JPS6111990B2 - - Google Patents

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JPS6111990B2
JPS6111990B2 JP6534377A JP6534377A JPS6111990B2 JP S6111990 B2 JPS6111990 B2 JP S6111990B2 JP 6534377 A JP6534377 A JP 6534377A JP 6534377 A JP6534377 A JP 6534377A JP S6111990 B2 JPS6111990 B2 JP S6111990B2
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JP
Japan
Prior art keywords
liquid crystal
shows
electric field
transmittance
alkylcyclohexyl
Prior art date
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Expired
Application number
JP6534377A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS53149185A (en
Inventor
Shigehira Minezaki
Fumiaki Funada
Masataka Matsura
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sharp Corp
Original Assignee
Sharp Corp
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Publication date
Application filed by Sharp Corp filed Critical Sharp Corp
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Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

本発明はコレステリツク液晶相を示す液晶の電
界効果を利用した表示装置に適用した場合に有効
となる液晶組成物に関するものである。 コレステリツク液晶相(以下Chという。)の電
界効果にはグラジユアン(Grandjean)組織(以
下Gjと言う。)からフオーカル−コニツク(focal
−conic)組織(以下fcと言う。)への組織変化モ
ードと、Chからネマチツク液晶相(以下Nと言
う。)への相転移モード(phase transition
mode)(以下PTMと言う。)がある。後者にはCh
のピツチ変化による光学効果も含まれている。本
発明は特に後者のPTMの材料に関するものであ
る。 このPTMの電気光学特性は、低電界領域では
Chのfcによる光散乱現象を示すが、ある臨界電
界(Ec)以上ではホメオトロピツク配向のNと
なり透明状態となる。この光学的二状態を用いて
表示を行うのである。このPTMの電気光学特性
はEc、Ecにおける透過率Ts(%)及び応答特性
でその主な特長を表わすことができる。上記の応
答特性としては、ChからNへの応答を表わすτC
N、NからChへの応答を表わすτNC、E<Ecであ
る保持電界(Eo)を印加した場合のNからChへ
の応答を表わすτM Nがある。 ここで、τCNは電界(E)がEo(〓Ec)から
2Eo(>Ec)へ変つた時点より光学効果がその飽
和値の90%に到達するまでの時間であり、第1図
aに電界(E)の変化、第1図bに透過率Ts
(%)の変化を示し、τCNを図解する。 τM Nは電界(E)が2EoからEoへ変つた時点よ
り光学効果が先の飽和値の90%まで10%だけ減少
する時間であり、第2図aに電界(E)、第2図
bに透過率Ts(%)の変化を示し、τM Nを図解す
る。τNCは電界(E)が2Eo又はEoから0へ変つ
た時点より光学効果が飽和値からその他の値の10
%値まで減少するに要する時間であり第3図aに
電界(E)、第3図bに透過率Ts(%)の変化を
示し、τNCを図解する。また第4図にPTMの電
界(E)に対する透過率Ts(%)の変化の特性
を示す。 このP.T.Mをマトリツクス表示に応用する際に
は、特性としては、駆動電圧(Vo=d・Eo)が
低くすることが出来、特にその値がC/MOS型
ドライイバーの耐圧以下であることが望ましい。
ここでdは液晶層厚であり、この値は、素子製作
面より最少限度があり、約5μm程度である。従
がつてVoを下げる為にはEoの上限値となるEcを
下げなければならない。 このEcは、液晶材料により決定され、その物
性定数依存性は次式で表わされる。 Ec=π2(K22÷εaε0)1/2÷P
……(1) (1)においてPはChのらせんピツチであり、K22
はねじり弾性率、εaは誘電異方性であり、ε0
は真空定数である。 ところで1:2バイアス電圧で駆動し、一旦N
状態にして、Chのfcで書き込む表示方式をとれ
ばマトリツクス駆動が出来るライン数Mの上限値
は近似値的に応答特性の値を用いて次のように書
くことが出来る。 M〓(τM N−τCN)÷τNC ……(2) すなわち第(2)式よりMを増加させる為には、τ
M Nを増加させ、一方τCN、τNCを減少させること
が望ましい。この内τM Nは主として液晶層を保持
している基板の表面処理状態に依存すると共に、
Ch液晶組成物も少なからず関係する。 逆にτNC、τCNは表面状態よりもむしろCh液
晶材料に依存しCh液晶の粘度をηとすると次の
ようになる。 τCN=C1ηP2÷K22 ……(3) τNC=C2ηP2÷K22 ……(4) となる。ここでC1、C2は物質によらない定数で
ある。 さて(2)式に(1)及び(3)、(4)を代入すると M∝τM N・εaEc2/η ……(5) となる。 すなわちMを増加させる為にはτM Nが大きくな
る様な表面処理(例えば垂直配向処理)を行な
い、εa及びEcの大きな値を有しηの小さな値
を有した液晶材料を選定すればよい。 ここでMは、Ecを含んでおり、Voの低下とM
の増大とは、相反する面を有している。従つて、
Voを高くしないで、かつMを増加させる方法は
εaが大きくηが小さい材料を選ぶ必要がある。 本発明は、この点に関してなされたものであ
り、従来得られなかつたτNC、τCNの小さな値を
有する液晶材料を提供することを目的とするもの
である。表−1は、各種液晶材料の混合糸におけ
る諸特性である。
The present invention relates to a liquid crystal composition that is effective when applied to a display device that utilizes the field effect of a liquid crystal exhibiting a cholesteric liquid crystal phase. The electric field effect of the cholesteric liquid crystal phase (hereinafter referred to as Ch) has a structure ranging from a grandjean structure (hereinafter referred to as Gj) to a focal-conic structure (hereinafter referred to as Gj).
-conic) structure (hereinafter referred to as fc), and phase transition mode from Ch to nematic liquid crystal phase (hereinafter referred to as N).
mode) (hereinafter referred to as PTM). The latter has Ch
It also includes optical effects due to pitch changes. The present invention particularly relates to the latter PTM material. The electro-optical properties of this PTM are
It exhibits a light scattering phenomenon due to the fc of Ch, but above a certain critical electric field (Ec) it becomes homeotropically oriented N and becomes transparent. Display is performed using these two optical states. The main features of the electro-optical properties of this PTM can be expressed by Ec, transmittance Ts (%) at Ec, and response characteristics. The above response characteristic is τ C representing the response from Ch to N.
N , τ NC representing the response from N to Ch, and τ M N representing the response from N to Ch when a holding electric field (Eo) with E<Ec is applied. Here, τ CN is the electric field (E) from Eo (〓Ec)
This is the time from when the optical effect changes to 2Eo (>Ec) until the optical effect reaches 90% of its saturation value. Figure 1a shows the change in the electric field (E), and Figure 1b shows the transmittance Ts.
(%) to illustrate τ CN . τ M N is the time when the optical effect decreases by 10% from the time when the electric field (E) changes from 2Eo to Eo, to 90% of the previous saturation value. Figure b shows the change in transmittance Ts (%) and illustrates τ MN . τ NC is the change in optical effect from the saturation value to other values from the time the electric field (E) changes from 2Eo or Eo to 0.
Figure 3a shows changes in electric field (E) and Figure 3b shows changes in transmittance Ts (%) to illustrate τ NC . Furthermore, FIG. 4 shows the characteristics of the change in transmittance Ts (%) with respect to the electric field (E) of PTM. When this PTM is applied to a matrix display, it is desirable that the drive voltage (Vo=d·Eo) can be made low, and in particular, the value should be lower than the withstand voltage of the C/MOS type driver.
Here, d is the liquid crystal layer thickness, and this value has a minimum limit due to the element manufacturing aspect, and is about 5 μm. Therefore, in order to lower Vo, Ec, which is the upper limit of Eo, must be lowered. This Ec is determined by the liquid crystal material, and its dependence on physical property constants is expressed by the following equation. Ec=π 2 (K 22 ÷εaε 0 ) 1/2 ÷P
...(1) In (1), P is the helical pitch of Ch, and K 22
is the torsional modulus, εa is the dielectric anisotropy, and ε 0
is the vacuum constant. By the way, when driving with a 1:2 bias voltage, once N
If a display method is adopted in which writing is performed using fc of Ch, the upper limit of the number of lines M that can be driven in a matrix can be approximately written as follows using the value of the response characteristic. M〓(τ MN − τ CN ) ÷ τ NC ……(2) In other words, from equation (2), in order to increase M, τ
It is desirable to increase M N while decreasing τ CN and τ NC . Of these, τ M N mainly depends on the surface treatment state of the substrate holding the liquid crystal layer, and
The Ch liquid crystal composition is also closely related. Conversely, τ NC and τ CN depend on the Ch liquid crystal material rather than the surface state, and are as follows, where η is the viscosity of the Ch liquid crystal. τ CN =C 1 ηP 2 ÷K 22 ...(3) τ NC =C 2 ηP 2 ÷K 22 ...(4). Here, C 1 and C 2 are constants that do not depend on the substance. Now, by substituting (1), (3), and (4) into equation (2), we get M∝τ M N ·εaEc 2 /η ……(5). In other words, in order to increase M, surface treatment (for example, vertical alignment treatment) that increases τ M N can be performed, and a liquid crystal material that has large values of εa and Ec and a small value of η can be selected. . Here, M includes Ec, and the decrease in Vo and M
This has a contradictory aspect to the increase in . Therefore,
In order to increase M without increasing Vo, it is necessary to select a material with a large εa and a small η. The present invention has been made in this regard, and it is an object of the present invention to provide a liquid crystal material having small values of τ NC and τ CN that have not been previously available. Table 1 shows various properties of mixed yarns of various liquid crystal materials.

【表】 測定条件 交流、1KHz、25℃、セル厚6μm τCN、τNC、τM N、Ts値はEo=Ecの場合であ
る。 サンプルA〜Dは次の構成をもつ。 この表からサンプルDは本発明の組成の一例で
あり他の液晶材料には、見られない良好な特性を
有していることがわかる。すなわちτNC、τCNが
他のものと比べ同等か極めて小さな値を示すと共
に、τM Nも非常に大きな値を有し、Tsもわずかで
あるが、良好な値を示し、マトリツクス駆動に適
した特性である。これは、従来の2個以上のベン
ゼン環を有しているP型シツフ系液晶、エステル
系液晶、ビフエニール系液晶等は高粘度であると
いう欠点を有しているが、本発明の液晶組成物
は、P−n−アルキルシクロヘキシル−P′−シア
ノベンゼン系からなるもの又は、これらを上記の
液晶に添加することにより低粘度化したものであ
る。p−n−アルキルシクロヘキシル−p′−シア
ノベンゼン系液晶はVon Rudolf Eidenshink、
Angew Chem.89、103(1977)等に記載されて
いる如く、すでに良く知られた液晶材料である。
さらに、低粘度で高誘電率異方性を有したカイラ
ル・ネマテイツク液晶(+)P−2−メチルブチ
ル−P′−シアノビフエニールを混合することによ
りメゾモルフイツクレンジも広く、液晶材料の可
視光領域での光吸収もなく表示品位の良好な液晶
材料が得られる。 具体的な本発明の組成(試料D)を次に示して
おく。 (試料D) なお本発明の組成は、P−n−アルキルシクロ
ヘキシル−P′−シアノベンゼンを約20wt%〜
90wt%含有するものであるが、P−n−アルキ
ルシクロヘキシル−P′−シアノベンゼンとP型ネ
マチツク液晶組成物を形成する為に次のような化
合物を約20%〜60%程度含まれていても良い。 (Rはn−CmH2n+1又はn−CmH2o+1O−を示し
n=1〜8である。) 表−1において試料A、B、Cの各成分の量は
次の如くである。 試料Aにはコレステリールクロライドを7wt
%、Bにはコレステリールノナノエイトを7wt
%、Cには(+)−2メチルブチル+P−〔N−
(P−シアノベンジリデン)アミノ〕シンナメイ
トを7wt%それぞれ添加する。また、試料D中の
(+)−P−2−メチルブチル−P′−シアノビフエ
ニール(ch液晶)のドープ量に対するEc及びτC
NτNCの特性を第5図、第6図に示しておく。τM N
はch液晶のドープ量に対する依存性はほとんど
なく一定である。 この第5図、第6図の結果より表示素子に応用
する場合には、Ecの値として3×104V/cm以下が
望ましくτCN、τNCの値として100msec(25℃)
以下が望ましいので(+)−P−2−メチルブチ
ル−P′−シアノビフエニールの添加量は10wt%
〜16wt%程度が望ましい。 又、非ch液晶であるP−n−アルキルシクロ
ヘキシル−P′−シアノベンゼン系の液晶組成比
は、20wt%〜90wt%の間で用途に応じて、変化
することが出来る。 以上、述べた様に、本発明は相転移をマトリツ
クス駆動に応用する液晶材料として極めて効果的
な組成を提供するものである。
[Table] Measurement conditions AC, 1 KHz, 25°C, cell thickness 6 μm τ CN , τ NC , τ M N , Ts values are for Eo = Ec. Samples A to D have the following configuration. It can be seen from this table that Sample D is an example of the composition of the present invention and has good characteristics not found in other liquid crystal materials. In other words, τ NC and τ CN are equal to or extremely small compared to other values, τ MN also has a very large value, and Ts also shows a small but good value, making it suitable for matrix driving. It is a characteristic that This is because conventional P-type Schiff liquid crystals, ester liquid crystals, biphenyl liquid crystals, etc. that have two or more benzene rings have a drawback of high viscosity, but the liquid crystal composition of the present invention is one made of P-n-alkylcyclohexyl-P'-cyanobenzene, or one whose viscosity is lowered by adding these to the above liquid crystal. The p-n-alkylcyclohexyl-p'-cyanobenzene liquid crystal was developed by Von Rudolf Eidenshink.
It is a well-known liquid crystal material, as described in Angew Chem. 89 , 103 (1977).
Furthermore, by mixing chiral nematic liquid crystal (+) P-2-methylbutyl-P'-cyanobiphenyl with low viscosity and high dielectric constant anisotropy, the mesomorphic range is widened and the visible A liquid crystal material with good display quality without light absorption in the optical region can be obtained. A specific composition of the present invention (sample D) is shown below. (Sample D) The composition of the present invention contains about 20 wt% to Pn-alkylcyclohexyl-P'-cyanobenzene.
Although it contains 90wt%, it also contains about 20% to 60% of the following compounds to form a P-type nematic liquid crystal composition with P-n-alkylcyclohexyl-P'-cyanobenzene. Also good. (R represents n-CmH 2n+1 or n-CmH 2o+1 O-, and n = 1 to 8.) In Table 1, the amounts of each component in samples A, B, and C are as follows. . Sample A contains 7wt of cholesteryl chloride.
%, B contains 7wt cholesteryl nonanoate
%, C is (+)-2 methylbutyl + P-[N-
(P-cyanobenzylidene)amino]cinnamate is added at 7 wt%, respectively. In addition, Ec and τ C for the doping amount of (+)-P-2-methylbutyl-P'-cyanobiphenyl (ch liquid crystal) in sample D
The characteristics of N τ NC are shown in FIGS. 5 and 6. τ MN
has almost no dependence on the doping amount of the ch liquid crystal and remains constant. From the results shown in Figures 5 and 6, when applied to display elements, the value of Ec is preferably 3 × 10 4 V/cm or less, and the values of τ CN and τ NC are 100 msec (25°C).
The following is desirable, so the amount of (+)-P-2-methylbutyl-P'-cyanobiphenyl added is 10wt%
~16wt% is desirable. Further, the composition ratio of the P-n-alkylcyclohexyl-P'-cyanobenzene liquid crystal, which is a non-ch liquid crystal, can be varied from 20 wt% to 90 wt% depending on the application. As described above, the present invention provides a composition that is extremely effective as a liquid crystal material in which phase transition is applied to matrix drive.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図はτCNを説明する図で、第1図aは電界
E、第1図bは透過率Tsを示し、第2図τM Nを説
明する図で第2図aは電界E、第2図bは透過率
Tsを示し、第3図はτNCを説明する図で、第3
図aは電界E、第3図bは透過率Tsを示し、第
4図は電界Eに対する透過率Tsの変化特性を表
わす図、第5図、第6図は本発明の液晶組成にお
いて、ある成分の濃度を変化させたときの特性曲
線図で、第5図は臨界電界Ecの変化、第6図は
τNCとτCNの変化を示す。
Figure 1 is a diagram explaining τ CN , where Figure 1 a shows the electric field E, Figure 1 b shows the transmittance Ts, and Figure 2 explains τ MN , where Figure 2 a shows the electric field E , Figure 2b is the transmittance
Figure 3 is a diagram explaining τ NC .
Figure a shows the electric field E, Figure 3 b shows the transmittance Ts, Figure 4 shows the change characteristics of the transmittance Ts with respect to the electric field E, and Figures 5 and 6 show the characteristics of the liquid crystal composition of the present invention. Figure 5 shows the change in critical electric field Ec, and Figure 6 shows the change in τ NC and τ CN .

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 p−n−アルキルシクロヘキシル−p′−シア
ノベンゼン系液晶に(+)−p−2−メチルブチ
ル−p′−シアノビフエニールを添加してなる液晶
組成物。 2 p−n−アルキルシクロヘキシル−p′−シア
ノベンゼンのアルキル基はCoH2o+1で表わさ
れ、n=3〜7である特許請求の範囲第1項記載
の液晶組成物。 3 (+)−p−2メチルブチル−p′−シアノビ
フエニールの添加量は10〜25重量%である特許請
求の範囲第1項記載の液晶組成物。
[Scope of Claims] 1. A liquid crystal composition obtained by adding (+)-p-2-methylbutyl-p'-cyanobiphenyl to a p-n-alkylcyclohexyl-p'-cyanobenzene liquid crystal. 2. The liquid crystal composition according to claim 1, wherein the alkyl group of the p-n-alkylcyclohexyl-p'-cyanobenzene is represented by C o H 2o+1 and n=3 to 7. 3. The liquid crystal composition according to claim 1, wherein the amount of (+)-p-2 methylbutyl-p'-cyanobiphenyl added is 10 to 25% by weight.
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