JPS62100585A - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は表示装置用液晶組成物、特に電界効果モードに
於てダイナミック駆動特性が良好なる液晶組成物に関す
る。

〔発明の概要〕

本発明は液晶組成物におい°Ｃ１少なくとも一般式　Ｒ
ｔ−ｅ−ｃｏｏ（）Ｑｌ’ｔ、　テ表わされる化合物、
一般式　Ｒｓ＋ｊＱ）−Ｒａで表わされる化合物、及び
一般式　Ｒ，ベトＣＯＯベトＣＮで表わされる化合物を
用いることにより、急峻性が優れるようにしたものであ
る。

〔従来の技術〕

従来、表示装置用液晶組成物は、例えば特開昭５４−８
５６９４号公報などに示されているように、一般式Ｒ−
８−ＣＯＯ−８−０−Ｒ（Ｒ、Ｒ’は各々任意の炭素数
の直鎖アルキル基を示す）で表わされる化合・吻（以後
本文中に於てＫＣＨと略記する）などのＮｎ液晶をベー
スにして、これらに一般式ＲＬ−ｏ−ＣＯＯ−ンＣＮ（
Ｒ１は任意の炭素数の直鎖アルキル基を示す）で表わさ
れる化合物（以後本文中に於てＰ−Ｅと略記する）など
のＮＰ液晶を添加し、光学的しきい値電圧を低下せしめ
る。但し、ＮＰ液晶の添加量が多くなると後述の急峻性
などの電気光学特性が低下するので必要以上にＮＰ液晶
を添加することは得策でない。

〔本発明が解決しようとする問題点及び目的〕今日ネマ
チック液晶組成物に要求される特性の条件は ■　電圧−透過率曲線の光学的しきい値電圧の付近の立
ち上がりが急峻であること（以後本文中に於て急峻性と
略記する） ■　電圧の変化に対して透過率の応答速度が速いこと ■　室温を中心として広い温度範囲で駆動できること、
即ち広いネマチック液晶範囲を持つこと■　化学的に安
定で耐湿性・耐光性に優れるとと ■　駆動、ｔ８Ｅ（まだは、光学的しきい値電圧）が自
由に選べること などがある。

単純マトリクス表示体に於てダイナミック駆動をした時
、駆動回路によって選択ｉ！唯部または非選択電極部の
液晶に印／ＪＤされる実幼屯圧を各々Ｖａｎ、Ｖｏｆｆ
とし、走査成極の本数をｎ本とすれば、比Ｖ　ｏ　ｎ　
／　Ｖ　ｏ　ｆ　ｆはＶｏｎ／Ｖｏｆｆ９汽西＝Ｉ　）
　・＝−（１）なる関係があり、ｎが多くなるにつれて
ｖａｎ／Ｖｏｆｆも小さくなって行く・ 一方、液晶表示装置の一つであるツイスト・ネマチック
・モードの液晶セルを直交偏光子間に置き、第１図に示
す電気光学特性測定装置を用いて該セル４の透過率を光
電増倍管で観察しながら駆動回路６により該セル４に印
加する実効′ａ：ＩＩＥを変えて行くと第２図に示され
る如き実効電圧−相対透過率曲線が得られる。電圧を上
げて行き透過率が変化し始める実効電圧を光学的しきい
値電圧ｖｔｈ（本発明細書中に於ては透過率を１０％だ
け変化させるのに必要な実効′１圧値をｖｔｈとする）
、更に電圧を上げて行き透過率が光学的飽和電圧をＶ　
ｓ’　ａ　ｔ　（本明細書に於ては透過率を９０チ変化
させるのに必要な′鑞効亀圧領をＶｓｓｉｔとする）と
すると、非選択電極部では印加される実効電圧Ｖｏｆｆ
が、光学的しきい値電圧ｖｔｈより小さければ、即ち、 ＶｏｆｆくＶｔｈ　　　　　・・・・・・・・・のであ
れば電圧が印加されていない時と比較してその透過率は
変化せず全く選択されなく、選択電極部では印加される
実効電圧Ｖｏｎが飽和電圧Ｖａａｔより大きければ、即
ち Ｖｏｎ〉Ｖｓａｔ　　　　　・・・・・・・・・（３）
であれば透過率は十分変化し選択された事になる従って
（ト）式を０式で測れば Ｖａｎ　　　　　　　Ｖｓａｔ −〉１７１−　・・・・・・・・・（４）Ｖｏｆｆ となり、この関係式が成り立つ時非選択電極と選択電極
の透過率の差が十分となる。更に（１）式と（４）式か
ら となる。走＊線の本数ｎが多くなるにつれ右辺は小さく
なり１に近づいて行く。このため選択電極と非選択′Ｊ
Ｌ極で十分なコントラストを得るにばＶ　ｍ　ａ　ｔ　
／　Ｖ　ｔ　ｈも１に近い方が有利となる。即ち第２図
の電圧−透過率曲線の光学的しきい値電圧から光学的飽
和電圧にかげての勾配が急峻な程、コントラストを一定
（または良くした上に）走査線本数を増やす事ができる
。以上が条件■が必要となる理由でちる。しかし従来、
眠気光学時１生に於ける温度依存性の除去が重９？Ｊ！
されていた為条件■そのものを改良する具体的方策が示
されておらず問題である。

これに対して温度依存性はＩＣが安価になった現在温度
補償回路を駆動回路に組み込む事により容易に取り除く
事が出来るように成った。

他の問題点として応答速度がある。

静止画像を表示する場合応答Ａ度はそｒｔ程間罎となら
ない。しかしコンピュータ端末やワード・プロセッサー
などの様に画像を頻繁に切り喚える必要のある場合、高
速応答性が要求されるようになる。テレビ画像などの動
画を表示する場合更に速い応答性が要求されるのはｄう
までもない。

本発明は以上の問題点を解決するもので、その目的とす
るところは表示装置用のネマチック液晶組成物の急峻性
を改良しダイナミック駆動特性を向上させ、かつネマチ
ック液晶温度範囲を広くし動作温度範囲を広げ、更に化
学的に安定なネマチック液晶組成物を提供する事にある
。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の液晶組成物は、少なくとも一般式が下記人で表
わされる化合物の少なくとも一種、一般式が下記Ｂで表
わされる化合物の少なくとも一種、及び一般式が下記Ｃ
で表わされる化合物の少なくとも一種から成る事を特徴
とする。

Ａ　−Ｒ＋−ｏ−ｃＯＯ−ｏ−０”ｔ Ｂ・・・ＲｓｔトＲ４ Ｃ・・・Ｒｓ　−＋−Ｃ００日ｐｃＮ 但し、 Ｒ９及びＲ１！は炭素数１〜１０個の直鎖アルギル基 Ｒ８は炭素数１〜１２１固の直鎖アルキル基Ｒ６は炭素
数１＝１０個の直鎖アルコキンまたはアルキル基 Ｒ３は炭素ａ１〜１０個の直鎖アルキル基を表わす。

一般式Ａで表わされる化合物（以下本文中に於て化合物
人と略記する）は急峻性を向上させ、液晶温度範囲を広
げるために用いたものであり、８重ｔチ未満では効果が
小さくその含有量は多い程良い。しかＩ〜９０チを越え
ると共晶組成からのズレが大きく凝固点降下の効果が得
られないので、従って低温に於て析出するようになるた
め、８重ｔチ〜９０重黛チが望ましい。

一般式Ｂで表わされる化合物（以下本文中に於て化合物
Ｂと略記する）は急峻性を向上させ、液晶温度範囲を広
げ、かつ応答速度を速くするために用いたものであり、
１０チ未（・屑では効果が小さくその含有量は多い程良
い。しかしながら６０重量％を越えると共晶組成からの
ズレが大きく凝固点降下の効果が得られないので１０重
重量〜６０重喰チが望ましい。

一般式〇で表わされる化合物（以下本文中に於て化合物
Ｃと略記する）は、ＮＰ液晶であり、その含有量の多少
により光学的しきい値電圧を低くまたは高くできる。光
学的しきい値電圧が低ければそれに対応して液晶駆動用
回路の最大定格出力電圧も低くて済み、安価なｒｃが使
えるため有利となる。しかしｐ−ｇ液晶の含有量を多く
しすぎると′電気光学特性が低下し液晶温度範囲が狭く
なるなどの好ましくない影響が出るｏＴ能性があるため
含有量は５重量％〜６０重量係が望ましい。

〔実施例〕

以下、本発明について実施例に基づき詳細に説明する。

尚、液晶組成物の特性の測定は次の如く行った。

第１図は電気光学特性に対する測定系を表わしたもので
ある。測定セル４はガラス製基板の片面に蒸着などの操
作により酸化・賜などの透明ル極を股げ、更にその面を
有機薄膜で覆い配向処理を施した上、スペーサーの役割
を兼ねたナイロン・フィルム莢の枠を間に挾んで液晶を
一封入し走時液晶層が所望の厚みと成るように二枚の核
ガラス基板な対向させて固定したものであり、該セルの
両面には各々一枚ずつの偏光板を電圧が印υ目されてい
ない時光が透過し、電圧が印７１０された時光が遮断さ
れるように偏光軸の向きを調整Ｉ〜で貼付けである。

尚、本文中に於てガラス基板とガラス基板の間隔（即ち
液晶１４の厚さ）をセル厚と略記する。白色光源１から
出た光線はレンズ系５を通りセル４に垂直方向から入射
し、後方に設けられた検出器でその透過光強度が測定さ
れる。この時セル４には駆動回路５によって任意の実効
値１圧を持つ同波数１千口・ヘルツの交番矩形電圧を印
加されている。第１図の測定系を用いて液晶セルを測定
した実効ル圧−相対透過率曲線が第２図である。第２図
に於て透過率は通常の印加電圧範囲で最も明るくなった
時及び最も暗くなった時の透過率？各々１００％及び０
％として表わし印加電圧を透過率１００チの電圧から始
めて除々に上げて行き透過率が１０チだけ変化した時の
実効値電圧を光学的しきい値電圧ｖｔｈまた更に印加′
１圧を上げて透過率が１００％の時から９０％変化した
時の実効値電圧を光学的飽和電圧Ｖｓａｔと各々定める
。

この時、電圧−透過率曲線の光学的しきい値電圧付近の
立ち上がり（即ち急峻性）は下式に於けるβ値として定
められる。

β＝ｖｔｔｈ 点燈時（マトリクス・セルに於て選択された時）の実効
値電圧（Ｖｏｎと表わす）がＶａａｔに等しく、非点燈
時（非選択時）の実効値電圧（Ｖｏｆｆと表わす）がｖ
ｔｈに等しい電気信号が印加された時各々透過率が９０
ｅ！ｂ及び１０％と成り、画素の点燈及び非点燈が認識
される事と成る。更に言えばＶｏｎがＶｓ＆ｔよりやや
大きく、Ｖｏｆｆがｖｔｂよりやや小さければ各々の透
過率は９０チ以上と１０チ以下と成る。この時Ｖｏｎ／
Ｖｏｆｆ）Ｖｓａｔ／Ｖｔｈ＝：βである。これとは逆
にＶｏｎがＶｓａｔより小さく、Ｖｏｆｆがｖｔｈより
大きければ各々の透過率は？０チ以下と１０％以上と成
り視認性が悪くなってしまう。即ちＶｏ　ｎ／ＶＯｆ　
ｆ＜Ｖｍａｔ／Ｖｔｈ：βなる信号電圧が印加された場
合視認性が悪くなるのである。この様にβ値が電気信号
の実効電圧比Ｖｏｎ／Ｖｏｆｆより小さければ視認性の
良い画像表示が得られ、同じ画像表示を得るのにβ値が
小さい程Ｖ　ｏ　ｎ　／　Ｖ　ｏ　ｆ　ｆ比も小さく済
む。単純マトリクス表示体では走査線本数を多くする程
Ｖｏｎ／Ｖｏｆｆが小さくなるためβ値も小さい（１に
近づく）等が必要である。以上β値はＶｏｎ／Ｖｏｆｆ
が許容される最小値を示すためマルチプレンクス特性の
指標となる。

印加電圧の変化に対する応答速度は次の通りとする。印
加する実効値電圧を瞬間的にｖｔｈからＶｓａｔへ切り
換えた時定常状態での各々の実効電圧に対する透過率同
志の差の９０チだけ透過率が変化するのに要する時間（
即ち透過率が９０％から１８チへ変化するのに要する時
間）をミＩＪ抄単位でＴＯｎ表わし、同様にＶｓａｔか
らｖｔｈへ実効値電圧を瞬間的に切り換えた時定常状態
での各々の実効電圧に対する透過率同志の点の９０チだ
け透過率が変化するのに要する時間（透過率が１０％か
ら８２チへ変化するのに要する時間）をミリ秒単位でＴ
ｏｆｆと表わす。ＴＯｎとＴｏｆｆを足したで（ミリ秒
単位）を以て応答速度の指標とする。

尚、一般に印加電圧を０から任意の電圧υ（Ｖ）へ瞬間
的に切り換えてから透過率が０の状態から９０％へ変化
するのに要する時間をｔｏｎ、印加電圧なυから０へ瞬
間的に切り換えてから透過率が１００％の状態から１０
チ変化するのに要する時間をｔｏｆｆとすると下記の式
で表わされる事が知られている（参考文＃：Ｍ、５ｃｈ
ａａｔ、日本学術振興会情報料学用有機材料第１４２委
員会Ａ部会（液晶グループ）第１１回研究会資料、１？
７８年）。

ｔｏｒｓ：η汽ε。ΔεＥ”−Ｋ（ニ）り＝ｄ”　−７
７／（ｇυｊｓυ！Ｈ，りｔｏｆｆ＝：：ワ／Ｋ（ニ）
？ ＝＝　ｄ　２・７７Ｋｇ２ （ここでηはバルク粘度〜ε。はＡ空肪電率、１６は相
対誘電率の異方性、Ｅは電場、Ｋは鴇、−１−に、、−
２に工）／４なる弾性定数項、ｄはセル厚を各々表わし
、η、ｊ＆　　およびＫは液晶組成物に個有である）。

従ってｔｏｎ及びＬｏｆｔは共にｄｌに比例して長くな
る。

本実施例で定義したＴなる応答速度もセル厚と密接な関
係があり、定性的ではあるがセル厚が薄いとＴは短かく
、セル厚が厚いと長い傾向を見出した。これらの関係は
当業者ならば納得するに難くない。従って同じ液晶組成
物を用いて液晶表示体を作った場合セル厚を薄くする程
応答速度を速くする事ができる。

一方、急峻性βはセル厚ｄ（μ）と屈折率異方性Δｎの
、積であるΔｎｏｄがＣＬ８〜１．０付近の時最も小さ
くなる（最良となる）事が見出されている（参考文献：
山崎淑夫、竹下裕、永田光夫、宮地幸夫、Ｐｒｏｅｅａ
ｄｌｎｇｓ　　ｏｆ　　ｔｈｅ　　５ｒｄＩｎｔｅｒｎ
ａｔｉｏｎａｌ　　Ｄｉｓｐｌａｙ　　Ｒ＠５ｅａｒｅ
ｈＣｏｎｆｅｒｓｎｅ＊　　”ＪＡＰＡＮＤＩＳＰＬＡ
Ｙ’８３’　　３２０頁；　１９８３年、◎５ＩＤ）。

従ってコントラストを重視する場合セル厚ｄをΔｎｏｄ
が［Ｌ８〜：１．Ｏ付近に成る様に液晶表示体を作るの
が最も得策であり、液晶組成物の急峻性の比較もこのセ
ル厚で行うのが最も妥当であると考えられる。応答時間
も先に記した如くセル厚と関係するため液晶組成物の応
答時間を比較するには適当な厚みで測定する事が必要で
ある。

以上を鑑み、本実施例では急峻性、応答速度及び光学的
しきい値電圧の測定は全て急峻性βが最小となるセル厚
のセルを用いて測定した。

測定温度は全て摂氏２０度とした。

ま念配向の均一性を高めるため本発明のネマチック液晶
組成物に微量のコレステリンク物質を添加したものをセ
ルに封止した。

ネマチック液晶相の安定性はセルに封入した状態で高温
液晶性及び低温液晶性を以て表わした。

即ち年平均気温の平年値が東京で１５ｃ１那覇で２２Ｃ
である（総理府統計局線「日本の統計」昭和５５年度版
、６，７頁）から室温を２００と仮定しセルを恒温槽に
膜種し、それより更に６０℃高い温度に於てネマチック
相が安定か否かを高温液晶性と称することにし、ネマチ
ック相が安定ならＯ印、等方性液体（ｉｓｏｔｒｏｐｉ
ｅ　　目ｑｕｉｄ）ならＩで表わす。低温液晶性はセル
を設置した恒温槽の温度を２００から始め１日につき５
Ｃづつ下げて行った時、室温として仮定した２０Ｃより
３０Ｃ低くなった時（即ち恒温槽温度−１０Ｃ）、ネマ
チック液晶相が安定か否かを低温液晶と称し、ネマチッ
ク相が安定なら○印を、スメクチック液晶相なら、固体
状態を呈しているかまたは析出を生じていればＸ印を以
って表わす。

〔実施例１．２〕 本発明による実施例−１の組成及び特性を第１表に示す
。また、実施例−２の組成及び特性を第２表に示す。但
し本実施例は化合物Ｂとして一般式Ｒ５−ｏ−０１−Ｒ
＜　Ｃ式中ＲｓＢ炭素数１〜１２ｍ（７）直鎖アルキル
基、Ｒ４は炭Ｘ６１〜１０個の直鎖アルコキンまたはア
ルキル基を示す）で表わされる化合物を含有しているこ
とを特徴としている。

また、従来例としてＥＣＨ及びｐ−ｚをざ有して成る液
晶組成物の組成及び特性を第５表に示す。

従来例−１で急峻性を表わすβ値が１．２６５であるの
に対して実施例−１のβ値は１．２４、実施例−２のβ
値は１．２４と良好である。すなわち単純マトリクヌ電
極を用いた液晶パネルに於て透過率を選択電極で１０％
以下（暗状態）に、非選択′電極で９０チ以上（明状態
）にするためには、従来例−１では走査電極の数は１７
本以下しか駆動できないのに対して実施例−１、実施例
−２では共に２２本以上駆動することができる。

光学的しきい値電圧も従来例が２．５９Ｖであるのに対
して、実施例−１では２．４２Ｖ、実施例−２で２．５
４Ｖと、いずれも極めて良好である。

応答速度は従来例−１が４４４ミリ秒であるのに対して
、実施例−１が１６　ｙ、　ｓ　ミ＋）秒、実施例−２
が１５　ａ　２　ミリ秒といずれもかなり改善されてい
る。

実施例−１，２は摂氏５０度における高温液晶性があり
、低温液晶性については実施例−１で摂氏マイナス１５
度、実施例−２では摂氏マイナス４０度まで十分安定で
、通常の表示体に用いるのには十分広いネマチック液晶
温度範囲を有している。特に実施例−２については摂氏
マイナス４０度までネマチック範囲を有しており、かな
り厳しい条件下においても表示体として使用可能である
。

以上、従来例−１のβ値が１．２６５であるのに対して
、本発明による実施例−１，２共に１．２４と極めて良
好、光学的しきい値電圧も低く、応答速度も速い。更に
ネマチック液晶温度範囲も十分である。

第１表 第２表 第３表 〔発明の効果〕 以上述べたように、本発明によれば、少なくとも一般式
　Ｒ１−ｅ−ＣＯＯｉトＯ−で表わされる化合物、一般
式　Ｒ＄　ｅ　Ｒ４で表わされる化合物、及び一般式　
Ｒ１−〇−ＣＯＯ−＋−ＣＮで表わされる化合物を用い
てネマチック液晶組成物を構成した事により、最もネマ
チック液晶範囲の広いもので摂氏マイナス４０度から摂
氏５０度まで駆動でき、急峻性が浸れ、応答速度が速く
、光学的しきい値′電圧も適当でありダイナミック駆動
特性に優れたネマチック液晶組成物を得る事ができた。

本発明によるネマチック液晶組成物を用いれば各種表示
素子に於て優れた表示コントラストを得るのに多大な効
果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施列に於て用いた測定装置を表わすハード図
、第２図は該測定装置を用いて一般的に得られる相対透
過率−実効′１圧の変化を示した曲線図。 １・・・光源　　　　　　　　　　２・・・光線６・・
・レンズ及ヒフイルター系　４・・・セル５・・・受光
部（光電増倍管）。 以上 ニ貞ｔｌＪで＝★唸、ｊｉ−７，４二ｄす第１図 灸麦石　’ＩＪ辷　　（■ン 東ｖＥも五−廁η紐奔鉱く一図 第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 少なくとも一般式が下記Ａで表わされる化合物の少なく
   とも一種、一般式が下記Ｂで表わされる化合物の少なく
   とも一種、及び一般式が下記Ｃで表わされる化合物の少
   なくとも一種から成る事を特徴とする液晶組成物。 Ａ・・・▲数式、化学式、表等があります▼ Ｂ・・・▲数式、化学式、表等があります▼ Ｃ・・・▲数式、化学式、表等があります▼ 但し、 Ｒ＿１及びＲ＿２は炭素数１〜１０個の直鎖アルキル基 Ｒ＿３は炭素数１〜１２個の直鎖アルキル基Ｒ＿４は炭
   素数１〜１０個の直鎖アルコキシまたはアルキル基 Ｒ＿５は炭素数１〜１０個の直鎖アルキル基