JP3674715B2 - Nematic liquid crystal composition and liquid crystal display device using the same - Google Patents

Description

【０００８】
（式中、Ｒ及びＲ’は各々独立的に、アルキル基、アルコキシル基、アルコキシアルキル基等を表わす。）
しかしながら、これらの化合物を用いて液晶材料の複屈折率（Δｎ）を大きくすることにより、電気光学特性を改善することができても、液晶材料のより高い化学的安定性、液晶表示の高速応答性及び駆動温度範囲等の特性については、依然として問題が残されたままである。
【０００９】
例えば、上記一般式（ａ）〜（ｃ）の化合物のうちの任意成分と一般式（ｄ）で表わされる化合物を混合した場合、得られる液晶組成物の複屈折率（△ｎ）は大きくなるものの、スメクチック相が出現しやすい傾向を有するため、このような化合物を用いても電気光学特性に優れ、且つ広い温度範囲で駆動可能な液晶表示装置を作製することは非常に困難である。
【００１０】
また、例えば、ワードプロセッサ、パーソナルコンピューター等の情報量の多いSTN-LCDに用いられる従来の液晶材料の場合、一般的に、調製された初期あるいは促進テスト後の抵抗値が低いことが知られている。このために、暗い画質を補う目的で補助光源が付加されたバックライト方式のSTN-LCDには、耐熱性等の化学的安定性に優れている液晶材料が新たに必要とされている。
【００１１】
一方、例えば、TFT-LCDにおいては、均一で高いコントラストを得るために、漏れ電流が小さく、高い電圧保持率を有することが重要である。この様な特性を得るために、例えば、下記のような化合物が用いられてきた。
【００１２】
【化５】

【００１３】
（式中、Ｒは前述と同じ意味を表わす。）
しかしながら、これらの化合物を用いると高電圧保持率を得られるものの、液晶材料の複屈折率（△ｎ）を大きくすることができず、しきい値電圧を充分に低減させることも非常に困難であった。
【００１４】
本発明が解決しようとする課題は、複屈折率（△ｎ）が大きく、しかも駆動可能な温度範囲が広く、低電圧駆動可能なネマチック液晶組成物を提供することにあり、この液晶組成物を構成材料として用いた、電気光学特性の改善された液晶表示装置を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するために、一般式（I）及び一般式（II）
【００１６】
【化６】

【００１７】
（式中、Ｒ¹及びＲ²は各々独立的に炭素原子数２〜７の直鎖状アルキル基、アルケニル基又はＣ_pＨ_2p+1-Ｏ-Ｃ_qＨ_2qを表わし、ｐ及びｑは各々独立的に１〜５の整数を表わし、ｋは０又は１を表わし、Ｘ¹〜Ｘ⁴は各々独立的に水素原子又はフッ素原子を表わすが、Ｘ¹〜Ｘ³のうち少なくとも１つはフッ素原子であり、Ｙ¹は炭素原子数２〜７の直鎖状アルキル基、アルコキシ基、−ＯＣＦ₃、−ＣＦ₃又はフッ素原子を表わす。）で表わされる化合物を含有することを特徴とするネマチック液晶組成物を提供する。
【００１８】
上記一般式において、ｋは１であることが好ましく、Ｙ¹は炭素原子数２〜７の直鎖状アルキル基又は−ＯＣＦ₃であることが好ましい。
本発明は上記ネマチック液晶組成物に、一般式（III）及び／又は一般式（IV）
【００１９】
【化７】

【００２０】
（式中、Ｒ³〜Ｒ⁵は各々独立的に炭素原子数１〜７の直鎖状アルキル基、アルケニル基、アルコキシ基又はＣ_rＨ_2r+1-Ｏ-Ｃ_sＨ_2sを表わし、ｒ及びｓは各々独立的に１〜５の整数を表わし、ｎ及びｍは各々独立的に０又は１の整数を表わし、Ｘ⁵は水素原子、フッ素原子又は−ＣＨ₃を表わし、Ｚ¹及びＺ²は各々独立的に単結合、−ＣＯＯ−又は−ＣＨ₂ＣＨ₂−を表わす。）で表わされる化合物を含有することが好ましい。
【００２１】
また、更に一般式（Ｖ）
【００２２】
【化８】

【００２３】
（式中、Ｒ⁶は炭素原子数２〜７の直鎖状アルキル基、アルケニル基又はＣ_tＨ_2t+1-Ｏ-Ｃ_uＨ_2uを表わし、ｔ及びｕは各々独立的に１〜５の整数を表わし、Ｘ⁶は水素原子又はフッ素原子を表わし、Ｚ³は単結合、−ＣＯＯ−又は−ＣＨ₂ＣＨ₂−を表わす。）で表わされる化合物を含有することができ、Ｚ³は単結合であることが好ましい。
【００２４】
また、更に本発明は上記のネマチック液晶組成物を用いたアクティブ・マトリクス形、ツイスティッド・ネマチックあるいはスーパー・ツイスティッド・ネマチック液晶表示装置を提供する。
【００２５】
本発明に係わる一般式（I）及び一般式（II）で表わされる化合物の代表的なものの例（Ｎｏ．１〜８）とその相転移温度を下記第１表に示す。
尚、下記表中、ｍ.ｐ.は結晶相から液晶相又は等方性液体相に相転移する温度を、ｃ.ｐ.は液晶相から等方性液体相に相転移する温度を各々表わす。また、各化合物は、蒸留、カラム精製、再結晶等の方法を用いて不純物を除去し、充分精製したものを使用した。
【００２６】
【表１】

【００２７】
一般式（Ｉ）で表わされる化合物は、より具体的には一般式（I-1）〜（Iー5）
【００２８】
【化９】

【００２９】
（式中、Ｒ¹は一般式（I）におけると同じ意味を表わす。）で表わされる化合物であり、これらの一般式（I-1）〜（I-5）から選ばれる化合物を用いることがより好ましい。
【００３０】
本発明の液晶組成物は一般式（I）及び一般式（II）で表わされる化合物を必須成分として含有する。この一般式（I）及び一般式（II）で表わされる化合物を含有した液晶組成物は、他の液晶化合物との相溶性に優れている。また、必須成分である上記一般式（I）及び一般式（II）で表わされる化合物を含有することによって、複屈折率（Δｎ）が大きく、高い電圧保持率を得るという特徴を有する。
【００３１】
本発明のネマチック液晶組成物は、必須成分である一般式（I）及び一般式（II）で表わされる化合物に加えて、一般式（III）〜（V）で表わされる化合物を含有することが好ましい。一般式（III）及び一般式（IV）で表わされる化合物の代表的なものの例（Ｎｏ．９〜１８）とその相転移温度を下記第２表に示す。尚、下記表中、ｍ.ｐ.は結晶相から液晶相又は等方性液体相に相転移する温度を、ｃ.ｐ.は液晶相から等方性液体相に相転移する温度を各々表わす。
【００３２】
【表２】

【００３３】
本発明のネマチック液晶組成物は、必須成分である一般式（I）及び一般式（II）の化合物を含有する液晶組成物に、一般式（III）で表わされる化合物を加えることによって、液晶組成物の複屈折率（Δｎ）を用途に応じて容易に最適化することができ、これにより液晶表示装置の色むらの低減、視角特性の向上、コントラスト比の増加を容易に達成することができる。
【００３４】
また、この一般式（III）の化合物は前述の一般式（ｄ）の化合物を包含するものである。一般式（ｄ）の化合物は、本発明に係わる一般式（I）あるいは一般式（II）で表わされる化合物と混合した場合、結晶相又はスメクチック相を示し易い傾向を有する。しかし、これに対して、本発明の一般式（I）及び一般式（II）の化合物を含有する液晶組成物に、一般式（III）の化合物を混合した場合、良好な相溶性を示し、結晶相又はスメクチック相とネマチック相との相転移温度を低温側に拡大し易い傾向を示す。従って、本発明の必須成分による優れた特性をほとんど低減させることなく、良好なネマチック液晶組成物を得ることができる。
【００３５】
また、本発明のネマチック液晶組成物に、一般式（IV）で表わされる化合物を加えることによって、複屈折率（Δｎ）が比較的大きい組成物を得ることができる。また、ネマチック相の温度範囲もより広くさせる改善効果を示す。更に、駆動電圧も上昇させにくい傾向がある。このような効果は一般式（IV）の化合物がフルオトラン構造を有し、比較的小さな誘電異方性（Δε）にもかかわらず、化合物の弾性定数が小さいことによるものと考えられる。また、必須成分である一般式（I）及び一般式（II）の化合物との相溶性にも優れているので、この必須成分による優れた特性をほとんど低減させることなく、良好なネマチック液晶組成物を得ることができる。
【００３６】
また、本発明のネマチック液晶組成物を用いて大きなプレチルト角を形成できる液晶表示装置を提供することができる。
具体的には、本発明の必須成分である一般式（I）及び一般式（II）で表わされる化合物の側鎖基Ｒ¹及びＲ²がアルコキシアルキル基を有している化合物によって改善されるものである。また、同様に、一般式（III）〜（V）で表わされる化合物において、側鎖基がアルコキシアルキル基である化合物を含有することによって、このプレチルト角を維持あるいは改善することができる。このようなプレチルト角が改善された本発明のネマチック液晶組成物は、TFT-LCDにおけるバックライトの放熱によるリバースチルトの発生、あるいはSTN-LCDにおけるストライプ・ドメインの発生を顕著に抑えることができ、歩留まりを向上させることができる。
【００３７】
本発明のネマチック液晶組成物における各化合物の含有量は、一般式（I）で表わされる化合物の１種につき、５〜３０重量％の範囲であることが好ましく、一般式（I）で表わされる化合物の総量では、少なくとも１０重量％以上の範囲にあることが好ましく、２０〜１００重量％の範囲にあることがより好ましく、４０〜８５重量％の範囲にあることが特により好ましい。一般式（II）で表わされる化合物の含有量についても、一般式（I）におけると同じである。また、一般式（III）で表わされる化合物の１種につき、０〜３０重量％の範囲で含有することが好ましく、総量では少なくとも９０重量％以下の範囲にあることが好ましく、０〜８０重量％の範囲にあることがより好ましく、１０〜６０重量％の範囲にあることが特により好ましい。一般式（IV）及び一般式（V）で表わされる化合物の含有量についても、一般式（III）におけると同じである。
【００３８】
本発明の液晶組成物は、上記一般式（I）〜（V）で表わされる化合物以外にも、液晶組成物の特性を改善するために、液晶化合物として認識される通常のネマチック液晶、スメクチック液晶、コレステリック液晶などを含有していてもよい。しかしながら、これらの化合物を多量に用いることはネマチック液晶組成物の特性が低減することになるので、添加量は得られるネマチック液晶組成物の要求特性に応じて制限されるものである。
【００３９】
【実施例】
以下、実施例を挙げて本発明を更に詳述するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。また、以下の実施例及び比較例の組成物における「％」は「重量％」を意味する。
【００４０】
組成物の化学的安定性は、液晶組成物２ｇをアンプル管に入れ、真空脱気後窒素置換の処理をして封入し、１５０℃、１時間の加熱促進テストを行ない、この液晶組成物の電圧保持率を測定した。実施例中、測定した特性は以下の通りである。
【００４１】
Ｔ_N-I ： ネマチック相−等方性液体相転移温度（℃）
Ｔ→_N ： 固体相又はスメクチック相−ネマチック相転移温度（℃）
Ｖ_th ： セル厚６μｍのTN-LCDを構成した時のしきい値電圧（Ｖ）
γ ： 飽和電圧（Ｖ_sat）とＶ_thの比
△ε ： 誘電異方性
△ｎ ： 複屈折率
【００４２】
（実施例１）
【００４３】
【化１０】

【００４４】
からなるネマチック液晶組成物Ｎｏ．１９を調製し、この組成物の諸特性を測定した。結果は以下の通りであった。
Ｔ_N-I ： １０２．４ ℃
Ｖ_th ： １．３４ Ｖ
γ ： １．１２
△ε ： １９．４
△ｎ ： ０．２１７
【００４５】
このネマチック液晶組成物は、しきい値電圧が低く、急峻性も文献「高速液晶技術」（第６３頁、(株)シーエムシー社出版）中に示された液晶表示の光学的急峻性の限界値である１．１２と同じ値を示している。従って、このＮｏ．１９の液晶組成物は高時分割駆動に有用であることが理解できる。
【００４６】
（実施例２）
【００４７】
【化１１】

【００４８】
からなるネマチック液晶組成物Ｎｏ．２０を調製し、この組成物の諸特性を測定した。結果は以下の通りであった。
Ｔ_N-I ： ７５．９ ℃
Ｖ_th ： １．７１ Ｖ
γ ： １．１３
△ε ： ９．０
△ｎ ： ０．２１６
テスト前の電圧保持率 ： ９９．１％
加熱促進テスト後電圧保持率 ： ９８．６％
【００４９】
このネマチック液晶組成物は加熱促進テスト後の電圧保持率が高いことから、熱に安定であることが理解できる。またこの組成物を構成材料とするアクティブ・マトリクス液晶表示装置を作製したところ、漏れ電流が小さくフリッカの発生しない優れたものであることが確認できた。
【００５０】
（比較例１）
【００５１】
【化１２】

【００５２】
からなる比較液晶ｅを調製し、この組成物の諸特性を測定しようとしたところ、Ｔ→_Nが高く、比較液晶ｅの諸特性を得るに到らなかった。
【００５３】
（実施例３）
【００５４】
【化１３】

【００５５】
からなるネマチック液晶組成物Ｎｏ．２１を調製し、この組成物の諸特性を測定した。結果は以下の通りであった。
Ｔ_N-I ： ８５．６ ℃
Ｔ→_N ： −５０．０ ℃
Ｖ_th ： １．７０ Ｖ
γ ： １．１３
△ε ： １０．９
△ｎ ： ０．１９２
【００５６】
（実施例４）
【００５７】
【化１４】

【００５８】
からなるネマチック液晶組成物Ｎｏ．２２を調製し、この組成物の諸特性を測定した。結果は以下の通りであった。
Ｔ_N-I ： ９６．０ ℃
Ｔ→_N ： −４７．０ ℃
Ｖ_th ： １．４３ Ｖ
γ ： １．１５
△ε ： １１．９
△ｎ ： ０．１９０
【００５９】
このネマチック液晶組成物にカイラル物質「Ｓ−８１１」（メルク社製）を添加して混合液晶を調製した。一方、対向する平面透明電極上に「サンエバー150」（日産化学社製）の有機膜をラビングして配向膜を形成し、ツイスト角220度のSTN-LCD表示用セルを作製した。上記の混合液晶をこのセルに注入して液晶表示装置を構成し、表示特性を測定した。その結果、しきい値電圧が低く、高時分割特性に優れ、表示画面のちらつきやクロストーク現象が改善されたSTN-LCD表示特性を示す液晶表示装置が得られた。
【００６０】
なお、カイラル物質はカイラル物質の添加による混合液晶の固有らせんピッチＰと表示用セルのセル厚ｄが、Δｎ・ｄ＝０．８５、ｄ／Ｐ＝０．５３となるように添加した。
【００６１】
（実施例５）
【００６２】
【化１５】

【００６３】
からなるネマチック液晶組成物Ｎｏ．２３を調製し、この組成物の諸特性を測定した。結果は以下の通りであった。
Ｔ_N-I ： ９６．０ ℃
Ｔ→_N ： −４０．０ ℃
Ｖ_th ： １．７６ Ｖ
γ ： １．１６
△ε ： １０．５
△ｎ ： ０．２１４
【００６４】
このネマチック液晶組成物の複屈折率の波長分散を測定したところ、光の波長６５０ｎｍに対する４００ｎｍでの比が１．１５以上であった。この液晶材料は、光の波長の違いによってより大きな位相差が現れていることから、カラーフィルター層を用いないでカラー表示を行う、液晶と位相差板の複屈折性を利用した新規反射型カラー液晶表示方式に有用なものである。
【００６５】
（実施例６）
【００６６】
【化１６】

【００６７】
からなるネマチック液晶組成物Ｎｏ．２４を調製し、この組成物の諸特性を測定した。結果は以下の通りであった。
Ｔ_N-I ： ９４．７ ℃
Ｔ→_N ： −４０．０ ℃
Ｖ_th ： ２．１９ Ｖ
γ ： １．１６
△ε ： ７．０
△ｎ ： ０．２３３
【００６８】
このネマチック液晶組成物の複屈折率の波長分散を測定したところ、光の波長６５０ｎｍに対する４００ｎｍでの比が１．１５以上であった。この液晶材料は、光の波長の違いによってより大きな位相差が現れていることから、カラーフィルター層を用いないでカラー表示を行う、液晶と位相差板の複屈折性を利用した新規反射型カラー液晶表示方式に有用なものである。
【００６９】
【発明の効果】
本発明のネマチック液晶組成物は、０．１９以上と複屈折率（Δｎ）が大きく、広い温度範囲でネマチック相を示す。また、電圧保持率が高く、化学的安定性が高いことが明らかである。従って、本発明の液晶組成物を用いることにより、表示画面のちらつき、クロストーク現象の改善された液晶表示装置を得ることができ、大きな複屈折率により液晶層の厚みｄを低減でき応答特性を改善でき、特に情報量の多いTN-LCD、STN-LCDあるいはアクティブ・マトリクス形液晶表示装置において良好な駆動特性及び表示特性が得られる。[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to a nematic liquid crystal composition useful as an electro-optical display material and a liquid crystal display device using the same.
[0002]
[Prior art]
A typical liquid crystal display element is a TN-LCD (twisted nematic liquid crystal display element), which is used in watches, calculators, electronic notebooks, pocket computers, word processors, personal computers, and the like. On the other hand, with the increase in processing information of OA equipment, the amount of information displayed on one screen is increasing, such as Scheffer [SID '85 Digest, 120 pages (1985)], or Kinugawa [SID '86 Digest, p. 122 (1986)], an STN (Super Twisted Nematic) -LCD was developed and has begun to spread widely in displays for high information processing such as word processors and personal computers.
[0003]
Recently, an active addressing drive method has been proposed for the purpose of improving response characteristics in STN-LCD (described in Proc. 12th International Display Research Conference p.503 1992). Such a liquid crystal material is required to have a particularly high birefringence Δn in addition to an elastic constant ratio K33 / K11 of around 1.5, a dielectric anisotropy Δε and a relatively low viscosity. Yes. In addition, a novel reflective color liquid crystal display system that utilizes the birefringence of liquid crystal and phase difference plate has been proposed as a method that enables color display without using a color filter layer (TVJ Technical Report vol.14 No10). .p.51 described in 1990). As such a liquid crystal material, a material having a larger phase difference due to a difference in light wavelength is preferable, and therefore, a material having a particularly high birefringence Δn is required.
[0004]
Furthermore, because of its excellent display quality, active matrix type liquid crystal display devices have been put on the market as being promising in application fields of displays such as liquid crystal televisions, projector displays, and computers. The active matrix display method uses switching elements such as TFT (Thin Film Transistor) or MIM (Metal Insulator Metal) for each pixel, and this method emphasizes high voltage holding ratio with small leakage current. Yes.
[0005]
Therefore, new liquid crystal compounds or liquid crystal compositions have been proposed to deal with the display elements as described above.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
In order to improve the electro-optical characteristics of TN-LCD and STN-LCD as described above, a liquid crystal material having a large birefringence (Δn) is required. Examples of the liquid crystal material having a large birefringence (Δn) include the following compounds.
[0007]
[Formula 4]

[0008]
(In the formula, R and R ′ each independently represents an alkyl group, an alkoxyl group, an alkoxyalkyl group, etc.)
However, by using these compounds to increase the birefringence (Δn) of the liquid crystal material, even if the electro-optical characteristics can be improved, the higher chemical stability of the liquid crystal material and the faster response of the liquid crystal display Problems remain with respect to characteristics such as performance and drive temperature range.
[0009]
For example, when an arbitrary component of the compounds represented by the general formulas (a) to (c) and the compound represented by the general formula (d) are mixed, the birefringence (Δn) of the obtained liquid crystal composition is increased. However, since a smectic phase tends to appear, it is very difficult to produce a liquid crystal display device that is excellent in electro-optical characteristics and can be driven in a wide temperature range even if such a compound is used.
[0010]
Also, for example, in the case of a conventional liquid crystal material used for STN-LCD having a large amount of information such as a word processor or a personal computer, it is generally known that the prepared resistance value after the initial or accelerated test is low. . For this reason, a backlight type STN-LCD to which an auxiliary light source is added for the purpose of compensating dark image quality newly requires a liquid crystal material having excellent chemical stability such as heat resistance.
[0011]
On the other hand, for example, in a TFT-LCD, in order to obtain uniform and high contrast, it is important to have a small leakage current and a high voltage holding ratio. In order to obtain such characteristics, for example, the following compounds have been used.
[0012]
[Chemical formula 5]

[0013]
(In the formula, R represents the same meaning as described above.)
However, when these compounds are used, a high voltage holding ratio can be obtained, but the birefringence (Δn) of the liquid crystal material cannot be increased, and it is very difficult to sufficiently reduce the threshold voltage. there were.
[0014]
The problem to be solved by the present invention is to provide a nematic liquid crystal composition having a large birefringence (Δn), a wide temperature range that can be driven, and capable of being driven at a low voltage. An object of the present invention is to provide a liquid crystal display device having improved electro-optical characteristics used as a constituent material.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides general formula (I) and general formula (II).
[0016]
[Chemical 6]

[0017]
(In the formula, R ¹ and R ² each independently represent a linear alkyl group having 2 to 7 carbon atoms, an alkenyl group, or C _p H _{2p + 1} —O—C _q H _2q , where p and q are Each independently represents an integer of 1 to 5, k represents 0 or 1, X ^{1 to} X ⁴ each independently represents a hydrogen atom or a fluorine atom, and at least one of X ^{1 to} X ³ is It is a fluorine atom, and Y ¹ contains a compound represented by a linear alkyl group having 2 to 7 carbon atoms, an alkoxy group, —OCF ₃ , —CF ₃ or a fluorine atom. A nematic liquid crystal composition is provided.
[0018]
In the above general formula, k is preferably ¹ , and Y ¹ is preferably a linear alkyl group having 2 to 7 carbon atoms or —OCF ₃ .
The present invention provides the above nematic liquid crystal composition having the general formula (III) and / or the general formula (IV).
[0019]
[Chemical 7]

[0020]
(Wherein R ^{3 to} R ⁵ each independently represents a linear alkyl group having 1 to 7 carbon atoms, an alkenyl group, an alkoxy group, or C _r H _{2r + 1} —O—C _s H _2s ; And s each independently represents an integer of 1 to 5, n and m each independently represents an integer of 0 or 1, X ⁵ represents a hydrogen atom, a fluorine atom or —CH ₃ , and Z ¹ and Z ² each independently represents a single bond, —COO— or —CH ₂ CH ₂ —.
[0021]
Furthermore, the general formula (V)
[0022]
[Chemical 8]

[0023]
(In the formula, R ⁶ represents a linear alkyl group having 2 to 7 carbon atoms, an alkenyl group, or C _t H _{2t + 1} —O—C _u H _2u , and t and u are each independently 1 to 5 represents an integer, X ⁶ represents a hydrogen atom or a fluorine atom, Z ³ represents a single bond, -COO- or -CH ₂ CH ₂ -. can contain a compound represented by representing) a, Z ³ is It is preferably a single bond.
[0024]
Furthermore, the present invention provides an active matrix type, twisted nematic or super twisted nematic liquid crystal display device using the above nematic liquid crystal composition.
[0025]
Examples (Nos. 1 to 8) of typical compounds represented by formulas (I) and (II) according to the present invention and their phase transition temperatures are shown in Table 1 below.
In the table below, m.p. represents the temperature at which the crystal phase transitions into the liquid crystal phase or isotropic liquid phase, and c.p. represents the temperature at which the liquid crystal phase transitions into the isotropic liquid phase. . Moreover, each compound used the thing which removed the impurity using methods, such as distillation, column refinement | purification, and recrystallization, and fully refine | purified.
[0026]
[Table 1]

[0027]
More specifically, the compounds represented by the general formula (I) are represented by the general formulas (I-1) to (I-5).
[0028]
[Chemical 9]

[0029]
(Wherein R ¹ represents the same meaning as in formula (I)), and compounds selected from these formulas (I-1) to (I-5) can be used. More preferred.
[0030]
The liquid crystal composition of the present invention contains the compounds represented by formulas (I) and (II) as essential components. The liquid crystal composition containing the compounds represented by the general formula (I) and the general formula (II) is excellent in compatibility with other liquid crystal compounds. Further, by containing the compounds represented by the above general formula (I) and general formula (II) which are essential components, the birefringence (Δn) is large, and a high voltage holding ratio is obtained.
[0031]
The nematic liquid crystal composition of the present invention may contain compounds represented by general formulas (III) to (V) in addition to the compounds represented by general formulas (I) and (II) which are essential components. preferable. Examples of typical compounds represented by general formula (III) and general formula (IV) (Nos. 9 to 18) and their phase transition temperatures are shown in Table 2 below. In the table below, m.p. represents the temperature at which the crystal phase transitions into the liquid crystal phase or isotropic liquid phase, and c.p. represents the temperature at which the liquid crystal phase transitions into the isotropic liquid phase. .
[0032]
[Table 2]

[0033]
The nematic liquid crystal composition of the present invention is obtained by adding a compound represented by general formula (III) to a liquid crystal composition containing compounds of general formula (I) and general formula (II) which are essential components. The birefringence (Δn) of the object can be easily optimized according to the application, and thereby, it is possible to easily reduce the color unevenness of the liquid crystal display device, improve the viewing angle characteristics, and increase the contrast ratio. .
[0034]
The compound of the general formula (III) includes the compound of the general formula (d) described above. The compound of the general formula (d) tends to exhibit a crystalline phase or a smectic phase when mixed with the compound represented by the general formula (I) or the general formula (II) according to the present invention. However, on the other hand, when the compound of the general formula (III) is mixed with the liquid crystal composition containing the compounds of the general formula (I) and the general formula (II) of the present invention, good compatibility is exhibited. It shows a tendency to easily expand the phase transition temperature between the crystalline phase or smectic phase and the nematic phase to the low temperature side. Therefore, a good nematic liquid crystal composition can be obtained without substantially reducing the excellent characteristics due to the essential components of the present invention.
[0035]
Moreover, a composition having a relatively large birefringence (Δn) can be obtained by adding the compound represented by the general formula (IV) to the nematic liquid crystal composition of the present invention. Moreover, the improvement effect which makes the temperature range of a nematic phase wider is also shown. Furthermore, the driving voltage tends to be difficult to increase. Such an effect is considered to be due to the fact that the compound of the general formula (IV) has a fluoranthane structure and the elastic constant of the compound is small despite the relatively small dielectric anisotropy (Δε). Moreover, since it is excellent in compatibility with the compounds of the general formula (I) and the general formula (II), which are essential components, a good nematic liquid crystal composition is obtained without substantially reducing the excellent characteristics of the essential components. Can be obtained.
[0036]
In addition, a liquid crystal display device capable of forming a large pretilt angle using the nematic liquid crystal composition of the present invention can be provided.
Specifically, it is improved by a compound in which the side chain groups R ¹ and R ^{2 of the} compounds represented by the general formula (I) and the general formula (II) which are essential components of the present invention have an alkoxyalkyl group. Is. Similarly, in the compounds represented by the general formulas (III) to (V), the pretilt angle can be maintained or improved by containing a compound whose side chain group is an alkoxyalkyl group. The nematic liquid crystal composition of the present invention having such an improved pretilt angle can remarkably suppress the occurrence of reverse tilt due to heat dissipation of the backlight in TFT-LCD, or the occurrence of stripe domains in STN-LCD, Yield can be improved.
[0037]
The content of each compound in the nematic liquid crystal composition of the present invention is preferably in the range of 5 to 30% by weight per one compound represented by the general formula (I), and represented by the general formula (I). The total amount of the compound is preferably at least 10% by weight or more, more preferably 20 to 100% by weight, and particularly preferably 40 to 85% by weight. The content of the compound represented by the general formula (II) is the same as that in the general formula (I). Moreover, it is preferable to contain in the range of 0-30 weight% per 1 type of compound represented by general formula (III), and it is preferable that it exists in the range of at least 90 weight% or less in total amount, and 0-80 weight% More preferably, it is in the range of 10 to 60% by weight. The contents of the compounds represented by general formula (IV) and general formula (V) are also the same as in general formula (III).
[0038]
In addition to the compounds represented by the above general formulas (I) to (V), the liquid crystal composition of the present invention is an ordinary nematic liquid crystal or smectic liquid crystal that is recognized as a liquid crystal compound in order to improve the properties of the liquid crystal composition. Further, cholesteric liquid crystal may be contained. However, the use of a large amount of these compounds reduces the characteristics of the nematic liquid crystal composition, so the amount added is limited depending on the required characteristics of the resulting nematic liquid crystal composition.
[0039]
【Example】
EXAMPLES Hereinafter, although an Example is given and this invention is further explained in full detail, this invention is not limited to these Examples. Further, “%” in the compositions of the following Examples and Comparative Examples means “% by weight”.
[0040]
The chemical stability of the composition was as follows: 2 g of the liquid crystal composition was placed in an ampule tube, vacuum degassed and nitrogen-substituted, sealed, and subjected to a heating acceleration test at 150 ° C. for 1 hour. The voltage holding ratio was measured. In the examples, the measured characteristics are as follows.
[0041]
T _NI : Nematic phase-isotropic liquid phase transition temperature (° C)
T → _N : Solid phase or smectic phase-nematic phase transition temperature (° C)
V _th : Threshold voltage (V) when a TN-LCD with a cell thickness of 6 μm is constructed
γ: Saturation voltage (V _sat ) to V _th ratio Δε: dielectric anisotropy Δn: birefringence
(Example 1)
[0043]
[Chemical Formula 10]

[0044]
Nematic liquid crystal composition No. 19 was prepared and various properties of this composition were measured. The results were as follows.
T _NI : 102.4 ° C
V _th : 1.34 V
γ: 1.12
Δε: 19.4
Δn: 0.217
[0045]
This nematic liquid crystal composition has a low threshold voltage and steepness as well as the limit of optical steepness of the liquid crystal display shown in the document “High-speed liquid crystal technology” (page 63, published by CMC Co., Ltd.). The same value as the value 1.12 is shown. Therefore, this No. It can be understood that the 19 liquid crystal compositions are useful for high time division driving.
[0046]
(Example 2)
[0047]
Embedded image

[0048]
Nematic liquid crystal composition No. 20 were prepared and the properties of this composition were measured. The results were as follows.
T _NI : 75.9 ° C
V _th : 1.71 V
γ: 1.13
Δε: 9.0
Δn: 0.216
Voltage holding ratio before test: 99.1%
Voltage holding ratio after heating acceleration test: 98.6%
[0049]
Since this nematic liquid crystal composition has a high voltage holding ratio after the heating acceleration test, it can be understood that it is stable to heat. Further, when an active matrix liquid crystal display device using this composition as a constituent material was produced, it was confirmed that the liquid crystal display device had excellent leakage current and no flicker.
[0050]
(Comparative Example 1)
[0051]
Embedded image

[0052]
Comparative liquid crystal e consisting prepared, I tried to measure the various properties of this composition, T → _N is high, it did not reach obtain the characteristics of the comparative liquid crystal e.
[0053]
(Example 3)
[0054]
Embedded image

[0055]
Nematic liquid crystal composition No. 21 was prepared and the properties of this composition were measured. The results were as follows.
T _NI : 85.6 ° C
T → _N : −50.0 ° C.
V _th : 1.70 V
γ: 1.13
Δε: 10.9
Δn: 0.192
[0056]
(Example 4)
[0057]
Embedded image

[0058]
Nematic liquid crystal composition No. 22 was prepared and the properties of this composition were measured. The results were as follows.
T _NI : 96.0 ° C
T → _N : −47.0 ° C.
V _th : 1.43 V
γ: 1.15
Δε: 11.9
Δn: 0.190
[0059]
A chiral substance “S-811” (manufactured by Merck) was added to the nematic liquid crystal composition to prepare a mixed liquid crystal. On the other hand, an organic film of “Sunever 150” (manufactured by Nissan Chemical Industries, Ltd.) was rubbed on the opposing planar transparent electrode to form an alignment film, and an STN-LCD display cell with a twist angle of 220 degrees was produced. The mixed liquid crystal was injected into this cell to constitute a liquid crystal display device, and the display characteristics were measured. As a result, a liquid crystal display device having a low threshold voltage, excellent high time division characteristics, and improved STN-LCD display characteristics with improved display screen flicker and crosstalk was obtained.
[0060]
The chiral material was added so that the intrinsic helical pitch P of the mixed liquid crystal and the cell thickness d of the display cell were Δn · d = 0.85 and d / P = 0.53.
[0061]
(Example 5)
[0062]
Embedded image

[0063]
Nematic liquid crystal composition No. 23 were prepared and the properties of this composition were measured. The results were as follows.
T _NI : 96.0 ° C
T → _N : −40.0 ° C.
V _th : 1.76 V
γ: 1.16
Δε: 10.5
Δn: 0.214
[0064]
When the wavelength dispersion of the birefringence of this nematic liquid crystal composition was measured, the ratio at 400 nm to the light wavelength of 650 nm was 1.15 or more. Since this liquid crystal material has a larger phase difference due to the difference in the wavelength of light, a new reflective color that uses the birefringence of liquid crystal and retardation plate to perform color display without using a color filter layer This is useful for a liquid crystal display system.
[0065]
(Example 6)
[0066]
Embedded image

[0067]
Nematic liquid crystal composition No. 24 was prepared and the properties of this composition were measured. The results were as follows.
T _NI : 94.7 ° C
T → _N : −40.0 ° C.
V _th : 2.19 V
γ: 1.16
Δε: 7.0
Δn: 0.233
[0068]
When the wavelength dispersion of the birefringence of this nematic liquid crystal composition was measured, the ratio at 400 nm to the light wavelength of 650 nm was 1.15 or more. Since this liquid crystal material has a larger phase difference due to the difference in the wavelength of light, a new reflective color that uses the birefringence of liquid crystal and retardation plate to perform color display without using a color filter layer This is useful for a liquid crystal display system.
[0069]
【The invention's effect】
The nematic liquid crystal composition of the present invention has a large birefringence (Δn) of 0.19 or more, and exhibits a nematic phase in a wide temperature range. It is also clear that the voltage holding ratio is high and the chemical stability is high. Therefore, by using the liquid crystal composition of the present invention, it is possible to obtain a liquid crystal display device with improved display screen flickering and crosstalk phenomenon, and the thickness d of the liquid crystal layer can be reduced by a large birefringence, and the response characteristics can be improved. In particular, good drive characteristics and display characteristics can be obtained in a TN-LCD, STN-LCD or active matrix type liquid crystal display device having a large amount of information.

Claims (5)

General formula (I) and general formula (II)

(In the formula, R ¹ and R ² each independently represents a linear alkyl group having 2 to 7 carbon atoms, an alkenyl group, or C pH2p + 1-O—CqH2q, and p and q are each independently 1 to 1) X represents an integer of 5, k represents 0 or 1, X ¹ and X ² each independently represent a hydrogen atom or a fluorine atom, and at least one of X ¹ and X ² is a fluorine atom, Y ¹ Represents a straight-chain alkyl group having 2 to 7 carbon atoms, an alkoxy group, —OCF ₃ , —CF _3, or a fluorine atom.), And a nematic liquid crystal composition characterized by comprising: General formula (III) and / or general formula (IV)

(In the formula, R ^{3 to} R ⁵ each independently represents a linear alkyl group having 1 to 7 carbon atoms, an alkenyl group, an alkoxy group, or CrH2r + 1-O—CsH2s, wherein r and s are each independently Represents an integer of 1 to 5, n and m each independently represents an integer of 0 or 1, X ⁵ represents a hydrogen atom, a fluorine atom or —CH ₃ , and Z ¹ and Z ² each independently represent _2. The nematic liquid crystal composition according to claim 1, comprising a compound represented by a single bond, —COO— or —CH ₂ CH ₂ —. General formula (V)

(Wherein R ⁶ represents a linear alkyl group having 2 to 7 carbon atoms, an alkenyl group, or CtH2t + 1-O—CuH2u, t and u each independently represents an integer of 1 to 5; ⁶ represents a hydrogen atom or a fluorine atom, and Z ³ represents a single bond, —COO— or —CH ₂ CH ₂ —). Liquid crystal composition.   An active matrix type liquid crystal display device using the nematic liquid crystal composition according to claim 1.   A twisted nematic or super twisted nematic liquid crystal display device using the nematic liquid crystal composition according to claim 1.