JPS60386B2 - 正の誘電異方性を示すネマチツク液晶組成物 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は正の誘電異方性を持つネマチック液晶組成物
に関するものである。

ネマチック液晶相を示す液晶はこれに電場を印加するこ
とによって光の透過率（あるいは反射率）が変化する現
象を示すことが知られている。

特に正の誘電異方性を示す液晶を用いたものは、ツイス
トネマチック効果、即ち透明電極をもつサンドイッチセ
ルで液晶分子の長軸が電極面に平行で一定方向に向いて
おり、それぞれの電極付近の液晶分子の長藤は互に９び
だけ嬢れるように構成し、電極に電圧を印加しない場合
には直線偏向のその偏向面は９００回転され、これに電
界を印加すると分子が電極面に垂直に配向し、上記電極
面に垂直に入射した直線偏向はそのままでてくる効果を
有して居り、この効果を利用したディスプレーが各種提
案されている。このようなディスプレー方式は低電圧で
の作動が可能であり、消費電力が極めて少なく、且つコ
ントラストがよいという特長を有している。しかし、こ
のような方式に用いる上記正の誘電異方性を示す液晶材
料としては、側鎖にニトリル基を有する液晶を含む混合
液晶があるがこの液晶は液晶を示す温度範囲が一般に室
温よりかなり高く、したがって室温または室温以下に液
晶範囲を広げるためには数種の液晶を混合して用いる必
要があった。

具体的に液晶温度範囲の広い混合液晶の例としては、と との１：２混合物があり−３０〜６２０のネマチック液
晶範囲を示す。

しかしこの混合液晶は加水分解を受け易く非常に不安定
でありその取扱いが困難であるなど実用性に乏しい欠点
があった。

他に （式中Ｒは ァルキル基又はアルコキシ基）の数種の混合液晶がある
。

この液晶は化学的には安定であるが、電極面及びガラス
面に対して一様なホモジニアスな配向を取りにくいとい
う欠点があった。更に最も大きな問題点はこれら公知の
液晶は、その電気光学特性の応答速度が遅いことであっ
た。

応答速度と液晶の粘度の関係は一般に知られており、応
答速度を改善するには低粘度の液晶組成物を用いるのが
最も効果的でありそのような液晶の出現が強く望まれて
いた。ここに発明者等はネマチック液晶組成物に関して
試験研究を重ね、その低温領域ををカバーすることがで
き、化学安定性を向上させると共に特に前記応答速度が
著しく改善された液晶組成物を見出したものであり、即
ちこの発明は一般式凶、式中×はｎ−プロピル基，ｎー
プチル基，ｎーベンチル基，ｎーヘキシル基）で表わさ
れるアゾキシベンゼン誘導体のうちＸがｎープロビル基
であるｐーェチルｐ′一ｎ−プロピルアゾキシベンゼン
（ＥＰＡＢ）単独か、又はこのＥＰＡＢとその他の前記
アゾキシベンゼン誘導体とを混合したものと、一般式【
Ｂ｝、（式中．Ｙはｎ−べンチルオキシ基，ｎ−へキシ
ルオキシ基，ｎ−へプチルオキシ基）で表わされるビフ
ェニル議導体の少なくとも一種類と、及び一般式｛Ｃ｝
、まｎ−ブチル基，ｎ−ペンチル基，ｎーヘキシル基，
ｎ−へプチル基，ｎーオクチル基）で表わされる安息香
酸フェニルェステル譲導体の少なくとも一種類との、そ
れぞれ重量比５０〜８０％、５〜３５％、５〜４５％か
らなるネマチツク液晶組成物である。

この発明において上記的式で表わされるァゾキシベンゼ
ン誘導体としては、具体的にはｐ−エチル一ｐ−ｎ−プ
ロピルアゾキシベンゼン、ｐーエチルーｐ′一ｎーブチ
ルアゾキシベンゼン，ｐ−エチルＰｎ−ベンチルアゾキ
シベンゼン，ｐ−エチル−ｐ−ｎ−へキシルアゾキシベ
ンゼンなどがある。

このァゾキシベンゼン誘導体において置換基がメチル基
、エチル基ではネマチツク相を示さない。又液晶の粘度
は該置換基が長くなるとともに増加することは図面でも
明らかであるがｎ−へプチル基より長くなると本液晶の
特色である低粘度性が失なわれる。そのためｎープロピ
ル基、ｎーブチル基、ｎーベンチル基、ｎーヘキシル基
である必要がある。尚アゾキシベンゼン誘導体は及びの
異性体が存在す るがその混合物を使用した。

又上記｛Ｂー式で表わされるピフェニル誘導体としては
ｐ−ｎ−ベンチルオキシーｐ′ーシアノビフエニル，Ｐ
−ｎ−へキシルオキシーｐ′−シアノビフヱニル，ｐ−
ｎーヘプチルオキシ−ｐ′−シアノビフェニルなどがあ
る。

上記ビフェニル誘導体は液晶のＮＩ点（温度上昇時にネ
マチック液晶から液体に転位する転移温度）を高くする
役目をもち、このＮＩ点が高くスメクチック相を有しな
いビフェニル誘導体であることが必要である。即ち上記
の如く置換基がｎ−ベンチルオキシ基、ｎ−へキシルオ
キシ基、及びｎ−へプチルオキシ基である必要がある。

又更に上記にーで表わされる安息香酸フェニルヱステル
誘導体としてはｐ′ーシアノフェニルーｐ−ｎ−ブチル
ベンゾエート，ｐ′ーシアノフエニルーｐ−ｎ−ベンチ
ルベンゾェートなどが用いられる。

安息香酸フェニルェステル誘導体はネマチック相を示し
「アゾキシベンゼン譲導体及びビフエニル誘導体とよく
混合し、この混合により固体−ネマチック液晶転位温度
を低温に下げる効果を有するものが望ましく、置換基と
してｎ−ブチル基、ｎ−ペンチル基、ｎーヘキシル基、
ｎ−へブチル基、ｎーオクチル基が効果的である。この
発明においてこれらのアゾキシベンゼン謎導体、ピフェ
ニル誘導体及び安息香酸フェニルェステル誘導体はそれ
ぞれ重量比で５０〜８０％、５〜３５％及び５〜４５％
の範囲で含有させることが必要であり、その理由はこの
重量の範囲外では後述するこの発明の効果が得難くなる
からである。

更にこの発明においてこれらの誘導体はそれぞれ上記の
範囲において二種以上を選択して用いることができる。
一般に前述した応答速度を速くするには上述の如く液晶
銭低粘度にする必要があり、又低電圧で作動するために
は大きな正の誘電異万性を示すネマチック液晶を混合す
る必要があり、しかもその混合液晶は温度範囲の広いネ
マチック領域を持つことが必要である。本発明において
はアゾキシベンゼン誘導体が低粘度であることからこれ
を主成分として用いているのであり、そして具体的には
５０％以上含むものである。

そしてＥＰＡＢは前記アゾキシベンゼン誘導体の中でも
特に低粘度であるので、電気光学特性の高速応答性がこ
れによって適切に得られるのである。

上記ＥＰＡＢ以外の他の前記アゾキシベンゼン誘導体も
一般的な液晶に比べれば低粘度であり、又〜ＥＰＡＢと
はネマチック液晶温度範囲が異なるので、ＥＰＡＢと混
合させることによりネマチツク液晶温度範囲を広げるこ
とになる。

又本発明に用いたアゾキシベンゼン譲導体は正の譲亀異
方性が比較的小さいものであるため、成分比が大きすぎ
ると「駆動電圧が高くなり、実用的な観点から考えると
成分比８０％程度が限界である。

（尚、上記アゾキシベンゼン誘導体については本願発明
者等による１９７リモ秋季の第３５回応用物理学会、学
術講演会講演予稿集斑ＡＩ、低温Ｐ型液晶の電気光学特
性（１）を参照）。次にアルコキシ基を側鎖に有するシ
アノビフェニル議導体は正の誘電異方性が大きく、又、
ＮＩ点が高いため、前述のアゾキシベンゼン誘導体と混
合させた場合「正の誘電異方性を大きくでき、各成分の
重量に応じてネマチツク液晶相を示す温度範囲の上限を
「アゾキシベンゼン誘導体における上限より高めること
になる。

そして又、ァゾキシベンゼン誘導体にビフヱニル誘導体
を加えた混合液晶の場合、各成分単独の場合よりネマチ
ック液晶温度範囲の下限を下げることにもなるのである
。この発明において安息香酸フェニルェステル誘導体の
混合は、前記ＥＰＡＢ（又はＥＰＡＢとその他のアゾキ
シベンゼン譲導体とを混合したもの）と、ビフェニル誘
導体との混合液晶におけるＣＮ点（温度上昇時に固体か
らネマチック液晶へ転位する転位温度）より更にＣＮ点
を低くすることができるものである。

具体的にこれらのビフェニル誘導体及び安息香酸フェニ
ルェステル誘導体をそれぞれ５％以上含有させることに
よりＣＮ点を０℃以下に下げることになる。結局以上詳
述した各誘導体を上記割合で三成分混合することにより
、上記の如く低粘度を保ちしかも正の誘電異万性が大き
く、ネマチック液晶温度範囲の広い高安定性の混合液晶
を得ることができ、上記の諸問題を略一掃し得ることに
なるのである。図には特にこれらアゾキシ化合物の粘度
を代表的なネマチック液晶であるｐ−メトキシベンジリ
デン一Ｐ−ｎ−フチルアニリンと比較して示した。以下
実施例によりこの発明をより詳細に説明する。

実施例 １ アゾキシベンゼン誘導体、 （ネマチック液晶温度範囲：１６〜３４午Ｃ）７０重量
％、ビフェニル譲導体、（ネマチック液晶温度範囲５３
〜７５℃）２の重量％及び安息香酸フェニルェステル議
導体（モノトロピック液晶ｍ．ｐ．６７０、ＩＮ点（温
度降下時に液体からネマチック液晶に転位する転位温度
）４１℃）１の重量％の混合液晶は−１１〜５３ｑｏで
ネマチック液晶相を示した（温度上昇１分間２℃）。

次に上記ネマチック液晶組成物の特性に関して検討を行
った。

測定方法は電極面を一定方向にラビングし、二つの電極
のラビング方向が垂直になるようにしてそのセルに液晶
組成物を満たし、クロスニコル間で測定を行なった。

尚測定室温度は２３ｑｏ、印加電圧は３．０Ｖであった
。その結果しきい値電圧は１．２Ｖであり飽和電圧（電
圧を印加すると光の透過率は低下するがそれ以上印加し
ても該透過率が変化しない最小の電圧）は２．０Ｖと低
い値を示した。又電圧の変化に対する過渡応答の特性は
次表４の通りであり従釆品に対し数倍早くなっていた。
． 表４ 尚上記電極間の厚みは１６．８ｒｍであり、立ち上がり
時間（ｙｒ）は電圧印加時より電圧を印加しない時の光
透過率Ｔｏの３０％になるまでの時間を示し、又立下り
時間（丁ｄ）は印加電圧を切断してからＴｏの７０％ま
で回復する時間を示す。

実施例 ２表 １ 表１の組成の混合液晶は−４〜４６℃でネマチツク液晶
相を示し（温度上昇１分間２℃）そして前記測定法によ
るでｒ（ｍ．ｓｅｃ）及びてｄ（ｍ．ｓｅｃ）は夫々１
１０，１８０であった。

尚、印加電圧は３．０Ｖとした。実施例 ３表 ２ 表２の組成の混合液晶は−２０〜４２℃でネマチツク液
晶相を示し（温度上昇１分間２℃）そして前記測定法に
よるでｒ（ｍ．ｓｅｃ）及びでｄ（ｍ．ｓｅｃ）は夫々
１００，１８０であった。

尚、印加電圧は３．０Ｖとした。上記実施例１〜３で示
される如く本発明の混合液晶は早い応答速度を有するこ
とが明らかである。これは上記ＥＰＡＢ等のアゾキジベ
ンゼン譲導体の低粘度によるものと考えられる。実施例
４〜６、比較例 下表３に示す組成にて実施例１に準じて混合液晶を得た
。

尚、応答速度の測定は実施例１〜３と同様とし又印加電
圧は同様に３Ｖとした。増 上表３においては「シアノ化合物としてビフェニル誘導
体はを用い「安息香酸フェニルェステル譲導体はを用い
その重量％比を２：１に固定し、ＥＰＡＢ及びｐ−エチ
ルｐ′−ｎ−へ千シルアゾキシベンゼン（ＥＰＡＢと略
す）の含量を変化させ応答速度を調べたものである。

上表の結果によれば上記７ｒ（ｍ・ｓｅｃ），ヶｄ（ｍ
・ｓｅｃ）が２０仇ｈｓｅｃ以内が応答速度が早いと考
えられるがこれを満足するＥＰＡＢとＥＨＡＢは５０〜
８の重量％であり、又ＥＧＡＢ単独でもよいが比較例３
のようにＥＨＡＢ単独では十分な応答速度が得られなか
った。

この発明において上述したアゾキシベンゼン誘導体、ビ
フヱニル誘導体及び安息香酸フェニルェステル誘導体は
それぞれ重量比で５０〜８０％、５〜３５％及び５〜４
５％の範囲で含有させることが必要である。

この発明のネマチック液晶組成物は上記実施例でも明ら
かなようにそのしきし、値電圧が低く、かつ応答速度が
大きく「又上記低溢領域を十分にカバーするものであり
、更に液晶組成物の化学的安定性‘こ優れているなど前
述の従来の欠点を著しく改善するものである。

したがって特にこの液晶組成物を用いたディスプレーは
低電圧での作動が可能であり、又電極間の厚みを１０舷
ｍ以下にすれば応答時間（即ち立上がり時間十立下がり
時間）を１０血・ｓｅｃ以下の極めて応答速度の大きい
電気光学装置の製作が可能である。

又従来ディスプレーのうちで大きい画面のものは電極間
隙が不均一になり、間隙の大きいところでは応答がおそ
いため、その実現が困難であったがこの発明の液晶組成
物を用いれば上記のように応答速度が大きいため大きい
画面のディスプレーも可能となる。そして上記アゾキシ
ベンゼン誘導体、ビフェニル誘導体、及び安息香酸フェ
ニルェステル誘導体がいづれも化学的に安定べあるため
実用的なネマチック液晶温度範囲を有する化学的に著し
く安定な液晶組成物が提供し得るものである。

【図面の簡単な説明】

図面はアゾキシベンゼン誘導体及びＰ−メトキシベンジ
リデンｐ′−ｎ−ブチルアニリンの粘度曲線で図中１，
２，３は夫々ｐ−エチル−ｐ′−ｎ−プロピルアゾキシ
ベンゼン，ｐーエチルーｐ′−ｎーヘキシルアゾキシベ
ンゼンおよびｐ−メトキシベンジリデン−ｐ′−ブチル
アニリンの粘度の変化を絶対温度の逆数に対して示した
曲線である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 一般式（Ａ）、 ▲数式、化学式、表等があります▼ （式中Ｘはｎ−プロピル基、ｎ−ブチル基、ｎ−ペンチ
   ル基、ｎ−ヘキシル基）で表わされるアゾキシベンゼン
   誘導体のうちＸがｎ−プロピル基であるｐ−エチルｐ′
   −ｎ−プロピルアゾキシベンゼン（ＥＰＡＢ）単独か、
   又はこのＥＰＡＢとその他の前記アゾキシベンゼン誘導
   体とを混合したものと、一般式（Ｂ）、▲数式、化学式
   、表等があります▼ （式中Ｙはｎ−ペ ンチルオキシ基、ｎ−ヘキシルオキシ基、ｎ−ヘプチル
   オキシ基）で表わされるビフエニル誘導体の少なくとも
   一種類と、及び一般式（Ｃ）、▲数式、化学式、表等が
   あります▼（式中Ｚはｎ −ブチル基、ｎ−ペンチル基、ｎ−ヘキシル基、ｎ−ヘ
   プチル基、ｎ−オクチル基）で表わされる安息香酸フエ
   ニルエステル誘導体の少なくとも一種類との、それぞれ
   重量比５０〜８０％、５〜３５％、５〜４５％からなる
   正の誘電異方性を示すネマチツク液晶組成物。