 시간이 길수록 휘발하기 어려워, 제조 장치를 오염할 가능성이 낮으므로, 고성능인 것을 나타낸다.

(실시예 1∼21 및 비교예 1∼3)

이하에 나타내는 LC1, LC5, LC7, LC9, LC14의 액정 조성물을 조제하고, 그 물성값을 측정했다. 액정 조성물의 구성과 그 물성값의 결과는 표와 같았다.

[표 2]

액정 조성물 LC1에 대해서, 식(I-28H)의 화합물을 첨가한 액정 조성물을 조제했다(실시예 1∼5).

LC1에 대해서, 식(I-28H)의 화합물의 첨가량을 증가시킴에 의해, 대응 VHR, 소부, 저온에서의 용해성을 개선하는 것을 확인했다. 또한, 식(I-28H)의 화합물의 유무에 의해, 적하흔이나 프로세스 적합성에 차이가 확인되었다.

[표 3]

액정 조성물 LC5에 대해서, 식(I-28H)의 화합물 또는 식(I-32H)의 화합물을 첨가한 액정 조성물을 조제했다(실시예 6∼10). LC5에 대해서, 식(I-28H)의 화합물 또는 식(I-32H)의 화합물의 첨가량을 증가시킴에 의해, 대응 VHR, 소부, 저온에서의 용해성을 개선하는 것을 확인했다. 또한, 식(I-28H)의 화합물 또는 식(I-32H)의 화합물의 유무에 의해, 적하흔이나 프로세스 적합성에 차이가 확인되었다.

[표 4]

액정 조성물 LC7에 대해서, 식(I-28H)의 화합물 또는 식(I-32H)의 화합물을 첨가한 액정 조성물을 조제했다(실시예 11∼15). LC7에 대해서, 식(I-28H)의 화합물 또는 식(I-32H)의 화합물의 첨가량을 증가시킴에 의해, 대응 VHR, 소부, 저온에서의 용해성을 개선하는 것을 확인했다. 또한, 식(I-28H)의 화합물 또는 식(I-32H)의 화합물의 유무에 의해, 적하흔이나 프로세스 적합성에 차이가 확인되었다.

[표 5]

액정 조성물 LC9, LC14에 대해서, 식(I-28H)의 화합물 또는 식(I-32H)의 화합물을 첨가한 액정 조성물을 조제했다(실시예 16∼21). 어느 액정 조성물에 대해서도, 식(I-28H)의 화합물 또는 식(I-32H)의 화합물의 첨가량을 증가시킴에 의해, 대응 VHR, 소부, 저온에서의 용해성을 개선하는 것을 확인했다. 또한, 식(I-28H)의 화합물 또는 식(I-32H)의 화합물의 첨가에 의해, 적하흔이나 프로세스 적합성이 양호한 결과로 되는 것이 확인되었다.

[표 6]

(실시예 22∼63)

또한, 이하에 나타내는 LC19, LC21, LC23, LC27, LC29, LC34, LC39, LC43, LC49, LC53, LC60, LC69, LC70, LC72, LC77, LC82, LC86, LC90의 액정 조성물을 조제하고, 그 물성값을 측정했다. 액정 조성물의 구성과 그 물성값의 결과는 표와 같았다.

[표 7]

[표 8]

[표 9]

[표 10]

[표 11]

[표 12]

액정 조성물 LC19, LC21, LC23에 대해서, 식(I-28H)의 화합물 또는 식(I-32H)의 화합물을 첨가한 액정 조성물을 조제했다(실시예 22∼27). 어느 액정 조성물에 대해서도, 식(I-28H)의 화합물 또는 식(I-32H)의 화합물의 첨가량을 증가시킴에 의해, 대응 VHR, 소부, 저온에서의 용해성이 양호한 결과를 나타내는 것이 확인되었다. 또한, 식(I-28H)의 화합물 또는 식(I-32H)의 화합물의 첨가에 의해, 적하흔이나 프로세스 적합성이 양호한 결과로 되는 것이 확인되었다.

[표 13]

액정 조성물 LC27, LC29, LC34에 대해서, 식(I-28H)의 화합물 또는 식(I-32H)의 화합물을 첨가한 액정 조성물을 조제했다(실시예 28∼33). 어느 액정 조성물에 대해서도, 식(I-28H)의 화합물 또는 식(I-32H)의 화합물의 첨가량을 증가시킴에 의해, 대응 VHR, 소부, 저온에서의 용해성이 양호한 결과를 나타내는 것이 확인되었다. 또한, 식(I-28H)의 화합물 또는 식(I-32H)의 화합물의 첨가에 의해, 적하흔이나 프로세스 적합성이 양호한 결과로 되는 것이 확인되었다.

[표 14]

액정 조성물 LC39, LC43, LC49에 대해서, 식(I-28H)의 화합물 또는 식(I-26H)의 화합물을 첨가한 액정 조성물을 조제했다(실시예 34∼39). 어느 액정 조성물에 대해서도, 식(I-28H)의 화합물 또는 식(I-26H)의 화합물의 첨가량을 증가시킴에 의해, 대응 VHR, 소부, 저온에서의 용해성이 양호한 결과를 나타내는 것이 확인되었다. 또한, 식(I-28H)의 화합물 또는 식(I-26H)의 화합물의 첨가에 의해, 적하흔이나 프로세스 적합성이 양호한 결과로 되는 것이 확인되었다.

[표 15]

액정 조성물 LC53, LC60에 대해서, 식(I-28H)의 화합물 또는 식(I-24H)의 화합물을 첨가한 액정 조성물을 조제했다(실시예 40∼45). 어느 액정 조성물에 대해서도, 식(I-28H)의 화합물 또는 식(I-24H)의 화합물의 첨가량을 증가시킴에 의해, 대응 VHR, 소부, 저온에서의 용해성이 양호한 결과를 나타내는 것이 확인되었다. 또한, 식(I-28H)의 화합물 또는 식(I-24H)의 화합물의 첨가에 의해, 적하흔이나 프로세스 적합성이 양호한 결과로 되는 것이 확인되었다.

[표 16]

액정 조성물 LC69, LC70에 대해서, 식(I-32H)의 화합물 또는 식(I-24H)의 화합물을 첨가한 액정 조성물을 조제했다(실시예 46∼51). 어느 액정 조성물에 대해서도, 식(I-32H)의 화합물 또는 식(I-24H)의 화합물의 첨가량을 증가시킴에 의해, 대응 VHR, 소부, 저온에서의 용해성이 양호한 결과를 나타내는 것이 확인되었다. 또한, 식(I-32H)의 화합물 또는 식(I-24H)의 화합물의 첨가에 의해, 적하흔이나 프로세스 적합성이 양호한 결과로 되는 것이 확인되었다.

[표 17]

액정 조성물 LC72, LC77에 대해서, 식(I-28H)의 화합물 또는 식(I-32H)의 화합물을 첨가한 액정 조성물을 조제했다(실시예 52∼57). 어느 액정 조성물에 대해서도, 식(I-28H)의 화합물 또는 식(I-32H)의 화합물의 첨가량을 증가시킴에 의해, 대응 VHR, 소부, 저온에서의 용해성이 양호한 결과를 나타내는 것이 확인되었다. 또한, 식(I-28H)의 화합물 또는 식(I-32H)의 화합물의 첨가에 의해, 적하흔이나 프로세스 적합성이 양호한 결과로 되는 것이 확인되었다.

[표 18]

액정 조성물 LC82, LC86, LC94에 대해서, 식(I-28H)의 화합물 또는 식(I-32H)의 화합물을 첨가한 액정 조성물을 조제했다(실시예 58∼63). 어느 액정 조성물에 대해서도, 식(I-28H)의 화합물 또는 식(I-32H)의 화합물의 첨가량을 증가시킴에 의해, 대응 VHR, 소부, 저온에서의 용해성이 양호한 결과를 나타내는 것이 확인되었다. 또한, 식(I-28H)의 화합물 또는 식(I-32H)의 화합물의 첨가에 의해, 적하흔이나 프로세스 적합성이 양호한 결과로 되는 것이 확인되었다.

[표 19]

(실시예 64∼69)

또한, 이하에 나타내는 LC95, LC96, LC97의 액정 조성물을 조제하고, 그 물성값을 측정했다. 액정 조성물의 구성과 그 물성값의 결과는 이하의 표와 같았다.

[표 20]

액정 조성물 LC95, LC96, LC97에 대해서, 식(I-28H)의 화합물 또는 식(I-32H)의 화합물을 첨가한 액정 조성물을 조제했다(실시예 64∼69). 어느 액정 조성물에 대해서도, 식(I-28H)의 화합물 또는 식(I-32H)의 화합물의 첨가에 의해, VHR, 소부, 저온에서의 용해성이 양호한 결과를 나타내는 것이 확인되었다. 또한, 적하흔이나 프로세스 적합성이 양호한 결과로 되는 것이 확인되었다.

[표 21]

(실시예 70∼75)

또한, 이하에 나타내는 LC98, LC99의 액정 조성물을 조제하고, 그 물성값을 측정했다. 액정 조성물의 구성과 그 물성값의 결과는 이하의 표와 같았다.

[표 22]

액정 조성물 LC98, LC99에 대해서, 식(I-28H)의 화합물을 첨가한 액정 조성물을 조제했다(실시예 70∼75). 어느 액정 조성물에 대해서도, 식(I-28H)의 화합물의 첨가에 의해, VHR, 소부, 저온에서의 용해성이 양호한 결과를 나타내는 것이 확인되었다. 또한, 적하흔이나 프로세스 적합성이 양호한 결과로 되는 것이 확인되었다.

[표 23]

(실시예 76∼81)

또한, 이하에 나타내는 LC100, LC101, LC102의 액정 조성물을 조제하고, 그 물성값을 측정했다. 액정 조성물의 구성과 그 물성값의 결과는 이하의 표와 같았다.

[표 24]

액정 조성물 LC100, LC101, LC102에 대해서, 식(I-28H)의 화합물 또는 식(I-32H)의 화합물을 첨가한 액정 조성물을 조제했다(실시예 76∼81). 어느 액정 조성물에 대해서도, 식(I-28H)의 화합물 또는 식(I-32H)의 화합물의 첨가에 의해, VHR, 소부, 저온에서의 용해성이 양호한 결과를 나타내는 것이 확인되었다. 또한, 적하흔이나 프로세스 적합성이 양호한 결과로 되는 것이 확인되었다.

[표 25]

이상으로부터, 본 발명의 액정 조성물은, 굴절률 이방성(Δn) 및 네마틱상-등방성 액체상 전이 온도(T_ni)를 저하시키지 않으며, 점도(η)가 충분히 작고, 회전 점성(γ₁)이 충분히 작고, 저온에서의 용해성이 좋고, 내광 VHR이 높고, 소부, 적하흔, 프로세스 적합성이 양호하고 실용적인 것인 것이 확인되었다.

Claims

제1 성분으로서, 일반식(I)

(식 중, R¹은 수소 원자, 탄소 원자수 1 내지 10의 알킬기, 탄소 원자수 1 내지 10의 알콕시기 또는 탄소 원자수 2 내지 10의 알케닐기를 나타내고, R²∼R⁵은 탄소 원자수 1 내지 4의 알킬기를 나타낸다)으로 표시되는 부분 구조를 갖는 화합물을 0.001질량% 내지 5질량% 함유하고,
제2 성분으로서, 일반식 (III-1) 내지 일반식 (III-4)

(식 중, R³¹은 탄소 원자수 1 내지 10의 알킬기 또는 탄소 원자수 2 내지 10의 알케닐기를 나타내고, M³¹∼M³³은 서로 독립해서, 트랜스-1,4-시클로헥실렌기 또는 1,4-페닐렌기를 나타내고, 당해 트랜스-1,4-시클로헥실렌기 중의 1개 또는 2개의 -CH₂-는 산소 원자가 직접 인접하지 않도록, -O-로 치환되어 있어도 되고, 당해 페닐렌기 중의 1개 또는 2개의 수소 원자는 불소 원자로 치환되어 있어도 되고, X³¹∼X³³는 서로 독립해서 수소 원자 또는 불소 원자를 나타내고, Y³¹는 불소 원자, 트리플루오로메톡시기 또는 트리플루오로메틸기를 나타내고, n³¹ 및 n³²은 서로 독립해서 0, 1 또는 2를 나타내고, n³¹+n³²은, 1, 2 또는 3을 나타내고, M³¹ 및 M³³이 복수 존재하는 경우에는 동일해도 되며 달라도 된다)으로 표시되는 화합물에서 선택되는 화합물을 1종 또는 2종 이상 함유하고,
상기 제2 성분으로서, 일반식(III-1-b) 및 일반식(III-3-n)

(식 중, X³⁴∼X³⁹는 서로 독립해서 수소 원자 또는 불소 원자를 나타낸다)
으로 표시되는 화합물 중 적어도 한 쪽의 화합물을 1종 또는 2종 이상 필수로 함유하고,
제3 성분으로서, 일반식(II-a) 내지 일반식(II-j)

(식 중, R²¹ 및 R²²은, 서로 독립해서 탄소 원자수 1 내지 10의 알킬기 또는 탄소 원자수 1 내지 10의 알콕시기 또는 탄소 원자수 2 내지 10의 알케닐기를 나타내고, X²¹는 탄소 원자수 1 내지 3의 알킬기, 탄소 원자수 1 내지 3의 알콕시기, 불소 원자 또는 수소 원자를 나타낸다)으로 표시되는 화합물군에서 선택되는 화합물을 함유하고,
상기 제3 성분으로서, 일반식(II-a)의 식 중의 R²¹이 탄소 원자수 2 내지 10의 알케닐기인 화합물을 1종 또는 2종 이상과, 일반식(II-g)의 식 중의 R²¹ 또는 R²² 중 적어도 한 쪽이 탄소 원자수 2 내지 10의 알케닐기인 화합물을 1종 또는 2종 이상과, 일반식(II-i)의 식 중의 R²¹ 또는 R²² 중 적어도 한 쪽이 탄소 원자수 2 내지 10의 알케닐기인 화합물을 1종 또는 2종 이상을 필수로 함유하는
유전율 이방성(Δε)이 양인 액정 조성물.
제1항에 있어서,
제2 성분으로서, 일반식(III)

(식 중, R³¹은 탄소 원자수 1 내지 10의 알킬기 또는 탄소 원자수 2 내지 10의 알케닐기를 나타내고, M³¹∼M³³은 서로 독립해서, 트랜스-1,4-시클로헥실렌기 또는 1,4-페닐렌기를 나타내고, 당해 트랜스-1,4-시클로헥실렌기 중의 1개 또는 2개의 -CH₂-는 산소 원자가 직접 인접하지 않도록, -O-로 치환되어 있어도 되고, 당해 페닐렌기 중의 1개 또는 2개의 수소 원자는 불소 원자로 치환되어 있어도 되고, M³⁴은, 식(A-1) 및 식(A-2)

(식 중, X³¹∼X³³는 서로 독립해서 수소 원자 또는 불소 원자를 나타내고, Y³¹는 불소 원자, 트리플루오로메톡시기 또는 트리플루오로메틸기를 나타낸다) 중 어느 하나를 나타내고, Z³¹는, -CF₂O-, -OCH₂- 또는 -CH₂O-를 나타내고, n³¹ 및 n³²은 서로 독립해서 0, 1 또는 2를 나타내고, n³¹+n³²은, 1, 2 또는 3을 나타내고, M³¹ 및 M³³이 복수 존재하는 경우에는 동일해도 되며 달라도 된다) (단, 상기 일반식(III-1) 내지 일반식(III-4)으로 표시되는 화합물을 제외한다)으로 표시되는 화합물을 1종 또는 2종 이상 더 함유하는 액정 조성물.
제1항 또는 제2항에 있어서,
일반식(I)으로 표시되는 부분 구조를 갖는 화합물이, 일반식(I-1)∼일반식(I-3)

(식 중, R^H1∼R^H5은, 각각 독립적으로 수소 원자 또는 탄소 원자수 1 내지 10의 알킬기를 나타내고, M¹은, 탄소 원자수 1 내지 20의 알킬기를 나타내지만, 알킬기 중의 1개의 -CH₂-가, -O-, -COO- 또는 -OCO-로 치환되어 있어도 되고, M²은, 탄소 원자수 1 내지 20의 알킬렌기를 나타내지만, 알킬렌기 중의 1개의 -CH₂-가, -O-, -COO- 또는 -OCO-로 치환되어 있어도 되고, 알킬렌기 중의 1개의 -CH₂-CH₂-가 -CH=CH-로 치환되어 있어도 되고, n^H1 및 n^H2은 각각 독립적으로 0 또는 1을 나타내고, n^H3은 1 내지 4의 정수를 나타낸다. n^H3이 2, 3 또는 4이고, R^H5이 복수 존재하는 경우는, 그들은 동일해도 되며 달라도 된다)으로 표시되는 화합물군에서 선택되는 화합물인 액정 조성물.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 일반식(III-1)으로 표시되는 화합물이, 일반식(III-1-a) 내지 일반식(III-1-f)

(식 중, X³⁴∼X³⁹는 서로 독립해서 수소 원자 또는 불소 원자를 나타내며, R³¹, X³¹, X³² 및 Y³¹는 제1항에서 정의한 바와 같다)으로 표시되는 화합물군에서 선택되는 화합물인 액정 조성물.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 일반식(III-2)으로 표시되는 화합물이, 일반식(III-2-a) 내지 일반식(III-2-d)

(식 중, X³⁴∼X³⁹는 서로 독립해서 수소 원자 또는 불소 원자를 나타내며, R³¹, X³¹∼X³³및 Y³¹는 제1항에서 정의한 바와 같다)으로 표시되는 화합물군에서 선택되는 화합물인 액정 조성물.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 일반식(III-3)으로 표시되는 화합물이, 일반식(III-3-a) 내지 일반식(III-3-n)

(식 중, X³⁴∼X³⁹는 서로 독립해서 수소 원자 또는 불소 원자를 나타내며, R³¹, X³¹, X³²및 Y³¹는 제1항에서 정의한 바와 같다)으로 표시되는 화합물군에서 선택되는 화합물인 액정 조성물.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 일반식(III-4)으로 표시되는 화합물이, 일반식(III-4-a) 내지 일반식(III-4-g)

(식 중, X³⁴∼X³⁹는 서로 독립해서 수소 원자 또는 불소 원자를 나타내며, R³¹, X³¹∼X³³및 Y³¹는 제1항에서 정의한 바와 같다)으로 표시되는 화합물군에서 선택되는 화합물인 액정 조성물.
제2항에 있어서,
상기 일반식(III)으로 표시되는 화합물이, 일반식(III-5-a) 내지 일반식(III-5-i)

(식 중, X³⁴∼X³⁹는 서로 독립해서 수소 원자 또는 불소 원자를 나타내며, R³¹, X³¹, X³²및 Y³¹는 제2항에서 정의한 바와 같다)으로 표시되는 화합물군에서 선택되는 화합물인 액정 조성물.
제2항에 있어서,
상기 일반식(III)으로 표시되는 화합물이, 일반식(III-6-a) 내지 일반식(III-6-c)

(식 중, X³⁴∼X³⁹는 서로 독립해서 수소 원자 또는 불소 원자를 나타내며, R³¹, X³¹∼X³³및 Y³¹는 제2항에서 정의한 바와 같다)으로 표시되는 화합물군에서 선택되는 화합물인 액정 조성물.
제1항 또는 제2항에 있어서,
일반식(V)

(식 중, R⁵¹은 탄소 원자수 1 내지 10의 알킬기, 탄소 원자수 1 내지 10의 알콕시기 또는 탄소 원자수 2 내지 10의 알케닐기를 나타내고, X⁵¹ 및 X⁵²는 서로 독립해서 수소 원자 또는 불소 원자를 나타내고, Y⁵¹는 불소 원자, 트리플루오로메톡시기 또는 트리플루오로메틸기를 나타내고, M⁵¹∼M⁵³은 서로 독립해서, 트랜스-1,4-시클로헥실렌기 또는 1,4-페닐렌기를 나타내고, 당해 트랜스-1,4-시클로헥실렌기 중의 1개 또는 2개의 -CH₂-는 산소 원자가 직접 인접하지 않도록, -O-로 치환되어 있어도 되고, 당해 페닐렌기 중의 1개 또는 2개의 수소 원자는 불소 원자로 치환되어 있어도 되고, Z⁵¹∼Z⁵³는 서로 독립해서, 단결합 또는 -CH₂CH₂-를 나타내고, n⁵¹은 및 n⁵²은 서로 독립해서 0, 1 또는 2를 나타내고, n⁵¹+n⁵²은, 0, 1 또는 2를 나타내고, M⁵¹, M⁵³, Z⁵¹ 및 Z⁵³가 복수 존재하는 경우에는 동일해도 되며 달라도 된다)으로 표시되는 화합물을 1종 또는 2종 이상 더 함유하는 액정 조성물.
제1항 또는 제2항에 기재된 액정 조성물을 사용한 액티브 매트릭스 구동용 액정 표시 소자.
제1항 또는 제2항에 기재된 액정 조성물을 사용한 IPS 모드, FFS 모드 또는 VA-IPS 모드용 액정 표시 소자.