JP2000345163A - 液晶媒体及び該液晶媒体を含有する液晶表示素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＡＭ−ＬＣＤに求められる種々の特性を満足
し、かつ、しきい値電圧が低く、広いネマティック温度
範囲、低い粘性を有し、高速応答性が優れ、高い保持率
を高温度まで維持できる液晶組成物およびこれを使用し
た液晶表示素子を提供する、若しくは従来より上記の欠
点を改善した液晶組成物・液晶表示素子の提供。 【解決手段】 一般式（１）、一般式(２) 【化１】 （Ｒ：独立してＣ数１〜１５のアルキル、アルケニル
等、Ａ₁、Ａ₂：1,4-フェニレン、トランス-1,4-シクロ
ヘキシレン等、Ａ₃、Ａ₄：1,4-フェニレン、トランス-
1,4-シクロヘキシレン等、Ｚ₁、Ｚ₂：単結合、CH₂CH
₂等、Ｚ₃、Ｚ₄：COO、OCO、CH₂O等、ｐ、ｑ：０、１、
ｎ：０、１、２、Ｙ₁、Ｙ₂：Ｆ原子、Ｃｌ原子、Ｑ₁：O
CH₂、OCF₂、OCHF、Ｑ₂：単結合、CF₂、OCF₂、OCHF）の
化合物群から選ばれる化合物を含有するネマチック液晶
組成物を使用する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は正の誘電異方性を有
するフッ素系化合物及びデカリン誘導体を含有する液晶
媒体に関し、およびこの媒体を含有するディスプレイに
関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示素子は、電卓のディスプレイと
して登場して以来、コンピューターの開発と歩みを同じ
くして、ＴＮ( Twisted Nematic )モードからＳＴＮ( S
upertwisted Nematic )モードへと表示容量を増やし、
コンピューターと人とのインターフェースとして広く普
及してきた。特に、各画素に薄膜トランジスタをつけた
アクティブマトリクス液晶表示素子(ＡＭ―ＬＣＤ)は、
ＣＲＴにも代替できる高画質を備え、フラット化・省エ
ネルギー化の後押しを受けて、もっとも将来性のあるデ
ィスプレイとして期待されている。

【０００３】ＡＭ−ＬＣＤではコントラストを上げるた
めに、各画素に薄膜トランジスタやダイオードのスイッ
チング素子をつけて、画素に電圧を供給する。

【０００４】ＡＭ−ＬＣＤはＴＮ・ＳＴＮのパッシブ駆
動方式とは異なり、スイッチング素子を通して、各画素
に数十msec毎に電荷を供給することにより駆動する。こ
のため、電荷が供給されてから数十msec後の次の書き込
み時間までの間は、与えられた電荷を完全に保持できな
いと、表示の悪化をきたすことになる。電荷が逃げると
電極間の電位が下がり、透過光強度が変化してコントラ
ストが低下してしまう。このため、ＡＭ−ＬＣＤでは、
高い電圧保持特性が求められる。高い電圧保持特性を得
るため、ＡＭ−ＬＣＤ用液晶組成物は、高比抵抗を維持
しやすい材料を取捨選択して使用する必要がある。

【０００５】近年携帯を目的としたノート型コンピュー
ターの需要が高まり、長時間のバッテリー駆動を可能と
する低消費電力の要請が強まっている。低消費電力には
低電圧で駆動できるしきい値電圧の低い液晶組成物が求
められている。しきい値電圧を低くするためには、誘電
率異方性Δεを大きくする材料が必要であるが、誘電率
異方性が大きい系では、粘性が増大し、レスポンスが悪
化することに加え、周囲の汚染の影響を受けやすくなる
ため、高抵抗を維持することが難しくなるという問題が
あった。このため、ＡＭ−ＬＣＤ用組成物には、 （１）高い電圧保持率 （２）屋外でも使用できる広い液晶温度範囲 （３）高温条件でも使用できる安定性 （４）低いしきい値電圧 （５）色づきを防ぎ、広い視角で最適なコントラストを
得るために、調節可能なΔｎ が求められている。

【０００６】従来の液晶組成物は、これらの要請に必ず
しも応えることができず、高温での電圧保持率の低下に
よるコントラスト低下、低温での結晶析出やスメクチッ
ク相の発現が見られた。また、屋外の高温やＵＶ光・太
陽光暴露下に放置されると、保持率低下や表示不良がみ
られた。

【０００７】すなわち、高いネマチックーアイソトロピ
ック転移温度、低いクリスタル（若しくはスメクチッ
ク）転移温度、低電圧駆動可能な低いしきい値電圧、高
速応答を可能とする低粘性、かつ高温での高い保持率を
同時に満足する液晶組成物及び液晶表示素子はなかっ
た。たとえば、ＷＯ９４０３５５８号には、トリフルオ
ロ化合物とジフルオロ化合物とを用いた液晶組成物の例
が開示されているが、液晶温度範囲が狭かったり、しき
い値電圧が高い等多くの問題点を抱えているのが現状で
ある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、電気
光学表示素子、特に上記のアクティブマトリクス駆動を
行うＡＭ−ＬＣＤに求められる種々の特性を満足し、か
つ、しきい値電圧が低く、広いネマティック温度範囲、
低い粘性を有し、高速応答性が優れ、高い保持率を高温
度まで維持できる液晶組成物及びこれを使用した液晶表
示素子を提供する、若しくは従来より上記の欠点を改善
した液晶組成物・液晶表示素子を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】以下詳細に本発明を説明
する。

【００１０】発明の第１は、正の誘電異方性を有する極
性化合物の混合物を基礎とする液晶媒体であって、式
（１）

【００１１】

【化５】

【００１２】（式中、Ｒは、炭素数１〜１５のアルキル
基または炭素数２〜１５のアルケニル基で有り、この基
は、非置換であるか、あるいは置換基として少なくとも
１個のハロゲンを有しており、そしてこれらの基中に存
在する１個または２個以上のCH ₂基は、それぞれ独立し
て、O原子が相互に直接結合しないものとして、-O- 、-
S- 、-CO- 、-COO- 、-OCO- 、-OCO-O-により置き換え
られても良い。Ａ₁及びＡ₂は、それぞれ相互に独立し
て、 (a)トランス-1,4―シクロへキシレン基（この基中に存
在する１個のCH2基または隣接していない２個以上のCH₂
基は -O- 及び／または -S- に置き換えられてもよい） (b)1,4-フェニレン基（この基中に存在する１個のCH₂基
または隣接していない２個以上のCH₂基は -N- に置き換
えられてもよい） (c)1,4-シクロヘキセニレン、1,4-ビシクロ(2.2.2)オク
チレン、ピペリジン-1,4-ジイル、ナフタレン-2,6-ジイ
ル、デカヒドロナフタレン-2,6-ジイル及び1,2,3,4-テ
トラヒドロナフタレン-2,6-ジイルからなる群より選ば
れる基であり、上記の基(a)、基(b)、基(c)はCNまたは
ハロゲンで置換されていても良い。Ｚ₁及びＺ₂は、それ
ぞれ独立して、単結合、-CH₂CH₂- 、-(CH₂)₄-である。
Ｘ₁、Ｘ₂は、それぞれ独立して、ＨまたはＦであり、
ｐ、ｑは、０または１であり、Ｙ₁は、ＦまたはＣｌで
あり、Ｑ₁は、-OCH₂- 、-OCF₂- または -OCHF- であ
る。）の１種またはそれ以上の化合物及び式（２）

【００１３】

【化６】

【００１４】（式中、Ｒは、互いに独立して式（１）で
のＲの定義と同じであり、Ａ₃及びＡ₄は、それぞれ相互
に独立して、 (d)トランス-1,4―シクロへキシレン基（この基中に存
在する１個のCH₂基または隣接していない２個以上のCH₂
基は -O- 及び／または -S- に置き換えられてもよい） (e)1,4-フェニレン基（この基中に存在する１個のCH₂基
または隣接していない２個以上のCH₂基は -N- に置き換
えられてもよい） (f)1,4-シクロヘキセニレン、1,4-ビシクロ(2.2.2)オク
チレン、ピペリジン-1,4-ジイル、ナフタレン-2,6-ジイ
ル及び1,2,3,4-テトラヒドロナフタレン-2,6-ジイルか
らなる群より選ばれる基であり、上記の基(d)、基(e)、
基(f)はCNまたはハロゲンで置換されていても良い。Ｚ₃
、Ｚ₄は、それぞれ独立して、-COO- 、-OCO- 、-CH₂O-
、-OCH₂- 、-CH₂CH₂- 、-CH=CH- 、-C≡C- 、-(CH₂)₄-
、-CH=CH-CH₂CH₂- 、-CH₂CH₂-CH=CH- または単結合で
ある。Ｘ₃ 、Ｘ₄は、それぞれ独立して、Ｘ₁ 、Ｘ₂と同
じ定義であり、ｎは、０、１または２であり、Ｙ₂は、
Ｙ₁と同じ定義であり、Ｑ₂は、単結合、-CF₂- 、-OCF₂-
または -OCHF- である。）の一種またはそれ以上の化
合物を含有することを特徴とする液晶媒体に関する。

【００１５】本発明の第２は、少なくとも２種以上の式
（２）の化合物を含むことを特徴とする本発明の第１記
載の液晶媒体に関する。

【００１６】本発明の第３は、本発明第１記載の式
（２）の化合物として、下記の(2-1)〜(2-6)から選ん
だ、少なくとも１種の化合物を含むことを特徴とする本
発明の第１または第２記載の液晶媒体に関する。

【００１７】

【化７】

【００１８】（式中、Ｒは、互いに独立して、式（２）
のＲと同じ定義であり、Ｚは、それぞれ独立して、-CH₂
CH₂- 、-CH=CH- 、-C≡C- 、-(CH₂)₄- 、または単結合
である。） 本発明の第４は、本発明第１の発明に記載の式（２）の
化合物として、本発明の第３発明記載の(2-1)〜(2-6)か
ら選んだ、少なくとも２種以上の化合物を含むことを特
徴とする本発明第１、２または３記載の液晶媒体に関す
る。

【００１９】本発明の第５は、本発明第１記載の式
（１）の化合物として、下記の(1-1)〜(1-6)から選ん
だ、少なくとも１種の化合物を含むことを特徴とする本
発明第１、２、３または４記載の液晶媒体に関する。

【００２０】

【化８】

【００２１】（式中、Ｒは、互いに独立して、式（１）
のＲと同じ定義であり、Ｙ₃は、それぞれ独立して、 -O
CF₃- 、-OCHF₂- または OCH₂F- である。） 本発明の第６は、本発明第１記載の液晶媒体であって、
少なくとも 65℃のネマチック-アイソトロピック転移温
度、-20℃より低いネマチック-クリスタル（若しくはス
メクティック）転移温度を有し、かつ 25℃での光学異
方性が 0.07から0.20にあり、25℃での誘電率異方性が3
以上であり、20℃での粘度が 35mPa・s以下であることを
特徴とする本発明第１、２、３、４または５記載の液晶
媒体に関する。

【００２２】本発明の第７は、本発明第１、２、３、
４、５または６記載の液晶媒体を含むことを特徴とする
電気光学表示素子に関する。

【００２３】本発明の液晶媒体に用いられる一般式
（２）の化合物はＷＯ９１／０３４５０や特開平２−２
３３６２６に記載の化合物であって、フルオロ系の化学
的に安定性の高い液晶化合物である。しかしこれらの化
合物だけでは、得られる組成物は析出やスメクチック発
現等の問題があった。また、式（１）記載の化合物は、
Δｎが比較的小さく化学的に安定な低粘性化合物であ
る。本発明は、アクティブ用液晶媒体の組成検討を鋭意
行った結果、これらの化合物を組み合わせることによ
り、本願発明が可能となった。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下に本発明の一例について説明
する。

【００２５】本発明の特徴は、式（１）で表される化合
物より少なくとも１種及び式（２）で表される化合物よ
り少なくとも１種からなる液晶媒体である。式（２）で
表される化合物としては、Ｒは１〜１０のアルキル基若
しくは２〜１０のアルケニル基が好ましく、Ａ₃ 、Ａ₄
はトランス-1,4-シクロヘキシレン基、1,4-フェニレン
基、ナフタレン-2,6-ジイル基、1,2,3,4-テトラヒドロ
ナフタレン-2,6-ジイル基が好ましく、Ｘ₃、Ｘ₄はいず
れかがＦであることが好ましく、さらに好ましいのは両
方ともＦである。ｎは0または１が好ましい。Ｙ₁、Ｙ₂
はＦであることが好ましく、Ｑ₁は -OCHF-、-OCF₂- が
好ましく、Ｑ₂は単結合、-OCHF-、-OCF₂- が好ましく、
特にＱ₁は OCHF-であることが好ましい。また連結基
Ｚ₃、Ｚ₄は、単結合、-CH₂CH₂-、-(CH₂)₄-、-C≡C-であ
ることが好ましく、単結合が特に好ましい。さらに式
（２）の化合物の中では、式(2-1)〜(2-6)の化合物が特
に好ましく、さらに好ましくは式(1-1)〜(1-6)の連結基
Ｚは単結合が好ましい。式（１）の化合物としては、Ａ
₁、Ａ₂はトランス-1,4-シクロヘキシレン基、1,4-フェ
ニレン基が好ましく、トランス-1,4-シクロヘキシレン
基が特に好ましい。また、連結基Ｚ₁、Ｚ₂は単結合、-C
H₂CH₂-が好ましく、特に単結合が好ましい。式(1-1)〜
(1-6)が更に好ましい。

【００２６】式（１）と式（２）の好ましい組み合わせ
としては、式（２）化合物

【００２７】

【化９】

【００２８】と式（１）の化合物

【００２９】

【化１０】

【００３０】の組み合わせが好ましい。

【００３１】

【実施例】以下、実施例をあげて本発明を更に詳述する
が、本発明はこれらの実施例に限定されるものではな
い。

【００３２】実施例中、測定した特性は以下の通りであ
る。

【００３３】Ｔni：ネマチック−アイソトロピック転移
温度（℃） Ｔ-n：クリスタル又はスメクチック−ネマチック転移温
度（℃） Ｖth：セル厚６μｍのTN-LCDに注入した時のしきい値電
圧（Ｖ） （電圧無印加時の輝度から１０％輝度が低下したときの
電圧） △ε ：25℃での誘電率異方性 （-） △ｎ ：25℃での複屈折率（-） η ：20℃での粘度（mPa・s） ＨＲ ：80℃での保持率（％）（セル厚６μｍのTN-LCD
に注入し、5V印加、フレームタイム20ms、ハ゜ルス幅64μsで測定し
たときの測定電圧と初期印加電圧との比を％で表した
値） （実施例１） 常法に従い、下記の組成比（％は重量
％）の組成物を作製したところ、高い保持率（ＨＲ＝９
９％）を有する液晶組成物が得られた。また他の物性値
は、Tni =８１℃、Ｔ-n = −７０℃、Δε= ５.２、Δn
= ０．０７８であった。

【００３４】

【化１１】

【００３５】（実施例２） 実施例１と同様の方法で、
下記の組成比（％は重量％）の組成物を作製したとこ
ろ、高い保持率（ＨＲ＝９９％）を有する液晶組成物が
得られた。また他の物性値は、Tni =７８℃、Ｔ-n = −
７０℃、Δε= ４.２、Δn = ０．０８２であった。

【００３６】

【化１２】

【００３７】（実施例３） 実施例１と同様の方法で、
下記の組成比（％は重量％）の組成物を作製したとこ
ろ、高い保持率（ＨＲ＝９９％）を有する液晶組成物が
得られた。また他の物性値は、Tni =８６℃、Ｔ-n = −
７０℃、Δε= ４.６、Δn = ０．０８９であった。

【００３８】

【化１３】

【００３９】（実施例４） 実施例１と同様の方法で、
下記の組成比（％は重量％）の組成物を作製したとこ
ろ、Tni =９７．１℃、Ｔ-n = ５℃、Ｖth = １．９
６、Δε=４.３、Δn = ０．０８６の物性値を有する液
晶組成物が得られた。

【００４０】

【化１４】

【００４１】（比較例１） 実施例１と同様の方法で、
下記の組成比（％は重量％）の組成物を作製したとこ
ろ、Tni =８０．４℃、Ｔ-n = １０℃、Ｖth = １．９
０、Δε=４.０、Δn = ０．０８１の物性値を有する液
晶組成物が得られた。

【００４２】

【化１５】

【００４３】

【発明の効果】本発明の液晶材料の組み合わせにより、
ＡＭ−ＬＣＤに求められる種々の特性を満足し、かつ、
しきい値電圧が低く、広いネマティック温度範囲、低い
粘性を有し、高速応答性が優れ、高い保持率を高温度ま
で維持できる液晶組成物およびこれを使用した液晶表示
素子を提供することができた。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 竹内 清文 東京都板橋区高島平１−67−12 Ｆターム(参考） 4H027 BA01 BC04 BD01 BD02 BD03 BD05 BD08 BD10 BE02 BE03 BE05 CQ04 CT02 CT04 CU04 CW02 DK04 DM03 DM04 DM05

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 正の誘電異方性を有する極性化合物の混
   合物を基礎とする液晶媒体であって、式（１） 【化１】 （式中、Ｒは、炭素数１〜１５のアルキル基または炭素
   数２〜１５のアルケニル基で有り、この基は、非置換で
   あるか、あるいは置換基として少なくとも１個のハロゲ
   ンを有しており、そしてこれらの基中に存在する１個ま
   たは２個以上のCH ₂基は、それぞれ独立して、O原子が相
   互に直接結合しないものとして、-O- 、-S- 、-CO- 、-
   COO- 、-OCO- 、-OCO-O-により置き換えられても良い。
   Ａ₁及びＡ₂は、それぞれ相互に独立して、 (a)トランス-1,4―シクロへキシレン基（この基中に存
   在する１個のCH2基または隣接していない２個以上のCH₂
   基は -O- 及び／または -S- に置き換えられてもよい） (b)1,4-フェニレン基（この基中に存在する１個のCH₂基
   または隣接していない２個以上のCH₂基は -N- に置き換
   えられてもよい） (c)1,4-シクロヘキセニレン、1,4-ビシクロ(2.2.2)オク
   チレン、ピペリジン-1,4-ジイル、ナフタレン-2,6-ジイ
   ル、デカヒドロナフタレン-2,6-ジイル及び1,2,3,4-テ
   トラヒドロナフタレン-2,6-ジイルからなる群より選ば
   れる基であり、上記の基(a)、基(b)、基(c)はCNまたは
   ハロゲンで置換されていても良い。Ｚ₁及びＺ₂は、それ
   ぞれ独立して、単結合、-CH₂CH₂- 、-(CH₂)₄-である。
   Ｘ₁、Ｘ₂は、それぞれ独立して、ＨまたはＦであり、
   ｐ、ｑは、０または１であり、Ｙ₁は、ＦまたはＣｌで
   あり、Ｑ₁は、-OCH₂- 、-OCF₂- または -OCHF- であ
   る。）の１種またはそれ以上の化合物及び式（２） 【化２】 （式中、Ｒは、互いに独立して式（１）でのＲの定義と
   同じであり、Ａ₃及びＡ₄は、それぞれ相互に独立して、 (d)トランス-1,4―シクロへキシレン基（この基中に存
   在する１個のCH₂基または隣接していない２個以上のCH₂
   基は -O- 及び／または -S- に置き換えられてもよい） (e)1,4-フェニレン基（この基中に存在する１個のCH₂基
   または隣接していない２個以上のCH₂基は -N- に置き換
   えられてもよい） (f)1,4-シクロヘキセニレン、1,4-ビシクロ(2.2.2)オク
   チレン、ピペリジン-1,4-ジイル、ナフタレン-2,6-ジイ
   ル及び1,2,3,4-テトラヒドロナフタレン-2,6-ジイルか
   らなる群より選ばれる基であり、上記の基(d)、基(e)、
   基(f)はCNまたはハロゲンで置換されていても良い。Ｚ₃
   、Ｚ₄は、それぞれ独立して、-COO- 、-OCO- 、-CH₂O-
   、-OCH₂- 、-CH₂CH₂- 、-CH=CH- 、-C≡C- 、-(CH₂)₄-
   、-CH=CH-CH₂CH₂- 、-CH₂CH₂-CH=CH- または単結合で
   ある。Ｘ₃ 、Ｘ₄は、それぞれ独立して、Ｘ₁ 、Ｘ₂と同
   じ定義であり、ｎは、０、１または２であり、Ｙ₂は、
   Ｙ₁と同じ定義であり、Ｑ₂は、単結合、-CF₂- 、-OCF₂-
   または -OCHF- である。）の一種またはそれ以上の化
   合物を含有することを特徴とする液晶媒体。
2. 【請求項２】 少なくとも２種以上の式（２）の化合物
   を含むことを特徴とする請求項１記載の液晶媒体。
3. 【請求項３】 請求項１記載の式（２）の化合物とし
   て、下記の(2-1)〜(2-6)から選んだ、少なくとも１種の
   化合物を含むことを特徴とする請求項１または２記載の
   液晶媒体。 【化３】 （式中、Ｒは、互いに独立して、式（２）のＲと同じ定
   義であり、Ｚは、それぞれ独立して、-CH₂CH₂- 、-CH=C
   H- 、-C≡C- 、-(CH₂)₄- 、または単結合である。）
4. 【請求項４】 請求項１記載の式（２）の化合物とし
   て、請求項３記載の(2-1)〜(2-6)から選んだ、少なくと
   も２種以上の化合物を含むことを特徴とする請求項１、
   ２または３記載の液晶媒体。
5. 【請求項５】 請求項１記載の式（１）の化合物とし
   て、下記の(1-1)〜(1-6)から選んだ、少なくとも１種の
   化合物を含むことを特徴とする請求項１、２、３または
   ４記載の液晶媒体。 【化４】 （式中、Ｒは、互いに独立して、式（１）のＲと同じ定
   義であり、Ｙ₃は、それぞれ独立して、 -OCF₃- 、-OCHF
   ₂- または OCH₂F- である。）
6. 【請求項６】 少なくとも 65℃のネマチック-アイソト
   ロピック転移温度、-20℃より低いネマチック-クリスタ
   ル（若しくはスメクティック）転移温度を有し、かつ 2
   5℃での光学異方性が 0.07から0.20にあり、25℃での誘
   電率異方性が3以上であり、20℃での粘度が 35mPa・s以
   下であることを特徴とする請求項１、２、３、４または
   ５記載の液晶媒体。
7. 【請求項７】 請求項１、２、３、４、５または６記載
   の液晶媒体を含むことを特徴とする電気光学表示素子。