JPS58118885A - 液晶物質および液晶表示素子 - 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】 不発明は優れた特性を有する液晶物質、並びに性能の優
れた液晶表示素子に関する。

液晶物質は、その特殊な物性のため表示素子はもとより
、記憶素子、光散乱圧カセンサ、光シャッター、光変調
器、空間賀詞器、光偏向器、光導波路、ＩＣ非破壊検査
累＋９超音波やマイクロ波あるいは赤外線の検知器等、
広い分野で利用される。以下話を簡単番こするため、液
晶表示素子に利用する場合を例に採り説明する。

液晶表示素子は低駆動電圧・低消費電力等の電気的特長
に〃■入で薄型で軽輩であることや、明るい所でも明瞭
な表示が可能であること等、多くの特長を有しており、
各捕時計や−千式単上計算機等の表４（用憬赫として広
く利用されている。液晶表示素子の動作７７式には棟々
のものがあるが、すでに実用化されているツィステッド
・ネマチック（ＴＮ）方式と、現在開発・実用化が進め
られているゲスト・ホスト（ＧＨ）方式がその代表であ
る。ＧＨ方式は更に幾つカ）の方式に細分されるが。

代表的な方式について言えば、用いられる液晶物質は１
’Ｎ方式と同じで誘電率異方性が正のネマチック液晶が
主成分となる。ＧＨ方式とＴＮ方式との大きな違いは、
ＧＨ方式では液晶物質に二色性色′Ｊｇヲ添〃口して用
いることである。（１１−ｉ方式におけるカラーコント
ラストはこの二色性色素の性能に支配されるところが大
であるが、液晶物質の複屈折３口（こも■存し、Δｎが
小さいＭ４いコントラストが侍られる。その他の素子時
性、例んば駆動′Ｉれ圧、応谷運度等は、・ＧＨ方式、
ＴＮ方式共に、用いる液晶物質の誘電率異方性や粘性等
の性能によって決まる。坤ち、誘電率異方性Δεの大き
い液晶物ＪＸを用いれば駆動電圧の低い液晶表示素子が
得られ、また粘度ηの低い液晶物質を用いれば工１）合
速度の込い液晶表示素子が得られる。従って、こｎまで
にΔｅの大きい液晶物質やりの小さい液晶物質、更にＧ
Ｈ方式用としてはΔｎの小さい液晶物質を開発すべく多
大の努力が払われ、Δ６．η。

Δｎ等の個々の性質についてみれば優わ、た性能の液晶
物質が幾つか開発されてきている。しかしながら、これ
らの性質は相反するのが常であり、例えばΔεの大きい
液晶物質はηやΔｎも大きくなり、Δεが大きくかつΔ
ｎが小さい好都合な液晶？！７島は得られていないのが
現状である。またこのことは液晶物質の評価を困難にす
る原因となっている。

即ち、例んばΔεは大きいがΔｎも大きい液晶物質とΔ
ｎは小さいがΔεも小さい液晶物質を比較評価すること
は困難である。このため総合ｔｒ＊　＋こ曖几た液晶物
質をなｈ）ばか侍られないのが現状である。

不発明者は、献品Ｗ實をΔｎとΔ６の両−から統一的に
評価できる性能指数Ｆを定義することによって、ηとＦ
とで液晶ｍ買を比軟評価することが好都合であることを
見出した。以下ｌこ、図を用い−Ｃ性１１ヒ指数Ｆを詳
しく説明する。ここでは、鮎を簡単にＴ６ため、相転移
型として公知である８Ｎ類のＧＨ方式の液晶表示素子（
以下Ｇ）ｌ−ＬＣＤと称する）について説明を行なう。

相転移型に用いられる液晶物質においては液晶分子がら
せん配列構造を形成し、そのらせん構造ピッチＰｏが素
子特性と深い係りを持つ。コントラスト（ＰＣ）Ｌ）と
明度（ＢＲ）は で表わされる。ここでＨ（λ）は光源の強度分布、Ｙ（
λ）は視感就特性、Ｕ（λ）は透過光スペクトルである
。

添字のｏｎ　、　ｏｆｆは電界印加時、非印加時に対応
する値を示し、通常ＧＨ−ＬＣＤの表示の明るさはＢ几
ｏｎで表わさｎる。また、二色性色素を添加した厚さｄ
Ｑ）液晶層の光透過率は電界印加時のホメオトロピック
配向と電界非印加時のプレーナ配向を仮定して、 Ｔｏｆｆ　＝（ｅ−“＋ｄ＋Ｃ−“＋ｄ）／２”　　　
　　　（ａ＋（ ’ｌ’ｏｎ　＝　ｅ−ａ″ｄ（４） で表わされる。ここでα±は固有格円偏光に対する吸光
係数であり、 ”ｅ　＋　”ｏはそれぞれ異常光、室光に対する屈折率
、αＩ、α１はそれぞれ光軸に平行、垂直方向の吸光係
数、Ｓに色素の配向秩序である。反射型の場合の反射率
を近似的に と表わすと、（１）〜（７）弐〇）ら反射型の相転移型
ＧＨ−ＬＣＬ）におけるコントラストと各材料定数との
関係が求められる。第１図は（１）〜（７）式を用いて
Ｐ　ＣＲｄｌ一定となるときのΔｎとＰＯとの関係を求
めた結果の一例〆である。

第１図に示されている如く、一定のＰＣＢ６与えるΔｎ
と１／Ｐｏとは比列内係にある。次に、相転移型０Ｈ−
ＬＣＩ）の駆動磁圧を支配するコレスデリックーネマテ
ィック相転移の飽和−圧■Ｓはａ　）　　　　　　　　
　　（８） で表わされる。この結果、（８）式と、上述したＰＣＲ
一定の時のΔｎとｌ／Ｐｏとの比例関係（第１図）とか
ら、ＰＣＲ一定の下ではｖＳはΔｎ／Δｅ１こ比例する
ことが導かれる。従ってコントラストと駆動電圧の観点
からはΔｎ／Δ６の値が液晶材料の評価指数の一つとな
る。以上の考案に従って、不発明者はで表わされる評価
指数Ｆを導入した。このようなｉｔｆ価７ｖ数に゛を導
入すること曇こよって、例えばΔｎが多少大きい材料で
もΔｇが大さくてＦの値が同じであればＰａを適正化す
ることによって同じＰＣＲか得られることがわかり、液
晶材料の評価が可能となる。

不発明者はこの評価指数Ｆと粘度ηで従来の数多くの液
晶材料を奸価し、更に耕規な構造の液晶物質を探索した
結果、ある種の構造の液晶物質を特性を有する液晶物質
が得られることを見出し、本発明に至ったものである。

本発明の目的は優れた特性を有する液晶物質を提供する
ことにある。また本発明の今一つの目的は総合的に性能
の優れた液晶表示素子を提供することにある。

本発明の液晶物質は一般式Ｋｌ　發ｘ−ｃＮ（ル１はア
ルキル基を表わし、Ｘは（叉基あるいは・・＠＠−基あ
るいは４）基）で表わされる化合−のうちの少なくとも
一種を含有し、さらに一般式１（，２＠＠ｌ−ｙ　（ｌ
（２はアルキル基を表わし、Ｙはアルキル基あるいはア
ルコキシ基）で表わさｎる化合物のうちの少なくとも一
種が含有されている点に特徴がある。また、本発明の液
晶表示素子は、−極を備えた基板間に液晶物質を充填し
た構ｆＬをして８つ、一般式８１分Ｘ−ＣＮ（８１はア
ルキル基を表わし、Ｘは■基あるいは一＠−Ｇ基あるい
は（）基）で表わされる化曾吻のうちの少なくとも一種
を含有し、さらに一般式１ｉ２４■）ｙ　＜凡２はＪ′
ルキル基を表わし、Ｙはアルキル基あるいはアルコキシ
基）で表わさｎる化合物のうちの少なくとも一種を含有
する液晶物質を用いる点に特徴がある。

以下に具体的な実施例を挙げて本発明の詳細な説明する
。

実施例１ 次に示す混合比で構成される液晶物質（以下、液晶物質
ｌと記す）を作成した。

Ｃｓ　ＨＩ　１　％　ＣＮ３６．３モル−〇フ山５■’
）＠）−ＣＮ　　　　　　２３．７モル慢ＣｓＨ＊ｘ（
）覚４シＣＮ　　　　　８．０モル−Ｃ３Ｈｔ−１ｑ心
＠ＯＮ　　　　　　　９．２　モル％Ｃ５小１ヶ’）＠
）−ＣＮ５．９モルチＣ５Ｈｙ−Ｃな＞ＯＣｚ　Ｈ５１
６，９モルチ液晶１勿買ｌの転移温度はＴｍ＝−２０℃
、Ｔｃ＝６８℃で液晶相温度範囲ＭＲ＝８８℃であった
。またΔＣ＝９．５．Δｎ＝０．１２で評価化＃に’＝
３８．１’Ｍす、粘度はη＝２０．ＯｃＰであった。

実施例２ 次に示す混合比で構成される液晶物ｊＸ（以下、液晶物
質２と記す）を作成した。

Ｃｓ　Ｈ１１−＠＠＞ＯＮ　　　　　　４２．０モルチ
ｃ７）ｂｓ−＠＠−ＣＮ２９．０モルチＣｓｌ■１１（
）し憲４奪ＣＮ　　　　　９．０モルチＣＩＨ７◇）−
＠−Ｃ２）ｉｓ　　　　　２０．０モル慢液晶物賀２の
転移ｉ２！度は稀＝−１０℃、Ｔｃ−＝５５℃でＭＲ＝
６５℃でｔｆ＞　り７Ｌ。またΔｇ＝＝ｇ、５．Δｎ＝
０．１’ｌで評価指数１”−３７，７であり、粘度はり
＝　１７．ｌｃＰであった〇 実施例３ 次ｌこ示す混合比で構成される液晶物質（以下、液晶り
質３と８Ｃす）を作成した０ Ｃｓ１４ｓｘ４Ｘ）ＣＮ　　　　　　４２．０モルチＣ
７Ｈ１ｓ−４θＸラーＣＮ　　　　　　２９．０モル優
ｃｓｉｉｌ１ｍシ％ｃＮ９．０モルチ Ｃｓ１−１ｙる）◇、）−ｏｃｚ　ｌ（ａ　　　　　２
０．０モルチ液Ｊ％物質３０）転移ｔｂＡＩＫハ’１’
ｍ＝−２０℃、Ｔｃ＝６６℃でＭ几＝８６℃であっり。

またΔｇ＝ｇ、Ｑ、Δｎ＝０．１１で評価指数Ｆ＝３８
．９であり、粘度はη＝１６．ＯｃＰであった。

従来例１ 比較の為に次に示す混合比で構成される液晶物質（以下
、液晶物／１４と記す）ｒ＆−作成した。

Ｃ５０６１＜Ｅ四φＣＮ　　　　　　４２．３モルチＣ
ｔｋｈｓ−Ｑ輛公側　　　　　２９．４モル−Ｃｓｋｉ
ｓｌ（ｆｐ←真（シＣＮ　　　　　９．４モル−Ｃ５Ｈ
ｙ（Ｘ瞭ＣＮ　　　　　　１１．５モルチＣ５Ｈｌ　１
（ＥＸＥ）−ｃＮ　　　　　　　７．５　モル％液晶物
質４の転移１２１度は一＝−２８℃、’ｒｃ＝７６℃で
八〇も＝１０４℃でめＯｙ、＝　。またΔｇ＝１０．５
．Δｎ＝０．１３で評価指数に’＝４０．１テア’）、
ｂ度に’ｉ　η＝　３０．ＯｃＰであった。

従来例２ 比較の為に次に示す混合比で構成される液晶物質（以下
、液晶物質５と記す）を作成した。

ＣａＨｙ４凶３）−（：Ｎ　　　　　　４３．７モルチ
ＣｔＨ＋ｘ４〆φτＮ　　　　　　３０．７モル饅肖山
ｓ−ｑ閃ＪＣＮ　　　　　　１８．８モルチ液晶物質５
の転杉温匿はＴｍ　＝−２０℃、１０２６０℃でＭＲ＝
　８０℃であった。またΔＭ＝１２．５．Δｎ＝０．１
４で評価指数Ｂ’−３９，ｓであり、枯健は’７＝２２
．０ｃｌＰであった。

従来列３ 比較の為に次に示す混合比で構成される液晶物質（以下
、液晶物質６と記す）を作成した。

Ｃ５Ｈｘｘ（）凶羽ＣＮ　　　　　　　３５．１モルチ
Ｃｙｌ−ｂｓ順ＸへＣＮ　　　　　　　２２．５モルチ
Ｃ５Ｈｔｘ（）仝σ℃）ＣＮ　　　　　７．７モル−Ｃ
３ｋｌＶ類Ｘ）ＣＮ　　　　　　　８．６モル慢Ｏｓ　
Ｈ１ｔ類’）＠）−ｃｐｙ　　　　　　　５．６七ル囁
Ｃｓ山ｔ　ｅｃＵＯＧＯＬ’５ｉ（ｔｘ　　２０．５モ
ルチ故晶物質６の転移献度は’１’１ｌＮ＝−２９℃、
’Ｉ’ｃ＝６ｇ℃でＭ４９８℃でｉｊｏ　ッｆ。またΔ
ｇ＝７．２．Δｎ＝０．１１で評価指数Ｆ＝４１．（Ｊ
であり、粘度は？＝２３．５ｃＰであった０ 不発明の効果を明瞭にするために、以上の実施例を第１
表にまとめた。

第１表 第１表から明らかな９口く１本発明による液晶物質１，
２．３は従来例の液晶物質４，５．６と較べて、ＭＩ＆
は実用的レベルを維持しながら、ηおよびＦの点で浚れ
た特性を有している。即ち、一般式損−＠−Ｘ　０Ｎ（
Ｘは（）基あるいは（公（）基あるいは分基）で表わさ
ｎる化合物と一般式３＊ｅ８νＹ（Ｙはアルコキシ基）
で表わされる化合物とから成る本発明の液晶物［１は、
一般式ムｃ、＋　（）ｘ−ＣＮ（ｘは（シ羨あるいは（
玲（〉基あるいは４合基）で表わされる化合物だけから
成る従来列の液晶物質４あるいは一般式凡１　分Ｘ−Ｃ
Ｎ（Ｘ＃ｉ−＠−基あるいは一＠＠−基あるいは苔愚）
で゛表わされる化合物と一般式ｕｚ　％ｙで表わされる
化合物以外の化合物と力）ら成る従来例の液晶物質６と
較べるとηが２３．５〜３０．ＯｃＰη）ら２０．Ｏｃ
Ｐに小さくなり、Ｆも４０．１〜４１．０から３８．９
に小さくなっている。また、一般式Ｒｘ−６）ＩＸＣＮ
（Ｘは文カ基あるいは＆ν基）で表わされる化合物と一
般式Ｒ２（■ＧＹ（Ｙはアル４＋ル基あるいはアルコキ
シ基）で表わされる化合物と力）ら成る本発明の液晶智
ｙ誓２および３は、一般式ルｊ−＠−Ｘ−ＣＮ（Ｘは（
）基あるいは（）（防基）で表わされる化付物だけから
成る従来−の液晶Ｗ質５と較べるとダが２２．０　ＣＰ
から１６．０〜ｌ　７．１　ｃＰに小さくなり、Ｆも３
９．６乃）ら３７．７〜３８．９に小さくなっている。

２ｆ１：発明者はここで述べた実施列以外にも数多くの
液晶物質について実験を行なって本発明の幼果を確認し
た。

以上においては液晶物質の一気元学効果、侍に０１１−
ＬＣＤに用いる楊会にＭ買な性質ｌこ限定しで本発明の
詳細な説明したが、本発明による液晶物質は上述の如く
広いＭ几を有し、かつ枯凝が低いので電気光学効果以外
の現象を利用した装置！ｔ１例えば熱光学効果を利用し
た熱督込方式の表示装置に用いても広い動作温度範囲、
短い応答時間等の特長そ生せしめる潰れた特長を有して
いる。その他、表示菓子に眠らず、例えばＩＣ非破壊テ
ストや超音波検知、マイクロ波検知等のセンシング素子
等、種々の素子に用いる液晶物質として本発明の液晶物
質が優れた特長を有していることは言う才でもζＣい。

次に１団を参照して本発明の液晶表示素子を詳細に説明
する。ｗＪ２図は本発明の液晶表示素子の一実施例の構
成を示す図である。第２図において、１ｊはガラス基板
であり、１２はガラス基板１１の内面に設けられた酸化
インジウムの透明電極である。このような構成の二枚の
基板の内面には液晶分子が基板面ｌこ平行に配向するよ
うｔこラビング処理が施されている。また、この二枚の
基板はスペーサ１３を介して接着剤１４ではりあわせら
れている。１５はこの二枚の基板の間隙に抹狩さｒした
液晶物質である。以下に具体的な液晶表示菓子の実施例
を挙げて不発明の詳細な説明する。

実施例４ 第２図の液晶表示素子に用いる液晶物質として、前述の
液晶物質２にカイラルネマティック液晶ＣＭ２Ｏ（チｙ
　７１１１．に会ａ）　　２．１５ｗｔ％と二色性色素
Ｇ２０２（日本感光ｔａ累研究所株）　　２．Ｑｗｔチ
を添刀口した液晶物質を用いてＧＨ方式の液晶表示菓子
を作成した。液晶層厚は９，９μｍである。この液晶表
示菓子を１／２デユーアイ、１／２バイアスでＵ＃分−
駆動を行ない、その特性を街！」定したところ、駆動−
圧５．ＯＶ、４圧マージン１８，４％で応答速度は立上
り時間が５５ｍ５．立下り時間がｌｌＱｍｓであり、コ
ントラスト３：ｌであった。

実施例５ 第２図の液晶表示素子に用いる液晶物質として、液晶物
質２のη）わりに液晶物質３を用いた以外は実施例４と
同じ構成のＧ）１方式の液晶表示菓子を作成した。その
特性を測定したところ、駆動域圧５．０■、（圧マーシ
フ１８．６％応答速度は立上り時間が９０ｍ５、立下り
時間が１１０ｍ５でコントラスト３：ｌであった。

従来例４ 比較の為に、第２図の液晶表示素子に用いる液晶（ガ質
として、液晶物質２のかわりに液晶物質４（従来組成の
液晶物質）を用いた以外は実施例４と同じ構成のＧ）（
方式の液晶表示素子を作成した。

その特性を測定したところ、駆動電圧６．５Ｖ、電圧マ
ージン１６．９チ、応答速度は立上り時間１６３ｍ５゜
立下り時間が１９５ｍ５でコントラスト３：１であった
。

以上の実施例力）ら明らかな如く、本発明による液晶表
示素子は駆動域圧が低く、電圧マージンが広く、かつ応
答速度が速いという優れた性能を有している。また、前
述の液晶物質１をはじめとして数多くの液晶物質を用い
て本発明の液晶表示素子について測定を行なったところ
、いずれも実施列４，５と同様の優れた性能が確−され
た０以上述べた如く、本発明によれば特性の優れた液晶
物質が得られる。才た、本発明によれば、駆動゛イ圧、
電圧マージン、応答速度、コントラスト等、総合的に性
能の優れた液晶表示素子が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は液晶物質の評価指数を辱出するための図で、コ
ントラストが一定のときのビ、チＰｏと複屈折Δｎとの
関係を示す。第２図は本発明の液晶表示素子の一実施例
を示す断面図であり％第２図において、１１はガラス基
板、１２は透明電極、１３はスペｉサー、１４は接着剤
、１５は液晶物質である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　一般式Ｒｚ吾Ｘ−ＣＮ　（几１はアルキル基
   を表わし、Ｘは（シ基あるいは一＠＠−基あるいはぐト
   基）で表わされる化合物のうちの少なくとも一種を含有
   し、さらに一般式Ｒ２（心（瀘ｙ　（Ｒｚはアルキル基
   を表わし、Ｙはアルキル基あるいはアルコキシ基）で表
   わされる化合物のうちの少なくとも一珈が含有されてい
   ることを特徴とする液晶物質。
2. （２）　　ｉｔ極を備えた一対の基板間に液晶物質を充
   填した構造をゼする液晶表示素子において、前記液晶物
   質として一般式Ｒ１８Ｘ−ＣＮ　（ｋＬｔはアルキル基
   を表わし、Ｘは（）基あるいは＠−ｅ基あるいは發基）
   で表わされる化合物のうちの少なくとも一種を官有し、
   さら醗こ一般式凡ｚ　（Ｎ）ｙ（ル２はアルキル基を表
   わし、Ｙはアルキル基あるいはアルコキシ基）で表わさ
   れる化合物のうち少なくとも一種を含有する液晶物質を
   用いることを特徴とする液晶表示素子。