JPS62218480A - 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。

〔従来の技術〕

従来、表示装置用ネマチック液晶組成物は、例えば！＃
−開昭５４−８５６９４号公報などに明示されているよ
うに、一般式Ｒ−６−ＣＯ０−ｏ−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
される化合物（以後本文中に於てＥＣＩ（と略記する）
などのＮ２Ｈ晶をペースにして、これらに一般式Ｒ’−
Ｑ３−ＣＯ０−Ｑ−ＣＮ　（Ｒ”は任ｔｏ炭素ａｏ［頌
アル千ル基を示す）で表わされる化合物（以後本文中に
赫てＰ−Ｅと略記する〕などのＮｐ液晶を添加し光学的
しきいＩ［ｉ４を圧を低下せしめる。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。更に上記Ｎｎ液晶及びＮｐ液晶に加えて一般弐
Ｒ”−＠−Ｏ←（（ＩｃＮ　（Ｒ”　　は任意の炭素数
の直鎖アルキル基な示す）で表わされる化合物などを添
加する事により透明点を高くし液晶温度範囲を広くして
いる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

合口、ネマチック液晶組成物に安来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付近の立ち
上がりが急峻であること（以後本文中に此て急峻性と略
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・耐光性に優れるこ■　駆動
電圧（または光学的しきい値）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電極部または非選択電極部の液
晶に印加される実効電圧を各々Ｖ　６　！ｌ＋　Ｖ　Ｏ
ｆ　ｆとし、走置電極の本数ｎ本とすれば比Ｖｏｎ／Ｖ
ｏｆｆは Ｖｏ　ｎ／Ｖｏ　ｆ　ｆ　＝　（ｉ＋１　）／（ｉ−１
）　・・・・・−（１）なる関係があり、ｎが多くなる
につれて比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
す電気光学時性測定装置を用いて該セル４の透過率を光
電増倍・Ｕで観察しながら駆動回路６により該セル４に
印加する実効電圧を変えて行くと第２図に示される如き
実効電圧−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ｖ
ｔｈ（本明細簀中に於ては透過率を１０％だけ変化させ
るのに必要な実効這圧値ｙｖｔｈとする）、更に電圧を
上げて行き透過率が光学的飽和′＃ｌｔ比をＶｓａｔ（
本明細誓中に於ては透過率を９０％変化させるのに必要
な実効電圧値をＶｓａｔ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　　　−（２） であれば電圧がＩ：Ｉ］／ＩＩ］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ｖｌｔより
大きければ、即ち Ｖ　ｏ　ｎ、＞Ｖ　ｓ　ａ　ｔ　　　−−（５）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（３）
式を（２）式で割れば Ｖｏｎ　　　　　　Ｖｓａｔ −−〉　ｖｔｈ、、　　・・・・・・（す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（り式と（４）　５一 式から 匣く〆ｌＦｒ　＋　１工石Ｗ肩了・・・・・・（５）ｖ
ｔｈ となる。走査線の本数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電極
で十分なコントラストを得るには、Ｖｓａｔ／Ｖｔｈも
１に近い方が有利となる。即ち第２図の実効電圧−相対
過率曲線の光学的しきい値電圧から光学的飽和電圧Ｋか
けての曲線の勾配が急峻な程、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ある。しかし従来、′を
気光学特性に於ける温度依存性の除去が重要視されてい
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
になった現任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できるように成った。

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速度はそれ程問題とならな
い。しかしコンピュータ端末やワード・プロセンサーな
どの様に画像を頻繁に切り換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ｆｌＪ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言
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注を向上させ、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、一般式が下記Ｃで媛わ
される化合物の少なくとも一種、及び一般式が下記りで
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＋−６−ｏ−Ｏｎ。

Ｂ・・・・・・Ｒμ陥テン０Ｒ４ Ｃ−−ｕ、−ｏ−ｃｏｏ−◎トＣＮ Ｄ・・・・・・Ｒ６−■→）べ＋　Ｒ？但し、 Ｒ１及びＲ２は炭素数１〜１２ｉｔｌＩの直鎖アルキル
基 Ｒｓ及びＲ４は炭素数１〜１０個の直鎖アルキル基 Ｒ，は炭素数１〜１０個の直鎖アルキル基Ｒ６及びＲ１
は炭素数１〜１０個の直鎖アルキル基 を表わす。

一般式人で表わされる化合＊（以後本文中に於て化合物
人と略記する）は応答速度を速くするために有効なＮｎ
液晶であり７重量−未満では効果が小さくその含有量は
多い程良い。しかし透明点が比較的低いため化合物Ａの
含有量が７２Ｊｉｆｉチを越えるとネマチック液晶組成
物の透明点も低くなり、ひいてはネマチック液晶組成物
のネマチンク液晶範囲を狭くするため好ましくない。従
って化合物人の含有量は７重ｊ１チ〜７２重ｊ！１％が
望ましい・ 一般式Ｂで表わされる化合物（以後本文中に於て化合物
Ｂと略記する）は従来の単なるＮｎ液晶及びＮｐ液晶か
ら成るネマチック液晶組成物に添加する事により急峻性
を向上させるために有効なＮｎ液晶であり、３重量％未
満では効果が小さくその含有量は多い程良い。しかし４
２．５重量％を越えると共晶組成からのズレが大きく成
り過ぎ（凝固点降下の効果が得られず低温に於て析出す
るように成るため３重量ｑ６〜４２．５重量％が望まし
い。

一般式Ｃで表わされる化合物（以後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高くできる。また、透
明点を高くするのに有利である。しかし、含有量を多く
し過ぎると急峻性などの電気光学特性の性能を低下させ
、また、共晶組成からのズレが大きくなり過ぎて＃固点
降下の効果が得られず低温に於て析出するように成る。

従って化合物Ｂの含有量は、５重１チから３８重ｔチが
望ましい。

一般弐〇で表わされる化合物（以後本文中に於て化合＊
Ｄと略記する）はネマチック液晶組成物の透明点を高く
するのに有効である。しかし５重量％未満では効果が小
さくその含有量は多い程良い。しかし３０重量％を越え
ると低温でスメクチック相が出現し好ましくない。従っ
て化合物りの含有量は３〜５０重量％が望ましく、より
望ましくは５〜２５重ｆチである。

〔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
作により酸化錫などの透明′に他を設け、更にその面を
有機薄膜で覆い配向処理を施した上、スベーザーの役割
を兼ねたナイロン・フィルム製の枠を間に挾んで液晶を
封入した時液晶層が所望の厚みと成るように２枚の該ガ
ラス基板を対向させて固定したものであり、該セルの両
面には各々１枚づつの偏光板を電圧が印加されていない
時光が透過し、電圧が印加された時光が遮断されるよう
に偏光軸の向きを調整して貼付けである。

尚、本文中に於てガラス基板とガラス基板の間隔（即ち
、液晶層の厚さ）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３を通りセル４に画直方向から入射
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
値電圧を持つ周波数１キロ・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
した実効電圧−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を各々１００％及び０
優として表わし印加電圧を透過率１００％の電圧から始
めて徐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ＩＩｆ電圧ｖｔｈまた更に印
カロ電圧を上げて透過率が１００％の時から９０チ変化
した時の実効値電圧を光学的飽和′電圧Ｖｇａｔと各々
定める。

この時、実効電圧−相対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、急峻任）は下式に於けるβ
値として定められる。

β＝□ ｖｔｈ 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（Ｖａｎと表わす）がＶｓａｔに等しく、非点燈
時（非選択時）の実効電圧（Ｖｏｆｆと表わす）がｖｔ
ｈに等しい電気信号が印加された時各々透過率が９０％
及び１０チと成り、画素の点燈及び非点燈が認識される
事と成る。梃に言えばＶｏｎがＶａａｔよりやや大きく
、Ｖｏｆｆがｖｔｈよりやや小さければ各々の透過率は
９０チ以上と１０％以下と成る。この時Ｖｏｎ／Ｖｏｆ
ｆ）Ｖｓａｔ／Ｖｔｈ　＝βである。これとは逆にＶｏ
ｎがＶ鄭ａｔより小さく、Ｖｏｆｆがｖｔｈより大きけ
れば各々の透過率は９０チ以下と１０％以上と成り視認
性が悪くなってしまう。即ち、Ｖｏｎ／Ｖｏｆｆ（Ｖａ
ｓｔ／Ｖｔｂ＝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Ｙｏｎ／Ｖｏｆｆより小さければ視認性の良い画素
表示が得られ、同じ画像表示を得るのにβ値が小さい程
Ｖｏｎ／Ｖｏｆｆ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Ｖａ
ｎ／Ｖｏｆｆが小さくなるためβ値も小さい（１に近づ
く）事が必要である。以上β値はＶａｎ／Ｖｏｆｔが許
容される最小値を示すためマルチプレックス特性の指標
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実効値電圧に対する透過率同
志の差の９０％だけ透過率が変化するのに要する時間（
即ち透過率が９０チから１８チへ変化するのに要する時
間）ｆｆミリ秒単位でＴｏｎと表わし、同様にＶａｓｔ
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差の９０チ
だけ透過率が変化するのに資する時間（透過率が１０チ
から８２俤へ変化するのに要する時間）をミリ秒単位で
Ｔｏｆｆと表わす。ＴｏｎとＴｏｆｆを足したＴ　（ミ
ＩＪ秒単位）を以て応答速度の指標とする。

同、一般に切り換えてから透過率が０の状態から９０チ
へ変化するのに要する時間をｔ　ｏ　ｎ、印加電圧をν
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（参考文献
：　Ｍ−８ｃｈａｄｔ。

日本学術振興会情報科学用有機材料第１４２委員会Ａ部
会（液晶グループ）第１１回研究会資料１９７８年）。

ｔｏｎ＝：η汽１゜”Ｅ”−Ｋ（−！−）”）＝ｄｌｌ
Ｉη／（ε６１　ｔ　Ｅ”　　Ｋ　ｘ”　）ｔ　ｏ　ｆ
　ｆ−＝７／Ｋ（ニ）２ ＝ｄ２・η／Ｋｘ’ （ここで、ηはバルク粘度、１゜は真空誘電率。

７８は相対訪電率の異方性、Ｅは電場、にはＫ１１＋　
Ｋｓｓ　　２　Ｋ！り　／　４なる弾性安数項、ｄはセ
ル厚を各々表わし２、η、ｊｊおよびＫは液晶組成物に
個有である）。従ってｔｏｎ及びｔｏｆｆは共にｄ２に
比例して曵くなる。

本実施列で定義した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では短かく
、セル厚が厚いと長い順向を見出した。これらの関係は
当業者ならば納得するに難しくない。従って同じ液晶組
成物を用いて液晶表示体？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　（ｐ）と屈折率異方性Δｎ
の積である△ｎｏｄが０．８〜１．０　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、宮地幸犬＋　ｐｒ
ｏｃｅｄｉｎｇｇ　ｏｆ　ｔｈｅ　５ｒｄ　Ｉｎｔｅｒ
ｎａｔｉｏｎａｌＤｉｓｐｌａｙ　Ｒｅ５ｅａｒｃｈ　
Ｃｏｎｆ＠ｒｅｎｃｅ　”ＪＡＰＡＮ　ＤＩＳＰＬＡＹ
’８５”　、　３２０　頁：　１９８３年、■５ＩＤ）
。従ッテコントラストを重視する場合、セル厚ｄをΔｎ
−ｄが、ａ８〜１．０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。

応答時間も先に配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２０１Ｗとした。

また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＃童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犬わした。

即ち年平均気温の平年値が東京で１５℃、部組で２２℃
である（総理府統計局編「日本の統計」昭和５５年度版
　６，７頁）から室温を２０℃と仮定しセルを恒温槽に
設置し、それより更に３０℃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○印、等方性液体（１ｓｏｔｒｏｐｌ
ｅ　１ｉｑｕｉｄ）なら工で表わす。低温液晶性はセル
を設置した恒温槽の温度を２０℃から始め１日につき５
℃ずつ下げて行った時、室温として仮定した２０℃より
３０℃低くなった時（即ち、恒温槽温度−１０℃）、ネ
マチック液晶相が安定か否かを低温液晶性と称し、ネマ
チック液晶相が安定なら○印を、スメクチック液晶相な
らＳｍを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−１，２の組成及び特性を第１表に
示す。但し、本実施列は化合物Ｂとして一般式Ｒ「Ｏ（
ト０−Ｒ４（式中Ｒ３及びＲ４は炭素数１〜１０個の直
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ＰＲＲと略記する）を含有して成る事を特徴とし
ている。

また、従来例としてＥＣＨ及びＰ−Ｅを含有して成る液
晶組成物の組成及び特性を第２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呟は１．２５５、実施例−２
のβ値は１．２５４と良好である。

応答速度は、従来例−１が４４４ミリ秒であるのに対し
て、実施向−１は１８１ミリ秒、実施例−２は１８９ミ
リ秒とかなり速くなっている。

実施例−１，２は摂氏５０度に於ける尚温液晶性及び摂
氏マイナス１０度に於ける低温液晶性もあり十分安定で
、通常の表示体に用いるのに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−１は摂氏マイナス２
０度から摂氏６８度までネマチック液晶温度範囲を有し
、かなり厳しい条件下での表示体にも用いることが可能
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は１．２３５、実施例−２は
１．２５４と良好である。また、応答速度も速く、更に
ネマチック液晶温度範囲も十分である。

〔実施例−３，４〕 本発明による実施例−３，４の組成及び特注を第３表に
示す。但し本実施例はＰＲＲを含有して成る事を特徴と
している。

また、従来例の組成及び特性を第２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−３のβ値は１．２２６　。

実施例−４のβ値は１．２１８と良好である。

応答速度は、従来例−１が４４４４１７秒であるのに対
して、実施例−３は１６５ミリ秒、実施例−４は１７８
ミリ秒とかなり速くなっている。

実施例−３，４は摂氏５０度に於ける高温液晶性及び摂
氏マイナス１０度に於ける低温液粘性もあり十分安定で
、通常の表示体に用いるのに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−５は摂氏マイナス３
０度から摂氏６５度までネマチック液晶温度範囲を有し
、かなり厳しい条件下での表示体にも用いることが可能
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−３は、１．２２６、実施例−４
は１．２１８と良好である。また、応答速度も速く、更
にネマチック液晶温度範囲も十分である。

〔実施例−５，６〕 本発明による実施例　”＋６の組成及び特性を＃ｃ４表
に示す。但し本実施例はＰＲＲを含有して成る事を特徴
としている。

また、従来例の組成及び特性を第２表に示す。

従来例−１で急峻性を表わすβ値がｔ　２６５であるの
に対して実施例−５のβ値は１．２０３、実施例−６の
β値は１．２００とたいへん良好である。

即ち単純マトリクス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）に各々するためには、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−５では３０本以上、実施例−６では３
１本以上駆動することができる。

応答速度は、従来例−１が４４４ミＩＪ秒であるのに対
して、実施例−５は２０５ミリ秒、実施例−６は２０５
ミリ秒と速くなっている。

実施例−５，６は摂氏５０度に於ける高温液晶性及び摂
氏マイナス１０度に於ける低温液晶性もあり十分安定で
、通常の表示体に用いるのに十分広いネマチック液晶温
度範囲？有している。更に１詳しくは、実施例−６は、
高温側では摂氏６８度に於ても液晶性な有し、苛酷な条
件下での表示体にも用いることが可能である。

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−５は１．２０３、実施例−６は
１．２００とたいへん良好である。また、応答速度も速
く、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 第４表 〔発明の効果〕 以上述べたように、本発明によれば、少なくとも一般弐
Ｒ，→＋０−Ｒ１で表わされる化合物、一般式Ｒｓ＋Ｏ
Ｒ４で表わされる化合物、一般式Ｒ１１−Ｇ−ＣＯ０−
Ｇ−ＣＮで表わされる化合物、一般式８６→ｍ　Ｒ？　
　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、摂氏マイナス１０度から摂氏５０度
まで、最もネマチック液晶温度範囲の広いものでは摂氏
マイナス３０度から摂氏６５度の温度範囲で駆動でき、
急峻性が優れ、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ツイスト
ネマチンクモードを始めとし、ゲスト・ホスト効果モー
ド（ホスト液晶として）などの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の効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例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−実効電圧の変化を示しｆｃ曲線図。 １・・・・・・光源 ２・・・・・・光線 ３・・・・・・レンズ及びフィルター系４・・・・・・
セル ５・・・・・・受光部（光電増倍管）。 以上 第１図 更ｅ叱瓦（Ｖ）

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、一般式が下記Ｃ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Ｄ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▼ Ｄ……▲数式、化学式、表等があります▼ 但し、 Ｒ＿１及びＲ＿２は炭素数１〜１２個の直鎖アルキル基 Ｒ＿３及びＲ＿４は炭素数１〜１０個の直鎖アルキル基 Ｒ＿５は炭素数１〜１０個の直鎖アルキル基Ｒ＿６及び
   Ｒ＿７は炭素数１〜１０個の直鎖アルキル基 を表わす。