JP2901157B2 - 液晶組成物 - Google Patents

液晶組成物

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JP2901157B2
JP2901157B2 JP2260500A JP26050090A JP2901157B2 JP 2901157 B2 JP2901157 B2 JP 2901157B2 JP 2260500 A JP2260500 A JP 2260500A JP 26050090 A JP26050090 A JP 26050090A JP 2901157 B2 JP2901157 B2 JP 2901157B2
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哲志 吉田
豊 藤田
邦彦 小谷
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RODEITSUKU KK
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KASHIO KEISANKI KK
RODEITSUKU KK
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    • C09K19/04Liquid crystal materials characterised by the chemical structure of the liquid crystal components, e.g. by a specific unit
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    • C09K19/30Non-steroidal liquid crystal compounds containing at least two non-condensed rings containing saturated or unsaturated non-aromatic rings, e.g. cyclohexane rings
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    • C09K19/3003Compounds containing at least two rings in which the different rings are directly linked (covalent bond)
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、時分割駆動される電界効果型の液晶表示素
子に用いられる液晶組成物に関する。
[従来の技術] 液晶表示素子は、事務機器等の表示装置として広く使
用されており、表示画面の大型化と共に画素数が多く表
示品質の高いことが要求されている。このような事務機
器等の表示装置は、素子構造が単純化でき、かつ駆動装
置が簡素化できる単純マトリックス構造が広く使用され
てる。
この単純マトリックス構造の液晶表示素子は、信号電
極がストライプ状に形成された一方の基板と、走査電極
がストライプ状に形成された他方の基板とを、前記信号
電極と走査電極とが交差する世に対向配置させ、前記一
方の基板と他方の基板との間にツイスト配向させた液晶
材料を介在させて液晶セルが形成され、この液晶セルの
外側に一対の偏光板を配置してなる。そして、前記走査
電極に走査信号を供給し、この走査信号と同期させて前
記信号電極にデータ信号を供給することによって、走査
電極と信号電極が交差する部分で形成される画素のうち
任意の画素の点灯状態を制御する時分割駆動方法によっ
て駆動されている。
この時分割駆動方法は、時分割数を多くすると、点灯
すべき画素と非点灯画素とに印加される電圧の差、すな
わち動作マージンが低下してコントラストが低下し、ま
た視野角が狭くなる。
従来のTN型液晶表示素子は、印加電圧に対する輝度変
化の急峻性が劣るため1/60デューティ程度の時分割数を
取るのが限界であり、それ故、画素数が多く高画素が要
求される大型の表示装置を得ることができなかった。
前述した急峻性を改善するために、ツイスト角度を大
きくしたSTN型の液晶表示素子やSBE型の液晶表示素子が
提案されており、実用化されている。これらの液晶表示
素子は、STN型又はSBE型として知られているように、液
晶のツイスト角度を180度ないし270度と大きくすること
によって、1/200デューティ程度まで時分割数を多くす
ることができる。しかし、未だ時分割数が充分多く取れ
ないため、従来広く使用されている640×400ドットの液
晶表示装置では、表示画面を上下に2分割して各画素を
それぞれ1/200デューティで駆動する方法が取られてい
る。
このように、時分割駆動される従来の液晶表示素子に
用いられる液晶組成物は、その液晶表示素子の輝度特性
の急峻性をよくするために、ベンド弾性定数K33とスプ
レイ弾性定数K11との比で表わされる弾性定数比K33/K11
の値が大きく、かつ液晶の誘電異方性Δεと分子長軸に
垂直方向の誘電率ε⊥との比で表わされる誘電率比Δε
/ε⊥の値を小さくし、また応答速度を速くするために
Δεが大きくかつ低粘度となるような組成が組まれてい
た。
すなわち、従来のSTN型の液晶表示素子に用いられる
液晶組成物は、弾性定数比K33/K11の値を大きくし、か
つ低い電圧で駆動することを可能とするためのシアノ基
を持った液晶化合物を液晶組成物全体の50%以上配合
し、また誘電率比Δε/ε⊥を小さくするためにε⊥の
値が大きいエステル結合を持った液晶化合物を配合し、
さらに粘度を調整するための低粘度液晶化合物及び液晶
温度範囲を調整するための液晶化合物等を配合してい
た。
[発明が解決しようとする課題] しかし、シアノ基を持った液晶化合物は、粘度が高い
ため、液晶組成物として粘度が高いという欠点があっ
た。また、誘電異方性Δεを大きくしたまま誘電率比Δ
ε/ε⊥を小さくするために、ε⊥の値が大きいエステ
ル結合を持った液晶化合物を用いているが、この液晶化
合物は、粘度が高いため、応答速度を遅くするという欠
点があった。また、従来の液晶組成物は、液晶表示素子
を長い時間動作させたときに、表示ムラが発生するとい
う、信頼性における欠点があった。
本発明は、上述した従来の欠点に鑑みてなされたもの
であり、弾性定数比K33/K11の値が大きく、かつ誘導率
比Δε/ε⊥が小さく、しかも低粘度で、液晶温度範囲
の広い液晶組成物を提供することを目的とするものであ
る。
[課題を解決するための手段] 本発明は、上記目的を達成するために、弾性定数比K
33/K11の値が大きい液晶化合物の配合割合を多くして弾
性定数比K33/K11の値を大きくすると共に、誘電異方性
Δεの大きい液晶化合物の配合割合を少なくして誘電率
比Δε/ε⊥の値を小さくし、しかもエステル結合を持
った液晶化合物及びヘテロ環式化合物を含むことなく配
合される。
すなわち、本発明の液晶組成物は、 一般式 (ここで、Xは、Y1の時、CH3CH=CHCH2CH2−を表わし、Y1の時、CH3CH=CH−又はCH2=CHCH2−を表わし、Y1の時、CH3CH=CHCH2CH2−を表わし、 Z1は、Y1の時、炭素数が1ないし5のアルコキシ基を表わし、Y1
又は の時、炭素数が1ないし5のアルキル基を表わす)、お
よび (ここで、R1は、炭素数が3又は4のアルキル基を表わ
す)、および (ここで、R2は、炭素数が1ないし5のアルキル基、R3
は、炭素数1ないし5のアルコキシ基を表わす) で示される液晶化合物を60重量%ないし80重量%と、 一般式 (ここで、Xは、CH3CH=CH−又はCH3CH=CHCH2CH2−を
表わす)で示される液晶化合物を20重量%ないし30重量
%の割合で配合し、かつ一般式(1)、(2)、(4)
で示される液晶化合物を70重量%以上含有することを特
徴とするものである。
一般式(1)で表わされる液晶化合物は、アルケニル
基を持った液晶化合物のうち特に、そのアルケニル基の
構造が、CH3CH=CH−CH3CH=CHCH2CH2−又はCH2=CHCH2
CH2−で表わされるものであって、例えば以下の液晶化
合物が用いられる。
(ここで、Rは、炭素数が1ないし5の直鎖アルキル基
を表わす) これらの液晶化合物は、弾性定数比K33/K11の値が大
きく、比較的低粘度であり、液晶組成物の弾性定数比K
33/K11の値を大きくするために、30重量%ないし55重量
%の割合で配合される。
一般式(2)で表わされる液晶化合物は、粘度あるい
は液晶温度範囲を調整するための液晶化合物であって、
N−I点が高い高温液晶である。特に末端にアルケニル
基を持った液晶化合物は、弾性定数比K33/K11の値が大
きく、例えば以下の液晶化合物が用いられる。
(ここで、Rは、炭素数が1ないし5の直鎖アルキル基
を表わす) これらの液晶化合物は、液晶組成物の粘度及び液晶温
度範囲を調整するために、7重量%以上配合される。
一般式(3)で表わされる液晶化合物は、屈折率異方
性Δnが大きく、比較的低粘度であり、例えば、以下の
液晶化合物が用いられる。
これらの液晶化合物は、液晶の屈折率異方性Δnの値
を大きくして、液晶セルに挟持される液晶層の厚さが薄
くても所望の光学的効果が得られるようにし、電界強度
を強くして高速応答を得るために配合されるものであ
り、必要に応じて10重量%ないし30重量%の範囲で配合
される。
一般式(4)で表わされる液晶化合物は、末端にそれ
ぞれアルケニル基とシアノ基を持ち、弾性定数比K33/K
11の値が大きく、かつ誘電異方性Δεが正の値を示すも
ので、例えば以下の液晶化合物が用いられる。
これらの液晶化合物は、液晶組成物の弾性定数比K33/
K11の値を大きくし、かつ誘電異方性Δεの値を正とす
るために配合されるが、誘電異方性Δεの値が必要以上
に大きくならないように20重量%ないし30重量%の範囲
で配合される。
そして、本発明の液晶組成物は、一般式(1)、一般
式(2)、及び一般式(3)で表わされる液晶化合物が
それぞれ上述した配合割合の範囲で、かつそれらの合計
が60重量%ないし80重量%の割合で配合され、さらに一
般式(4)で表わされる液晶化合物の中から選択された
少なくとも1種が20重量%ないし30重量%の割合で配合
される。また、K33/K11の値を大きくするために、一般
式(1)、一般式(2)及び一般式(4)で表わされる
化合物は、70重量%以上の割合で配合される。
本発明の液晶組成物は、アルケニル基を持った液晶化
合物のうち特にN−I点が高い液晶化合物であって、そ
のアルケニル基の構造が、CH3CH=CH−、CH3CH=CHCH2C
H2−、又はCH2=CHCH2CH2−で表わされるものを多く配
合しているため、弾性定数比K33/K11の値が大きく、比
較的低粘度であるため、液晶表示素子に用いたときの輝
度変化の急峻性がきわめてよく、またシアノ基を持った
液晶化合物の配合割合を10重量%ないし30重量%と少な
くしたので、誘電率比Δε/ε⊥を小さくすることがで
き、液晶分子の配向状態が変化しても液晶層の誘電率の
変化が少なくなり、この液晶層に印加される電界強度の
変化が少なくなるので輝度変化の急峻性が極めてよくな
る。
さらに、本発明の液晶組成物は、ε⊥の値が大きいエ
ステル結合を持った液晶化合物及びヘテロ環式化合物を
含んでいないので、液晶表示素子の信頼性を向上させる
ことができる。すなわち、これらのエステル結合を持っ
た液晶化合物は、ε⊥の値が大きいのでε‖−ε⊥で与
えられる液晶組成物の誘導異方性Δεの値を正にするた
めにはその液晶組成物のε‖の値を大きくしなければな
らず、その結果、液晶組成物の平均誘電率(=ε‖
−2ε⊥/3)を大きくするが、本発明の液晶組成物は、
ε⊥の値が大きい液晶化合物を含んでいないので平均誘
電率の値を小さくすることができ、平均誘電率の値
が小さい液晶組成物は不純物イオンを取込み難いので液
晶表示素子としての信頼性が高くなる。
[実施例] 以下に、本発明の具体的な実施例について説明する。
表1に、前述した液晶化合物を用いた本発明の実施例
を示す。この実施例は、表1に示す液晶化合物を同表に
示す割合で配合して液晶組成物を調製した。この液晶組
成物の物性、及び液晶表示素子に用いたときの動作特性
を表2に示す。この動作特性は、1/400デューティ、1/1
2バイアスで駆動し、25℃の環境下での値であり、観察
方向を液晶表示素子の法線方向とした。また、Vopは、
コントラストが最大値が得られる電圧を表わす。なお、
比較例の液晶組成物の組成を表3に示し、その物性及び
動作特性を表4に示す。
これらの実施例と比較例を比べれば明らかなように、
本発明の実施例は、弾性定数比K33/K11の値が1.75より
大きく、また誘電率比Δε/ε⊥が2.0より小さく、し
かも低粘度で、液晶温度範囲が広い。従って、動作特性
に表われるように、輝度変化の急峻性がよいために、1/
400のデューティで駆動してもコントラストが47と高
い。また平均誘電率の値が6より小さいので、液晶表
示素子を長期間点灯した場合の信頼性が高い。さらに、
この実施例では、トラン系液晶化合物が配合されている
ので、屈折率異方性Δnの値が大きくなり、液晶層を薄
くして電界強度を強くすることができるから、応答速度
が速い。
[発明の効果] 以上述べたように、本発明の液晶組成物は、アルケニ
ル基を持った液晶化合物を用いると共にシアノ基を持っ
た液晶化合物の配合を少なくし、かつエステル結合及び
ヘテロ環式化合物を含まないようにしたので、弾性定数
比K33/K11の値が大きく、また誘電率比Δε/ε⊥を小
さくでき、さらに平均誘電率の値を小さくし、しかも
低粘度である。従って、本発明の液晶組成物は、高時分
割で駆動される液晶表示素子に適しており、その輝度変
化の急峻性を著しく改善することができるので、1/400
デューティの高時分割で駆動される液晶表示素子を得る
ことができる。
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C09K 19/42

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】一般式 (ここで、Xは、Y1の時、CH3CH=CHCH2CH2−を表わし、Y1の時、CH3CH=CH−又はCH2=CHCH2CH2−を表わし、Y1の時、CH3CH=CHCH2CH2−を表わし、 Z1は、Y1の時、炭素数が1ないし5のアルコキシ基を表わし、Y1
    又は の時、炭素数が1ないし5のアルキル基を表わす)、お
    よび (ここで、R1は、炭素数が3又は4のアルキル基を表わ
    す)、および (ここで、R2は、炭素数が1ないし5のアルキル基、R3
    は、炭素数1ないし5のアルコキシ基を表わす) で示される液晶化合物を60重量%ないし80重量%と、 一般式 (ここで、Xは、CH3CH=CH−又はCH3CH=CHCH2CH2−を
    表わす)で示される液晶化合物を20重量%ないし30重量
    %の割合で配合し、かつ一般式(1)、(2)、(4)
    で示される液晶化合物を70重量%以上含有することを特
    徴とする液晶組成物。
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US08/255,573 US5443756A (en) 1990-10-01 1994-06-08 Liquid crystal composition

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DE69102749T2 (de) 1994-10-27
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