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WO2015060056A1 - 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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WO2015060056A1
WO2015060056A1 PCT/JP2014/075352 JP2014075352W WO2015060056A1 WO 2015060056 A1 WO2015060056 A1 WO 2015060056A1 JP 2014075352 W JP2014075352 W JP 2014075352W WO 2015060056 A1 WO2015060056 A1 WO 2015060056A1
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WO
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liquid crystal
crystal composition
component
formula
compound
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PCT/JP2014/075352
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English (en)
French (fr)
Inventor
幸宏 藤田
好優 古里
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
JNC Corp
JNC Petrochemical Corp
Original Assignee
JNC Corp
JNC Petrochemical Corp
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Publication date
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Priority to JP2015543763A priority patent/JP6551234B2/ja
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    • C09K19/00Liquid crystal materials
    • C09K19/52Liquid crystal materials characterised by components which are not liquid crystals, e.g. additives with special physical aspect: solvents, solid particles
    • C09K19/54Additives having no specific mesophase characterised by their chemical composition
    • C09K19/542Macromolecular compounds
    • C09K2019/548Macromolecular compounds stabilizing the alignment; Polymer stabilized alignment
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1337Surface-induced orientation of the liquid crystal molecules, e.g. by alignment layers
    • G02F1/133742Surface-induced orientation of the liquid crystal molecules, e.g. by alignment layers for homeotropic alignment

Definitions

  • the present invention relates to a liquid crystal composition containing a polymerizable compound that is polymerized by light or heat, for example.
  • the present invention also relates to a liquid crystal display element in which the liquid crystal composition is sealed between the substrates of the element, a polymerizable compound is polymerized while applying a voltage to the element, and the orientation of liquid crystal molecules is controlled by the effect of the polymer produced.
  • the present invention relates to a liquid crystal composition suitable mainly for an AM (active matrix) device, and an AM device containing the composition.
  • the present invention relates to a device using a liquid crystal composition having a negative dielectric anisotropy.
  • the classification based on the orientation mode of liquid crystal molecules is as follows: 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) and other modes.
  • the classification based on the element drive system is PM (passive matrix) and AM (active matrix). PM is classified into static and multiplex, and AM is classified into TFT (thin film insulator), MIM (metal insulator metal), and the like. TFTs are classified into amorphous silicon and polycrystalline silicon. The latter is classified into a high temperature type and a low temperature type according to the manufacturing process.
  • the classification based on the light source includes a reflection type using natural light, a transmission type using backlight, and a semi-transmission type using both natural light and backlight.
  • the elements contain a liquid crystal composition having appropriate characteristics.
  • This liquid crystal composition has a nematic phase.
  • the general characteristics of the composition are improved.
  • the relationships in the two general characteristics are summarized in Table 1 below.
  • the general characteristics of the composition will be further described based on a commercially available AM device.
  • the temperature range of the nematic phase is related to the temperature range in which the device can be used.
  • a preferred upper limit temperature of the nematic phase is about 70 ° C. or more, and a preferred lower limit temperature of the nematic phase is about ⁇ 10 ° C. or less.
  • the viscosity of the composition is related to the response time of the device. In order to display a moving image on the element, a short response time is preferable. Therefore, a small viscosity in the composition is preferred. Small viscosities at low temperatures are more preferred.
  • the optical anisotropy of the composition is related to the contrast ratio of the device.
  • the product ( ⁇ n ⁇ d) of the optical anisotropy ( ⁇ n) of the composition and the cell gap (d) of the device is designed to maximize the contrast ratio.
  • the appropriate product value depends on the type of operation mode.
  • the range is about 0.30 ⁇ m to about 0.40 ⁇ m for the VA mode or PSA mode device, and the range is about 0.20 ⁇ m to about 0.30 ⁇ m for the IPS mode device. In this case, a composition having a large optical anisotropy is preferable for a device having a small cell gap.
  • the dielectric anisotropy having a large absolute value in the composition contributes to a low threshold voltage, a small power consumption and a large contrast ratio in the device. Therefore, a dielectric anisotropy having a large absolute value is preferable.
  • a large specific resistance in the composition contributes to a large voltage holding ratio and a large contrast ratio in the device. Therefore, a composition having a large specific resistance not only at room temperature but also at a high temperature in the initial stage is preferable.
  • a composition having a large specific resistance not only at room temperature but also at a high temperature after being used for a long time is preferable.
  • the stability of the composition against ultraviolet rays and heat is related to the lifetime of the liquid crystal display device. When their stability is high, the lifetime of the device is long. Such characteristics are preferable for an AM device used in a liquid crystal projector, a liquid crystal television, and the like.
  • a composition having a positive dielectric anisotropy is used for an AM device having a TN mode.
  • an AM device having a VA mode a composition having negative dielectric anisotropy is used.
  • an AM device having an IPS mode and an FFS mode a composition having a positive or negative dielectric anisotropy is used.
  • an AM device having a PSA mode a composition having positive or negative dielectric anisotropy is used.
  • examples of liquid crystal compositions having negative dielectric anisotropy are disclosed in the following Patent Documents 1 to 6, and the like.
  • Desirable AM elements have such characteristics as a wide usable temperature range, a short response time, a large contrast ratio, a low threshold voltage, a large voltage holding ratio, and a long life. A shorter response time is desirable even at 1 millisecond. Therefore, desirable properties of the composition include a high maximum temperature of the nematic phase, a low minimum temperature of the nematic phase, a small viscosity, a suitable optical anisotropy, a large positive or negative dielectric anisotropy, a large specific resistance, and a high resistance to ultraviolet light. High stability, high heat stability, etc.
  • a liquid crystal composition containing a polymer is used. First, a liquid crystal composition to which a small amount of a polymerizable compound is added is injected into the device. Next, the composition is irradiated with ultraviolet rays while a voltage is applied between the substrates of the element. The polymerizable compound polymerizes to form a polymer network in the liquid crystal-alignment film interface composition. In this composition, since the alignment of liquid crystal molecules can be controlled by a polymer having a rigid network polymer structure, the response time of the device is shortened, and image burn-in is improved. Such an effect of the polymer can be expected also for an element having a mode such as TN, ECB, OCB, IPS, FFS, and VA.
  • an element having a mode such as TN, ECB, OCB, IPS, FFS, and VA.
  • PSA mode liquid crystal compositions are required to have further improved screen image sticking resistance.
  • This image sticking is known to be caused by “change in pretilt angle of liquid crystal molecules” and “residual polymerizable compound”.
  • the “change in pretilt of liquid crystal molecules” is caused by a change in the network polymer structure due to long-term use. In order to suppress this change, it is important to form a network polymer having a rigid structure. In order to suppress “residual polymerizable compound”, it is effective to use a polymerizable compound having good polymerization reactivity.
  • a polymerizable compound generally used has a rod-shaped core structure and a molecular structure composed of two polymerizable functional groups.
  • a polymerizable compound having a rod-like molecular structure is generally considered to have a high ability to align liquid crystal molecules, but on the other hand, it has poor solubility in a liquid crystal composition, and a large amount of a polymerizable compound should be added. I can't.
  • Patent Document 6 discloses a polymerizable compound having an asymmetric molecular structure in order to improve solubility. This compound is improved in terms of solubility compared to known polymerizable compounds. However, since this compound has a reduced molecular rigidity, the ability to control the pretilt angle has been reduced. If the ability to control the pretilt angle is low, it may cause display defects such as display unevenness.
  • a-PSA adherered-polymer-sustained-alignment
  • a liquid crystal composition for the alignment mode.
  • a polymerizable compound having a molecular structure composed of a rod-shaped core structure and two polymerizable functional groups is generally used, whereas in the a-PSA mode, a core structure, a polymerizable group and a polar group are used.
  • a polymerizable compound having a molecular structure is used. It has been found that the alignment method using the polymerizable compound has high polymerization reactivity, good pretilt angle imparting characteristics, and good compatibility with the liquid crystal composition. It was named PSA mode.
  • the reaction mechanism of the a-PSA mode is estimated as follows.
  • the polar group of the polymerizable compound in the liquid crystal composition and the imide group on the surface of the alignment film form hydrogen bonds.
  • the polar group of the polymerizable compound for a-PSA mode is a hydrogen bond donating group, it is adsorbed on the surface of the alignment film by strong hydrogen bonds.
  • the reaction points of the polymerizable compound are close to each other, so that the polymerization reaction rate is accelerated.
  • the conventional polymerizable compound for PSA mode does not have a hydrogen bond donating group, a strong hydrogen bond cannot be expected.
  • the phenomenon in which the polymerization reaction rate of the (meth) acrylate compound is accelerated by the presence of a hydrogen bond donating group is disclosed in Non-Patent Document 1.
  • the reason why the a-PSA mode gives better pretilt than the conventional PSA mode is estimated as follows.
  • a rigid network polymer derived from a polymerizable compound exhibits a good pretilt by controlling the tilt of liquid crystal molecules.
  • a polymer molecular chain having a polar group derived from a polymerizable compound forms a strong hydrogen bond with an imide group on the alignment film surface. Since the hydrogen bond improves the rigidity of the polymer molecular chain, the a-PSA mode has a higher pretilt imparting ability than the conventional PSA mode.
  • Non-Patent Documents 2 and 3 Polymers that have attempted molecular complexation and high functionality using non-covalent interactions such as hydrogen bonding as described above are called supramolecular polymers, and have recently attracted a great deal of attention from a number of institutions.
  • Non-Patent Documents 2 and 3 Non-Patent Documents 2 and 3.
  • the a-PSA mode is a novel alignment technique that utilizes supramolecular polymers for pretilt formation.
  • a-PSA adherered-polymer-sustained-alignment
  • the polymerizable compound generally used in the conventional PSA mode has a symmetric molecular structure and thus has low solubility in the liquid crystal composition.
  • the polymerizable compound used in the a-PSA mode of the present invention has an asymmetric molecular structure and therefore has high solubility in the liquid crystal composition.
  • Patent Document 6 when the molecular structure is made asymmetric, the rigidity of the polymer molecule is lost, so that the ability to control the pretilt is reduced.
  • the polar group and the alignment film form a strong hydrogen bond to impart rigidity to the polymer molecule, so that the pretilt control ability can be reduced without impairing the pretilt control ability. Solubility can be improved.
  • One object of the present invention is a liquid crystal composition satisfying burn-in characteristics and display unevenness characteristics using the above-described a-PSA mode concept. Another object is to provide this liquid crystal composition, and a liquid crystal display element and an optical element containing such a composition.
  • This means contains, as a first component, a polymerizable monomer having the ability of a hydrogen bond donor and capable of forming a hydrogen bond with the alignment film surface, or an oligomer, prepolymer or polymer of the monomer. It is a liquid crystal composition.
  • the advantage of the present invention is high solubility of the polymerizable compound in the liquid crystal composition.
  • Another advantage of the present invention is a liquid crystal composition satisfying at least one of properties such as high polymerization reactivity, good pretilt angle imparting properties, and good pretilt angle stability.
  • One aspect of the present invention is a liquid crystal composition having an appropriate balance regarding at least two properties.
  • Another aspect is a liquid crystal display device containing such a composition.
  • Another aspect is an AM device having a short response time, good anti-seizure characteristics, good display unevenness characteristics, a low threshold voltage, a large voltage holding ratio, a large contrast ratio, a long lifetime, and the like.
  • a liquid crystal composition or a liquid crystal display device may be abbreviated as “composition” or “device”, respectively.
  • “Liquid crystal display element” is a general term for liquid crystal display panels and liquid crystal display modules.
  • a polymerizable compound may be abbreviated as “polymerizable compound”.
  • “Liquid crystal compound” means a compound having a liquid crystal phase such as a nematic phase or a smectic phase, or a compound having no liquid crystal phase but useful as a component of a composition. This useful compound has a six-membered ring such as 1,4-cyclohexylene and 1,4-phenylene, and its molecular structure is rod-like.
  • At least one compound selected from the group of compounds represented by formula (1) may be abbreviated as “compound (1)”.
  • “Compound (1)” means one compound or two or more compounds represented by formula (1). The same applies to compounds represented by other formulas.
  • At least one group selected from the group of groups represented by formula (P-1) may be abbreviated as “(P-1)”. The same applies to groups represented by other formulas.
  • the expression “at least one“ A ”may be replaced by“ B ”” means that when “A” is one, the position of “A” is arbitrary, and the number of “A” is two or more. This also means that their positions can be freely selected without restriction.
  • the upper limit temperature of the nematic phase may be abbreviated as “upper limit temperature”.
  • the lower limit temperature of the nematic phase may be abbreviated as “lower limit temperature”.
  • “High specific resistance” means that the composition has a large specific resistance not only at room temperature in the initial stage but also at a temperature close to the upper limit temperature of the nematic phase. It means having a large specific resistance even at a close temperature.
  • “High voltage holding ratio” means that the device has a large voltage holding ratio not only at room temperature in the initial stage but also at a temperature close to the upper limit temperature of the nematic phase. It means having a large voltage holding ratio even at a temperature close to.
  • a hydrogen bond donor refers to a molecule having a hydrogen atom that can form a hydrogen bond with another molecule.
  • a hydrogen bond donor is ethanol having a hydrogen atom covalently bonded to an oxygen atom.
  • a hydrogen bond acceptor is a molecule having a non-covalent atom pair, and the non-covalent atom pair is capable of forming a hydrogen bond with a hydrogen atom of another molecule.
  • a hydrogen bond acceptor is diethyl ether having an oxygen atom.
  • the first component is one compound or two or more compounds.
  • “Ratio of the first component” is the weight of the first component expressed in parts by weight when the total weight of the liquid crystal composition excluding the first component and the polymerizable compound other than the first component is 100 parts by weight. It is.
  • the “ratio of the second component” is expressed as a weight percentage (% by weight) of the second component based on the weight of the liquid crystal composition excluding the first component and a polymerizable compound other than the first component.
  • the “ratio of the third component” is the same as the “ratio of the second component”.
  • the ratio of the additive mixed with the composition is expressed in terms of weight percentage (% by weight) or weight parts per million (ppm) based on the total weight of the liquid crystal composition.
  • “Ratio of polymerizable compounds other than the first component” refers to polymerization other than the first component when the total weight of the liquid crystal composition excluding the first component and the polymerizable compound other than the first component is 100 parts by weight. The weight of possible compounds is expressed in parts by weight. The total amount of the liquid crystal composition in the present invention may exceed 100% by weight.
  • M 1 is used for a plurality of compounds.
  • two groups represented by two arbitrary M 1 may be the same or different.
  • M 1 of the compound (1) is hydrogen and M 1 of the compound (1-1) is fluorine.
  • M 1 of compound (1) is hydrogen and M 1 of compound (1-1) is methyl.
  • R 5 , R 6 , R 7 , R 8 , R 9 and the like are two A's.
  • the two rings represented by two A may be the same or different.
  • This rule also applies when n 1 is greater than 2.
  • This rule also applies to symbols such as L and B.
  • 2-Fluoro-1,4-phenylene means the following two divalent groups.
  • fluorine may be leftward or rightward. This rule also applies to asymmetric divalent rings such as tetrahydropyran-2,5-diyl.
  • the straight line from A to B means a bond
  • the hydrogen in B is replaced by the group A
  • the position is arbitrary.
  • I mean.
  • X represents the number of groups A to be replaced. When X is 0, it indicates that A does not exist and has not been replaced.
  • the straight line means a bond
  • the content shown by a wavy line indicates that the replaced chemical formula is omitted
  • the chemical formula is Indicates optional.
  • the present inventors have devised an a-PSA mode which is a novel alignment mode satisfying image sticking characteristics and display unevenness characteristics, and the combination of the compound (1) and the liquid crystal composition is a-PSA for the following reasons.
  • a-PSA mode which is a novel alignment mode satisfying image sticking characteristics and display unevenness characteristics
  • the combination of the compound (1) and the liquid crystal composition is a-PSA for the following reasons.
  • the present invention includes the following items.
  • Item 1 As a first component, it contains a polymerizable monomer having the ability of a hydrogen bond donor and capable of forming a hydrogen bond with the alignment film surface, an oligomer of the monomer, a prepolymer of the monomer, or a polymer of the monomer Liquid crystal composition.
  • a liquid crystal composition according to item 1 comprising a monomer having one or more polymerizable groups, an oligomer of the monomer, a prepolymer of the monomer, or a polymer of the monomer.
  • Item 3. The liquid crystal composition according to item 1 or 2, containing at least one compound selected from the group of compounds represented by formula (1) as a first component.
  • P is an ⁇ , ⁇ -unsaturated ester or a polymerizable group having 3 to 20 carbon atoms having one or more groups selected from cyclic ethers, in which at least one hydrogen May be replaced by halogen;
  • A is adamantane, noradamantane, diamantane, triamantane, norbornene, norbornane, phthalane, coumaran, 1,2-methylenedioxybenzene, chroman, benzene, naphthalene, cyclohexane, cyclohexene, tetrahydro
  • X 1 is —H, —OH, —COOH, —NH 2 , —NHR 1 , —SH, or one or more —NH— heterocycles having 3 to 20 carbon atoms, At least one hydrogen may be replaced by halogen, provided that when A and B are both a single bond, X 1 is a heterocycle having 3 to 20 carbon atoms containing at least one —NH—, At least one hydrogen in the heterocycle may be replaced by halogen; R 1 is alkyl having 1 to 6 carbons; Z 1 and Z 2 are independently a single bond or alkylene having 1 to 10 carbons And in
  • —COO—, —OCO—, or —OCOO—, and at least one —CH 2 —CH 2 — may be replaced with —CH ⁇ CH— or —C ⁇ C—;
  • m is 1, 2, or be a 3,;
  • n 1 is an 0, 1, 2, 3 or 4; is n 2, 1, 2 be or 3,;
  • n 2 + m is a 2 to 5 integer .
  • P is a group selected from the groups represented by formulas (P-1) to (P-4);
  • M 1 and M 2 are independently hydrogen, fluorine, methyl, or trifluoromethyl;
  • A is a divalent group derived from a ring selected from adamantane, noradamantane, diamantane, norbornane, benzene, and naphthalene, or a single bond, in which at least one hydrogen is a halogen, a carbon number of 1 to 6 Or an alkyl of 1 to 6 carbon atoms in which at least one hydrogen is replaced with a halogen, and
  • B is derived from a ring selected from adamantane, noradamantane, diamantane, norbornane, benzene, naphthalene (N 2 + m) -valent group or a single bond, in which at least one hydrogen is halogen, alkyl having 1 to 6 carbon atoms,
  • —CH 2 —CH 2 — may be replaced by —CH ⁇ CH— or —C ⁇ C—; m is 1 or 2; n is 0, 1 or 2 Q is 0, 1, 2, 3 or 4; r is 0, 1, 2 or 3; n 2 + m is an integer from 2 to 5; 2.
  • Item 5. The liquid crystal composition according to any one of items 1 to 4, wherein the first component is at least one compound selected from the group of compounds represented by formulas (1-1) to (1-3).
  • Cy is selected adamantane, benzene, naphthalene, norbornane, and biphenyl, be w 2 divalent group derived from a ring
  • M 1 is methyl or hydrogen
  • R 4 is 1 to 3 carbon atoms
  • X 2 is —OH, —COOH, —NH 2 , —NHR 1 , —SH
  • X 3 is the formula (X-1) to formula (X-3) according to item 4
  • R 1 is alkyl having 1 to 4 carbons
  • Z 3 and Z 4 are each independently a single bond or alkylene having 1 to 4 carbon atoms, in which at least one —CH 2 — is —O—, —COO—, —OCO—, or — OCOO— may be substituted
  • Z 5 is alky
  • Item 6 In Formula (1-1) to Formula (1-3) according to Item 5, X 2 is —OH, —COOH, —NH 2 ; Z 3 and Z 4 are a single bond; Z 5 Is alkylene having 1 to 2 carbon atoms, in which 1 to 2 hydrogens are replaced by —OH or —COOH, and at least one —CH 2 — is —O— or —COO. Item 6.
  • the liquid crystal composition according to any one of items 1 to 5, which may be replaced by —, —OCO—, or —OCOO—.
  • Item 7. The first component is represented by formula (1-1-1), formula (1-1-2), formula (1-1-3), formula (1-2-1), and formula (1-3-1).
  • Item 7. The liquid crystal composition according to any one of items 1 to 6, which is at least one compound selected from the group of represented compounds.
  • X 4 is —OH or —COOH
  • M 3 is hydrogen or methyl
  • R 5 is methyl or ethyl
  • y is 0, 1, 2, 3 or 4.
  • Item 8 The liquid crystal composition according to any one of items 1 to 7, comprising a compound represented by formula (1-1-1) according to item 7.
  • Item 9 The liquid crystal composition according to any one of items 1 to 8, further comprising at least one compound selected from the group of compounds represented by formula (2) as the second component.
  • R 6 and R 7 are independently an alkyl having 1 to 12 carbons, an alkoxy having 1 to 12 carbons, an alkenyl having 2 to 12 carbons, or a carbon number in which at least one hydrogen is replaced by fluorine.
  • C to E are independently 1,4-cyclohexylene, 1,4-phenylene, 1,4-phenylene in which at least one hydrogen is replaced by fluorine or chlorine, or tetrahydro Pyran-2,5-diyl;
  • D is 2,3-difluoro-1,4-phenylene, 2-chloro-3-fluoro-1,4-phenylene, 2,3-difluoro-5-methyl-1 , 4-phenylene, 3,4,5-trifluoronaphthalene-2,6-diyl, or 7,8-difluorochroman-2,6-diyl;
  • L 2 and L 3 Is independently a single bond, ethylene, methyleneoxy, or carbonyloxy; a is 1, 2, or 3; b is 0 or 1; and the sum of a and b is 3 or less It is.
  • Item 10 The liquid crystal composition according to any one of items 1 to 9, wherein the second component is at least one compound selected from the group of compounds represented by formulas (2-1) to (2-19).
  • R 6 and R 7 are independently alkyl having 1 to 12 carbons, alkoxy having 1 to 12 carbons, or alkenyl having 2 to 12 carbons.
  • Item 11 The liquid crystal composition according to any one of items 1 to 10, containing at least one compound selected from the group of compounds represented by formula (2-3) according to item 10 as the second component.
  • Item 12 The liquid crystal composition according to any one of items 1 to 10, comprising at least one compound selected from the group of compounds represented by formula (2-5) according to item 10 as the second component.
  • Item 13 The liquid crystal composition according to any one of items 1 to 10, comprising at least one compound selected from the group of compounds represented by formula (2-7) according to item 10 as the second component.
  • Item 14 The liquid crystal composition according to any one of items 1 to 10, containing at least one compound selected from the group of compounds represented by formula (2-8) according to item 10 as the second component.
  • the proportion of the second component is in the range of 10% to 100% by weight, and the components other than the first component and the first component
  • the proportion of the first component with respect to 100 parts by weight of the liquid crystal composition excluding the polymerizable compound is from 0.05 to 10 parts by weight, and the proportion of the first component and the first component Item 15.
  • the liquid crystal composition according to any one of items 1 to 14, wherein the sum of the proportions of polymerizable compounds other than is in the range of 0.05 to 10 parts by weight.
  • Item 16 The liquid crystal composition according to any one of items 1 to 15, further containing at least one compound selected from the group of compounds represented by formula (3) as a third component.
  • Item 17. The liquid crystal according to any one of items 1 to 16, comprising at least one compound selected from the group of compounds represented by formulas (3-1) to (3-13) as a third component: Composition.
  • R 8 and R 9 are independently alkyl having 1 to 12 carbons, alkoxy having 1 to 12 carbons, alkenyl having 2 to 12 carbons, or carbon number in which at least one hydrogen is replaced by fluorine. 2 to 12 alkenyl.
  • Item 18 The liquid crystal composition according to any one of items 1 to 17, containing at least one compound selected from the group of compounds represented by formula (3-1) according to item 17 as a third component.
  • Item 19 The liquid crystal composition according to any one of items 1 to 17, containing at least one compound selected from the group of compounds represented by formula (3-8) according to item 17 as a third component.
  • Item 20 Based on the weight of the liquid crystal composition excluding the first component and the polymerizable compound other than the first component, the proportion of the second component is in the range of 10 wt% to 80 wt%, and the proportion of the third component is 20 wt%. % To 90% by weight, and the ratio of the first component is 0.05 to 10 parts by weight, with the weight of the liquid crystal composition excluding the first component and the polymerizable compound other than the first component being 100 parts by weight.
  • Item 20 The liquid crystal composition according to any one of items 16 to 19, wherein the amount of the polymerizable compound is in the range of 0.05 parts by weight to 10 parts by weight.
  • Item 21 The liquid crystal composition according to any one of items 1 to 20, further comprising a polymerization initiator.
  • Item 22 The liquid crystal composition according to any one of items 1 to 21, further comprising a polymerization inhibitor.
  • Item 23 The upper limit temperature of the nematic phase is 70 ° C. or higher, the optical anisotropy (25 ° C.) at a wavelength of 589 nm is 0.08 or higher, and the dielectric anisotropy (25 ° C.) at a frequency of 1 kHz is ⁇ 2 or lower.
  • the liquid crystal composition according to any one of items 1 to 22.
  • Item 24. 24 It is composed of two substrates having an electrode layer on at least one substrate, and the polymerizable compound in the liquid crystal composition according to any one of items 1 to 23 includes a compound between the two substrates.
  • a polymer-supported alignment type liquid crystal display element characterized by disposing a liquid crystal material.
  • Item 25 The liquid crystal display device according to item 24, wherein the driving method of the liquid crystal display device is an active matrix method.
  • Item 26 Item 24.
  • the liquid crystal display device according to item 24 is disposed between two substrates, and the liquid crystal composition according to any one of items 1 to 23 is irradiated with light in a voltage applied state to polymerize a polymerizable compound. A manufacturing method of a liquid crystal display element to be manufactured.
  • Item 27 Item 24. Use of the liquid crystal composition according to any one of items 1 to 23 in a liquid crystal display device.
  • the present invention includes the following items. 1) at least one compound selected from the group of compounds represented by formula (2-1) as the second component, and at least one compound selected from the group of compounds represented by formula (2-7) A composition as described above, which is a mixture of 2) at least one compound selected from the group of compounds represented by formula (2-3) as the second component, and at least one compound selected from the group of compounds represented by formula (2-7) A composition as described above, which is a mixture of 3) at least one compound selected from the group of compounds represented by formula (2-1) as the second component, at least one compound selected from the group of compounds represented by formula (2-5), And the above composition which is a mixture of at least one compound selected from the group of compounds represented by formula (2-8).
  • the third component is at least one compound selected from the group of compounds represented by formula (3-1), and at least one compound selected from the group of compounds represented by formula (3-3) A composition as described above, which is a mixture of 5)
  • the third component is at least one compound selected from the group of compounds represented by formula (3-1), and at least one compound selected from the group of compounds represented by formula (3-5) A composition as described above, which is a mixture of
  • the present invention includes the following items. 1) The above composition further containing an optically active compound, 2) the above composition further containing an additive such as an antioxidant, an ultraviolet absorber, and an antifoaming agent, and 3) the above composition.
  • AM device 4) a device containing the above composition and having a mode of TN, ECB, OCB, IPS, FFS, VA, PSA, or a-PSA, 5) a transmission type containing the above composition Element, 6) Use of the above composition as a composition having a nematic phase, 7) Use as an optically active composition by adding an optically active compound to the above composition.
  • composition of the present invention will be described in the following order. First, the constitution of component compounds in the composition will be described. Second, the main characteristics of the component compounds and the main effects of the compounds on the composition will be explained. Third, the combination of components in the composition, the preferred ratio of the components, and the basis thereof will be described. Fourth, a preferred form of the component compound will be described. Fifth, specific examples of component compounds are shown. Sixth, additives that may be mixed into the composition will be described. Seventh, a method for synthesizing the component compounds will be described. Finally, the use of the composition will be described.
  • the composition of the component compounds in the composition will be described.
  • the composition of the present invention is classified into Composition A and Composition B.
  • the composition A may further contain other liquid crystal compounds, additives, impurities and the like in addition to the liquid crystal compound selected from the compound (1), the compound (2), and the compound (3).
  • the “other liquid crystal compound” is a liquid crystal compound different from the compound (1), the compound (2), and the compound (3). Such compounds are mixed into the composition for the purpose of further adjusting the properties.
  • a smaller amount of cyano compound is preferable from the viewpoint of stability to heat or ultraviolet light.
  • a more desirable ratio of the cyano compound is 0% by weight.
  • Additives include optically active compounds, antioxidants, ultraviolet absorbers, dyes, antifoaming agents, polymerization initiators, and the like. Impurities are compounds mixed in a process such as synthesis of component compounds. Even if this compound is liquid crystalline, it is classified here as an impurity.
  • Composition B consists essentially of compound (1), compound (2), and compound (3). “Substantially” means that the composition may contain additives and impurities, but does not contain a liquid crystal compound different from these compounds. Composition B has fewer components than composition A. From the viewpoint of reducing the cost, the composition B is preferable to the composition A. The composition A is preferable to the composition B from the viewpoint that the physical properties can be further adjusted by mixing other liquid crystal compounds.
  • the main characteristics of the component compounds and the main effects of the compounds on the characteristics of the composition will be explained.
  • the main characteristics of the component compounds are summarized in Table 2 based on the effects of the present invention.
  • L means large or high
  • M means moderate
  • S means small or low.
  • L, M, and S are classifications based on a qualitative comparison between component compounds, and 0 (zero) means that the value is close to zero.
  • Compound (2) increases the absolute value of dielectric anisotropy and decreases the minimum temperature.
  • Compound (3) decreases the viscosity or increases the maximum temperature and decreases the minimum temperature.
  • the combination of the components in the composition is first component + second component and first component + second component + third component.
  • a desirable ratio of the first component is about 0.05 parts by weight or more for aligning liquid crystal molecules based on the weight of the liquid crystal composition comprising the second component and the third component, and about 10 parts by weight or less.
  • a more desirable ratio is in the range of approximately 0.1 parts by weight to approximately 2 parts by weight.
  • a particularly desirable ratio is in the range of approximately 0.15 parts by weight to approximately 0.8 parts by weight.
  • the most preferred ratio is in the range of about 0.3 parts by weight to about 0.8 parts by weight.
  • a desirable ratio of the second component is approximately 10% by weight or more for increasing the absolute value of the dielectric anisotropy based on the weight of the liquid crystal composition including the second component and the third component, and the minimum temperature is It is about 80% by weight or less for lowering.
  • a more desirable ratio is in the range of approximately 15% by weight to approximately 70% by weight.
  • a particularly preferred ratio is in the range of approximately 20% by weight to approximately 60% by weight.
  • a desirable ratio of the third component is approximately 20% by weight or more for decreasing the viscosity or increasing the maximum temperature based on the weight of the liquid crystal composition including the second component and the third component. In order to increase the absolute value of the isotropic, it is about 90% by weight or less. A more desirable ratio is in the range of approximately 30% by weight to approximately 80% by weight. A particularly desirable ratio is in the range of approximately 50% by weight to approximately 75% by weight.
  • the liquid crystal composition of the present invention has, as a first component, a polymerizable monomer having an ability of a hydrogen bond donor and capable of forming a hydrogen bond with the alignment film surface, or an oligomer, prepolymer or polymer of the monomer. It contains.
  • hydrogen bonds are hydrogen bond donors in which hydrogen and atoms with high electronegativity such as nitrogen, oxygen, halogen, and sulfur are covalently bonded. Means an attractive interaction with another substance (hydrogen bond acceptor) having an unshared electron pair.
  • the hydrogen bond preferably has a bond energy of 5 kJ / mol or more in order to improve the adhesion to the alignment surface.
  • More preferable hydrogen bonds are those having a bond energy of 10 kJ / mol or more in order to improve the rigidity of the polymer.
  • the component may be a single compound or a mixture.
  • a monomer or a low molecular weight oligomer is preferable.
  • the first component is a monomer having (a) one or more ring structures, (b) one or more polar groups, and (c) one or more polymerizable groups in one molecule.
  • a cyclic polar group (a) and (b) are included.
  • the ring structure is a general term for a cyclic organic compound structure based on a carbon skeleton.
  • the ring structure is not particularly limited.For example, adamantane, noradamantane, diamantane, triamantane, norbornene, norbornane, decahydronaphthalene, cyclobutane, cyclopentane, cyclohexane, cycloheptane, cyclobutene, cyclopentene, cyclohexene, cycloheptene, 1, Allocyclic alicyclic ring structures such as 3-cyclohexadiene, 1,4-cyclohexadiene and 1,5-cyclooctadiene, and allocyclic aromatic ring groups such as benzene, naphthalene, pyrene and phenanthrene , Pyrrole, furan, pyridine, pyrrolidine, piperidine, piperazine, morpholine, dioxane, quinuclidine, tetrahydrofuran, aziridine, dithiane
  • the polar group is an atomic group having polarity. When this group is present in an organic compound, the compound is polar when the compound is present in the organic compound. Examples include groups containing heteroelements such as amino, carboxyl, hydroxyl, mercapto, amide, and ester.
  • the polymerizing group is a group suitable for a polymerization reaction such as free radical or ionic chain polymerization, polyaddition or polycondensation, or a polymer-analogous reaction such as addition or condensation on a polymer main chain, and is known to those skilled in the art. Is well known. For example, groups suitable for chain polymerization containing carbon-carbon double bonds or carbon-carbon triple bonds and groups suitable for ring-opening polymerization such as cyclic ethers are preferably used.
  • P in the formula (1) is an ⁇ , ⁇ -unsaturated ester or a polymerizable group having 3 to 20 carbon atoms having one or more groups selected from cyclic ethers, and in these, at least one Hydrogen may be replaced by halogen.
  • the ⁇ , ⁇ -unsaturated ester means an ester having a double bond between the ⁇ -position and ⁇ -position carbon.
  • Examples of the ⁇ , ⁇ -unsaturated ester include, but are not limited to, formula (P-1).
  • An ether having a structure in which carbon of a cyclic hydrocarbon is substituted with oxygen is referred to as a cyclic ether.
  • Examples of cyclic ethers include, but are not limited to, formulas (P-2) to (P-4).
  • Preferred P is (P-1) for increasing the reactivity or shortening the response time.
  • M 1 and M 2 are independently hydrogen, fluorine, methyl, or trifluoromethyl.
  • Preferred M 1 or M 2 is hydrogen or methyl for increasing the reactivity. More preferred M 1 is methyl, and more preferred M 2 is hydrogen.
  • X 1 in Formula (1) is a heterocycle having 3 to 20 carbon atoms containing —H, —OH, —COOH, —NH 2 , —NHR 1 , —SH, or one or more —NH—.
  • this heterocyclic ring at least one hydrogen may be replaced with a halogen.
  • the heterocyclic ring refers to a ring structure in which atoms other than carbon are contained in the atoms constituting the ring.
  • heterocyclic ring examples include piperidine, piperazine, morpholine, quinuclidine, pyrrolidine, azetidine, oxetane, azetidin-2-one, aziridine, tropane, pyrrole, furan, thiophene, imidazole, pyrazole, oxazole, isoxazole, thiazole, isothiazole.
  • X 1 is —H, —OH, —COOH, —NH 2 , —NHR 1 , —SH for improving the adhesion to the alignment film surface, from formula (X-1) to formula (X-13). It is.
  • R 1 is alkyl having 1 to 4 carbons.
  • Preferred R 1 is alkyl having 1 or 2 carbons in order to improve adhesion to the alignment film surface.
  • R 2 is halogen or alkyl having 1 to 4 carbons;
  • R 3 is halogen or alkyl having 1 to 6 carbons;
  • R When two or more of each of 2 and R 3 are present, they may be the same or different, and the positions for substitution are arbitrary and are not particularly limited.
  • Desirable R 2 is fluorine or alkyl having 1 carbon to improve the reactivity and adhesion to the alignment film surface; q is 0, 1, 2, 3 or 4; , 1, 2 or 3; t is 0, 1 or 2; Preferred R 3 is fluorine or alkyl having 1 carbon to improve the reactivity and adhesion to the alignment film surface; preferred q, r, and t are 0 or 1 for increasing the reactivity. is there.
  • X 2 in the formula (1-1) is —OH, —COOH, —NH 2 , —NHR 1 , and —SH. Desirable X 2 is —OH, —COOH, —NH 2 , or —NHR 1 for improving the long-term reliability of the panel.
  • R 1 is alkyl having 1 to 4 carbons. Preferred R 1 is alkyl having 1 or 2 carbons in order to improve adhesion to the alignment film surface.
  • X 3 in Formula (1-3) is Formula (X-1) to Formula (X-3).
  • Preferred X 3 is formula (X-1) or formula (X-3) for improving compatibility with other liquid crystal compositions.
  • Z 1 and Z 2 in formula (1) are each independently a single bond or alkylene having 1 to 10 carbon atoms, and at least one —CH 2 — is —O—, —COO—, —OCO—, or It may be replaced by —OCOO—.
  • Desirable Z 1 or Z 2 is a single bond or alkylene having 1 to 4 carbons for increasing the reactivity. Further preferred Z 1 or Z 2 is a single bond or alkylene having 1 to 2 carbon atoms.
  • Z 3 and Z 4 in formula (1-1) and formula (1-3) are each independently a single bond or alkylene having 1 to 4 carbon atoms, and in this alkylene, at least one —CH 2 — is It may be replaced by —O—, —COO—, —OCO—, or —OCOO—. Desirable Z 1 or Z 2 is a single bond, alkylene having 1 to 2 carbons or —OCH 2 CH 2 — for increasing the reactivity.
  • Z 5 in the formula (1-2) is alkylene having 1 to 4 carbon atoms, in which 1 to 2 hydrogens are substituted with —OH or —COOH, and at least one —CH 2 — May be replaced by —O—, —COO—, —OCO—, or —OCOO—.
  • Desirable Z 5 is alkylene having 1 to 3 carbons in order to improve the adsorptivity with the alignment film surface.
  • one hydrogen is substituted with —OH or —COOH, and at least One —CH 2 — may be replaced by —O—, —COO—, —OCO—, or —OCOO—.
  • a in the formula (1) is divalent adamantane, noradamantane, diamantane, triamantane, norbornene, norbornane, phthalane, coumaran, 1,2-methylenedioxybenzene, chroman, benzene, naphthalene, cyclohexane, cyclohexene, tetrahydropyran.
  • B is (n 2 + m) -valent adamantane, noradamantane, diamantane, triamantane, norbornene, norbornane, phthalane, coumaran, 1,2-methylenedioxybenzene, chroman, benzene, naphthalene, cyclohexane, cyclohexene, tetrahydropyran, A group derived from dioxane, pyrimidine, pyridine, or a single bond, in which at least one hydrogen is halogen, alkyl having 1 to 12 carbons, or from 1 carbon in which at least one hydrogen is replaced by halogen. It may be replaced with 12 alkyls.
  • a and B are preferably highly rigid formulas (Ri-1) to (Ri-7) in order to improve the pretilt angle imparting ability. Further, preferable A and B are the formulas (Ri-1) to (Ri-3) for improving compatibility with other liquid crystal compositions.
  • C and E in formula (2) are independently 1,4-cyclohexylene, 1,4-phenylene, 1,4-phenylene in which at least one hydrogen is replaced by fluorine or chlorine, or tetrahydropyran-2 , 5-diyl, and when a is 2 or 3, any two Cs may be the same or different.
  • Desirable C or E is 1,4-cyclohexylene for decreasing the viscosity, and 1,4-phenylene for increasing the optical anisotropy.
  • Tetrahydropyran-2,5-diyl is
  • D in the formula (2) is 2,3-difluoro-1,4-phenylene, 2-chloro-3-fluoro-1,4-phenylene, 2,3-difluoro-5-methyl-1,4-phenylene, 3,4,5-trifluoronaphthalene-2,6-diyl or 7,8-difluorochroman-2,6-diyl.
  • Preferred D is 2,3-difluoro-1,4-phenylene for decreasing the viscosity, and 2-chloro-3-fluoro-1,4-phenylene for decreasing the optical anisotropy. 7,8-Difluorochroman-2,6-diyl for increasing the absolute value of sex.
  • F, G, and I in formula (3) are independently 1,4-cyclohexylene, 1,4-phenylene, 2-fluoro-1,4-phenylene, or 3-fluoro-1,4-phenylene. And when c is 2, the two Fs may be the same or different. Desirable F, G, or I is 1,4-cyclohexylene for decreasing the viscosity or increasing the maximum temperature, and 1,4-phenylene for decreasing the minimum temperature.
  • M in the formula (1) is 1, 2, or 3. Desirable m is 1 or 2 for increasing the voltage holding ratio.
  • N 1 in the formula (1) is 0, 1, 2, 3, or 4, and n 2 is 1, 2, or 3. Desirable n 1 is 0 or 1 for increasing the reactivity. Desirable n 2 is 1 or 2 for increasing the compatibility.
  • L 1 in the formula (1) is a single bond or alkylene having 1 to 10 carbon atoms, and in this alkylene, at least one —CH 2 — is —O—, —COO—, —OCO—, or —OCOO. —, And at least one —CH 2 —CH 2 — may be replaced with —CH ⁇ CH— or —C ⁇ C—.
  • Desirable L 1 is a single bond or alkylene having 1 to 4 carbons for increasing the reactivity, and in this alkylene, at least one —CH 2 — may be replaced by —O—. Further preferred L 1 is a single bond.
  • L 2 , L 3 , L 4 , and L 5 in formula (2) and formula (3) are independently a single bond, ethylene, methyleneoxy, or carbonyloxy, and when a is 2 or 3, Any two L 2 may be the same or different, and when c is 2, the two L 4 may be the same or different. Desirable L 2 , L 3 , L 4 or L 5 is a single bond for decreasing the viscosity, ethylene for decreasing the minimum temperature, and methyleneoxy for increasing the absolute value of the dielectric anisotropy. is there.
  • R 4 in the formula (1-1) and the formula (1-2) is alkyl having 1 to 3 carbon atoms. Desirable R 4 is alkyl having 1 or 2 carbons for improving the reactivity.
  • R 5 in Formula (1-3-1) is alkyl having 1 to 3 carbons. Desirable R 5 is alkyl having 1 or 2 carbons in order to improve adhesion to the alignment film surface.
  • R 6 and R 7 are independently alkyl having 1 to 12 carbons, alkoxy having 1 to 12 carbons, alkenyl having 2 to 12 carbons, or 2 to 12 carbons in which at least one hydrogen is replaced by fluorine.
  • Desirable R 6 or R 7 is alkyl having 1 to 12 carbons for increasing the stability to ultraviolet light or heat, and 1 to 12 carbons for decreasing the viscosity or increasing the absolute value of the dielectric anisotropy. 12 alkoxy.
  • R 8 and R 9 are independently alkyl having 1 to 12 carbons, alkoxy having 1 to 12 carbons, alkenyl having 2 to 12 carbons, or 2 to 12 carbons in which at least one hydrogen is replaced by fluorine.
  • alkenyl Desirable R 8 or R 9 is alkenyl having 2 to 12 carbons for decreasing the viscosity, and alkyl having 1 to 12 carbons for increasing the stability to ultraviolet light or the stability to heat. is there.
  • Preferred alkyl is methyl, ethyl, propyl, butyl, pentyl, hexyl, heptyl or octyl. More desirable alkyl is ethyl, propyl, butyl, pentyl, or heptyl for decreasing the viscosity.
  • Preferred alkoxy is methoxy, ethoxy, propoxy, butoxy, pentyloxy, hexyloxy, or heptyloxy. More desirable alkoxy is methoxy or ethoxy for decreasing the viscosity.
  • Preferred alkenyl is vinyl, 1-propenyl, 2-propenyl, 1-butenyl, 2-butenyl, 3-butenyl, 1-pentenyl, 2-pentenyl, 3-pentenyl, 4-pentenyl, 1-hexenyl, 2-hexenyl, 3-hexenyl, 4-hexenyl, or 5-hexenyl. More desirable alkenyl is vinyl, 1-propenyl, 3-butenyl, or 3-pentenyl for decreasing the viscosity.
  • the preferred configuration of —CH ⁇ CH— in these alkenyls depends on the position of the double bond.
  • Trans is preferable in alkenyl such as 1-propenyl, 1-butenyl, 1-pentenyl, 1-hexenyl, 3-pentenyl and 3-hexenyl for decreasing the viscosity.
  • Cis is preferred for alkenyl such as 2-butenyl, 2-pentenyl, and 2-hexenyl.
  • linear alkenyl is preferable to branched.
  • alkenyl in which at least one hydrogen is replaced by fluorine are 2,2-difluorovinyl, 3,3-difluoro-2-propenyl, 4,4-difluoro-3-butenyl, 5,5-difluoro-4 -Pentenyl, and 6,6-difluoro-5-hexenyl. Further preferred examples are 2,2-difluorovinyl and 4,4-difluoro-3-butenyl for decreasing the viscosity.
  • Alkyl does not include cyclic alkyl.
  • Alkoxy does not include cyclic alkoxy.
  • Alkenyl does not include cyclic alkenyl.
  • trans is preferable to cis for increasing the maximum temperature.
  • a in Formula (2) is 1, 2, or 3.
  • Preferred a is 1 for decreasing the viscosity, and 2 or 3 for increasing the maximum temperature.
  • B in the formula (2) is 0 or 1.
  • Preferred b is 0 for decreasing the viscosity, and 1 for decreasing the minimum temperature.
  • C in the formula (3) is 0, 1, or 2.
  • Desirable c is 0 for decreasing the viscosity, and is 1 or 2 for increasing the maximum temperature.
  • Cy in the formula (1-1) and formula (1-2) is w 2 divalent adamantane, benzene, naphthalene, norbornane or biphenyl group derived from,.
  • Preferred Cy is the formula (Ri-1) for improving the pretilt imparting property or for improving compatibility with other liquid crystal compositions.
  • U in Formula (1-1) is 1 or 2.
  • Preferred u is 1 for increasing the voltage holding ratio.
  • v is 0, 1 or 2.
  • Preferred v is 0 or 1 for increasing the reactivity.
  • Y in the formula (1-3-1) is 0, 1, 2, 3 or 4.
  • Preferred y is 0 or 1 for increasing the reactivity.
  • M 3 is hydrogen or methyl.
  • X 4 is —OH, —COOH or —NH 2 .
  • Z 5 is a single bond, alkylene having 1 to 2 carbons, or —OCH 2 CH 2 —.
  • Z 7 is alkylene having 1 to 3 carbon atoms.
  • Z 8 is alkylene having 1 to 3 carbon atoms, and in this alkylene, one hydrogen may be substituted with —OH or —COOH.
  • R 6 and R 9 are independently linear alkyl having 1 to 12 carbons, linear alkoxy having 1 to 12 carbons, or linear alkenyl having 2 to 12 carbons.
  • R 7 is linear alkyl having 1 to 12 carbons or linear alkoxy having 1 to 12 carbons.
  • R 8 is linear alkyl having 1 to 12 carbons or linear alkenyl having 1 to 12 carbons.
  • R 10 is fluorine or alkyl having 1 carbon. d is 0, 1, 2, 3 or 4.
  • Desirable compounds (1) are from the compound (1-1-1) to the compound (1-3-1). More desirable compound (1) is the compound (1-1-1). Desirable compounds (2) are from the compound (2-1-1) to the compound (2-19-1). More desirable compounds (2) are the compound (2-1-1) to the compound (2-10-1) and the compound (2-12-1) to the compound (2-15-1). Particularly preferred compounds (2) are the compound (2-1-1) to the compound (2-8-1), the compound (2-13-1), and the compound (2-15-1). Desirable compounds (3) are from the compound (3-1-1) to the compound (3-13-1). More desirable compounds (3) are the compound (3-1-1) to the compound (3-8-1), the compound (3-10-1), and the compound (3-13-1). Particularly preferred compounds (3) are the compound (3-1-1), the compound (3-3-1), the compound (3-5-1), the compound (3-7-1), and the compound (3-8). -1).
  • additives that may be mixed with the composition will be described.
  • Such additives include polymerizable compounds other than compound (1), polymerization initiators, polymerization inhibitors, optically active compounds, antioxidants, ultraviolet absorbers, light stabilizers, heat stabilizers, antifoaming agents, Pigments and the like.
  • composition of the present invention contains a polymerizable compound, it is suitable for a polymer-supported oriented element.
  • the composition may further contain a polymerizable compound (that is, other polymerizable compound) different from the compound (1).
  • a polymerizable compound that is, other polymerizable compound
  • Preferred examples of other polymerizable compounds are acrylates, methacrylates, vinyl compounds, vinyloxy compounds, propenyl ethers, epoxy compounds (oxiranes, oxetanes), and vinyl ketones. Further preferred examples are acrylate or methacrylate derivatives.
  • polymerizable compounds that may be further contained other than the compound (1) are the compound (4-1) to the compound (4-9).
  • R 11 , R 12 , R 13 , and R 14 are independently acryloyl or methacryloyl, R 15 and R 16 are independently hydrogen, Halogen, or alkyl having 1 to 10 carbons; Z 9 and Z 10 are independently a single bond or alkylene having 1 to 12 carbons, in which at least one —CH 2 — is —O And at least one —CH 2 —CH 2 — may be replaced with —CH ⁇ CH—, and at least one of Z 9 and Z 10 is a single bond or —O—.
  • Z 11 and Z 12 are independently a single bond or alkylene having 1 to 12 carbon atoms, in the alkylene, at least one of -CH 2 - I, j, and k are independently 0, 1, or 2, and in the compound (4-1), the sum of i and j is 1 or more. In the compound (4-4), the sum of i, j and k is 1 or more.
  • a desirable ratio of the polymerizable compound is about 0.03 parts by weight or more for obtaining the effect when the total weight of the liquid crystal composition is 100 parts by weight, and about 10 parts by weight or less for preventing display defects. It is. A more desirable ratio is in the range of approximately 0.1 parts by weight to approximately 2 parts by weight.
  • the compound (1) has high solubility in the liquid crystal composition and high reactivity.
  • the preferred proportion of compound (1) is 10 parts by weight or more.
  • a more desirable ratio is 50 parts by weight or more.
  • a particularly desirable ratio is 80 parts by weight or more.
  • a particularly desirable ratio is 100 parts by weight.
  • the polymerizable compound is preferably polymerized by UV irradiation or the like in the presence of a suitable initiator such as a photopolymerization initiator.
  • a suitable initiator such as a photopolymerization initiator.
  • Appropriate conditions for polymerization, the appropriate type of initiator, and the appropriate amount are known to those skilled in the art and are described in the literature.
  • Irgacure 651 (trade name; BASF), Irgacure 184 (trade name; BASF), or Darocur 1173 (trade name; BASF)
  • BASF acrylate terpolymerization initiator
  • a preferred proportion of the photopolymerization initiator is in the range of about 0.1% to about 5% by weight of the polymerizable compound, and more preferably in the range of about 1% to about 3% by weight.
  • polymerization inhibitor examples include hydroquinone derivatives such as hydroquinone and methylhydroquinone, 4-tert-butylcatechol, 4-methoxyphenol, phenothiazine and the like.
  • An optically active compound has an effect of preventing reverse twisting by inducing a helical structure in liquid crystal molecules to give a necessary twist angle.
  • the helical pitch can be adjusted by adding an optically active compound.
  • Two or more optically active compounds may be added for the purpose of adjusting the temperature dependence of the helical pitch.
  • Preferable examples of the optically active compound include the following compound (Op-1) to compound (Op-18).
  • J is 1,4-cyclohexylene or 1,4-phenylene
  • R 24 is alkyl having 1 to 10 carbons.
  • a desirable ratio of the optically active compound is approximately 5% by weight or less. A more desirable ratio is in the range of approximately 0.01% by weight to approximately 2% by weight.
  • Antioxidants are effective for maintaining a large voltage holding ratio.
  • Preferred examples of the antioxidant include the following compound (AO-1) and compound (AO-2); IRGANOX 415, IRGANOX 565, IRGANOX 1010, IRGANOX 1035, IRGANOX 3114, and IRGANOX 1098 (trade name; BASF) be able to.
  • AO-1 when R 25 is —CH 3 , the volatility is large, which is effective in preventing a decrease in specific resistance due to heating in the atmosphere.
  • R 25 is —C 7 H 15
  • the volatility is small, so that it is effective to maintain a large voltage holding ratio not only at room temperature but also at a temperature close to the upper limit temperature of the nematic phase after using the device for a long time It is.
  • a desirable ratio of the antioxidant is approximately 50 ppm or more for achieving its effect, and is approximately 600 ppm or less for avoiding a decrease in the maximum temperature or avoiding an increase in the minimum temperature.
  • a more desirable ratio is in the range of approximately 100 ppm to approximately 300 ppm.
  • UV absorber is effective to prevent lowering of the maximum temperature.
  • Preferred examples of the ultraviolet absorber include benzophenone derivatives, benzoate derivatives, triazole derivatives and the like. Specific examples include the following compound (AO-3) and compound (AO-4): TINUVIN 329, TINUVIN P, TINUVIN 326, TINUVIN 234, TINUVIN 213, TINUVIN 400, TINUVIN 328, and TINUVIN 328, and TINUVIN 99-2 (trade name; BASF And 1,4-diazabicyclo [2.2.2] octane (DABCO). Light stabilizers such as sterically hindered amines are preferred in order to maintain a large voltage holding ratio.
  • Preferred examples of the light stabilizer include the following compound (AO-5) and compound (AO-6); TINUVIN 144, TINUVIN 765, and TINUVIN 770DF (trade name; BASF).
  • a desirable ratio in these absorbents and stabilizers is approximately 50 ppm or more for obtaining the effect thereof, and approximately 10,000 ppm or less for avoiding a decrease in the maximum temperature or avoiding an increase in the minimum temperature.
  • a more desirable ratio is in the range of approximately 100 ppm to approximately 10,000 ppm.
  • a heat stabilizer is also effective for maintaining a large voltage holding ratio, and a preferred example is IRGAFOS 168 (trade name; BASF).
  • Antifoaming agents are effective for preventing foaming.
  • Preferred examples of the antifoaming agent include dimethyl silicone oil and methylphenyl silicone oil.
  • a desirable ratio of the antifoaming agent is approximately 1 ppm or more for obtaining the effect thereof, and approximately 1000 ppm or less for preventing a poor display. A more desirable ratio is in the range of approximately 1 ppm to approximately 500 ppm.
  • R 25 represents alkyl having 1 to 20 carbons, alkoxy having 1 to 20 carbons, —COOR 26 , or —CH 2 CH 2 COOR 26 ; R 26 represents 1 to 20 carbons; Of alkyl.
  • R 27 is alkyl having 1 to 20 carbons.
  • K and L are each independently 1,4-cyclohexylene or 1,4-phenylene; d is 0, 1, or 2; R 28 is hydrogen, methyl or is O ⁇ (oxygen radicals).
  • a dichroic dye such as an azo dye or an anthraquinone dye is mixed with the composition so as to be adapted to a GH (guest host) mode element.
  • a preferred ratio of the dye is in the range of approximately 0.01% by weight to approximately 10% by weight.
  • the commercially available compound (1-1-1) is “Diapurest HADA, HADM, manufactured by Mitsubishi Gas Chemical Co., Ltd.”, and the commercially available compound (1-1-2) is “Aronix M-, manufactured by Toagosei Co., Ltd.” 5400 ”,“ Mc-HN manufactured by Kawasaki Kasei Kogyo Co., Ltd. ”as a commercially available product of Compound (1-1-3), and“ Aronix M- ”manufactured by Toagosei Co., Ltd.
  • the compound (5) does not have a polar group having the ability of a hydrogen bond donor, which is a feature of the present invention, high polymerization reactivity and good pretilt imparting ability cannot be expected.
  • the following compounds (5-1) and (5-4) are commercially available from Tokyo Chemical Industry Co., Ltd., Compound (5-2) is from Aldrich, and Compound (5-3) is from Kyoeisha Chemical Co., Ltd. It was used.
  • compositions have a minimum temperature of about ⁇ 10 ° C. or lower, a maximum temperature of about 70 ° C. or higher, and an optical anisotropy in the range of about 0.07 to about 0.20.
  • a device containing this composition has a large voltage holding ratio.
  • This composition is suitable for an AM device.
  • This composition is particularly suitable for a transmissive AM device.
  • a composition having an optical anisotropy in the range of about 0.08 to about 0.25 may be prepared by controlling the ratio of the component compounds or by mixing other liquid crystal compounds.
  • This composition can be used as a composition having a nematic phase, or can be used as an optically active composition by adding an optically active compound.
  • This composition can be used for an AM device. Further, it can be used for PM elements.
  • This composition can be used for AM devices and PM devices having modes such as PC, TN, STN, ECB, OCB, IPS, VA, PSA, and a-PSA.
  • Use for an AM device having a polymer-supported orientation mode such as a-PSA mode and PSA mode is particularly preferable.
  • These elements may be reflective, transmissive, or transflective. Use in a transmissive element is preferred. It can also be used for an amorphous silicon-TFT device or a polycrystalline silicon-TFT device.
  • NCAP non-curvilinear-aligned-phase
  • PD polymer-dispersed
  • An example of a method for manufacturing a liquid crystal display element is as follows. An element having two substrates called an array substrate and a color filter substrate is prepared. At least one of the substrates has an electrode layer. On the other hand, a liquid crystal compound is prepared by mixing a liquid crystal compound. Compound (1) is added to this composition. You may add an additive as needed. This liquid crystal composition (or liquid crystal material) is injected into the device. The device is irradiated with light with a voltage applied. In the case of compound (1), ultraviolet rays are preferred. Compound (1) is polymerized by light irradiation. By this polymerization, a liquid crystal composition containing a polymer is generated. The polymer-supported alignment type liquid crystal display element is manufactured by such a procedure.
  • the present invention includes a mixture of LC-A and LC-B compositions.
  • the invention also includes a mixture of at least two of the example compositions.
  • the synthesized compound was identified by proton nuclear magnetic resonance spectroscopy ( 1 H-NMR) and the like.
  • the melting point of the compound was determined by differential scanning calorimetry (DSC). First, the analysis method will be described.
  • HPLC analysis Prominence (LC-20AD; SPD-20A) manufactured by Shimadzu Corporation was used for measurement.
  • YMC-Pack ODS-A length 150 mm, inner diameter 4.6 mm, particle diameter 5 ⁇ m
  • the eluent was acetonitrile / water (volume ratio: 80/20), and the flow rate was adjusted to 1 mL / min.
  • a detector a UV detector, an RI detector, a CORONA detector, or the like was appropriately used. When a UV detector was used, the detection wavelength was 254 nm.
  • the sample was dissolved in acetonitrile, and 1 ⁇ L of this solution (0.1 wt%) was introduced into the sample chamber.
  • a recorder a C-R7Aplus manufactured by Shimadzu Corporation was used. The obtained chromatogram showed the retention time and the peak area corresponding to the component compounds.
  • the peak area ratio in the chromatogram obtained from HPLC is related to the ratio of the component compounds.
  • the weight percentages and parts by weight of a component compound are not the same as the area percentage of the component compound.
  • the weight% and the weight part of the component compound may be calculated from the peak area%. This is because in the present invention, there is no significant difference between the correction coefficients of the component compounds.
  • GC-14B gas chromatograph manufactured by Shimadzu Corporation was used for measurement.
  • the carrier gas is helium (2 mL / min).
  • the sample vaporization chamber was set at 280 ° C, and the detector (FID) was set at 300 ° C.
  • capillary column DB-1 (length 30 m, inner diameter 0.32 mm, film thickness 0.25 ⁇ m; stationary liquid phase is dimethylpolysiloxane; nonpolar) manufactured by Agilent Technologies Inc. was used.
  • the column was held at 200 ° C. for 2 minutes and then heated to 280 ° C. at a rate of 5 ° C./min.
  • the sample was dissolved in acetone, and 1 ⁇ L of this solution (0.1 wt%) was injected into the sample vaporization chamber.
  • the recorder is a C-R5A Chromatopac manufactured by Shimadzu Corporation, or an equivalent product.
  • the obtained gas chromatogram showed the peak retention time and peak area corresponding to the component compounds.
  • capillary column As a solvent for diluting the sample, chloroform, hexane or the like may be used.
  • the following capillary column may be used.
  • HP-1 from Agilent Technologies Inc. (length 30 m, inner diameter 0.32 mm, film thickness 0.25 ⁇ m), Rtx-1 from Restek Corporation (length 30 m, inner diameter 0.32 mm, film thickness 0.25 ⁇ m), BP-1 (length 30 m, inner diameter 0.32 mm, film thickness 0.25 ⁇ m) manufactured by SGE International Pty.
  • a capillary column CBP1-M50-025 length 50 m, inner diameter 0.25 mm, film thickness 0.25 ⁇ m
  • Shimadzu Corporation may be used.
  • the ratio of the liquid crystal compound contained in the composition is calculated by the following method. Liquid crystalline compounds can be detected by gas chromatography. The area ratio of peaks in the gas chromatogram corresponds to the ratio (molar ratio) of the liquid crystal compound. When the capillary column described above is used, the correction coefficient of each liquid crystal compound may be regarded as 1. Therefore, the ratio (weight percentage) of the liquid crystal compound can be calculated from the peak area ratio by correcting with the molar ratio.
  • UV-Vis spectroscopic analysis PharmaSpec UV-1700 manufactured by Shimadzu Corporation was used for measurement. The detection wavelength was 190 nm to 700 nm. The sample was dissolved in acetonitrile to prepare a 0.01 mmol / L solution, which was measured by placing it in a quartz cell (optical path length 1 cm).
  • DSC measurement For measurement, a scanning calorimeter DSC-7 system or a Diamond IV DSC system manufactured by PerkinElmer was used. The sample was heated at a rate of 3 ° C./min. The starting point of the endothermic peak or exothermic peak accompanying the phase change of the sample was obtained by extrapolation to determine the melting point.
  • Compatibility of polymerizable compound and other liquid crystal composition The state of the liquid crystal phase was visually observed after the polymerizable liquid crystal composition was left in a constant temperature bath at a predetermined temperature for 7 days.
  • Measurement sample When measuring properties such as the maximum temperature, viscosity and optical anisotropy of the composition, the composition was used as it was as a sample.
  • the smectic phase (or crystal) is precipitated at 25 ° C.
  • the ratio of the compound and the mother liquid crystal is 10% by weight: 90% by weight, 5% by weight: 95% by weight, 1% by weight: 99% by weight in this order. changed.
  • the maximum temperature, viscosity, optical anisotropy, and dielectric anisotropy values for the compound were determined.
  • Characteristics were measured according to the following method. Some of them are the methods described in the JEITA standard (JEITA ED-2521B) established by the Japan Electronics and Information Technology Industries Association (JEITA ED-2521B), or a modified method thereof. It is.
  • nematic phase (NI; ° C.): A sample was placed on a hot plate of a melting point measuring apparatus equipped with a polarizing microscope and heated at a rate of 1 ° C./min. The temperature was measured when a part of the sample changed from a nematic phase to an isotropic liquid.
  • the upper limit temperature of the nematic phase may be abbreviated as “upper limit temperature”.
  • the dielectric constants ( ⁇ and ⁇ ) were measured as follows. 1) Measurement of dielectric constant ( ⁇ ): An ethanol (20 mL) solution of octadecyltriethoxysilane (0.16 mL) was applied to a well-cleaned glass substrate. The glass substrate was rotated with a spinner and then heated at 150 ° C. for 1 hour. A sample was put in a VA element in which the distance between two glass substrates (cell gap) was 4 ⁇ m, and the element was sealed with an adhesive that was cured with ultraviolet rays.
  • Sine waves (0.5 V, 1 kHz) were applied to the device, and after 2 seconds, the dielectric constant ( ⁇ ) in the major axis direction of the liquid crystal molecules was measured.
  • 2) Measurement of dielectric constant ( ⁇ ) A polyimide solution was applied to a well-cleaned glass substrate. After baking this glass substrate, the obtained alignment film was rubbed. A sample was put in a TN device in which the distance between two glass substrates (cell gap) was 9 ⁇ m and the twist angle was 80 degrees. Sine waves (0.5 V, 1 kHz) were applied to the device, and after 2 seconds, the dielectric constant ( ⁇ ) in the minor axis direction of the liquid crystal molecules was measured.
  • Residual monomer concentration (ReM; parts by weight): A sample was prepared by adding 0.3 parts by weight of a polymerizable compound and dissolving with respect to 100 parts by weight of a liquid crystal composition. The sample was injected into a cell with ITO coated with a polyimide alignment film that induces vertical alignment with a cell gap of 3.5 ⁇ m. The cell was irradiated with 80 mW / cm 2 of ultraviolet light for 375 seconds while applying a voltage of 15V. For ultraviolet irradiation, an eye ultraviolet curing device manufactured by Eye Graphics Co., Ltd. was used. Thereafter, the residual monomer concentration was measured by HPLC.
  • Pretilt angle (Pt; °) A sample was prepared by adding and dissolving 0.3 parts by weight of a polymerizable compound with respect to 100 parts by weight of a liquid crystal composition. The sample was injected into a cell with ITO coated with a polyimide alignment film that induces vertical alignment with a cell gap of 3.5 ⁇ m. After measuring the pretilt angle (crystal rotation method) of this cell, ultraviolet rays of 80 mW / cm 2 were irradiated for 375 seconds while applying a voltage of 15V. For ultraviolet irradiation, an eye ultraviolet curing device manufactured by Eye Graphics Co., Ltd. was used. Thereafter, the pretilt angle of this cell was measured.
  • a large value that is, a large deviation from 0 °
  • a large pretilt angle means a large pretilt angle.
  • the compounds in Comparative Examples and Examples were represented by symbols based on the definitions in Table 3 below.
  • Table 3 the configuration regarding 1,4-cyclohexylene is trans.
  • the number in parentheses after the symbol corresponds to the compound number.
  • the symbol ( ⁇ ) means other liquid crystal compounds.
  • the ratio (percentage) of the liquid crystal compound is a weight percentage (% by weight) based on the weight of the liquid crystal composition composed of the second component and the third component excluding the first component.
  • the ratio (parts) of the polymerizable compound is the number of parts (parts by weight) based on the total weight of the liquid crystal composition composed of the second component and the third component excluding the first component.
  • the liquid crystal composition contains impurities.
  • LC-A which is a liquid crystal composition not containing the first component of the present invention, was prepared.
  • the components and properties of this composition are as follows.
  • a predetermined amount of the polymerizable compounds (1-1-1-1), (1-1-1-2), and (4-2-1) were added to 100 parts of the liquid crystal composition LC-A, respectively, and 120 ° C. For 5 minutes to obtain polymerizable liquid crystal compositions PLC-A-1-1 to PLC-A-3-4.
  • the polymerizable liquid crystal composition containing the known polymerizable compound for PSA (4-2-1) As proved from Table 4, from the polymerizable liquid crystal composition containing the known polymerizable compound for PSA (4-2-1), the polymerizable compounds (1-1-1-1) and (1 It can be seen that the polymerizable liquid crystal composition containing -1-1-2) has good compatibility. That is, since the polymerizable liquid crystal composition of the present invention can use a high-concentration polymerizable compound, it is possible to obtain better pretilt impartability than a composition using a known polymerizable compound. is there.
  • the pretilt angle (Pt) before ultraviolet irradiation of the polymerizable liquid crystal composition PLC-A-1-5 is 0.2 °, whereas the pretilt angle (Pt) after ultraviolet irradiation is 1.3 °. Therefore, it was found that the film has a good pretilt imparting characteristic.
  • Example 10 to 22 In the same manner as in Example 9, the residual monomer concentrations (ReM) and pretilt angles (Pt) before and after ultraviolet light exposure in Examples 10 to 22 and Comparative Examples 6 to 12 were measured.
  • Comparative Examples 6 to 12 The residual monomer concentration (ReM) and the pretilt angle (Pt) before and after the ultraviolet light exposure of Comparative Examples 6 to 12 were measured.
  • Compounds (4-1-1) and (4-2-1) used in Comparative Examples 6 and 7 are known polymerizable compounds for PSA.
  • the compounds (5-1) to (5-4) used in Comparative Examples 8 to 12 have one polymerizable group, but a polar group having the ability of a hydrogen bond donor which is a feature of the present invention.
  • the polymerizable compounds of the present invention (1-1-1-1), (1-1-1-2), (1-1-2-1), (1-1-3-1) ), (1-2-1-1), and (1-3-1-1) are polymerizable liquid crystals using known PSA polymerizable compounds (4-1-1) and (4-2).
  • the polymerization reactivity by ultraviolet exposure is high, and a high pretilt angle can be obtained.
  • polymerizable compounds (1-1-1-1), (1-1-1-2), (1-1-2-1), (1-1-3-1), (1 -1-1-1) and polymerizable liquid crystal using (1-3-1-1) used polymerizable compounds (5-1) to (5-4) having no polar group It was found that the polymerization reactivity and pretilt imparting properties were superior to the polymerizable liquid crystal.
  • LC-B to LC-M which are liquid crystal compositions not containing the first component of the present invention, were prepared.
  • the components and properties of this composition are as follows.
  • Example 23 to 34 In the same manner as in Example 9, using the liquid crystal compositions LC-B to LC-M prepared above and polymerizable compounds (1-1-1-2) and (4-1-1), Example 23 to 34, the residual monomer concentration (ReM) of Comparative Example 13 and the pretilt angle (Pt) before and after the ultraviolet light exposure were measured. The results are shown in Table 6.
  • the liquid crystal composition of the present invention contains a polymerizable compound and has characteristics such as high maximum temperature, low minimum temperature, small viscosity, appropriate optical anisotropy, negatively large dielectric anisotropy, and large specific resistance. Satisfy at least one characteristic, or have an appropriate balance with respect to at least two characteristics. Liquid crystal display elements containing this composition can be widely used in liquid crystal projectors, liquid crystal televisions and the like.

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Abstract

 焼きつき特性や表示ムラ特性に優れた重合性化合物を含有した液晶組成物、およびこのような組成物を含有する液晶表示素子、光学素子を提供することである。 重合性化合物を含有し、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;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素子を提供する。 第一成分として、水素結合供与体の能力を有し、配向膜表面と水素結合を形成することができる重合可能なモノマーまたは当該モノマーのオリゴマー、プレポリマー若しくはポリマーを含有する液晶組成物。

Description

液晶組成物および液晶表示素子
 本発明は、例えば光または熱により重合する重合性化合物を含有する液晶組成物に関する。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重合性化合物を重合させ、生成した重合体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、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を使用した素子に関する。
 液晶表示素子において、液晶分子の配向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 JPOXMLDOC01-appb-I000011
 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。
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
Macromolecules 2004, 37, 3165-3179. 液晶便覧(丸善)2000, 351-356. 液晶便覧(丸善)2000, 411-415.
 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、液晶-配向膜界面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、剛直なネットワークポリマー構造の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。
 近年のディスプレイの性能向上により、PSAモードの液晶組成物には更なる画面の耐焼き付き特性の向上が求められている。この焼き付きは、「液晶分子のプレチルト角の変化」、および「残留した重合性化合物」に起因することが知られている。「液晶分子のプレチルトの変化」は長時間の使用によりネットワークポリマー構造が変化することによって起こる。この変化を抑えるためには、剛直な構造のネットワークポリマーを形成することが重要である。「残留した重合性化合物」を抑えるためには、重合反応性の良好な重合性化合物の使用が効果的である。
 PSAモードにて、一般に用いられる重合性化合物は棒状のコア構造と2個の重合性官能基からなる分子構造である。分子構造が棒状である重合性化合物は、一般に、液晶分子を配向させる能力が高いと考えられるが、その反面、液晶組成物への溶解性が悪く、多くの量の重合性化合物を添加することができない。一方、特許文献6では、溶解性を向上させるために分子構造を非対称とした重合性化合物が開示されている。この化合物は既知の重合性化合物に比べて、溶解性の面では改善されている。しかし、この化合物は、分子の剛直性が低下しているため、プレチルト角をコントロールする能力が低下してしまっている。プレチルト角をコントロールする能力が低いと、表示ムラなどの表示不良の原因となる。
 これまで、従来の重合体を含有する液晶組成物を使用した液晶表示素子では、焼きつき特性や表示ムラの発生低減を充足することは困難であった。
 本発明者は、上記の問題を解決すべく鋭意研究した結果、新配向モードとしてa-PSA(adhered-polymer sustained alignment)モードを提唱し、該配向モード用の液晶組成物を発明するに至った。従来のPSAモードでは一般的に棒状のコア構造と2個の重合性官能基からなる分子構造の重合性化合物を使用するのに対し、a-PSAモードではコア構造と重合性基および極性基からなる分子構造の重合性化合物を使用する。該重合性化合物を用いた配向手法が、高い重合反応性、良好なプレチルト角付与特性を有し、尚且つ、液晶組成物への相溶性が良好であることを見出し、該配向方法をa-PSAモードと命名した。
 a-PSAモードの反応メカニズムは、以下のように推測される。重合性液晶組成物がセルに注入されると、該液晶組成物中の重合性化合物の極性基と配向膜表面のイミド基が水素結合を形成する。a-PSAモード用重合性化合物の極性基は水素結合供与基であるため、配向膜表面に強い水素結合によって吸着する。該重合性化合物が配向膜表面に強力に吸着されることにより、重合性化合物の反応点同士が近くなることで、重合反応速度が加速する。一方、従来のPSAモード用重合性化合物は水素結合供与基を有しないため、強い水素結合は望めない。なお、(メタ)アクリレート化合物の重合反応速度が水素結合供与基の存在によって加速する現象については、非特許文献1に開示されている。
 a-PSAモードが従来のPSAモードに比べて良好なプレチルト付与性を与える原因は、以下のように推定している。従来のPSAモードでは、重合性化合物由来の剛直なネットワークポリマーが液晶分子の傾斜を制御することで良好なプレチルトを発現する。一方、a-PSAモードでは重合性化合物由来の極性基を有するポリマー分子鎖が配向膜表面のイミド基と強い水素結合を形成する。該水素結合がポリマー分子鎖の剛直性を向上させることで、a-PSAモードは従来PSAモードに比べてプレチルト付与能が高くなるのである。上述のような、水素結合などの非共有結合性相互作用を利用して分子の複合化、高機能化を試みた高分子は超分子ポリマーと呼ばれ、近年、大きな注目を集め、数多くの機関で研究されている材料である(非特許文献2および3)。a-PSAモードは、超分子ポリマーをプレチルト形成に活用する新規な配向手法である。
 a-PSA(adhered-polymer sustained alignment)モード命名の所以は、配向膜表面にポリマー分子の極性基が水素結合によって密着することに特徴を有するためである。
 従来のPSAモードにて一般的に使用する重合性化合物は、対称的な分子構造を有するために液晶組成物への溶解性が低い。一方、本発明のa-PSAモードにて使用する重合性化合物は分子構造が非対称であるため、液晶組成物への溶解性は高い。先行技術の重合性化合物では、分子構造を非対称にするとポリマー分子の剛直性が失われるため、プレチルトをコントロールする能力が低下してしまうことを前述した(特許文献6)。a-PSAモードにて使用する重合性化合物では、極性基と配向膜が強い水素結合を形成することでポリマー分子に剛直性を付与するため、プレチルトコントロール能力を損なうことなく、液晶組成物への溶解性を向上させることができる。
 本発明の1つの目的は、上記のa-PSAモードのコンセプトを利用した焼きつき特性や表示ムラ特性を充足する液晶組成物である。他の目的はこの液晶組成物、およびこのような組成物を含有する液晶表示素子、光学素子を提供することである。
 この手段は、第一成分として、水素結合供与体の能力を有し、配向膜表面と水素結合を形成することができる重合可能なモノマー、または当該モノマーのオリゴマー、プレポリマー、若しくはポリマーを含有する液晶組成物である。
 本発明の長所は、重合性化合物の液晶組成物に対する高い溶解性である。本発明の他の長所は、高い重合反応性、良好なプレチルト角付与特性、良好なプレチルト角安定性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。本発明の1つの側面は、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。別の側面は、このような組成物を含有する液晶表示素子である。他の側面は、短い応答時間、良好な耐焼きつき特性、良好な表示ムラ特性、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、長い寿命などを有する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。液晶組成物または液晶表示素子をそれぞれ「組成物」または「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。重合可能な化合物を「重合性化合物」と略すことがある。「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または液晶相を有さないが組成物の成分として有用な化合物を意味する。この有用な化合物は例えば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。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つの化合物を「化合物(1)」と略すことがある。「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。他の式で表される化合物についても同様である。式(P-1)で表される基の群から選択された少なくとも1つの基を「(P-1)」と略すことがある。他の式で表される基についても同様である。「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”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自由に選択できることを意味する。
 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。光学異方性などの特性を説明するときは、実施例に記載した測定方法で得られた値を用いる。
 水素結合供与体とは、他の分子と水素結合を形成することが可能な水素原子を有する分子を称する。水素結合供与体の一つの例は、酸素原子と共有結合した水素原子を有するエタノールである。一方、水素結合受容体とは、非共有原子対を有する分子であり、その非共有原子対が他分子の水素原子と水素結合を形成することが可能なものを言う。水素結合受容体の一つの例は、酸素原子を有するジエチルエーテルである。
 第一成分は、1つの化合物または2つ以上の化合物である。「第一成分の割合」は、第一成分および第一成分以外の重合可能な化合物を除く液晶組成物の総重量を100重量部としたときの第一成分の重量を重量部数で表したものである。「第二成分の割合」は、第一成分および第一成分以外の重合可能な化合物を除く液晶組成物の重量に基づいた第二成分の重量百分率(重量%)で表す。「第三成分の割合」は「第二成分の割合」と同様である。組成物に混合される添加物の割合は、液晶組成物の全重量に基づいた重量百分率(重量%)または重量百万分率(ppm)で表す。「第一成分以外の重合可能な化合物の割合」は、第一成分および第一成分以外の重合可能な化合物を除く液晶組成物の総重量を100重量部としたときの第一成分以外の重合可能な化合物の重量を重量部数で表したものである。本発明における液晶組成物の全量は、100重量%を越えることもある。
 成分化合物の化学式において、M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M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Mが水素であり、化合物(1-1)のMがフッ素であるケースがある。化合物(1)のMが水素であり、化合物(1-1)のMがメチルであるケースもある。このルールは、R、R、R、R、Rなどにも適用される。式(1)において、nが2のとき、2つのAが存在する。この化合物において、2つのA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、nが2より大きいときにも適用される。このルールは、L、B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 JPOXMLDOC01-appb-I000012
 化学式として、下記に示す内容の記載があった場合には、AからBへの直線は結合を意味しており、Bにおける水素が基Aで置き換えられていて、その位置は任意であることを意味している。Xは置き換えられる基Aの数を示している。Xが0の場合は、Aは存在せず、また、置き換えられていないことを示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000013

 また、化学式として、下記に示す内容の記載があった場合には、直線は結合を意味しており、波線で示す内容は、置き換えられている化学式を省略していることを示し、該化学式は任意であることを示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000014
 本発明者らは、焼きつき特性や表示ムラ特性を充足する新規な配向モードであるa-PSAモードを考案し、化合物(1)と液晶組成物との組み合わせが、次の理由からa-PSAモードの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)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(1)の量が少ない;(d)重合体は液晶分子に大きなプレチルト角を与える;(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、水素結合供与体の能力を有し、配向膜表面と水素結合を形成することができる重合可能なモノマー、当該モノマーのオリゴマー、当該モノマーのプレポリマー、または当該モノマーのポリマーを含有する液晶組成物。
項2. 第一成分として、一分子中に、
(a)1つ以上の環構造、
(b)1つ以上の極性基、
および(c)1つ以上の重合性基を有するモノマー、当該モノマーのオリゴマー、当該モノマーのプレポリマー、または、当該モノマーのポリマーを含有する項1に記載の液晶組成物。
項3. 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つの化合物を含有する項1または2に記載の液晶組成物。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000015

式(1)において、Pは、α,β-不飽和エステル、または、環状エーテルから選択される1以上の基を有する炭素数3から20の重合性基であり、これらにおいて、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;Aは、アダマンタン、ノルアダマンタン、ジアマンタン、トリアマンタン、ノルボルネン、ノルボルナン、フタラン、クマラン、1,2-メチレンジオキシベンゼン、クロマン、ベンゼン、ナフタレン、シクロヘキサン、シクロヘキセン、テトラヒドロピラン、ジオキサン、ピリミジン、およびピリジンから選択された環由来の2価の基、または、単結合であり、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く、Bは、アダマンタン、ノルアダマンタン、ジアマンタン、トリアマンタン、ノルボルネン、ノルボルナン、フタラン、クマラン、1,2-メチレンジオキシベンゼン、クロマン、ベンゼン、ナフタレン、シクロヘキサン、シクロヘキセン、テトラヒドロピラン、ジオキサン、ピリミジン、およびピリジンから選択された、環由来の(n+m)価の基または、単結合であり、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く;
は、-H、-OH、-COOH、-NH、-NHR、-SH、あるいは1つ以上の-NH-を含有する炭素数3から20の複素環であり、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、ただし、AおよびBがともに単結合であるとき、Xは少なくとも1つの-NH-を含有する炭素数3から20の複素環であり、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;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、Pが環状エーテル基を有する重合性基であるとき、Zは、少なくとも1つの-CH-が、-O-、-COO-、-OCO-、または-OCOO-で置き換えられた炭素数1から10のアルキレンであり、Xが水素であるとき、Zは、少なくとも一つの水素が-OH、-COOHで置き換えられた炭素数1から10のアルキレンであり;L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;mは、1、2、または3であり;nは、0、1、2、3または4であり;nは、1、2、または3であり;n+mは、2から5の整数である。
項4. 項3に記載の式(1)において、
Pは、式(P-1)から式(P-4)で表される基から選択された基であり、
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000016

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;
Aは、アダマンタン、ノルアダマンタン、ジアマンタン、ノルボルナン、ベンゼン、ナフタレンから選択された環由来の2価の基、または、単結合であり、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6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6のアルキルで置き換えられてもよく、Bは、アダマンタン、ノルアダマンタン、ジアマンタン、ノルボルナン、ベンゼン、ナフタレンから選択された、環由来の(n+m)価の基、または、単結合であり、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6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6のアルキルで置き換えられてもよく;
は、-H、-OH、-COOH、-NH、-NHR、-SH、または式(X-1)から式(X-3)であり、ただし、AおよびBがともに単結合であるとき、Xは式(X-1)から式(X-3)であり、Rは炭素数1から4のアルキルであり;
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000017

は、炭素数1から4のアルキルであり;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、Xが-Hで表される基であるとき、Zは-OH、-COOHを有していて;
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-、-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;mは、1または2であり;nは、0、1または2であり;qは、0、1、2、3または4であり;rは、0、1、2または3であり;n+mは、2から5の整数である項1から3のいずれか1項に記載の液晶組成物。
項5. 第一成分が式(1-1)から式(1-3)で表される化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物である項1から4のいずれか1項に記載の液晶組成物。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000018

ここで、Cyはアダマンタン、ベンゼン、ナフタレン、ノルボルナン、およびビフェニルから選択された、環由来のw価の基であり;Mはメチル、または水素であり;Rは、炭素数1から3のアルキルであり;Xは、-OH、-COOH、-NH、-NHR、-SHであり;Xは、項4に記載の式(X-1)から式(X-3)であり;Rは炭素数1から4のアルキルであり;
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;Z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、1から2個の水素が-OH、または-COOHに置換されており、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;uは、1または2であり;vは、0、1または2であり;wは、2から5の整数であり;qは、0、1、2、3または4であり;rは、0、1または2である。
項6. 項5に記載の式(1-1)から式(1-3)において、Xは、-OH、-COOH、-NHであり;ZおよびZは、単結合であり;Zは、炭素数1から2のアルキレンであり、このアルキレンにおいて、1から2個の水素が-OH、または-COOHに置換されており、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い、項1から5のいずれか1項に記載の液晶組成物。
項7. 第一成分が式(1-1-1)、式(1-1-2)、式(1-1-3)、式(1-2-1)、および式(1-3-1)で表される化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物である項1から6のいずれか1項に記載の液晶組成物。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000019

ここで、Xは、-OH、または、-COOHであり;Mは、水素、または、メチルであり;Rは、メチル、または、エチルであり;yは、0、1、2、3または4である。
項8. 項7に記載の式(1-1-1)で表される化合物を含有する項1から7のいずれか1項に記載の液晶組成物。
項9. 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つの化合物をさらに含有する項1から8のいずれか1項に記載の液晶組成物。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000020

ここで、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;CおよびEは独立して、1,4-シクロへキシレン、1,4-フェニレン、少なくとも1つの水素がフッ素または塩素で置き換えられた1,4-フェニレン、またはテトラヒドロピラン-2,5-ジイルであり;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;LおよびLは独立して、単結合、エチレン、メチレンオキシ、またはカルボニルオキシであり;aは、1、2、または3であり;bは0または1であり;そして、aとbとの和が3以下である。
項10. 第二成分が式(2-1)から式(2-19)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1から9のいずれか1項に記載の液晶組成物。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000021

Figure JPOXMLDOC01-appb-I000022

ここで、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11. 第二成分として、項10に記載の式(2-3)で表される化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物を含有する項1から10のいずれか1項に記載の液晶組成物。
項12. 第二成分として、項10に記載の式(2-5)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10のいずれか1項に記載の液晶組成物。
項13. 第二成分として、項10に記載の式(2-7)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10のいずれか1項に記載の液晶組成物。
項14. 第二成分として、項10記載の式(2-8)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10のいずれか1項に記載の液晶組成物。
項15. 第一成分および第一成分以外の重合可能な化合物を除く液晶組成物の重量に基づいて、第二成分の割合が10重量%から100重量%の範囲であり、第一成分および第一成分以外の重合可能な化合物を除く液晶組成物の重量を100重要部とした第一成分の割合が0.05重量部から10重量部の範囲であり、かつ、第一成分の割合と、第一成分以外の重合可能な化合物の割合の和が、0.05重量部から10重量部の範囲である、項1から14のいずれか1項に記載の液晶組成物。
項16. 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15のいずれか1項に記載の液晶組成物。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000023

ここで、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;F、G、およびIは独立して、1,4-シクロへキシレン、1,4-フェニレン、2-フルオロ-1,4-フェニレン、または3-フルオロ-1,4-フェニレンであり;LおよびLは独立して、単結合、エチレン、メチレンオキシ、またはカルボニルオキシであり;cは、0、1、または2である。
項17. 第三成分として、式(3-1)から式(3-13)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1から16のいずれか1項に記載の液晶組成物。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000024

ここで、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18. 第三成分として、項17に記載の式(3-1)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17のいずれか1項に記載の液晶組成物。
項19. 第三成分として、項17に記載の式(3-8)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17のいずれか1項に記載の液晶組成物。
項20. 第一成分および第一成分以外の重合可能な化合物を除く液晶組成物の重量に基づいて、第二成分の割合が10重量%から80重量%の範囲であり、第三成分の割合が20重量%から90重量%の範囲であり、第一成分および第一成分以外の重合可能な化合物を除く液晶組成物の重量を100重量部とした第一成分の割合が0.05重量部から10重量部の範囲であり、かつ、重合可能な化合物の割合が0.05重量部から10重量部の範囲である、項16から19のいずれか1項に記載の液晶組成物。
項21. 重合開始剤をさらに含有する、項1から20のいずれか1項に記載の液晶組成物。
項22. 重合禁止剤をさらに含有する、項1から21のいずれか1項に記載の液晶組成物。
項23. 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℃)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℃)が-2以下である、項1から22のいずれか1項に記載の液晶組成物。
項24. 少なくとも一方の基板に電極層を有する2つの基板から構成され、この2つの基板の間に項1から23のいずれか1項に記載の液晶組成物中の重合可能な化合物が重合した化合物を含む液晶材料を配置する事を特徴とする、高分子支持配向型液晶表示素子。
項25. 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24に記載の液晶表示素子。
項26. 項24に記載の液晶表示素子を、2つの基板間に配置した項1から23のいずれか1項に記載の液晶組成物を電圧印加状態で光照射して重合可能な化合物を重合させることにより製造する液晶表示素子の製造方法。
項27. 項1から23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。
 本発明は、次の項も含む。1)第二成分が式(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、および式(2-7)で表される化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物の混合物である、上記の組成物。2)第二成分が式(2-3)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、および式(2-7)で表される化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物の混合物である、上記の組成物。3)第二成分が式(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、式(2-5)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、および式(2-8)で表される化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物の混合物である、上記の組成物。4)第三成分が式(3-1)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、および式(3-3)で表される化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物の混合物である、上記の組成物。5)第三成分が式(3-1)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、および式(3-5)で表される化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物の混合物である、上記の組成物。
 本発明は、次の項も含む。1)光学活性な化合物をさらに含有する上記の組成物、2)酸化防止剤、紫外線吸収剤、消泡剤などの添加物をさらに含有する上記の組成物、3)上記の組成物を含有するAM素子、4)上記の組成物を含有し、そしてTN、ECB、OCB、IPS、FFS、VA、PSA、またはa-PSAのモードを有する素子、5)上記の組成物を含有する透過型の素子、6)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、7)上記の組成物に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。
 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)、および化合物(3)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)、および化合物(3)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)、および化合物(3)のみからなる。「実質的に」は、組成物が添加物および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、成分化合物の間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 JPOXMLDOC01-appb-I000025
 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(2)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(3)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組み合わせは、第一成分+第二成分、および第一成分+第二成分+第三成分である。
 第一成分の好ましい割合は、上記第二成分および第三成分からなる液晶組成物の重量に基づいて、液晶分子を配向させるために約0.05重量部以上であり、表示不良を防ぐために約10重量部以下である。さらに好ましい割合は、約0.1重量部から約2重量部の範囲である。特に好ましい割合は、約0.15重量部から約0.8重量部の範囲である。最も好ましい割合は、約0.3重量部から約0.8重量部の範囲である。
 第二成分の好ましい割合は、上記第二成分および第三成分からなる液晶組成物の重量に基づいて、誘電率異方性の絶対値を上げるために約10重量%以上であり、下限温度を下げるために約80重量%以下である。さらに好ましい割合は約15重量%から約70重量%の範囲である。特に好ましい割合は約20重量%から約60重量%の範囲である。
 第三成分の好ましい割合は、上記第二成分および第三成分からなる液晶組成物の重量に基づいて、粘度を下げるため、または上限温度を上げるために約20重量%以上であり、誘電率異方性の絶対値を上げるために約90重量%以下である。さらに好ましい割合は約30重量%から約80重量%の範囲である。特に好ましい割合は約50重量%から約75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。本願発明の液晶組成物は、第一成分として、水素結合供与体の能力を有し、配向膜表面と水素結合を形成することができる重合可能なモノマーまたは当該モノマーのオリゴマー、プレポリマー若しくはポリマーを含有するものである。一般的に、水素結合とは、水素と、窒素・酸素・ハロゲン・硫黄など電気陰性度の大きい原子とが共有結合した水素結合供与体において、水素の電子密度が低くなったことによるクーロン力によって、非共有電子対を有する他の物質(水素結合受容体)と行う引力的相互作用を意味する。水素結合は、配向表面との密着性向上のために、結合エネルギーが5kJ/mol以上のものが好ましい。より好ましい水素結合は、ポリマーの剛直性向上のために結合エネルギーが10kJ/mol以上のものである。該成分は、単一の化合物であっても、混合物であっても良い。他の液晶組成物との相溶性向上のため、モノマーあるいは低分子量のオリゴマーであることが好ましい。
 第一成分は、より具体的には、一分子中に、(a)1つ以上の環構造、(b)1つ以上の極性基、および(c)1つ以上の重合性基を有するモノマー、当該モノマーのオリゴマー、当該モノマーのプレポリマー、または当該モノマーのポリマーである。環状の極性基である場合、(a)と(b)を含んだこととなる。環構造とは、炭素骨格を基本とした環状の有機化合物構造の総称である。環構造としては、特に限定されないが、例えば、アダマンタン、ノルアダマンタン、ジアマンタン、トリアマンタン、ノルボルネン、ノルボルナン、デカヒドロナフタレン、シクロブタン、シクロペンタン、シクロヘキサン、シクロヘプタン、シクロブテン、シクロペンテン、シクロヘキセン、シクロヘプテン、1,3-シクロヘキサジエン、1,4-シクロヘキサジエン、1,5-シクロオクタジエンなどの同素環式の脂環式環構造、ベンゼン、ナフタレン、ピレン、フェナントレンなどの同素環式の芳香族環状基、ピロール、フラン、ピリジン、ピロリジン、ピペリジン、ピペラジン、モルホリン、ジオキサン、キヌクリジン、テトラヒドロフラン、アジリジン、ジチアン、ピラゾール、トリアゾール、イミダゾール、オキサゾール、チアゾール、ピリドン、キノロン、インドール、ベンゾトリアゾール、キノリン、イソキノリン、ピリダジン、ピリミジン、ピラジン、チアジアゾール、イソオキサゾール、イソチアゾール、フタラン、クマラン、1,2-メチレンジオキシベンゼン、クロマン、テトラヒドロピランなどの複素環式の環状基、などが挙げられる。極性基とは、極性の有る原子団のことで、この基が有機化合物中に存在すると、その化合物が有機化合物中に存在すると、その化合物が極性を持つ。アミノ、カルボキシル、ヒドロキシル、メルカプト、アミド、および、エステルなど、ヘテロ元素を含む基が例示できる。重合基とは、フリーラジカルまたはイオン性鎖重合、重付加または重縮合などの重合反応に適するか、または、ポリマー主鎖上への付加または縮合といったポリマー類似反応に適する基であり、当業者には良く知られている。例えば、炭素‐炭素2重結合または炭素‐炭素3重結合を含有する連鎖重合のため基、および、環状エーテルのような開環重合に適した基が好ましく用いられる。
 式(1)に記載のPは、α,β-不飽和エステル、または、環状エーテルから選択される1以上の基を有する炭素数3から20の重合性基であり、これらにおいて、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。α,β-不飽和エステルとは、α位とβ位の炭素の間に二重結合が存在するエステルを意味する。α,β-不飽和エステルとしては、これに限定されるものではないが、式(P-1)が例示される。環状の炭化水素の炭素が酸素で置換された構造を持つエーテルを環状エーテルと称する。環状エーテルとしては、これに限定されるものではないが、式(P-2)から(P-4)が例示される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000026

好ましいPは、反応性を上げるためまたは応答時間を短くするために(P-1)である。
 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る。好ましいMまたはMは、反応性を上げるために水素またはメチルである。さらに好ましいMはメチルであり、さらに好ましいMは水素である。
 式(1)に記載のXは、-H、-OH、-COOH、-NH、-NHR、-SH、あるいは1つ以上の-NH-を含有する炭素数3から20の複素環に由来する置換基であり、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。複素環とは、環構造のうち、環を構成する原子に炭素以外の原子が含まれているものをいう。複素環としては、例えば、ピペリジン、ピペラジン、モルホリン、キヌクリジン、ピロリジン、アゼチジン、オキセタン、アゼチジン‐2‐オン、アジリジン、トロパン、ピロール、フラン、チオフェン、イミダゾール、ピラゾール、オキサゾール、イソオキサゾール、チアゾール、イソチアゾール、ピリジン、ピリミジン、ピリダジン、ピラジン、1,2,3-トリアジン、キノリン、イソキノリン、キナゾリン、フタラジン、プテリジン、クマリン、クロモン、1,4-ベンゾジアゼピン、インドール、ベンズイミダゾール、ベンゾフラン、プリン、アクリジン、フェノキサジン、および、フェノチアジン等が挙げられる。好ましいXは、配向膜表面との密着性の向上のために-H、-OH、-COOH、-NH、-NHR、-SH、式(X-1)から式(X-13)である。より好ましくは、他の液晶組成物との相溶性向上のために-H、-OH、-COOH、-NH、-NHR、-SH、式(X-1)から式(X-3)である。Rは、炭素数1から4のアルキルである。好ましいRは、配向膜表面との密着性を向上させるために炭素数1または2のアルキルである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000027

ただし、式(X-1)から式(X-13)において、Rは、ハロゲンまたは炭素数1から4のアルキルであり;Rは、ハロゲンまたは炭素数1から6のアルキルであり;RおよびRの夫々が複数個存在する場合、それらは同一または異なってもよく、また、それらの置換する位置は任意であって、特に制限されるものではない。好ましいRは、反応性および配向膜表面との密着性を向上させるためにフッ素または、炭素数1のアルキルであり;qは、0、1、2、3または4であり;rは、0、1、2または3であり;tは、0、1または2である。好ましいRは、反応性および配向膜表面との密着性を向上させるためにフッ素または、炭素数1のアルキルであり;好ましいq、r、およびtは、反応性を上げるために0または1である。
 式(1-1)におけるXは、-OH、-COOH、-NH、-NHR、および-SHである。好ましいXは、パネルの長期信頼性向上のために、-OH、-COOH、-NH、または-NHRである。Rは、炭素数1から4のアルキルである。好ましいRは、配向膜表面との密着性を向上させるために炭素数1または2のアルキルである。
 式(1-3)におけるXは、式(X-1)から式(X-3)である。好ましいXは、他の液晶組成物との相溶性向上のために式(X-1)または式(X-3)である。
 式(1)における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、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い。好ましいZまたはZは、反応性を上げるために単結合または炭素数1から4のアルキレンである。さらに好ましいZまたはZは、単結合または炭素数1から2のアルキレンである。
 式(1-1)および式(1-3)における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い。好ましいZまたはZは、反応性を上げるために単結合、炭素数1から2のアルキレン、または-OCHCH-である。
 式(1-2)におけるZ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、1から2個の水素が-OH、または-COOHに置換されており、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い。好ましいZは、配向膜表面との吸着性を向上させるために、炭素数1から3のアルキレンであり、このアルキレンにおいて、1個の水素が-OH、または-COOHに置換されており、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い。
 式(1)におけるAは、2価のアダマンタン、ノルアダマンタン、ジアマンタン、トリアマンタン、ノルボルネン、ノルボルナン、フタラン、クマラン、1,2-メチレンジオキシベンゼン、クロマン、ベンゼン、ナフタレン、シクロヘキサン、シクロヘキセン、テトラヒドロピラン、ジオキサン、ピリミジン、ピリジン由来の基、または、単結合であり、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。Bは、(n+m)価のアダマンタン、ノルアダマンタン、ジアマンタン、トリアマンタン、ノルボルネン、ノルボルナン、フタラン、クマラン、1,2-メチレンジオキシベンゼン、クロマン、ベンゼン、ナフタレン、シクロヘキサン、シクロヘキセン、テトラヒドロピラン、ジオキサン、ピリミジン、ピリジン由来の基、または、単結合であり、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。また、Bは水素が(n+m)個置き換えられている。
AおよびBは、プレチルト角付与能を向上させるために剛直性の高い式(Ri-1)から式(Ri-7)が好ましい。さらに、好ましいAおよびBは、他の液晶組成物との相溶性向上のために式(Ri-1)から式(Ri-3)である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000028
 式(2)におけるCおよびEは独立して、1,4-シクロへキシレン、1,4-フェニレン、少なくとも1つの水素がフッ素または塩素で置き換えられた1,4-フェニレン、またはテトラヒドロピラン-2,5-ジイルであり、aが2または3である時、任意の2つのCは同じであっても、異なってもよい。好ましいCまたは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 JPOXMLDOC01-appb-I000029
 式(2)における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。
 式(3)におけるF、G、およびIは独立して、1,4-シクロへキシレン、1,4-フェニレン、2-フルオロ-1,4-フェニレン、または3-フルオロ-1,4-フェニレンであり、cが2である時、2つのFは同じであっても、異なってもよい。好ましいF、G、またはI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。
 式(1)におけるmは、1、2、または3である。好ましいmは、電圧保持率を上げるために1、または2である。
 式(1)におけるnは、0、1、2、3または4であり、nは、1、2、または3である。好ましいnは、反応性を上げるために0、または1である。好ましいnは、相溶性を上げるために1、または2である。
 式(1)におけるL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い。好ましいLは、反応性を上げるために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い。さらに好ましいLは、単結合である。
 式(2)および式(3)におけるL、L、L、およびLは独立して、単結合、エチレン、メチレンオキシ、またはカルボニルオキシであり、aが2または3である時、任意の2つのLは同じであっても、異なってもよく、cが2である時、2つのLは同じであっても、異なってもよい。好ましいL、L、L、またはL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エチレンであり、誘電率異方性の絶対値を上げるためにメチレンオキシである。
 式(1-1)および式(1-2)におけるRは、炭素数1から3のアルキルである。好ましいRは、反応性を向上させるために炭素数1または2のアルキルである。
 式(1-3-1)におけるRは、炭素数1から3のアルキルである。好ましいRは、配向膜表面との密着性を向上させるために炭素数1または2のアルキルである。
 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。
 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R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。
 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。
 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。
 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。
 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、および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-ジフルオロビニルおよび4,4-ジフルオロ-3-ブテニルである。
 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。
 式(2)におけるaは、1、2、または3である。好ましいa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。式(2)におけるbは0または1である。好ましいb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)におけるcは、0、1、または2である。好ましいc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。
 式(1-1)および式(1-2)におけるCyはw価のアダマンタン、ベンゼン、ナフタレン、ノルボルナン、またはビフェニル由来の基である。好ましいCyは、プレチルト付与特性の向上、または他の液晶組成物との相溶性向上のために式(Ri-1)である。
 式(1-1)におけるuは、1または2である。好ましいuは、電圧保持率を上げるために1である。式(1-2)におけるvは、0、1または2である。好ましいvは、反応性を上げるために0または1である。式(1-3-1)におけるyは、0、1、2、3または4である。好ましいyは、反応性を上げるために0または1である。
 第五に、成分化合物の具体的な例を示す。下記の好ましい化合物において、Mは、水素またはメチルである。Xは、-OH、-COOHまたは-NHである。Zは、単結合、炭素数1から2のアルキレン、または-OCHCH-である。Zは、炭素数1から3のアルキレンである。Zは、炭素数1から3のアルキレンであり、このアルキレンにおいて、1個の水素が-OH、または-COOHに置換されていてもよい。RおよびRは独立して、炭素数1から12の直鎖状アルキル、炭素数1から12の直鎖状アルコキシ、または炭素数2から12の直鎖状アルケニルである。Rは、炭素数1から12の直鎖状アルキルまたは炭素数1から12の直鎖状アルコキシである。Rは、炭素数1から12の直鎖状のアルキルまたは炭素数1から12の直鎖状アルケニルである。R10は、フッ素または、炭素数1のアルキルである。dは、0、1、2、3または4である。
 好ましい化合物(1)は、化合物(1-1-1)から化合物(1-3-1)である。さらに好ましい化合物(1)は、化合物(1-1-1)である。好ましい化合物(2)は、化合物(2-1-1)から化合物(2-19-1)である。さらに好ましい化合物(2)は、化合物(2-1-1)から化合物(2-10-1)、および化合物(2-12-1)から化合物(2-15-1)である。特に好ましい化合物(2)は、化合物(2-1-1)から化合物(2-8-1)、化合物(2-13-1)、および化合物(2-15-1)である。好ましい化合物(3)は、化合物(3-1-1)から化合物(3-13-1)である。さらに好ましい化合物(3)は、化合物(3-1-1)から化合物(3-8-1)、化合物(3-10-1)、および化合物(3-13-1)である。特に好ましい化合物(3)は、化合物(3-1-1)、化合物(3-3-1)、化合物(3-5-1)、化合物(3-7-1)、および化合物(3-8-1)である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000030
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000031
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000032
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000033
 第六に、組成物に混合してもよい添加物を説明する。このような添加物は、化合物(1)以外の重合性化合物、重合開始剤、重合禁止剤、光学活性な化合物、酸化防止剤、紫外線吸収剤、光安定剤、熱安定剤、消泡剤、色素などである。
 本発明の組成物は、重合可能な化合物を含んでいるので、高分子支持配向型素子に適合している。この組成物は化合物(1)とは異なる重合可能な化合物(すなわち、その他の重合可能な化合物)をさらに含んでもよい。その他の重合可能な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。
 化合物(1)以外のさらに含んでもよい重合可能な化合物の追加例は、化合物(4-1)から化合物(4-9)である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000034
 化合物(4-1)から化合物(4-9)において、R11、R12、R13、およびR14は独立して、アクリロイルまたはメタクリロイルであり、R15およびR16は独立して、水素、ハロゲン、または炭素数1から10のアルキルであり;ZおよびZ10は独立して、単結合または炭素数1から12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-で置き換えられていてもよく、少なくとも1つの-CH-CH-は-CH=CH-で置き換えられていてもよく、ZおよびZ10の少なくとも1つは単結合または-O-であり;Z11およびZ12は独立して、単結合または炭素数1から12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-により置き換えられていてもよく;i、j、kは独立して、0、1、または2であり、化合物(4-1)において、iとjとの和は1以上であり、化合物(4-4)において、iとjとkとの和は1以上である。
 重合可能な化合物の好ましい割合は、液晶組成物の全重量を100重量部としたとき、その効果を得るために、約0.03重量部以上であり、表示不良を防ぐために約10重量部以下である。さらに好ましい割合は、約0.1重量部から約2重量部の範囲である。重合可能な化合物の中で、化合物(1)は液晶組成物への溶解性が高く、反応性が高い。重合可能な化合物の中で、化合物(1)の好ましい割合は、10重量部以上である。さらに好ましい割合は、50重量部以上である。特に好ましい割合は、80重量部以上である。特に好ましい割合は、100重量部である。
 重合可能な化合物は、好ましくは光重合開始剤などの適切な開始剤存在下でUV照射などにより重合する。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(商品名;BASF)、Irgacure184(商品名;BASF)、またはDarocure1173(商品名;BASF)がラジカル重合に対して適切である。好ましい光重合開始剤の割合は、重合可能な化合物の約0.1重量%から約5重量%の範囲であり、さらに好ましくは約1重量%から約3重量%の範囲である。液晶表示素子における2つの基板の間に、重合可能な化合物を含む液晶組成物を配置し、これらの基板の相対する電極層の間に電圧を印加しながら重合可能な化合物を重合する工程を経てもよいし、液晶表示素子における2つの基板の間に予め重合させた化合物を含む液晶組成物を配置してもよい。
 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。
 光学活性な化合物は、液晶分子にらせん構造を誘起して必要なねじれ角を与えることによって逆ねじれを防ぐ、という効果を有する。光学活性な化合物を添加することによって、らせんピッチを調整することができる。らせんピッチの温度依存性を調整する目的で2つ以上の光学活性な化合物を添加してもよい。光学活性な化合物の好ましい例として、下記の化合物(Op-1)から化合物(Op-18)を挙げることができる。化合物(Op-18)において、Jは1,4-シクロへキシレンまたは1,4-フェニレンであり、R24は炭素数1から10のアルキルである。光学活性な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 JPOXMLDOC01-appb-I000035
 酸化防止剤は、大きな電圧保持率を維持するために有効である。酸化防止剤の好ましい例として、下記の化合物(AO-1)および化合物(AO-2);IRGANOX 415、IRGANOX 565、IRGANOX 1010、IRGANOX 1035、IRGANOX 3114、およびIRGANOX 1098(商品名;BASF)を挙げることができる。化合物(AO-1)において、R25が-CHである場合は、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。R25が-C15である場合は、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。
 紫外線吸収剤は、上限温度の低下を防ぐために有効である。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。具体例として下記の化合物(AO-3)および化合物(AO-4);TINUVIN 329、TINUVIN P、TINUVIN 326、TINUVIN 234、TINUVIN 213、TINUVIN 400、TINUVIN 328、およびTINUVIN 99-2(商品名;BASF);および1,4-ジアザビシクロ[2.2.2]オクタン(DABCO)を挙げることができる。立体障害のあるアミンのような光安定剤は、大きな電圧保持率を維持するために好ましい。光安定剤の好ましい例として、下記の化合物(AO-5)および化合物(AO-6);TINUVIN 144、TINUVIN 765、およびTINUVIN 770DF(商品名;BASF)を挙げることができる。これらの吸収剤や安定剤における好ましい割合は、その効果を得るために約50ppm以上であり、上限温度を下げないように、または下限温度を上げないように約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。
 熱安定剤も大きな電圧保持率を維持するために有効であり、好ましい例としてIRGAFOS 168(商品名;BASF)を挙げることができる。消泡剤は、泡立ちを防ぐために有効である。消泡剤の好ましい例は、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である。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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000036
 化合物(AO-1)において、R25は炭素数1から20のアルキル、炭素数1から20のアルコキシ、-COOR26、または-CHCHCOOR26であり;R26は炭素数1から20のアルキルである。化合物(AO-2)および化合物(AO-5)において、R27は炭素数1から20のアルキルである。化合物(AO-5)において、KおよびLは独立して、1,4-シクロへキシレンまたは1,4-フェニレンであり;dは0、1、または2であり;R28は水素、メチルまたはO(酸素ラジカル)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)が組成物に混合される。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。
 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、市販品を使用した。化合物(1-1-1)の市販品としては「三菱ガス化学株式会社製ダイヤピュレストHADA、HADM」、化合物(1-1-2)の市販品としては「東亞合成株式会社製アロニックスM-5400」、化合物(1-1-3)の市販品としては「川崎化成工業株式会社製Mc-HN」、化合物(1-2-1)の市販品としては「東亞合成株式会社製アロニックスM-5700」、および、化合物(1-3-1)の市販品としては「東京化成工業株式会社製 2,2,6,6-Tetramethyl-4-piperidyl methacrylate」が挙げられる。化合物(2-1)および化合物(2-5)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(3-1)および化合物(3-5)は、特開昭59-176221号公報に記載された方法で合成する。化合物(4)は、特開2012-001526号公報に記載された方法で合成する。なお、化合物(5)は本発明の比較例に使用する。化合物(5)では、本発明の特徴である水素結合供与体の能力を有する極性基を有さないため、高い重合反応性と良好なプレチルト付与能が望めない。下記の化合物(5-1)および(5-4)は東京化成工業(株)製、化合物(5-2)はアルドリッチ社製、化合物(5-3)は共栄社化学(株)製の市販品を使用した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000037
 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したがって合成できる。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、a-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。a-PSAモードおよびPSAモードなどの高分子支持配向モードを有する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。この組成物をマイクロカプセル化して作製したNCAP(nematic curvilinear aligned phase)型の素子や、組成物中に三次元の網目状高分子を形成させたPD(polymer dispersed)型の素子にも使用できる。
 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。この基板の少なくとも一方は、電極層を有する。一方、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)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)の場合は、紫外線が好ましい。光照射によって化合物(1)を重合させる。この重合によって、重合体を含有する液晶組成物が生成する。高分子支持配向型液晶表示素子は、このような手順で製造する。
 この手順において、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)の分子も配向する。この状態で化合物(1)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。
 以下、実施例により本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例により制限されない。本発明は、LC-Aの組成物とLC-B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、プロトン核磁気共鳴分光法(H-NMR)などにより同定した。化合物の融点は、示差走査熱量測定(DSC)により決定した。まず、分析方法について説明をする。
 H-NMR分析:測定には、ブルカーバイオスピン製のDRX-500を用いた。試料を、CDClなどの重水素化溶媒に溶解し、室温で、500MHz、積算回数24回などの条件で行った。内部標準としてはテトラメチルシランを用いた。NMR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、mはマルチプレットであることを意味する。
 HPLC分析:測定には、島津製作所製のProminence(LC-20AD;SPD-20A)を用いた。カラムはワイエムシー製のYMC-Pack ODS-A(長さ150mm、内径4.6mm、粒子径5μm)を用いた。溶出液はアセトニトリル/水(容積比:80/20)を用い、流速は1mL/分に調整した。検出器としてはUV検出器、RI検出器、CORONA検出器などを適宜用いた。UV検出器を用いた場合、検出波長は254nmとした。試料はアセトニトリルに溶解させ、この溶液(0.1重量%)の1μLを試料室に導入した。記録計としては島津製作所製のC-R7Aplusを用いた。得られたクロマトグラムは、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。
 HPLCより得られたクロマトグラムにおけるピークの面積比は成分化合物の割合に関連する。一般には、成分化合物の重量%および重量部数は、成分化合物の面積%と同一ではない。しかしながら、上述したカラムを用いる場合には、成分化合物の重量%および重量部数をピークの面積%から算出してよい。本発明においては、成分化合物の補正係数の間に大きな差異がないからである。
 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。試料はアセトンに溶解させ、この溶液(0.1重量%)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する。液晶性化合物はガスクロマトグラフで検出できる。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(モル比)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(重量百分率)は、モル比で補正することによってピークの面積比から算出できる。
 紫外可視分光分析:測定には、島津製作所製のPharmaSpec UV‐1700を用いた。検出波長は190nmから700nmとした。試料はアセトニトリルに溶解させて、0.01mmol/Lの溶液を調製し、石英セル(光路長1cm)に入れて測定した。
 DSC測定:測定には、パーキンエルマー社製走査熱量計DSC-7システム、またはDiamond DSCシステムを用いた。試料を3℃/分速度で昇降温した。試料の相変化に伴う吸熱ピーク、または発熱ピークの開始点を外挿により求め、融点を決定した。
 重合性化合物と他の液晶組成物の相溶性:重合性液晶組成物を所定の温度の恒温槽中に7日間放置した後の液晶相の状態を目視により観察した。
 測定試料:組成物の上限温度、粘度、光学異方性など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)={(測定用試料の測定値)-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、粘度、光学異方性、および誘電率異方性の値を求めた。
 母液晶の成分とその割合は下記のとおりであった。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000038
 特性は下記の方法にしたがって測定した。それらのいくつかは、社団法人電子情報技術産業協会(Japan Electronics and Information Technology Industries Association以下JEITAという)で審議制定されるJEITA規格(JEITA ED-2521B)に記載された方法、またはこれを修飾した方法である。
(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)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。
(3)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。
(4)残留モノマー濃度(ReM;重量部);液晶組成物100重量部に対して、重合性化合物0.3重量部を添加して溶解することにより、試料を調整した。試料をセルギャップ3.5μmで垂直配向を誘起するポリイミド配向膜を塗布した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。
(5)プレチルト角(Pt;°);液晶組成物100重量部に対して、重合性化合物0.3重量部を添加して溶解することにより、試料を調整した。試料をセルギャップ3.5μmで垂直配向を誘起するポリイミド配向膜を塗布したITO付きセルに注入した。このセルのプレチルト角(クリスタルローテーション法)を測定した後、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、このセルのプレチルト角を測定した。ここでは、大きい値(即ち、0°から大きくずれている)が大きなプレチルト角を意味する。
 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。実施例において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、第一成分を除く、第二成分と第三成分からなる液晶組成物の重量に基づいた重量百分率(重量%)である。重合性化合物の割合(部)は、第一成分を除く、第二成分と第三成分からなる液晶組成物の総重量に基づいた重量部数(重量部)である。液晶組成物には、この他に不純物が含まれている。最後に、組成物の特性値をまとめた。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000039
《 重合性化合物と他の液晶組成物の相溶性の比較 》
[実施例1から8、比較例1から5]
 本発明の第一成分を含有していない液晶組成物であるLC-Aを調整した。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-H2B(2F,3F)-O2     (2-2-1)    15%
5-H2B(2F,3F)-O2     (2-2-1)    10%
3-HBB(2F,3F)-O2     (2-13-1)   10%
4-HBB(2F,3F)-O2     (2-13-1)    8%
5-HBB(2F,3F)-O2     (2-13-1)    5%
3-HHB(2F,3CL)-O2    (2-16-1)    4%
4-HHB(2F,3CL)-O2    (2-16-1)    3%
3-HBB(2F,3CL)-O2    (2-17-1)    4%
2-HH-3              (3-1-1)    25%
3-HH-4              (3-1-1)    10%
3-HHB-1             (3-5-1)     3%
3-HHB-O1            (3-5)       3%
 NI=77.5℃;Δn=0.089;Δε=-2.9.
 上記、液晶組成物LC-A100部に所定の量の重合性化合物(1-1-1-1)、(1-1-1-2)、(4-2-1)をそれぞれ加え、120℃で5分間加熱し、重合性液晶組成物 PLC-A-1-1からPLC-A-3-4を得た。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000040
 全ての液晶組成物について、相溶性評価を行った。評価結果を表4に示す。なお、溶解性評価は、ガラス瓶中の重合性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 JPOXMLDOC01-appb-I000041
 表4より証明される通り、既知のPSA用重合性化合物(4-2-1)を含有する重合性液晶組成物より、本発明の重合性化合物(1-1-1-1)および(1-1-1-2)を含有する重合性液晶組成物は、良好な相溶性を有することがわかる。即ち、本発明の重合性液晶組成物は、高濃度の重合性化合物の使用が可能であるために、既知の重合性化合物を用いた組成物よりも良好なプレチルト付与性を得ることが可能である。
《 残留モノマー濃度および、プレチルト角の比較 》
[実施例9]
 上記の液晶組成物LC-A 100部に対して、下記一般式1-1-1で示される重合性化合物0.3部を添加し均一溶解することで、重合性液晶組成物PLC-A-1-5を調整した。PLC-A-1-5のNI、ΔnおよびΔεの値は、LC-Aの値とほとんど違いがないことを確認した。重合性液晶組成物PLC-A-1-5の紫外露光後の残留モノマー量ReM)は0.18部であり、良好な重合反応性を有することがわかった。また、重合性液晶組成物PLC-A-1-5の紫外照射前のプレチルト角(Pt)は0.2°であるのに対して、紫外照射後のプレチルト角(Pt)は1.3°である事から、良好なプレチルト付与特性を有することがわかった。
[実施例10から22]
 実施例9と同様にして、実施例10から22、比較例6から12の残留モノマー濃度(ReM)および紫外光露光前後のプレチルト角(Pt)を測定した。
[比較例6から12]
 比較例6から12の残留モノマー濃度(ReM)および紫外光露光前後のプレチルト角(Pt)を測定した。
 比較例6および7にて用いた化合物(4-1-1)および(4-2-1)は既知のPSA用重合性化合物である。一方、比較例8から12に用いた化合物(5-1)から(5-4)は、1個の重合性基を有するが、本発明の特徴である水素結合供与体の能力を有する極性基を持たない重合性化合物である。なお、化合物(5-1)および(5-4)は東京化成工業株式会社製、化合物(5-2)はアルドリッチ社製、化合物(5-3)は共栄社化学株式会社製の市販品を使用した。結果を表5に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000042
〈 表5 〉
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000043
 表5からわかるとおり、本発明の重合性化合物(1-1-1-1)、(1-1-1-2)、(1-1-2-1)、(1-1-3-1)、(1-2-1-1)、および、(1-3-1-1)を用いた重合性液晶は、既知のPSA用重合性化合物(4-1-1)および(4-2-1)を用いた重合性液晶に比べて、紫外露光による重合反応性が高く、高いプレチルト角を得ることが可能である。
 また、本発明の重合性化合物(1-1-1-1)、(1-1-1-2)、(1-1-2-1)、(1-1-3-1)、(1-2-1-1)、および、(1-3-1-1)を用いた重合性液晶は、極性基を有さない重合性化合物(5-1)から(5-4)を用いた重合性液晶よりも重合反応性とプレチルト付与特性が優れていることがわかった。
[実施例23から34、比較例13]
 本発明の第一成分を含有していない液晶組成物であるLC-BからLC-Mを調整した。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 〉
V-HB(2F,3F)-O2      (2-1-1)  15%
5-H2B(2F,3F)-O2     (2-2-1)  10%
2-HBB(2F,3F)-O2     (2-8-1)   4%
3-HBB(2F,3F)-O2     (2-8-1)  10%
5-HBB(2F,3F)-O2     (2-8-1)  10%
2-HHB(2F,3CL)-O2    (2-9-1)   2%
3-HHB(2F,3CL)-O2    (2-9-1)   3%
4-HHB(2F,3CL)-O2    (2-9-1)   3%
5-HHB(2F,3CL)-O2    (2-9-1)   3%
2-HH-3              (3-1-1)  27%
3-HB-O2             (3-2-1)   2%
3-HHB-1             (3-5-1)   3%
3-HHB-3             (3-5-1)   5%
3-HHB-O1            (3-5-1)   3%
 NI=78.3℃;Δn=0.094;Δε=-3.0.
〈 LC-C 〉
3-HB(2F,3F)-O2      (2-1-1)   6%
3-H2B(2F,3F)-O2     (2-2-1)  17%
5-H2B(2F,3F)-O2     (2-2-1)  10%
3-HHB(2F,3F)-O2     (2-5-1)   7%
5-HHB(2F,3F)-O2     (2-5-1)   6%
3-HBB(2F,3F)-O2     (2-8-1)   5%
5-HBB(2F,3F)-O2     (2-8-1)  10%
2-HH-3              (3-1-1)  20%
3-HH-4              (3-1-1)   4%
5-HB-O2             (3-2-1)   4%
3-HHB-1             (3-5-1)   4%
5-HBB(F)B-2         (3-13-1)  7%
 NI=76.6℃;Δn=0.095;Δε=-3.1.
〈 LC-D 〉
3-HB(2F,3F)-O2      (2-1-1)   6%
3-H2B(2F,3F)-O2     (2-2-1)  15%
5-H2B(2F,3F)-O2     (2-2-1)   5%
3-BB(2F,3F)-O2      (2-3-1)   5%
3-H1OB(2F,3F)-O2    (2-4-1)   5%
3-HH2B(2F,3F)-O2    (2-6-1)   5%
2-HBB(2F,3F)-O2     (2-8-1)   5%
4-HBB(2F,3F)-O2     (2-8-1)   6%
5-HBB(2F,3F)-O2     (2-8-1)   6%
2-HH-3              (3-1-1)   5%
3-HH-4              (3-1-1)  10%
1-BB-3              (3-3-1)   4%
3-HHB-1             (3-5-1)   4%
3-HHB-3             (3-5-1)   5%
3-HHB-O1            (3-5-1)   3%
5-HBB(F)B-2         (3-13-1)  6%
5-HBB(F)B-3         (3-13-1)  5%
 NI=87.4℃;Δn=0.119;Δε=-3.4.
〈 LC-E 〉
3-HB(2F,3F)-O2      (2-1-1)  10%
3-BB(2F,3F)-O2      (2-3-1)   7%
3-H1OB(2F,3F)-O2    (2-4-1)   6%
3-HH1OB(2F,3F)-O2   (2-7-1)   3%
2-HBB(2F,3F)-O2     (2-8-1)  10%
3-HBB(2F,3F)-O2     (2-8-1)   5%
3-dhHB(2F,3F)-O2    (2-14-1)  3%
3-HH1OCro(7F,8F)-5  (2-19-1)  5%
2-HH-5              (3-1-1)  10%
3-HH-4              (3-1-1)   8%
5-HB-O2             (3-2-1)   8%
1-BB-3              (3-3-1)   7%
3-HHB-1             (3-5-1)   3%
3-HHB-O1            (3-5-1)   2%
5-HBB-2             (3-6-1)   4%
3-HHEBH-3           (3-10-1)  2%
3-HHEBH-5           (3-10-1)  2%
3-HBBH-5            (3-11-1)  3%
5-HBB(F)B-2         (3-13-1)  2%
 NI=87.5℃;Δn=0.111;Δε=-2.8.
〈 LC-F 〉
3-HB(2F,3F)-O2      (2-1-1)  10%
3-H2B(2F,3F)-O2     (2-2-1)  13%
5-H2B(2F,3F)-O2     (2-2-1)  12%
3-BB(2F,3F)-O2      (2-3-1)   3%
5-H1OB(2F,3F)-O2    (2-4-1)   5%
5-HH1OB(2F,3F)-O2   (2-7-1)   6%
5-HBB(2F,3F)-O2     (2-8-1)   7%
3-HHB(2F,3CL)-O2    (2-9-1)   4%
2-HH-3              (3-1-1)   8%
3-HHEH-3            (3-4-1)   2%
3-HHEH-5            (3-4-1)   2%
4-HHEH-3            (3-4-1)   2%
4-HHEH-5            (3-4-1)   2%
3-HHB-1             (3-5-1)   9%
3-HHB-3             (3-5-1)   7%
3-HHB-O1            (3-5-1)   3%
3-HHEBH-3           (3-10-1)  2%
3-HHEBH-5           (3-10-1)  3%
 NI=89.8℃;Δn=0.093;Δε=-4.1.
〈 LC-G 〉
V-HB(2F,3F)-O2      (2-1-1)   6%
V-HB(2F,3F)-O3      (2-1-1)   5%
3-H2B(2F,3F)-O2     (2-2-1)   5%
3-HH1OB(2F,3F)-O2   (2-7-1)   5%
4-HBB(2F,3F)-O2     (2-8-1)   4%
5-HBB(2F,3F)-O2     (2-8-1)   7%
3-HDhB(2F,3F)-O2    (2-13-1)  5%
3-dhBB(2F,3F)-O2    (2-15-1)  6%
3-HH1OCro(7F,8F)-5  (2-19-1)  8%
2-HH-3              (3-1-1)  16%
3-HH-5              (3-1-1)   5%
3-HB-O1             (3-2-1)   6%
1-BB-3              (3-3-1)   5%
3-HHB-1             (3-5-1)   5%
3-HHB-O1            (3-5-1)   3%
3-HBB-2             (3-6-1)   6%
3-B(F)BB-2          (3-8-1)   3%
 NI=82.5℃;Δn=0.106;Δε=-3.1.
〈 LC-H 〉
V-HB(2F,3F)-O2      (2-1-1)  10%
3-H2B(2F,3F)-O2     (2-2-1)   5%
V2-BB(2F,3F)-O2     (2-3-1)   5%
3-H1OB(2F,3F)-O2    (2-4-1)   6%
3-HBB(2F,3F)-O2     (2-8-1)   6%
3-HHB(2F,3CL)-O2    (2-9-1)   3%
3-DhHB(2F,3F)-O2    (2-12-1)  3%
3-HDhB(2F,3F)-O2    (2-13-1)  3%
3-HH1OCro(7F,8F)-5  (2-19-1)  5%
2-HH-3              (3-1-1)  19%
5-HB-O2             (3-2-1)   5%
V2-BB-1             (3-3-1)   3%
3-HHB-1             (3-5-1)   4%
3-HHB-3             (3-5-1)   7%
3-HHB-O1            (3-5-1)   4%
2-BB(F)B-3          (3-7-1)   4%
3-HB(F)BH-3         (3-12-1)  3%
5-HBB(F)B-2         (3-13-1)  5%
 NI=83.8℃;Δn=0.111;Δε=-2.6.
〈 LC-I 〉
V-HB(2F,3F)-O2      (2-1-1)  14%
3-H2B(2F,3F)-O4     (2-2-1)   5%
3-HBB(2F,3F)-O2     (2-8-1)  10%
4-HBB(2F,3F)-O2     (2-8-1)   4%
5-HBB(2F,3F)-O2     (2-8-1)   5%
3-HH1OCro(7F,8F)-5  (2-19-1)  7%
2-HH-3              (3-1-1)  23%
3-HH-O1             (3-1-1)   5%
3-HH-V              (3-1-1)   3%
4-HHEH-3            (3-4-1)   3%
3-HHB-1             (3-5-1)   6%
3-HHB-3             (3-5-1)   6%
3-HHB-O1            (3-5-1)   3%
2-BB(F)B-5          (3-7-1)   3%
3-B(F)BB-2          (3-8-1)   3%
 NI=81.3℃;Δn=0.098;Δε=-2.6.
〈 LC-J 〉
3-H2B(2F,3F)-O2     (2-2-1)  20%
2-HHB(2F,3F)-O2     (2-5-1)   7%
3-HH1OB(2F,3F)-O2   (2-7-1)  10%
3-HH1OB(2F,3F)-1    (2-7-1)   3%
3-HBB(2F,3F)-O2     (2-8-1)   9%
3-HHB(2F,3CL)-O2    (2-9-1)   5%
2-HH-5              (3-1-1)   4%
3-HH-4              (3-1-1)  15%
3-HH-V              (3-1-1)   8%
3-HH-V1             (3-1-1)   4%
3-HB-O2             (3-2-1)   6%
3-HHB-3             (3-5-1)   6%
3-HB(F)HH-2         (3-9-1)   3%
 NI=81.9℃;Δn=0.084;Δε=-2.8.
〈 LC-K 〉
V-HB(2F,3F)-O2      (2-1-1)   6%
3-H2B(2F,3F)-O2     (2-2-1)   5%
3-BB(2F,3F)-O2      (2-3-1)   5%
3-HH1OB(2F,3F)-O2   (2-7-1)   5%
4-HBB(2F,3F)-O2     (2-8-1)   4%
5-HBB(2F,3F)-O2     (2-8-1)   7%
3-HDhB(2F,3F)-O2    (2-13-1)  5%
3-dhBB(2F,3F)-O2    (2-15-1)  6%
3-HH1OCro(7F,8F)-5  (2-19-1)  8%
2-HH-3              (3-1-1)  16%
3-HH-5              (3-1-1)   5%
3-HB-O1             (3-2-1)   6%
1-BB-3              (3-3-1)   5%
3-HHB-1             (3-5-1)   5%
3-HHB-O1            (3-5-1)   3%
3-HBB-2             (3-6-1)   6%
3-B(F)BB-2          (3-8-1)   3%
 NI=84.1℃;Δn=0.112;Δε=-3.1.
〈 LC-L 〉
3-H2B(2F,3F)-O2     (2-2-1)  15%
5-BB(2F,3F)-O2      (2-3-1)   5%
2-HHB(2F,3F)-O2     (2-5-1)   7%
3-HH1OB(2F,3F)-O2   (2-7-1)  10%
3-HH1OB(2F,3F)-1    (2-7-1)   3%
3-HBB(2F,3F)-O2     (2-8-1)   9%
3-HHB(2F,3CL)-O2    (2-9-1)   5%
2-HH-5              (3-1-1)   4%
3-HH-4              (3-1-1)  15%
3-HH-V              (3-1-1)   8%
3-HH-V1             (3-1-1)   4%
3-HB-O2             (3-2-1)   6%
3-HHB-3             (3-5-1)   6%
3-HB(F)HH-2         (3-9-1)   3%
 NI=82.0℃;Δn=0.087;Δε=-2.8.
〈 LC-M 〉
5-H2B(2F,3F)-O2      (2-2-1) 17%
3-BB(2F,3F)-O2       (2-3-1)  5%
3-HH1OB(2F,3F)-O2    (2-7-1)  8%
3-HHB(2F,3CL)-O2     (2-9-1)  4%
4-HHB(2F,3CL)-O2     (2-9-1)  3%
5-HHB(2F,3CL)-O2     (2-9-1)  3%
3-HBB(2F,3CL)-O2     (2-10-1) 8%
2-BB(2F,3F)B-3       (2-11-1) 4%
3-HH2B(2F,3F,6Me)-O2 (2-16-1) 3%
3-HH1OB(2F,3F,6Me)-O2(2-17-1) 3%
5-H1OCro(7F,8F)-5    (2-18-1) 3%
3-HH-V               (3-1-1) 27%
V-HHB-1              (3-5-1)  7%
2-BB(F)B-3           (3-7-1)  2%
3-HHEBH-3            (3-10-1) 3%
 NI=82.4℃;Δn=0,098;Δε=-2.9.
 上記で調整した液晶組成物LC-BからLC-M、重合性化合物(1-1-1-2)および(4-1-1)を使用して、実施例9と同様にして、実施例23から34、比較例13の残留モノマー濃度(ReM)および紫外光露光前後のプレチルト角(Pt)を測定した。結果を表6に示す。
〈 表6 〉
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000044
 表6の結果より、実施例23から34は、比較例13に比べて、重合反応性、プレチルト付与特性ともに優れていることがわかる。従って、本発明によるa-PSAモード用液晶組成物は、既存PSAモード用液晶組成物に比べて、さらに優れた特性を有すると結論される。
 本発明の液晶組成物は、重合性化合物を含有し、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、または少なくとも2つの特性に関して適切なバランスを有する。この組成物を含有する液晶表示素子は、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 (27)

  1.  第一成分として、水素結合供与体の能力を有し、配向膜表面と水素結合を形成することができる重合可能なモノマー、当該モノマーのオリゴマー、当該モノマーのプレポリマー、または当該モノマーのポリマーを含有する液晶組成物。
  2.  第一成分として、一分子中に、
    (a)1つ以上の環構造、
    (b)1つ以上の極性基、
    および(c)1つ以上の重合性基を有するモノマー、当該モノマーのオリゴマー、当該モノマーのプレポリマー、または、当該モノマーのポリマーを含有する請求項1に記載の液晶組成物。
  3.  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つの化合物を含有する請求項1または2に記載の液晶組成物。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-I000001

    式(1)において、Pは、α,β-不飽和エステル、または、環状エーテルから選択される1以上の基を有する炭素数3から20の重合性基であり、これらにおいて、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;Aは、アダマンタン、ノルアダマンタン、ジアマンタン、トリアマンタン、ノルボルネン、ノルボルナン、フタラン、クマラン、1,2-メチレンジオキシベンゼン、クロマン、ベンゼン、ナフタレン、シクロヘキサン、シクロヘキセン、テトラヒドロピラン、ジオキサン、ピリミジン、およびピリジンから選択された環由来の2価基、または、単結合であり、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く、Bは、アダマンタン、ノルアダマンタン、ジアマンタン、トリアマンタン、ノルボルネン、ノルボルナン、フタラン、クマラン、1,2-メチレンジオキシベンゼン、クロマン、ベンゼン、ナフタレン、シクロヘキサン、シクロヘキセン、テトラヒドロピラン、ジオキサン、ピリミジン、およびピリジンから選択された環由来の(n+m)価の基、または、単結合であり、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く;
    は、-H、-OH、-COOH、-NH、-NHR、-SH、あるいは1つ以上の-NH-を含有する炭素数3から20の複素環であり、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、ただし、AおよびBがともに単結合であるとき、Xは少なくとも1つの-NH-を含有する炭素数3から20の複素環であり、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;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、Pが環状エーテル基を有する重合性基であるとき、Zは、少なくとも1つの-CH-が、-O-、-COO-、-OCO-、または-OCOO-で置き換えられた炭素数1から10のアルキレンであり、Xが水素であるとき、Zは、少なくとも一つの水素が-OH、-COOHで置き換えられた炭素数1から10のアルキレンであり;L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;mは、1、2、または3であり;nは、0、1、2、3または4であり;nは、1、2、または3であり;n+mは、2から5の整数である。
  4.  請求項3に記載の式(1)において、
    Pは、式(P-1)から式(P-4)で表される基から選択された基であり、
    Figure JPOXMLDOC01-appb-I000002

    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;
    Aは、アダマンタン、ノルアダマンタン、ジアマンタン、ノルボルナン、ベンゼン、ナフタレンから選択された環由来の2価の基、または、単結合であり、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6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6のアルキルで置き換えられてもよく、Bは、アダマンタン、ノルアダマンタン、ジアマンタン、ノルボルナン、ベンゼン、ナフタレンから選択された環由来の(n+m)価の基、または、単結合であり、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6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6のアルキルで置き換えられてもよく;
    は、-H、-OH、-COOH、-NH、-NHR、-SH、または式(X-1)から式(X-3)であり、ただし、AおよびBがともに単結合であるとき、Xは式(X-1)から式(X-3)であり;Rは炭素数1から4のアルキルであり;
    Figure JPOXMLDOC01-appb-I000003

    は、炭素数1から4のアルキルであり;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、Xが-Hで表される基であるとき、Zは-OH、-COOHを有していて;
    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-、-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;mは、1または2であり;nは、0、1または2であり;qは、0、1、2、3または4であり;rは、0、1、2または3であり;n+mは、2から5の整数である請求項1から3のいずれか1項に記載の液晶組成物。
  5.  第一成分が式(1-1)から式(1-3)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。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-I000004

    ここで、Cyはアダマンタン、ベンゼン、ナフタレン、ノルボルナン、およびビフェニルから選択された環由来のw価の基であり;Mはメチル、または水素であり;Rは、炭素数1から3のアルキルであり;Xは、-OH、-COOH、-NH、-NHR、-SHであり;Xは、請求項4に記載の式(X-1)から式(X-3)であり;Rは炭素数1から4のアルキルであり;
    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;Z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、1から2個の水素が-OH、または-COOHに置換されており、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;uは、1または2であり;vは、0、1または2であり;wは、2から5の整数であり;qは、0、1、2、3または4であり;rは、0、1または2である。
  6.  請求項5に記載の式(1-1)から式(1-3)において、Xは、-OH、-COOH、-NHであり;ZおよびZは、単結合であり;Zは、炭素数1から2のアルキレンであり、このアルキレンにおいて、1から2個の水素が-OH、または-COOHに置換されており、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い、請求項1から5のいずれか1項に記載の液晶組成物。
  7.  第一成分が式(1-1-1)、式(1-1-2)、式(1-1-3)、式(1-2-1)、および式(1-3-1)で表される化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物である請求項1から6のいずれか1項に記載の液晶組成物。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-I000005

    ここで、Xは、-OH、または、-COOHであり;Mは、水素、または、メチルであり;Rは、メチル、または、エチルであり;yは、0、1、2、3または4である。
  8.  請求項7に記載の式(1-1-1)で表される化合物を含有する請求項1から7のいずれか1項に記載の液晶組成物。
  9.  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つの化合物をさらに含有する請求項1から8のいずれか1項に記載の液晶組成物。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-I000006

    ここで、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;CおよびEは独立して、1,4-シクロへキシレン、1,4-フェニレン、少なくとも1つの水素がフッ素または塩素で置き換えられた1,4-フェニレン、またはテトラヒドロピラン-2,5-ジイルであり;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;LおよびLは独立して、単結合、エチレン、メチレンオキシ、またはカルボニルオキシであり;aは、1、2、または3であり;bは0または1であり;そして、aとbとの和が3以下である。
  10.  第二成分が式(2-1)から式(2-19)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1から9のいずれか1項に記載の液晶組成物。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-I000007

    Figure JPOXMLDOC01-appb-I000008

    ここで、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。
  11.  第二成分として、請求項10に記載の式(2-3)で表される化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物を含有する請求項1から10のいずれか1項に記載の液晶組成物。
  12.  第二成分として、請求項10に記載の式(2-5)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10のいずれか1項に記載の液晶組成物。
  13.  第二成分として、請求項10に記載の式(2-7)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10のいずれか1項に記載の液晶組成物。
  14.  第二成分として、請求項10記載の式(2-8)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10のいずれか1項に記載の液晶組成物。
  15.  第一成分および第一成分以外の重合可能な化合物を除く液晶組成物の重量に基づいて、第二成分の割合が10重量%から100重量%の範囲であり、第一成分および第一成分以外の重合可能な化合物を除く液晶組成物の重量を100重量部とした第一成分の割合が0.05重量部から10重量部の範囲であり、かつ、第一成分の割合と、第一成分以外の重合可能な化合物の割合の和が、0.05重量部から10重量部の範囲である、請求項1から14のいずれか1項に記載の液晶組成物。
  16.  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15のいずれか1項に記載の液晶組成物。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-I000009

    ここで、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;F、G、およびIは独立して、1,4-シクロへキシレン、1,4-フェニレン、2-フルオロ-1,4-フェニレン、または3-フルオロ-1,4-フェニレンであり;LおよびLは独立して、単結合、エチレン、メチレンオキシ、またはカルボニルオキシであり;cは、0、1、または2である。
  17.  第三成分として、式(3-1)から式(3-13)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1から16のいずれか1項に記載の液晶組成物。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-I000010

    ここで、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。
  18.  第三成分として、請求項17に記載の式(3-1)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17のいずれか1項に記載の液晶組成物。
  19.  第三成分として、請求項17に記載の式(3-8)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17のいずれか1項に記載の液晶組成物。
  20.  第一成分および第一成分以外の重合可能な化合物を除く液晶組成物の重量に基づいて、第二成分の割合が10重量%から80重量%の範囲であり、第三成分の割合が20重量%から90重量%の範囲であり、第一成分および第一成分以外の重合可能な化合物を除く液晶組成物の重量を100重量部とした第一成分の割合が0.05重量部から10重量部の範囲であり、かつ、重合可能な化合物の割合が0.05重量部から10重量部の範囲である、請求項16から19のいずれか1項に記載の液晶組成物。
  21.  重合開始剤をさらに含有する、請求項1から20のいずれか1項に記載の液晶組成物。
  22.  重合禁止剤をさらに含有する、請求項1から21のいずれか1項に記載の液晶組成物。
  23.  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℃)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℃)が-2以下である、請求項1から22のいずれか1項に記載の液晶組成物。
  24.  少なくとも一方の基板に電極層を有する2つの基板から構成され、この2つの基板の間に請求項1から23のいずれか1項に記載の液晶組成物中の重合可能な化合物が重合した化合物を含む液晶材料を配置する事を特徴とする、高分子支持配向型液晶表示素子。
  25.  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24に記載の液晶表示素子。
  26.  請求項24に記載の液晶表示素子を、2つの基板間に配置した請求項1から23のいずれか1項に記載の液晶組成物を電圧印加状態で光照射して重合可能な化合物を重合させることにより製造する液晶表示素子の製造方法。
  27.  請求項1から23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。
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