JPH04178351A - エステル化合物及びそれを含有する液晶組成物及びその液晶組成物を用いた液晶表示素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は液晶表示素子に使用される液晶組成物の基本成
分であるエステル化合物及びそのエステル化合物を含有
する液晶組成物及びその液晶組成物を用いた液晶表示素
子に関する。

〔従来の技術〕

ネマチック液晶は液晶表示素子用の液晶材料として最も
広く使われており、その表示方式には捩れネマチック型
（ＴＮ型）、ゲスト・ホスト型、スーパーツィステッド
・ネマチック型（ＳＴＮ型）、複屈折制御型、ＳＢＥ型
などがあり、これらの液晶表示素子はスタティック駆動
方式、時分割駆動方式、アクティブマトリックス駆動方
式、二周波駆動方式等により作動される。

液晶表示素子は他の表示装置と比較して■　小型・薄型
化が容易である。

■　駆動電圧が低く、消費電力が非常に少ないためＬＳ
Ｉ駆動回路との適合性に優れる。

■　受光素子であるため、明るい場所でも表示が鮮明で
あり目が疲れにくい。

等の長所を有するため、主としてＴＮ型の液晶表示素子
がデジタル・ウォッチ、電卓、カメラ、オーディオ機器
等の表示に広く応されてきた。また、最近ではＳＴＮ型
やアクティブマトリックス駆動方式のＴＮ型の液晶表示
素子かパソコン、ワープロおよび液晶カラーテレビ等の
表示容量が非常に大きな表示に応用されつつあり、将来
はＣＲＴに代る表示素子として注目されている。

ＴＮ型やＳＴＮ型等の液晶表示素子に使用される液晶材
料に要請される特性は表示方式、駆動方式、応用分野等
により様々であるか、このような液晶材料を設計する場
に重要な特性としては■　着色がなく、熱、光、電気的
・化学的な安定性に優れていること。

■　ネマチック液晶温度範囲ができるだけ広いこと。

■　誘電異方性か大きいこと。

■　粘度が小さいこと。

等が挙げられるが、例えば現在最も広く用いられている
ＴＮ型で時分割駆動方式の液晶表示素子に必要される電
気光学特性は次の３点である。

ａ　しきい値電圧の温度依存性が小さいこと。

ｂ　急峻性が良好なこと。

Ｃ視角が広いこと。

これらの要求を満足させる液晶材料の実現にはベンドと
スプレィの弾性定数（それぞれに３３およびに１１）比
ｋ　３３／　ｋ　＋＋および誘電異方性（△ε）と分る
直交方向の誘電率（εｔ）の比△ε／εｔをできるだけ
小さく、複屈折（△ｎ）、液晶表示素子のセルギャップ
（ｄ）、光の波長（λ）の間に△ｎｄ＝２λの関係を満
足する場合に急峻性が向上される。また、しきい値電圧
の温度による変化は弾性定数の温度依存性に起因するた
め、温度依存性の小さい液晶材料の設計が必要となる。

視角は液晶分子のプレチルトによって生ずるとされてお
り、複屈折を小さくすることにより広くすることが可能
であるが、△ｎｄ−２λの関係があり他の特性に影響が
あるためあまり小さくすることは適当ではない。

なお、ＳＴＮ型で時分割駆動方式の場合にはｋ　３３／
　ｋ　＋＋は大きいほど良いことがわかっている。

〔発明が解決しようとする課題〕

これら液晶表示素子に必要とされる特性を単一成分の液
晶化合物で満足させることは不可能に近イ、実用的には
複数の液晶化合物又はその類似化合物を混合した液晶組
成物を用いている。

従来、時分割駆動方式のＴＮ型又はＳＴＮ型の液晶表示
素子に使用される液晶組成物の主な成分として混合され
ている液晶化合物である４−アルコキシフェニル　トラ
ンス−４′　〜アルキルシクロヘキサンカルボキシレー
トは時分割駆動に必要とされる電気光学特性のうちａお
よびｂは良好であるが、Ｃの視角依存性は満足できる値
ではない。

また、粘度は比較的小さい方であるが、応答速度は遅い
欠点を有する。

そこで、本発明の目的は△０が小さくて粘度が小さいエ
ステル化合物及びそれを含有した液晶組成物を提供する
ことである。また、本発明の他の目的はその液晶組成物
を用いた視角が広くて応答速度の速い液晶表示素子を提
供することである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は一般式 Ｒ＜ＥＥ）−ＣＯＯ÷Ｃ）１２→Ｃ”　Ｈ（Ｘ）−Ｃ，
＋１２．、＋（Ｉ） （ここで、Ｒは炭素原子数が１〜１０のアルキル基、Ｘ
はアルキル基、アルコキシ基、Ｆ又はｃｌ、ｍおよびｎ
はｍ≧１、ｎ≧０、ｍ＋ｎ≦９をＩＨ足する整数を表わ
し、Ｃ″は光学不活性、シクロヘキサン環はトランス配
置である。） て表わされるエステル化合物及びそれを少なくとも一種
類含有する液晶組成物及びその液晶組成物を用いた液晶
表示素子である。

本発明のエステル化合物（Ｉ）は例えば次に示したスキ
ームに従って製造することができる。即ち、トランス−
４−アルキルシクロヘキサンカルボニルクロライド（Ｉ
Ｉ）とフェノール（ｍ）をクロロホルム中でトリエチル
アミンを触媒に用いてエステル化して本発明の化合物（
Ｉ）を得る。化合物（Ｉ）は複屈折が小さくて粘度が小
さいが液晶相を示さない化合物もある。Ｘがメチル基又
はＦのときに特にこれらの特徴は顕著に見られ液晶表示
素子に用いられる液晶組成物の主成分としてＲ＋ＣＯＯ
℃ｑｃＨ２−）−Ｃ”　Ｈ（Ｘ）　−Ｃ，Ｈ２，−１基
、Ｘはアルキル基、アルコキシ基、Ｆ又はＣＩ？、ｍお
よびｎはｍ≧１、ｎ≧０、ｍ＋ｎ≦９を満足する整数を
表わし、Ｃ８は光学不活性、シクロへキサン環はトラン
ス配置である。） 本発明の化合物を混合するベース液晶組成物の成分とし
て好ましい化合物を次に挙げる。しかしＲ（羽（ンＸ （ここで、Ｒはアルキル基、アルケニル基、アルコキシ
基又はアルケニルオキシ基、ＸはＣＮ、Ｆ。

Ｃ３，アルキル基、アルケニル基、アルコキシ基、アル
ケニルオキシ基又はアルコキシメチレン基をる。）　・ これ以外の全ての液晶化合物又はその類似化合物と混合
することができ、優れた相容性を示す。本発明の化合物
を混合した液晶組成物は複屈折が小さくて粘度か小さい
特徴を有する。

次に、本発明の液晶表示素子の一例を第１図に示す。透
明なガラスから成る基板１と２が所定の間隔、例えば５
〜１０μｍで平行に配置され、その周囲はフリットガラ
ス、有機接着剤等からなるシール剤６で封着され、これ
らによって形成された内部空間にネマチック液晶組成物
が封入されている。基板１および２の対向する内面上に
は所定のパターンの透明電極３が形成され、更に液晶に
接する面には配向剤を塗布し、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こした配向制
御層４が形成されている。液晶の配向方向は基板１の配
向制御層と基板２のそれとを方向を異ならせ、封入され
ているネマチック液晶組成物をねじれて配向させる。基
板１上の方向と基板２のそれのなす角すなわちツイスト
角は任意に選ばれるが、ＴＮ方式ではほぼ９０度、ＳＴ
Ｎ方式では１８０度から２７０度の間の角度が選択され
る。基板１および２の外側には偏光板５がラビングの方
向に合せて配置されている。

このようにして得られた液晶表示素子に本発明の化合物
を含有する液晶組成物を封入し、電気光学特性を測定し
たところ視角が広く、高時分割駆動が可能であり、また
応答速度が速いことが確認された。

〔実　施　例〕

以下、実施例により本発明の化合物の製造方法、それを
含有する液晶組成物及び液晶表示素子を更に詳しく説明
する。

実施例１（化合物の製造方法１） ＤＬ−４−（２’−メチルブチル）フェニルトランス−
４１−プロピルシクロヘキサンカルボキシレートの製造
方法。

クロロホルム３０ｃｍ３にＤＬ−４−（２’　−メチル
ブチル）フェノール３．０ｇとトリエチルアミン２．８
ｇを溶解し、氷水冷却下にトランス−４−プロピルシク
ロヘキサンカルボニル　クロライド３．４ｇを滴下した
。反応液を２時間放置後、反応液ヲ水、１０％ＨＣＪｌ
ｉ、５％Ｎａ２ＣＯ３水溶液の順序で洗浄上クロロホル
ムを留去した。残渣をメタノールとアセトンの混合溶媒
から再結晶してＤＬ−４−（２’　−メチルブチル）フ
ェニル　トランス−４′〜プロピルシクロヘキサンカル
ボキシレート４．３ｇを得た。この化合物の相転移温度
をＤＳＣで測定した結果は次のとうりであった。

（ここで、Ｃは結晶、Ｓはスメクチ・ツク相、■は等方
性液体を表わす。） 以下、実施例１と同様な製造方法により下記の化合物を
製造した。

ＤＬ−４−（２’−メチルブチル）フェニルトランス−
４１−ペンチルシクロヘキサンカルボキシレート （ここで、Ｎはネマチック相を表わす。）ＤＬ−４−（
２’−メチルブチル）フェニルトランス−４′−へキシ
ルシクロヘキサンカルボキシレート ＤＬ−４−（２’−メチルブチル）フェニルトランス−
４１−ブチルシクロヘキサンカルボキシレート 実施例２（液晶組成物） 市販のネマチック液晶組成物ＺＬＩ−１５６５（メルク
社製）と本発明の化合物ＤＬ−４−（２′−メチルブチ
ル）フェニル　トランス−４′−ペンチルシクロヘキサ
ンカルボキシレートを９：１の重量比で混合した液晶組
成物Ａを作った。

液晶組成物Ａ ＺＬＩ−１５６５９０重量％ Ｃ５Ｈ＋＋ぺ３ｃｏｏ０ｃ　ｏ　２ｃ　８Ｈ（ＣＨ３）
Ｃ２Ｈ９１０” この液晶組成物のネマチック−等方性液体相転移温度（
Ｎ−Ｉ点）、複屈折（△ｎ）および粘度（η）を測定し
た結果は次のとうりであった。なお、△ｎおよびηは２
５℃で測定した。またＺＬＩ−１５６５のＮ−１点は８
７℃、△ｎは０．１２８およびηは１５．２Ｃ，Ｐ、で
あった。

Ｎ−１点　　　　７８．０℃ △ｎ　　　　　　　　Ｏ，１１５ η　　　　　　　１６．０ 比較例Ｉ ＺＬＩ−１５６５と４−ペンチルフェニル　トランス−
４７−ペンチルシクロヘキサンカルボキシレートを９＝
１の重量比で混合した液晶組成物Ｂを作った。

液晶組成物Ｂ ＺＬＩ−１５６５９０重量％ この液晶組成物のＮ−Ｉ点および２０℃において八〇と
ηを測定した結果は次のとうりであった。

Ｎ−Ｉ点　　　　　８３．２℃ △ｎ　　　　　　　　　０．１２４ η　　　　　　　　１７．３ 実施例３（液晶表示装置） 第１図に示すようにガラス基板１および２上にＩＴＯか
らなる透明電極膜３を形成し、この上にポリイミドから
なる配向剤を塗布し、この表面を綿布でラビングして配
向制御層４を形成し、さらにガラス基板１および２をギ
ャップ材を含むエポキシ系の接着剤からなるシール剤６
で９μｍの間隔を保って封着した。なお、基板１と基板
２のラビング方向は９０°ずらせ、ラビング方向に合せ
て偏光板５をはりつけた。最後に基板１および２の間の
空間を実施例２の液晶組成物Ａで満たしてＴＮ型液晶表
示セルを作った。

この液晶表示セルを用いて交流スタテック駆動方式によ
り２０℃で電圧−光透過特性を測定ししきい値電圧（ｖ
ｌｈ）、視角依存性（α）、急峻性（β）、立上り時間
（τＯＮ）　、立下り時間（τ。ｐｐ　）　、またダイ
ナミック駆動方式により動作マージンＭを得た。なお、
ｖｌｈ、α、βおよびＭは次式で定義した。

Ｖ　、　ｈＷ　Ｖ　１０ （ここで、ｖｌｏおよびＶ、。は光透過率１０％および
９０％における電圧、Ｔは温度、φは視角を表わす。） ｖ、ｈ　　　　　　　　　２．５４　（Ｖ）α　　　　
　　　　　　１．２４ β　　　　　　　　　　１．４２ τＯＮ　　　　　　　　　　　　　５０．　５　　（ｍ
ｓ）τｏｐ　　　　　　　　　　　１１０．　０　　（
ｍｓ）Ｍ　　　　　　　　　　　　　　１０．５（％）
比較例２ 実施例３と同様にして比較例１の液晶組成物Ｂを注入し
た液晶表示セルを作り、電圧−光透過特性を測定し、Ｖ
ｌｈ、α、β、τ。９、τ。１およびＭを得た。

Ｖ、ｂ　　　　　　　　　２．５６　（Ｖ）α　　　　
　　　　　　１．２７ β　　　　　　　　　　１，４３ τｏＮ　　　　　　　　５８．２　（ｍｓ）τｏｐ　　
　　　　　　１１７．３　（ｍｓ）Ｍ　　　　　　　　
　　　９．８（％）なお、上記の実施例２においてはベ
ース液晶としてＺＬＩ−１５６５を用いたが、フェニル
シクロヘキサン系、フェニルシクロヘキサンカルボン酸
エステル系、ジオキサン系、ポリミジン系、トラン系等
あらゆるベース液晶を用いても△ｎが小さくて粘度の小
さい液晶組成物が得られた。また実施例３においてはツ
イスト角が９０’のＴＮ型液晶表示セルを用いて測定し
たが、ツイスト角が１８０°までのＴＮ型液晶表示セル
又は１８０−２７０’までのＳＴＮ型液晶表示セルを用
いても同様な効果が得られることを確認した。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明の化合物は複屈折が小さくて
しかも粘度が小さいことが明らかとなった。また、本発
明の化合物を他の液晶組成物と混合することにより複屈
折が小さくてしかも粘度の小さい液晶組成物が得られる
ことかわかった。さらに、本発明の化合物を混合した液
晶組成物を使用した液晶表示素子は視角が広く、応答速
度が速くて高時分割駆動が可能なことが確認できた。

したがって、本発明の化合物はＴＮ型又はＳＴＮ型の高
時分割駆動液晶表示素子に用いられるネマチック液晶表
示素子の主成分として非常に有用である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例で作製した液晶表示素子を示
す図。 １．２・・・ガラス基板 ３・・・・・透明電極膜 ４・・・・・配向制御層 ５・・・・・偏光板 ６・・・・・シール剤 以上 出願人　セイコーエプソン株式会社 代理人　弁理士　鈴　木　喜三部（他１名）莞１図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）一般式 ▲数式、化学式、表等があります▼ （ I ） （ここで、Ｒは炭素原子数が１〜１０のアルキル基、Ｘ
   はアルキル基、アルコキシ基、Ｆ又はＣｌ、ｍおよびｎ
   はｍ≧１、ｎ≧０、ｍ＋ｎ≦９を満足する整数を表わし
   、Ｃ＾＊は光学不活性、シクロヘキサン環はトランス配
   置である。） で表わされることを特徴とするエステル化合物。
2. （２）一般式 ▲数式、化学式、表等があります▼ （ I ） （ここで、Ｒは炭素原子数が１〜１０のアルキル基、Ｘ
   はアルキル基、アルコキシ基、Ｆ又はＣｌ、ｍおよびｎ
   はｍ≧１、ｎ≧０、ｍ＋ｎ≦９を満足する整数を表わし
   、Ｃ＾＊は光学不活性、シクロヘキサン環はトランス配
   置である。） で表わされるエステル化合物を少なくとも一種類含有す
   ることを特徴とする液晶組成物。（３）一般式 ▲数式、化学式、表等があります▼ （ I ） （ここで、Ｒは炭素原子数が１〜１０のアルキル基、Ｘ
   はアルキル基、アルコキシ基、Ｆ又はＣｌ、ｍおよびｎ
   はｍ≧１、ｎ≧０、ｍ＋ｎ≦９を満足する整数を表わし
   、Ｃ＾＊は光学不活性、シクロヘキサン環はトランス配
   置である。） で表わされるエステル化合物を少なくとも一種類含有す
   る液晶組成物を用いたことを特徴とする液晶表示素子。