JPS6234799B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

発明の技術分野 本発明は液晶組成物およびそれを用いた液晶表
示装置、特に、大容量表示かつキーボード対応を
可能にする液晶組成物および液晶表示装置に係
る。 従来技術と問題点 液晶表示は、月型フラツトタイプ、低消費電力
という特徴からOA用などのデイスプレイへの期
待が高まつている。しかし、現在液晶表示の主流
となつているTN（ねじれネマチツク）型は液晶
の立ち上り特性が急峻でないために大容量のドツ
トマトリクス表示を行おうとすると、表示しない
点（非表示点）まで半表示の状態、すなわちクロ
ストークを生じてしまい、大容量表示ができな
い。更に、TN型では大容量の表示を行おうとす
ると視認角度が大幅に制限されてしまい、コント
ラストが極端に低下してしまう。このようなTN
型の欠点を補うべく多量マトリクス化などの努力
が成されているが、TN型は走査線の増加ととも
に視角範囲が狭まるという大型の固手デイスプレ
イとしては致命的な欠点を克服することができな
い。 線順次走査におけるクロストークという液晶に
とつて避けられない現象を打破するために、一度
走査すればリフレツシユを必要としない蓄積型液
晶表示が考案された。蓄積型液晶表示は、液晶の
有する記憶効果のために、一回の電圧印加のみ
で、書き込んだ情報が電圧除去後もそのまま記憶
される。従つて、TN型やDSM（動的散乱型）で
生ずるクロストークがないために、走査線本数は
500本程度可能である。しかし、この蓄積型液晶
表示は、ともにコレステリツク相であるグランジ
ユアン状態とフオーカルコニツク状態を利用して
表示を行なうためにコントラストが取れないとい
う欠点がある。更に、書き込みを行う前に書き込
み準備段階として初期化状態にする必要があり、
これに500〜300ｍ秒を要するため、タイプインや
スクロールの際に長い時間がかかつてしまい、キ
ーボード対応ができない。 このような蓄積型液晶表示の欠点を改善すべ
く、コレステリツク相であるフオーカルコニツク
状態とネマチツク相であるホメオトロピツク状態
を利用し、偏光板を用いて表示を行なうポジ表示
リフレツシユ蓄積型液晶表示方法を、本発明者ら
は開発し、既に開示した（特願昭58−10147号）。
この方法は、蓄積型液晶表示が有する大容量表示
の可能性に加えて、コントラストが高く、かつキ
ーボード対応を可能にする書き換え速度を有す
る。しかしながら、このポジ表示リフレツシユ蓄
積型液晶表示方法ではリフレツシユの際にフリツ
カが発生し、実際にキーボード対応させて利用す
るには問題がある。 そこで、大容量表示、高コントラスト、高速書
き換えに加えて、フリツカ発生を防止すべく研究
した結果、本発明者ら他は新しい駆動方法による
蓄積型液晶表示方法を開発した。この新しい液晶
表示方法は、液晶組成物の印加電圧に対するヒス
テリシスを利用して、同一の保持電圧で光学的に
異なる二つの安定状態、すなわち、フオーカルコ
ニツク状態とホメオトロピツク状態を達成し、同
一保持電圧で表示を維持する。この方法は、大容
量表示が可能、高コントラスト可能、キーボード
対応も可能、フリツカ発生なしという、極めて有
用な液晶表示方法であるが、従来の液晶材料で
は、フオーカルコニツク状態を維持できる保持電
圧で安定なホメオトロピツク状態をとることがで
きず、保持電圧においてホメオトロピツク状態は
20〜30秒程度しか維持できなかつた。 発明の目的 本発明の目的は、上記の如き従来技術の問題点
に鑑み、上記の新駆動液晶表示方法に使用できる
液晶組成物を提供し、大容量表示でキーボード対
応が可能な液晶表示を達成することである。 発明の構成 上記目的を達成するために、本発明は、(i)一般
式： （式中、R¹は炭素原子数２〜９個の直鎖アル
キル基である。）を有するシアノビフエニル系成
分10〜90重量パーセントと、(ii)式： （式中、R₂はブチル基またはペンチル基であ
り、R³はメトキシ基、エトキシ基またはペント
キシ基である。）を有するチオエステルシクロヘ
キサン系成分５〜70重量パーセントと、式(iii)： を有する４−シアノ−4′−２−メチルブチルビフ
エニル７〜30重量パーセントを含んで成る液晶組
成物、ならびにこれを用いた新駆動方式蓄積型液
晶表示装置を提供する。 発明の構成の具体的説明 まず、本発明における蓄積型液晶表示の駆動原
理を説明する。 第１図はコレステリツク−ネマテイツク混合液
晶の印加電圧−光透過率変化の関係である。最
初、XYマトリクスの全電極間に保持電圧Ｖ_dの例
えば２倍の電圧Ｖ_H（2V_d）に相当する電圧を印
加し、液晶をネマテイツク相であるＨ（ホメオト
ロピツク）状態にする。Ｈ状態では第２図イに示
すように全ての液晶分子１が電界方向と同じ方
向、すなわち基板２に垂直となつており、偏光板
３を通過した入射光は偏光角を変えずに次の偏光
板４に達するが、偏光板３，４の偏光角が90゜異
なるために光が抜けず、暗状態となる。この状態
から電圧をゼロにすると、液晶はコレステリツク
相であるＦ_p（フオーカルコニツク）状態とな
る。一度Ｆ_p状態となつた液晶は再度保持電圧Ｖ_d
を印加しても光学的にはＦ_pと同じＦ（フオーカ
ルコニツク）状態となる。Ｆ_pおよびＦ状態で
は、液晶１′はら旋構造をとる。入射光はこのら
旋によつて旋光あるいは散乱し、第２図ロの偏光
板４を通過する光の成分が生じ、明状態となる。
一方、始めの状態であるＨ状態は印加電圧を2V_d
（＝Ｖ_H）からＶ_dに下げてもヒステリシスにより
Ｈ状態を保つことができる。ここではＶ_Hが印加
されているＨ状態と区別するためにＶ_dが印加さ
れているＨ状態をH′状態とする。 このように蓄積型液晶は同一の印加電圧である
Ｖ_dの印加によつてＨ状態からの履歴により光学
的に異なる２つの状態ＦとH′をとることができ
る。これを用いてＶ_dによつて書き込んだ画像を
固定し駆動する方式が新駆動方式による蓄積型液
晶表示である。 この方式は従来原理的には可能であつたと考え
られるが、実際にはこの駆動は不可能であつた。
なぜならば、従来の液晶材料ではＶ_d印加による
Ｈ状態すなわちH′状態は、準安定な状態であ
り、たとえＶ_dを印加していても20〜30秒後には
Ｆ状態に移行し明状態となつてしまうからであ
る。 そこで、本発明者らはH′状態（蓄積型液晶の
印加電圧に対するヒステリシスに基づく保持電圧
Ｖ_dにおけるホメオトロピツク状態）の安定化を
図るべく、液晶材料を改良して、電圧ヒステリシ
ス幅ΔＶを拡大することを試みた。電圧ヒステリ
シス幅ΔＶは、第１図に示す如く、印加電圧を次
第に上げて液晶がフオーカルコニツク状態（コレ
ステリツク相）からホメオトロピツク状態（ネマ
チツク相）へ移行（転移）する時に光透過率が、
ホメオトロピツク状態（Ｈ状態）の光透過率を
100％として、20％になる電圧V₁と、印加電圧を
次第に下げて液晶がホメオトロピツク状態からフ
オーカルコニツク状態へ移行する時に光透過率が
90％になる電圧V₂との電圧の差として求めた。
この電圧ヒステリシス幅ΔＶを拡大して、保持電
圧Ｖ_dを設定できる電圧幅を広くすることによ
り、保持電圧Ｖ_dをV₂に較べてより高い電圧に設
定することができるようになる。Ｖ_dをV₂より高
く設定することにより、H′状態は安定化し、
H′状態のＦ状態への移行を阻止することができ
る。こうした観点から、液晶材料の改良を試みた
結果、本発明者らは、本発明に依る新規液晶組成
物が広い電圧ヒステリシス幅を有し、新駆動方式
蓄積型液晶表示を可能にすることを見い出した。 本発明に依る液晶組成物では、必須成分とし
て、ネマチツク成分であるシアノビフエニル成分
を一般に10〜90重量％、好ましくは30〜80重量
％、更に好ましくは40〜70重量％、ネマチツク成
分であるチオエステルシクロヘキサン系成分を一
般的に５〜70重量％、好ましくは５〜50重量％、
更に好ましくは５〜30重量％、そしてカイラルネ
マチツク成分である４−シアノ−4′−２−メチル
ブチルビフエニルを一般に７〜30重量％、好まし
くは７〜20重量％、更に好ましくは９〜16重量％
含む。液晶は液体であるため、温度により粘度、
誘電率などが変化する。通常オフイスで使用する
際には５〜40℃程度の範囲で安定した駆動ができ
れば良いと考えられているが、そのためには液晶
材料にΔＶが大きいだけではなく上記温度範囲で
液晶が液晶相を呈し、かつ十分な応答速度を持た
ねばならない。本発明のシアノビフエニル液晶は
一般にメゾレンジ（液晶相を示す温度範囲）が低
く液晶→等方性液体への転移点（NI点）が比較
的低い。そこでメゾレンジを拡げ、NI点を上げ
るためにNI点の高い液晶、例えば、 などを混合する必要がある。こうして、シアノビ
フエニル成分、チオエステルシクロヘキサン成分
およびカイラルネマテイツクはそれぞれ、一般に
10〜90wt％、５〜70wt％、７〜30wt％であり、
また40〜70wt％、９〜16wt％が最も好ましい。
これらの範囲をはずれると、例えばシアノビフエ
ニルが多過ぎると、書き込み速度、駆動電圧など
の温度依存性が大きくなり過ぎる。また少な過ぎ
ると、コントラストが悪くなるとか、メゾレンジ
が狭いなどの問題が生ずる。また、チオエステル
シクロヘキサン成分が多過ぎると、液晶の粘度が
増加して、駆動電圧が増大したり、応答速度が低
下するなどの不都合がある。一方、少ないとΔＶ
を大きくする等の効果が小さくなる。さらに、カ
イラルネマテイツクの場合、蓄積型液晶のらせん
構造が混合量で大きく影響を受け、多過ぎるとメ
ゾレンジが狭くなり、少な過ぎるとΔＶが大きく
ならない。 また、有効成分として、 (1) チオエステル成分 を一般に５〜70重量％、好ましくは５〜50重量
％、更に好ましくは10〜30重量％、 (2) エステルシクロヘキサン成分 を一般に５〜70重量％、好ましくは５〜50重量
％、更に好ましくは５〜30重量％、 (3) シアノピリミジン系成分 （式中、R₄はペンチル基またはヘプチル基
である）を一般に５〜60重量％、好ましくは５
〜50重量％、更に好ましくは５〜30重量％、な
どを含めるとよい。 また、任意成分として、例えば、 (4) シクロヘキサン系成分 （式中、R₅はエチル基、プロピル基、ペン
チル基またはヘプチル基、R₆はシアノ基であ
る。）、 (5) アゾキシ系成分 （式中、R₇はメトキシ基またはエチル基、
R₈はブチル基またはエチル基である。） (6) シアノターフエニル系成分 （式中R₉はペンチル基である。）、あるいは (7) ジオキサン系成分 （式中R₁₀はプロピル基、ブチル基、ペンチ
ル基、ヘキシル基またはヘプチル基である。）
を、それぞれ、一般に２〜40重量％、好ましく
は２〜30重量％、更に好ましくは２〜10重量
％、また、 (8) コレステリツク液晶を一般に７〜30重量％、
好ましくは７〜20重量％、更に好ましくは９〜
16重量％含めてもよい。 これらの有効成分あるいは任意成分を適当に配
合することによつて、用途に応じて、使用温度、
コントラスト、駆動電圧、書き込み速度などを適
当に選択することができる。 使用温度は５〜40℃が、コントラスト比（透
過）は１：12以上が、駆動電圧は低いほど良い。
書き込み速度10ms／line以下を達成するために
も、これらの有効成分を使う。一般に、エステル
系（チオエステルを含む）は使用温度を拡げ、書
き込みを速くする。ピリミジン系は駆動電圧を下
げ、書き込みを速くする。シクロヘキサン系は使
用温度（特に低温側を）を拡くする。アゾキシ系
はコントラスト比を増加する。ターフエニル系は
使用温度（特に高温側を）を拡くする。ジオキサ
ン系は駆動電圧を下げる。コレステリツクはΔＶ
の大小、使用温度に影響する。 発明の実施例 例 １ 下記組成からなる液晶組成物Ａを各成分を混合
することによつて作成した。

【表】

【表】 ガラス基板に走査線500本の透明電極（ITO）
をパターニングした後、洗浄し、酸素プラズマで
表面を処理してから、エポキシ系接着剤で間隔12
μｍに組み付け、単純Ｘ，Ｙマトリツクス表示の
液晶パネルを作成し、それに上記液晶組成物を封
入した。この液晶表示装置において、白濁状態か
ら徐々に印加電圧を上げた場合と、高い電圧を印
加して透明状態にしてから印加電圧を徐々に下げ
た場合の液晶セルの透明度を測定して液晶組成物
の電圧ヒステリシスを調べた。透明度の測定は
He−Neレーザー光を光源とし、液晶に照射し、
透過光をシリコンフオトセルで検出し、その強弱
により光学的変化を電気的変化に変換する。その
結果を第３図に示す。 例 ２ 下記組成からなる液晶組成物Ｂを作成した。

【表】 ヒステリシスを調べた。その結果を第４図に示
す。 例 ３ 下記組成からなる従来形のシクロヘキサン−ア
ゾキシ系蓄積型液晶組成物Ｃを作成した。

【表】 す。 例 ４ 下記組成からなるもう１つの従来形のシクロヘ
キサン−アゾキシ系蓄積型液晶組成物Ｄを作成し
た。

【表】 例１同様にして、液晶組成物Ｄの光透過率の電
圧ヒステリシスを調べた。その結果を第６図に示
す。 第３図〜第６図から、前に定義した電圧ヒステ
リシス幅ΔＶを求めた。その結果は下記の通りで
ある。 液晶組成物 電圧ヒステリシス幅 Ａ 3.3V Ｂ 3.2V Ｃ 0V Ｄ 0V 例 ５ 例１と同様にして、走査線80×120ライン、有
効表示面積60×90mm²の単純Ｘ，Ｙマトリツクス表
示液晶パネルを作成し、例１と同じ液晶組成物Ａ
を封入した。この液晶表示装置を用い、前に説明
した新駆動方法に従つて駆動した。保持電圧Ｖ_d
は±22.5Vである。反射コントラスト比は１：５
以上であつた。そして、５時間経てもコントラス
トは低下しなかつた。 発明の効果 以上の説明から明らかなように、本発明によ
り、電圧ヒステリシス幅の大きい蓄積型液晶組成
物が提供され、高表示品質で大表示容量、かつキ
ーボード対応が可能な液晶表示装置が提供され
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はコレステリツク−ネマチツク混合液晶
の印加電圧−光透過率変化を示す図、第２図は液
晶分子配列を示す図、第３図および第４図は本発
明の実施例の液晶組成物の電圧ヒステリシスを示
す図、第５図および第６図は従来例の液晶組成物
の電圧ヒステリシスを示す図である。 １，１′……液晶分子、２……基板、３，４…
…偏光板、Ｈ，H′……ホメオトロピツク状態、
Ｆ，Ｆ_p……フオーカルコニツク状態、Ｖ_d……保
持電圧、ΔＶ……電圧ヒステリシス幅。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ (i) 一般式： （式中、R¹は炭素原子数２〜９個の直鎖ア
   ルキル基である。） を有するシアノビフエニル系成分10〜90重量パ
   ーセントと、 (ii) 式： （式中、R²はブチル基またはペンチル基で
   あり、R³はメトキシ基、エトキシ基またはペ
   ントキシ基である。） を有するチオエステルシクロヘキサン系成分５
   〜70重量パーセントと、 (iii) 式： を有する４−シアノ−4′−２−メチルブチルビ
   フエニル７〜30重量パーセントとを含んで成る
   ことを特徴とする液晶組成物。 ２ コレステリツク−ネマチツク相転移形の蓄積
   型液晶組成物を用い、印加電圧に対するヒステリ
   シスに基づいて同一の保持電圧で光学的に異なる
   ２つの安定状態を保持して表示を行なう液晶表示
   装置であつて、該液晶組成物が(i)一般式： （式中、R¹は炭素原子数２〜９個の直鎖アル
   キル基である。）を有するシアノビフエニル系成
   分10〜90重量パーセントと、(ii)式： （式中、R²はブチル基またはペンチル基であ
   り、R³はメトキシ基、エトキシ基またはペント
   キシ基である。）を有するチオエステルシクロヘ
   キサン系成分５〜70重量パーセントと、式(iii)： を有する４−シアノ−4′−２−メチルブチルビフ
   エニル７〜30重量パーセントとを含んで成る液晶
   表示装置。