JP3561921B2

JP3561921B2 - Nematic liquid crystal composition

Info

Publication number: JP3561921B2
Application number: JP18094892A
Authority: JP
Inventors: 清文竹内; 晴義高津
Original assignee: Dainippon Ink and Chemicals Co Ltd
Current assignee: DIC Corp
Priority date: 1992-07-08
Filing date: 1992-07-08
Publication date: 2004-09-08
Anticipated expiration: 2019-09-08
Also published as: JPH0625667A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、電気光学的表示材料として有用なネマチック液晶組成物及び該組成物を用いた液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示セルの代表的なものにＴＮ−ＬＣＤ（ツイステッド・ネマチック−液晶表示装置）があり、時計、電卓、電子手帳、ポケットコンピュータ、ワードプロセッサ、パーソナルコンピュータなどに使用されている。
【０００３】
近年ＯＡ機器の処理情報の増加に伴い一画面に表示される情報量が増大しており、コントラスト及び視野角等の表示品位面から特にワードプロセッサ、パーソナルコンピュータなどの高時分割駆動の要求に応えられる方式として、シェファー（Ｓｃｈｅｆｆｅｒ）等［ＳＩＤ ’８５Ｄｉｇｅｓｔ，Ｐ．１２０（１９８５）］あるいは衣川等［ＳＩＤ ’８６Ｄｉｇｅｓｔ，Ｐ．１２２（１９８６）］によってＳＴＮ（スーパー・ツイスティッド・ネマチック）−ＬＣＤが開発され、ワードプロセッサ、パーソナルコンピュータなどの高情報処理用の表示に広く普及しはじめている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＴＮ−ＬＣＤやＳＴＮ−ＬＣＤは依然として、特に液晶材料の化学的安定性、液晶表示装置の低電圧駆動性、プレチルト角に係わる表示性能、作製時歩留まりの向上等種々の課題を有している。
【０００５】
例えば、ワードプロセッサ、パーソナルコンピューター等の情報量の多いＳＴＮ−ＬＣＤには高時分割数で、良好な駆動特性を要求されるが、時分割数の増大は駆動電圧の上昇を引き起こし、駆動回路に大きな影響を与える。これを低減させる一つの方法として、例えば、誘電異方性の大きな液晶材料を用いて駆動電圧を低下させる方法が知られており、このような液晶材料としては、エステル系、ビフェニル系等の化合物がある。
【０００６】
しかしながら、このような液晶材料の多くは、液晶材料の粘性を増加させて良好な応答特性を得ることを困難にさせたり、あるいは各画素毎のキャパシタンス成分を増加させるものであり、表示可能な駆動周波数範囲を狭め、これによりクロストークを発生させる等の問題を有している。
【０００７】
一方、低電圧で駆動可能な従来の液晶材料の場合、一般的に、調製された初期あるいは促進テスト後の抵抗値が低いことが知られているが、この様な液晶材料の低い抵抗値は、時分割数の増大により表示画面のちらつきやコントラストの低下等を引き起こす原因となり、好ましくなかった。
【０００８】
更に、情報量の増加による暗い画質を補う目的で、ＳＴＮ−ＬＣＤにはバックライトを補助光源として利用することが一般的である。このために、バックライト方式のＳＴＮ−ＬＣＤに用いられる液晶材料には、耐熱性及び耐光性等の化学的安定性が新たに要求されている。
【０００９】
本発明が解決しようとする課題は、特にＳＴＮ−ＬＣＤ用液晶材料として、しきい値電圧が低く、しかも化学的安定性の高いネマチック液晶組成物を提供することにあり、また、この液晶組成物を用いた高時分割特性を有する液晶表示装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために、（１）一般式（Ｉ）
【００１１】
【化４】

【００１２】
（式中、ｋは１〜３の整数を表わし、ｎは２〜５の整数を表わし、ｍは０又は１を表わし、ＸはＨ又はＦを表わす。）
で表わされる化合物及び（２）一般式（ＩＩ）〜（ＸＸ）
【００１３】
【化５】

【００１４】
【化６】

【００１５】
（式中、Ｒ^１は炭素原子数２〜７の直鎖状アルキル基又はアルケニル基を表わし、Ｒ^２は炭素原子数２〜７の直鎖状アルキル基、アルコキシル基又はアルケニルオキシ基を表わし、Ｒ^３及びＲ^４は各々独立的に、炭素原子数２〜７の直鎖状アルキル基を表わし、環Ａは１，４−フェニレン基又は１，４−シクロヘキシレン基を表わし、Ｘ^１はＣＨ_３又はＨを表わし、Ｘ^２はＨ又はＦを表わす。）
で表わされる化合物から成る群から選ばれる化合物
を含有することを特徴とするネマチック液晶組成物を提供する。
【００１６】
本発明に係わる一般式（Ｉ）で表わされる化合物の代表的なものの例（Ｎｏ．１〜６）とその相転移温度を下記第１表に、また、一般式（ＩＩ）〜（ＸＸ）で表わされる化合物の代表的なものの例（Ｎｏ．７〜３８）と、その相転移温度を下記第２表及び第３表に掲げる。
【００１７】
【表１】

【００１８】
【表２】

【００１９】
【表３】

【００２０】
（表中、ｍ．ｐ．は結晶相から液晶相又は等方性液体相に相転移する温度を、ｃ．ｐ．は液晶相から等方性液体相に相転移する温度を表わす。）
本発明の液晶組成物の特徴の一つは、一般式（Ｉ）で表わされる化合物を含有する点にある。本発明者らは、この一般式（Ｉ）の化合物がネマチック液晶材料の応答速度を悪化させることなく駆動電圧を低減する効果を有することを初めて見い出した。更に、一般式（Ｉ）の化合物は、表示特性に重要な液晶材料の弾性定数にも有用なものであり、特に弾性定数Ｋ_１１を効果的に低減できる効果を有し、これにより大きな弾性定数比Ｋ_３３／Ｋ_１１を示すネマチック液晶組成物を調製可能とするものである。
【００２１】
更に、一般式（Ｉ）の化合物は、その末端基に一般式
【００２２】
【化７】
Ｃ_ｋＨ_２ｋ＋１−Ｏ−Ｃ_ｎＨ_２ｎ−
（上記中、ｋは１〜３の整数を表わし、ｎは２〜５の整数を表わす。）
で表わされるアルコキシアルキル基を有することにより、より優れた効果を示し得るのである。もし、一般式（Ｉ）で表わされる化合物の類似構造を有する化合物、例えば、一般式（Ｉ）における末端基がアルキル基である化合物、あるいはｎが６以上である化合物の場合、このような効果は現れないか又は極めて小さなものとなる。また、一般式（Ｉ）において、ｎが１である化合物、特にｋが１であり、ｍが１である化合物の場合、通常の保存状態でも化学変化を生じやすく、また特にｋが４以上である化合物の場合、液晶性が著しく低下してしまう等の問題を有している。
【００２３】
このことは、一般式（Ｉ）における側鎖基のわずかな違いが無視され得ない結果をもたらすものであり、本発明において見いだされた驚くべき事実である。
このことを明らかにするために、以下の実験を行った。
【００２４】
現在汎用されている化合物からなる母体液晶として、下記混合液晶（Ａ）及び混合液晶（Ｂ）を調製した。
尚、混合液晶（Ａ）は、本発明に係わる一般式（ＩＩ）で表わされる化合物からなるものである。
【００２５】
【化８】

【００２６】
【化９】

【００２７】
次いで、上記混合液晶（Ａ）７０重量％及び第１表中の本発明に係わるＮｏ．１、２、３又は４の化合物３０重量％からなるネマチック液晶組成物Ｎｏ．３９、４０、４１及び４２を各々調製した。
【００２８】
また、比較のために下記第４表に示した本発明外の類似構造を有する式（ａ）の化合物３０重量％及び混合液晶（Ａ）７０重量％からなるネマチック液晶組成物（ｃ）も同様に調製した。
【００２９】
これらの液晶組成物について、ネマチック相−等方性液体相転移温度Ｔ_Ｎ−Ｉ、誘電異方性△ε、複屈折率△ｎ、弾性定数Ｋ_１１、Ｋ_３３、セル厚８μｍのＴＮ−ＬＣＤを構成したときのしきい値電圧Ｖ_ｔｈ（Ｖ）を測定した。この結果を下記第５表に示す。
【００３０】
また、混合液晶（Ｂ）８０重量％及び第１表中の本発明に係わるＮｏ．６又は下記第４表に示した本発明外の類似構造を有する比較の式（ｂ）の化合物２０重量％からなるネマチック液晶組成物Ｎｏ．４３及び（ｄ）を各々調製し、これらの液晶組成物についても同様に測定した。この結果を下記第６表に示す。
【００３１】
【表４】

【００３２】
【表５】

【００３３】
【表６】

この結果から、一般式（Ｉ）で表わされる化合物は、ネマチック液晶材料の駆動電圧を低減させる効果を有し、更に弾性定数比Ｋ_３３／Ｋ_１１を大きくさせ、ＳＴＮ−ＬＣＤに有用な液晶材料の調製を可能とさせるものであることが明らかとなった。
【００３４】
本発明の液晶組成物において、一般式（Ｉ）の化合物を１０〜７５重量％の範囲で含有することが好ましく、３０〜７０重量％の範囲が特に好ましい。
【００３５】
本発明の液晶組成物は、一般式（Ｉ）で表わされる化合物とともに、一般式（ＩＩ）〜（ＸＸ）で表わされる化合物からなる群から選ばれる化合物を含有することにより、上記のような効果を維持向上するものである。
【００３６】
一般式（ＩＩ）〜（ＸＸ）で表わされる化合物は、誘電異方性が小さい化合物であり、一般的には、液晶材料に添加した場合に、そのしきい値電圧を上昇させてしまう欠点を有するが、一般式（Ｉ）で表わされる化合物と組み合わせて用いることにより、十分に低い駆動電圧で動作できるネマチック液晶組成物を調製することが可能である。
【００３７】
また、このうちの特に一般式（ＩＩ）〜（ＸＩ）で表わされる化合物は、ネマチック液晶材料に要求される複屈折率△ｎを容易に最適化することができ、液晶表示装置の色むらの低減、視角特性の向上、コントラスト比等を増加させ、ＳＴＮ−ＬＣＤの表示特性に必要な大きな弾性定数比Ｋ_３３／Ｋ_１１、あるいはＴＮ−ＬＣＤに必要な小さな弾性定数比Ｋ_３３／Ｋ_１１を得られるものであり、多くの情報を表示することが可能であり、ネマチック相の温度範囲を特に低温側に拡大させる効果を有し、液晶表示装置の操作可能な温度範囲を広げることができ、ネマチック液晶組成物の粘性を向上させるものであり、高速応答の液晶表示装置を得ることができる。
【００３８】
本発明の液晶組成物において、一般式（ＩＩ）〜（ＸＩ）の化合物からなる群から選ばれる化合物を各々０〜４０重量％の範囲で含有することが好ましく、総量では１０〜７０重量％の範囲が好ましく、３０〜６０重量％の範囲が特に好ましい。
【００３９】
また、特に一般式（ＸＩＩ）〜（ＸＸ）で表わされる化合物は、ネマチック液晶組成物に要求される複屈折率△ｎや弾性定数比Ｋ_３３／Ｋ_１１を調整できる化合物であり、液晶表示装置の色むらの低減や、表示特性の改善に有用なものであり、特にネマチック相の温度範囲を高温側に拡大させる効果を有し、液晶表示装置の操作可能な温度範囲を広げ、ネマチック液晶組成物の粘性を悪化させないので、高速応答の液晶表示装置を得ることができる。
【００４０】
本発明の液晶組成物において、一般式（ＸＩＩ）〜（ＸＸ）の化合物からなる群から選ばれる化合物を各々０〜２５重量％の範囲で含有することが好ましく、総量では５〜５０重量％の範囲が好ましく、１０〜４０重量％が特に好ましい。
【００４１】
勿論、本発明の液晶組成物は、より高度の液晶表示装置に適した特性を必要とされる場合には、（１）一般式（ＩＩ）〜（ＸＩ）で表わされる化合物からなる群から選ばれる化合物及び（２）一般式（ＸＩＩ）〜（ＸＸＩＩＩ）で表わされる化合物からなる群から選ばれる化合物を併用することがより好ましく、これによって優れた表示特性を有するネマチック液晶組成物が得られ、ＳＴＮ−ＬＣＤやＴＮ−ＬＣＤの材料として好ましいものである。
【００４２】
本発明の液晶組成物は、上記以外の特性を改善する目的で、通常この分野で液晶材料として認識される他のネマチック液晶、スメクチック液晶、コレステリック液晶などを適時混合して使用することができる。この様な液晶化合物の例を以下に挙げる。
【００４３】
【化１０】

【００４４】
（上記中、Ｒはアルキル基又はアルコキシル基を表わし、Ｘ’はＨ又はＦを表わす。）
【００４５】
更に、本発明の液晶組成物は、（１）一般式（Ｉ）で表わされる化合物及び（２）一般式（ＩＩ）〜（ＸＸ）で表わされる化合物からなる群から選ばれる化合物を含有することにより、より大きなプレチルト角を形成できる効果も認められる。具体的には、一般式（ＩＩ）〜（ＸＸ）で表わされる化合物だけでは、形成されるプレチルト角に特段の効果を示さないが、一般式（Ｉ）で表わされる化合物を含有する液晶組成物では大きなプレチルト角が形成される。
【００４６】
この効果は、一般式（Ｉ）の化合物の末端基に一般式
【００４７】
【化１１】
Ｃ_ｋＨ_２ｋ＋１−Ｏ−Ｃ_ｎＨ_２ｎ−
（上記中、ｋは１〜３の整数を表わし、ｎは２〜５の整数を表わす。）
で表わされるアルコキシアルキル基を有することによるものであり、もし、一般式（Ｉ）で表わされる化合物の類似構造を有する化合物、例えば、一般式（Ｉ）における末端基がアルキル基である化合物の場合には、この効果は現れないか又は劣るものである。
【００４８】
この様にして見いだされた高いプレチルト角を形成する効果は、ストライプ・ドメインが顕著に発生しにくくなり、ＳＴＮーＬＣＤの作製時の歩止まりを向上させるのに有用である。また、しきい値電圧の低減や急峻性の改良ができ、ＴＮーＬＣＤの時分割駆動特性を向上させるのに優れたものである。
【００４９】
以上詳細に述べてきたように、本発明のネマチック液晶組成物は、しきい値電圧が低く、良好な応答速度を示し、しかも化学的安定性の高いネマチック液晶組成物である。従って、本発明のネマチック液晶組成物は、高時分割特性に有用な優れた高速応答性、時分割数の増大による表示画面のちらつきやクロストークを改善し、情報量の多いＳＴＮ−ＬＣＤに適したものであり、優れた耐熱性及び耐光性により種々の環境下で使用される液晶表示素子に有用なものである。
【００５０】
【実施例】
以下、実施例により本発明を詳述するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。また、実施例及び比較例における「％」は『重量％』を表わす。
【００５１】
（実施例１）
【００５２】
【化１２】

【００５３】
から成るネマチック液晶組成物Ｎｏ．４４を調製した。この液晶組成物のネマチック相−等方性液体相転移温度（Ｔ_Ｎ−Ｉ）、誘電異方性（△ε）屈折率の異方性（△ｎ）及び８μｍのセル厚のＴＮ−ＬＣＤにおけるしきい値電圧（Ｖ_ｔｈ）は、以下の通りであった。
【００５４】
Ｔ_Ｎ−Ｉ：７６．６ ℃
Δε ：１３．２
Δｎ：０．１０８
Ｖ_ｔｈ：１．２４Ｖ
【００５５】
また、この液晶組成物２ｇをアンプル管に入れ、真空脱気後窒素置換の処理をして封入し、１５０℃、１時間の加熱促進テスト、及び１０時間の紫外線照射促進テスト「ＳＵＮＴＥＳＴ」（オリジナルハナウ社製）後の液晶組成物の比抵抗を測定した。この結果は以下の通りであった。
【００５６】
加熱促進テスト後比抵抗：７×１０^１１Ω・ｃｍ
紫外線照射促進テスト後比抵抗：２×１０^１１Ω・ｃｍ
【００５７】
（実施例２）
【００５８】
【化１３】

【００５９】
から成るネマチック液晶組成物Ｎｏ．４５を調製し、実施例１と同様にして各物性値及び表示特性を測定した。その結果は以下の通りであった。
Ｔ_Ｎ−Ｉ：７１．４ ℃
Δε ：１４．３
Δｎ：０．１１０
Ｖ_ｔｈ：１．２７Ｖ
加熱促進テスト後比抵抗：７×１０^１１Ω・ｃｍ
紫外線照射促進テスト後比抵抗：３×１０^１１Ω・ｃｍ
【００６０】
（実施例３）
【００６１】
【化１４】

【００６２】
から成るネマチック液晶組成物Ｎｏ．４６を調製し、実施例１と同様にして各物性値及び表示特性を測定した。その結果は以下の通りであった。
Ｔ_Ｎ−Ｉ：８１．０ ℃
Δε ：１３．６
Δｎ：０．１０２
Ｖ_ｔｈ：１．４０Ｖ
加熱促進テスト後比抵抗：７×１０^１１Ω・ｃｍ
紫外線照射促進テスト後比抵抗：３×１０^１１Ω・ｃｍ
【００６３】
（実施例４）
【００６４】
【化１５】

【００６５】
から成るネマチック液晶組成物Ｎｏ．４７を調製し、実施例１と同様にして各物性値及び表示特性を測定した。その結果は以下の通りであった。
Ｔ_Ｎ−Ｉ：７０．６ ℃
Δε ：１３．８
Δｎ：０．１７０
Ｖ_ｔｈ：１．３３Ｖ
加熱促進テスト後比抵抗：８×１０^１１Ω・ｃｍ
紫外線照射促進テスト後比抵抗：４×１０^１１Ω・ｃｍ
【００６６】
（実施例５）
【００６７】
【化１６】

【００６８】
から成るネマチック液晶組成物Ｎｏ．４８を調製し、実施例１と同様にして各物性値及び表示特性を測定した。その結果は以下の通りであった。
Ｔ_Ｎ−Ｉ：１００．０ ℃
Δε ：８．９
Δｎ：０．１７０
Ｖ_ｔｈ：１．９８Ｖ
【００６９】
（実施例６）
【００７０】
【化１７】

【００７１】
から成るネマチック液晶組成物Ｎｏ．４９を調製し、実施例１と同様にして各物性値及び表示特性を測定した。その結果は以下の通りであった。
Ｔ_Ｎ−Ｉ：９７．９ ℃
Δε ：１０．９
Δｎ：０．１８１
Ｖ_ｔｈ：１．７０Ｖ
【００７２】
（実施例７）
【００７３】
【化１８】

【００７４】
から成るネマチック液晶組成物Ｎｏ．５０を調製し、実施例１と同様にして各物性値及び表示特性を測定した。その結果は以下の通りであった。
Ｔ_Ｎ−Ｉ：１００．２ ℃
Δε ：１１．８
Δｎ：０．２０１
Ｖ_ｔｈ：１．７３Ｖ
【００７５】
（実施例８）
【００７６】
【化１９】

【００７７】
から成るネマチック液晶組成物Ｎｏ．５１を調製し、実施例１と同様にして各物性値及び表示特性を測定した。また、８μｍのセル厚のＴＮ−ＬＣＤにおける立ち上がり時間（τ_ｒ）と立ち下がり時間（τ_ｄ）が等しくなる応答時間（τ_ｒ＝τ_ｄ）も測定した。その結果は以下の通りであった。
【００７８】
Ｔ_Ｎ−Ｉ：６６．３ ℃
Δε ：９．８
Δｎ：０．０９７
Ｖ_ｔｈ：１．３６Ｖ
τ_ｒ＝τ_ｄ：４９．９ミリ秒
【００７９】
（比較例１）
【００８０】
【化２０】

【００８１】
から成る混合液晶（ｅ）を調製し、実施例８と同様にして各物性値及び表示特性を測定した。その結果は以下の通りであった。
Ｔ_Ｎ−Ｉ：６８．４ ℃
Δε ：８．６
Δｎ：０．０９８
Ｖ_ｔｈ：１．５５Ｖ
τ_ｒ＝τ_ｄ：５５．５ミリ秒
上記実施例８のほうが、比較例１と比べて、速応答性に優れ、低電圧で表示が可能であることが理解できる。
【００８２】
（実施例９）
実施例８及び比較例１の各液晶材料にカイラル物質「Ｓ−８１１」（メルク社製）を添加したＮｏ．５２と（ｆ）の混合液晶を調製し、対向する平面透明電極上に「サンエバー１５０」の有機膜をラビングして形成した配向膜をゆうしたツイスト角２２０°のＳＴＮ−ＬＣＤ表示用セルに各々注入し、表示特性を測定した。その結果を第７表に示した。
【００８３】
なお、カイラル物質は、カイラル物質の添加による混合液晶の固有らせんピッチＰと表示用セルのセル厚ｄが、Δｎ・ｄ＝０．８５、ｄ／Ｐ＝０．５３となるように添加した。電圧無印加時における表示セルの透過率を０％とし十分に高い印加電圧における透過率を１００％としたとき、第６表中のＶ_ＴＨは透過率が２０％となる電圧を、γは透過率が８０％となる電圧Ｖ_ＳＡＴとＶ_ＴＨの比（Ｖ_ＳＡＴ／Ｖ_ＴＨ）を、Ｎ_ｍａｘは時分割駆動線数［（γ^２＋１）／（γ^２ー１）］^２を表わす。
【００８４】
【表７】

上記実施例８の混合液晶の方が、比較例１と比べて、高時分割数で駆動ができ、低電圧で表示が可能であることが理解できる。
【００８５】
【発明の効果】
本発明のネマチック液晶組成物は、しきい値電圧が低く、良好な応答速度を示し、しかも化学的安定性の高いネマチック液晶組成物である。従って、本発明のネマチック液晶組成物は、高時分割特性に有用な優れた高速応答性、時分割数の増大による表示画面のちらつきやクロストークを改善でき、優れた耐熱性及び耐光性により、種々の環境下で使用される情報量の多い液晶表示素子に有用なものである。[0001]
[Industrial applications]
The present invention relates to a nematic liquid crystal composition useful as an electro-optical display material, and a liquid crystal display using the composition.
[0002]
[Prior art]
A typical liquid crystal display cell is a TN-LCD (Twisted Nematic-Liquid Crystal Display), which is used for watches, calculators, electronic organizers, pocket computers, word processors, personal computers, and the like.
[0003]
In recent years, the amount of information displayed on one screen has increased with the increase in the processing information of OA equipment, and it can meet the demand for high time-division driving of word processors, personal computers, and the like, particularly in terms of display quality such as contrast and viewing angle. As a method, Scheffer et al. [SID '85 Digest, P.S. 120 (1985)] or Kinukawa et al. [SID '86 Digest, P.S. 122 (1986)], STN (Super Twisted Nematic) -LCD has been developed, and has begun to be widely used for high-information processing displays such as word processors and personal computers.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, TN-LCDs and STN-LCDs still have various problems such as chemical stability of liquid crystal materials, low-voltage drivability of liquid crystal display devices, display performance related to pretilt angle, and improvement in production yield. I have.
[0005]
For example, a STN-LCD having a large amount of information, such as a word processor or a personal computer, is required to have a high time division number and good drive characteristics. Affect. As one method of reducing this, for example, a method of lowering the driving voltage using a liquid crystal material having a large dielectric anisotropy is known. As such a liquid crystal material, a compound such as an ester compound or a biphenyl compound is used. There is.
[0006]
However, many of such liquid crystal materials increase the viscosity of the liquid crystal material to make it difficult to obtain good response characteristics, or increase the capacitance component of each pixel, so that the driving that can be displayed is performed. There is a problem that the frequency range is narrowed, thereby causing crosstalk.
[0007]
On the other hand, in the case of a conventional liquid crystal material which can be driven at a low voltage, it is generally known that the prepared initial or post-acceleration test resistance is low, but such a liquid crystal material has a low resistance. However, an increase in the number of time divisions causes flickering of the display screen and a decrease in contrast, which is not preferable.
[0008]
Further, in order to compensate for dark image quality due to an increase in the amount of information, STN-LCDs generally use a backlight as an auxiliary light source. For this reason, a liquid crystal material used for a backlight type STN-LCD is required to have new chemical stability such as heat resistance and light resistance.
[0009]
An object of the present invention is to provide a nematic liquid crystal composition having a low threshold voltage and a high chemical stability, particularly as a liquid crystal material for STN-LCD. An object of the present invention is to provide a liquid crystal display device having high time-division characteristics using the same.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the present invention provides (1) a compound represented by the general formula (I):
[0011]
Embedded image

[0012]
(In the formula, k represents an integer of 1 to 3, n represents an integer of 2 to 5, m represents 0 or 1, and X represents H or F.)
And (2) general formulas (II) to (XX)
[0013]
Embedded image

[0014]
Embedded image

[0015]
(Wherein, R ¹ represents a straight-chain alkyl group or alkenyl group having 2 to 7 carbon atoms, R ² represents a straight-chain alkyl group, alkoxyl group or alkenyloxy group having 2 to 7 carbon atoms, R ³ and R ⁴ each independently represent a linear alkyl group having 2 to 7 carbon atoms, ring A represents a 1,4-phenylene group or 1,4-cyclohexylene group, and X ¹ represents CH ¹ ₃ or H, and X ² represents H or F.)
A nematic liquid crystal composition comprising a compound selected from the group consisting of:
[0016]
Representative examples of the compounds represented by the general formula (I) according to the present invention (Nos. 1 to 6) and their phase transition temperatures are shown in Table 1 below, and those represented by the general formulas (II) to (XX). Representative examples of the compounds represented (Nos. 7 to 38) and their phase transition temperatures are shown in Tables 2 and 3 below.
[0017]
[Table 1]

[0018]
[Table 2]

[0019]
[Table 3]

[0020]
(In the table, mp indicates a temperature at which a phase transition from a crystal phase to a liquid crystal phase or an isotropic liquid phase is made, and cp indicates a temperature at which a phase transition from a liquid crystal phase to an isotropic liquid phase is made.)
One of the features of the liquid crystal composition of the present invention is that it contains the compound represented by the general formula (I). The present inventors have found for the first time that the compound of the general formula (I) has an effect of reducing the driving voltage without deteriorating the response speed of the nematic liquid crystal material. Furthermore, compounds of general formula (I) is useful in the elastic constant of the critical liquid crystal material in the display characteristics, has the effect of particularly effectively reduce the elastic constant K _11, thereby a large elastic constant A nematic liquid crystal composition having a ratio of K ₃₃ / K ₁₁ can be prepared.
[0021]
Further, the compound of the general formula (I) has a terminal group represented by the general formula:
Embedded image
_{_{_{C k H 2k + 1 -O-}}} C n H 2n -
(In the above, k represents an integer of 1 to 3, and n represents an integer of 2 to 5.)
By having an alkoxyalkyl group represented by the formula, a more excellent effect can be exhibited. If a compound having a structure similar to that of the compound represented by the general formula (I), for example, a compound in which the terminal group in the general formula (I) is an alkyl group or a compound in which n is 6 or more, such an effect is obtained. Does not appear or is very small. Further, in the general formula (I), in the case of a compound in which n is 1, particularly a compound in which k is 1 and m is 1, a chemical change is likely to occur even in a normal storage state. In the case of a certain compound, there is a problem that the liquid crystallinity is remarkably reduced.
[0023]
This is a surprising fact found in the present invention, in which the slight difference in the side chain group in the general formula (I) gives a non-negligible result.
The following experiment was conducted to clarify this.
[0024]
The following mixed liquid crystal (A) and mixed liquid crystal (B) were prepared as base liquid crystals composed of compounds that are currently widely used.
The mixed liquid crystal (A) is composed of the compound represented by the general formula (II) according to the present invention.
[0025]
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[0026]
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[0027]
Next, 70% by weight of the mixed liquid crystal (A) and No. 1 according to the present invention in Table 1 were used. Nematic liquid crystal composition No. 1, consisting of 30% by weight of the compound of No. 1, 2, 3 or 4 39, 40, 41 and 42 were each prepared.
[0028]
For comparison, a nematic liquid crystal composition (c) composed of 30% by weight of the compound of the formula (a) having a similar structure and having 70% by weight of the mixed liquid crystal (A), which is shown in Table 4 below and has a similar structure, is the same. Was prepared.
[0029]
For these liquid crystal compositions, a TN-LCD having a nematic phase-isotropic liquid phase transition temperature T _NI , a dielectric anisotropy Δε, a birefringence Δn, elastic constants K ₁₁ and K ₃₃ , and a cell thickness of 8 μm. The threshold voltage V _th (V) at the time of configuring was measured. The results are shown in Table 5 below.
[0030]
Further, 80% by weight of the mixed liquid crystal (B) and No. 1 according to the present invention in Table 1 were used. No. 6 or a nematic liquid crystal composition No. 6 consisting of 20% by weight of a compound of the comparative formula (b) having a similar structure outside the present invention shown in Table 4 below. 43 and (d) were prepared, respectively, and these liquid crystal compositions were measured in the same manner. The results are shown in Table 6 below.
[0031]
[Table 4]

[0032]
[Table 5]

[0033]
[Table 6]

From this result, the compound represented by formula (I), nematic has the effect of reducing the driving voltage of the liquid crystal material, to further increase the elastic constant ratio K _{33 /} K _11, useful liquid crystal material STN-LCD It has been found that this allows the preparation of
[0034]
The liquid crystal composition of the present invention preferably contains the compound of the formula (I) in a range of 10 to 75% by weight, particularly preferably in a range of 30 to 70% by weight.
[0035]
The liquid crystal composition of the present invention contains the compound represented by the general formula (I) and a compound selected from the group consisting of the compounds represented by the general formulas (II) to (XX), whereby the above-described effects are obtained. To maintain and improve.
[0036]
The compounds represented by the general formulas (II) to (XX) are compounds having a small dielectric anisotropy, and generally have a disadvantage that when added to a liquid crystal material, the threshold voltage is increased. However, when used in combination with the compound represented by the general formula (I), it is possible to prepare a nematic liquid crystal composition that can operate at a sufficiently low driving voltage.
[0037]
In particular, the compounds represented by the general formulas (II) to (XI) can easily optimize the birefringence Δn required for the nematic liquid crystal material, and can improve the color unevenness of the liquid crystal display device. Reduction, improvement of viewing angle characteristics, increase of contrast ratio, etc., to increase the large elastic constant ratio K ₃₃ / K ₁₁ required for STN-LCD display characteristics or the small elastic constant ratio K ₃₃ / K ₁₁ required for TN-LCDs. Is obtained, it is possible to display a lot of information, has the effect of expanding the temperature range of the nematic phase particularly to the low temperature side, it is possible to expand the operable temperature range of the liquid crystal display device, The viscosity of the nematic liquid crystal composition is improved, and a high-speed response liquid crystal display device can be obtained.
[0038]
The liquid crystal composition of the present invention preferably contains a compound selected from the group consisting of compounds of the general formulas (II) to (XI) in a range of 0 to 40% by weight, and a total amount of 10 to 70% by weight. The range is preferable, and the range of 30 to 60% by weight is particularly preferable.
[0039]
The compounds represented by the general formulas (XII) to (XX) are compounds capable of adjusting the birefringence Δn and the elastic constant ratio K ₃₃ / K ₁₁ required for the nematic liquid crystal composition. It is useful for reducing color unevenness and improving display characteristics of a liquid crystal display device. In particular, it has an effect of expanding the temperature range of a nematic phase to a higher temperature side, expanding the operable temperature range of a liquid crystal display device, and nematic liquid crystal composition. Since the viscosity of the object is not deteriorated, a liquid crystal display device with a high response speed can be obtained.
[0040]
The liquid crystal composition of the present invention preferably contains a compound selected from the group consisting of compounds of the general formulas (XII) to (XX) in a range of 0 to 25% by weight, and a total amount of 5 to 50% by weight. The range is preferably, and particularly preferably 10 to 40% by weight.
[0041]
Needless to say, the liquid crystal composition of the present invention is selected from the group consisting of (1) compounds represented by the general formulas (II) to (XI) when characteristics suitable for a more advanced liquid crystal display device are required. It is more preferable to use a compound selected from the group consisting of compounds represented by formula (XII) to (XXIII) and (2) a compound represented by formula (XII) to (XXIII), whereby a nematic liquid crystal composition having excellent display characteristics can be obtained. It is preferable as a material for STN-LCD and TN-LCD.
[0042]
In the liquid crystal composition of the present invention, other nematic liquid crystals, smectic liquid crystals, cholesteric liquid crystals, and the like, which are generally recognized as liquid crystal materials in this field, can be used as needed in order to improve other properties. Examples of such liquid crystal compounds are given below.
[0043]
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[0044]
(In the above, R represents an alkyl group or an alkoxyl group, and X ′ represents H or F.)
[0045]
Further, the liquid crystal composition of the present invention contains (1) a compound represented by the general formula (I) and (2) a compound selected from the group consisting of the compounds represented by the general formulas (II) to (XX). Thus, the effect of forming a larger pretilt angle is also recognized. Specifically, the compounds represented by the general formulas (II) to (XX) alone do not show a special effect on the formed pretilt angle, but the liquid crystal composition containing the compound represented by the general formula (I) In this case, a large pretilt angle is formed.
[0046]
This effect is achieved by adding a compound of the general formula (I) to the terminal group of the compound of the general formula (I).
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_{_{_{C k H 2k + 1 -O-}}} C n H 2n -
(In the above, k represents an integer of 1 to 3, and n represents an integer of 2 to 5.)
A compound having a structure similar to that of the compound represented by the general formula (I), for example, a compound in which the terminal group in the general formula (I) is an alkyl group This effect does not appear or is inferior.
[0048]
The effect of forming a high pretilt angle found in this way makes it difficult for stripe domains to be remarkably generated, and is useful for improving the yield at the time of manufacturing an STN-LCD. In addition, the threshold voltage can be reduced and the steepness can be improved, which is excellent in improving the time-division driving characteristics of the TN-LCD.
[0049]
As described above in detail, the nematic liquid crystal composition of the present invention is a nematic liquid crystal composition having a low threshold voltage, exhibiting a good response speed, and having high chemical stability. Therefore, the nematic liquid crystal composition of the present invention has excellent high-speed response useful for high time division characteristics, improves display screen flicker and crosstalk due to an increase in the number of time divisions, and is suitable for STN-LCDs with a large amount of information. It is useful for a liquid crystal display element used in various environments due to excellent heat resistance and light resistance.
[0050]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples. “%” In Examples and Comparative Examples represents “% by weight”.
[0051]
(Example 1)
[0052]
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[0053]
Nematic liquid crystal composition No. 44 was prepared. This liquid crystal composition has a nematic phase-isotropic liquid phase transition temperature ( _TN-I ), dielectric anisotropy (△ ε), anisotropy of refractive index (△ n), and a TN-LCD having a cell thickness of 8 μm. The threshold voltage (V _th ) was as follows.
[0054]
T _NI : 76.6 ° C
Δε: 13.2
Δn: 0.108
V _th : 1.24 V
[0055]
In addition, 2 g of the liquid crystal composition was placed in an ampoule tube, subjected to vacuum degassing and then subjected to a process of purging with nitrogen, and sealed therein. The specific resistance of the liquid crystal composition after Hanau Co.) was measured. The results were as follows.
[0056]
Specific resistance after heating acceleration test: 7 × 10 ¹¹ Ω · cm
Specific resistance after UV irradiation acceleration test: 2 × 10 ¹¹ Ω · cm
[0057]
(Example 2)
[0058]
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[0059]
Nematic liquid crystal composition No. 45 was prepared, and its physical properties and display characteristics were measured in the same manner as in Example 1. The results were as follows.
T _NI : 71.4 ° C
Δε: 14.3
Δn: 0.110
V _th : 1.27 V
Specific resistance after heating acceleration test: 7 × 10 ¹¹ Ω · cm
Specific resistance after UV irradiation acceleration test: 3 × 10 ¹¹ Ω · cm
[0060]
(Example 3)
[0061]
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[0062]
Nematic liquid crystal composition No. 46 were prepared, and each physical property value and display characteristic were measured in the same manner as in Example 1. The results were as follows.
T _NI : 81.0 ° C
Δε: 13.6
Δn: 0.102
V _th : 1.40 V
Specific resistance after heating acceleration test: 7 × 10 ¹¹ Ω · cm
Specific resistance after UV irradiation acceleration test: 3 × 10 ¹¹ Ω · cm
[0063]
(Example 4)
[0064]
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[0065]
Nematic liquid crystal composition No. 47 were prepared, and each physical property value and display characteristic were measured in the same manner as in Example 1. The results were as follows.
T _NI : 70.6 ° C.
Δε: 13.8
Δn: 0.170
V _th : 1.33 V
Specific resistance after heating acceleration test: 8 × 10 ¹¹ Ω · cm
Specific resistance after UV irradiation acceleration test: 4 × 10 ¹¹ Ω · cm
[0066]
(Example 5)
[0067]
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[0068]
Nematic liquid crystal composition No. 48 were prepared, and their physical property values and display characteristics were measured in the same manner as in Example 1. The results were as follows.
T _NI : 100.0 ° C.
Δε: 8.9
Δn: 0.170
V _th : 1.98 V
[0069]
(Example 6)
[0070]
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[0071]
Nematic liquid crystal composition No. 49 were prepared, and each physical property value and display characteristic were measured in the same manner as in Example 1. The results were as follows.
T _NI : 97.9 ° C
Δε: 10.9
Δn: 0.181
V _th : 1.70 V
[0072]
(Example 7)
[0073]
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[0074]
Nematic liquid crystal composition No. 50 were prepared, and their physical property values and display characteristics were measured in the same manner as in Example 1. The results were as follows.
T _NI : 100.2 ° C.
Δε: 11.8
Δn: 0.201
V _th : 1.73 V
[0075]
(Example 8)
[0076]
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[0077]
Nematic liquid crystal composition No. 51 were prepared, and the physical properties and display characteristics were measured in the same manner as in Example 1. In addition, the response time (τ _r = τ _d ) in which the rise time (τ _r ) and the fall time (τ _d ) in the TN-LCD having a cell thickness of 8 μm were measured was also measured. The results were as follows.
[0078]
T _NI : 66.3 ° C.
Δε: 9.8
Δn: 0.097
V _th : 1.36 V
τ _r = τ _d : 49.9 milliseconds
(Comparative Example 1)
[0080]
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[0081]
Was prepared, and the physical properties and display characteristics were measured in the same manner as in Example 8. The results were as follows.
T _NI : 68.4 ° C.
Δε: 8.6
Δn: 0.098
V _th : 1.55 V
τ _r = τ _d : 55.5 ms It can be understood that Example 8 is superior to Comparative Example 1 in terms of quick response and enables display at a low voltage.
[0082]
(Example 9)
In each of the liquid crystal materials of Example 8 and Comparative Example 1, the chiral substance “S-811” (manufactured by Merck) was added. 52 and (f) were prepared, and an alignment film formed by rubbing an organic film of “Sanever 150” on the opposing flat transparent electrode was placed in a STN-LCD display cell having a twist angle of 220 ° with a twist angle of 220 °. It was injected and the display characteristics were measured. The results are shown in Table 7.
[0083]
The chiral substance was added so that the intrinsic helical pitch P of the mixed liquid crystal and the cell thickness d of the display cell due to the addition of the chiral substance were Δn · d = 0.85 and d / P = 0.53. Assuming that the transmittance of the display cell when no voltage is applied is 0% and the transmittance at a sufficiently high applied voltage is 100%, V _TH in Table 6 is a voltage at which the transmittance becomes 20%, and γ is a transmittance. the ratio of the voltage _{V SAT} and _{V TH} which rate is _{_{80% (V SAT / V TH}} ), N max is the time division driving line number ^{[(γ 2 +1) / (} γ 2 - ^1)] represents ^2.
[0084]
[Table 7]

It can be understood that the liquid crystal mixture of Example 8 can be driven with a higher number of time divisions and can be displayed with a lower voltage than that of Comparative Example 1.
[0085]
【The invention's effect】
The nematic liquid crystal composition of the present invention is a nematic liquid crystal composition having a low threshold voltage, exhibiting a good response speed, and having high chemical stability. Therefore, the nematic liquid crystal composition of the present invention has excellent high-speed responsiveness useful for high time-division characteristics, can improve display screen flicker and crosstalk by increasing the number of time divisions, and has excellent heat resistance and light resistance. It is useful for a liquid crystal display device having a large amount of information used in various environments.

Claims

(1) General formula (I)

(Wherein, k represents an integer of 1 to 3, n is an integer of 2 to 5, m is 0 or 1, X represents H or F.) Contains a compound represented by (2 ) In a liquid crystal composition containing a compound having a small dielectric anisotropy, that is, a compound having a dielectric anisotropy of -2 to 1, the compound having a small dielectric anisotropy has a general formula (III) to (XX).

(Wherein, R ¹ represents a straight-chain alkyl group or alkenyl group having 2 to 7 carbon atoms, R ² represents a straight-chain alkyl group, alkoxyl group or alkenyloxy group having 2 to 7 carbon atoms, R ³ and R ⁴ each independently represent a linear alkyl group having 2 to 7 carbon atoms, ring A represents a 1,4-phenylene group or 1,4-cyclohexylene group, and X ¹ represents CH 3 or represents H, X ² is a nematic liquid crystal composition characterized by comprising a compound selected from the group consisting of compounds represented by represents.) H or F.

A super twisted nematic liquid crystal display using the nematic liquid crystal composition according to claim 1.