JPH0359954B2 - - Google Patents
Info
- Publication number
- JPH0359954B2 JPH0359954B2 JP62212832A JP21283287A JPH0359954B2 JP H0359954 B2 JPH0359954 B2 JP H0359954B2 JP 62212832 A JP62212832 A JP 62212832A JP 21283287 A JP21283287 A JP 21283287A JP H0359954 B2 JPH0359954 B2 JP H0359954B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- liquid crystal
- type
- formula
- voltage
- mixed
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Landscapes
- Liquid Crystal (AREA)
- Liquid Crystal Substances (AREA)
Description
〔産業上の利用分野〕
本発明は時分割駆動液晶表示装置、特に時分割
駆動方式に好適な液晶組成物を備えた時分割駆動
液晶表示装置に関するものである。 〔従来の技術〕 電界効果形液晶表示装置の一つであるツイステ
ツドネマチツク形(TN形)液晶表示装置の一例
を第1図に示す。同図に示す液晶表示装置は、そ
れぞれ透明なガラスなどからなる第1の基板1と
第2の基板2とが所定の間隔、例えば5〜15μm
でほぼ平行に配置され、その周囲は、例えばフリ
ツトガラス、有機接着剤等からなる封着部材3で
封着され、これらによつて形成される内部空間に
ネマチツク相液晶4が封入されている。所定の間
隔は、例えばフアイバーガラス、ガラス粉末等の
スペーサ5によつて得られる。なお特別にスペー
サ5を使用せず、封着部材3をスペーサとして兼
用しても良い。 上記第1及び第2の基板1,2は、それぞれそ
の対向する内面上に所定のパターンの電極6が形
成され、更に液晶に接する面は、その面付近の液
晶分子が所望の一定方向に配向させる液晶配向制
御面7,8となつている。このような配向制御面
は、電極を有する基板面上に例えばSiOをその基
板面に対して斜めの方向から蒸着させた斜方蒸着
膜あるいは前記基板面上に有機高分子薄膜又は無
機物薄膜を被着し、その表面を綿などで一定方向
にこするいわゆるラビング処理を施すことなどに
より作られる。 液晶配向方向に関して、第1の基板1の液晶配
向制御面7には第1の一定方向を、第2の基板2
の液晶配向制御面8には第2の一定方向をそれぞ
れ選びそれぞれの方向を異ならせることにより、
前記基板1,2間に挟持されたネマチツク相液晶
4の分子は、第1の方向から第2の方向に向かつ
てねじれて配向される。第1の方向と第2の方向
とのなす角度すなわち液晶分子のツイスト角度は
任意に選ばれるが、一般には第2図に示すように
ほぼ90度が選ばれる。 基板1,2の外側には、それぞれ第1の偏光板
9及び第2の偏光板10が配置される。 この場合2枚の偏光板9,10の偏光軸のなす
角度は通常液晶素子のツイスト角度(前記第1の
方向と第2の方向とのなす角度)と同じ角度、又
は、零度(すなわちそれぞれの偏光軸が平行であ
る)が選ばれる。そして通常液晶配向面配向方向
と偏光板の偏光軸とは互いに平行もしくは直交す
るように配置される。 このような表示装置は、第1の基板側からみた
ときに正常の表示を行う場合、第2の偏光板9の
裏面に反射体11を配置した反射形表示装置、又
は更に第2の偏光板9と反射体11との間に所望
の厚さのアクリル樹脂板、ガラス板等の導光体を
挿入し、その側面の適宜個所に光源を配置した夜
間表示用素子として広く利用されている。 ここで、ツイスト角度90度、偏光軸交差角度90
度の反射形の場合の液晶表示装置の表示動作原理
について説明する。 今、液晶層に電界が存在しないときは、外来光
(この液晶表示素子の第1の偏光板9へ入射する
周囲光)はまず第1の偏光板9を透過したときそ
の偏光軸に沿つた直線偏光光となり液晶層4へ入
射されるが、液晶分子はその層の間で90度ツイス
トしているので液晶層を通過したときは、前記偏
光光の偏光面は90度旋光され、第2の偏光板10
を透過する。これが反射板11で反射され、上記
と逆の順序で第2偏光板10、液晶層4、第1偏
光板9を透過して液晶表示装置へ放射される。従
つて観察者には液晶表示装置に入射され、反射板
で反射されて再び液晶表示装置から出て来た偏光
光を観察することができる。 このような表示装置において所定の選択された
電極6に所定の電圧を印加し、液晶層の所定の領
域に電界を与えると、その領域における液晶分子
は電界の方向に沿つて配向される。その結果、そ
の領域においては偏光面の旋光能を失うので、そ
の領域では偏光面は旋光しないため、第1の偏光
板9で偏光された光は第2の偏光板10で遮断さ
れる。このため観察者にはその領域は暗くみえ
る。 従つて、所望の選択された電極に電圧を印加す
ることによつて、所望の表示を行うことができる
のである。 上記のような電界効果形液晶表示装置におい
て、用いられるべき液晶組成物には、下記に述べ
る諸特性が付与されていることが特に望ましいも
のである。すなわち、 一 配向制御面に対する適応性が良好なこと、 二 広い温度範囲において動作可能なこと、 三 広い温度範囲、特に低温においても応答性の
良いこと、 などである。 まず第一の要請に関しては、液晶4の分子を上
板、下板の界面において平行にしかも一方向に配
列されるように制御することは、本装置の構成上
きわめて重要なことで、従来よりこの制御はSiO
の斜方蒸膜を形成したり、あるいはラビング処理
を施すことにより行つている。 また、第二の要請に対しては、25℃の常温近辺
において液晶であることが最低の必要条件である
が、実用的には−10℃〜+60℃程度以上の温度範
囲で液晶状態を示す液晶体が必要である。 なお、本発明で述べる所定の固体・液晶の転移
温度は下記の測定に基づいて決定、定義されたも
のである。個々の液晶単体物質、およびそれらで
構成される混合系組成物が過冷却現象を示す場合
が多い。その場合には十分低温(たとえば−40
℃)に冷却して結晶化を計り、しかるのちに微量
融点測定装置によつて、温度上昇時における転移
温度を測定し、これをもつて固体・液晶の転移温
度とした。この第二の要請は通常のスタテイツク
駆動については言うに及ばず、いわゆる時分割駆
動方式による駆動においてきわめて重要な意味を
もつている。すなわち最近、液晶表示装置、特に
情報を多く必要とする装置、例えば電卓あるいは
マトリツクス・デイスプレイなどにおいては、電
圧平均法などによる時分割駆動方式を採用するこ
とを必須としている。電卓などでは低電圧駆動が
望ましく、特に電池を直列に接続して直接駆動し
うる4.5V駆動(電池1.5V用3ケ),3V駆動(電池
1.5V用2ケ)などの低電圧駆動が採用されてい
る。この低電圧駆動は電池を直列に接続するた
め、昇圧回路を必要とせず、C−MOSと組合せ
ることにより、電池寿命時間を500時間〜2000時
間に保持しうるのが特徴である。 しかしながら、かかる時分割駆動方式を採用す
ると、スタテイツク駆動方式では生じなかつた動
作上の制約が原理的に存在することになる。すな
わち時分割表示装置では半選択点、非選択点の各
絵素におけるクロストークを防ぐ必要がある。こ
のクロストークの防止法としては最も一般的に用
いられる電圧平均化法がある。この方法はクロス
トーク電圧を平均化して選択電圧との差を大きく
することによつて動作の裕度を広げることを目的
として工夫されたものである。以下この方法を具
体例を挙げながら説明する。 クロストーク電圧を選択電圧の1/3に平均化し、
駆動波形を交流にした電圧平均化法を適用した例
を呈示する。この方式の駆動波形は第3図の状態
図のようになる。第3図において選択状態では±
V0の電圧が液晶に加わり、半選択状態、非選択
状態では±(1/3)V0の電圧が液晶に加わる。こ
のとき液晶が表示状態になる点、すなわち表示点
に加わる印加電圧の実効値νs1は次式のようにな
る。 ただしN:デユーテイ数。 一方液晶の非表示点に加わる印加電圧の実効値
νs2は次式のようになる。 νs2=1/3V0 ……(2) ここで、表示点を表示状態にするには、液晶の
しきい値電圧Vthに対してνs1≧Vthであり、非表
示点にクロストークを生じないためには、νs2≦
Vthでなければなならない。すなわち、この駆動
方式によつてクロストークを防いだ表示をする条
件は次式のようになる。 νs2≦Vth≦υS1 ……(3) (3)式に(1),(2)式を代入し、V0について整理す
ると次のようになる。 そこでV0を変えて表示点および非表示点の輝
度を測定すると第8図のようになる。表示点およ
び非表示点にV0に換算した液晶のしきい値電圧、
Vth1,Vth2が存在し、 Vth1≦V0≦Vth2 ……(5) のときクロストークを防いだ表示が可能になる。
なお、(4)式によりVth1,Vth2は次式で表わせる。 Vth2=3Vth ……(7) (5)式について、さらに厳密に言えば、表示の可
能な電圧の下限値はVth1ではなく第8図に示す飽
和電圧Vsat1を下限とすべきである。すなわち下
記の(8)が、 Vsat1≦V0≦Vth2 ……(8) クロストークを防いだ表示が可能になる電圧範
囲を決める式となる。(8)式におけるV0の可動範
囲が大きい装置ほど動作マージンが広い装置であ
るということができる。以上の式の誘導ではνs1,
νs2したがつてVth1,Vth2,Vsat1などは一定値と
して考えてきたが、これらは温度(T)、素子に
対する視角(φ,θ)(第4図)などによつて変
わりうるものである。(1)式か(8)式の説明では第4
図に定義した視角φ=0と定めて考えてきたが、
現実にはφはある有限の範囲の値を取るものであ
る。このように動作マージンをきめる要因は種々
あり、これを以下に順をおつて説明するが、動作
マージンをきめる要因を考察する上で下記の3つ
の因子を取り上げると問題の本質を見通す上で便
利である。 (a) 温度によるしきい値電圧の変動 (b) 角度によるしきい値電圧の変動 (c) 電圧−輝度特性のシヤープさ さて(a)〜(c)と動作マージンの関係を測定法の具
体例に則して定量的に明らかにする。 時分割駆動方式の電気光学特性は第5図に示す
方法で測定した。液晶表示装置51は輝度計52
に対して10゜〜40゜の間で傾斜させて恒温槽53内
に配置されている。そして輝度計52に対して
30゜の角度をもつて配置されたタングステンラン
プ54より熱吸収ガラスフイルター55を介して
液晶表示装置51に光を照射し、液晶表示装置5
1の輝度を輝度計52により測定する。 前記した方法で測定した時分割駆動1/3バイア
ス・1/3デユテイ,1/2バイアス・1/2デユテイの
場合のそれぞれの駆動波形は第6図、第7図のよ
うな波形で行う。この波形で電圧と輝度特性を示
したのが第8図である。領域は点灯しない領域
であり、領域は選択点のみ点灯する領域であ
る。この領域で数字、文字等の所望の表示がで
きることになる。領域ではすべてのセグメント
が点灯する領域であり、表示機能としての役目を
なさない領域である。すなわちクロストークの生
じる領域である。 Vth1は輝度10%の選択点(ON状態)における
電圧、Vth2は輝度10%の非選択(OFF状態)点に
おける電圧、Vsat1は輝度50%の選択点電圧、
Vsat2は輝度50%の非選択電圧である。動作マー
ジンを次式で定義する。 M(%)=Vth2(T=40,φ=40゜,f=100)
−Vsat1(T=0,φ=10゜,f=550)/Vth2(T=40
,φ=40゜,f=100)+Vsat1(T=0,φ=10゜,f
=550)×100 ただし、T=温度(℃) 0゜〜40℃ φ=視角(゜) 10゜〜40゜ f=周波数(Hz)100〜550Hz したがつて、広い動作マージンとは領域が広
いということと同義である。このように時分割駆
動ではある一定の電圧の幅(マージン)の中で駆
動しなければならない。 この(9)式で表わされる動作マージンMを更に分
析すると、前記した(a)〜(c)の三つの因子によつて
Mが決定されることがわかる。それぞれの因子は
次の式によつて定量的に定義される。 (a) Vthの温度特性ΔT ΔT=Vth2(T=0℃)−Vth2(T=40℃)/Vth
2(T=0℃)+Vth2(T=40℃)×100(%)……(10)
ただし、温度Tは0゜〜40℃の範囲とし、φ=
40゜,f=100Hzでの値としてΔTを定義する。 (b) Vthの角度依存性Δφ Δφ=Vth2(φ=40゜)/Vth2(φ=10゜)……(11) ただし、T=40℃,f=100Hzでの値として
Δφを定義した。 (c) 電圧−輝度特性のシヤープさγ γ=Vsat1/Vth1 ……(12) これらの(a)〜(c)が三つが主要素であるが、この
他に周波数特性Δfが一般には存在する。 Δf=Vth1(f=550)/Vth1(f=100) ……(13) ただしT=40℃,φ=40゜での値としてΔfを定
義する。 さらに式の導出に便利なように電圧平均化法に
おけるマージンαなるものを定義しておく。 α=Vth2/Vth1 ……(14) ここで(9)式に(10)〜(14)を代入して整理する
と、動作マージンMは次式で与えられる。 M=1−(γ/Δ)Δf/α・A/1+(γ/Δ
)Δf/α・A……(15) ただし、A=1−ΔT/1+ΔT 一般にγ,Δ,ΔT,Δfはγ≧1,Δφ≦1,
ΔT≧0,Δf≦1の値を取る。 ここで定義された動作マージンは液晶材料によ
つて種々異なる値を取りうるものであり、より大
きいマージンMを与えうる材料が時分割駆動用に
適していることになる。。(15)式より明らかなよ
うに動作マージンMを拡大するには温度特性ΔT
は0に近づくほど、角度依存性Δ、電圧−輝度
のシヤープさγおよび周波性特性Δfの各々は1
に近くなることが必要である。場合によつては温
度特性ΔTはその装置に温度補償回路を導入する
ことによつて温度特性の影響をほぼ無視して取扱
うこともでき、装置としての動作マージンを拡大
させることができる。しかし、温度補償回路を設
けることは必然的に装置を高価なものにするた
め、電卓などの普及品などではコストを下げるた
めに装置にこのような余分な補償回路などを一切
つけない条件で広い動作マージンが取れる部品材
料(素子)を採用することがきわめて好ましいの
である。 第三の要請すなわち“広い温度範囲、特に低温
においても応答性の良いこと”に関しては、次の
ような考察からその方法が導出されよう。時分割
駆動作時のツイステツドネマチツクモードにおけ
る応答は次式で与えられる。 trise∝1/(8/N+1)・η・d2/K ……(16) tfall∝d2η/K ……(17) ηは粘度,Kは弾性定数,dは液晶層の厚み。
Kについては(61)式を参照のこと。 上式より、液晶の応答は液晶材料の粘度によつ
て主として決定されることが判る。この理論式は
実測ともよい一致を見るとされており、応答性の
向上は液晶材料の粘度の低減によつて行ないうる
ことは当業者であれば容易に認めうる理屈であ
る。 すなわちこの第三の要請に対してはいかに粘性
の低い(勿論他の第一,第二の要請を満した上
で)液晶材料を見出しうるかが成否の鍵をにぎつ
ているのである。 〔発明が解決しようとする問題点〕 従来から液晶表示用、特に時分割駆動用の材料
として、シツフ塩基型,エステル型,ビフエニル
型,アゾキシ型など種々提案されている。アゾキ
シ型は温度特性が良好(ΔTが小さい)すなわち
温度によるしきい値電圧の変動が少ない材料であ
り、さきに定義した動作マージンMは1/3バイア
ス,1/3デユーテイの時分割駆動の条件で10%以
上と大きな値を取りうる。アゾキシ型液晶は次の
一般式で与えられ、 それ自身弱い負の誘電率異方性を示す物質であ
る。通常正の誘電率異方性を有するネマチツク液
晶(Np)を混合した系で用いられる。しかしこ
のアゾキシ型の材料は可視光の一部を吸収し着色
(黄色)しており、光に対する最大吸収が350nm
にあり、この付近の波長によつて次のような光化
学反応をともなうものである。 すなわち光化学反応によつて非液晶物質を生成
せしめるもので、この新しい生成物物の出現によ
つて黄色から赤色に変色し、かつ一般には液晶の
電気抵抗も急激に低下する。 上記の理由により、アゾキシ系ネマテイツク液
晶は太陽光や蛍光灯による光劣化効果をさけるた
めに、実用上500nmのカツトフイルターを装置
(素子)に装着して使用する必要がある。このた
め装置(素子)として複雑になる。 一方このような光劣化しやすい材料以外のもの
として、シツフ塩基系,ビフエニル系,エステル
系などの液晶がいわゆる白色表示用材料として従
来から表示装置への応用の対象物として考慮され
てきた。 ビフエニル系は光,水,酸素などによつておか
されがたく、化学的に安定であるとされている。
しかしこの物質系は主として正の誘電率異方性の
液晶系にのみ室温液晶であるものが知られ、負の
相当物には室温液晶となるもので実用的に有用な
ものが少ない。したがつてビフエニル系のみによ
つて混合系として構成されうる液晶系の種類は少
なく、かつ、また正の誘電率異方性も特に大きな
値ではないため、しきい値電圧の調整を広い範囲
にわたつては行いがたいものである。また、しき
い値電圧値の温度依存性が大きく(ΔTが大き
く)時分割駆動には一般に不適当とされる。 エステル系の液晶は比較的化学的安定性に優
れ、また正の誘電率異方性、および負の誘電率異
方性の液晶単体物質の種類も多い。しかしそのし
きい値電圧値の温度依存性は比較的大きく、かつ
粘度も比較的大きいので前記第二,第三の要請に
は、一般に沿いがたいものである。 シツフ塩基に関しては、エステル系よりも良好
な物性値をもつものであるが、化学的性質として
加水分解性が強く、素子構成との整合を取らない
と使用できない場合があり、万能とは言いがたい
ものである。 本発明は上記従来液晶材料の欠点を克服するこ
と、すなわち広い温度範囲で安定に配向し、かつ
しきい値電圧値を広い範囲の任意の電圧値に設定
し得、かつその値の温度依存性が小さく、応答速
度の早い液晶組成物を特徴とする液晶表示装置を
提供するものである。 従来から前記三つの要請中の第二,第三の要請
に適したものとして、母体として誘電率の異方性
が負のネマチツク液晶(No型液晶)を用い、こ
れに適量の誘電率異方性が正のネマチツク液晶
(Np型液晶)および/または誘電率異方性が正の
液晶類似物(分子構造が正のネマチツク液晶に類
似している物質で以下Np型液晶類似物という)
を添加した系がシツフ塩基型液晶系の中などに存
在しうることを本発明者らは見出している。 〔問題点を解決するための手段〕 本発明者らは新に、次の一般式 〔式中、R1はn−CnH2n+1を、R2はn−Cq
H2q+1−Oを表わす。〕(但し、m,qは1〜10と
する)の各単体液晶の複数個の混合組成から成る
母体系が上記第二,第三の要請に適した母体系で
あることを見出したものである。なお、nは炭素
が直鎖であることを意味する記号であり、以上本
明細書で用いるnは同様の意味とする。また、シ
クロヘキサン環炭素とカルボニル基炭素との結合
はイカトリアル結合であるとする。 本明細書において開示される発明のうち、代表
的なものは下記のとおりである。 一般式
駆動方式に好適な液晶組成物を備えた時分割駆動
液晶表示装置に関するものである。 〔従来の技術〕 電界効果形液晶表示装置の一つであるツイステ
ツドネマチツク形(TN形)液晶表示装置の一例
を第1図に示す。同図に示す液晶表示装置は、そ
れぞれ透明なガラスなどからなる第1の基板1と
第2の基板2とが所定の間隔、例えば5〜15μm
でほぼ平行に配置され、その周囲は、例えばフリ
ツトガラス、有機接着剤等からなる封着部材3で
封着され、これらによつて形成される内部空間に
ネマチツク相液晶4が封入されている。所定の間
隔は、例えばフアイバーガラス、ガラス粉末等の
スペーサ5によつて得られる。なお特別にスペー
サ5を使用せず、封着部材3をスペーサとして兼
用しても良い。 上記第1及び第2の基板1,2は、それぞれそ
の対向する内面上に所定のパターンの電極6が形
成され、更に液晶に接する面は、その面付近の液
晶分子が所望の一定方向に配向させる液晶配向制
御面7,8となつている。このような配向制御面
は、電極を有する基板面上に例えばSiOをその基
板面に対して斜めの方向から蒸着させた斜方蒸着
膜あるいは前記基板面上に有機高分子薄膜又は無
機物薄膜を被着し、その表面を綿などで一定方向
にこするいわゆるラビング処理を施すことなどに
より作られる。 液晶配向方向に関して、第1の基板1の液晶配
向制御面7には第1の一定方向を、第2の基板2
の液晶配向制御面8には第2の一定方向をそれぞ
れ選びそれぞれの方向を異ならせることにより、
前記基板1,2間に挟持されたネマチツク相液晶
4の分子は、第1の方向から第2の方向に向かつ
てねじれて配向される。第1の方向と第2の方向
とのなす角度すなわち液晶分子のツイスト角度は
任意に選ばれるが、一般には第2図に示すように
ほぼ90度が選ばれる。 基板1,2の外側には、それぞれ第1の偏光板
9及び第2の偏光板10が配置される。 この場合2枚の偏光板9,10の偏光軸のなす
角度は通常液晶素子のツイスト角度(前記第1の
方向と第2の方向とのなす角度)と同じ角度、又
は、零度(すなわちそれぞれの偏光軸が平行であ
る)が選ばれる。そして通常液晶配向面配向方向
と偏光板の偏光軸とは互いに平行もしくは直交す
るように配置される。 このような表示装置は、第1の基板側からみた
ときに正常の表示を行う場合、第2の偏光板9の
裏面に反射体11を配置した反射形表示装置、又
は更に第2の偏光板9と反射体11との間に所望
の厚さのアクリル樹脂板、ガラス板等の導光体を
挿入し、その側面の適宜個所に光源を配置した夜
間表示用素子として広く利用されている。 ここで、ツイスト角度90度、偏光軸交差角度90
度の反射形の場合の液晶表示装置の表示動作原理
について説明する。 今、液晶層に電界が存在しないときは、外来光
(この液晶表示素子の第1の偏光板9へ入射する
周囲光)はまず第1の偏光板9を透過したときそ
の偏光軸に沿つた直線偏光光となり液晶層4へ入
射されるが、液晶分子はその層の間で90度ツイス
トしているので液晶層を通過したときは、前記偏
光光の偏光面は90度旋光され、第2の偏光板10
を透過する。これが反射板11で反射され、上記
と逆の順序で第2偏光板10、液晶層4、第1偏
光板9を透過して液晶表示装置へ放射される。従
つて観察者には液晶表示装置に入射され、反射板
で反射されて再び液晶表示装置から出て来た偏光
光を観察することができる。 このような表示装置において所定の選択された
電極6に所定の電圧を印加し、液晶層の所定の領
域に電界を与えると、その領域における液晶分子
は電界の方向に沿つて配向される。その結果、そ
の領域においては偏光面の旋光能を失うので、そ
の領域では偏光面は旋光しないため、第1の偏光
板9で偏光された光は第2の偏光板10で遮断さ
れる。このため観察者にはその領域は暗くみえ
る。 従つて、所望の選択された電極に電圧を印加す
ることによつて、所望の表示を行うことができる
のである。 上記のような電界効果形液晶表示装置におい
て、用いられるべき液晶組成物には、下記に述べ
る諸特性が付与されていることが特に望ましいも
のである。すなわち、 一 配向制御面に対する適応性が良好なこと、 二 広い温度範囲において動作可能なこと、 三 広い温度範囲、特に低温においても応答性の
良いこと、 などである。 まず第一の要請に関しては、液晶4の分子を上
板、下板の界面において平行にしかも一方向に配
列されるように制御することは、本装置の構成上
きわめて重要なことで、従来よりこの制御はSiO
の斜方蒸膜を形成したり、あるいはラビング処理
を施すことにより行つている。 また、第二の要請に対しては、25℃の常温近辺
において液晶であることが最低の必要条件である
が、実用的には−10℃〜+60℃程度以上の温度範
囲で液晶状態を示す液晶体が必要である。 なお、本発明で述べる所定の固体・液晶の転移
温度は下記の測定に基づいて決定、定義されたも
のである。個々の液晶単体物質、およびそれらで
構成される混合系組成物が過冷却現象を示す場合
が多い。その場合には十分低温(たとえば−40
℃)に冷却して結晶化を計り、しかるのちに微量
融点測定装置によつて、温度上昇時における転移
温度を測定し、これをもつて固体・液晶の転移温
度とした。この第二の要請は通常のスタテイツク
駆動については言うに及ばず、いわゆる時分割駆
動方式による駆動においてきわめて重要な意味を
もつている。すなわち最近、液晶表示装置、特に
情報を多く必要とする装置、例えば電卓あるいは
マトリツクス・デイスプレイなどにおいては、電
圧平均法などによる時分割駆動方式を採用するこ
とを必須としている。電卓などでは低電圧駆動が
望ましく、特に電池を直列に接続して直接駆動し
うる4.5V駆動(電池1.5V用3ケ),3V駆動(電池
1.5V用2ケ)などの低電圧駆動が採用されてい
る。この低電圧駆動は電池を直列に接続するた
め、昇圧回路を必要とせず、C−MOSと組合せ
ることにより、電池寿命時間を500時間〜2000時
間に保持しうるのが特徴である。 しかしながら、かかる時分割駆動方式を採用す
ると、スタテイツク駆動方式では生じなかつた動
作上の制約が原理的に存在することになる。すな
わち時分割表示装置では半選択点、非選択点の各
絵素におけるクロストークを防ぐ必要がある。こ
のクロストークの防止法としては最も一般的に用
いられる電圧平均化法がある。この方法はクロス
トーク電圧を平均化して選択電圧との差を大きく
することによつて動作の裕度を広げることを目的
として工夫されたものである。以下この方法を具
体例を挙げながら説明する。 クロストーク電圧を選択電圧の1/3に平均化し、
駆動波形を交流にした電圧平均化法を適用した例
を呈示する。この方式の駆動波形は第3図の状態
図のようになる。第3図において選択状態では±
V0の電圧が液晶に加わり、半選択状態、非選択
状態では±(1/3)V0の電圧が液晶に加わる。こ
のとき液晶が表示状態になる点、すなわち表示点
に加わる印加電圧の実効値νs1は次式のようにな
る。 ただしN:デユーテイ数。 一方液晶の非表示点に加わる印加電圧の実効値
νs2は次式のようになる。 νs2=1/3V0 ……(2) ここで、表示点を表示状態にするには、液晶の
しきい値電圧Vthに対してνs1≧Vthであり、非表
示点にクロストークを生じないためには、νs2≦
Vthでなければなならない。すなわち、この駆動
方式によつてクロストークを防いだ表示をする条
件は次式のようになる。 νs2≦Vth≦υS1 ……(3) (3)式に(1),(2)式を代入し、V0について整理す
ると次のようになる。 そこでV0を変えて表示点および非表示点の輝
度を測定すると第8図のようになる。表示点およ
び非表示点にV0に換算した液晶のしきい値電圧、
Vth1,Vth2が存在し、 Vth1≦V0≦Vth2 ……(5) のときクロストークを防いだ表示が可能になる。
なお、(4)式によりVth1,Vth2は次式で表わせる。 Vth2=3Vth ……(7) (5)式について、さらに厳密に言えば、表示の可
能な電圧の下限値はVth1ではなく第8図に示す飽
和電圧Vsat1を下限とすべきである。すなわち下
記の(8)が、 Vsat1≦V0≦Vth2 ……(8) クロストークを防いだ表示が可能になる電圧範
囲を決める式となる。(8)式におけるV0の可動範
囲が大きい装置ほど動作マージンが広い装置であ
るということができる。以上の式の誘導ではνs1,
νs2したがつてVth1,Vth2,Vsat1などは一定値と
して考えてきたが、これらは温度(T)、素子に
対する視角(φ,θ)(第4図)などによつて変
わりうるものである。(1)式か(8)式の説明では第4
図に定義した視角φ=0と定めて考えてきたが、
現実にはφはある有限の範囲の値を取るものであ
る。このように動作マージンをきめる要因は種々
あり、これを以下に順をおつて説明するが、動作
マージンをきめる要因を考察する上で下記の3つ
の因子を取り上げると問題の本質を見通す上で便
利である。 (a) 温度によるしきい値電圧の変動 (b) 角度によるしきい値電圧の変動 (c) 電圧−輝度特性のシヤープさ さて(a)〜(c)と動作マージンの関係を測定法の具
体例に則して定量的に明らかにする。 時分割駆動方式の電気光学特性は第5図に示す
方法で測定した。液晶表示装置51は輝度計52
に対して10゜〜40゜の間で傾斜させて恒温槽53内
に配置されている。そして輝度計52に対して
30゜の角度をもつて配置されたタングステンラン
プ54より熱吸収ガラスフイルター55を介して
液晶表示装置51に光を照射し、液晶表示装置5
1の輝度を輝度計52により測定する。 前記した方法で測定した時分割駆動1/3バイア
ス・1/3デユテイ,1/2バイアス・1/2デユテイの
場合のそれぞれの駆動波形は第6図、第7図のよ
うな波形で行う。この波形で電圧と輝度特性を示
したのが第8図である。領域は点灯しない領域
であり、領域は選択点のみ点灯する領域であ
る。この領域で数字、文字等の所望の表示がで
きることになる。領域ではすべてのセグメント
が点灯する領域であり、表示機能としての役目を
なさない領域である。すなわちクロストークの生
じる領域である。 Vth1は輝度10%の選択点(ON状態)における
電圧、Vth2は輝度10%の非選択(OFF状態)点に
おける電圧、Vsat1は輝度50%の選択点電圧、
Vsat2は輝度50%の非選択電圧である。動作マー
ジンを次式で定義する。 M(%)=Vth2(T=40,φ=40゜,f=100)
−Vsat1(T=0,φ=10゜,f=550)/Vth2(T=40
,φ=40゜,f=100)+Vsat1(T=0,φ=10゜,f
=550)×100 ただし、T=温度(℃) 0゜〜40℃ φ=視角(゜) 10゜〜40゜ f=周波数(Hz)100〜550Hz したがつて、広い動作マージンとは領域が広
いということと同義である。このように時分割駆
動ではある一定の電圧の幅(マージン)の中で駆
動しなければならない。 この(9)式で表わされる動作マージンMを更に分
析すると、前記した(a)〜(c)の三つの因子によつて
Mが決定されることがわかる。それぞれの因子は
次の式によつて定量的に定義される。 (a) Vthの温度特性ΔT ΔT=Vth2(T=0℃)−Vth2(T=40℃)/Vth
2(T=0℃)+Vth2(T=40℃)×100(%)……(10)
ただし、温度Tは0゜〜40℃の範囲とし、φ=
40゜,f=100Hzでの値としてΔTを定義する。 (b) Vthの角度依存性Δφ Δφ=Vth2(φ=40゜)/Vth2(φ=10゜)……(11) ただし、T=40℃,f=100Hzでの値として
Δφを定義した。 (c) 電圧−輝度特性のシヤープさγ γ=Vsat1/Vth1 ……(12) これらの(a)〜(c)が三つが主要素であるが、この
他に周波数特性Δfが一般には存在する。 Δf=Vth1(f=550)/Vth1(f=100) ……(13) ただしT=40℃,φ=40゜での値としてΔfを定
義する。 さらに式の導出に便利なように電圧平均化法に
おけるマージンαなるものを定義しておく。 α=Vth2/Vth1 ……(14) ここで(9)式に(10)〜(14)を代入して整理する
と、動作マージンMは次式で与えられる。 M=1−(γ/Δ)Δf/α・A/1+(γ/Δ
)Δf/α・A……(15) ただし、A=1−ΔT/1+ΔT 一般にγ,Δ,ΔT,Δfはγ≧1,Δφ≦1,
ΔT≧0,Δf≦1の値を取る。 ここで定義された動作マージンは液晶材料によ
つて種々異なる値を取りうるものであり、より大
きいマージンMを与えうる材料が時分割駆動用に
適していることになる。。(15)式より明らかなよ
うに動作マージンMを拡大するには温度特性ΔT
は0に近づくほど、角度依存性Δ、電圧−輝度
のシヤープさγおよび周波性特性Δfの各々は1
に近くなることが必要である。場合によつては温
度特性ΔTはその装置に温度補償回路を導入する
ことによつて温度特性の影響をほぼ無視して取扱
うこともでき、装置としての動作マージンを拡大
させることができる。しかし、温度補償回路を設
けることは必然的に装置を高価なものにするた
め、電卓などの普及品などではコストを下げるた
めに装置にこのような余分な補償回路などを一切
つけない条件で広い動作マージンが取れる部品材
料(素子)を採用することがきわめて好ましいの
である。 第三の要請すなわち“広い温度範囲、特に低温
においても応答性の良いこと”に関しては、次の
ような考察からその方法が導出されよう。時分割
駆動作時のツイステツドネマチツクモードにおけ
る応答は次式で与えられる。 trise∝1/(8/N+1)・η・d2/K ……(16) tfall∝d2η/K ……(17) ηは粘度,Kは弾性定数,dは液晶層の厚み。
Kについては(61)式を参照のこと。 上式より、液晶の応答は液晶材料の粘度によつ
て主として決定されることが判る。この理論式は
実測ともよい一致を見るとされており、応答性の
向上は液晶材料の粘度の低減によつて行ないうる
ことは当業者であれば容易に認めうる理屈であ
る。 すなわちこの第三の要請に対してはいかに粘性
の低い(勿論他の第一,第二の要請を満した上
で)液晶材料を見出しうるかが成否の鍵をにぎつ
ているのである。 〔発明が解決しようとする問題点〕 従来から液晶表示用、特に時分割駆動用の材料
として、シツフ塩基型,エステル型,ビフエニル
型,アゾキシ型など種々提案されている。アゾキ
シ型は温度特性が良好(ΔTが小さい)すなわち
温度によるしきい値電圧の変動が少ない材料であ
り、さきに定義した動作マージンMは1/3バイア
ス,1/3デユーテイの時分割駆動の条件で10%以
上と大きな値を取りうる。アゾキシ型液晶は次の
一般式で与えられ、 それ自身弱い負の誘電率異方性を示す物質であ
る。通常正の誘電率異方性を有するネマチツク液
晶(Np)を混合した系で用いられる。しかしこ
のアゾキシ型の材料は可視光の一部を吸収し着色
(黄色)しており、光に対する最大吸収が350nm
にあり、この付近の波長によつて次のような光化
学反応をともなうものである。 すなわち光化学反応によつて非液晶物質を生成
せしめるもので、この新しい生成物物の出現によ
つて黄色から赤色に変色し、かつ一般には液晶の
電気抵抗も急激に低下する。 上記の理由により、アゾキシ系ネマテイツク液
晶は太陽光や蛍光灯による光劣化効果をさけるた
めに、実用上500nmのカツトフイルターを装置
(素子)に装着して使用する必要がある。このた
め装置(素子)として複雑になる。 一方このような光劣化しやすい材料以外のもの
として、シツフ塩基系,ビフエニル系,エステル
系などの液晶がいわゆる白色表示用材料として従
来から表示装置への応用の対象物として考慮され
てきた。 ビフエニル系は光,水,酸素などによつておか
されがたく、化学的に安定であるとされている。
しかしこの物質系は主として正の誘電率異方性の
液晶系にのみ室温液晶であるものが知られ、負の
相当物には室温液晶となるもので実用的に有用な
ものが少ない。したがつてビフエニル系のみによ
つて混合系として構成されうる液晶系の種類は少
なく、かつ、また正の誘電率異方性も特に大きな
値ではないため、しきい値電圧の調整を広い範囲
にわたつては行いがたいものである。また、しき
い値電圧値の温度依存性が大きく(ΔTが大き
く)時分割駆動には一般に不適当とされる。 エステル系の液晶は比較的化学的安定性に優
れ、また正の誘電率異方性、および負の誘電率異
方性の液晶単体物質の種類も多い。しかしそのし
きい値電圧値の温度依存性は比較的大きく、かつ
粘度も比較的大きいので前記第二,第三の要請に
は、一般に沿いがたいものである。 シツフ塩基に関しては、エステル系よりも良好
な物性値をもつものであるが、化学的性質として
加水分解性が強く、素子構成との整合を取らない
と使用できない場合があり、万能とは言いがたい
ものである。 本発明は上記従来液晶材料の欠点を克服するこ
と、すなわち広い温度範囲で安定に配向し、かつ
しきい値電圧値を広い範囲の任意の電圧値に設定
し得、かつその値の温度依存性が小さく、応答速
度の早い液晶組成物を特徴とする液晶表示装置を
提供するものである。 従来から前記三つの要請中の第二,第三の要請
に適したものとして、母体として誘電率の異方性
が負のネマチツク液晶(No型液晶)を用い、こ
れに適量の誘電率異方性が正のネマチツク液晶
(Np型液晶)および/または誘電率異方性が正の
液晶類似物(分子構造が正のネマチツク液晶に類
似している物質で以下Np型液晶類似物という)
を添加した系がシツフ塩基型液晶系の中などに存
在しうることを本発明者らは見出している。 〔問題点を解決するための手段〕 本発明者らは新に、次の一般式 〔式中、R1はn−CnH2n+1を、R2はn−Cq
H2q+1−Oを表わす。〕(但し、m,qは1〜10と
する)の各単体液晶の複数個の混合組成から成る
母体系が上記第二,第三の要請に適した母体系で
あることを見出したものである。なお、nは炭素
が直鎖であることを意味する記号であり、以上本
明細書で用いるnは同様の意味とする。また、シ
クロヘキサン環炭素とカルボニル基炭素との結合
はイカトリアル結合であるとする。 本明細書において開示される発明のうち、代表
的なものは下記のとおりである。 一般式
【式】
〔式中、R1はn−CnH2n+1を、R2はn−Cq
H2q+1−Oを表わす〕(m,qは1〜10の整数)
の化合物と、 一般式
H2q+1−Oを表わす〕(m,qは1〜10の整数)
の化合物と、 一般式
【式】〔式中、
【式】は
【式】又は
【式】を、R3−はn−CrH2r+1−(rは1
〜7の整数)を表わす〕で示される化合物の少な
くとも一種と、一般式
くとも一種と、一般式
本発明者らは上記一般式で表わしうるたぐいの
負の誘電率異方性のネマチツク液晶及びその類似
物はこれらを組合わせて混合系を形成することに
よつて広い液晶温度範囲の有用な母体液晶を与え
ることを見出したのである。さらに本発明者は上
記母体混合系と組合せうる正の誘電率異方性のネ
マチツク液晶(Np)及びその類似物を探索し、
これを上記母体と組合せることによりきわめて時
分割駆動用に適した液晶組成物系を見出すに至つ
たものである。さらに上記(18)式のNo型と上
記探索によつて得たNp型との混合系にさらに添
加することによつて時分割駆動に適した諸性質を
向上させうるNo型液晶およびその類似物をも見
出すことが出来た。 〔実施例〕 以下順をおつて実施例をまじえて発明の詳細な
説明を行う。 (18)式に示した構造の各液晶単体より構成さ
れる母体組成に関して、とくに好ましい構成物質
として、 (ただしm,qは1〜10の整数) が良く、(19)式において(m,q)組合わせと
しては、(3,5),(4,5),(5,5),(6,
5),(4,6),(3,1),(3,2),(3,3
),
(3,4),(3,9),(4,1),(4,2),(
4,
3),(4,4),(4,6),(4,8),(5,1
),
(5,2),(5,3),(5,4),(5,6),(
5,
7)などが好ましい。
負の誘電率異方性のネマチツク液晶及びその類似
物はこれらを組合わせて混合系を形成することに
よつて広い液晶温度範囲の有用な母体液晶を与え
ることを見出したのである。さらに本発明者は上
記母体混合系と組合せうる正の誘電率異方性のネ
マチツク液晶(Np)及びその類似物を探索し、
これを上記母体と組合せることによりきわめて時
分割駆動用に適した液晶組成物系を見出すに至つ
たものである。さらに上記(18)式のNo型と上
記探索によつて得たNp型との混合系にさらに添
加することによつて時分割駆動に適した諸性質を
向上させうるNo型液晶およびその類似物をも見
出すことが出来た。 〔実施例〕 以下順をおつて実施例をまじえて発明の詳細な
説明を行う。 (18)式に示した構造の各液晶単体より構成さ
れる母体組成に関して、とくに好ましい構成物質
として、 (ただしm,qは1〜10の整数) が良く、(19)式において(m,q)組合わせと
しては、(3,5),(4,5),(5,5),(6,
5),(4,6),(3,1),(3,2),(3,3
),
(3,4),(3,9),(4,1),(4,2),(
4,
3),(4,4),(4,6),(4,8),(5,1
),
(5,2),(5,3),(5,4),(5,6),(
5,
7)などが好ましい。
【表】
第1表には主なNo単体液晶4−n−アルキル
−シクロヘキサンカルボン酸−trans−4′−アル
コキシフエニルエステルの液晶温度範囲(MR)
を示した。 また、これらの化合物を混合すると第2表に示
すように広いMRの混合系を得る。
−シクロヘキサンカルボン酸−trans−4′−アル
コキシフエニルエステルの液晶温度範囲(MR)
を示した。 また、これらの化合物を混合すると第2表に示
すように広いMRの混合系を得る。
【表】
第2表1−1の液晶は室温(25℃)において約
35センチポアズ(CP)の粘度を示す。これに対
してこれらの液晶のシクロヘキサン環に置換えた
分子構造に相当する公知のエステル型液晶は約2
倍もの高い粘度を示す。 例えば、 の混合系の粘度は室温で約70センチポアズ(CP)
を与える。一般に通常のベンゼン環を二個含むエ
ステル系の液晶に比較して本発明になる系は約二
分の一と小さな粘度を示し、高速応答に有利な物
性を示す。上記の例からわかるように、 〔式中、R1はn−CnH2n+1を、R2はn−Cq
H2q+1−Oを表わす〕(但しm,qは1〜10の整
数とする)の混合系から成る母体液晶(No)は
前記第三の要請に適した母体系であることが明ら
かである。 一方、これらのNo型液晶系はε‖をネマチツ
ク液晶のデイレクター(director)方向の誘電率
とし、またε ⊥を液晶のデイレクターに直交する
方向の誘電率とするときΔε=ε‖−ε ⊥の値は
負でかつその絶対値は比較的小さな値を示すもの
である。例えば、 で示される物質は小さな誘電率をもち、その電気
的極性が弱く、いわゆる有機化学上の概念から
は、非極性な溶媒に近いものである。このような
非極性な溶媒にNp型、たとえば、
35センチポアズ(CP)の粘度を示す。これに対
してこれらの液晶のシクロヘキサン環に置換えた
分子構造に相当する公知のエステル型液晶は約2
倍もの高い粘度を示す。 例えば、 の混合系の粘度は室温で約70センチポアズ(CP)
を与える。一般に通常のベンゼン環を二個含むエ
ステル系の液晶に比較して本発明になる系は約二
分の一と小さな粘度を示し、高速応答に有利な物
性を示す。上記の例からわかるように、 〔式中、R1はn−CnH2n+1を、R2はn−Cq
H2q+1−Oを表わす〕(但しm,qは1〜10の整
数とする)の混合系から成る母体液晶(No)は
前記第三の要請に適した母体系であることが明ら
かである。 一方、これらのNo型液晶系はε‖をネマチツ
ク液晶のデイレクター(director)方向の誘電率
とし、またε ⊥を液晶のデイレクターに直交する
方向の誘電率とするときΔε=ε‖−ε ⊥の値は
負でかつその絶対値は比較的小さな値を示すもの
である。例えば、 で示される物質は小さな誘電率をもち、その電気
的極性が弱く、いわゆる有機化学上の概念から
は、非極性な溶媒に近いものである。このような
非極性な溶媒にNp型、たとえば、
【式】などの
ような大きな誘電率をもち、かつその異方性も大
きい溶質を混合すると、当然その相互の相溶性が
問題とする。たとえば
きい溶質を混合すると、当然その相互の相溶性が
問題とする。たとえば
【式】と
【式】の1:
2モル比の混合系の誘電率(22℃測定)はε⊥
(1.5kHz)=25.7,ε ⊥(1.5kHz)=7.3,Δε(1.5k
Hz)=18.4であり(( )内は測定周波数)、誘電
率も大きく、またその異方性も大きい。すなわ
ち、これらの溶質は有機化学上の概念からは極性
のグループに属するものである。このような溶媒
と溶質、すなわち非極性のNo型液晶母体系と極
性Np型液晶/またはNp型液晶類似物とを吟味せ
ずに混合すれば、つぎに述べるような問題が生じ
ることは容易に予測しうることであり、かつまた
本発明者らはその事実の存在することを既に経験
的に認めているものである。 1) 溶質(NP型ネマチツク液晶及びその類似
物)の比率を大きくすると相分離が生じること
がある。 2) 混合系におけるネマチツク液晶の下限温度
が上昇する。 3) 低温において、液晶分子の配向制御が困難
となることがある。 これらの好ましからざる現象を示す具体例を以
下に示す。母体のNo型液晶として、 の混合母体系(A−1)を用い、Np型液晶とし
て、 を用いた。配向制御膜としてはSiO斜方蒸着(入
射角83゜)を用いた。(26)式の物質の添加量を
種々変えたものをSiO斜方蒸着膜を内蔵するツイ
ステツドネマチツク液晶装置に封入した。この装
置を恒温槽に入れ、温度を室温から低温へと下げ
て行くと、ある装置ではある種の配向の異常性が
表われることが判つた。上、下偏光板と反射板と
を装着した装置において、表示部の一部または全
部が暗くなることが認められた。すなわち、液晶
分子の配列が正常のツイストの状態から何らかの
変化が生じ、光の制御能力が低下したと考えられ
る配向異常が生じたものである。前記のNp型液
晶(式(26))の添加量と上記配向異常との関係
を第3表に示す。この表には各組成の液晶が配向
異常を起し始める温度の上限を示す。前記Np型
液晶(式(26))の添加量が少ない領域では、低
温安定性は良好である。配向異常は、ほぼNpと
Noを等量混合した場合に最も起りやすく、Np型
液晶(式(26))の量が少ないと起りにくい傾向
を示している。
(1.5kHz)=25.7,ε ⊥(1.5kHz)=7.3,Δε(1.5k
Hz)=18.4であり(( )内は測定周波数)、誘電
率も大きく、またその異方性も大きい。すなわ
ち、これらの溶質は有機化学上の概念からは極性
のグループに属するものである。このような溶媒
と溶質、すなわち非極性のNo型液晶母体系と極
性Np型液晶/またはNp型液晶類似物とを吟味せ
ずに混合すれば、つぎに述べるような問題が生じ
ることは容易に予測しうることであり、かつまた
本発明者らはその事実の存在することを既に経験
的に認めているものである。 1) 溶質(NP型ネマチツク液晶及びその類似
物)の比率を大きくすると相分離が生じること
がある。 2) 混合系におけるネマチツク液晶の下限温度
が上昇する。 3) 低温において、液晶分子の配向制御が困難
となることがある。 これらの好ましからざる現象を示す具体例を以
下に示す。母体のNo型液晶として、 の混合母体系(A−1)を用い、Np型液晶とし
て、 を用いた。配向制御膜としてはSiO斜方蒸着(入
射角83゜)を用いた。(26)式の物質の添加量を
種々変えたものをSiO斜方蒸着膜を内蔵するツイ
ステツドネマチツク液晶装置に封入した。この装
置を恒温槽に入れ、温度を室温から低温へと下げ
て行くと、ある装置ではある種の配向の異常性が
表われることが判つた。上、下偏光板と反射板と
を装着した装置において、表示部の一部または全
部が暗くなることが認められた。すなわち、液晶
分子の配列が正常のツイストの状態から何らかの
変化が生じ、光の制御能力が低下したと考えられ
る配向異常が生じたものである。前記のNp型液
晶(式(26))の添加量と上記配向異常との関係
を第3表に示す。この表には各組成の液晶が配向
異常を起し始める温度の上限を示す。前記Np型
液晶(式(26))の添加量が少ない領域では、低
温安定性は良好である。配向異常は、ほぼNpと
Noを等量混合した場合に最も起りやすく、Np型
液晶(式(26))の量が少ないと起りにくい傾向
を示している。
【表】
このような配向の異常と相溶性の欠如を防ぎ、
より信頼性の高い液晶組成物を得る方法として、
本発明者らはつぎのようなきわめて一般性のある
方法を見出したのである。 すなわち、非極性なNo型母体系液晶と極性の
Np型液晶および/またはNp型液晶の類似物との
相溶性を増大させ、かつ広いMRを得るには、第
三成分として前記のNo以外の種類のNo型液晶系
を添加させると良い。とくに第三成分のNo型と
しては、その分子内に電気的に極性をもち、かつ
負の誘電率異方性をもつネマチツク液晶又は液晶
類似物であると上記の好ましい性質、すなわち混
合系の相溶性を増大させ、かつ広いMRを得るこ
とができる。たとえば前記(A−1)の系統のシ
ツフ塩基型液晶(No液晶)の混合系に、前記の
Np型液晶(式(26))を加えるに際して、次の例
に示すような極性の基を分子内に含むNo型液晶
および/またはNo型液晶類似物をさらに第三成
分として加えるのである。 (但しm,qは1〜10の整数を意味する) 実施例として、母体のNo型液晶としては、 を用い、これにNp型として
より信頼性の高い液晶組成物を得る方法として、
本発明者らはつぎのようなきわめて一般性のある
方法を見出したのである。 すなわち、非極性なNo型母体系液晶と極性の
Np型液晶および/またはNp型液晶の類似物との
相溶性を増大させ、かつ広いMRを得るには、第
三成分として前記のNo以外の種類のNo型液晶系
を添加させると良い。とくに第三成分のNo型と
しては、その分子内に電気的に極性をもち、かつ
負の誘電率異方性をもつネマチツク液晶又は液晶
類似物であると上記の好ましい性質、すなわち混
合系の相溶性を増大させ、かつ広いMRを得るこ
とができる。たとえば前記(A−1)の系統のシ
ツフ塩基型液晶(No液晶)の混合系に、前記の
Np型液晶(式(26))を加えるに際して、次の例
に示すような極性の基を分子内に含むNo型液晶
および/またはNo型液晶類似物をさらに第三成
分として加えるのである。 (但しm,qは1〜10の整数を意味する) 実施例として、母体のNo型液晶としては、 を用い、これにNp型として
【式】を13wt
%加えたものに、極性のNo型物質として、
を加えた。この(C−2)の添加量と液晶温度範
囲(MR)との関係を第9図に示す。同図で知れ
るごとく、液晶温度範囲(MR)は(C−2)の
添加量の増加につれて下降し、しかも液晶−液体
転移温度(N−I点)の低下は比較的少なく、全
体として(C−2)の添加によつてMRが拡大す
るという好ましい結果を与えている。 以上の実施例においては、母体のNo型として
シツフ塩基型液晶を対象として第三成分の有効性
を説明したが、まつたく同様なことは母体系
(No型)として第2表に示した4−n−アルキル
−シクロヘキサンカルボン酸−trans−4′−アル
コキシフエニルエステルの混合系(表2 1−1
〜1−11)を用いた場合でも生じることが明らか
となつた。すなわち、上記母体(No)系に各種
Np型液晶および/又はNp型液晶類似物を加える
に際して、上に説明した第三成分としてNo型液
晶および/またはNo型液晶類似物を加えると上
記Np型物質との相溶性を増大させ、かつ広い
MRを得ることができることが明らかになつた。 第三成分として好ましいNo型液晶および/ま
たはNo型液晶類似物は次の通りである。 (以上、(28)〜(39)におけるmおよび/ま
たはqは1〜10の整数) ただしRはCH3−O−CH2CH2−Oまたは CH3−O−(CH2)3−O (mは1〜9の整数) Rは(CH2)2−CH−Oまたは (CH2)2−CH(CH2)2−O (m,qは1〜10の整数) RはCH3−O−CH2−O, CH3−O−(CH2)2−O, C2H5−O−(CH2)2−O, CH3−O−(CH2)3−O, C3H7−O−(CH2)2−Oまたは C2H5−O−(CH2)3−O Rは
囲(MR)との関係を第9図に示す。同図で知れ
るごとく、液晶温度範囲(MR)は(C−2)の
添加量の増加につれて下降し、しかも液晶−液体
転移温度(N−I点)の低下は比較的少なく、全
体として(C−2)の添加によつてMRが拡大す
るという好ましい結果を与えている。 以上の実施例においては、母体のNo型として
シツフ塩基型液晶を対象として第三成分の有効性
を説明したが、まつたく同様なことは母体系
(No型)として第2表に示した4−n−アルキル
−シクロヘキサンカルボン酸−trans−4′−アル
コキシフエニルエステルの混合系(表2 1−1
〜1−11)を用いた場合でも生じることが明らか
となつた。すなわち、上記母体(No)系に各種
Np型液晶および/又はNp型液晶類似物を加える
に際して、上に説明した第三成分としてNo型液
晶および/またはNo型液晶類似物を加えると上
記Np型物質との相溶性を増大させ、かつ広い
MRを得ることができることが明らかになつた。 第三成分として好ましいNo型液晶および/ま
たはNo型液晶類似物は次の通りである。 (以上、(28)〜(39)におけるmおよび/ま
たはqは1〜10の整数) ただしRはCH3−O−CH2CH2−Oまたは CH3−O−(CH2)3−O (mは1〜9の整数) Rは(CH2)2−CH−Oまたは (CH2)2−CH(CH2)2−O (m,qは1〜10の整数) RはCH3−O−CH2−O, CH3−O−(CH2)2−O, C2H5−O−(CH2)2−O, CH3−O−(CH2)3−O, C3H7−O−(CH2)2−Oまたは C2H5−O−(CH2)3−O Rは
【式】または
(以上(44)〜(54)のmおよび/又はqは1
〜10の整数) (mは1〜10の整数 qは1〜8の整数) (mは1〜12の整数 qは1〜10の整数) (m,qは1〜10の整数) (mは1〜18の整数 qは1〜6の整数) (m,qは3〜8の整数) (m,qは1〜10の整数) これら(27)ないし(60)の各物質あるいはこ
れらの任意の混合系を第三成分として添加するに
際し、その添加すべき量を決定するにはつぎの一
般的事実または法則が指導原理となる。 すなわち、母体であるNo型液晶に混合するNp
型液晶および/又はNp型液晶類似物の量は、混
合系液晶の必要とする動作しきい電圧値によつて
決めらるものであるが、その混合する量と動作し
きい電圧値との関係は、ほぼつぎのような考え方
に従つて決められる。そして上記第三の成分であ
る極性の基をもつたNo型液晶および/または極
性の基をもつたNo型液晶類似物の添加量も、上
記Np型液晶および/またはNp型液晶類似物の混
合量に見合つて加えられるべきものである。ツイ
ステツドネマチツク液晶装置のしきい電圧値
(Vth)は次式で与えられる。 (4π)-1(ε‖−ε ⊥)Vth 2 =π2・K11+(K33−2K22)ψ2 ……(61) ただし、ψはツイスト角で通常はπ/2の値を
取る。K11,K22,K33はそれぞれスプレイ
(splay),ツイスト(twist),ベンド(bend)の
弾性定数である。式(61)を簡単にかくと、 Vth=2π3/2・(K/ΔE)1/2 ……(61)′ ただしΔε=ε‖−ε ⊥ K=K11+1/4(K33−2K22) ……(61)″ Δεの異なる値の液晶の混合物により、任意の
Δεの液晶を原理的には得ることができる。いま
二種の液晶AおよびBの誘電率をそれぞれε‖A,
ε⊥Aおよびε‖B,ε⊥Bとし、また混合比を
A/B=X/1−Xとする。誘電率の加成性が成
り立つとすると混合系のΔεはつぎのように与え
られる。 Δε=XΔεA+(1+X)ΔεB =X(ΔεA−ΔεB)+ΔεB ……(62) またKについても加成性が成立つとすると、混
合液晶のKは、次のように与えられる。 K=XKA+(1−X)KB=X(KA−KB)+KB
……(63) (62),(63)を(61)′に代入すると、 Vth=2π3/2・√(A−B)+B/√
(A−B)+B……(64) ここで各定数に具体的数値をあてはめ、しきい
電圧値の算出を例示する。 No型液晶のΔεBを−0.3,Np型液晶
〜10の整数) (mは1〜10の整数 qは1〜8の整数) (mは1〜12の整数 qは1〜10の整数) (m,qは1〜10の整数) (mは1〜18の整数 qは1〜6の整数) (m,qは3〜8の整数) (m,qは1〜10の整数) これら(27)ないし(60)の各物質あるいはこ
れらの任意の混合系を第三成分として添加するに
際し、その添加すべき量を決定するにはつぎの一
般的事実または法則が指導原理となる。 すなわち、母体であるNo型液晶に混合するNp
型液晶および/又はNp型液晶類似物の量は、混
合系液晶の必要とする動作しきい電圧値によつて
決めらるものであるが、その混合する量と動作し
きい電圧値との関係は、ほぼつぎのような考え方
に従つて決められる。そして上記第三の成分であ
る極性の基をもつたNo型液晶および/または極
性の基をもつたNo型液晶類似物の添加量も、上
記Np型液晶および/またはNp型液晶類似物の混
合量に見合つて加えられるべきものである。ツイ
ステツドネマチツク液晶装置のしきい電圧値
(Vth)は次式で与えられる。 (4π)-1(ε‖−ε ⊥)Vth 2 =π2・K11+(K33−2K22)ψ2 ……(61) ただし、ψはツイスト角で通常はπ/2の値を
取る。K11,K22,K33はそれぞれスプレイ
(splay),ツイスト(twist),ベンド(bend)の
弾性定数である。式(61)を簡単にかくと、 Vth=2π3/2・(K/ΔE)1/2 ……(61)′ ただしΔε=ε‖−ε ⊥ K=K11+1/4(K33−2K22) ……(61)″ Δεの異なる値の液晶の混合物により、任意の
Δεの液晶を原理的には得ることができる。いま
二種の液晶AおよびBの誘電率をそれぞれε‖A,
ε⊥Aおよびε‖B,ε⊥Bとし、また混合比を
A/B=X/1−Xとする。誘電率の加成性が成
り立つとすると混合系のΔεはつぎのように与え
られる。 Δε=XΔεA+(1+X)ΔεB =X(ΔεA−ΔεB)+ΔεB ……(62) またKについても加成性が成立つとすると、混
合液晶のKは、次のように与えられる。 K=XKA+(1−X)KB=X(KA−KB)+KB
……(63) (62),(63)を(61)′に代入すると、 Vth=2π3/2・√(A−B)+B/√
(A−B)+B……(64) ここで各定数に具体的数値をあてはめ、しきい
電圧値の算出を例示する。 No型液晶のΔεBを−0.3,Np型液晶
【式】のΔεAを
25とする。またKB=4×10-7dyne,KA=17×
10-7dyneとおくと(64)式は Vth=2π3/2・√(13+4)10-7/√25.3−0.3 ……(64)′ となる。ここでΔεA,ΔεB,KA,KBの値の与え方
は決して恣意的なものではなく、現実の液晶の物
性を良く反映した値であることは当業者であれば
容易に納得し得るものである。 第10図はNp型液晶として
10-7dyneとおくと(64)式は Vth=2π3/2・√(13+4)10-7/√25.3−0.3 ……(64)′ となる。ここでΔεA,ΔεB,KA,KBの値の与え方
は決して恣意的なものではなく、現実の液晶の物
性を良く反映した値であることは当業者であれば
容易に納得し得るものである。 第10図はNp型液晶として
【式】を、また
No型液晶として実施例4に示した母体1−4を
用いてNpとNo両型の液晶を混合したときの混合
比をVth(static drive)の値との関係を示したも
のである。理論式(計算式)(64)または
(64)′と実験結果はよい一致を示している。 しかしながら上記の組合せのみでは既に詳しく
説明したように、その相溶性に関して十分満足し
きれない。そこで第三の成分としてのNo型、と
くに極性のNo型物質(極性のNo型液晶および/
またはNo型液晶類似物)を添加する必要がある。
その添加量はNp型液晶および/またはNp型液晶
類似物の量に合せて種々調整すれば良い。その例
は後述の実施例によつて説明する。 第2表などに開示されているNo型の一般式 〔式中、R1はn−CnH2n+1を、R2はn−Cq
H2q+1−Oを表わす〕(但しm,qは1〜10の整
数)で示される母体系に加えられるべきNp型液
晶および/またはNp型液晶類似物として下記の
物質を見出した。 ((65)〜(78)におけるmは1〜10の整数)
など(65)ないし(78)の物質が好ましい。 また、下記の物質を母体系に添加し、良好な結
果を得た。 mは1〜8の整数 mは1〜8の整数 XはハロゲンF,Br,Cl,Iを表わす。 mは1〜10の整数 XはハロゲンF,Br,Cl,Iを表わす。 mは1〜10の整数 mは1〜10の整数
用いてNpとNo両型の液晶を混合したときの混合
比をVth(static drive)の値との関係を示したも
のである。理論式(計算式)(64)または
(64)′と実験結果はよい一致を示している。 しかしながら上記の組合せのみでは既に詳しく
説明したように、その相溶性に関して十分満足し
きれない。そこで第三の成分としてのNo型、と
くに極性のNo型物質(極性のNo型液晶および/
またはNo型液晶類似物)を添加する必要がある。
その添加量はNp型液晶および/またはNp型液晶
類似物の量に合せて種々調整すれば良い。その例
は後述の実施例によつて説明する。 第2表などに開示されているNo型の一般式 〔式中、R1はn−CnH2n+1を、R2はn−Cq
H2q+1−Oを表わす〕(但しm,qは1〜10の整
数)で示される母体系に加えられるべきNp型液
晶および/またはNp型液晶類似物として下記の
物質を見出した。 ((65)〜(78)におけるmは1〜10の整数)
など(65)ないし(78)の物質が好ましい。 また、下記の物質を母体系に添加し、良好な結
果を得た。 mは1〜8の整数 mは1〜8の整数 XはハロゲンF,Br,Cl,Iを表わす。 mは1〜10の整数 XはハロゲンF,Br,Cl,Iを表わす。 mは1〜10の整数 mは1〜10の整数
【表】
【表】
【表】
一般式(18)式の物質No型と第三の成分No型
物質よりなる組成系の例(実施例)としては下記
の第4表に示すものが特に好ましいことを見出し
た。 次にNo系混合系母体にNp型液晶および/また
はNp型の液晶類似物を加えた系の実施例を第5
表に示す。 実施例24ないし27,29,30,32,33に見るよう
に各混合系は室温を中心に広いMRを保持してい
る。いずれも表示装置に利用しうる良好な液晶系
を形成しているものである。 次に上記の本発明になるNo型物質とNp型物質
の混合系を表示装置に適用した場合、とくに時分
割駆動方式に適用した場合にきわめて好ましい表
示特性を示すことを実施例(第6表)によつて示
す。第6表中trは立上り応答速度を、tfは立下り
応答速度を表わす。 時分割駆動を実行する上で最も必要な要件、動
作マージンについてはすでに詳細に説明した。第
6表の実施例において本発明になる組成物が大き
な動作マージン値を示し、さらにその動作マージ
ン値を決定する要因を示した。また比較のため第
7表には従来の材料についての評価データを示し
た。第7表において※1における1/3,1/3は1/3
バイアス,1/3デユーテイを、※2における1/2,
1/2は1/2バイアス,1/2デユーテイを意味する。 液晶を構成する各組成間の相溶性を反映する
MR,さらに表示特性として重視すべき応答性な
どについても実施例を示した。 動作マージンを決める要因はすでに示したよう
にVthの温度依存性(ΔT),Vthの角度依存性
(Δφ),Vthの電圧−輝度立上り特性(γ)によつ
て決定される。これらは液晶そのものによつて主
として決定される。しかし素子界面、素子の光学
系などによつても多少変化しうるものであるが本
実施例ではすべてほぼ同一の条件において測定を
行い液晶そものの特性を反映させたものである。 動作マージンの主要かつ液晶材料を反映する因
子として第一にはVthの温度存性(ΔT),第二に
はVthの視角依存性(Δφ)であることは多くの実
験によつて明らかにされている。これらの因子は
液晶の物性値、特にΔε(Δε‖−ε ⊥)(誘電率異
方性),K(弾性定数),Δn(屈折率異方性)など
によつて支配されるもので、したがつて液晶の分
子構造と深い係りをもつものである。 液晶の各成分の混合時の相溶性はMRに反映す
る。特に結晶−ネマチツク液晶転移点(C−N
点)の値に反映すると考えられる。 したがつて、MR値を各組成系について表示
し、相溶性については液晶材料としての熱力学的
安定性の判定の目安とし各実施例に付記した。さ
らに表示特性として必須の応答特性を各組成系に
ついて測定し、実施例として以下に示した。 一般にNo型液晶とNp型液晶の混合系において
Npの添加量を増加するとVthは低下するが、それ
と同時に動作マージンMの値も減少する傾向があ
る。したがつて低電圧で駆動可能なこと(例えば
1/3バイイアス,1/3デユーテイの時分割駆動の条
件で3V駆動を可能にすること)すなわち低電圧
駆動用の液晶を見出すことは一般にきわめてむず
かしい課題である。一般に動作マージンMの値が
6%以上でないと素子の量産はきわめて困難だと
されている。さらに低電圧駆動の場合にはNpの
添加量を増加する必要があるが、Np型液晶自体、
多くの場合大きな粘度を持つものが多く、混合系
(NpとNo)の全体としての粘度を上昇させ、ひ
いては系の応答性を悪化させることもしばしばで
ある。 かかる困難な課題を回避する方法、手段として
本発明者らは次のような一般的な方法を見出し
た。すなわちVthの低下をはたすNpとしてΔεの大
きな材料と同じくNp型ではあるが混合系の粘度
を低下させ、したがつて応答性を改良するような
物質をNp型の添加系として併用することである。
Vthの低下に特に有効なNp型物質として、 (mは1〜10の整数) などが有効である。これらの実施例を実施例36,
37,38,39,42,43に示した(第6表)。
物質よりなる組成系の例(実施例)としては下記
の第4表に示すものが特に好ましいことを見出し
た。 次にNo系混合系母体にNp型液晶および/また
はNp型の液晶類似物を加えた系の実施例を第5
表に示す。 実施例24ないし27,29,30,32,33に見るよう
に各混合系は室温を中心に広いMRを保持してい
る。いずれも表示装置に利用しうる良好な液晶系
を形成しているものである。 次に上記の本発明になるNo型物質とNp型物質
の混合系を表示装置に適用した場合、とくに時分
割駆動方式に適用した場合にきわめて好ましい表
示特性を示すことを実施例(第6表)によつて示
す。第6表中trは立上り応答速度を、tfは立下り
応答速度を表わす。 時分割駆動を実行する上で最も必要な要件、動
作マージンについてはすでに詳細に説明した。第
6表の実施例において本発明になる組成物が大き
な動作マージン値を示し、さらにその動作マージ
ン値を決定する要因を示した。また比較のため第
7表には従来の材料についての評価データを示し
た。第7表において※1における1/3,1/3は1/3
バイアス,1/3デユーテイを、※2における1/2,
1/2は1/2バイアス,1/2デユーテイを意味する。 液晶を構成する各組成間の相溶性を反映する
MR,さらに表示特性として重視すべき応答性な
どについても実施例を示した。 動作マージンを決める要因はすでに示したよう
にVthの温度依存性(ΔT),Vthの角度依存性
(Δφ),Vthの電圧−輝度立上り特性(γ)によつ
て決定される。これらは液晶そのものによつて主
として決定される。しかし素子界面、素子の光学
系などによつても多少変化しうるものであるが本
実施例ではすべてほぼ同一の条件において測定を
行い液晶そものの特性を反映させたものである。 動作マージンの主要かつ液晶材料を反映する因
子として第一にはVthの温度存性(ΔT),第二に
はVthの視角依存性(Δφ)であることは多くの実
験によつて明らかにされている。これらの因子は
液晶の物性値、特にΔε(Δε‖−ε ⊥)(誘電率異
方性),K(弾性定数),Δn(屈折率異方性)など
によつて支配されるもので、したがつて液晶の分
子構造と深い係りをもつものである。 液晶の各成分の混合時の相溶性はMRに反映す
る。特に結晶−ネマチツク液晶転移点(C−N
点)の値に反映すると考えられる。 したがつて、MR値を各組成系について表示
し、相溶性については液晶材料としての熱力学的
安定性の判定の目安とし各実施例に付記した。さ
らに表示特性として必須の応答特性を各組成系に
ついて測定し、実施例として以下に示した。 一般にNo型液晶とNp型液晶の混合系において
Npの添加量を増加するとVthは低下するが、それ
と同時に動作マージンMの値も減少する傾向があ
る。したがつて低電圧で駆動可能なこと(例えば
1/3バイイアス,1/3デユーテイの時分割駆動の条
件で3V駆動を可能にすること)すなわち低電圧
駆動用の液晶を見出すことは一般にきわめてむず
かしい課題である。一般に動作マージンMの値が
6%以上でないと素子の量産はきわめて困難だと
されている。さらに低電圧駆動の場合にはNpの
添加量を増加する必要があるが、Np型液晶自体、
多くの場合大きな粘度を持つものが多く、混合系
(NpとNo)の全体としての粘度を上昇させ、ひ
いては系の応答性を悪化させることもしばしばで
ある。 かかる困難な課題を回避する方法、手段として
本発明者らは次のような一般的な方法を見出し
た。すなわちVthの低下をはたすNpとしてΔεの大
きな材料と同じくNp型ではあるが混合系の粘度
を低下させ、したがつて応答性を改良するような
物質をNp型の添加系として併用することである。
Vthの低下に特に有効なNp型物質として、 (mは1〜10の整数) などが有効である。これらの実施例を実施例36,
37,38,39,42,43に示した(第6表)。
【式】などの式
(80)に属するエステル型Np型液晶はVthの低下
に効果があり、かつその粘性も比較的低く、利用
価値が高い併用添加系である。
に効果があり、かつその粘性も比較的低く、利用
価値が高い併用添加系である。
【式】(式(69)
に属す)はΔεが大きく、かつN−I点が高い
(98℃)材料であり、混合系のN−I点を高く保
つ上で有効なNp物質である(実施例42,43)。第
11図には
(98℃)材料であり、混合系のN−I点を高く保
つ上で有効なNp物質である(実施例42,43)。第
11図には
【式】から成る
母体系に、
【式】を加
えた場合のN−I点とVth(しきい値電圧)を示し
た。また前記した粘度の低下に有効なNp型物質
としてビフエニル系が存在することが判つた(式
(74),(75),(76))。実施例34,35に示すように
応答時間trが200ms以下の値を示した。これは他
のNp物質(式(80)),実施例36,37(式(65))
実施例38,39などに比較して優れた値である。ビ
フエニル系と同様,応答性を改良しうる減粘剤で
かつNpの物質として、 (mは1〜10の整数) がきわめて有効であることを見出した。この点に
ついてはより詳細に後述する。 一般に非液晶性物質(液晶類似物質)の添加は
液晶−液体転移温度(N−I点)を低下させる傾
向がある(実施例37,
た。また前記した粘度の低下に有効なNp型物質
としてビフエニル系が存在することが判つた(式
(74),(75),(76))。実施例34,35に示すように
応答時間trが200ms以下の値を示した。これは他
のNp物質(式(80)),実施例36,37(式(65))
実施例38,39などに比較して優れた値である。ビ
フエニル系と同様,応答性を改良しうる減粘剤で
かつNpの物質として、 (mは1〜10の整数) がきわめて有効であることを見出した。この点に
ついてはより詳細に後述する。 一般に非液晶性物質(液晶類似物質)の添加は
液晶−液体転移温度(N−I点)を低下させる傾
向がある(実施例37,
【式】はネマチ
ツク液晶性を示さない)。このN−I点の低下は
多くの場合、ΔTの悪化(増大)をもたらすもの
である。実施例37ではN−I点が50℃と低い。こ
れは他の実施例(34ないし39)に比べて明らかに
低い値である。かつΔTが18.5であり、他の実施
例に比べて異常に大きい。ΔTの増大は(15)式
から明らかなようにM(動作マージン)の減少に
つながる(実施例37ではM=3.5と小さい値であ
る)。かかるN−I点の低下を防止し、ΔTの増
大を防ぎ、ひいては動作マージン(M)の値を増
加させるのに有効な物質(添加剤)として本発明
者らは次の(84)式,(79)式の2つ系統の物質
を見出した。 これらの物質を実施例1ないし11(第2表),実
施例12ないし22(第4表)に示したNo型母体液
晶,実施例23(第5表),実施例28(第5表),実施
例31(第5表)などの母体液晶などに添加すると
その効果はきわめて顕著である。 その有効性は実施例40,41に示されており、
(84)式で示される一般式に属する物質の少量添
加はN−I点を高い値に保つ点、またΔTの減少
にきわめて効果的である。同様の役割を(79)式
で示される物質が果していることを実施例に基づ
いて説明する。実施例53,54(式(79)で示され
る物質が添加されている系)と実施例52(式(79)
で示される物質が添加されていない系)との比
較、実施例58(式(79)で示される物質が添加さ
れている系)と実施例57(式(79)で示される物
質が添加されていない系)との比較から明らかで
あるようにこれらの添加剤ののN−I点の上昇,
ΔTの減少の効果は明らかである。実施例40にお
いてNp型物質
多くの場合、ΔTの悪化(増大)をもたらすもの
である。実施例37ではN−I点が50℃と低い。こ
れは他の実施例(34ないし39)に比べて明らかに
低い値である。かつΔTが18.5であり、他の実施
例に比べて異常に大きい。ΔTの増大は(15)式
から明らかなようにM(動作マージン)の減少に
つながる(実施例37ではM=3.5と小さい値であ
る)。かかるN−I点の低下を防止し、ΔTの増
大を防ぎ、ひいては動作マージン(M)の値を増
加させるのに有効な物質(添加剤)として本発明
者らは次の(84)式,(79)式の2つ系統の物質
を見出した。 これらの物質を実施例1ないし11(第2表),実
施例12ないし22(第4表)に示したNo型母体液
晶,実施例23(第5表),実施例28(第5表),実施
例31(第5表)などの母体液晶などに添加すると
その効果はきわめて顕著である。 その有効性は実施例40,41に示されており、
(84)式で示される一般式に属する物質の少量添
加はN−I点を高い値に保つ点、またΔTの減少
にきわめて効果的である。同様の役割を(79)式
で示される物質が果していることを実施例に基づ
いて説明する。実施例53,54(式(79)で示され
る物質が添加されている系)と実施例52(式(79)
で示される物質が添加されていない系)との比
較、実施例58(式(79)で示される物質が添加さ
れている系)と実施例57(式(79)で示される物
質が添加されていない系)との比較から明らかで
あるようにこれらの添加剤ののN−I点の上昇,
ΔTの減少の効果は明らかである。実施例40にお
いてNp型物質
【式】(Vthの低
下に有効な成分)と
を組合せることによつて広いMRを保持し、かつ
動作マージンM=12(%)のものを見出に至つた。 実施例50はVthの低下に有効な
動作マージンM=12(%)のものを見出に至つた。 実施例50はVthの低下に有効な
【式】(Np)
と、粘度低下に有効な
【式】(Np)と上述の
N−I点の上昇、ΔTの減少に有効な
を組合せた例である。
本発明者らが見出したもつとも顕著にして、応
用上効果のある新しい組成系として一般式 〔式中、R1はn−CnH2n+1を、R2はn−Cq
H2q+1−Oを表わす〕(但しm,qは1〜10の整
数とする)で示される各物質を中心とする母体系
に、 (但しmは1〜10の整数) を添加した系が挙げられる。これを実施例によつ
て説明する。 実施例44,45,46,47は実施例23に示した母体
系に 一般式 と (但しmは1〜10の整数) で示されるシクロヘキサンフエニル系及びシクロ
ヘキサンビフエニル系のNp型型混合系(実施
例44参照)を加えた組成物に関するものである。
の添加量が増大するに従い応答性が良好になつ
ていくことがいちじるしい特徴である。しかも動
作マージン(M)も10〜12(%)程度の高い水準
を保持している点が第二の優れた特徴である。こ
の高いマージンの保持は一つにはΔの比較的
1.00に近い大きい値0.9〜0.88を取ることが要因と
なつていると考えられ、母体系(4−n−アル
キル−シクロヘキサンカルボン酸−trans−4′−
アルコキシフエニルエステルを主体とするNo型
母体系)とシクロヘキサン・フエニル系とシクロ
ヘキサンビフエニル系とのNo型混合体との混
合系が電気光学的特性に対して好ましい効果を示
す光学的性質(屈折率(n),屈折率異方性
(Δn)を保有していることを示唆するものであ
る。またもう一つの高い動作マージンの保持の要
因としてNp型の混合比が増大してもΔTの値が増
大せずにほぼ一定の8.0〜8.6の水準を保持してい
ることが挙げられる。一般に他のNp型の成分の
増大はΔTの増大をもたらすことが多い(実施例
34と35,42と43が比較例と成る)。 1/3バイアス,1/3デユーテイ,3V駆動に最も
適した本発明になる組成物系を実施例52ないし58
に示した。これら実施例で示した系の特徴はNp
型物質としてVthの低下に有効な (エステルシアノ系)と前記シクロヘキサンビフ
エニル(式(77))およびシクロヘキサンビフエ
ニル(式(79))を組合せた点にあり、駆動電圧
が3V近辺と低く、しかも動作マージンが10%前
後(実施例55,56,58)と高い水準を示し、かつ
応答時間(tr,25℃)も200ms前後と良好な値を
示すことである。これらの総合的的に優れた特性
は時分割駆動装置への応用においてきわめて好ま
しいものである。 実施例59ないし62は母体系(4−n−アルキ
ル−シクロヘキサンカルボン酸−trans−4′−ア
ルコキシフエニルエステルを主体とするNo型母
体系)(実施例50参照)にさらにNo型液晶とし
て、 を各々加え、Np型液晶として
用上効果のある新しい組成系として一般式 〔式中、R1はn−CnH2n+1を、R2はn−Cq
H2q+1−Oを表わす〕(但しm,qは1〜10の整
数とする)で示される各物質を中心とする母体系
に、 (但しmは1〜10の整数) を添加した系が挙げられる。これを実施例によつ
て説明する。 実施例44,45,46,47は実施例23に示した母体
系に 一般式 と (但しmは1〜10の整数) で示されるシクロヘキサンフエニル系及びシクロ
ヘキサンビフエニル系のNp型型混合系(実施
例44参照)を加えた組成物に関するものである。
の添加量が増大するに従い応答性が良好になつ
ていくことがいちじるしい特徴である。しかも動
作マージン(M)も10〜12(%)程度の高い水準
を保持している点が第二の優れた特徴である。こ
の高いマージンの保持は一つにはΔの比較的
1.00に近い大きい値0.9〜0.88を取ることが要因と
なつていると考えられ、母体系(4−n−アル
キル−シクロヘキサンカルボン酸−trans−4′−
アルコキシフエニルエステルを主体とするNo型
母体系)とシクロヘキサン・フエニル系とシクロ
ヘキサンビフエニル系とのNo型混合体との混
合系が電気光学的特性に対して好ましい効果を示
す光学的性質(屈折率(n),屈折率異方性
(Δn)を保有していることを示唆するものであ
る。またもう一つの高い動作マージンの保持の要
因としてNp型の混合比が増大してもΔTの値が増
大せずにほぼ一定の8.0〜8.6の水準を保持してい
ることが挙げられる。一般に他のNp型の成分の
増大はΔTの増大をもたらすことが多い(実施例
34と35,42と43が比較例と成る)。 1/3バイアス,1/3デユーテイ,3V駆動に最も
適した本発明になる組成物系を実施例52ないし58
に示した。これら実施例で示した系の特徴はNp
型物質としてVthの低下に有効な (エステルシアノ系)と前記シクロヘキサンビフ
エニル(式(77))およびシクロヘキサンビフエ
ニル(式(79))を組合せた点にあり、駆動電圧
が3V近辺と低く、しかも動作マージンが10%前
後(実施例55,56,58)と高い水準を示し、かつ
応答時間(tr,25℃)も200ms前後と良好な値を
示すことである。これらの総合的的に優れた特性
は時分割駆動装置への応用においてきわめて好ま
しいものである。 実施例59ないし62は母体系(4−n−アルキ
ル−シクロヘキサンカルボン酸−trans−4′−ア
ルコキシフエニルエステルを主体とするNo型母
体系)(実施例50参照)にさらにNo型液晶とし
て、 を各々加え、Np型液晶として
【式】を混合し
た液晶によつて広いMRのネマチツク液晶を得る
ことができることを示したものである。特に実施
例59,60,61に示すように固体−液晶転移点(C
−N点)の低い液晶系を見出したものである。 実施例63ないし66は母体系にNp型物質 の各物質を添加することにより、広いMRと高い
動作マージンを保有する組成物を与えることを示
したものである。 実施例67,68は に関するもである。 液晶はMRが非常に広く、母体系(N−I点60
℃)に10%添加するとN−I点が17℃上昇する。
一般にベンゼン環3つ持つ液晶は粘度が大きく、
応答速度が急激に低下する。 しかし、この 液晶は粘度が他のベンゼン環3つを有する材料に
比べて粘度は低く、母体系(粘度30〜40CP(25
℃))添加においては応答に悪影響がない。した
がつてこの母体系に添加することは非常に有効
で動作マージンも上昇する傾向にある(添加する
ことによつてΔTが低下する)。 以上実施例34乃至実施例68に示した実施例に基
づいて時分割駆動特性の良好な混合液晶の案出の
一般的方法として下記のような結論を述べること
ができる。 Vthの低下をはたすNpとしてΔεの大きな材料
(これをNp sと定義する)とNp sと同様Np型ではあ
るが混合系の粘度の上昇をおさえるかあるいは低
下させ、したがつて応答性を改良するような物質
(これをNp wと定義する)とをNp型の添加として
Np sと又はNp w同志併用すると得られた混合系は
時分割駆動特性が良好であり、とくにVthの低下
と応答性の良好性の両立が保たれる。Np s型物質
としては式(65)乃至式(73),式(80),式
(81),式(83)が存在することを見い出した。 またNp w型物質としては式(74)乃至式(78),
式(84)が存在することを見い出した。 またNp s及びNp wの添加はVthの低下,応答性の
良好化に有効であるが、混合系のN−I点の低
下、したがつて動作温度範囲の低下、あるいは
ΔTの増大といつた動作特性、時分割駆動特性の
悪化につながる影響を与える可能性がある。かか
るN−I点の低下を防止し、ΔTの増大を防ぎ、
ひいては動作マージン(M)の値を増加させるの
に有効な物質として(84)式,(79)式の二つ系
統の物質を見い出した。これらの物質は三つの
環構造を分子内にもち、その単体のN−I点が
高く、比較的弱い誘電率の正のNp型物質に属
している。これらの,,の性質をもつ物質
(これをNp wlと定義する)の少量添加は一般的に
動作マージンの改良に有効であることを見い出し
た。 以上説明した第6表(その1〜5)記載の本発
明に係る混合液晶の組成割合を整理するとつぎの
ようにまとめることができる。 A:式(18)の物質 B:A以外のNo型物質 C:Np s型物質 D:Np w型物質及びNp wl型物質 (1) 物質A,B,Cの組合せにおいて良好な時分
割駆動特性を与える組成として、 40〜90モル%のA 0〜40モル%のB 及び 10〜35モル%のC から成る混合液晶 (2) 物質A,B,Dの組合せにおいて良好な時分
割駆動特性を与える組成として、 40〜90モル%のA 0〜30モル%のB 及び 10〜40モル%のD から成る混合液晶。 (3) 物質A,B,C,Dの組合せにおいて良好な
時分割駆動特性を与える組成として、 28〜59.4モル%のA 12〜29.6モル%のB 6〜25モル%のC 及び 5〜40モル%のD より成る混合液晶。
ことができることを示したものである。特に実施
例59,60,61に示すように固体−液晶転移点(C
−N点)の低い液晶系を見出したものである。 実施例63ないし66は母体系にNp型物質 の各物質を添加することにより、広いMRと高い
動作マージンを保有する組成物を与えることを示
したものである。 実施例67,68は に関するもである。 液晶はMRが非常に広く、母体系(N−I点60
℃)に10%添加するとN−I点が17℃上昇する。
一般にベンゼン環3つ持つ液晶は粘度が大きく、
応答速度が急激に低下する。 しかし、この 液晶は粘度が他のベンゼン環3つを有する材料に
比べて粘度は低く、母体系(粘度30〜40CP(25
℃))添加においては応答に悪影響がない。した
がつてこの母体系に添加することは非常に有効
で動作マージンも上昇する傾向にある(添加する
ことによつてΔTが低下する)。 以上実施例34乃至実施例68に示した実施例に基
づいて時分割駆動特性の良好な混合液晶の案出の
一般的方法として下記のような結論を述べること
ができる。 Vthの低下をはたすNpとしてΔεの大きな材料
(これをNp sと定義する)とNp sと同様Np型ではあ
るが混合系の粘度の上昇をおさえるかあるいは低
下させ、したがつて応答性を改良するような物質
(これをNp wと定義する)とをNp型の添加として
Np sと又はNp w同志併用すると得られた混合系は
時分割駆動特性が良好であり、とくにVthの低下
と応答性の良好性の両立が保たれる。Np s型物質
としては式(65)乃至式(73),式(80),式
(81),式(83)が存在することを見い出した。 またNp w型物質としては式(74)乃至式(78),
式(84)が存在することを見い出した。 またNp s及びNp wの添加はVthの低下,応答性の
良好化に有効であるが、混合系のN−I点の低
下、したがつて動作温度範囲の低下、あるいは
ΔTの増大といつた動作特性、時分割駆動特性の
悪化につながる影響を与える可能性がある。かか
るN−I点の低下を防止し、ΔTの増大を防ぎ、
ひいては動作マージン(M)の値を増加させるの
に有効な物質として(84)式,(79)式の二つ系
統の物質を見い出した。これらの物質は三つの
環構造を分子内にもち、その単体のN−I点が
高く、比較的弱い誘電率の正のNp型物質に属
している。これらの,,の性質をもつ物質
(これをNp wlと定義する)の少量添加は一般的に
動作マージンの改良に有効であることを見い出し
た。 以上説明した第6表(その1〜5)記載の本発
明に係る混合液晶の組成割合を整理するとつぎの
ようにまとめることができる。 A:式(18)の物質 B:A以外のNo型物質 C:Np s型物質 D:Np w型物質及びNp wl型物質 (1) 物質A,B,Cの組合せにおいて良好な時分
割駆動特性を与える組成として、 40〜90モル%のA 0〜40モル%のB 及び 10〜35モル%のC から成る混合液晶 (2) 物質A,B,Dの組合せにおいて良好な時分
割駆動特性を与える組成として、 40〜90モル%のA 0〜30モル%のB 及び 10〜40モル%のD から成る混合液晶。 (3) 物質A,B,C,Dの組合せにおいて良好な
時分割駆動特性を与える組成として、 28〜59.4モル%のA 12〜29.6モル%のB 6〜25モル%のC 及び 5〜40モル%のD より成る混合液晶。
【表】
【表】
【表】
【表】
【表】
【表】
【表】
【表】
【表】
【表】
【表】
【表】
【表】
【表】
【表】
【表】
【表】
【表】
【表】
【表】
【表】
第7表より明らかなように従来用いられている
アゾキシ液晶は10%以上のマージンが充分にとり
うる。しかし、前記したようにこの材料系は光に
対する化学的安定性が極端に弱いことからフイル
ターを必要とし、また黄色であるため好ましくな
い。白色材料としてはビフエニル,エステルフエ
ニルシクロヘキサン系の各ネマチツク液晶があ
る。これらの材料、たとえばエステル系は低電圧
駆動にはある意味では適しているが、粘度が高
く、応答が遅い。フエニルシクロヘキサン系ネマ
チツク液晶は粘度が低く高速応答の特長をもつ。 しかし第7表よりあきらかなように、いずれの
系も動作マージンが小さく、時分割駆動用の材料
としては不適である。これに対して本発明になる
材料は白色材料であり、かつ時分割駆動に必須な
動作マージンが十分に大きな材料である。 さらに実用上忘れることのできぬ液晶材料の保
有すべき特性“配向制御膜に対する適応性が良好
なこと”第1の要請に関して、本発明者らは
アゾキシ液晶は10%以上のマージンが充分にとり
うる。しかし、前記したようにこの材料系は光に
対する化学的安定性が極端に弱いことからフイル
ターを必要とし、また黄色であるため好ましくな
い。白色材料としてはビフエニル,エステルフエ
ニルシクロヘキサン系の各ネマチツク液晶があ
る。これらの材料、たとえばエステル系は低電圧
駆動にはある意味では適しているが、粘度が高
く、応答が遅い。フエニルシクロヘキサン系ネマ
チツク液晶は粘度が低く高速応答の特長をもつ。 しかし第7表よりあきらかなように、いずれの
系も動作マージンが小さく、時分割駆動用の材料
としては不適である。これに対して本発明になる
材料は白色材料であり、かつ時分割駆動に必須な
動作マージンが十分に大きな材料である。 さらに実用上忘れることのできぬ液晶材料の保
有すべき特性“配向制御膜に対する適応性が良好
なこと”第1の要請に関して、本発明者らは
以上の説明から明らかな如く、本発明は、一般
式(18)で表わされる液晶と、一般式(74)また
は一般式(77)で表わされる化合物と、一般式
(65)で表わされる化合物とを含有するネマチツ
ク液晶体を一対の相対向する電極間に挟持してな
る時分割駆動液晶表示装置であり、そのしきい値
電圧(中心電圧)が大幅に低く出来、かつそのバ
ラツキも少なく出来(実施例50,51,52〜58およ
び68)、低電圧駆動に好適な特性を有するもので
ある。
式(18)で表わされる液晶と、一般式(74)また
は一般式(77)で表わされる化合物と、一般式
(65)で表わされる化合物とを含有するネマチツ
ク液晶体を一対の相対向する電極間に挟持してな
る時分割駆動液晶表示装置であり、そのしきい値
電圧(中心電圧)が大幅に低く出来、かつそのバ
ラツキも少なく出来(実施例50,51,52〜58およ
び68)、低電圧駆動に好適な特性を有するもので
ある。
第1図は本発明が係わる液晶表示装置の一例を
示す断面図、第2図は液晶分子の配向状態を示す
構成図、第3図は電圧平均化法(1/3バイアス)
時分割駆動波形の一例を示す状態図、第4図は視
角の定義を示す図、第5図は電気光学特性測定装
置の説明図、第6図は1/3バイアス、1/3デユテイ
の駆動波形、第7図は1/2バイアス、1/2デユテイ
の駆動波形を示す図、第8図は時分割駆動した時
の輝度−電圧特性を示す図、第9図はシツフ塩基
No型及びNp型混合系にNo型物質 の添加量と液晶温度範囲との関係を示す図、第1
0図は本発明に関係したNo型物質とNp型物質と
の混合比と、しきい電圧値との関係の一例を示す
図、第11図はNp型物質をNo型物質に添加した
場合の一例を示す図である。 1……上板、2……下板、5……液晶、6……
電極、8,9……偏光板、51……液晶表示素
子。
示す断面図、第2図は液晶分子の配向状態を示す
構成図、第3図は電圧平均化法(1/3バイアス)
時分割駆動波形の一例を示す状態図、第4図は視
角の定義を示す図、第5図は電気光学特性測定装
置の説明図、第6図は1/3バイアス、1/3デユテイ
の駆動波形、第7図は1/2バイアス、1/2デユテイ
の駆動波形を示す図、第8図は時分割駆動した時
の輝度−電圧特性を示す図、第9図はシツフ塩基
No型及びNp型混合系にNo型物質 の添加量と液晶温度範囲との関係を示す図、第1
0図は本発明に関係したNo型物質とNp型物質と
の混合比と、しきい電圧値との関係の一例を示す
図、第11図はNp型物質をNo型物質に添加した
場合の一例を示す図である。 1……上板、2……下板、5……液晶、6……
電極、8,9……偏光板、51……液晶表示素
子。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1 一般式【式】 〔式中、R1はn−CnH2n+1を表わし、R2はn−Cq
H2q+1−Oを表わす(m,qは1〜10の整数)〕
の化合物と、一般式
【式】〔式中、 【式】は【式】又は 【式】を、R3−はn−CrH2r+1−(rは1 〜7の整数)を表わす〕で示される化合物の少な
くとも一種と、一般式
【式】〔式中R4− はn−CsH2s+1−(sは1〜5の整数)を表わす〕
で示される化合物の少なくとも一種とを含有する
ネマチツク液晶体を一対の相対向する電極間に挟
持してなる時分割駆動液晶表示装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62212832A JPS63108094A (ja) | 1987-08-28 | 1987-08-28 | 時分割駆動液晶表示装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62212832A JPS63108094A (ja) | 1987-08-28 | 1987-08-28 | 時分割駆動液晶表示装置 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15051377A Division JPS5483694A (en) | 1977-12-16 | 1977-12-16 | Nematic liquid crystal body for display device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63108094A JPS63108094A (ja) | 1988-05-12 |
| JPH0359954B2 true JPH0359954B2 (ja) | 1991-09-12 |
Family
ID=16629093
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62212832A Granted JPS63108094A (ja) | 1987-08-28 | 1987-08-28 | 時分割駆動液晶表示装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63108094A (ja) |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5483694A (en) * | 1977-12-16 | 1979-07-03 | Hitachi Ltd | Nematic liquid crystal body for display device |
-
1987
- 1987-08-28 JP JP62212832A patent/JPS63108094A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63108094A (ja) | 1988-05-12 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JPS6332835B2 (ja) | ||
| EP0213841B1 (en) | Secondary alcohol derivatives suitable for use in liquid crystal materials and devices | |
| JP2526085B2 (ja) | 強誘電性液晶組成物および液晶表示素子 | |
| JPS6236078B2 (ja) | ||
| JPS632997B2 (ja) | ||
| KR940000666B1 (ko) | 강유전성 액정 조성물 | |
| JPS6360077B2 (ja) | ||
| JPH0413395B2 (ja) | ||
| JPS6124431B2 (ja) | ||
| US6551670B2 (en) | Chiral nematic liquid crystal composition and liquid crystal optical element | |
| JPS61231082A (ja) | 強誘電性カイラルスメクチツク液晶組成物 | |
| JPS6225716B2 (ja) | ||
| JP2953624B2 (ja) | 強誘電性液晶組成物 | |
| JPS62205190A (ja) | 液晶組成物 | |
| JP2007529767A (ja) | 電気光学光変調素子、ディスプレイおよび媒体 | |
| JPS58118886A (ja) | 液晶表示素子 | |
| CN106590687B (zh) | 液晶组合物及其应用 | |
| KR840002435B1 (ko) | 표시장치용 네마틱 액정체 | |
| JPS63108094A (ja) | 時分割駆動液晶表示装置 | |
| JP4000494B2 (ja) | ネマチック液晶組成物及びこれを用いた液晶表示装置 | |
| JPH0726100B2 (ja) | 液晶組成物及び液晶表示素子 | |
| JPH0745661B2 (ja) | 液晶表示装置 | |
| JPS6321717B2 (ja) | ||
| Wen | High birefringence and low viscosity liquid crystals | |
| JPS62127384A (ja) | アクテイブマトリクス型液晶表示素子 |