JP2001172635A

JP2001172635A - アクティブマトリクス型液晶表示装置

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Publication number: JP2001172635A
Application number: JP35595299A
Authority: JP
Inventors: Shintaro Takeda; 新太郎武田; Hiroyuki Kagawa; 博之香川; Kotaro Araya; 康太郎荒谷; Katsumi Kondo; 克己近藤
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1999-12-15
Filing date: 1999-12-15
Publication date: 2001-06-26

Abstract

(57)【要約】【課題】単環構造液晶化合物を含有する液晶組成物を
用いたアクティブマトリクス型液晶表示装置において、
基板へ液晶注入前後で液晶の特性変化が小さく、且つ高
速応答な液晶表示装置を提供する。【解決手段】液晶層に、一般式（Ｉ）、（II）で表さ
れる化合物をそれぞれ含み、一般式（Ｉ）と一般式（I
I）で表される化合物の組み合わせ、あるいは、一般式
（Ｉ）で表される化合物と末端に一般式（IV）で表され
る構造を有する化合物の組み合わせ、もしくは一般式
（II）と一般式（III）で表される化合物の組み合わせ
のいずれかを含ませる。【化６】

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶表示装置に関
し、特にアクティブマトリス型液晶表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示装置は、一対の基板間に充填さ
れた液晶層の液晶分子に電界を印加し、液晶分子の配向
方向を変化させることによる液晶の光学特性の変化を利
用して表示を行っている。従来のアクティブマトリクス
型液晶表示装置では、液晶の旋光性を利用して表示を行
うツイステッドネマティック（ＴＮ）方式に代表される
ように、上下基板にそれぞれ電極を配置し基板平面に対
してほぼ垂直に電界を印加する方式が用いられてきた。
一方、上下基板のうち一方の基板上に櫛歯状の電極を配
置し電界の印加方向を基板の面内方向に対してほぼ平行
として、液晶の複屈折性を利用して表示を行う横電界
（ＩＰＳ）方式が考案されている（特公昭６３−２１９
０７号公報、特開平５−５０５２４７号公報）。

【０００３】この横電界方式を用いたアクティブマトリ
クス型液晶表示装置は、ＴＮ方式液晶表示装置に比べて
広視野角であるという特徴を有する。また、電極間隔が
セルギャップに等しいＴＮ方式に比べ、横電界方式液晶
表示装置は電極間隔が櫛歯の間隔に相当するので、液晶
の保持容量を小さくすることができ、約一桁程度比抵抗
の小さい液晶材料を用いることができるという特徴を有
する。このことから、横電界方式液晶表示装置は基板間
に充填する液晶材料のバリエーションが広いという利点
がある。例えば、ＴＮ方式液晶表示装置には用いること
ができなかった、シアノ基を分子構造中に持つ液晶化合
物を含む液晶材料を横電界方式液晶表示装置は用いるこ
とができる。

【０００４】また、この横電界方式では駆動電圧及び液
晶の応答時間と液晶材料の物性値との間に、次の〔数
１〕及び〔数２〕に示す関係があることが知られている
（大江昌人、近藤克己、アプライド・フィジクス・レタ
ーズ、６７巻、３８９５−３８９７頁、１９９５年；大
江昌人、近藤克己、アプライド・フィジクス・レター
ズ、６９巻、６２３−６２５頁、１９９６年）。

【０００５】

【数１】τ_off∝γ₁／ｄ²

【０００６】

【数２】Ｖ_th∝｛ｌ×（１／Δε）^1/2｝／ｄここで、τ_offは電圧印加時から無印加時への液晶の応
答時間、γ₁は液晶の回転粘度、ｄは液晶層の厚さ、Ｖ
_thは液晶の閾値電圧、ｌは電極間隔、Δεは誘電率異方
性を表す。

【０００７】前記〔数１〕及び〔数２〕から判るよう
に、粘度γ₁が小さいほど液晶の応答時間τ_offは短くな
る。また、誘電率異方性Δεが大きくなるほど駆動電圧
Ｖ_thは小さくなる。ところで、ほとんどの液晶材料にお
いて、この応答時間と駆動電圧を支配する因子であるγ
₁とΔεには、ほぼ比例関係がある。すなわち、γ₁が小
さくなるとΔεは小さくなり、逆にγ₁が大きくなると
Δεが大きくなるという傾向がある。このことは、横電
界方式において、高速応答性と低駆動電圧性にトレード
オフの関係があることを示している。このため、これま
での横電界方式アクティブマトリクス型液晶表示装置用
の液晶材料では、液晶材料を低粘度化し応答時間を小さ
くすると駆動電圧が上昇し、高Δε化により駆動電圧低
減をはかると応答時間が大きくなるという関係があっ
た。

【０００８】ＴＮ方式や横電界方式液晶表示装置にこれ
まで用いられてきた液晶の液晶分子の構造は、分子構造
中にベンゼン環やシクロヘキサン環、１，３−ジオキサ
ン環などの環状構造を少なくとも２つ以上具有してい
る。ところで液晶の粘度と分子量には、例えば末端置換
基が同一で分子構造が類似している場合、分子量が小さ
くなると粘度が低くなるという関係がある。このこと
は、前述のような多環構造液晶材料において、環状構造
を少なくするとΔεの低下を押さえつつ粘度を低くでき
る可能性を示唆している。これは特開平７−２５８２５
号公報、特開平７−４１４４８号公報、特開平１０−２
１８８０１号公報に開示されるように、従来までの液晶
材料に、単環構造化合物を添加し、粘度の低減を図る試
みへとつながっている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来技術の単環構造化合物のように分子量が小さくな
ると、分子間の相互作用が小さくなり揮発性が高くなる
傾向がある。前述したように、液晶材料は液晶ディスプ
レイの基板間に注入する。液晶ディスプレイの基板間に
液晶材料を注入する場合には、シール樹脂によって張り
合わせた一対の基板内をシール部に設けた開口部より減
圧し、開口部と液晶材料を密着させた後、外部の圧力を
上げ、張り合わせた一対の基板内外の圧力差を利用して
注入する方法が一般的である。この方法によると、液晶
材料の揮発性が高い場合、すなわち前述のように単環材
料を含有した液晶材料を用いた液晶表示装置では、高揮
発性成分が揮発してしまい液晶材料の組成比が変化して
しまう。ゆえに、粘度やΔεが変化し、高速応答性や低
駆動電圧を得られない。

【００１０】このように、前記従来技術である単環構造
化合物を用いた高速応答液晶表示装置では、液晶注入時
における揮発性の点について配慮がされておらず、液晶
注入機に改良を加えなければならないという問題があっ
た。本発明は、前述の問題に鑑み、単環構造液晶化合物
の揮発性を低減して液晶注入時における特性の変化が少
ない液晶材料を用いた液晶表示装置を提供することを目
的とする。換言すると、本発明は、液晶注入前の液晶物
性値から期待される高速応答性を液晶注入後のアクティ
ブマトリクス型液晶表示装置において実現することを目
的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明では、単環構造化
合物の揮発性の低減と液晶の高速応答を実現するため
に、電子供与性を有する置換基及び原子に直接結合して
いるベンゼン環を具有する単環構造化合物と、電子吸引
性を有する置換基及び原子に直接結合しているベンゼン
環を具有する単環構造化合物の間のエネルギーギャップ
を規定し、前述化合物を液晶表示装置の液晶層に含むも
のである。

【００１２】本発明による液晶表示装置の液晶層は、下
記の一般式（Ｉ）で表されるシアノ基やハロゲン原子に
代表される電子吸引基若しくは電子吸引性を持つ原子が
ベンゼン環に結合した単環構造化合物と、一般式（II）
で表されるアルキル基やアルケニル基、アルコキシ基、
アルケニルオキシ基に代表される電子供与基がベンゼン
環に結合した単環構造化合物の組み合わせを含む。ある
いは、本発明による液晶表示装置の液晶層は、一般式
（Ｉ）で表される単環構造化合物と下記の一般式（IV）
で表されるアルキル基、アルケニル基、アルコキシ基、
アルケニルオキシ基に代表される電子供与基がベンゼン
環に結合した構造を末端に有する多環構造化合物とを含
むか、一般式（II）で表される単環構造化合物と一般式
（III）で表されるシアノ基やハロゲン原子に代表され
る電子吸引基若しくは電子吸引性を持つ原子がベンゼン
環に結合した構造を分子構造の末端に有する多環構造化
合物とを含む。

【００１３】すなわち、本発明による液晶表示装置は、
スペーサによって間隔が規定された一対の基板と、一対
の基板間に充填された液晶層と、液晶層を挟んで配置さ
れた一対の偏光板とを備え、液晶層に電界を印加し液晶
分子の配向状態を変化させることにより画像の表示を行
う液晶表示装置において、液晶層は分子構造中に環状構
造を一つ持つ下記の一般式（Ｉ）及び（II）で表される
化合物をそれぞれ１種類以上含有することを特徴とす
る。

【００１４】

【化４】

【００１５】（式中、Ｘはシアノ基又はハロゲン原子を
表し、Ｙ₁，Ｙ₂は、それぞれ独立して、水素原子又はハ
ロゲン原子を表す。また，Ｒ₁，Ｒ₂，Ｒ₃は、それぞれ
独立に炭素数２以上８以下のアルキル基、アルケニル
基、アルコキシ基又はアルケニルオキシ基を表す）液晶層は、前記一般式（Ｉ）及び（II）で表される化合
物に加えて、分子構造の末端に下記一般式（III）で表
される構造を有する化合物及び／又は分子構造の末端に
下記一般式（IV）で表される構造を有する化合物を含ま
せてもよい。

【００１６】

【化５】

【００１７】（式中、Ｘ₂はシアノ基又はハロゲン原子
を表し、Ｙ₃，Ｙ₄は、それぞれ独立して、水素原子又は
ハロゲン原子を表す。また、Ｒ₄は、炭素数２以上８以
下のアルキル基、アルケニル基、アルコキシ基又はアル
ケニルオキシ基を表す）一般式（Ｉ）で表される化合物の最低空軌道のエネルギ
ー準位と一般式（II）で表される化合物の最高被占分子
軌道のエネルギー準位との間のエネルギー差は９．１ｅ
Ｖ以下とするのがよい。

【００１８】一般式（Ｉ）で表される化合物の最低空軌
道のエネルギー準位と分子構造の末端に一般式（IV）で
表される構造を有する化合物の最高被占分子軌道のエネ
ルギー準位との間のエネルギー差、あるいは一般式（I
I）で表される化合物の最高被占分子軌道のエネルギー
準位と分子構造の末端に一般式（III）で表される構造
を有する化合物の最低空軌道のエネルギー準位との間の
エネルギー差が９．１ｅＶ以下とするのがよい。

【００１９】本発明による液晶表示装置は、また、スペ
ーサによって間隔が規定された一対の基板と、一対の基
板間に充填された液晶層と、液晶層を挟んで配置された
一対の偏光板とを備え、液晶層に電界を印加し液晶分子
の配向状態を変化させることにより画像の表示を行う液
晶表示装置において、液晶層は分子構造中に環状構造を
一つ持つ上記一般式（Ｉ）で表される化合物と分子構造
の末端に上記一般式（IV）で表される構造を有する化合
物の組み合わせ、あるいは、上記一般式（II）で表され
る化合物と分子構造の末端に上記一般式（III）で表さ
れる構造を有する化合物の組み合わせを含むことを特徴
とする。

【００２０】このとき、一般式（Ｉ）で表される化合物
の最低空軌道のエネルギー準位と分子構造の末端に一般
式（IV）で表される構造を有する化合物の最高被占分子
軌道のエネルギー準位との間のエネルギー差、あるいは
一般式（II）で表される化合物の最高被占分子軌道のエ
ネルギー準位と分子構造の末端に一般式（III）で表さ
れる構造を有する化合物の最低空軌道のエネルギー準位
との間のエネルギー差が９．１ｅＶ以下であることが好
ましい。

【００２１】液晶層は摂氏０度から摂氏７０度の温度領
域でネマチック相を示すものとすることができる。液晶
表示装置は、液晶層に対して基板面にほぼ平行な電界を
印加するために、一対の基板のうち一方の基板に電極を
有するものとすることができる。液晶表示装置は、ま
た、液晶層に対して基板面にほぼ垂直な電界を印加する
ために、前記一対の基板それぞれに対向するよう、基板
上に電極を有するものとすることができる。

【００２２】

【発明の実施の形態】本発明では、単環構造化合物の揮
発性低減のために、液晶組成物中の液晶分子の分子間相
互作用がより強まる化合物を添加することを特徴とす
る。分子間相互作用を強めるために、電子供与基を有す
る分子の最高被占分子軌道（ＨＯＭＯ）と電子吸引基を
有する分子の最低空軌道（ＬＵＭＯ）のエネルギーギャ
ップが小さくなる化合物の構造を検討した。

【００２３】最初に、単環構造化合物の蒸気圧が、共存
する化合物の置換基によりどのような影響を受けるかを
検討した。図１に、この検討の過程において用いた化合
物を示す。なお、以下特に断りのない限り、分子軌道計
算に分子軌道計算ソフトＭＯＰＡＣ９３（ＡＭ１）を用
いた。表１に、単環構造化合物に添加した二環構造化合
物とその組成を示した。また、表２に、分子軌道計算に
より求めた単環構造化合物（ａ）（以下、図１に示した
化合物を単に化合物（ａ）等のように表記する）のＨＯ
ＭＯと、各液晶組成物の共存する化合物（ｂ），
（ｃ），（ｄ）のＬＵＭＯとのエネルギーギャップを示
した。

【００２４】

【表１】

【００２５】

【表２】

【００２６】表２より、単環構造化合物（ａ）の蒸気圧
は、共存する化合物により異なり、化合物（ｂ），
（ｃ），（ｄ）の順で単環構造化合物（ａ）の蒸気圧が
低減した。また、化合物（ｂ），（ｃ），（ｄ）の順で
単環構造化合物（ａ）との間のエネルギーギャップが
９．３ｅＶ、９．１ｅＶ、８．４ｅＶの順で低下した。
すなわち、エネルギーギャップが低下するにしたがっ
て、単環構造化合物の蒸気圧が低減していることが示さ
れた。

【００２７】図２は、単環構造化合物（ａ）の蒸気圧の
実測値とエネルギーギャップの関係を示した図である。
ここで重要な知見が二点得られた。まず、第１に、エネ
ルギーギャップが９．１ｅＶを超える場合に比べ９．１
ｅＶ以下では、蒸気圧の低下が顕著に見られた。これ
は、図２に示した８．４〜９．１ｅＶ間、９．１〜９．
３ｅＶ間を結ぶ直線の傾きがそれぞれ異なっており、
８．４〜９．１ｅＶ間を結ぶ直線の傾きが、９．１〜
９．３ｅＶ間を結ぶ直線の傾きよりおよそ３０％大きか
ったことから分かった。また、電子供与性基が結合して
いる単環構造化合物の揮発性低減に、フッ素原子よりも
シアノ基を有する化合物と共存することが有効である。
これは、フッ素原子よりもシアノ基の方がエネルギーギ
ャップを小さくすることに効果があることを示してい
る。

【００２８】ここで、二環構造化合物（ｂ），（ｃ），
（ｄ）と同じ置換基を持つ単環構造化合物（ｇ），
（ｈ），（ｉ）と単環構造化合物（ａ）のエネルギーギ
ャップをそれぞれ分子軌道計算から求めところ、それぞ
れ９．２ｅＶ、９．１ｅＶ、８．３ｅＶであった。この
結果は、単環構造化合物と二環構造化合物のエネルギー
ギャップとほぼ同じである。このことから、単環構造化
合物と二環構造化合物を含有する液晶材料で単環構造化
合物の揮発性が低下したように、２種の単環構造化合物
を含有する液晶化合物においても単環構造化合物の揮発
性が低下すると期待される。一方、二環構造化合物に比
べ環状構造が少なく低分子量の単環構造化合物は、粘度
が小さいと予想される。つまり、単環構造化合物と二環
構造化合物の組み合わせにより揮発性低減を図るより
も、２種の異なる単環構造化合物の組み合わせにより揮
発性低減を図る方が低粘度化、すなわち高速応答化を実
現できる。

【００２９】ところで、電子供与性基には分子のＨＯＭ
Ｏを増大させる効果があり、電子吸引性基には分子のＬ
ＵＭＯを減少させる効果があることが知られている。こ
のことから、エネルギーギャップを低減させるには、電
子供与性基を持つ分子と電子吸引性基を持つ分子の組み
合わせが有効である。この電子供与性基を持つ分子と電
子吸引性基を持つ分子の組み合わせは、上記で検討した
単環構造化合物（ａ）と単環構造化合物（ｈ），（ｉ）
あるいは、二環構造化合物（ｃ），（ｄ）の組み合わせ
に相当する。このときエネルギーギャップは９．１ｅＶ
以下であった。

【００３０】以上のような検討に基づき、揮発性の低減
を効果的に実現し高速応答を図るために、本発明では一
般式（Ｉ）で表される化合物のＬＵＭＯと一般式（II）
で表される化合物のＨＯＭＯとの間のエネルギーギャッ
プ、あるいは末端に一般式（III）で表される構造を有
する化合物のＬＵＭＯと一般式（II）で表される化合物
のＨＯＭＯとの間のエネルギーギャップ、又は一般式
（Ｉ）で表される化合物のＬＵＭＯと末端に一般式（I
V）で表される構造を有する化合物のＨＯＭＯとの間の
エネルギーギャップが９．１ｅＶ以下を満たすようにし
た。

【００３１】一方、分子構造中のフッ素原子やシアノ基
の数を増加させることや、分子構造中にシアノ基とフッ
素原子の両方を具有させることは、エネルギーギャップ
のよりいっそうの低減に対して有効であることが分子軌
道計算から示された。例えば、化合物（ｃ）のベンゼン
環上にフッ素原子を更に２個結合させた場合、単環構造
化合物（ａ）とのエネルギーギャップは８．３ｅＶであ
った。また、化合物（ｄ）のベンゼン環上にフッ素原子
を更に２個結合させた場合、単環構造化合物（ａ）との
エネルギーギャップは７．８ｅＶであった。以上のこと
から、シアノ基、又はシアノ基と１又は２個のフッ素原
子を有する単環構造化合物とアルキル基やアルコキシ
基、アルケニル基、アルケニルオキシ基を有する単環構
造化合物の組み合わせでエネルギーギャップがより小さ
くなり、揮発性低減の効果がより有効であると共に高速
応答が実現できる。

【００３２】

【実施例】次に、本発明の実施例について詳細に説明す
る。以下の説明では、特に断りのない限り、組成比は重
量％で表す。粘度、誘電率異方性Δε、応答時間は２
５．０℃で測定した。図３から図６は、以下の比較例と
実施例において用いた液晶表示装置の説明図である。図
３は液晶表示装置の構成を説明する画素部分の横断面
図、図４は液晶表示装置の電極構造を示す平面図、図５
は液晶表示装置の画素部分の詳細を表す図、図６は液晶
表示装置の回路システムを表す図である。なお、ここに
図示した液晶表示装置は、単に説明の都合上の一例とし
て示したものであり、本発明による液晶表示装置がここ
に図示した構造に限定されることを意味するものではな
い。

【００３３】この液晶表示装置は、一対のガラス製の基
板３，３′と、基板３，３′の間に配置される液晶１
と、基板３，３′の上に形成され基板面にほぼ平行な電
界（図３中の符号９で模式的に示される。）を印加する
ための共通電極７及び画素電極６、並びに信号電極５及
び、アクティブ素子である薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）
２０と、ガラス製の基板３上の液晶１に接触する面上に
形成された液晶の配向を制御する配向制御層（以後、配
向膜と称する）４と、液晶の配向状態に応じて光学特性
を変える光学手段の具体例である偏光板２とを備える。
この液晶表示装置では、薄膜トランジスタ２０の作用に
より共通電極７と画素電極６との間に電界９を発生させ
て液晶１の液晶分子を電界９に従って基板３とほぼ平行
な面内で回転させることによって画像表示を行う。以
下、この液晶表示装置の製造方法と、構成の詳細につい
て図３、図４、図５を用いて詳細に説明する。基板３と
しては、厚みが０．７ｍｍで表面を研磨したガラス板を
用いた。基板３上には電極５，６，７，１１の短絡を防
止するための絶縁層８を形成した。

【００３４】図４は、薄膜トランジスタ２０、電極５，
６，７の構造を示し、図４（ａ）は平面図、図４（ｂ）
は図４（ａ）のＡ−Ａ′線に沿った断面図、図４（ｃ）
は図４（ａ）のＢ−Ｂ′線に沿った断面図である。薄膜
トランジスタ２０は、映像信号電極５、画素電極６、走
査信号電極１１及びアモルファスシリコン１２から構成
される。共通電極７と走査信号電極１１はアルミニウム
膜、映像信号電極５と画素電極６はクロム膜をパタ−ン
ニングして形成した。絶縁層８，８′は窒化珪素からな
り、膜厚はそれぞれ０．８μｍ、０．２μｍである。画
素電極６は図４（ａ）において、３本の共通電極７の間
に配置されている。

【００３５】次に、ガラス基板３，３′上に配向膜４を
それぞれ８０ｎｍの膜厚で形成し、その表面には液晶を
配向させるためのラビング処理を施した。基板３′上に
はブラックマトリクス１３のついたカラーフィルタ１４
を形成した。ガラス基板３，３′における配向膜４のラ
ビング方向をお互いにほぼ平行とし、かつ印加電界９の
方向とラビング方向のなす角を７５度とした。これらの
基板間に平均粒径４．０μｍの高分子ビーズをスペーサ
として分散し、基板３，３′を配向膜４が向き合うよう
に重ね合わせた。ガラス基板３，３′を挟む偏光板２は
クロスニコルに配置した。そして、低電圧で暗状態、高
電圧で明状態となるノーマリクローズ特性の表示方式を
採用した。

【００３６】〔実施例１〕シアノ基を有する化合物を含
まず、一般式（III）で示される分子構造の末端にフル
オロベンゼン構造を有する化合物を含む市販液晶材料
に、単環構造化合物（ａ）を１０％添加した液晶材料を
調製した。この市販液晶材料の粘度は１２．７ｍＰａ・
ｓであり、単環構造化合物（ａ）を１０％添加したこと
により粘度は１１．０ｍＰａ・ｓとなった。この単環構
造化合物（ａ）を１０％添加した液晶材料は、Ｎ−Ｉ転
移温度が７０℃であり、摂氏０℃から安定なネマティッ
ク相を示した。この単環構造化合物（ａ）を１０％添加
した液晶材料をガラス基板３，３′間に注入して前述の
液晶表示装置を製造した。この液晶表示装置の応答時間
は２４．０ｍｓｅｃであった。

【００３７】一方、新たに、前述のシアノ基を有する化
合物を含まず、分子構造の末端にフルオロベンゼン構造
を有する化合物を含む市販液晶材料に、単環構造化合物
（ａ）を１０％添加した液晶材料を調製し、この液晶材
料を２Ｐａの真空下に２．５時間放置した。この真空下
に放置した液晶材料を、新たに用意したガラス基板３，
３′間に注入して液晶表示装置を製造した。この液晶表
示装置の応答時間は２５．１ｍｓｅｃであった。すなわ
ち、シアノ基を有する化合物を含まず、一般式（III）
で示される分子構造の末端にフルオロベンゼン構造を有
する化合物を含む市販液晶材料に単環構造化合物（ａ）
を１０％添加した液晶材料を真空下にさらしたところ、
液晶材料の揮発により応答時間が約４．２％増大した。

【００３８】〔比較例１〕実施例１で用いた液晶材料と
全く同じ組成の、シアノ基を有する化合物を含まず、一
般式（III）で示される分子構造の末端にフルオロベン
ゼン構造を有する化合物を含む市販液晶材料をガラス基
板３，３′間に注入して前述の液晶表示装置を製造し
た。この液晶表示装置の応答時間は２６．０ｍｓｅｃで
あった。一方、新たに、前述の市販液晶材料を用意し、
２Ｐａの真空下に２．５時間放置した。この真空下に放
置した液晶材料を、新たに用意したガラス基板３，３′
間に注入して前述の液晶表示装置を製造したところ、そ
の液晶表示装置の応答時間は２７．５ｍｓｅｃであっ
た。すなわち、シアノ基有する化合物を含まず、一般式
（III）で示される分子構造の末端にフルオロベンゼン
構造を有する化合物を含む市販液晶材料を真空下にさら
したところ、液晶材料の揮発により応答時間が約５．８
％増大した。

【００３９】〔実施例２〕一般式（III）で示される分
子構造の末端にシアノベンゼン構造を有する化合物を含
む市販液晶材料に単環構造化合物（ａ）を１０％添加し
た液晶材料を調製した。この市販液晶材料の粘度は１
６．４ｍＰａ・ｓであり、単環構造化合物（ａ）を１０
％添加したことにより粘度は１５．２ｍＰａ・ｓとなっ
た。この単環構造化合物（ａ）を１０％添加した液晶材
料は、Ｎ−Ｉ転移温度が６３℃であり、摂氏０℃から安
定なネマティック相を示した。この単環構造化合物
（ａ）を１０％添加した液晶材料をガラス基板３，３′
間に注入して前述の液晶表示装置を製造した。この液晶
表示装置の応答時間は３０．８ｍｓｅｃであった。

【００４０】一方、新たに、前述の分子構造の末端にシ
アノベンゼン構造を有する化合物を含む市販液晶材料に
単環構造化合物（ａ）を１０％添加した液晶材料を調製
し、この液晶材料を２Ｐａの真空下に２．５時間放置し
た。この真空下に放置した液晶材料を、新たに用意した
ガラス基板３，３′間に注入して前述の液晶表示装置を
製造した。この液晶表示装置の応答時間は３１．７ｍｓ
ｅｃであった。すなわち、一般式（III）に示される分
子構造の末端にシアノベンゼン構造を有する化合物を含
む市販液晶材料に単環構造化合物（ａ）を１０％添加し
た液晶材料を真空下にさらしたところ、液晶材料の揮発
により応答時間が約３．０％増大した。

【００４１】〔比較例２〕実施例２で用いた液晶材料と
全く同じ組成の一般式（III）で示される分子構造の末
端にシアノベンゼン構造を有する化合物を含む市販液晶
材料をガラス基板３，３′間に注入して前述の液晶表示
装置を製造したところ、この液晶表示装置の応答時間は
３３．８ｍｓｅｃであった。一方、新たに、前述の市販
液晶材料を用意し、２Ｐａの真空下に２．５時間放置し
た。この真空下に放置した液晶材料を、新たに用意した
ガラス基板３，３′間に注入して前述の液晶表示装置を
製造したところ、この液晶表示装置の応答時間は３４．
８ｍｓｅｃであった。すなわち、一般式（III）で示さ
れる分子構造の末端にシアノベンゼン構造を有する化合
物を含む市販液晶材料を真空下にさらしたところ、液晶
材料の揮発により応答時間が約３．０％増大した。

【００４２】実施例１と比較例１の結果、あるいは実施
例２と比較例２の結果から、単環構造化合物（ａ）と一
般式（III）の構造を分子末端に有する化合物を含むこ
とにより、液晶材料の揮発性が低減したことが判った。
また一方で、低粘度な単環構造化合物により、高速応答
化も実現できることが判った。以上から、液晶組成物の
エネルギーギャップが９．１ｅＶ以下となる単環構造化
合物を添加することで、単環構造化合物の揮発性の低減
と高速応答化を図ることができることが分かる。

【００４３】また、実施例１および実施例２では本発明
を横電界方式液晶表示装置に適用し、液晶材料の揮発性
低減と高速応答化を図ったが、揮発性の問題や、低粘度
化による高速応答化は、液晶表示装置の表示方式には依
存しない。つまり、揮発性の問題は横電界方式液晶表示
装置以外においても問題となりうるし、低粘度化による
高速応答化は、横電界方式液晶表示装置においても適用
できる。すなわち、本発明によればＴＮ方式液晶表示装
置に代表される、横電界方式液晶表示装置以外の液晶表
示装置においても、液晶封入時における単環構造液晶の
揮発性の問題を解決し、低粘度な単環構造化合物を用い
た高速応答化を図ることができる。

【００４４】

【発明の効果】本発明によると、横電界方式やＴＮ方式
などの縦電界方式の液晶表示装置において、単環構造化
合物と液晶組成物のエネルギーギャップが９．１ｅＶ以
下となる単環構造化合物を添加することで、単環構造化
合物の揮発性の低減と高速応答化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】液晶層に加える化合物例を示す図。

【図２】化合物間のエネルギーギャップと蒸気圧の関係
を示す図。

【図３】横電界方式液晶表示装置の断面の概略を表す
図。

【図４】横電界方式液晶表示装置の櫛場電極基板平面の
概略を表す図。

【図５】横電界方式表示装置の画素部分の詳細を表す図

【図６】液晶表示装置の回路システムの一例を表す図。

【符号の説明】

１…液晶分子、２…偏光板、３，３′…基板、４…配向
制御膜、５…映像信号電極、６…画素電極、７…共通電
極、８，８′…絶縁層、９…電界方向、１０…液晶の配
向方向、１１…走査信号電極、１２…アモルファスシリ
コン、１３…ブラックマトリクス、１４…カラーフィル
ター、１５…平坦化膜、１６…電源回路及びコントロー
ラ、１７…映像信号駆動回路、１８…走査信号回路、１
９…共通信号駆動回路、２０…薄膜トランジスタ

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｇ０２Ｆ 1/137 ５００Ｇ０２Ｆ 1/136 ５００ (72)発明者荒谷康太郎茨城県日立市大みか町七丁目１番１号株式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者近藤克己茨城県日立市大みか町七丁目１番１号株式会社日立製作所日立研究所内Ｆターム(参考） 2H088 EA02 GA02 HA02 HA03 HA08 JA05 KA24 KA30 LA06 LA09 MA07 MA10 2H090 LA04 MA02 MA07 MB01 2H092 GA14 KA05 NA05 PA02 PA03 PA06 PA08 PA09 4H027 BA01 BB03 BC04 BD01 BD03 BD08 BE07 CA01 CA03 CA04 CM01 CM04 CW01 CW02 CW03

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】スペーサによって間隔が規定された一対
の基板と、前記一対の基板間に充填された液晶層と、前
記液晶層を挟んで配置された一対の偏光板とを備え、前
記液晶層に電界を印加し液晶分子の配向状態を変化させ
ることにより画像の表示を行う液晶表示装置において、
前記液晶層は分子構造中に環状構造を一つ持つ下記の一
般式（Ｉ）及び（II）で表される化合物をそれぞれ１種
類以上含有することを特徴とする液晶表示装置。【化１】（式中、Ｘはシアノ基又はハロゲン原子を表し、Ｙ₁，
Ｙ₂は、それぞれ独立して、水素原子又はハロゲン原子
を表す。また、Ｒ₁，Ｒ₂，Ｒ₃は、それぞれ独立に炭素
数２以上８以下のアルキル基、アルケニル基、アルコキ
シ基又はアルケニルオキシ基を表す）
【請求項２】請求項１記載の液晶表示装置において、
前記液晶層は分子構造の末端に下記一般式（III）で表
される構造を有する化合物及び／又は分子構造の末端に
下記一般式（IV）で表される構造を有する化合物を含む
ことを特徴とする液晶表示装置。【化２】（式中、Ｘ₂はシアノ基又はハロゲン原子を表し、Ｙ₃，
Ｙ₄は、それぞれ独立して、水素原子又はハロゲン原子
を表す。また、Ｒ₄は、炭素数２以上８以下のアルキル
基、アルケニル基、アルコキシ基又はアルケニルオキシ
基を表す）
【請求項３】請求項１又は２記載の液晶表示装置にお
いて、一般式（Ｉ）で表される化合物の最低空軌道のエ
ネルギー準位と一般式（II）で表される化合物の最高被
占分子軌道のエネルギー準位との間のエネルギー差が
９．１ｅＶ以下であることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項４】請求項２記載の液晶表示装置において、
一般式（Ｉ）で表される化合物の最低空軌道のエネルギ
ー準位と分子構造の末端に一般式（IV）で表される構造
を有する化合物の最高被占分子軌道のエネルギー準位と
の間のエネルギー差、あるいは一般式（II）で表される
化合物の最高被占分子軌道のエネルギー準位と分子構造
の末端に一般式（III）で表される構造を有する化合物
の最低空軌道のエネルギー準位との間のエネルギー差が
９．１ｅＶ以下であることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項５】スペーサによって間隔が規定された一対
の基板と、前記一対の基板間に充填された液晶層と、前
記液晶層を挟んで配置された一対の偏光板とを備え、前
記液晶層に電界を印加し液晶分子の配向状態を変化させ
ることにより画像の表示を行う液晶表示装置において、
前記液晶層は分子構造中に環状構造を一つ持つ下記一般
式（Ｉ）で表される化合物と分子構造の末端に下記一般
式（IV）で表される構造を有する化合物の組み合わせ、
あるいは、下記一般式（II）で表される化合物と分子構
造の末端に下記一般式（III）で表される構造を有する
化合物の組み合わせを含むことを特徴とする液晶表示装
置。【化３】（式中、Ｘ₁，Ｘ₂は、それぞれ独立に、シアノ基又はハ
ロゲン原子を表し、Ｙ₁，Ｙ₂，Ｙ₃，Ｙ₄は、それぞれ独
立して、水素原子又はハロゲン原子を表す。また、
Ｒ₁，Ｒ₂，Ｒ₃，Ｒ₄は、それぞれ独立に炭素数２以上８
以下のアルキル基、アルケニル基、アルコキシ基又はア
ルケニルオキシ基を表す）
【請求項６】請求項５記載の液晶表示装置において、
一般式（Ｉ）で表される化合物の最低空軌道のエネルギ
ー準位と分子構造の末端に一般式（IV）で表される構造
を有する化合物の最高被占分子軌道のエネルギー準位と
の間のエネルギー差、あるいは一般式（II）で表される
化合物の最高被占分子軌道のエネルギー準位と分子構造
の末端に一般式（III）で表される構造を有する化合物
の最低空軌道のエネルギー準位との間のエネルギー差が
９．１ｅＶ以下であることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項７】請求項５又は６記載の液晶表示装置にお
いて、前記液晶層は摂氏０度から摂氏７０度の温度領域
でネマチック相を示すことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項８】請求項１〜７のいずれか１項記載の液晶
表示装置において、液晶層に対して基板面にほぼ平行な
電界を印加するために、前記一対の基板のうち一方の基
板に電極を有することを特徴とする液晶表示装置。
【請求項９】請求項１〜７のいずれか１項記載の液晶
表示装置において、液晶層に対して基板面にほぼ垂直な
電界を印加するために、前記一対の基板それぞれに対向
するよう、基板上に電極を有することを特徴とする液晶
表示装置。