JPH04292686A - 液晶組成物 - Google Patents

液晶組成物

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JPH04292686A
JPH04292686A JP3054791A JP5479191A JPH04292686A JP H04292686 A JPH04292686 A JP H04292686A JP 3054791 A JP3054791 A JP 3054791A JP 5479191 A JP5479191 A JP 5479191A JP H04292686 A JPH04292686 A JP H04292686A
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昭宏 望月
Katsusada Motoyoshi
勝貞 本吉
Toshiaki Yoshihara
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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】本発明は液晶組成物に係り、更に
詳しくは液晶ディスプレイなどに使用するのに好適な液
晶組成物に関する。
【0002】
【従来の技術】オフィスオートメーションの進展に伴い
、ディスプレイデバイスのフラットパネル化が望まれ、
液晶ディスプレイ(LCD)が広く用いられるようにな
っている。従来の液晶ディスプレイは主としてラップト
ップパーソナルコンピュータやノート型コンピュータ等
の比較的表示容量の小さなものが多く、最も一般的な液
晶ディスプレイは 640×400 ドット (国内)
 又は 640×480 ドット (外国) の表示容
量のものである。
【0003】しかしながら、オフィスオートメーション
の進展やノート型コンピュータのハードウェア及びソフ
トウェア技術の高度化に伴い、ディスプレイデバイスに
もより高機能化、特に表示容量の拡大、応答速度の増大
、コントラスト(見やすさ)比の向上、表示画面(表示
面積)の拡大及び視角依存性の低減などが望まれている
。これらのうち、見やすさの向上及び応答速度の増大に
ついては、従来の液晶ディスプレイであるスーパーツイ
ステッドネマティック(STN)型表示から薄膜トラン
ジスタを各絵素ごとに組み込むTFTアクティブマトリ
クスパネルLCDにより達成できる。しかし、表示容量
及び表示面積の拡大に関しては、TFT−LCDはその
製造性の点で実用上困難、もしくは極めてむずかしい状
況にある。また、視角依存性の低減についても従来のT
FT−LCDでは不十分である。
【0004】これに対し、表面安定化による強誘電性液
晶(SSFLC)を用いた液晶ディスプレイは、原理的
に大容量、大面積、広視野角、高コントラスト比及び高
速応答が可能なため、その実用化が盛んに検討されてい
る。ところが、従来の強誘電性液晶は、均一な液晶分子
配向が得られず、ジグザグ状の配向欠陥(ジグザグ欠陥
)が発生するため、コントラスト比が低く、高速応答が
得られないという問題があり、また、メモリー状態が不
安定なため、大容量表示が行えないなどの実用上致命的
な問題があった。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明は前記
した従来技術の問題点を解決して、高コントラスト比、
速い応答速度及び安定なメモリー特性を有する表面安定
化による強誘電性液晶表示素子に適した液晶組成物を提
供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明に従えば、式(I
),(II)及び (III):
【0007】
【化4】
【0008】
【化5】
【0009】
【化6】
【0010】(式中、R1 は炭素数6〜14の直鎖ア
ルキル基、R2 は炭素数4〜8の少なくとも一つの不
斉炭素原子を含むアルキル基、R3 は炭素数6〜14
の直鎖アルキル基、R4 は炭素数4〜14の直鎖アル
キル基、R5 は炭素数6〜14の直鎖アルキル基、R
6 は炭素数4〜8の少なくとも一つの不斉炭素を含む
アルキル基、Xはフッ素原子又は水素原子を示し、nは
0〜5である)で表わされる液晶化合物(I),(II
)及び (III)を、それぞれ、少なくとも一種類含
んでなる液晶組成物、特に相転移系列が等方相−スメク
ティックA相−カイラルスメクティックC相−結晶相で
あって、スメクティックA相を示す温度範囲が20℃以
上である液晶組成物が提供される。
【0011】強誘電性液晶を用いた液晶ディスプレイは
、液晶が持つ自発分極を、外部から印加する電界によっ
て反転させ、これに伴って発生する複屈折を可視化する
ことにより表示するものである。従って、基本的に2値
表示であり、双安定状態を利用したメモリー駆動型のデ
バイスである。そこで、まず前提として、双安定状態が
十分安定でなければならないことが明白である。一般に
、双安定状態を安定化するには、まず、液晶分子配向を
均一にする必要がある。即ち、分子配向が均一でなけれ
ば、個々の液晶分子の持つ永久双極子モーメントの向き
がそろわず、永久双極子モーメントの向きがそろわない
と、液晶全体としての自発分極が小さくなってしまうの
みならず、外部から電界を印加する際、各分子によって
動く方向がまちまちとなってしまうため、高いコントラ
スト比の見やすい表示が得られなくなる。特に、従来の
強誘電性液晶は、ジグザグ欠陥が発生し、この欠陥のま
わりの液晶分子は分極反転時に位相をそろえて反転でき
ないため、低コントラス比及び応答速度の低下などの現
象を招き、液晶ディスプレイとして実用化できなかった
のである。
【0012】従って、強誘電性液晶を実用的な液晶ディ
スプレイとするためには、ジグザグ欠陥を発生しない、
均一な分子配向を可能とする液晶材料の開発が必要であ
る。本発明者らは、かかる観点から検討した結果、一般
に、液晶材料の相転移系列が等方相(I)−スメクティ
ックA相(SA ) −カイラルスメクティックC相(
S C* ) であり、かつ、SA 相の温度範囲が2
0℃以上と広い時、強誘電体相であるSC * 相の分
子配向が均一になることを見出した。SA 相の温度範
囲とSC * 相の分子配向の関係については、まだ十
分に解明されていないが、SA −SC * 相転移に
伴うエンタルピー変化がSC * 相の分子配向に関与
しているものと想定する。
【0013】トラン系液晶として本発明の効果がある液
晶の具体例は、前記一般式(I)及び(II)の化合物
である。一般式(I)及び(II)で示されるトラン系
液晶及び前記一般式 (III)で示されるエステル系
液晶を、それぞれ、例えば以下の表1及び表3−1〜3
−3に示すような組成で混合して用いることにより、表
2に示したような従来の液晶では得られない優れた電気
−光学特性を示す液晶組成物を得ることができる。
【0014】式 (I), (II) 及び (III
)の化合物の混合組成比としては、好ましくは、一般式
(I)で示される光学活性なトラン系液晶を、組成物全
体に対して25〜90重量%、より好ましくは35〜7
5重量%、一般式(II)で示される光学不活性なトラ
ン系液晶を5〜70重量%、より好ましくは15〜30
重量%、また一般式 (III)で示されるエステル系
液晶を5〜40重量%、より好ましくは10〜30重量
%配合するのが有効である。
【0015】
【作用】前記想定に基づき、本発明者らは、種々の強誘
電性液晶について検討した結果、前記式(I)で示され
るトラン系液晶を主成分とする液晶混合物はI−SA 
−SC * −Cr の相転移系列を示し、また、SA
 相の温度範囲も20℃以上と広いことを見出した。こ
の液晶材料を用いて液晶ディスプレイを作製し、分子配
向を観測した結果、ジグザグ欠陥のないきれいな均一配
向が得られることを見出した。
【0016】
【実施例】以下、実施例により本発明を具体的に説明す
るが、本発明を以下の実施例に限定するものでないこと
はいうまでもない。
【0017】直径20mmの丸ベタ透明電極を設けた5
0×60× 1.1(厚)mmのガラス基板に、スピン
コーターを用いて3重量%ポリビニルアルコール(PV
A)水溶液を 2500rpmで塗布した後、 150
℃で2時間焼成した。この基板を2枚用い、一方の基板
の表面に平均粒径 1.8μm のシリカビーズをフレ
オンに分散した溶液をスプレー法により塗布し、スペー
サ材を分散させた。この後、2枚の基板をシリカビーズ
をスペーサとして貼り合わせた。なお、この基板表面上
のPVAは貼り合せ前、予め互いに逆平行となるように
ラビングを3回行った。このパネルの中に、表1に示す
トラン系液晶を主成分とする混合強誘電性液晶を注入し
、一度I相にした後、2℃/分の割合で降温し室温とし
た。
【0018】
【表1】
【0019】この液晶パネルについて、偏光顕微鏡を用
いて分子配向状態を観測した結果、ジグザグ欠陥をはじ
めとする欠陥が何もない均一な配向が得られた。次に、
この液晶パネルの電気−光学応答特性を測定するために
、波高値15V、パルス幅 300μs の双極性パル
スを印加した。なお、+15Vと−15Vのパルスの間
隔は 0.5sとした。15Vのパルス電圧印加に対し
、この液晶パネルは透過率変化10〜90%に要する時
間、即ち応答時間が51.0μs であり、電圧印加時
 (パルス電圧印加時)と電圧無印加時の透過率比は3
5:1であった。また、パルス電圧印加後 0.5s後
のメモリー状態での透過率比(図1参照)は30:1で
あった。これらの特性値を、従来、最も一般的に用いら
れている強誘電性液晶である式(IV):
【0020】
【化7】
【0021】フェニルピリミジン系混合液晶パネルと比
較した結果を表2に示す。
【0022】
【表2】
【0023】表2脚注 応答時コントラスト比        パルス電圧印加
時の透過率/電圧無印加時(印加前)の透過率 メモリー時コントラスト比    電圧印加後 0.5
s後の透過率/電圧無印加時(印加前)の透過率応答時
間                    透過率1
0〜90%変化に要する時間 印加電圧  波高値15V、パルス幅 300μsジグ
ザグ欠陥の有無          偏光顕微鏡観察メ
モリー安定性              電圧印加後
のメモリー状態の再現性 再現性ある場合    メモリーは安定ない場合   
 メモリーは不安定 SA 相温度範囲              等方相
まで昇温後2℃/分の割合で降温した時のSA 相温度
範囲偏光顕微鏡及びDSCによる測定
【0024】表2で明らかなように、本発明のトラン系
液晶を主成分とする混合液晶組成物を用いた液晶ディス
プレイは、従来の液晶に比べ、高コントラスト比、高速
応答及びメモリー状態での高コントラスト比が得られる
。特に、メモリー状態での高コントラスト比は、双安定
性がより高く安定であることを意味しており、メモリー
駆動を行う強誘電性液晶の液晶ディスプレイ(SSFL
C−LCD)にとっては極めて本質的な特性である。
【0025】一方、前記したような優れた特性を示す液
晶ディスプレイの液晶材料としての特性を調べた結果、
本発明に係る液晶混合組成物は、相転移系列がI−SA
 −SC * −Cr であり、かつSA 相を示す温
度範囲が78℃から50.5℃と、27.5℃にわたる
広いものであることがわかる。これに対し、従来の強誘
電性液晶は、一般に相転移系列がI−N* −SA −
SC * −Cr であって、かつSA 相温度範囲は
高々10℃で、ほとんどの場合5℃程度と狭い。なお、
ここでN* はコレステリック相を示す。以上の測定を
表3−1、3−2及び3−3に示す他のトラン系液晶組
成物についても同様に行った。
【0026】
【表3】
【0027】
【表4】
【0028】
【表5】
【0029】それぞれ結果は、表2に示すように、従来
の液晶に比べ明らかに優れた電気−光学応答特性を示す
【0030】次に比較例として前記式(I)〜 (II
I)のいずれか一成分が欠けた下記表4−1及び表4−
2に示す液晶組成物E及びFについて上記測定を行った
【0031】
【表6】
【0032】
【表7】
【0033】組成物E及びFの結果はいずれもSC *
 相を示さず二成分系のみではSC * 相が発現しな
いことを確認した。従ってSC * 相を得るためにも
本発明の三成分系が必須であることは明らかである。
【0034】
【発明の効果】本発明に従った式 (I), (II)
 及び (III)の化合物を主成分とする液晶組成物
を用いることにより、従来の液晶組成物では、ジグザグ
欠陥等の配向欠陥を伴うために、低コントラスト化、遅
い応答及び不安定なメモリー特性しか得られなかった、
表面安定化による強誘電性液晶表示素子を、高コントラ
スト化(従来の4倍以上)、速い応答及び安定なメモリ
ー特性とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例の液晶組成物(組成A)の液晶
パネルの電気−光学応答特性の測定のためのグラフ図で
ある。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  一般式(I),(II)及び (II
    I):【化1】 【化2】 【化3】 (式中、R1 は炭素数6〜14の直鎖アルキル基、R
    2は炭素数4〜8の少なくとも一つの不斉炭素原子を含
    むアルキル基、R3 は炭素数6〜14の直鎖アルキル
    基、R4 は炭素数4〜14の直鎖アルキル基、R5 
    は炭素数6〜14の直鎖アルキル基、R6 は炭素数4
    〜8の少なくとも一つの不斉炭素を含むアルキル基、X
    はフッ素原子又は水素原子を示し、nは0〜5である)
    で表わされる液晶化合物(I),(II)及び (II
    I)を、それぞれ、少なくとも一種類含んでなる液晶組
    成物。
  2. 【請求項2】  相転移系列が等方相−スメクティック
    A相−カイラルスメクティックC相であって、スメクテ
    ィックA相を示す温度範囲が20℃以上である請求項1
    記載の液晶組成物。
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