JP2005247921A - 微粒子を含有する液晶組成物およびそれを用いた液晶表示素子 - Google Patents

微粒子を含有する液晶組成物およびそれを用いた液晶表示素子 Download PDF

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紳一 矢野
Mayumi Tanabe
真裕美 田辺
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Abstract

【課題】 液晶組成物の比抵抗の変動や電圧保持率の低下のない液晶組成物を提供することであり、可視光領域の波長と微粒子の粒子径や屈折率に基づく散乱によるコントラストの低下や表示欠陥がない液晶表示素子を提供する。
【解決手段】 少なくとも1つの液晶性化合物および少なくとも1つの微粒子を含有する液晶組成物とする。液晶性化合物は例えば、式(1)で表される化合物とする。
Figure 2005247921

およびRは水素、炭素数1〜20のアルキル、ハロゲンなどであり、環Aは1,4−シクロヘキシレン、1,4−フェニレンなどであり、Zは単結合または炭素数1〜4のアルキレンなどであり、mは2、3または4である。微粒子を例えば無機質微粒子とする。例えば、微粒子の最大粒子径を0.2μm以下とし、平均粒子径を0.001〜0.1μmとする。
【選択図】 なし

Description

本発明は、液晶組成物および液晶表示素子に関する。さらに詳しくは、微粒子を含有し、そしてネマチック相を有する液晶組成物およびこの組成物を含有する液晶表示素子に関する。
液晶表示素子において、液晶の動作モードに基づいた分類は、PC(phase change)、TN(twisted nematic)、STN(super twisted nematic)、BTN(Bistable twisted nematic)、ECB(electrically controlled birefringence)、OCB(optically compensated bend)、IPS(in-plane switching)、VA(vertical alignment)などである。素子の駆動方式に基づいた分類は、PM(passive matrix)とAM(active matrix)である。PM(passive matrix)はスタティック(static)とマルチプレックス(multiplex)などに分類され、AMはTFT(thin film transistor)、MIM(metal insulator metal)などである。
素子に用いる液晶組成物は、各モードにより要求される物性が異なる。要求される物性の例は、液晶相の温度範囲、粘度、光学異方性、誘電率異方性、しきい値電圧、比抵抗、電圧保持率、弾性定数などである。組成物の物性は、複数の液晶性化合物を混合して調整される。さらに、モードの最適化のため、組成物に微粒子を含有させる場合がある。従来技術としては、液晶化合物と微粒子の常光または異常光での屈折率の違いを利用した光散乱型液晶表示素子、二色性色素の配向が制御されコントラストが向上したゲスト・ホストモード、液晶セルのセル厚の均一性を増し表示品質が向上した強誘電性液晶セルなどがある。
その他にも、微粒子を液晶組成物に含有させる先行文献は知られている(例えば特許文献1〜13参照。)。上記にあげた特性のうち、表示素子の信頼性に関わる特性として、比抵抗および電圧保持率がある。一般的に、液晶組成物中の不純物や水分の存在が、比抵抗や電圧保持率に影響を与えるといわれている。こうした不純物は、液晶の製造プロセス、素子の製造プロセスで混入する。混入による比抵抗の変動、電圧保持率の低下は、液晶表示画面の表示むら、コントラストの低下等の原因となり、表示素子の表示品質を低下させる。このような問題を防ぐために、液晶組成物に微粒子を含有させる場合がある。
1μmの中性のシリカゲル微粒子を5wt%含有させることで、組成物の比抵抗の低下を防いでいる(例えば、特許文献2参照。)。不純物の吸着剤として対向基板間隔(5.5μm)以下である平均粒子径が5μmのAl、SiO粒子を組成物に含有させ、基板シール後に、シール剤からしみだした不純物を取り除き、表示不良を防いでいる(例えば、特許文献3参照。)。このように微粒子は、液晶組成物中の不純物の影響を低減し、素子の信頼性を向上させるのに有効であることがわかっている。その一方で、含有させた微粒子により、それら周辺の液晶分子において、配向乱れや光散乱が生じる恐れがあった。
微粒子の粒径とその含有率と表示素子の透過率の関係が記述されている(例えば、非特許文献1参照。)。粒径が大きくなり、含有率が増加すると、表示素子の透過率が減少する。また同書の第6章には、微粒子の光散乱と粒径の関係が示されている。粒径が可視光線の波長(380〜800nm)より小さい超微粒子(0.1μm以下)では、粒子による光散乱はレイリー散乱が適用され次式で表される。
s=[n−n/n+n×[4π/3λ]×D
(s:散乱係数、D:粒径、λ:波長、n:物質の屈折率、n:分散媒の屈折率)
該微粒子と液晶組成物との屈折率差が大きくなると、組成物中の微粒子の散乱は大きくなる。また、粒径が可視光線の波長よりも大きくなると、組成物中の微粒子の散乱は大きくなる。このように、微粒子を含有させると、液晶の光学的機能を低減させ、透過率の減少、光散乱によるコントラストの低下や表示欠陥などの問題が生じ、表示品質を低下させることがある。
特開平04−52622公報 特開昭62−173438公報 特開2001−42342公報 特開平05−203934公報 特開平06−175110公報 特開平07−114016公報 特開平08−334789公報 特開平10−142638公報 特開平10−148849公報 特開平10−274760公報 特開平11−158470公報 特開平11−287980公報 特開2001−337351公報 微粒子光学体系 第2巻 第13章 株式会社フジ・テクノシステム発行 日本 2002年
液晶表示素子の比抵抗や電圧保持率を低下させる要因の一つは、液晶化合物の製造過程や素子製造工程で混入した不純物や水分である。この不純物は、化合物の製造過程で混入した副生成物やイオン分の精製が不充分であったり、素子製造工程での液晶注入皿の洗浄不足による洗浄成分の混入、シール剤の未反応物質や溶剤の混入、滴下方式での重合開始材、安定材の混入などによるものである。特に、滴下方式では、固化前状態のシール材が液晶組成物と接触しており、著しく不純物の影響を受ける。このような不純物が液晶組成物内に存在すると、一定の電圧を液晶層に印加しても、液晶層の電場に対する応答が部分的に異なってくるので、透過光強度や反射光強度が不均一になり、表示の信頼性を低下させる。
本発明の目的は、液晶表示素子における信頼性の問題を解決するために、微粒子を液晶組成物に分散させることによって、液晶組成物の比抵抗の変動や電圧保持率の低下のない液晶組成物を提供することである。第二の目的は、分散させる微粒子の平均粒径を0.1μmより小さくさせることによって、可視光領域の波長と微粒子の粒子径や屈折率に基づく散乱によるコントラストの低下や表示欠陥がない液晶表示素子を提供することである。
第三の目的は、液晶組成物に分散させる微粒子の材質、粒子径、形状、含有量を最適化させることによって、微粒子が液晶組成物中で光散乱を生じさせることなく、ネマチック相の広い温度範囲、小さな粘度、適切な光学異方性、低いしきい値電圧、大きな比抵抗に関して適切なバランスを有する液晶組成物を提供することである。
第四の目的は、微粒子を液晶組成物に分散させることによって、素子に要求される特性である、ネマチック相の広い温度範囲、小さな粘度、適切な光学異方性、適切な誘電率異方性、低いしきい値電圧、大きな比抵抗等の、複数の特性を充足し、適切なバランスを有する液晶組成物を提供することでもある。この目的は、使用できる温度範囲が広い、応答時間が短い、コントラスト比が大きい、駆動電圧が小さい、消費電力が小さい、電圧保持率が大きい組成物を提供することである。この目的は、この組成物を含有する液晶表示素子を提供することでもある。
本発明は、下記の項1から37などである。
1. 少なくとも1つの液晶性化合物および少なくとも1つの微粒子を含有する液晶組成物。
2. 液晶性化合物が式(1)で表される化合物である項1に記載の液晶組成物。

Figure 2005247921
式(1)において、RおよびRは独立して水素、炭素数1〜20のアルキル、ハロゲン、−C≡C−CN、またはシアノであり、このアルキルにおいて任意の−CH−は、−O−、−S−、−CO−、−CH=CH−、−CF=CF−、−C≡C−、または−SiH−で置き換えられてもよく、そして任意の水素はハロゲンで置き換えられてもよく;環Aは1,4−シクロヘキシレン、1,4−シクロヘキセニレン、1,4−フェニレン、デカヒドロナフタレン−2,6−ジイル、1,2,3,4−テトラヒドロナフタレン−2,6−ジイル、またはナフタレン−2,6−ジイルであり、これらの環において任意の−CH−は、−O−、−S−、−CO−、または−SiH−で置き換えられてもよく、任意の−CHCH−は−CH=CH−で置き換えられてもよく、1,4−フェニレンにおいて任意の−CH=は−N=で置き換えられてもよく、そしてこれらの環において任意の水素はハロゲン、−CF、−CHF、−CHF、−OCF、−OCHF、または−OCHFで置き換えられてもよく;Zは単結合または炭素数1〜4のアルキレンであり、このアルキレンにおいて任意の−CH−は−O−、−S−、−CH=CH−、−CF=CF−、−C≡C−、−CO−、または−SiH−で置き換えられてもよく、そして任意の水素はハロゲンで置き換えられてもよく;そしてmは2、3または4である。
3. 微粒子が、無機質微粒子である項1または2に記載の液晶組成物。
4. 微粒子が、無機酸化物である項1〜3のいずれか1項に記載の液晶組成物。
5. 無機酸化物が、式(A)、(B)および(C)で表される化合物から選択された少なくとも1つである項4に記載の液晶組成物。
MOx (A)
ABOy (B)
A’B’M’O(Z+W) (C)
式(A)、(B)および(C)において、MおよびM’は独立して、遷移金属、半金属、両性金属、および希土類から選択された少なくとも1つの金属元素であり;xおよびzは独立して金属元素Mの価数の1/2の数であり;AおよびA’は独立して、アルカリ土類金属、アルカリ土類金属以外の2A族、稀土類、および両性金属から選択された少なくとも1つの金属元素であり;BおよびB’は独立して、遷移金属から選択された少なくとも1つの金属元素であり;そしてyおよびwは独立して、0から3までの数である。
6. MおよびM’が独立して、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Y、Zr、Nb、Mo、Ru、Rh、Pb、Ag、Hf、Ta、W、Re、Os、Ir、Pt、またはAuである項5に記載の液晶組成物。
7. MおよびM’が独立して、B、Si、Ge、As、Sb、またはBiから選択された少なくとも1つである項5に記載の液晶組成物。
8. MおよびM’が独立して、Al、Ga、Pb、またはSnである項5に記載の液晶組成物。
9. MおよびM’が独立して、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yd、またはLuである項5に記載の液晶組成物。
10. AおよびA’が独立して、Ca、Sr、Ba、またはMgである項5〜9のいずれか1項に記載の液晶組成物。
11. 微粒子が、セラミックスである項1〜3のいずれか1項に記載の液晶組成物。
12. 微粒子が、無機水酸化物である項1〜3のいずれか1項に記載の液晶組成物。
13. 微粒子が、無機炭酸塩である項1〜3のいずれか1項に記載の液晶組成物。
14. 微粒子が、雲母、バーミキュライト、スメクタイト、またはカオリナイト蛇紋石である項1〜3のいずれか1項に記載の液晶組成物。
15. 無機質微粒子が、分散剤、界面活性剤、または有機物質で、表面処理されたハイブリッド無機微粒子である項3〜14のいずれか1項に記載の液晶組成物。
16. 微粒子が有機質微粒子である項1〜2のいずれか1項に記載の液晶組成物。
17. 微粒子がフラーレンまたはデンドリマーである項1〜2のいずれか1項に記載の液晶組成物。
18. 有機質微粒子が、少なくとも1つの樹脂、または少なくとも1つの樹脂を含んだ混合物である項16記載の液晶組成物。
19. 微粒子がハイブリッド微粒子である項1〜2のいずれか1項に記載の液晶組成物。
20. ハイブリッド微粒子が無機分子と金属、無機分子と有機分子、または金属と有機分子の分子レベルで混成した材料からなる項1〜2のいずれか1項に記載の液晶組成物。
21. ハイブリッド微粒子が無機分子と有機分子の分子レベルで混成した材料からなる項19に記載の液晶組成物。
22. ハイブリッド微粒子が、少なくとも1つの金属アルコキシドからなる混合物である項19〜21のいずれか1項に記載の液晶組成物。
23. 無機質微粒子、有機質微粒子とハイブリッド微粒子の少なくとも一種の微粒子を含有する項1〜22のいずれか1項に記載の液晶組成物。
24. 少なくとも1つの微粒子の形状が、球状、楕円体状、立方体状、柱状、板状、片状、粒状、棒状、針状、繊維状、塊状、樹枝状、海綿状、角状、丸み状、または偏平状である項1〜23のいずれか1項に記載の液晶組成物。
25. 少なくとも1つの微粒子が、多孔質である、表面に凹凸を有する、または突起物を有する項1〜24のいずれか1項に記載の液晶組成物。
26. 微粒子の最大粒子径が0.2μm以下である項1〜25のいずれか1項に記載の液晶組成物。
27. 微粒子の最大粒子径が0.1μm以下である項1〜26のいずれか1項に記載の液晶組成物。
28. 微粒子の平均粒子径が、0.001〜0.1μmである項1〜27のいずれか1項に記載の液晶組成物。
29. 微粒子の平均粒子径が、0.001〜0.05μmである項1〜27のいずれか1項に記載の液晶組成物。
30. 母液晶の全重量に基づいて、微粒子が0.1〜30重量%である項1〜29のいずれか1項に記載の液晶組成物。
31. 母液晶の全重量に基づいて、微粒子が0.1〜20重量%である項1〜29のいずれか1項に記載の液晶組成物。
32. 母液晶の全重量に基づいて、微粒子が0.1〜10重量%である項1〜29のいずれか1項に記載の液晶組成物。
33. 液晶組成物が式(2)、(3)および(4)で表される化合物の群から選択された少なくとも一つの化合物を含有する項1〜32のいずれか1項に記載の液晶組成物。

Figure 2005247921
式中、Rは炭素数1〜10のアルキルであり、このアルキルにおいて任意の−CH−は−O−または−CH=CH−で置き換えられてもよく、そして任意の水素はフッ素で置き換えられてもよく;Xはフッ素、塩素、−OCF、−OCHF、−CF、−CHF、−CHF、−OCFCHF、または−OCFCHFCFであり;環Bおよび環Dは独立して1,4−シクロヘキシレン、1,3−ジオキサン−2,5−ジイルまたは任意の水素がフッ素で置き換えられてもよい1,4−フェニレンであり、環Eは1,4−シクロヘキシレンまたは任意の水素がフッ素で置き換えられてもよい1,4−フェニレンであり;ZおよびZは独立して−(CH)−、−(CH)−、−COO−、−CFO−、−OCF−、−CH=CH−、または単結合であり;そしてLおよびLは独立して水素またはフッ素である。
34. 式(5)および(6)で表される化合物の群から選択された少なくとも一つの化合物をさらに含有する項1〜33のいずれか1項に記載の液晶組成物。

Figure 2005247921
式(5)および(6)において、RおよびRは独立して炭素数1〜10のアルキルであり、このアルキルにおいて任意の−CH−は−O−または−CH=CH−で置き換えられてもよく、そして任意の水素はフッ素で置き換えられてもよく;Xは−CNまたは−C≡C−CNであり;環Gは1,4−シクロヘキシレン、1,4−フェニレン、1,3−ジオキサン−2,5−ジイル、またはピリミジン−2,5−ジイルであり;環Jは1,4−シクロヘキシレン、ピリミジン−2,5−ジイルまたは任意の水素がフッ素で置き換えられてもよい1,4−フェニレンであり;環Kは1,4−シクロヘキシレンまたは1,4−フェニレンであり;Zは−(CH−、−COO−、−CFO−、−OCF−、または単結合であり;L、LおよびLは独立して、水素またはフッ素であり;そしてb、cおよびdは独立して0または1である。
35. 式(7)、(8)、(9)、(10)、および(11)で表される化合物の群から選択された少なくとも一つの化合物を含有する項1〜34のいずれか1項に記載の液晶組成物。

Figure 2005247921
式(7)、(8)、(9)、(10)、および(11)において、RおよびRは独立して炭素数1〜10のアルキルであり、このアルキルにおいて任意の−CH−は−O−または−CH=CH−で置き換えられてもよく、任意の水素はフッ素で置き換えられてもよく、そしてRはフッ素であってもよく;環Mおよび環Pは独立して、1,4−シクロヘキシレン、1,4−フェニレンまたはデカヒドロ−2,6−ナフチレンであり;ZおよびZは独立して、−(CH)−、−COO−または単結合であり;そしてLおよびLは独立して水素またはフッ素であり、LとLの少なくとも一つはフッ素である。
36. 式(12)、(13)および(14)で表される化合物の群から選択された少なくとも一つの化合物をさらに含有する項1〜35のいずれか1項に記載の液晶組成物。

Figure 2005247921
式中、RおよびRは独立して炭素数1〜10のアルキルであり、このアルキルにおいて任意の−CH−は、−O−または−CH=CH−で置き換えられてもよく、そして任意の水素はフッ素で置き換えられてもよく;環Q、環Tおよび環Uは独立して、1,4−シクロヘキシレン、ピリミジン−2、5−ジイル、または任意の水素がフッ素で置き換えられてもよい1,4−フェニレンであり;そしてZおよびZ10は独立して−C≡C−、−COO−、−(CH−、−CH=CH−、または単結合である。
37. 項1〜36のいずれか1項に記載の液晶組成物を含有する液晶表示素子。
本発明の液晶組成物および、それを用いた表示素子の効果は次の通りである。[1]比抵抗および電圧保持率が低い組成物において、微粒子添加により比抵抗および電圧保持率を高くできる。[2]比抵抗および電圧保持率が低くない組成物(TFT用フッ素系材料等)において、比抵抗および電圧保持率をより高くできる、あるいは高い状態で維持できる。[3]微粒子の材質の最適化により電気光学特性を改善できる。(閾値電圧低下、光学異方性および誘電率異方性の波長分散の抑制等)[4]本発明の液晶組成物・微粒子分散系では、微粒子の分散が良好であり、凝集が起こりにくく、散乱等の現象が確認されない。分散状態は安定しており、経時変化による凝集や沈降が生じにくい。長期間放置しても凝集による散乱現象は確認されない。
この明細書における用語の使い方は次の通りである。微粒子は、平均粒子径1μm以下の粒子である。有機質微粒子は、分子中に炭素を含み、炭素が原子の中心である有機分子で構成された微粒子である。但し、炭素の酸化物、硫化物、炭酸塩、シアン化合物などは含まない。無機質微粒子は、有機分子以外の、金属、非金属元素が原子の中心である無機分子あるいは金属単体で構成された微粒子である。ハイブリッド微粒子は、有機分子、無機分子、金属単体のうち少なくとも2つが、共有結合、イオン結合、配位結合、水素結合により結合した化合物である微粒子である。
本発明の液晶組成物または本発明の液晶表示素子をそれぞれ「組成物」または「素子」と略すことがある。液晶表示素子は液晶表示パネルおよび液晶表示モジュールの総称である。液晶組成物の主成分は液晶性化合物である。この液晶性化合物は、ネマチック相、スメクチック相などの液晶相を有する化合物および液晶相を有さないが組成物の成分として有用な化合物の総称である。式(1)で表わされる化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物を「化合物(1)」と略すことがある。他の式に関する化合物も同様に略すことがある。
ネマチック相の上限温度を「上限温度」と略すことがある。ネマチック相の下限温度を「下限温度」と略すことがある。「比抵抗が大きい」は、組成物が初期に大きな比抵抗を有し、そして長時間使用したあとでも組成物が大きな比抵抗を有することを意味する。「電圧保持率が大きい」は、素子が初期に大きな電圧保持率を有し、そして長時間使用したあとでも素子が大きな電圧保持率を有することを意味する。光学異方性などの特性を説明するときは、実施例に記載した方法で測定した値を用いる。組成物における成分の割合(百分率)は、組成物の全重量に基づいた重量百分率(重量%)である。
本発明の組成物は、微粒子を含有する液晶組成物であり、ネマチック相の広い温度範囲、小さな粘度、適切な光学異方性、低いしきい値電圧、および大きな比抵抗の特性において、複数の特性を充足する。この組成物は、複数の特性に関して適切なバランスを有する。本発明の素子は、この組成物を含有する。小さな粘度、適切な光学異方性および低いしきい値電圧を有する組成物を含有する素子は、大きな電圧保持率を有し、そしてAM素子に適する。
本発明の組成物は、組成物を次の順で説明する。第一に、成分である微粒子の構成を説明する。第二に、成分である化合物の構成を説明する。第三に主要な特性、および化合物が組成物に及ぼす主要な効果を説明する。第四に、成分である化合物の好ましい割合およびその理由を説明する。第四に、成分である化合物の好ましい形態を説明する。第五に、成分である化合物の具体的な例を示す。第六に、成分である化合物の合成法を説明する。
第一に、成分である微粒子の構成を説明する。液晶組成物に含有させる微粒子の平均粒子径、最大粒子径および添加量について述べる。好ましい平均粒子径は0.001〜0.1μm、より好ましい平均粒子径は0.001〜0.05μmである。材質にもよるが、凝集現象の観点から、平均粒子径は小さい方が好ましく、粒径の分布はシャープな方が好ましい。好ましい最大粒子径は0.2μm以下である。添加量は0.1〜30重量%、好ましくは0.1〜20重量%、より好ましくは0.1〜10重量%。液晶組成物の特性に与える影響の点から、添加量は効果が得られる限り少量であることが好ましい。微粒子の比重は、母液晶の比重に近い方がこのましい。
含有させる微粒子は無機質微粒子、有機質微粒子、ハイブリッド微粒子などであってもよい。無機質微粒子には、セラミックス、無機酸化物、無機水酸化物、無機炭酸塩、雲母、バーミキュライト、スメクタイト、カオリナイト蛇紋石などがある。金属酸化物の金属は、遷移金属、半金属、両性金属、希土類などである。遷移金属は、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Y、Zr、Nb、Mo、Ru、Rh、Pb、Ag、Hf、Ta、W、Re、Os、Ir、Pt、Auなどである。半金属は、金属と非金属の中間の物質であり、B、Si、Ge、As、Sb、Biなどである。両性金属は、Al、Ga、Pb、Snなどである。希土類は、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yd、Luなどである。
無機酸化物は、アルカリ土類金属、アルカリ土類金属以外の2A族、稀土類、および両性金属から選択された金属と、遷移金属との複合酸化物でもよい。金属アルカリ土類金属は、Ca,Sr,Baなどである。アルカリ土類金属以外の2A族は、Mgなどである。
セラミックス、金属酸化物、無機水酸化物、および無機炭酸塩の一例は、ZnO、La、CeF、Bi−Sr−Ca−Cu−O、ZnS、ZrF−BaF−LaF−AlF−NaF、Sn、Sn−Ag、Sn−Bi、SnO、SnO、SnS、SnS、SnTe、SnSe、HSnO、Ga、Ga、GaAs、GaN、GaP、Ga、GaSe、GaSe、GaTe、GaTe、Ga(OH)、GaS、Al、AlF、AlB、Al、AlN、Al(OH)、AlSb、AlAs、AlO3、Al−SiO、Re、Re、ReS、Os、Ir、IrO、IrSi、Pt、PtSi、Au、Au−Ge、Au−Sn、Au−Zn、Au−Sb、Au−Si、Au−Ge−Ni、Au・XHO、W、WO、WO、WC、WB、WS、WSe、WSi、WTe、SiC−WC、WO−TiO、MgWO、Zr(WO、Ta、Ta、TaB、TaB、TaC、TaF、TaN、TaS、TaSi、LiTaO、NaTa、SrTaである。
セラミックス、金属酸化物、無機水酸化物、および無機炭酸塩の例は、Hf、HfO、HfTiO、HfB、HfC、HfN、HfS、HfSi、Ru、RuO、Ru−C、Rh、Pd、PdSi、PdO、Ag、AgO、AgMoO、AgWO、AgCrO、AgVO、AgBr、AgCO、AgSe、AgS、AgTe、Mo、MoO、MoO、MoB、MoB、MoC、MoC、MoS、MoSe、MoSi、MoTe、MoN、HMoO、MoTe、MgMoO、MoAl、MoSi、MoP、MoTe、MoO−TiO、Nb、NbO、NbO、Nb、Nb、NbB、NbB、NbC、NbN、NbS、NbSe、NbAl、NbGa、NbGe、NbSn、NbAl、NbSe、NbSi、NbTe、SrNb、NbSe、FeNb、CaNb、MgNb、Zr、ZrH、Zr−Ni、Al−ZrO、ZrP、ZrO、ZrB、ZrC、ZrH、ZrN、ZrS、ZrSi、Zr(OH)、LiZrO、MgZrO、ZrSiO、ZrTiO、CoZrO、NiZrO、CuZrO、ZnZrO、ZrSe、SrZrO、ZrOである。
セラミックス、金属酸化物、無機水酸化物、および無機炭酸塩の例は、Y、Y、YAlO1、YFeO1、YB、YN、Y、YH、YH、Cu、CuO、CuO、CuFe、CuMoO、CuTiO、CuWO、CuS、CuSi、CuSe、CuSe、CuTe、Cu(OH)、CuP、CuTe、Ni、Ni−Cr、Ni−Cr−Si、Ni−Cr−Al、Ni−Co、Ni−Cu、Ni−Fe、NiO、NiO−SiO、NiFe、NiTiO、NiMoO、NiWO、NiP、NiP、NiS、NiSe、NiSi、NiSi、NiTe、Ni(OH)、Co、CoO、CoS、CoP、CoSe、Fe−Co、CoSi、CoTe、CoP、CoZrO、Co(OH)、Co、CoFe、CoMoO、CoWO、Fe、FeSi、FeC、FeOα−Fe、Fe、Fe、FeTiO、FeMoO、FeWO、FeP、FeS、FeS、FeSe、FeSi、FeN、FeN、FeP、FeSb、FeSe、FeTe、FeV、MnO、MnO、MnCr、MnFe、MnTiO、MnWO、MnCO、MnB、MnCα−MnS、MnSi、MnSe、MnTe、MnSb、MnB、MnGeでもある。
セラミックス、金属酸化物、無機水酸化物、および無機炭酸塩の例は、Cr、Cr、Cr、CrN、CrN、CrF、Cr、CrB、CrB、CrSi、Cr、CrSe、CrTe、Cr−Al、CrO−TiO、Cr(OH)、V、V−P−O、V−Al、V−TiOVN、VI、V、VGa、VSi、VGa、V、V、V、VC、VB、VHx、V、V、Ti、Ti−Al、Ti−Cr、Ti−Fe、Ti−Nb、Ti−Zr、TiO、Ti、TiO、TiO−SiO、Ti、TiBr、TiB、TiC、TiH、TiN、TiS、TiSi、TiSe、CaTiO、TiP、MgTiO、AlTiO、MgTiO、LiTiO、LaTi、MnTiO、BaTiO、FeTiO、FeTiO、ZrTiO、SrTiO、CoTiO、ZnTiO、Sc、Sc、Sc(OH)、ScN、Bi、Bi−Cd、Bi−Pb−Sn−In、Bi−Pb−Sn−Cd、Bi−Pb−Sn、Bi−Sb、Bi、BiMoO、BiWO、2Bi・3ZrO、BiSn、BiTiO1、Si−BN、Bi(OH)、Bi、BiSb、BiSe、BiTe、Sb、SbI、InSb、SnSb、Sb、Sb、Sb、Sb、Sb、SbSe、SbTe、As、AsI、CdAs、CdAs、CoAs、GaAs、InAs、AlAs、As、AsSe、ZnAs、ZnAsでもある。
セラミックス、金属酸化物、無機水酸化物、および無機炭酸塩の例は、Ge、Ge−Al、GeO、GeO、GeS、GeS、GeSe、GeTe、Ge、GeI、GeO−SiO、Si、SiO、SiO、SiC、Si、CrSi、ZrSi、CeSi、WSi、TaSi、TiSi、FeSi、NbSi、VSi、MnSi、MoSi、SiC−Si、Si−C−N、B、B、BPO、BC、BN、HBO、AlB、YbB、GdB、CrB、CoB−CoB、ZrB、CeB、WB、TaB、TiB、FeB、FeB、Cu、NbB、NiB、NiB、HfB、VB、VB、BaB、BSi、MnB、MnB、MoB、MoB、LaB、ErB、MgO、MgF、MgCO、MgNi、MgSi、Mg、Mg、MgS、MgCu、MgGe、Mg(SbO、MgAl、MgAl、MgFe、MgMoO、MgIn、MgGeO、MgZrO、MgSnO、MgWO、MgTiO、MgTiO、MgNb、MgMoO、Mg(OH)、CaO、CaF、CaO・Al、CaSiO、CaSnO、CaTiO、CaNb、CaWO、CaZrO、CaMoO、CaCO、CaF、CaC、CaB、Ca、CaS、CaSi、Ca(OH)、CaC、Sr、SrO、SrFe、SrMoO、SrNb、SrSnO、SrTa、SrTiO、SrV、SrWO、SrZrO、SrAl、SrCO、SrB、SrS、SrSi、BaO、BaO、BaAl、BaFe1O1、BaMoO、BaSeO、BaNb、BaCrO、BaTiO、BaWO、BaZrO、BaSnO、BaAl、Ba(OH)・8HO、BaAl、BaSi、BaB、BaS、BaCOなどでもある。
雲母、バーミキュライト、スメクタイト、およびカオリナイト蛇紋石の例は、フッ素金雲母、フッ素四ケイ素雲母、テニオライト、フッ素バーミキュライト、フッ素ヘクトライト、ヘクトライト、サポナイト、スチブンサイト、モンモリロナイト、バイデライト、カオリナイト、フライポンタイトなどである。
無機質微粒子の例は、ZnO、TiO、CeO、Al、Fe、ZrO、MgF、SiO、SrCO、Ba(OH)、Ca(OH)、Ga(OH)、Al(OH)、Mg(OH)、Zr(OH)などである。有機質微粒子は、フラーレン、デンドリマーなどである。有機質微粒子は、1つ以上の樹脂からなる1つ以上の樹脂の混合物でもある。
フラーレンはボール状のC60、C70など、チューブ状のカーボンナノチューブ、カーボンナノホーンなどである。デンドリマーとは、中心の核に、枝分かれを持つ樹木のような構造の分子を1つでも持っている化学物質である。一般には、枝分かれを持つ樹木のような構造の分子を数本持っている。
微粒子に用いる樹脂は下記のモノマーを乳化重合することにより得られる。モノマーは、芳香族ビニルベンゼン、シアン化ビニル化合物、アクリル酸エステルモノマー、メタクリル酸エステルモノマー、モノまたは、ジカルボン酸およびジカルボン酸の酸無水物、アミド系モノマー、イオン性モノマーなどを用いることができる。芳香族ビニルベンゼンとしては、α−メチルスチレン、フルオロスチレン、ビニルピリジン、ジビニルベンゼンなどがある。シアン化ビニル化合物としては、アクリロニトリル、メタクリロニトリルなどのある。アクリル酸エステルモノマーとしては、ブチルアクリレート、2−エチルヘキシルアクリレート、メチルアクリレート、2−ヒドロキシエチルアクリレート、グリシジルアクリレート、N,N’-ジメチルアミノエチルアクリレート、エチレングリコールジアクリレート、トリメチロールプロパンジアクリレートなどがある。
メタクリル酸エステルモノマーとしては、ブチルメタクリレート、2−エチルヘキシルメタクリレート、メチルメタクリレート、2−ヒドロキシエチルメタクリレート、グリシジルメタクリレート、N,N’−ジメチルアミノエチルメタクリレート、エチレングリコールジメタアクリレート、トリメチロールプロパンジメタアクリレートなどがある。モノまたは、ジカルボン酸およびジカルボン酸の酸無水物としては、アクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸、イタコン酸、フマル酸、イタコン酸などがある。アミド系モノマーとしては、アクリルアミド、メタアクリルアミドなどがある。さらにイオン性モノマーとしては、スチレンスルホン酸ナトリウム、スルホン化イソプレンなどがある。また樹脂微粒子は、重合度および重合安定性の許容できる範囲内において、下記のモノマーを気相重合することにより得られる。共役二重結合化合物のモノマーとして、ブタジエン、イソプレン、クロロプレンなど、ビニルエステル化合物のモノマーとして酢酸ビニルなど、その他のα−オレフィン化合物のモノマーとして4−メチル−1−ペンテンなどを用いることができる。
有機質微粒子の例は、ビニルピリジンメチルアクリレート、エチルアクリレート、2−エチルヘキシルメタクリレート、メチルメタクリレート、2−ヒドロキシエチルメタクリレート、グリシジルメタクリレート、ブタジエン、アクリロニトリル、スチレンとその共重合体などである。ハイブリッド微粒子の例は、金属錯体、金属アルコキシド、高分子と金属微粒子のハイブリッド、高分子と粘土のハイブリッド化物、有機質と無機質ポリマーのハイブリッド化物、オルガノシルセスキオキサン高分子などである。
金属アルコキシドの例は、W(OC、Hf(OCH、Hf(OC、Hf(O−i−C、Sn(OC、Sn(O−i−C、Sn(O−n−CH9)、Ga(OCH、Ga(OC、Ga(O−n−C、Ga(O−i−C、Mo(OC、Ta(OCH、Ta(O−i−C、Al(OCH、Al(OC、Al(O−n−C、Al(O−i−C、Al(O−n−C、Al(O−i−CH9)、Mn(O−i−C、Fe(OC、Fe(O−i−C、Fe(O−n−C、Y(OCH、Y(OC、Y(O−i−C、Zr(OCH、Zr(OC、Nb(OCH、Nb(O−i−C、Nb(O−i−CH9)、Sb(OCH、Sc(O−i−C、Sc(O−i−C、VO(OCH、Ti(OCH、Ti(OC、Mg(OCH、Mg(OC、Mg(O−i−C、Mg(O−n−C、Ca(OCH、Ca(OC、Ca(O−i−C、 Ca(O−n−C、Sr(OCH、Sr(OC、Sr(O−i−C、Sr(O−n−C、Ba(OCH、Ba(OC、Ba(O−i−C、Ba(O−n−Cなどである。
高分子と金属微粒子のハイブリッド微粒子は、無機質微粒子表面が界面活性剤、カップリング剤や高分子化合物により表面処理されている。表面処理は無機質微粒子の表面にモノマーがシード重合してもよい。
界面活性剤の例は、アニオン活性剤などであり、アルキルベンゼンスルホン酸塩、マレイン酸アルキルエステルスルホン酸塩、アルキルナフタレンスルホン酸塩、カチオン活性剤であるポリオキシアルキレンアルキルアミン、ノニオン活性剤である、ポリオキシアルキレンアルキルフェニルエーテル、ポリオキシアルキレンアルキルエーテル、アセチレンアルコール、シリコーン活性剤としてポリオキシアルキレン変性ポリシロキサン、高分子系活性剤である、ノニオン系のポリビニルアルコール、アニオン系のポリアクリル酸塩、スチレン・マレイン酸共重合物の塩、ポリスチレンスルホン酸共重合物の塩、ビニルエーテル・マレイン酸の共重合物の塩、スチレン・アクリル酸の共重合物の塩、オレフィン・マレイン酸の共重合物のエステル、カチオン系のイソシアネート誘導体、アクリル系共重合物などを使用できる。好ましい界面活性剤はノニオン活性剤、シリコーン活性剤、高分子アニオン系活性剤、高分子カチオン系活性剤などである。より好ましい界面活性剤は、ポリオキシアルキレンアルキルエーテル、ポリオキシアルキレン変性ポリシロキサン、オレフィン・マレイン酸の共重合物のエステル、イソシアネート誘導体、アクリル系共重合物などである。
有機質と無機質ポリマーのハイブリッド化物は、シルセスキオキサン高分子と樹脂が水素結合したハイブリッド化物などである。微粒子は結晶あるいはアモルファスのどちらでもよく、結晶の場合は最適の結晶型を選ぶことにより、効果がさらに増す。液晶組成物に用いる微粒子は、組み合わせて使用してもいい。
第二に、成分である液晶化合物をさらに説明する。この組成物の成分は化合物(1)の群れから選択された少なくとも一つの化合物を1〜99.9%の割合で含有する。好ましい組成物は、第一の組成物の第一成分として化合物(2)、(3)および(4)の群から選択された少なくとも一つの化合物である。第二の組成物の第一成分は、化合物(5)および(6)の群から選択された少なくとも一つの化合物である。第三の組成物の第一および第二成分は、それぞれ化合物(2)、(3)および(4)の群から選択された少なくとも一つの化合物および化合物(5)および(6)の群から選択された少なくとも一つの化合物である。第一、第二および第三の組成物は、液晶相の温度範囲、粘度、光学異方性、誘電率異方性、しきい値電圧などを調整する目的で、化合物(12)、(13)および(14)の群から選択された少なくとも一つの化合物をさらに含有してもよい。これらの組成物は、物性をさらに調整する目的で、化合物(7)〜(11)の群から選択された少なくとも一つの化合物をさらに含有してもよい。これらの組成物は、AM−TN素子、STN素子などに適合させる目的で、その他の液晶性化合物、添加物などの化合物をさらに含有してもよい。第四の組成物の第一成分は、化合物(12)、(13)および(14)の群から選択された少なくとも一つの化合物である。この組成物は、物性をさらに調整する目的で、化合物(7)〜(11)の群から選択された少なくとも一つの化合物をさらに含有してもよい。この組成物は、AM−TN素子、STN素子などに適合させる目的で、その他の液晶性化合物、添加物などの化合物をさらに含有してもよい。
化合物(1)において、複数の環AおよびZが存在するが、それらは独立である。
誘電率異方性が負で大きい化合物(1)を含有する好ましい組成物において、第一成分などは次のとおりである。第五の組成物の第一成分は、化合物(7)〜(11)の群から選択された少なくとも一つの化合物である。この組成物は、化合物(12)、(13)および(14)の群から選択された少なくとも一つの化合物をさらに含有してもよい。この組成物は、物性をさらに調整する目的で、化合物(2)〜(6)の群から選択された少なくとも一つの化合物をさらに含有してもよい。この組成物は、VA素子などに適合させる目的で、その他の液晶性化合物、添加物などの化合物をさらに含有してもよい。第六の組成物の第一成分は、化合物(12)、(13)および(14)の群から選択された少なくとも一つの化合物である。この組成物は、化合物(7)〜(11)の群から選択された少なくとも一つの化合物をさらに含有してもよい。この組成物は、物性をさらに調整する目的で化合物(2)〜(6)の群から選択された少なくとも一つの化合物をさらに含有してもよい。この組成物は、VA素子などに適合させる目的で、その他の液晶性化合物、添加物などの化合物をさらに含有してもよい。
誘電率異方性が小さい化合物(1)を含有する好ましい組成物において、第一成分などは次のとおりである。第七の組成物の第一成分は、化合物(2)、(3)および(4)の群から選択された少なくとも一つの化合物である。第八の組成物の第一成分は、化合物(5)および(6)の群から選択された少なくとも一つの化合物である。第九の組成物の第一および第二成分は、それぞれ化合物(2)、(3)および(4)の群から選択された少なくとも一つの化合物および化合物(5)および(6)の群から選択された少なくとも一つの化合物である。第七、第八および第九の組成物は、液晶相の温度範囲、粘度、光学異方性、誘電率異方性、しきい値電圧などを調整する目的で、化合物(12)、(13)および(14)の群から選択された少なくとも一つの化合物をさらに含有してもよい。この組成物は、物性をさらに調整する目的で、化合物(7)〜(11)の群から選択された少なくとも一つの化合物をさらに含有してもよい。この組成物は、AM−TN素子、STN素子などに適合させる目的で、その他の液晶性化合物、添加物などの化合物をさらに含有してもよい。第十の組成物の第一成分は、化合物(7)〜(11)の群から選択された少なくとも一つの化合物である。この組成物は、化合物(12)、(13)および(14)の群から選択された少なくとも一つの化合物をさらに含有してもよい。この組成物は、物性をさらに調整する目的で、化合物(2)〜(6)の群から選択された少なくとも一つの化合物をさらに含有してもよい。この組成物は、VA素子などに適合させる目的で、その他の液晶性化合物、添加物などの化合物をさらに含有してもよい。
化合物(2)、(3)および(4)は、誘電率異方性が正で大きいので、AM−TN素子用の組成物に主として用いられる。この組成物において、これらの化合物の量は1〜99%である。好ましい量は10〜97%である。より好ましい量は40〜95%である。この組成物に化合物(12)、(13)または(14)をさらに添加する場合、この化合物の好ましい量は60%以下である。より好ましい量は40%以下である。
化合物(5)および(6)は、誘電率異方性が正で非常に大きいので、STN素子用の組成物に主として用いられる。この組成物において、これらの化合物の量は1〜99%である。好ましい量は10〜97%である。より好ましい量は40〜95%である。この組成物に化合物(12)、(13)または(14)をさらに添加する場合、この化合物の好ましい量は60%以下である。より好ましい量は40%以下である。
化合物(7)、(8)、(9)、(10)、および(11)は、誘電率異方性が負であるので、VA素子用の組成物に主として用いられる。これらの化合物の好ましい量は80%以下である。より好ましい量は40〜80%である。この組成物に化合物(12)、(13)または(14)をさらに添加する場合、この化合物の好ましい量は60%以下である。より好ましい量は40%以下である。
化合物(12)、(13)および(14)の誘電率異方性は小さい。化合物(12)は粘度または光学異方性を調整する目的で主に使用される。化合物(13)および(14)は上限温度を上げて液晶相の温度範囲を広げる、または光学異方性を調整する目的で使用される。化合物(12)、(13)および(14)の量を増加させると組成物のしきい値電圧が高くなり、粘度が小さくなる。したがって、組成物のしきい値電圧の要求値を満たすかぎり多量に使用してもよい。
好ましい化合物(2)〜(14)の例は、化合物(2−1)〜(2−9)、化合物(3−1)〜(3−97)、化合物(4−1)〜(4−33)、化合物(5−1)〜(5−56)、化合物(6−1)〜(6−3)、化合物(7−1)〜(7−4)、化合物(8−1)〜(8−6)、化合物(9−1)〜(9−4)、化合物(10−1)、化合物(11−1)、化合物(12−1)〜(12−11)、化合物(13−1)〜(13−21)、化合物(14−1)〜(14−6)などである。これらの化合物において、R1、R、R、R4、R、R6、R、X1、およびXの記号の意味は、化合物(2)〜(14)におけるこれらの記号の意味と同一である。
Figure 2005247921
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微粒子を添加することは、液晶組成物のみならず、液晶性化合物にも適用できる。使用する液晶性化合物に制限はない。公知の材料は全て使用可能である。公知の液晶性化合物の具体例は液晶化合物データベースLiqCryst(商品名、LCI Publisher GmbH (Hamburg, Germany)で開示されている。
本発明の液晶組成物は公知の方法によって調製される。例えば、成分である化合物を混合し、加熱によって互いに溶解させる。組成物に適当な添加物を加えて組成物の物性を調整してもよい。このような添加物は当業者によく知られている。メロシアニン、スチリル、アゾ、アゾメチン、アゾキシ、キノフタロン、アントラキノン、テトラジンなどの化合物である二色性色素を添加してGH素子用の組成物を調製してもよい。一方、液晶のらせん構造を誘起して必要なねじれ角を与える目的でキラルドーパントが添加される。キラルドーパントの例は上記の光学活性化合物(Op−1)〜(Op−12)である。
キラルドーパントを組成物に添加してねじれのピッチを調整する。TN素子およびTN−TFT素子用の好ましいピッチは40〜200μmの範囲である。STN素子用の好ましいピッチは6〜20μmの範囲である。BTN素子用の好ましいピッチは1.5〜4μmの範囲である。PC素子用の組成物にはキラルドーパントを比較的多量に添加する。ピッチの温度依存性を調整する目的で少なくとも二つのキラルドーパントを添加してもよい。
本発明においける母液晶とは、微粒子を添加する前の液晶組成物のことであり、液晶組成物に色素やキラルドーパントなどを添加した組成物である。
本発明において、液晶組成物中への微粒子の分散方法は、特に限定はない。例えば粉体である微粒子の場合、必要に応じて分散機を用いることもできる。この混合分散の分散機としては、スターラー、乳鉢、自公転型乳鉢、球形容器攪拌型、ロータ型、高速攪拌型、ホモジナイザー、ロール回転ミル、振動ボールミル、回転ボールミル、超音波分散機などが上げられる。またあらかじめ溶媒(水溶液あるいは有機溶剤)に分散されている微粒子は、同様に分散機で処理した後に、脱溶媒化して用いることもできる。
本発明の液晶組成物は、PC、TN、STN、BTN,ECB、OCB、IPS、VAなどの素子に使用できる。これらの素子は駆動方式がPMであってもよいし、またはAMであってもよい。この組成物をマイクロカプセル化して作製したNCAP(nematic curvilinear aligned phase)素子や、組成物中に三次元の網目状高分子を形成させたPD(polymer dispersed)素子、例えばPN(polymer network)素子にも使用できる。
特性値の測定は次の方法にしたがった。
最大粒子径および平均粒子径(μm):液晶組成物分散液を、カーボン支持銅メッシュ上にキャストし、真空乾燥した。日本電子社製透過型顕微鏡JEM−100CX(THM)により、加速電圧100kV、10万倍で観測し写真撮影した。この写真内の無作為な範囲内で200個の微粒子の粒径をルーペ(10倍)を用い実測した。200個の値のうちの最大のものを最大粒子径、200個の値の平均を平均粒子径とした。
電圧保持率(VHR;25℃、35℃と50℃で測定;%):日本電子機械工業会規格(Standard of Electric Industries Association of Japan)EIAJ・ED−2521Aに記載された液晶組成物および配向膜を有する素子の電圧保持率を測定する方法にしたがった。測定に用いたTN素子はポリイミド配向膜を有し、そしてセルギャップは5.0μmであった。25℃のTN素子に印加した電圧の波形を陰極線オシロスコープで観測し、単位周期において電圧曲線と横軸との間の面積を求めた。この面積を、TN素子を取り除いて測定した電圧の波形から同様にして求めた面積と比較して電圧保持率を算出した。同様にTN素子を35℃と50℃に加熱して、同様な方法で電圧保持率を得た。
実施例に使用した微粒子について説明する。
微粒子SA:サソール(株)製のDISPSAL X-SOSR(商品名)。ベーマイトアルミナのアルコキシドであり、平均粒子径は0.05μmである。
微粒子CA:サソール(株)製のCATAPAL A ALUMINA(商品名)。ベーマイトアルミナであり、平均粒子径は0.05μmである。
(実施例1)
4−シアノ−4−ペンチル−1,1'−ビフェニル(以下、5CBという)を母液晶とした。この5CBに、母液晶の全重量に基づいて2.6重量%の微粒子SAを添加し、50℃で10分間攪拌したところ均一透明な液体を得た。このものを室温に冷却したところネマチック相であった。24時間静置しても固形物の析出は観察されなかった。その組成物の一部をとり、厚さ5.0μmの液晶セルに封入した。微粒子SAは凝縮して最大粒子径0.1μm以下、平均粒子径0.03μmとなり、液晶組成物中に分散していた。
(実施例2)
5CBを母液晶とした。この5CBに、母液晶の全重量に基づいて2.35重量%の微粒子CAを添加し、50℃で10分間攪拌したところ均一透明な液体を得た。このものを室温に冷却したところネマチック相であった。24時間静置しても固形物の析出は観察されなかった。その組成物の一部をとり、厚さ5.0μmの液晶セルに封入した。微粒子CAは凝縮して最大粒子径0.1μm以下、平均粒子径0.030μmとなり、液晶組成物中に分散していた。
(比較例)
5CBを厚さ5.0μmのセルに封入した。以上のようにして作成した実施例1、2および比較例の液晶表示セルに25℃の温度条件下で5Vの電圧を印加し、電圧の印加の停止から16.7ミリ秒後の電圧保持率を調べた。その結果を表1に示す。
表1
Figure 2005247921
表1に示されるように、実施例1および2の液晶表示セルは、いずれも電圧保持率が90%以上と高く、電圧保持率が72%の比較例の液晶表示セルに比べて、電圧保持率が改善されていることがわかる。
作成した実施例1、2および比較例の液晶表示セルについて35℃およびで50℃のそれぞれの温度条件下で5Vの電圧を印加し、電圧の印加の停止から16.7ミリ秒後の電圧保持率を調べた。その結果を表2に示す。
表2
Figure 2005247921
表2に示されるように、比較例の液晶セルは、35℃での電圧保持率が25℃に比べて30%以上も低下し、さらに50℃での電圧保持率は25℃に比べて半分以下に低下しており、温度依存性の増加が著しい。それに対し、実施例1、2の微粒子を含有する液晶組成物は、約2〜3割程、電圧保持率保持率が高く温度依存性が低いことがわかる。
(組成例)
成分である化合物を混合し、加熱によって互いに溶解させ、母液晶A〜Fを調製した。これら母液晶における成分の割合は(百分率)は、母液晶の全重量に基づいた重量百分率(重量%)である。これら組成物に微粒子を添加した。ここで使用する微粒子は、実施例1で使用した微粒子SAまたは実施例2で使用した微粒子CAである。組成例における化合物は下記の表3の定義に基づいて記号により表した。
Figure 2005247921
(組成例1)
母液晶Aの全重量に基づいて2.7重量%の微粒子CAを母液晶Aに添加した。
<母液晶A>
2−HHB(F)−F 7%
3−HHB(F)−F 8%
5−HHB(F)−F 7%
3−HHB(F,F)−F 8%
3−HBB(F,F)−F 21%
3−H2HB(F,F)−F 10%
3−HHEB(F,F)−F 10%
4−HHEB(F,F)−F 3%
2−HBEB(F,F)−F 2%
3−HBEB(F,F)−F 3%
3−GHB(F,F)−F 3%
4−GHB(F,F)−F 7%
5−GHB(F,F)−F 7%
3−HHBB(F,F)−F 4%
(組成例2)
母液晶Bの全重量に基づいて1.8重量%の微粒子CAを母液晶Bに添加した。
<母液晶B>
1V2−BEB(F,F)−C 6%
3−HB−C 18%
2−BTB−1 10%
5−HH−VFF 30%
3−HHB−1 4%
VFF−HHB−1 8%
VFF2−HHB−1 11%
3−H2BTB−2 5%
3−H2BTB−3 4%
3−H2BTB−4 4%
(組成例3)
母液晶Cの全重量に基づいて2.0重量%の微粒子CAを母液晶Cに添加した。
<母液晶C>
3−H2HB(F,F)−F 5%
5−H2HB(F,F)−F 5%
3−HBB(F,F)−F 30%
5−HBB(F,F)−F 30%
5−HBB(F)B−2 10%
5−HBB(F)B−3 10%
3−BB(F)B(F,F)−F 5%
5−B2B(F,F)B(F)−F 5%
組成例4
母液晶Dの全重量に基づいて2.3重量%の微粒子CAを母液晶Dに添加した。
<母液晶D>
2−HB−C 5%
3−HB−C 12%
3−HB−O2 15%
2−BTB−1 3%
3−HHB−F 4%
3−HHB−1 8%
3−HHB−O1 5%
3−HHB−3 14%
3−HHEB−F 4%
5−HHEB−F 4%
2−HHB(F)−F 7%
3−HHB(F)−F 7%
5−HHB(F)−F 7%
3−HHB(F,F)−F 5%
(組成例5)
母液晶Eの全重量に基づいて0.9重量%の微粒子CAを母液晶Eに添加した。
<母液晶E>
3−HH−4 5%
3−HH−5 5%
3−HH−O1 6%
3−HH−O3 6%
3−HB−O1 5%
3−HB−O2 5%
3−HB(2F,3F)−O2 10%
5−HB(2F,3F)−O2 10%
3−HHEH−3 5%
3−HHEH−5 5%
4−HHEH−3 5%
2−HHB(2F,3F)−1 4%
3−HHB(2F,3F)−2 4%
3−HHB(2F,3F)−O2 12%
5−HHB(2F,3F)−O2 13%
(組成例6)
母液晶Fの全重量に基づいて1.4重量%の微粒子CAを母液晶Fに添加した。
<母液晶F>
5−HB−CL 11%
3−HH−4 8%
3−HHB−1 5%
3−HHB(F,F)−F 8%
3−HBB(F,F)−F 20%
5−HBB(F,F)−F 15%
3−HHEB(F,F)−F 10%
4−HHEB(F,F)−F 3%
5−HHEB(F,F)−F 3%
2−HBEB(F,F)−F 3%
3−HBEB(F,F)−F 5%
5−HBEB(F,F)−F 3%
3−HHBB(F,F)−F 6%

Claims (37)

  1. 少なくとも1つの液晶性化合物および少なくとも1つの微粒子を含有する液晶組成物。
  2. 液晶性化合物が式(1)で表される化合物である請求項1に記載の液晶組成物。

    Figure 2005247921
    式(1)において、RおよびRは独立して水素、炭素数1〜20のアルキル、ハロゲン、−C≡C−CN、またはシアノであり、このアルキルにおいて任意の−CH−は、−O−、−S−、−CO−、−CH=CH−、−CF=CF−、−C≡C−、または−SiH−で置き換えられてもよく、そして任意の水素はハロゲンで置き換えられてもよく;環Aは1,4−シクロヘキシレン、1,4−シクロヘキセニレン、1,4−フェニレン、デカヒドロナフタレン−2,6−ジイル、1,2,3,4−テトラヒドロナフタレン−2,6−ジイル、またはナフタレン−2,6−ジイルであり、これらの環において任意の−CH−は、−O−、−S−、−CO−、または−SiH−で置き換えられてもよく、任意の−CHCH−は−CH=CH−で置き換えられてもよく、1,4−フェニレンにおいて任意の−CH=は−N=で置き換えられてもよく、そしてこれらの環において任意の水素はハロゲン、−CF、−CHF、−CHF、−OCF、−OCHF、または−OCHFで置き換えられてもよく;Zは単結合または炭素数1〜4のアルキレンであり、このアルキレンにおいて任意の−CH−は−O−、−S−、−CH=CH−、−CF=CF−、−C≡C−、−CO−、または−SiH−で置き換えられてもよく、そして任意の水素はハロゲンで置き換えられてもよく;そしてmは2、3または4である。
  3. 微粒子が、無機質微粒子である請求項1または2に記載の液晶組成物。
  4. 微粒子が、無機酸化物である請求項1〜3のいずれか1項に記載の液晶組成物。
  5. 無機酸化物が、式(A)、(B)および(C)で表される化合物から選択された少なくとも1つである請求項4に記載の液晶組成物。
    MOx (A)
    ABOy (B)
    A’B’M’O(Z+W) (C)
    式(A)、(B)および(C)において、MおよびM’は独立して、遷移金属、半金属、両性金属、および希土類から選択された少なくとも1つの金属元素であり;xおよびzは独立して金属元素Mの価数の1/2の数であり;AおよびA’は独立して、アルカリ土類金属、アルカリ土類金属以外の2A族、稀土類、および両性金属から選択された少なくとも1つの金属元素であり;BおよびB’は独立して、遷移金属から選択された少なくとも1つの金属元素であり;そしてyおよびwは独立して、0から3までの数である。
  6. MおよびM’が独立して、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Y、Zr、Nb、Mo、Ru、Rh、Pb、Ag、Hf、Ta、W、Re、Os、Ir、Pt、またはAuである請求項5に記載の液晶組成物。
  7. MおよびM’が独立して、B、Si、Ge、As、Sb、またはBiから選択された少なくとも1つである請求項5に記載の液晶組成物。
  8. MおよびM’が独立して、Al、Ga、Pb、またはSnである請求項5に記載の液晶組成物。
  9. MおよびM’が独立して、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yd、またはLuである請求項5に記載の液晶組成物。
  10. AおよびA’が独立して、Ca、Sr、Ba、またはMgである請求項5〜9のいずれか1項に記載の液晶組成物。
  11. 微粒子が、セラミックスである請求項1〜3のいずれか1項に記載の液晶組成物。
  12. 微粒子が、無機水酸化物である請求項1〜3のいずれか1項に記載の液晶組成物。
  13. 微粒子が、無機炭酸塩である請求項1〜3のいずれか1項に記載の液晶組成物。
  14. 微粒子が、雲母、バーミキュライト、スメクタイト、またはカオリナイト蛇紋石である請求項1〜3のいずれか1項に記載の液晶組成物。
  15. 無機質微粒子が、分散剤、界面活性剤、または有機物質で、表面処理されたハイブリッド無機微粒子である請求項3〜14のいずれか1項に記載の液晶組成物。
  16. 微粒子が有機質微粒子である請求項1〜2のいずれか1項に記載の液晶組成物。
  17. 微粒子がフラーレンまたはデンドリマーである請求項1〜2のいずれか1項に記載の液晶組成物。
  18. 有機質微粒子が、少なくとも1つの樹脂、または少なくとも1つの樹脂を含んだ混合物である請求項16記載の液晶組成物。
  19. 微粒子がハイブリッド微粒子である請求項1〜2のいずれか1項に記載の液晶組成物。
  20. ハイブリッド微粒子が無機分子と金属、無機分子と有機分子、または金属と有機分子の分子レベルで混成した材料からなる請求項1〜2のいずれか1項に記載の液晶組成物。
  21. ハイブリッド微粒子が無機分子と有機分子の分子レベルで混成した材料からなる請求項19に記載の液晶組成物。
  22. ハイブリッド微粒子が、少なくとも1つの金属アルコキシドからなる混合物である請求項19〜21のいずれか1項に記載の液晶組成物。
  23. 無機質微粒子、有機質微粒子とハイブリッド微粒子の少なくとも一種の微粒子を含有する請求項1〜22のいずれか1項に記載の液晶組成物。
  24. 少なくとも1つの微粒子の形状が、球状、楕円体状、立方体状、柱状、板状、片状、粒状、棒状、針状、繊維状、塊状、樹枝状、海綿状、角状、丸み状、または偏平状である請求項1〜23のいずれか1項に記載の液晶組成物。
  25. 少なくとも1つの微粒子が、多孔質である、表面に凹凸を有する、または突起物を有する請求項1〜24のいずれか1項に記載の液晶組成物。
  26. 微粒子の最大粒子径が0.2μm以下である請求項1〜25のいずれか1項に記載の液晶組成物。
  27. 微粒子の最大粒子径が0.1μm以下である請求項1〜26のいずれか1項に記載の液晶組成物。
  28. 微粒子の平均粒子径が、0.001〜0.1μmである請求項1〜27のいずれか1項に記載の液晶組成物。
  29. 微粒子の平均粒子径が、0.001〜0.05μmである請求項1〜27のいずれか1項に記載の液晶組成物。
  30. 母液晶の全重量に基づいて、微粒子が0.1〜30重量%である請求項1〜29のいずれか1項に記載の液晶組成物。
  31. 母液晶の全重量に基づいて、微粒子が0.1〜20重量%である請求項1〜29のいずれか1項に記載の液晶組成物。
  32. 母液晶の全重量に基づいて、微粒子が0.1〜10重量%である請求項1〜29のいずれか1項に記載の液晶組成物。
  33. 液晶組成物が式(2)、(3)および(4)で表される化合物の群から選択された少なくとも一つの化合物を含有する請求項1〜32のいずれか1項に記載の液晶組成物。

    Figure 2005247921
    式中、Rは炭素数1〜10のアルキルであり、このアルキルにおいて任意の−CH−は−O−または−CH=CH−で置き換えられてもよく、そして任意の水素はフッ素で置き換えられてもよく;Xはフッ素、塩素、−OCF、−OCHF、−CF、−CHF、−CHF、−OCFCHF、または−OCFCHFCFであり;環Bおよび環Dは独立して1,4−シクロヘキシレン、1,3−ジオキサン−2,5−ジイルまたは任意の水素がフッ素で置き換えられてもよい1,4−フェニレンであり、環Eは1,4−シクロヘキシレンまたは任意の水素がフッ素で置き換えられてもよい1,4−フェニレンであり;ZおよびZは独立して−(CH)−、−(CH)−、−COO−、−CFO−、−OCF−、−CH=CH−、または単結合であり;そしてLおよびLは独立して水素またはフッ素である。
  34. 式(5)および(6)で表される化合物の群から選択された少なくとも一つの化合物をさらに含有する請求項1〜33のいずれか1項に記載の液晶組成物。

    Figure 2005247921
    式(5)および(6)において、RおよびRは独立して炭素数1〜10のアルキルであり、このアルキルにおいて任意の−CH−は−O−または−CH=CH−で置き換えられてもよく、そして任意の水素はフッ素で置き換えられてもよく;Xは−CNまたは−C≡C−CNであり;環Gは1,4−シクロヘキシレン、1,4−フェニレン、1,3−ジオキサン−2,5−ジイル、またはピリミジン−2,5−ジイルであり;環Jは1,4−シクロヘキシレン、ピリミジン−2,5−ジイルまたは任意の水素がフッ素で置き換えられてもよい1,4−フェニレンであり;環Kは1,4−シクロヘキシレンまたは1,4−フェニレンであり;Zは−(CH−、−COO−、−CFO−、−OCF−、または単結合であり;L、LおよびLは独立して、水素またはフッ素であり;そしてb、cおよびdは独立して0または1である。
  35. 式(7)、(8)、(9)、(10)、および(11)で表される化合物の群から選択された少なくとも一つの化合物を含有する請求項1〜34のいずれか1項に記載の液晶組成物。

    Figure 2005247921
    式(7)、(8)、(9)、(10)、および(11)において、RおよびRは独立して炭素数1〜10のアルキルであり、このアルキルにおいて任意の−CH−は−O−または−CH=CH−で置き換えられてもよく、任意の水素はフッ素で置き換えられてもよく、そしてRはフッ素であってもよく;環Mおよび環Pは独立して、1,4−シクロヘキシレン、1,4−フェニレンまたはデカヒドロ−2,6−ナフチレンであり;ZおよびZは独立して、−(CH)−、−COO−または単結合であり;そしてLおよびLは独立して水素またはフッ素であり、LとLの少なくとも一つはフッ素である。
  36. 式(12)、(13)および(14)で表される化合物の群から選択された少なくとも一つの化合物をさらに含有する請求項1〜35のいずれか1項に記載の液晶組成物。

    Figure 2005247921
    式中、RおよびRは独立して炭素数1〜10のアルキルであり、このアルキルにおいて任意の−CH−は、−O−または−CH=CH−で置き換えられてもよく、そして任意の水素はフッ素で置き換えられてもよく;環Q、環Tおよび環Uは独立して、1,4−シクロヘキシレン、ピリミジン−2、5−ジイル、または任意の水素がフッ素で置き換えられてもよい1,4−フェニレンであり;そしてZおよびZ10は独立して−C≡C−、−COO−、−(CH−、−CH=CH−、または単結合である。
  37. 請求項1〜36のいずれか1項に記載の液晶組成物を含有する液晶表示素子。
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