JPH04255793A - ネマチック液晶組成物 - 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、電気光学的表示材料と
して有用なネマチック液晶組成物及び該組成物を用いた
液晶表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示セルの代表的なものにＴＮ−Ｌ
ＣＤ（ツイステッド・ネマチック液晶表示装置）があり
、時計、電卓、電子手帳、ポケットコンピュータ、ワー
ドプロセッサ、パーソナルコンピュータなどに使用され
ている。近年ＯＡ機器の処理情報の増加に伴い、一画面
に表示される情報量が増大しており、従来のＴＮ−ＬＣ
Ｄでは、コントラスト及び視野角等の表示品位面から、
特にワードプロセッサ、パーソナルコンピュータなどの
高時分割駆動の要求に応えられなくなっている。

【０００３】このような状況の中で、シェファー（Ｓｃ
ｈｅｆｆｅｒ）等［ＳＩＤ　’８５　Ｄｉｇｅｓｔ，　
Ｐ．１２０　（１９８５）］あるいは衣川等［ＳＩＤ　
’８６　Ｄｉｇｅｓｔ，　Ｐ．１２２　（１９８６）］
によってＳＴＮ（スーパー・ツイステッド・ネマチック
）−ＬＣＤが開発され、ワードプロセッサ、パーソナル
コンピュータなどの高情報処理用の表示に広く普及しは
じめている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ＳＴＮ−ＬＣＤにおい
て、配向面と液晶分子のなす角度、すなわちプレチルト
角の制御は、液晶表示セルの作製にあたって、表示性能
及び歩止まり等に大きな影響を与える重要な因子となる
。

【０００５】配向法には、基板にＳｉＯｘ　を斜方蒸着
させることによって、プレチルト角を約２０°の高チル
ト角に制御する方法が知られているが、さらに実用的に
は、例えば、日産化学社製の「サンエバー１５０」の如
き有機膜をラビングすることによって、プレチルト角を
約５°に制御する方法が知られている。その他にも、各
種の有機膜が開発されており、ラビング法によって、プ
レチルト角を５〜１０°に制御して使われている。

【０００６】プレチルト角が高いほどストライプ・ドメ
インが発生しにくくなり、液晶表示セル作製時の歩止ま
りが良くなることはよく知られているが、ラビング法を
使って、プレチルト角を５〜１０°に制御できる一定の
安定した配向膜をつくることは、極めて難しいというの
が現状である。

【０００７】一方、ワードプロセッサ、パーソナルコン
ピュタ等の情報量の多いＳＴＮ−ＬＣＤには、高時分割
駆動が要求される。しかし、時分割数の増大は駆動電圧
の上昇を引き起こし、駆動回路に大きな影響を与える。 これに応えるには、液晶材料の駆動電圧を低下させる必
要がある。液晶材料の弾性定数や誘電率の物性値は、駆
動電圧を制御するのに重要な因子であるが、同時に、ス
トライプドメインの発生を防止する為にも最適化する必
要がある。

【０００８】しかしながら、駆動電圧の低下と多くの情
報量に対する表示性能の両者を満足させることができる
弾性定数と誘電率を制御することは、極めて複雑で難し
いというのが現状である。

【０００９】本発明が解決しようとする課題は、品質面
からラビング法を用いて形成される実用的で安定な配向
膜によるプレチルト角が約５゜より高く、これによりス
トライプドメインの発生を防止することができ、しかも
、高時分割駆動に応えられ、低い電圧で駆動が可能で、
更に低温において液晶成分の析出現象がなく、広い温度
範囲で駆動可能なネマチック液晶組成物を提供すること
にある。

【００１０】

【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（Ａ）

【００１１】

【化３】

【００１２】（式中、Ｒ１　は炭素原子数１〜１０の直
鎖状アルキル基を表わし、ｎは１〜５の整数を表わし、
ＸはＨ又はＦを表わす。）で表わされる化合物、及び一
般式（Ｂ）

【００１３】

【化４】

【００１４】（式中、Ｒ２は炭素原子数１〜１０の直鎖
状アルキル基を表わし、ｍは１〜５の整数を表わす。）
で表わされる化合物を含有するネマチック液晶組成物を
提供する。

【００１５】本発明で使用する一般式（Ａ）、及び一般
式（Ｂ）で表わされる化合物の代表的なものの相転移温
度を第１表と第２表に掲げる。

【００１６】

【表１】

【００１７】

【表２】

【００１８】（表中、Ｃは結晶相、Ｎはネマチック相、
Ｉは等方性液体相を夫々表わす。）本発明のネマチック
液晶組成物中における一般式（Ａ）で表わされる化合物
の含有量は、３〜８０重量％の範囲が好ましく、一般式
（Ｂ）で表わされる化合物の含有量は、５〜７０重量％
の範囲が好ましい。

【００１９】本発明の液晶組成物と混合して使用するこ
とができる液晶化合物の例を以下に挙げる。

【００２０】

【化５】

【００２１】

【化６】

【００２２】（上記一般式中、Ｒ３はアルキル基を表わ
し、Ｒ４はアルキル基又はアルコキシル基を表わし、Ｘ
１はＨ又はＦを表わす。）第３表は、本発明に係わるネ
マチック液晶組成物Ｎｏ．１２の配合比、ネマチック相
−等方性液体相転移温度（ＴＮ−Ｉ）、屈折率の異方性
（△ｎ）及び誘電率の異方性（△ε）の物性値、公知の
液晶組成物を封入した際に約５゜のプレチルト角を形成
できることが知られている液晶表示セルに封入した際に
得られるプレチルト角を掲示し、比較のために、本発明
に係わるネマチック液晶組成物Ｎｏ．１２を構成する各
化合物の類似構造を有し、現在汎用されている化合物を
混合して得られる混合液晶（ａ）についても掲示したも
のである。

【００２３】

【表３】

【００２４】第３表に掲示したデ−タから、本発明のネ
マチック液晶組成物Ｎｏ．１２は構造類似の化合物を含
有する混合液晶（ａ）と比較して、１゜以上高いプレチ
ルト角を形成できることが理解できる。

【００２５】プレチルト角１°の差によってストライプ
・ドメインが顕著に発生しにくくなり、ＳＴＮ液晶表示
セルの作製時の歩止まりが良くなる。さらに一般式（Ａ
）及び一般式（Ｂ）の化合物のほとんどは、ネマチック
状態でガラス面上で均一な垂直配向性を示すことはない
が、これらを混合して得られる多くの混合液晶は垂直配
向性を示すことが確認された。

【００２６】本発明のネマチック液晶組成物は、従来の
液晶組成物を封入した時よりもプレチルト角を高くする
ことを特徴とするものであって、約５゜のプレチルト角
を形成できる液晶表示セルに限定されるものではない。 本発明のネマチック液晶組成物を封入したＳＴＮ−ＬＣ
Ｄを作製したところ、ストライプ・ドメインが顕著に発
生しにくくなり、歩留りの改善を確認できた。

【００２７】第３表に示したネマチック液晶組成物Ｎｏ
．１２又は混合液晶（ａ）の各混合液晶にカイラル物質
「Ｓ−８１１」（メルク社製）を添加した各混合液晶を
、対向する平面透明電極上に「サンエバ−１５０」の有
機膜をラビングして形成した配向膜をもつツイスト角２
２０゜のＳＴＮ用表示セルに各々注入して、諸特性を測
定した。

【００２８】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、△ｎ・ｄ＝０．８５、ｄ／Ｐ＝０．５３と
なるように添加した。

【００２９】表示用セル面に垂直な光の透過率が１０％
となる時の電圧をＶｔｈ、８０％となる時の電圧をＶｓ
ａｔとした時、電気光学特性の急峻性γは、Ｖｓａｔ／
Ｖｔｈと定義され、この値が１に近い程、高時分割特性
に優れている。

【００３０】本発明に係わるネマチック液晶組成物Ｎｏ
．１２を用いたＳＴＮ−ＬＣＤのＶｔｈは１．２１Ｖで
あり、急峻性γは１．０３０であった。混合液晶（ａ）
を用いた場合、Ｖｔｈは１．９８Ｖであり急峻性γは１
．０６４であった。

【００３１】この結果から、本発明に係わるネマチック
液晶組成物は、駆動電圧を大幅に低下させ、急峻性も１
に近くなり、優れた液晶組成物であることが明らかとな
った。

【００３２】従って本発明の液晶組成物は、混合液晶の
物性値を最適化する煩わしさを解消し、ストライプ・ド
メインの発生の防止と駆動電圧の低下を可能にし、時分
割数の増大による駆動回路への悪影響を与えることなく
、情報量の多いＳＴＮ−ＬＣＤに適した液晶組成物であ
る。

【００３３】本発明で使用する化合物を混合して得られ
る混合液晶の溶解性を説明するために、第４表のような
混合液晶を作成した。

【００３４】

【表４】

【００３５】混合液晶（ｂ）は現在汎用されている代表
的な化合物からなる混合液晶であり、第５表に示す化合
物からなる混合液晶である。

【００３６】

【表５】

【００３７】また、式（ｃ）の化合物は、本発明で使用
するＮｏ．１１の化合物と類似構造を有する公知の化合
物であり、

【００３８】

【化７】

【００３９】で表わされる化合物である。第４表の混合
液晶（Ｉ）の０℃及び−２０℃における粘度測定を行っ
たところ、この混合液晶はネマチック相から固体相に相
変化し、粘度を測定することが不可能であった。これに
対し、混合液晶（ＩＩ）では、２０℃、０℃及び−２０
℃における粘度測定は可能であり、安定なネマチック相
を有していた。

【００４０】混合液晶（ｂ）は、現在汎用されている代
表的な化合物からなる混合液晶であり、９種類と多くの
成分を混合しているので、他の液晶化合物との相溶性に
優れた性質を有している。

【００４１】従来、低温域におけるネマチック相の温度
範囲を拡大するため、式（ｃ）のような化合物を混合液
晶に添加することが知られている。混合液晶（Ｉ）は１
０成分からなり、本発明で使用するＮｏ．１１の化合物
を１５重量％含有しているが、本発明に係るネマチック
液晶組成物Ｎｏ．１２は、４成分からなり、同様にＮｏ
．１１の化合物を１５重量％含有している。しかしなが
ら、ネマチック液晶組成物Ｎｏ．１２は、２０℃及び０
℃における粘度測定を行うことが可能である。

【００４２】更に、ネマチック液晶組成物Ｎｏ．１２と
混合液晶（ｂ）を混合して得られる混合液晶（ＩＩＩ）
の粘度測定を行ったところ、ネマチック液晶組成物Ｎｏ
．１２が９６重量％以下であれば、−２０℃における粘
度測定が可能となり、低温域で安定したネマチック相を
示すことが判明した。

【００４３】この溶解特性は、混合する液晶化合物の成
分数を単に増加させることにより、低温域で安定なネマ
チック相を有する液晶組成物を得るという公知の技術と
は異なる結果であり、本発明で明らかにしたように、一
般式（Ａ）及び一般式（Ｂ）で表わされる化合物を混合
して得られるネマチック液晶組成物により、初めて得ら
れる効果である。また、この技術を用いることによって
、現在汎用されている化合物又はこれらから成る混合液
晶と、本発明に係るネマチック液晶組成物を、使用目的
に適した混合比で任意に混合することが可能となる。

【００４４】この結果から明らかなように、本発明に係
わる組成物は、低温域でのネマチック相を安定化させ、
広い温度範囲でＳＴＮ液晶表示装置を駆動させることが
できる。

【００４５】本発明に係わる一般式（Ａ）及び一般式（
Ｂ）で表わされる化合物、又はこれらを混合して得られ
るネマチック液晶組成物は、加熱又は紫外線照射等の耐
久テストに対し劣化現象がなく化学的に安定なものであ
る。従って、種々の環境下で使用される液晶表示装置に
適したネマチック液晶組成物を提供することが可能であ
る。

【００４６】

【実施例】以下の実施例により本発明を詳述するが、本
発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

【００４７】なお、以下の実施例及び比較例において、
「％」は『重量％』を表わす。 （実施例１）

【００４８】

【化８】

【００４９】から成る混合液晶を調製した。この混合液
晶のネマチック相−等方性液体相転移温度（ＴＮ−Ｉ）
、屈折率の異方性（△ｎ）及び誘電率の異方性（△ε）
は、以下の通りであった。

【００５０】 ＴＮ−Ｉ　：　　　　１００．１℃ △ｎ　　：　　　　０．１３０ △ε　　：　　　　２１．５ この混合液晶を、日産化学社製「サンエバー１５０」の
有機膜をラビングして形成した配向膜を上下反平行にし
て組合せたセル中に封入し、磁場電位法によって、プレ
チルト角を測定した結果、７．５゜であった。 （実施例２）

【００５１】

【化９】

【００５２】から成る混合液晶を調製した。この混合液
晶のネマチック相−等方性液体相転移温度（ＴＮ−Ｉ）
、屈折率の異方性（Δｎ）及び誘電率の異方性（Δε）
は、以下の通りであった。

【００５３】 ＴＮ−Ｉ　：　　　　７８．９℃ Δｎ　　：　　　　０．１３６ Δε　　：　　　　２３．８ この混合液晶を使用して、実施例１と同様にして、プレ
チルト角を測定した結果、７．６゜であった。 （実施例３）

【００５４】

【化１０】

【００５５】から成る混合液晶を調製した。この混合液
晶のネマチック相−等方性液体相転移温度（ＴＮ−Ｉ）
、屈折率の異方性（Δｎ）及び誘電率の異方性（Δε）
は、以下の通りであった。

【００５６】 ＴＮ−Ｉ　：　　　　６２．１℃ Δｎ　　：　　　　０．１３７ Δε　　：　　　　１９．５ この混合液晶を使用して、実施例１と同様にして、プレ
チルト角を測定した結果、６．６゜であった。 （比較例１）

【００５７】

【化１１】

【００５８】から成る混合液晶を調製した。この混合液
晶のネマチック相−等方性液体相転移温度（ＴＮ−Ｉ）
、屈折率の異方性（Δｎ）及び誘電率の異方性（Δε）
は、以下の通りであった。

【００５９】 ＴＮ−Ｉ　：　　　　７１．３℃ Δｎ　　：　　　　０．１３９ Δε　　：　　　　１２．６ この混合液晶を使用して、実施例１と同様にして、プレ
チルト角を測定した結果、５．２゜であった。

【００６０】実施例１〜３のいずれも比較例１より１°
もしくはそれ以上プレチルト角を上昇させた。実施例１
〜３及び比較例１で使用した各混合液晶にカイラル物質
「Ｓ−８１１」（メルク社製）を添加した混合液晶を、
対向する平面透明電極上に「サンエバー１５０」の有機
膜をラビングして形成した配向膜をもつツイスト角２２
０°のクサビ形セル及び表示用セルに各々注入して諸特
性を測定した。

【００６１】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。

【００６２】ここで、Δｄ／Ｐは、ストライプ・ドメイ
ンが発生しない境界のクサビ形セルの厚みをｄ１とｄ２
（ｄ１　＞ｄ２　）とした時

【００６３】

【数１】

【００６４】と定義され、大きい値が優れている。また
、表示用セル面に垂直な光の透過率が１０％及び８０％
となる時の電圧を各々Ｖｔｈ及びＶｓａｔとした時、電
気光学特性の急峻性γは、Ｖｓａｔ／Ｖｔｈと定義され
、この値が１に近い程、高時分割特性に優れている。

【００６５】実施例１〜３及び比較例１で調製した各混
合液晶にカイラル物質を添加した、スーパー・ツイステ
ッド・ネマチック液晶の表示特性の測定結果を第６表に
示した。

【００６６】

【表６】

【００６７】実施例１〜３のいずれの混合液晶も、比較
例１の混合液晶よりも△ｄ／Ｐが大幅に改善され、スト
ライプ・ドメインが発生しにくくなっている。また、駆
動電圧を３５％以上低下させ、急峻性γも１に近くなり
高時分割特性に優れた液晶表示特性を示した。

【００６８】

【発明の効果】本発明に係わる一般式（Ａ）及び一般式
（Ｂ）で表わされる化合物を含有するネマチック液晶組
成物は、通常のネマチック液晶を用いた場合に約５°の
プレチルト角を形成可能な配向膜を有する液晶表示セル
に封入することによって、そのプレチルト角を上昇させ
ることができるものである。

【００６９】従って、本発明に係わるネマチック液晶組
成物は、ストライプ・ドメインの発生率が顕著に低く、
ＬＣＤ作製時の歩留りが良好なＳＴＮ−ＬＣＤの材料と
して極めて有用である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　一般式 【化１】 （式中、Ｒ１は炭素原子数１〜１０の直鎖状アルキル基
   を表わし、ｎは１〜５の整数を表わし、ＸはＨ又はＦを
   表わす。）で表わされる化合物、及び一般式【化２】 （式中、Ｒ２は炭素原子数１〜１０の直鎖状アルキル基
   、ｍは１〜５の整数を表わす。）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。
2. 【請求項２】　　請求項１記載のネマチック液晶組成物
   を用いたスーパー・ツイステッド・ネマチック液晶表示
   装置。