JPH0219156B2

JPH0219156B2 -

Info

Publication number: JPH0219156B2
Application number: JP55081246A
Authority: JP
Inventors: Katsumori Takei; Sadao Kanbe; Motoyuki Toki; Yoshitake Shionozaki
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1980-06-16
Filing date: 1980-06-16
Publication date: 1990-04-27
Also published as: JPS575783A

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は液晶組成物に係わり、更に詳しくは、
液晶の誘電分散現象を応用した二周波駆動方式
（特開昭50−104043号、特開昭54−139394号）に
より液晶表示素子に用いられる液晶材料に関す
る。液晶を用いた電気光学的表示素子は、低電圧駆
動、低消費電力、高コントラスト等のメリツトが
あり、現在では、デジタル時計、電卓、計測器等
に広く使われているが、そのほとんどがセグメン
ト表示あるいは数十文字を表示する程度のドツト
マトリクス表示であり、数百文字が表示できる。
キヤラクターデイスプレイや、グラフイツクデイ
スプレイ、更にはテレビに液晶を用いることは困
難であつた。従来、マトリクス表示は電圧平均化法等のダイ
ナミツク駆動により行なわれているが、この方法
では最大桁数がたかだか８桁程度に限られるた
め、キヤラクターデイスプレイ・グラフイツクデ
イスプレイ等のマルチプレツクス駆動は困難であ
る。この欠点を補うものとして、液晶の誘電異方性
が印加電圧の周波数により変化し、cを境にして
その符号が逆転する性質を利用し、cより低周
波、またcより高周波の２つの周波数成分をもつ
信号を印加することによつて液晶分子の配向を制
御し、ON−OFF表示を行なう二周波駆動方式が
注目されている。この方式で駆動する場合、液晶材料に要求され
る特性の代表的なものを次に示す。駆動周波数（特にcより高周波）での誘電異
方性の絶対値が大きいこと。 cが動作温度範囲で比較的低いこと。 cの温度依存性が小さいこと。応答速度（この場合、二周波駆動方式を特開
昭54−139394号に記されている如くとし、条件
一定のもとに、立ち上がり速度、立ち下がり速
度の和の平均値とする）が速い。上記特性〜について簡単に説明する。一般に、液晶デイスプレイは、低電圧駆動、低
消費電力で高いコントラストが得られるところに
最大のメリツトがあるが、二周波駆動で多桁マト
リクス表示するには、数十Ｖの印加電圧が必要で
あり、また駆動周波数も高周波側は数十ＫHzと高
い。従つて、消費電力削減のために、誘電異方性
の絶対値を大きくすること、とりわけ、cより高
周波側の誘電異方性の絶対値を大きくすることは
非常に効果的である。→特性表示部を小型にするため、回路にＣ−MOS−
IC等を組み込んで駆動するには、駆動電圧、駆
動周波数に限界値がある。室温付近ではcが数Ｋ
Hzで十分駆動可能なものでも、温度が上がるとc
が高周波側へずれるため、表示できなくなり、動
作温度範囲が狭くなつてしまう。また低温でcが
あまり低すぎると、逆にcより低周波側の誘電異
方性が小さくなり、これも表示不可能となり、動
作温度範囲を狭めることになる。このため、温度
変化によるcの上昇の割合が小さく、かつ高温に
おいてcの値が小さい液晶が要求される。→特性
、応答性はコントラストとともに表示品質上最も
重要特性であり、特にON−OFFの切り換え速度
の速いテレビ等への応用では、これが実用化の鍵
となる。→特性これらの特性を単品あるいは同族体の混合物で
出せるような液晶はほとんど無いため、数種類の
液晶化合物あるいは非液晶化合物を混合して要求
される特性をもつた組成物をつくつている。しか
し、上記特性のうち、とは相反するものであ
り、例えば応答性を良くするとcが高くなつてし
まい、室温より高い温度では表示できないのが多
くの液晶の特徴である。また液晶の物性には温度
依存性があることは自明であるが、前述したよう
に二周波駆動方式ではcの温度変化を実用上特に
問題であり、従来の液晶ではcの温度依存性が大
きいため、温度補償回路をつけても動作温度範囲
を広くとることは困難である。このように、従来、上記特性〜をバランス
よく満足し、二周波駆動した場合、動作温度範囲
が広くとれ（５℃〜40℃が実用的であると考え
る）、コントラストがとれ（10：１以上）、応答が
速い（常温で立ち上がり、立ち下がり共、
300msec以下）ような液晶組成物はなかつた。本発明はこのような欠点を改良するためになさ
れたものであり、その目的は、二周波駆動した場
合、低消費電力で広い温度範囲にわたつて動作で
き、かつ応答速度の速い液晶組成物を提供するこ
とにある。本発明の二周波駆動用液晶組成物は、一般式が、（但し、R₁は炭素数５，７の直鎖アルキル基、
R₂は炭素数３，４，５，７の直鎖アルキル基を
示す。）で表わされる化合物と、一般式が（但し、Ａは

【式】又は

【式】を表わし、 R₄が炭素数７の直鎖アルキル基のとき、R₃は炭
素数５，６の直鎖アルキル基、R₅が炭素数５の
直鎖アルキル基のとき、R₃は炭素数５の直鎖ア
ルキル基、R₆が５の直鎖アルキル基のとき、R₃
は炭素数５の直鎖アルキル基を示す。）で表わされる化合物と、一般式が（但し、R₇は炭素数３，４，５の直鎖アルキ
ル基、R₈は炭素数１，２のアルキル基または４
の直鎖アルキル基を示す。）で表わされる化合物と、一般式が、（但し、ＸはCNまたはClを示す。）で表わされる化合物と、化学式が、で表わされるいずれかの化合物とからなる液晶組
成物に、（但しＸはClまたはＨを示す）で表わされる化合物のなかから選ばれた少なくと
も二種の化合物を加えたことを特徴とする。即ち以下に示す成分ａ一般（式中、Ｒは５または７、R′は３，４，５，
７個の炭素原子を有する直鎖アルキルを示す）
で表わされる化合物。ｂ端末にシアノ基を有し、大きな正の誘電異方
性を有する液晶化合物。ｃ絶対値の大きな負の誘電異方性を有する液晶
化合物、あるいは分子の形が棒状である非液晶
化合物。ｄ下記条件のうち少なくとも２つ以上を満足す
る液晶化合物、または液晶混合物。１ cが低い。２ cの温度依存性が小さい。３粘性が低い。４液晶温度範囲が広く、融点が低い。このａ〜ｄの各成分を適当な割合で調合するこ
とにより、二周波駆動用液晶材料として十分実用
レベルに達する液晶組成物を作り出すことに成功
したものである。次に上記ａ〜ｄの各成分を混合するに際し、そ
の各成分が、前述の二周波駆動用液晶材料に要求
される特性〜にどのように寄与するかについ
て説明する。一般に液晶の誘電率（ε＝分子の長軸と平行
方向の誘電率、ε⊥＝分子の長軸と垂直方向の誘
電率）は印加電圧の周波数に依つて変化する。す
なわち第１図に示すように誘電分散を起こす。図
中、ε＝ε⊥となる周波数がc（交差周波数）で
あり、液晶の誘電異方性（△ε＝ε−ε⊥）はc
より低周波領域ではε−ε⊥＞０より正であり、
cより高周波領域ではε−ε⊥＜０より負であ
る。このような性質をもつ液晶を、TN型液晶セル
に封入し、これに異なつた周波数成分をもつ信号
を印加ると液晶の配向方向を変えることができ
る。すなわち、第２図、ａに示すように、第１図
中Lの周波数成分をもつ信号を印加したときは、
液晶分子はセル面と垂直方向に配向し、TN型セ
ルでは、ON状態となる。同様に第２図、ｂに示
すように、第１図中Hの周波数成分をもつ信号
を印加したときは、液晶分子はセル面と水平方向
に配向し、OFF状態となる。これが二周波駆動
の基本原理であるが、キヤラクターデイスプレイ
のようにダイナミツク駆動により表示するとき
は、低周波と高周波との複合成分からなる信号を
印加して、ON−OFF表示を行うことになる。このような液晶の誘電分散は、c、△εL、△
εH（第１図）で特徴づけられる。まず液晶材料に要求される特性のうち駆動周波数（特にcより高周波）での誘電異
方性の絶対値が大きいこと。これは前述したように駆動電圧を下げるためで
あるが、これに大きく寄与する成分は前記ａ〜ｄ
のうちｂとｃである。即ち、△ε_Lを大きく、また
調整する成分は、ｂ群化合物（端末にシアノ基を
有し、大きな正の誘電異方性を有する液晶化合物
群）であり、△ε_Lの調整にも少なからず影響はす
るが、また目的として、△ε_Hの絶対値を大きくす
る成分がＣ群化合物（絶対値の大きな負の誘電異
方性を有する液晶化合物、あるいは分子の形が棒
状である非液晶化合物群）である。即ち、主にｂとｃにより△εLと△εHを調整す
るわけである。ｂの化合物としては、公知液晶で非常に多種が
考えられるが、なかでも特性の優れたものとし
て、一般式（式中、Ｒは炭素数８、R′は炭素数６の直鎖
アルキル基を示し、R″は炭素数５の直鎖アルキ
ル基を示す）で表わされる化合物が掲げられる。
他にも公知のものとして

【式】

【式】等が考えられるが、これらの化合物は、単品での分散周波数
が高ため、組成物中に添加すると、組成物の分散
周波数を高くしてしまうので、前述の要求される
特性とのバランスを考えると、あまり好ましく
ないものである。その点前記〜（特に、
）の化合物は分散周波数が低く、特性とのバ
ランスも良い。ｃの化合物として揚げられるもので公知のもの
は、上述ｂのように多種類ではない。シアノ基の
ような強い双極子でも、分子長軸の末端に長軸と
平行についた場合は、同方向の分極をたかめ、△
εを大きくする効果あるが、長軸と垂直方向（実
際にベンゼン環につく場合は長軸と約60゜の角方
向につく）についた場合の同方向の分極はあまり
大きくないため、絶対値の大きな負液晶は数少な
い。そのため、非液晶化合物でも棒状形をしてお
り、液晶と混合した場合、絶対値の大きい負の誘
電異方性を有し、比較的融点の低い化合物は、｜
△εH｜を大きくするための添加剤として用いて
も十分効果がある。一例として、一般式

【式】（式中、Ｒは炭素数６の直鎖アルコキシ基、R′は炭素数５の
直鎖アルキル基を示し、ＸはCN、Ｙは−Clまた
は−CNを示す）で表わされる化合物である。こ
れらの化合物は液晶相は示さない。しかし液晶分
子と同じく棒状形であるので、他の液晶と混合し
た場合は、液晶と同様に誘電異方性を示す。従つ
て液晶との相性が良く、また融点が比較的低いた
め、組成物の融点をあげることがなく、低温エー
ジングも良い。このｂ（端末にシアノ基を有し、大きな正の誘
電異方性を有する液晶化合物）とｃ（絶対値の大
きな負の誘電異方性を有する液晶化合物、あるい
は分子の形が棒状である非液晶化合物）を適当量
組成物中に混合することにより、液晶材料に要求
される条件である（駆動周波数（特にcより高
周波）での誘電異方性の絶対値が大きいこと）を
満足させる液晶組成物をつくることができる。ま
た第１図中、△εL／｜△εH｜も駆動上、重要な
条件であるが、ｂとｃとの調合比を変えることで
調整することができる。次に液晶材料に要求される特性のうち、、
、であるが、これらは密接な相関関係がある
ため、成分との関連性について、まとめて説明す
る。液晶分子の誘電分散現象は、多くの有極性高分
子に比べて比較的低周波領域で起こるが、この現
象は主に分子全体の回転や分子内の双極子の変化
に起因するものである。ここで、分散周波数を
r、緩和時間をγ、液晶の粘度をηとすると、 r＝１／γ １／ηの関係ある。また立ち上がり、立ち下がりの応答時間は、液
晶の粘度が上がれば遅くなる。従つて、分散周波
数と応答時間とは反比例の関係にあることにな
る。またrは、液晶分子の分子長、分子の形や分子
のもつ熱力学的エネルギー、温度等の関数でもあ
り、要求される特性、、をバランス良く満
たす、即ち、応答が速く、cの温度依存性が小さ
く、c値が高温でも比較的低いような組成物をつ
くり出すには、当然、それらのバランスの良くと
れた成分を必ず用いなければならない。即ち、本
発明による成分ａ（一般式）（式中、Ｒは炭素数５，７の直鎖アルキル基、
R′は炭素数３，４，５，７の直鎖アルキル基を
示す）で表わされる化合物とｄ（下記条件のうち
少なくとも２つ以上を満足する液晶化合物または
液晶混合物。１ cが低い。２ cの温度依存性が小さい。３粘性が低い（応答速度がよい）４液晶温度範囲が広く、融点が低い。の化合物がこれに相当する。上記ｄのうち条件４
は、二周波駆動用液晶に限らず、動作温度範囲を
広くするためと、エージング、特に低温エージン
グを良くするために必要な項目である。ｄの化合物として望ましいものは、一般式（式中、Ｒは炭素数３，４，５の直鎖アルキル
基、R′は炭素数１，２のアルキル基または４の
直鎖アルキル基、R″、R″′は炭素数５の直鎖アル
キル基、R₄′、R₅′は炭素数５の直鎖アルキル基を
示す）で表わされる化合物がある。上記、以外の化合物で、ｄに相当するもの
として望ましいものに、一般式が（式中、Ｒは炭素数５の直鎖アルキル基、
R′はＨまたは炭素数６の直鎖アルキル基、R″は
炭素数８、Ｒは炭素数６の直鎖アルコキシ基、
R₄′は炭素数７、R⁵′は炭素数５または６の直鎖ア
ルキル基を示し、Ｘは−Clまたは−Ｈを示す）が
ある。本発明者らは、ａ（一般式（式中Ｒは炭素数５，７の、R′は炭素数３，４，
５，７の直鎖アルキル基を示す。）で表わされる
化合物と、ｂ、ｃ、ｄのなかから選ばれた特定の
化合物の混合物をベース液晶とすることにより、
二周波駆動用液晶材料に要求される条件である
（駆動周波数（特にcより高周波）での誘電異
方性の絶対値が大きいこと。）（cが動作温
度範囲で比較的低いこと）、（cの温度依存
性が小さいこと）、（応答速度が速いこと）
を満足させる液晶組成物をつくることができるこ
とを見いだした。以下、この優れた特性をもつ二周波駆動用液晶
組成物について実施例を掲げて詳しく説明する。実施例１表１に示す液晶組成物をつくり、第３図に示す
液晶セル中に封入し、交流測定電圧の周波数10O
Hz〜100KHzの範囲で、液晶の誘電率の測定を行
つた。（このとき液晶分子の配向を制御する直流
バイアス電圧は60V、測定電圧は50mV）。この
結果を第４図に示す。但し測定温度は、40℃であ
る。

【表】

【表】またこの液晶組成物を液晶層の厚みが8μmであ
る第３図に示すような液晶セル中に封入し、特開
昭54−139394号に記載されている二周波駆動方式
で応答性を測定したところ、立ち上がり、立ち下
がりの平均が各々300msecであつた。（但し、駆
動条件はTemp＝20℃、Vt（タイミング電圧）＝
30V、H（高周波側の駆動周波数）＝50KHz、L
（低周波側の駆動周波数）＝100Hzである。）実施例２表２に示す液晶組成物をつくり、実施例１と同
様に誘電率を測定した結果を第５図に示す。

【表】

【表】実施例１と同様な方法で応答性を調べた結果、
立ち上がり、立ち下がりの平均は各々、255msec
であつた。比較例表３に、実施例１，２と類似の液晶組成物をつ
くり、実施例１と同様の誘電率を測定した結果を
比較ために第６図に示す。

【表】

【表】実施例１と同様な方法で応答速度を測定した結
果、立ち上がり、立ち下がりの平均が各々、
170msecであつた。実施例１，２に示される如く、すべてエステル
化合物で構成してあり、化学的、光学的に安定で
ある。また通電エージング、耐高（低）温、耐湿
エージングも良好な結果を示している。以上の通り、本発明によれば、化合物１〜５か
らなる組成物に、所定の化合物から選ばれた少な
くとも二種の化合物を加えることにより、実施例
１，２と比較例に対応して第４〜６図に示すよう
に、交差周波数cがほぼ16KHzであつたものが、
ほぼ11KHzとなり、この組成物により液晶組成物
ものものに依存するところの交差周波数を下げる
ことができ、その結果、低消費電力となり、さら
に応答速度も充分に実用できる範囲であるととも
に、常温でも充分に使用できる二周波駆動用液晶
組成物を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は液晶の周波数変化による誘電分散を示
す図。第２図は、液晶をTN型セルに封入し、低
周波、高周波各々の信号を印加したときの液晶分
子の配向状態の略図を示す図。第３図は、本実施
例の諸特性を測定した液晶セル構造を示す図。第
４図、第５図、第６図はそれぞれ実施例１、実施
例２、比較例に示す液晶組成物の40℃における測
定周波数と誘電異方性の関係を示す。（図中、横
軸は周波数、縦軸は誘電異方性）１……偏光板、２……パイレツクスガラス、３
……酸化インジウム膜、４……ポリイシド膜、５
……液晶、６……ナイロンスペーサー。

Claims

【特許請求の範囲】１一般式が、（但し、R₁は炭素数５，７の直鎖アルキル基、
R₂は炭素数３，４，５，７の直鎖アルキル基を
示す。）で表わされる化合物と、一般式が（但し、Ａは【式】又は【式】又は【式】を表わし、R₄が炭素数７の直鎖アルキル基のと
き、R₃は炭素数５，６の直鎖アルキル基、R₅が
炭素数５の直鎖アルキル基のとき、R₃は炭素数
５の直鎖アルキル基、R₆が５の直鎖アルキル基
のとき、R₃は炭素数５の直鎖アルキル基を示
す）。で表わされる化合物と、一般式が（但し、R₇は炭素数３，４，５の直鎖アルキ
ル基、R₈は炭素数１、２のアルキル基または４
の直鎖アルキル基を示す。）で表わされる化合物と、一般式が、（但し、ＸはCNまたはClを示す。）で表わされる化合物と、化学式が、で表わされるいずれかの化合物とからなる液晶組
成物に、（但しＸはClまたはＨを示す）で表わされる化合物のなかから選ばれた少なくと
も二種の化合物を加えたことを特徴とする二周波
駆動用液晶組成物。