JPH04235939A - アセチレン誘導体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る液晶表示素子 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は液晶表示装置に用いられ
る液晶組成物の成分として有用なアセチレン誘導体、そ
れを含有する液晶組成物およびその液晶組成物を用いる
液晶表示素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶の電気光学効果を利用した液晶表示
装置（ＬＣＤ）は他の表示装置に比べ動作電圧が低くて
消費電力が非常に少ない特徴を有するためＬＳＩ駆動回
路との適合性に優れており、従来より広い分野に応用さ
れてきた。液晶にはスメクチック相、ネマチック相、コ
レステリック相などの諸相が知られており、これらのう
ちネマチック相を用いたＬＣＤが最も普及している。ネ
マチック相を用いたＬＣＤの表示方式には動的散乱型、
ゲスト−ホスト型、捩れたネマチック型（ＴＮ型）、ス
ーパーツイステッドネマチック型（ＳＴＮ型）、スーパ
ーツイステッド複屈折型などがあり、これらのＬＣＤを
動作させる駆動方式にはスタティック駆動、時分割駆動
、二周波駆動、アクティブマトリックス駆動などが用い
られている。

【０００３】前述のＬＣＤのなかでＴＮ型でスタティッ
ク駆動又は時分割駆動のＬＣＤが最も広く応用されてお
り、デジタルウォッチ、電卓、オーディオ機器、電話機
、カメラ等に用いられている。また、最近ではＳＴＮ型
で時分割駆動やＴＮ型でアクティブマトリックス駆動の
ＬＣＤがパソコン、ワープロ、液晶カラーテレビ等の非
常に表示容量の大きなものに応用されつつあり、将来は
ＣＲＴに代る表示装置として注目されている。

【０００４】次に、これらのＬＣＤに用いられているネ
マチック液晶にはその応用分野や表示方式等により様々
な特性を要請されるが、このような実用液晶材料の設計
には次の点を考慮する必要がある。■　　化学的、光化
学的、電気的に安定であること。■　　動作温度範囲が
広いこと。■　　粘度が小さく、高速応答ができること
。■　　電気光学特性のしきい値電圧（Ｖｔｈ）が低く
、その温度依存性が小さいこと。■　　電気光学特性の
急峻性が良好なこと。■　　視角範囲が広いこと。

【０００５】ところで、これら諸特性を単一液晶化合物
で満足させることは不可能であり、実用的には少なくと
も数種類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。

【０００６】また、従来最も広く用いられている時分割
駆動方式のＬＣＤにおいてその表示容量は上記の特性の
うち （ａ）しきい値電圧の温度依存性 （ｂ）急峻性 （ａ）視角依存性 の３つの特性により決定され、これらの値が小さいほど
表示容量は大きくなる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来より応答速度の速
い液晶材料として知られているフェニルシクロヘキサ系
の液晶化合物は時分割駆動方式のＴＮ又はＳＴＮ型ＬＣ
Ｄに用いた場合に急峻性と視角依存性が悪いために表示
容量が大きくとれない欠点があった。

【０００８】そこで、本発明の目的は粘度が小さくて複
屈折の小さいアセチレン誘導体を提供することにある。 また、本発明の他の目的は本発明のアセチレン誘導体と
従来の液晶化合物又はその類似化合物を混合することに
より粘度が小さくて複屈折の小さい液晶組成物を提供す
ることにある。さらに、本発明の他の目的は本発明のア
セチレン誘導体を含有する液晶組成物を使用することに
より電気光学特性の急峻性が良好で視角が広く、しかも
応答速度が速い液晶表示素子、特に高速応答で高時分割
駆動が可能な液晶表示素子を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は一般式

【化４】 （ここで、Ｒは炭素原子数が１〜１０のアルキル基、ｍ
およびｎはｍ≧１、ｎ≧０、ｍ＋ｎ≦８を満足する整数
を表わし、シクロヘキサン環はトランス配置である。）
で表わされるアセチレン誘導体およびそのアセチレン誘
導体を含有する液晶組成物およびその液晶組成物を使用
した液晶表示素子である。

【００１０】本発明のアセチレン誘導体は粘度が小さく
て複屈折が小さい特徴を有する。

【００１１】次に、本発明のアセチレン誘導体の製造方
法について述べる。本発明の化合物は例えば次のスキー
ムにより製造することができる。即ち、４−（トランス
−４′−アルキルシクロヘキシル）フェノールとアルキ
ン−１−オールをテトラヒドロフラン中でアゾジカルボ
ン酸ジエチルとトリフェニルホスフィンを用いてアルコ
キシ化して本発明のアセチレン誘導体（Ｉ）を得る。

【化５】 （ここで、Ｒは炭素原子数が１〜１０のアルキル基、ｍ
およびｎははｍ≧１、ｎ≧０、ｍ＋ｎ≦８を満足する整
数を表わし、シクロヘキサン環はトランス配置である。 ）本発明のアセチレン誘導体を従来の液晶化合物又はそ
の類似化合物より成るベース液晶と混合して液晶組成物
を作る場合、本発明の化合物の単一成分を混合すること
により粘度が低くて複屈折の小さい液晶組成物を得るこ
とが可能であるが、その複数成分を適切に組み合せて混
合するほうがより効果的である。

【００１２】その場合に用いられるベース液晶の成分と
して次に挙げた化合物が好ましい。

【化６】 本発明のアセチレン誘導体は上記の化合物のみならず従
来の全ての液晶化合物又はその類似化合物と高い相溶性
を有し、それらの化合物を用いたベース液晶と混合でき
る割合は１〜５０重量％であるが、より好ましくは３〜
３０重量％の範囲である。

【００１３】本発明の液晶組成物を使用した液晶表示素
子は電気光学特性の急峻性が良好で視角が広く、しかも
応答速度が速い特徴を有するため、特に高速応答で高時
分割駆動のＴＮ型又はＳＴＮ型の液晶表示素子として有
用である。

【００１４】次に、本発明の液晶表示素子の一例を第１
図に示す。透明なガラスなどからなる基板１および基板
２がフリットガラスや酸化アルミニウム等のギャップ材
を含むエポキシ系等の接着剤からなるシール材６により
所定の間隔、例えば５〜１５μｍでほぼ平行に封着され
、内部の空間に液晶組成物が封入されている。上記の基
板１および２の対向する内面上には所定のパターンのＳ
ｎＯ２やＩＴＯなどからなる透明電極３が形成され、更
に液晶組成物の接する面は液晶分子を決められた方向に
配向させるための配向制御層４となっている。このよう
な配向制御層は透明電極を有す基板面上に例えばＳｉＯ
を基板面に対して斜めの方向から蒸着させた斜方蒸着膜
又はポリイミド等の有機高分子や無機物を薄く塗布し、
その表面を綿布やナイロンブラシ等で一定方向に擦るラ
ビング処理により作られる。

【００１５】液晶分子の配向方向は基板１と基板２とで
は方向を異ならせ基板１の方向から基板２の方向に向か
って捩れて配向させる。基板１と基板２の配向方向のな
す角、すなわち液晶分子のツイスト角は任意に選択する
ことができるが、ＴＮ型では８０−１３０度、ＳＴＮ型
では１８０−２６０度の範囲が一般的である。

【００１６】基板１および２の外面には各々の基板のラ
ビング方向又はそれと垂直方向に偏光軸を合せて偏光板
５が配置されることにより透過型の液晶表示セルが得ら
れる。なお、反射型の液晶表示セルの場合には第１図に
は示されていないが、基板１又は２の偏光板上に更にア
ルミニウム等の反射板が配置される。

【００１７】ここで、本発明の液晶表示素子の動作原理
を説明する。液晶層に電界がかかっていないときは、外
来光は基板１の外側の偏光板を透過したとき、その偏光
軸に沿った直線偏光となり液晶層に入射されるが、液晶
分子は基板１上から基板２上に向かって捩れているので
液晶層を通過した光の偏光面もツイスト角だけ施光され
、基板２の外側の偏光板を通過して観察者には素子全面
が明るく見える。次に透明電極３に所定の電圧を印加す
るとその領域の液晶分子は電界の方向に沿って配向され
る。即ち、ＴＮ型やＳＴＮ型では当初液晶分子の分子軸
が基板と平行に配向され、しかも誘電異方性が所定の正
の値を有するため、しきい値電圧以上の電圧を印加する
と液晶分子は立ち上り始め、飽和電圧を超えると分子軸
が基板と垂直方向を向く。その結果、その領域では液晶
分子がツイストしていないため入射した光の偏光面は施
光されず基板２の外側の偏光板で遮断されて観察者は電
極部分が暗く見える。したがって、透明電極に電圧を印
加することにより表示を行なうことが可能である。

【００１８】

【実施例】以下、実施例により本発明の化合物及び液晶
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）４−（トランス−４′−プロ
ピルシクロヘキシル）−１−（２″−プロピニルオキシ
）ベンゼンの製造方法。

【００１９】４−（トランス−４′−プロピルシクロヘ
キシル）フェノール６．５ｇとトリフェニルホスフィン
１１．７ｇを無水テトラヒドロフラン１５０ｃｍ３に溶
解し、室温で撹拌しながらプロパギルアルコール２．５
ｇとアゾジカルボン酸　　ジエチル７．８ｇを滴下した
。 その後、室温で１晩撹拌した。反応物中のテトラヒドロ
フランを留去し、残渣をクロロホルムを溶媒としてシリ
カゲルカラムで処理した。クロロホルムを留去し、残渣
をメタノールから再結晶して４−（トランス−４′−プ
ロピルシクロヘキシル）−１−（２″−プロピニルオキ
シ）ベンゼン５．２ｇを得た。この化合物の相転移温度
をＤＳＣを用いて測定した結果は次のとおりであった。 なお昇温及び降温速度は５℃／ｍｉｎとした。

【化７】 （ここで、Ｃは結晶、Ｉ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次の化合物を得た。

【００２０】４−（トランス−４′−プロピルシクロヘ
キシル）−１−（２″−ブチニルオキシ）ベンゼン

【化
８】 ４−（トランス−４′−プロピルシクロヘキシル）−１
−（３″−ブチニルオキシ）ベンゼン

【化９】 ４−（トランス−４′−プロピルシクロヘキシル）−１
−（３″−ペンチニルオキシ）ベンゼン

【化１０】 ４−（トランス−４′−ペンチルシクロヘキシル）−１
−（２″−プロピニルオキシ）ベンゼン

【化１１】 ４−（トランス−４′−ヘキシルシクロヘキスル）−１
−（２″−プロピニルオキシ）ベンゼン

【化１２】 実施例１で製造した化合物の相転移温度を第１表にまと
めて示した。

【表１】 実施例２（液晶組成物）市販のネマチック液晶組成物Ｚ
ＬＩ−１５６５（メルク社製）に本発明の化合物４−（
トランス−４′−プロピルシクロヘキシル）−１−（２
″−プロピニルオキシ）ベンゼンを混合した液晶組成物
をａを作った。

【化１３】 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）は第２表
のとおりであった。 比較例１（液晶組成物）ＺＬＩ−１５６５およびこれと
４−（トランス−４′−プロピルシクロヘキシル）−１
−プロピルベンゼンを混合した液晶組成物ｂおよびｃを
作った。

【化１４】 これらの液晶組成物のＮ−Ｉ点、△ｎおよびηは第２表
のとおりであった。

【表２】 実施例３（液晶表示素子）第１図に示すようにガラス基
板１および２の対向する面上にＩＴＯの透明電極３を形
成し、この上にポリイミドを塗布し、この表面を綿布で
ラビングして配向制御層４を形成した。ガラス基板１お
よび２をギャップ材を混合したエポキシ系のシール剤６
を介して９μｍの間隔で平行に配置し、この空間に実施
例２の液晶組成物ａを封入した。基板１および２の外側
にラビング方向と偏光軸が一致するように偏光板５をは
りつけた。なお、ツイスト角は９０度のＴＮ型液晶表示
素子とした。

【００２１】このようにして作製した液晶表示素子Ａの
電気光学特性を測定した結果を第３表に示した。なお、
視角依存性α、急峻性βおよび動作マージンＭは次式で
定義し、τＲおよびτＤは立上りおよび立下り速度であ
る。

【数１】 （ここで、Ｖ１０およびＶ９０はそれぞれ光透過率１０
％および９０％のときの電圧、Ｔは測定温度、φは視角
を表わし、φは基板面となす角度であり、Ｍは１／３バ
イアス−１／３デューティのときの値である。）比較例
２（液晶表示素子）実施例３と同様にして液晶組成物ｂ
およびｃを封入した液晶表示素子ＢおよびＣを作り、電
気光学特性を測定した結果を第３表に示した。

【表３】

【００２２】

【発明の効果】以上、述べたように本発明のアセチレン
誘導体及びそれを含有する液晶組成物は粘度が小さく、
複屈折の小さいことがわかった。また、本発明のアセチ
レン誘導体を含有する液晶組成物を使用した液晶表示素
子は電気光学特性の急峻性が良好で視角が広く、応答速
度も比較的速く、さらに動作マージンも広いことが確認
された。

【００２３】したがって、本発明のアセチレン誘導体を
含有する液晶組成物を使用した液晶表示素子は高速応答
で高時分割駆動方式のＴＮ型又はＳＴＮ型液晶表示素子
としてたいへん有用である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例で作製した液晶表示素子の断面
を示す図。

【符号の説明】

１、２　　ガラス基板 ３　　透明電極 ４　　配向制御層 ５　　偏光板 ６　　シール剤

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】一般式 【化１】 （ここで、Ｒは炭素原子数が１〜１０のアルキル基、ｍ
   およびｎはｍ≧１、ｎ≧０、ｍ＋ｎ≦８を満足する整数
   を表わし、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アセチレン誘導体。
2. 【請求項２】一般式 【化２】 （ここで、Ｒは炭素原子数が１〜１０のアルキル基、ｍ
   およびｎはｍ≧１、ｎ≧０、ｍ＋ｎ≦８を満足する整数
   を表わし、シクロヘキサン環はトランス配置である。）
   で表わされるアセチレン誘導体を少なくとも一成分含有
   することを特徴とする液晶組成物。
3. 【請求項３】一般式 【化３】 （ここで、Ｒは炭素原子数が１〜１０のアルキル基、ｍ
   およびｎはｍ≧１、ｎ≧０、ｍ＋ｎ≦８を満足する整数
   を表わし、シクロヘキサン環はトランス配置である。）
   で表わされるアセチレン誘導体を少なくとも一成分含有
   する液晶組成物を用いることを特徴とする液晶表示素子
   。