JP2009249617A

JP2009249617A - 液晶組成物及び強誘電性液晶組成物

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Publication number: JP2009249617A
Application number: JP2008103477A
Authority: JP
Inventors: Kazuteru Hatsusaka; 一輝初阪; Isa Nishiyama; 伊佐西山; Kazunori Maruyama; 和則丸山
Original assignee: DIC Corp; Dainippon Ink and Chemicals Co Ltd
Current assignee: DIC Corp
Priority date: 2008-04-11
Filing date: 2008-04-11
Publication date: 2009-10-29
Anticipated expiration: 2028-04-11
Also published as: JP5365972B2

Abstract

【課題】融点が低く高速応答する強誘電性液晶組成物のベース液晶として有用な液晶組成物及び、融点が低く高速応答する強誘電性液晶組成物を提供する。
【解決手段】一般式（I）で表される分岐側鎖を有する化合物及び一般式（II）で表される末端環を有する化合物を含有する液晶組成物。

Ｒ１１〜Ｒ２２はアルキル基等、ａ，ｂ，ｃ、は１から２の整数であり、環Ａ〜環Ｃ等はフェニレン記あるいはシクロヘキシレン基等を表す。Ｌ２１−Ｌ２２は単結合等の連結基を示す。当該液晶組成物及び強誘電性液晶組成物は融点が低い特徴を有することから、低温保存時に結晶の析出を効果的に防ぐことが可能であり、強誘電性液晶ディスプレイの構成部材として極めて有用である。
【選択図】なし

Description

本願発明は、強誘電性液晶ディスプレイの構成部材として有用な液晶組成物及び強誘電性液晶組成物に関する。

クラークとラガーウォールらによって提案された表面安定化強誘電性液晶表示素子は、（１）高速応答であること、（２）メモリー性を有すること、（３）視野角が広いこと、（４）パッシブ駆動が可能であること、などの特性を示すことから、次世代の表示素子として注目されている。

強誘電性液晶になり得る液晶相は、チルト系のキラルスメクティック液晶相であるが、実用的には粘性の点で有利なキラルスメクティックＣ相（以下、ＳｍＣ^＊と略す。）が最も広く用いられている。強誘電性液晶表示素子の動作温度、保存温度はＳｍＣ^＊相の温度範囲によって制限される。幅広い温度範囲でＳｍＣ^＊相を発現させるために、スメクチックＣ相を発現する非キラル化合物からなるベース液晶に、光学活性物質を添加する方法が、一般的な方法として知られている。

ベース液晶として用いられる非キラル化合物としては、フェニルピリミジン系の化合物が有用である。特に、下記一般式（I）で表される化合物は、フェニルピリミジン系の化合物としては比較的粘性が低く高速応答に適することから、当該化合物を数種混合した組成物（以下、ＰＹベースと略す。）はベース液晶として汎用されている。

（式中、Ｒ_１及びＲ_２は直鎖状アルキル基を表す。）
フェニルピリミジン系化合物を用いたＰＹベース液晶は、比較的低粘度である反面、融点が通常０℃以上と高い問題を有している。

ＰＹベース液晶の低融点化を達成する技術として、ＰＹベース液晶に下記分岐メチル基を側鎖に有するピリミジン系化合物を添加する方法が開示されている（特許文献１及び２参照。）。

しかし、当該引用文献記載の組成物においては、ピリミジン系化合物における分岐側鎖において、メチル基の置換位置が最適化されていない問題があった。そのため、当該引用文献記載の液晶組成物は融点が５℃程度と高く、強誘電性液晶ディスプレイの実用化には不十分なものであった。一方、低融点化に効果のある方法としてアルキル鎖の末端にシクロプロパン環構造を持つ化合物とアルキル鎖中にジメチル分岐を持つ化合物を混合する方法が報告されている（特許文献３参照）。しかしながら、報告されている融点は１１℃あるいは１３℃と高く実用的に不十分なもので、かつ、応答に関する効果は記載されていない。

そのため、融点が低く高速応答する強誘電性液晶組成物のベース液晶として有用な液晶組成物及び、融点が低く高速応答する強誘電性液晶組成物の開発が望まれていた。

特開昭６４−７９１６０号公報特開平２−２０４４８４号公報特開平５−２５５２７７号公報

本発明が解決しようとする課題は、融点が低く高速応答する強誘電性液晶組成物のベース液晶として有用な液晶組成物及び、融点が低く高速応答する強誘電性液晶組成物を提供することである。

上記課題を解決するため、本願発明者らは種々の分岐アルキル鎖を有する化合物と分子構造の末端に環構造を有する化合物を用いて液晶組成物の検討を行い、特定の分岐アルキル鎖を有する化合物と特定の末端環構造を有する化合物の混合により、融点が低く高速応答する強誘電性液晶組成物のベース液晶として有用な液晶組成物及び、融点が低く高速応答する強誘電性液晶組成物が得られることを見出し、本願発明の完成に至った。

本願発明は、一般式（I）、

（式中、Ｒ^１１及びＲ^１２は各々独立に炭素原子数１〜１８の直鎖状又は分岐状のアルキル基を表し、ただし、該アルキル基中の少なくともどちらかひとつは分岐状のアルキル基であり、該アルキル基中の、１つ又は２つの隣接していない−ＣＨ_２−基は−Ｏ−、−ＣＯ−、−ＣＯ−Ｏ−、−Ｏ−ＣＯ−、−Ｏ−ＣＯ−Ｏ−、−ＣＨ＝ＣＨ−又は−Ｃ≡Ｃ−で置き換えられてもよく、該アルキル基中の１つ以上の水素原子はフッ素原子あるいはＣＮ基で置き換えられていてもよく、Ａ^１、Ｂ^１及びＣ^１は各々独立に１つ又は２つの水素原子がフッ素原子、ＣＦ_３基、ＯＣＦ_３基、又はＣＮ基、あるいはこれらの複数の基で置き換えられてもよい１，４−フェニレン基、又は、１，４−シクロヘキシレン基を表し、ａ^１は０、１、又は２表し、ｂ^１、及びｃ^１は０又は１の整数を表し、ａ^１、ｂ^１及びｃ^１の合計は１又は２を表す。）及び、一般式（II）、

（Ｒ^２１は炭素原子数１〜１８の直鎖状又は分岐状のアルキル基を表し、該アルキル基中の、１つ又は２つの隣接していない−ＣＨ_２−基は−Ｏ−、−ＣＯ−、−ＣＯ−Ｏ−、−Ｏ−ＣＯ−、−Ｏ−ＣＯ−Ｏ−、−ＣＨ＝ＣＨ−又は−Ｃ≡Ｃ−で置き換えられてもよく、該アルキル基中の１つ又はそれ以上の水素原子はフッ素原子あるいはＣＮ基で置き換えられていてもよく、Ａ^２、Ｂ^２及びＣ^２は各々独立に１つ又は２つの水素原子がフッ素原子、ＣＦ_３基、ＯＣＦ_３基、又はＣＮ基、あるいはこれらの複数の基で置き換えられてもよい１，４−フェニレン基、１つ又は２つの水素原子がフッ素原子で置換されていてもよいピラジン−２，５−ジイル基、ピリダジン−３，６−ジイル基、ピリジン−２，５−ジイル基、ピリミジン−２，５−ジイル基、１つ又は２つの水素原子がシアノ基あるいはメチル基あるいはその両方で置き換えられてもよいトランス−１，４−シクロへキシレン基、又は、１，３，４−チアジアゾール−２，５−ジイル基、１，３−ジオキサン−２，５−ジイル基、１，３−ジチアン−２，５−ジイル基、１，３−チアゾール−２，４−ジイル基、１，３−チアゾール−２，５−ジイル基、チオフェン−２，４−ジイル基、チオフェン−２，５−ジイル基、ピペラジン−１，４−ジイル基、ピペラジン−２，５−ジイル基又はナフタレン−２，５−ジイル基を表し、Ｌ^４１、及びＬ^４２は各々独立に単結合、−Ｏ−、−ＣＯ−、−ＣＨ_２Ｏ−、−ＯＣＨ_２−、−ＣＦ_２Ｏ−、−ＯＣＦ_２−、−ＣＯ−Ｏ−、−Ｏ−ＣＯ−、−Ｏ−ＣＯ−Ｏ−、−ＣＨ_２ＣＨ_２−、−ＣＨ＝ＣＨ−又は−Ｃ≡Ｃ−を表し、ａ^２、ｂ^２、及びｃ^２は０又は１を表し、ａ^２、ｂ^２及びｃ^２の合計は２又は３を表し、Ｒ^２２は単結合又は炭素原子数１〜１８の直鎖状又は分岐状のアルキレン基を表し、該アルキレン基中の１つ又は２つの隣接していない−ＣＨ_２−基は−Ｏ−、−ＣＯ−、−ＣＯ−Ｏ−、−Ｏ−ＣＯ−、−Ｏ−ＣＯ−Ｏ−、−ＣＨ＝ＣＨ−又は−Ｃ≡Ｃ−で置き換えられてもよく、さらにアルキレン基の１つ又はそれ以上の水素原子がフッ素原子あるいはＣＮ基で置き換えられていてもよい。）で表される化合物を含有する液晶組成物を提供し、該液晶組成物及び光学活性化合物を含有する強誘電性液晶組成物を提供し、併せて該強誘電性液晶組成物を用いた強誘電性液晶表示素子を提供する。

本発明の液晶組成物及び強誘電性液晶組成物は融点が低い特徴を有することから、低温保存時に結晶の析出を効果的に防ぐことが可能である。本願発明の強誘電性液晶組成物は、強誘電性液晶ディスプレイの構成部材として極めて有用である。

本願発明の液晶組成物は、一般式（I）及び一般式（II）で表される化合物により構成されるが、一般式（I）としては、下記一般式（I-a）

（式中、Ｒ^１３及びＲ^１４は各々独立に炭素原子数１〜１８の直鎖状又は分岐状のアルキル基を表し、ただし、該アルキル基中の少なくともどちらかひとつは分岐状のアルキル基であり、該アルキル基中の、１つ又は２つの隣接していない−ＣＨ_２−基は−Ｏ−、−ＣＯ−、−ＣＯ−Ｏ−、−Ｏ−ＣＯ−、−Ｏ−ＣＯ−Ｏ−、−ＣＨ＝ＣＨ−又は−Ｃ≡Ｃ−で置き換えられてもよく、該アルキル基中の１つ以上の水素原子はフッ素原子あるいはＣＮ基で置き換えられていてもよく、X^１１及びX^１２は各々独立に水素原子あるいはフッ素原子を表し、ｄ^１は０又は１の整数を表す。）又は一般式（I−ｂ）

（式中、Ｒ^１３及びＲ^１４は各々独立に炭素原子数１〜１８の直鎖状又は分岐状のアルキル基を表し、ただし、該アルキル基中の少なくともどちらかひとつは分岐状のアルキル基であり、該アルキル基中の、１つ又は２つの隣接していない−ＣＨ_２−基は−Ｏ−、−ＣＯ−、−ＣＯ−Ｏ−、−Ｏ−ＣＯ−、−Ｏ−ＣＯ−Ｏ−、−ＣＨ＝ＣＨ−又は−Ｃ≡Ｃ−で置き換えられてもよく、該アルキル基中の１つ以上の水素原子はフッ素原子あるいはＣＮ基で置き換えられていてもよく、D^１は１，４−フェニレン基、又は、１，４−シクロヘキシレン基を表わす。）のいずれかあるいは両方で表される化合物であることが好ましい。該アルキル基の炭素数は３〜１５が好ましく、４〜１２がさらに好ましい。さらに、該アルキル基として、直鎖状又は分岐状のアルキル基、アルコキシ基、アルケニル基、アルケニルオキシ基であることが特に好ましい。

また、該アルキル基の少なくともひとつは分岐状アルキル基であることが必要であるが、液晶相上限温度の安定性させ、あるいは、高速応答性を達成するため、２つのアルキル基のうち、いずれか一方が直鎖状でもう一方が分岐状であることが好ましい。分岐の数は１、または２であることが、液晶の安定性、低融点化、高速応答の点から好ましく、分岐構造はメチル基であることが、液晶相の安定性、高速応答性の面から好ましい。

分子構造の異なる化合物は結晶構造が異なるので、結晶化を抑制し融点を低下するので、一般式（I）の化合物として、構造の異なる２種以上の化合物を混合して用いることが好ましい。
一般式（I）として好ましい化合物の具体例を以下に挙げる。

（式中、Ｒ^１１１は炭素数４〜１４のアルキル基又はアルコキシ基を表し、Ｒ^１１２は単結合又は炭素数１〜８のアルキレン基を表し、Ｒ^１１３は炭素数１〜８のアルキル基を表し、Ｒ^１１４は炭素数１〜８のアルキレン基を表し、Ｒ^１１５は炭素数４〜１４のアルキル基を表し、L^１１１は、単結合、−O−、−OCO−又は−COO−を表す。）
一般式（II）の化合物としては、下記一般式（II-a）

（Ｒ^２３は炭素原子数１〜１８の直鎖状又は分岐状のアルキル基を表し、該アルキル基中の、１つ又は２つの隣接していない−ＣＨ_２−基は−Ｏ−、−ＣＯ−、−ＣＯ−Ｏ−、−Ｏ−ＣＯ−、−Ｏ−ＣＯ−Ｏ−、−ＣＨ＝ＣＨ−又は−Ｃ≡Ｃ−で置き換えられてもよく、該アルキル基中の１つ又はそれ以上の水素原子はフッ素原子あるいはＣＮ基で置き換えられていてもよく、R^２４は単結合、又は炭素数１〜１２のアルキレン基であり、該アルキレン基中の、１つ又は２つの隣接していない−ＣＨ_２−基は−Ｏ−、−ＣＯ−、−ＣＯ−Ｏ−、−Ｏ−ＣＯ−、−Ｏ−ＣＯ−Ｏ−、−ＣＨ＝ＣＨ−又は−Ｃ≡Ｃ−で置き換えられてもよく、さらにアルキレン基の１つ又はそれ以上の水素原子がフッ素原子あるいはＣＮ基で置き換えられていてもよく、X^２１及びX^２２は各々独立に水素原子あるいはフッ素原子を表し、ｄ^２は０又は１を表す。）あるいは、一般式（II-ｂ）

（Ｒ^２５は炭素原子数１〜１８の直鎖状又は分岐状のアルキル基を表し、該アルキル基中の、１つ又は２つの隣接していない−ＣＨ_２−基は−Ｏ−、−ＣＯ−、−ＣＯ−Ｏ−、−Ｏ−ＣＯ−、−Ｏ−ＣＯ−Ｏ−、−ＣＨ＝ＣＨ−又は−Ｃ≡Ｃ−で置き換えられてもよく、該アルキル基中の１つ又はそれ以上の水素原子はフッ素原子あるいはＣＮ基で置き換えられていてもよく、R^２６は単結合、又は炭素数１〜１２のアルキレン基であり、該アルキレン基中の、１つ又は２つの隣接していない−ＣＨ_２−基は−Ｏ−、−ＣＯ−、−ＣＯ−Ｏ−、−Ｏ−ＣＯ−、−Ｏ−ＣＯ−Ｏ−、−ＣＨ＝ＣＨ−又は−Ｃ≡Ｃ−で置き換えられてもよく、さらにアルキレン基の１つ又はそれ以上の水素原子がフッ素原子あるいはＣＮ基で置き換えられていてもよく、X^２３及びX^２４は各々独立に水素原子あるいはフッ素原子を表し、ｅ^２は０又は１を表す。）で表される化合物であることが好ましい。

Ｒ^２３の炭素数は３〜１５が好ましく、４〜１２がさらに好ましい。さらに、該アルキル基としては、アルキル基、アルコキシ基、アルケニル基、アルケニルオキシ基であることが特に好ましい。Ｒ^２５も同様に、炭素数は３〜１５が好ましく、４〜１２がさらに好ましい。さらに、該アルキル基としては、アルキル基、アルコキシ基、アルケニル基、アルケニルオキシ基であることが特に好ましい。

ｄ^２が０の化合物は、分子の方末端にのみアルキル側鎖がある構造となり、一般式（I）で表される化合物と構造が大きくことなるため、結晶構造の不安定化、すなわち、低融点化に効果があり、また、分子形状が直線的・剛直的であるため高速応答にも適していて好ましい。ｄ^２が１でＲ^２４が比較的短い炭素数が１〜５のアルキレン基の場合も同様に好ましい。これらの中で、特に、ｄ^２が０の場合と、ｄ^２が１でＲ^２４が単結合か又は炭素数が１〜３のアルキレン基である場合が特に好ましい。

一般式（II）として特に好ましい化合物の具体例を以下に挙げる。

（式中、Ｒ^２２１は炭素数４〜１４のアルキル基あるいはアルコキシ基を表す。）
本願発明の強誘電性液晶組成物は、一般式（I）、一般式（II）で表される化合物及び光学活性化合物を含有するが、光学活性化合物としては不斉原子を持つ化合物、軸不斉を持つ化合物、または面不斉を持つ化合物を用いることができ、不斉炭素を持つ化合物、又は炭素−炭素結合を軸不斉とする化合物を用いることが好ましく、不斉炭素原子を持つ化合物がより好ましい。

不斉炭素を有する光学活性化合物において、不斉炭素は鎖状構造の一部に導入されていても、環状構造の一部に導入されていても良く、不斉炭素上にフッ素原子、メチル基又はＣＦ_３基が導入されている化合物、又は不斉炭素を有するオキシラン環構造を有する化合物が好ましい。
光学活性化合物として具体的には一般式（III）

（式中、Ｒ^３１及びＲ^３２は、各々独立に炭素原子数１〜１８の直鎖状又は分岐状のアルキル基を表し、該アルキル基中の、１つ又は２つの隣接していない−ＣＨ_２−基は−Ｏ−、−Ｓ−、−ＣＯ−、−ＣＯ−Ｏ−、−Ｏ−ＣＯ−、−Ｏ−ＣＯ−Ｏ−、−ＣＨ＝ＣＨ−又は−Ｃ≡Ｃ−で置き換えられてもよく、該アルキル基中の水素原子はフッ素原子又はＣＮ基で置き換えられていてもよく、Ａ^３、Ｂ^３及びＣ^３は各々独立に、１，４−フェニレン基、ピラジン−２，５−ジイル基、ピリダジン−３，６−ジイル基、ピリジン−２，５−ジイル基、ピリミジン−２，５−ジイル基、トランス−１，４−シクロへキシレン基、１，３，４−チアジアゾール−２，５−ジイル基、１，３−ジオキサン−２，５−ジイル基、１，３−ジチアン−２，５−ジイル基、１，３−チアゾール−２，４−ジイル、１，３−チアゾール−２，５−ジイル、チオフェン−２，４−ジイル基、チオフェン−２，５−ジイル基、ピペラジン−１，４−ジイル基、ピペラジン−２，５−ジイル基又はナフタレン−２，６−ジイル基を表し、ただし、該１，４−フェニレン基及びナフタレン−２，５−ジイル基中の水素原子はフッ素原子、ＣＦ_３基、ＯＣＦ_３基、ＣＮ基、ＣＨ_３基、又はＯＣＨ_３基に置換されていてもよく、該トランス−１，４−シクロへキシレン基中の水素原子はＣＮ基又はＣＨ_３基で置換されていてもよく、ａ^３、ｂ^３、及びｃ^３は各々独立に０又は１を表し、L^３１及びL^３２は、各々独立に単結合、−Ｏ−、−ＣＯ−、−ＣＨ_２Ｏ−、−ＯＣＨ_２−、−ＣＦ_２Ｏ−、−ＯＣＦ_２−、−ＣＯ−Ｏ−、−Ｏ−ＣＯ−、−Ｏ−ＣＯ−Ｏ−、−ＣＨ_２ＣＨ_２−、−ＣＨ＝ＣＨ−又は−Ｃ≡Ｃ−を表し、L^３３は、一般式（III−1）、一般式（III−２）、又は一般式（III−３）、

（式中、ｄ^３、ｅ^３、及びｆ^３は、各々独立に０以上７以下の整数を表す。）のいずれかで表される構造を有し、Z^３１は、一般式（III−４）又は一般式（III−５）、

（ただし、Z^３２はフッ素原子、メチル基又はＣＦ_３基を表し、Ｒ^３３及びＲ^３４は、各々独立に水素原子あるいは炭素原子数１〜１０の直鎖状又は分岐状のアルキル基を表し、＊は不斉炭素を表す。）のいずれかで表される構造を有する。）が好ましい。

一般式（III）で表される化合物の中でも特に、Z^３１が一般式（III−４）の構造を持ち、かつZ^３２がフッ素原子の化合物、または、Z^３１が一般式（III−５）の構造を持ち、かつＲ^３３及びＲ^３４が水素原子である化合物がさらに好ましい。
一般式（III）で表される化合物の中で、Z^３１が一般式（III−４）の構造を持ち、かつZ^３２がフッ素原子の化合物としては、下記一般式（III−ｂ）

（式中、Ｒ^３７及びＲ^３８は、各々独立に炭素原子数１〜１８の直鎖状又は分岐状のアルキル基を表し、該アルキル基中の、１つ又は２つの隣接していない−ＣＨ_２−基は−Ｏ−、−Ｓ−、−ＣＯ−、−ＣＯ−Ｏ−、−Ｏ−ＣＯ−、−Ｏ−ＣＯ−Ｏ−、−ＣＨ＝ＣＨ−又は−Ｃ≡Ｃ−で置き換えられてもよく、該アルキル基中の水素原子はフッ素原子又はＣＮ基で置き換えられていてもよく、L^３４は、一般式（III−ｂ−１）、又は一般式（III−ｂ−２）、

（式中、ｇ^３、及びｈ^３は、各々独立に０以上７以下の整数を表す。）のいずれかで表される構造を有する。）で表される化合物、又は、下記一般式（III−ｃ）

（式中、Ｒ^３９及びＲ^４０は各々独立に炭素原子数１〜１８の直鎖状又は分岐状のアルキル基を表し、ただし、該アルキル基中の少なくともどちらかひとつは分岐状のアルキル基であり、該アルキル基中の、１つ又は２つの隣接していない−ＣＨ_２−基は−Ｏ−、−ＣＯ−、−ＣＯ−Ｏ−、−Ｏ−ＣＯ−、−Ｏ−ＣＯ−Ｏ−、−ＣＨ＝ＣＨ−又は−Ｃ≡Ｃ−で置き換えられてもよく、該アルキル基中の１つ以上の水素原子はフッ素原子あるいはＣＮ基で置き換えられていてもよく、X^３１及びX^３２は各々独立に水素原子あるいはフッ素原子を表し、ｄ^３は０又は１の整数を表し、L^３５は、一般式（III−ｃ−１）、一般式（III−ｃ−２）、又は一般式（III−ｃ−３）、

（式中、ｊ^３、ｋ^３、及びｍ^３は、各々独立に０以上７以下の整数を表す。）のいずれかで表される構造を有する。）の構造を有することが好ましい。

これら化合物の中でも、一般式（III−ｂ）で表される化合物の場合はＲ^３７及びＲ^３８は直鎖状又は分岐状のアルキル基がさらに好ましく、特に直鎖状アルキル基が好ましい。一方、一般式（III−ｃ）で表される化合物の場合はＲ^３９は直鎖状又は分岐状のアルキル基、アルコキシ基、アルケニル基、アルケニルオキシ基がさらに好ましく、Ｒ^４０は直鎖状又は分岐状のアルキル基が好ましく、特に直鎖状アルキル基が好ましい。
一般式（III）で表される化合物の中で、Z^３１が一般式（III−５）の構造を持ち、かつＲ^３３及びＲ^３４が水素原子である化合物としては下記構造の化合物が好ましい。

（式中、Ｒ^３３１は炭素数４〜１４のアルキル基あるいはアルコキシ基、Ｒ^３３２は炭素数１〜８のアルキル基、Ｒ^３３３は炭素数４〜１４のアルキル基、L^３３１、及びL^３３２は各々独立にカルボニル基又はメチレン基を表す。）
一般式（III）として特に好ましい化合物の具体例を以下に挙げる。

（式中、Ｒ_ａａは炭素数１〜１８の直鎖状あるいは分岐状のアルキル基またはアルコキシ基、Ｒ_ｂｂは炭素数１〜１８の直鎖状あるいは分岐状のアルキル基、Ｍ_ａａは炭素数１〜３のメチレン基、Ｍ_ｂｂは炭素数１〜２のメチレン基を表す。）
本願発明の液晶組成物は、一般式（I）及び一般式（II）で表される化合物により構成されるが、一般式（I）で表される化合物の含有量は、５〜８０％が好ましく、１０〜６０％がより好ましく、一般式（I）で表される化合物を２種以上含有することが好ましい。一般式（II）で表される化合物の含有量は、１〜６０％が好ましく、２〜５０％がより好ましく、一般式（II）で表される化合物を２種以上含有することが好ましい。本願発明の強誘電性液晶組成物としては一般式（I）、一般式（II）で表される化合物に加え、一般式（III）で表されるキラル化合物を使用するが、一般式（III）で表される化合物の含有量は、２〜５０％が好ましく、５〜３０％がより好ましい。また、一般式（III）の含有量が１０％を超える場合には、２種以上の一般式（III）で表される化合物を使用し、単一成分の含有量が１０％を超えないようにすると、好ましくない結晶化や相系列の乱れを抑制することができて好ましい。

これらの液晶組成物は不純物等を除去する、又は比抵抗値を更に高くする目的で、シリカ、アルミナ等による精製処理を施しても良い。比抵抗値としては１０^１２Ω・ｃｍ以上が好ましく、１０^１３Ω・ｃｍ以上がより好ましい。更に、目的に応じて液晶組成物中に、キラル化合物、染料、イオン捕捉剤等のドーパントを添加することもできる。

その他、必要に応じて酸化防止剤、紫外線吸収剤、非反応性のオリゴマーや無機充填剤、有機充填剤、重合禁止剤、消泡剤、レベリング剤、可塑剤、シランカップリング剤等を適宜添加しても良い。

更に、強誘電性液晶組成物の成分として、必要に応じて一般式（I）及び一般式（ＩＩ）で示される液晶性化合物以外の液晶性化合物を併用することができる。併用しうる化合物に特に限定はないが、強誘電性液晶相を安定化するためには、スメクチックＣ相、あるいはキラルスメクチックＣ相を示す液晶性化合物を用いることが好ましい。（本明細書中では、液晶相の名称を記載したときには特に断わりのない限り対応するキラルな液晶相も含むものとする。）また、強誘電性液晶相の相系列、あるいは各液晶相の温度範囲を調節するためには適宜液晶性化合物を選ぶのが良い。具体的には、ネマチック相を発現させたり、ネマチック相の温度範囲を広げたい場合には、ネマチック相を示す化合物を併用することが好ましく、また、スメクチックＡ相を発現させたり、スメクチックＡ相の温度範囲を広げたい場合には、スメクチックＡ相を示す化合物を併用することが好ましく、あるいは、Half-V用材料のように、スメクチックＡ相が不要な場合には、スメクチックＡ相を示さない化合物を併用することが好ましい。強誘電性液晶相を安定化するために併用する化合物としては好ましい具体例を以下に挙げる。

（式中、Ｒ^６６１及びＲ^６６２は各々独立に炭素数４〜１４のアルキル基、Ｒ^６６３及びＲ^６６４は各々独立に炭素数４〜１４のアルキル基あるいはアルコキシ基、Ｒ^６６５は炭素数４〜１４のアルキル基、L^６６１、及びL^６６２は各々独立に単結合、−O−、−COO−、又は−OCO−、X^６６１、X^６６２、X^６６３、X^６６４、X^６６５、及びX^６６６、は各々独立に水素原子あるいはフッ素原子を表す。）
コントラストの良い表示素子を得るためには、表示方式にあわせて傾き角を調整する必要がある。傾き角を大きくするためには、スメクチックＣ相の上限温度を高くしたり、スメクチックＡ相の温度幅を狭くするように、化合物を選ぶことが好ましく、傾き角を小さくするためには、スメクチックＣ相の上限温度を低くしたり、スメクチックＡ相の温度範囲を広くするような化合物を使用することが好ましい。

スメクチックの層構造を安定化するためには、一般式（I）及び一般式（ＩＩ）の化合物に、フェニルベンゾエート誘導体を併用するのが好ましい。これらフェニルベンゾエート誘導体あるいはビフェニルベンゾエート誘導体は組成物の粘度を上昇させるので、層構造は安定化することができ、配向乱れの抑制のために好ましい。またフェニルベンゾエート誘導体との混合により融点が低下する効果も得られ好ましい。しかし、フェニルベンゾエート誘導体の使用により粘度が上昇し応答速度も遅くなるので、所望の応答速度が得られる範囲内で使用するのがよい。

一般式（I）で表される化合物、及び、一般式（II）で表される化合物はそれぞれ一種を用いても、アルキル鎖長、アルキル鎖の構造、結合部分の構造、環構造、環数が異なるものを複数含有させても良い。液晶温度の安定性を向上するためには、異なる構造の化合物を２種類以上使用することが好ましい。

キラル化合物は一般式（III）で示される構造の化合物を１種用いても、あるいは、キラル構造、アルキル鎖長、アルキル鎖の構造、結合部分の構造、環構造、環数が異なるものを複数用いても良い。キラルな効果に基づき発生する液晶相での螺旋構造を抑制し、良好な配向状態を得るためには、発生させるねじれの向きが異なる複数のキラル化合物を組合わせて用いることが好ましい。このとき、自発分極の向きは揃うようにキラル化合物の組み合わせを選ぶか、あるいは、十分大きな自発分極を発生させる化合物とねじれ構造は誘起するが自発分極値の小さな化合物の組み合わせを選ぶと自発分極の値はキャンセルされないので好ましい。キラルな効果に基づき液晶相でおこる螺旋構造の発生を抑制するために発生させるねじれの向きが異なる複数のキラル構造を同一の化合物の中に導入することも好ましく行われる。このとき、自発分極の向きは揃うようにキラル構造の組み合わせを選ぶか、あるいは、十分大きな自発分極を発生させる構造とねじれ構造は誘起するが自発分極値の小さな構造の組み合わせを選ぶと自発分極の値はキャンセルされないので好ましい。

本発明の組成物を液晶セルの中に入れることとにより、液晶表示素子を作製することが可能である。液晶セルの２枚の基板はガラス、プラスチックの如き柔軟性をもつ透明な材料を用いることができ、一方はシリコン等の不透明な材料でも良い。透明電極層を有する透明基板は、例えば、ガラス板等の透明基板上にインジウムスズオキシド（ＩＴＯ）をスパッタリングすることにより得ることができる。

強誘電性液晶組成物を用いた液晶表示素子は、フィールドシーケンシャル駆動方法を利用することにより、カラーフィルターを使用しなくてもカラー表示が可能となるが、カラーフィルターを使用した表示方法を利用してもよい。カラーフィルターは、例えば、顔料分散法、印刷法、電着法、又は、染色法等によって作成することができる。顔料分散法によるカラーフィルターの作成方法を一例に説明すると、カラーフィルター用の硬化性着色組成物を、該透明基板上に塗布し、パターニング処理を施し、そして加熱又は光照射により硬化させる。この工程を、赤、緑、青の３色についてそれぞれ行うことで、カラーフィルター用の画素部を作成することができる。その他、該基板上に、ＴＦＴ、薄膜ダイオード、金属絶縁体金属比抵抗素子等の能動素子を設けた画素電極を設置してもよい。

前記基板を、透明電極層が内側となるように対向させる。その際、スペーサーを介して、基板の間隔を調整してもよい。このときは、得られるセルの厚さが１〜１００μｍとなるように調整するのが好ましい。セル厚は、１から１０μｍが更に好ましく、１から４μｍがなお好ましい。偏光板を使用する場合は、コントラストが最大になるように液晶の屈折率異方性Δｎとセル厚ｄとの積を調整することが好ましい。表示素子の製造の点ではセル厚が厚い方が好ましいが、その場合にはΔｎが小さい液晶を使用する必要がある。その場合には、シクロヘキシル、あるいは、１，３，４−チアジアゾール−２，５−ジイル構造を有する一般式（I）、一般式（II）又は一般式（III）の化合物、あるいは、一般式（I）、一般式（II）又は一般式（III）以外の化合物で、シクロヘキシル、あるいは、１，３，４−チアジアゾール−２，５−ジイル構造を有する化合物を用いることが望ましい。シクロヘキシル構造は、一つの分子中に一つ、あるいは２つ存在することが好ましく、１，３，４−チアジアゾール−２，５−ジイルは一つの分子中に一つ存在することが好ましい。又、二枚の偏光板がある場合は、各偏光板の偏光軸を調整して視野角やコントラトが良好になるように調整することもできる。更に、視野角を広げるための位相差フィルムも使用することもできる。スペーサーとしては、例えば、ガラス粒子、プラスチック粒子、アルミナ粒子、フォトレジスト材料等が挙げられる。その後、エポキシ系熱硬化性組成物等のシール剤を、液晶注入口を設けた形で該基板にスクリーン印刷し、該基板同士を貼り合わせ、加熱しシール剤を熱硬化させる。

２枚の基板間に高分子安定化強誘電性液晶組成物を狭持させるに方法は、通常の真空注入法、又はＯＤＦ法などを用いることができる。この時、液晶組成物は、均一なアイソトロピック状態か、又は（キラル）ネマチック相であることが好ましい。スメクチック相では、素子作製時の取り扱い方が難しくなる。

以下、実施例により本発明の液晶組成物について更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例により限定されるものではない。
本実施例において相転移温度の測定は、温度調節ステージを備えた偏光顕微鏡および示差走査熱量計（ＤＳＣ）を併用して行った。応答時間の測定は、液晶セル（配向膜：ポリイミド、ラビング方向：アンチパラレル、セルギャップ：２μｍ）をひとつの分子配列の安定状態において分子長軸がアナライザーと並行になるようにクロスニコルの偏光顕微鏡にセットし、室温で６０Hｚ、２０V_０−ｐの矩形波を印加して透過光量が１０から９０％に変化するまでの時間を応答時間とした。また、組成物中における「部」はすべて「質量部」を表すものとする。
（実施例１）
一般式（I）の化合物として、下記に示す（Ｉ−ａａ）、（Ｉ−ｂｂ）及び（Ｉ−ｃｃ）、一般式（II）として、下記に示す（ＩＩ−ａａ）の化合物を含有する強誘電性液晶組成物を表１に記載の割合で混合し、強誘電性液晶組成物（FLC-1）を作製した。FLC-1の融点は−３８℃と非常に低く好ましいものであり、また、応答時間も１５０μ秒と高速であった。

（比較例１）
一般式（II）で表される化合物群を含まないことを除いて、実施例１と同様にして強誘電性液晶組成物（FLC-C1）を作製した。使用した化合物及びその混合比率は表１に記載した。（FLC-C１）の融点は０℃と実施例と比べて高いものとなり好ましくなかった。また応答時間も２１０μ秒と実施例と比較して遅くなり、好ましくなかった。
（比較例２）
一般式（I）で表される化合物群を含まないことを除いて、実施例１と同様にして強誘電性液晶組成物（FLC-C２）を作製した。使用した化合物及びその混合比率は表１に記載した。（FLC-C２）の融点は１０℃と大変高いものとなり実用的ではなく好ましくなかった。

Claims

一般式（I）

（式中、Ｒ^１１及びＲ^１２は各々独立に炭素原子数１〜１８の直鎖状又は分岐状のアルキル基を表し、ただし、該アルキル基中の少なくともどちらかひとつは分岐状のアルキル基であり、該アルキル基中の、１つ又は２つの隣接していない−ＣＨ_２−基は−Ｏ−、−ＣＯ−、−ＣＯ−Ｏ−、−Ｏ−ＣＯ−、−Ｏ−ＣＯ−Ｏ−、−ＣＨ＝ＣＨ−又は−Ｃ≡Ｃ−で置き換えられてもよく、該アルキル基中の１つ以上の水素原子はフッ素原子あるいはＣＮ基で置き換えられていてもよく、Ａ^１、Ｂ^１及びＣ^１は各々独立に１つ又は２つの水素原子がフッ素原子、ＣＦ_３基、ＯＣＦ_３基、又はＣＮ基、あるいはこれらの複数の基で置き換えられてもよい１，４−フェニレン基、又は、１，４−シクロヘキシレン基を表し、ａ^１は０、１、又は２表し、ｂ^１、及びｃ^１は０又は１の整数を表し、ａ^１、ｂ^１及びｃ^１の合計は１又は２を表す。）及び、一般式（II）、

（Ｒ^２１は炭素原子数１〜１８の直鎖状又は分岐状のアルキル基を表し、該アルキル基中の、１つ又は２つの隣接していない−ＣＨ_２−基は−Ｏ−、−ＣＯ−、−ＣＯ−Ｏ−、−Ｏ−ＣＯ−、−Ｏ−ＣＯ−Ｏ−、−ＣＨ＝ＣＨ−又は−Ｃ≡Ｃ−で置き換えられてもよく、該アルキル基中の１つ又はそれ以上の水素原子はフッ素原子あるいはＣＮ基で置き換えられていてもよく、Ａ^２、Ｂ^２及びＣ^２は各々独立に１つ又は２つの水素原子がフッ素原子、ＣＦ_３基、ＯＣＦ_３基、又はＣＮ基、あるいはこれらの複数の基で置き換えられてもよい１，４−フェニレン基、１つ又は２つの水素原子がフッ素原子で置換されていてもよいピラジン−２，５−ジイル基、ピリダジン−３，６−ジイル基、ピリジン−２，５−ジイル基、ピリミジン−２，５−ジイル基、１つ又は２つの水素原子がシアノ基あるいはメチル基あるいはその両方で置き換えられてもよいトランス−１，４−シクロへキシレン基、又は、１，３，４−チアジアゾール−２，５−ジイル基、１，３−ジオキサン−２，５−ジイル基、１，３−ジチアン−２，５−ジイル基、１，３−チアゾール−２，４−ジイル基、１，３−チアゾール−２，５−ジイル基、チオフェン−２，４−ジイル基、チオフェン−２，５−ジイル基、ピペラジン−１，４−ジイル基、ピペラジン−２，５−ジイル基又はナフタレン−２，５−ジイル基を表し、Ｌ^４１、及びＬ^４２は各々独立に単結合、−Ｏ−、−ＣＯ−、−ＣＨ_２Ｏ−、−ＯＣＨ_２−、−ＣＦ_２Ｏ−、−ＯＣＦ_２−、−ＣＯ−Ｏ−、−Ｏ−ＣＯ−、−Ｏ−ＣＯ−Ｏ−、−ＣＨ_２ＣＨ_２−、−ＣＨ＝ＣＨ−又は−Ｃ≡Ｃ−を表し、ａ^２、ｂ^２、及びｃ^２は０又は１を表し、ａ^２、ｂ^２及びｃ^２の合計は２又は３を表し、Ｒ^２２は単結合又は炭素原子数１〜１８の直鎖状又は分岐状のアルキレン基を表し、該アルキレン基中の１つ又は２つの隣接していない−ＣＨ_２−基は−Ｏ−、−ＣＯ−、−ＣＯ−Ｏ−、−Ｏ−ＣＯ−、−Ｏ−ＣＯ−Ｏ−、−ＣＨ＝ＣＨ−又は−Ｃ≡Ｃ−で置き換えられてもよく、さらにアルキレン基の１つ又はそれ以上の水素原子がフッ素原子あるいはＣＮ基で置き換えられていてもよい。）
で表される化合物を含有する液晶組成物。
一般式（I）で表される化合物が、下記一般式（I-a）

（式中、Ｒ^１３及びＲ^１４は各々独立に炭素原子数１〜１８の直鎖状又は分岐状のアルキル基を表し、ただし、該アルキル基中の少なくともどちらかひとつは分岐状のアルキル基であり、該アルキル基中の、１つ又は２つの隣接していない−ＣＨ_２−基は−Ｏ−、−ＣＯ−、−ＣＯ−Ｏ−、−Ｏ−ＣＯ−、−Ｏ−ＣＯ−Ｏ−、−ＣＨ＝ＣＨ−又は−Ｃ≡Ｃ−で置き換えられてもよく、該アルキル基中の１つ以上の水素原子はフッ素原子あるいはＣＮ基で置き換えられていてもよく、X^１１及びX^１２は各々独立に水素原子あるいはフッ素原子を表し、ｄ^１は０又は１の整数を表す。）又は、下記一般式（I−ｂ）

（式中、Ｒ^１３及びＲ^１４は各々独立に炭素原子数１〜１８の直鎖状又は分岐状のアルキル基を表し、ただし、該アルキル基中の少なくともどちらかひとつは分岐状のアルキル基であり、該アルキル基中の、１つ又は２つの隣接していない−ＣＨ_２−基は−Ｏ−、−ＣＯ−、−ＣＯ−Ｏ−、−Ｏ−ＣＯ−、−Ｏ−ＣＯ−Ｏ−、−ＣＨ＝ＣＨ−又は−Ｃ≡Ｃ−で置き換えられてもよく、該アルキル基中の１つ以上の水素原子はフッ素原子あるいはＣＮ基で置き換えられていてもよく、D^１は１，４−フェニレン基、又は、１，４−シクロヘキシレン基を表わす。）で表される化合物である請求項１記載の液晶組成物
一般式（II）で表される化合物が、下記一般式（II-a）

（Ｒ^２３は炭素原子数１〜１８の直鎖状又は分岐状のアルキル基を表し、該アルキル基中の、１つ又は２つの隣接していない−ＣＨ_２−基は−Ｏ−、−ＣＯ−、−ＣＯ−Ｏ−、−Ｏ−ＣＯ−、−Ｏ−ＣＯ−Ｏ−、−ＣＨ＝ＣＨ−又は−Ｃ≡Ｃ−で置き換えられてもよく、該アルキル基中の１つ又はそれ以上の水素原子はフッ素原子あるいはＣＮ基で置き換えられていてもよく、R^２４は単結合、又は炭素数１〜１２のアルキレン基であり、該アルキレン基中の、１つ又は２つの隣接していない−ＣＨ_２−基は−Ｏ−、−ＣＯ−、−ＣＯ−Ｏ−、−Ｏ−ＣＯ−、−Ｏ−ＣＯ−Ｏ−、−ＣＨ＝ＣＨ−又は−Ｃ≡Ｃ−で置き換えられてもよく、さらにアルキレン基の１つ又はそれ以上の水素原子がフッ素原子あるいはＣＮ基で置き換えられていてもよく、X^２１及びX^２２は各々独立に水素原子あるいはフッ素原子を表し、ｄ^２は０又は１を表す。）又は、一般式（II-ｂ）

（Ｒ^２５は炭素原子数１〜１８の直鎖状又は分岐状のアルキル基を表し、該アルキル基中の、１つ又は２つの隣接していない−ＣＨ_２−基は−Ｏ−、−ＣＯ−、−ＣＯ−Ｏ−、−Ｏ−ＣＯ−、−Ｏ−ＣＯ−Ｏ−、−ＣＨ＝ＣＨ−又は−Ｃ≡Ｃ−で置き換えられてもよく、該アルキル基中の１つ又はそれ以上の水素原子はフッ素原子あるいはＣＮ基で置き換えられていてもよく、R^２６は単結合、又は炭素数１〜１２のアルキレン基であり、該アルキレン基中の、１つ又は２つの隣接していない−ＣＨ_２−基は−Ｏ−、−ＣＯ−、−ＣＯ−Ｏ−、−Ｏ−ＣＯ−、−Ｏ−ＣＯ−Ｏ−、−ＣＨ＝ＣＨ−又は−Ｃ≡Ｃ−で置き換えられてもよく、さらにアルキレン基の１つ又はそれ以上の水素原子がフッ素原子あるいはＣＮ基で置き換えられていてもよく、X^２３及びX^２４は各々独立に水素原子あるいはフッ素原子を表し、ｅ^２は０又は１を表す。）で表される化合物である請求項１あるいは２に記載の液晶組成物
請求項１から３の何れかに記載の液晶組成物及び光学活性化合物を含有する強誘電性液晶組成物。
光学活性化合物が一般式（III）

（式中、Ｒ^３１及びＲ^３２は、各々独立に炭素原子数１〜１８の直鎖状又は分岐状のアルキル基を表し、該アルキル基中の、１つ又は２つの隣接していない−ＣＨ_２−基は−Ｏ−、−Ｓ−、−ＣＯ−、−ＣＯ−Ｏ−、−Ｏ−ＣＯ−、−Ｏ−ＣＯ−Ｏ−、−ＣＨ＝ＣＨ−又は−Ｃ≡Ｃ−で置き換えられてもよく、該アルキル基中の水素原子はフッ素原子又はＣＮ基で置き換えられていてもよく、Ａ^３、Ｂ^３及びＣ^３は各々独立に、１，４−フェニレン基、ピラジン−２，５−ジイル基、ピリダジン−３，６−ジイル基、ピリジン−２，５−ジイル基、ピリミジン−２，５−ジイル基、トランス−１，４−シクロへキシレン基、１，３，４−チアジアゾール−２，５−ジイル基、１，３−ジオキサン−２，５−ジイル基、１，３−ジチアン−２，５−ジイル基、１，３−チアゾール−２，４−ジイル、１，３−チアゾール−２，５−ジイル、チオフェン−２，４−ジイル基、チオフェン−２，５−ジイル基、ピペラジン−１，４−ジイル基、ピペラジン−２，５−ジイル基又はナフタレン−２，６−ジイル基を表し、ただし、該１，４−フェニレン基及びナフタレン−２，５−ジイル基中の水素原子はフッ素原子、ＣＦ_３基、ＯＣＦ_３基、ＣＮ基、ＣＨ_３基、又はＯＣＨ_３基に置換されていてもよく、該トランス−１，４−シクロへキシレン基中の水素原子はＣＮ基又はＣＨ_３基で置換されていてもよく、ａ^３、ｂ^３、及びｃ^３は各々独立に０又は１を表し、L^３１及びL^３２は、各々独立に単結合、−Ｏ−、−ＣＯ−、−ＣＨ_２Ｏ−、−ＯＣＨ_２−、−ＣＦ_２Ｏ−、−ＯＣＦ_２−、−ＣＯ−Ｏ−、−Ｏ−ＣＯ−、−Ｏ−ＣＯ−Ｏ−、−ＣＨ_２ＣＨ_２−、−ＣＨ＝ＣＨ−又は−Ｃ≡Ｃ−を表し、L^３３は、一般式（III−1）、一般式（III−２）、又は一般式（III−３）

（式中、ｄ^３、ｅ^３、及びｆ^３は、各々独立に０以上７以下の整数を表す。）のいずれかで表される構造を有し、Z^３１は、一般式（III−４）又は一般式（III−５）、

（ただし、Z^３２はフッ素原子、メチル基又はＣＦ_３基を表し、Ｒ^３３及びＲ^３４は、各々独立に水素原子あるいは炭素原子数１〜１０の直鎖状又は分岐状のアルキル基を表し、＊は不斉炭素を表す。）のいずれかで表される構造を有する。）である請求項４記載の強誘電性液晶組成物。
請求項４及び５記載の強誘電性液晶組成物を用いた強誘電性液晶表示素子。