JP4214423B2 - 液晶組成物及びこれを用いた液晶表示装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気光学表示材料として有用なネマチック液晶組成物及びこれを用いた液晶表示装置に関する。更に詳しくは、高信頼性を要するパッシブ駆動方式及びアクティブマトリクス駆動方式液晶表示素子用液晶組成物及びこれを用いる液晶表示素子に関する。
【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(Supertwisted 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】
しかしディスプレイの表示容量が増加するに従い、９０°に捻ったＴＮディスプレイでは、コントラストを十分にとることができなくなり、電子手帳→ワープロ→パソコンと表示容量が増えてくると、いわゆる”闇夜にカラス“状態になってしまった。この欠点を補うべく、高密度表示が要求される用途に対し、STN-LCD、AM-LCDが開発された。
【０００４】
STN-LCDは、TN-LCDの捻りを更に強く捻ったものである。捻りを上げることにより印加電圧に対する光学応答が急峻になり、ＴＮでは達成できなかったパソコンのインターフェースとして十分なコントラストを有する可能性が出てきた。また、コントラストの視角依存性も改善された。しかし、捻ったがために、応答速度が悪化してしまい、応答速度の改善が課題として残された。ＬＣＤの用途の大半がパソコン用ディスプレイのため、マウスやスクロールに対応できる50msec〜150msec程度までの応答特性の改善が必須である。
【０００５】
応答特性を改善するために、液晶組成物の低粘性化、ＬＣＤの低ギャップ化、従来の線順次駆動法に代えたMLA(Multi Line Addressing)法などの駆動方法の改善が検討されているが、未だ満足できる特性を得るに至っていない。
【０００６】
一方、AM-LCD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。
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。
【０００７】
依然としてAM-LCDの用途の大半をしめるＰＣ用ディスプレイには、低消費電力に対応した低電圧駆動用液晶組成物への要請が強い。駆動電圧を低くするためには、液晶の閾値電圧Vthを下げ、誘電率異方性Δεを大きくする材料が望まれる。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。このため、低電圧駆動が可能な高速レスポンスかつ高電圧保持率液晶組成物が強く求められていた。
【０００８】
また、上記のパッシブ駆動を行うＴＮ、ＳＴＮ方式においても、低電圧化による電流値の増加を抑えるため、高抵抗・高速レスポンス液晶組成物の要請が強くなってきた。
【０００９】
しかし、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、かつ高い電圧保持率を同時に満足する液晶組成物および液晶表示素子はなかった。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上記のアクティブマトリクス駆動を行うAM-LCD用およびパッシブ駆動方式を行うTN-LCD、STN-LCD液晶組成物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、高い電圧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にある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、これらの課題を解決するために、種々の液晶化合物を用いた液晶組成物を作成し、評価検討した結果、
１．一般式（Ｉ）
【００１２】
【化５】
【００１３】
（この式において、Ｒ1は炭素原子数１〜１０のアルキル基、アルケニル基、オキサアルキル基、オキサアルケニル基又はアルコキシ基を示し、Ｚ1及びＺ2はそれぞれ独立して単結合、―ＣＨ2ＣＨ2―、―ＣＨ2ＣＨ2ＣＨ2ＣＨ2―、又は―Ｃ≡Ｃ―を示し、環Ａ及び環Ｂはそれぞれ独立してシクロへキシレン、フェニレン、フッ素原子により置換されたフェニレン、あるいは少なくとも一個の水素原子（Ｈ）が重水素原子（Ｄ）により置換されたシクロへキシレンを示す。）で表される化合物群Ａから選ばれる化合物を少なくとも1種以上を含有し、一般式(ＩＩ)
【００１４】
【化６】
【００１５】
（この式において、Ｒ2は炭素原子数１〜１０のアルキル基、アルケニル基、オキサアルキル基、オキサアルケニル基又はアルコキシ基を示し、Ｚ3は単結合、―ＣＨ2ＣＨ2―、―ＣＨ2ＣＨ2ＣＨ2ＣＨ2―、又は―Ｃ≡Ｃ―を示し、環Ｃはシクロへキシレン、フェニレン、フッ素原子により置換されたフェニレン、あるいは少なくとも一個の水素原子（Ｈ）が重水素原子（Ｄ）により置換されたシクロへキシレンを示し、Ｘ1及びＹ1はそれぞれ独立して水素原子またはフッ素原子を示す。）で表される化合物群Ｂから選ばれる化合物を少なくとも１種以上含有し、更に、一般式(ＩＩＩ)
【００１６】
【化７】
【００１７】
（この式において、Ｒ3及びＲ4はそれぞれ独立して炭素原子数１〜１０のアルキル基、アルケニル基、オキサアルキル基、オキサアルケニル基又はアルコキシ基を示し、Ｚ4及びＺ5はそれぞれ独立して単結合、―ＣＨ2ＣＨ2―、―ＣＨ2ＣＨ2ＣＨ2ＣＨ2―、又は―Ｃ≡Ｃ―を示し、ｍは０又は１の整数を表し、環Ｄ、環Ｅ及び環Ｆはそれぞれ独立してシクロへキシレン、フェニレン、フッ素原子により置換されたフェニレン、あるいは少なくとも一個の水素原子（Ｈ）が重水素原子（Ｄ）により置換されたシクロへキシレンを示す。）で表される化合物群Ｃから選ばれる化合物を少なくとも１種以上含有することを特徴とする液晶組成物であって、該液晶組成物が少なくとも８５℃のネマチック-アイソトロピック転移温度（Ｎ−Ｉ点）を有し、２５℃でのしきい値電圧が１．２Ｖ以上１．８Ｖ以下の範囲にあり、２０℃での最大粘度が２８ｍＰａ・ｓであることを特徴とする液晶組成物。
２．上記１記載の化合物群Ａ、化合物群Ｂ、化合物群Ｃで表される各群から選ばれた化合物の重量割合が、液晶組成物の全重量に対して、それぞれ５〜９０重量％、２〜３０重量％、５〜４０重量％であることを特徴とする上記１記載の液晶組成物。
３．一般式（ＩＶ）
【００１８】
【化８】
【００１９】
（この式において、Ｒ5は炭素数１〜１０のアルキル基、アルケニル基、オキサアルキル基、オキサアルケニル基又はアルコキシ基を示し、Ｚ6、Ｚ7及びＺ8はそれぞれ独立して単結合、―ＣＨ2ＣＨ2―、―ＣＨ2ＣＨ2ＣＨ2ＣＨ2―、又は―Ｃ≡Ｃ―を示し、ｎは０又は１の整数を表し、環Ｇ、環Ｈ及び環Ｉはそれぞれ独立してシクロへキシレン、フェニレン、フッ素原子により置換されたフェニレン、あるいは少なくとも一個の水素原子（Ｈ）が重水素原子（Ｄ）により置換されたシクロへキシレンを示し、Ｘ2及びＹ2はそれぞれ独立して水素原子またはフッ素原子を示す。但し、ｎが０である場合、Ｘ、Ｙのいずれか一方は水素原子を示す。）で表される化合物群Ｄから選ばれた液晶化合物を含むことを特徴とする上記１又は２記載の液晶組成物。
４．−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、２５℃での光学異方性が０．０７〜０．１２の範囲にあり、且つ２５℃での誘電率異方性が３以上であることを特徴とする上記３記載の液晶組成物。
５．上記１、２、３又は４記載の液晶組成物を用いた液晶表示素子。
６．上記１、２、３又は４記載の液晶組成物を用いたアクティブマトリクス駆動型液晶表示素子。
７．上記１、２、３又は４記載の液晶組成物を用いたツイスティッド・ネマチック又はスーパー・ツイスティッド・ネマチック液晶表示素子。
８．上記５、６又は７記載の液晶表示素子を用いた液晶表示装置。
を前記課題の解決手段として見いだした。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下に本発明のネマチック液晶組成物及びこれを用いた液晶表示装置の一例について説明する。
【００２１】
本発明の液晶組成物における好ましい態様として、液晶成分は、合計で少なくとも１０種以上の化合物を必要とし、化合物群Ａ（以下Ａ群という）より１種〜１５種、化合物群Ｂ（以下Ｂ群という）より１種〜５種、化合物群Ｃ（以下Ｃ群という）より１種〜１０種の範囲が好ましい。この効果は、Ａ群の一般式（Ｉ）の液晶成分を５〜９０重量％の範囲で、Ｂ群の一般式(ＩＩ)を２〜３０重量％の範囲で、Ｃ群の一般式(ＩＩＩ)を１０〜４０重量％の範囲で含有させることが好ましい。更に好ましくは、それぞれの群の重量％を、３０〜８０重量％、５〜２０重量％、１０〜３０％の範囲で含有させることにより特段のものとなる。
【００２２】
以下に本発明の液晶組成物を構成する各群の化合物について詳述する。
一般式（Ｉ）〜(ＩＩＩ)の化合物は公知の化合物であり、当業者が容易に入手することができる。
【００２３】
Ａ群に相当する一般式（Ｉ）の化合物は、大きい比誘電率を持ち、低電圧駆動可能な低しきい値電圧を組成物に付与する。しかし、この群の化合物を多く使用すると、粘性の増大や、低温安定性の不安定化を招くことになる。Ｂ群の一般式(ＩＩ)の化合物を使用することにより、更なる低電圧駆動化が可能となると共に低温での動作温度範囲を広げることができる。しかし、この化合物の使用率を大きくすると、液晶組成物のネマティックーアイソトロピック転移温度を著しく低下させてしまう。また、Ｃ群の一般式(ＩＩＩ)で示される化合物は、強い極性を持たず粘性が低い。これらの化合物を使用することにより、駆動可能な温度範囲、特に低温側の温度範囲を一層広くでき又一層高速応答化させることができる。
【００２４】
上記一般式（Ｉ）〜（ＩＩＩ）おけるＲ1〜Ｒ4は、それぞれ独立して炭素原子数１〜１０のアルキル基、アルケニル基、オキサアルキル基、オキサアルケニル基又はアルコキシ基を示すが、炭素原子数１〜７が特に好ましい。アルケニル基は、低粘性でかつ、ネマティック温度範囲を広くするため、特に好ましい。
【００２５】
Ａ群の一般式（Ｉ）で示される化合物の例としては次の化合物が好ましい。R-CCPffF、R-CaCPffF、R-CCaPffF、R-CbCPffF、R-CCbPffF、R-CPPffF、R-CaPPffF、R-CPaPffF、R-CPtPffF、R-CaPtPffF、R-CbPtPffF、R-CbPPffF、R-CPbPffF、R-PPPffF
R-PaPPffF、R-PPaPffF、R-PbPPffF、R-PPbPffF
Ｂ群の一般式(ＩＩ)で示される化合物の例としては次の化合物が好ましい。R-CPF、R-CaPF、R-CbPF、R-PPF、RPaPF、R-PbPF、R-CPfF、R-PPfF、R-CaPfF、R-CbPfF、R-PaPfF、R-PbPfF、R-CPffF、R-PPffF、R-CaPffF、R-CbPffF、R-PaPffF、R-PbPffF
R-PtPF、R-PtPfF、R-PtPffF
Ｃ群の一般式（ＩＩＩ）で示される化合物の例としては、次の化合物が好ましい。R-CC-R'、R-CP-R'、R-CaCR'、R-CaP-R'、R-CbC-R'、R-CbP-R
R-PP-R'、R-PaP-R'、R-PbP-R'、R-PtP-R'、R-CCP-R'、R-CaCP-R'、R-CCaP-R'、R-CbCP-R'、R-CCbP-R'、R-CPPR'、R-CaPP-R'、R-CPaP-R'、R-CbPP-R'、R-CPbP-R'R-CPtP-R'、R-PPP-R'、R-PtPP-R'、R-PPtP-R'、R-CaPtPR'、R-CbPtP-R'
（但し、Ｒはそれぞれ独立に炭素原子数１〜１０のアルキル基、アルケニル基、オキサアルキル基、オキサアルケニル基又はアルコキシ基を示し、Ｃはシクロへキシレン基、または少なくとも一個の水素原子（Ｈ）が重水素原子（Ｄ）で置換されたシクロへキシレン基、Ｐはフェニレン基又はフッ素原子により置換されたフェニレン基、−若しくは連結基を示していないものは単結合を示し、ａは―ＣＨ 2 ＣＨ 2 ―を、ｂは―ＣＨ 2 ＣＨ 2 ＣＨ 2 ＣＨ 2 ―を、ｔは―Ｃ≡Ｃ―を示し、Ｆは４位の位置に置換されたフッ素原子を示し、ｆは 3 又は 5 位の位置に置換されたフッ素原子を示す。）
また、本発明のネマチック液晶組成物は、少なくとも８５℃のネマチック-アイソトロピック転移温度（Ｎ−Ｉ点）、２５℃でのしきい値電圧が１．２Ｖ以上１．８Ｖ以下の範囲にあり、２０℃での最大粘度が２８ｍＰａ・ｓを有するものであるが、好ましいＮ−Ｉ点としては９０℃以上、より好ましくは１００℃以上である。
【００２６】
液晶組成物の全重量に対して、Ａ群の化合物、Ｂ群の化合物、Ｃ群の化合物で表される各群から選ばれた化合物の重量割合が、それぞれ５〜９０重量％、２〜３０重量％、５〜４０重量％であることが望ましく、更に望ましくは、５〜７０重量％、２〜２０重量％、５〜５０重量％であることが望ましい。
【００２７】
このようにして得られた、液晶組成物を使用した液晶表示素子は、高いコントラスト、高い電圧保持率特性を示し、低電圧駆動で駆動できかつ低温においても速い応答速度を示す。
【００２８】
本発明のネマチック液晶組成物は、一般式(Ｉ)で表されるＡ群の化合物中から少なくとも１種と、一般式(ＩＩ)で表されるＢ群の化合物中から少なくとも１種、および一般式(ＩＩＩ)で表されるＣ群の化合物中から、少なくとも１種以上の化合物を必須成分として用いた液晶組成物であるが、更に、好ましく加えることのできる成分として、一般式（ＩＶ）で表されるＤ群の化合物の中から少なくとも１種以上の化合物を選択し含有させることができる。
【００２９】
液晶組成物の全重量に対して、Ｄ群のから選ばれた化合物の重量割合が、５〜７０重量％が望ましく、更に望ましくは、１０〜６０重量％であることが望ましい。
【００３０】
上記一般式（ＩＶ）におけるＲ5は、炭素原子数１〜１０のアルキル基、アルケニル基、オキサアルキル基、オキサアルケニル基又はアルコキシ基を示すが、炭素原子数１〜７が特に好ましい。アルケニル基は、低粘性でかつ、ネマティック温度範囲を広くするため、特に好ましい。
【００３１】
化合物Ｄ群（以下、Ｄ群という）の一般式（ＩＶ）で示される化合物の好ましい例としては、次の化合物が上げられる。
R-CCPfF、R-CaCPfF、R-CCaPfF、R-CbCPfF、R-CbCPfF、
R-CPPfF、R-CaPPfF、R-CPaPfF、R-PPPfF、R-PaPPfF、R-PbPPfF、
R-CPtPfF、R-CaPtPfF、R-CbPtPfF、R-PtPPfF、R-PPtPfF
R-CCPPF、R-CaCPPF、R-CCaPPF、R-CCPaPF
R-CbCPPF、R-CCbPPF、R-CCPbPF
R-CCCPF、R-CaCCPF、R-CCaCPF、R-CCCaPF、
R-CbCCPF、R-CCbCPF、R-CCCbPF
R-CPPPF、R-CaPPPF、R-CPaPPF、R-CPPaPF、R-CbPPPF、R-CPbPPF
R-PPPPF、R-CPCPF、R-PCPCF、
R-CCPtPF、R-CPtPPF、R-CaPtPPF、R-CbPtPPF
R-PtPPPF、R-PPtPPF、R-PPPtPF、R-PtPtPtPF、
R-CCPPfF、R-CaCPPfF、R-CCaPPfF、R-CCPaPfF
R-CbCPPfF、R-CCbPPfF、R-CCPbPfF
R-CCCPfF、R-CaCCPfF、R-CCaCPfF、R-CCCaPfF、
R-CbCCPfF、R-CCbCPfF、R-CCCbPffF
R-CPPPfF、R-CaPPPfF、R-CPaPPfF、R-CPPaPfF、
R-PPPPfF、R-CPCPfF、R-PCPCfF、
R-CCPtPfF、R-CPtPPfF、R-CaPtPPfF、R-CbPtPPfF
R-PtPPPfF、R-PPtPPfF、R-PPPtPfF、R-PtPtPtPfF、
R-CCPPffF、R-CaCPPffF、R-CCaPPffF、R-CCPaPffF
R-CbCPPffF、R-CCbPPffF、R-CCPbPffF
R-CCCPffF、R-CaCCPffF、R-CCaCPffF、R-CCCaPffF、
R-CbCCPffF、R-CCbCPffF、R-CCCbPffF
R-CPPPffF、R-CaPPPffF、R-CPaPPffF、R-CPPaPffF、
R-CbPPPffF、R-CPbPPffF、R-CPPbPffF
R-PPPPffF、R-CPCPffF、R-PCPCffF、
R-CCPtPffF、R-CPtPPffF、R-CaPtPPffF、R-CbPtPPffF
R-PtPPPffF、R-PPtPPffF、R-PPPtPffF、R-PtPtPtPffF、
（但し、Ｒはそれぞれ独立に炭素原子数１〜１０のアルキル基、アルケニル基、オキサアルキル基、オキサアルケニル基又はアルコキシ基を示し、Ｃはシクロへキシレン基、または少なくとも一個の水素原子（Ｈ）が重水素原子（Ｄ）で置換されたシクロへキシレン基、Ｐはフェニレン基又はフッ素原子により置換されたフェニレン基、−若しくは連結基を示していないものは単結合を示し、ａは―ＣＨ2ＣＨ2―を、ｂは―ＣＨ2ＣＨ2ＣＨ2ＣＨ2―を、ｔは―Ｃ≡Ｃ―を示し、Ｆは４位の位置に置換されたフッ素原子を示し、ｆは3又は5位の位置に置換されたフッ素原子を示す。）
上記記載の本発明の液晶組成物は、少なくとも８５℃のネマチック-アイソトロピック転移温度（Ｎ−Ｉ点）、２５℃でのしきい値電圧が１．２Ｖ以上１．８Ｖ以下の範囲にあり、２０℃での最大粘度が２８ｍＰａ・ｓを有するものであるが、更には−２０℃以下の結晶相又はスメクチック相−ネマチック相転移温度、２５℃における光学異方性が０．０７〜０．１２の範囲にあり、２５℃における誘電率異方性が３以上であることがより好ましく、より好ましい結晶相又はスメクチック相−ネマチック相転移温度は−３０℃以下、更に好ましくは−４０℃以下であり、誘電率異方性は５以上が好ましく、６〜１２の範囲が特に好ましい。また、光学異方性は０．０８〜０．１１の範囲が特に好ましい。
【００３２】
上記記載の本発明の液晶組成物は、低電圧駆動に対応し、かつアウトドア用途に使用できる広いネマチック温度範囲（つまり、高いネマチックーアイソトロピック転移温度と低いネマチック−結晶又はスメクチック転移温度）を有する。更に、得られた液晶組成物は、高い比抵抗を示し高温でも高い電圧保持率を保ち、低電圧駆動が可能であり、低粘性で高速応答性を示す。
【００３３】
更に、本発明の別の態様は、上記記載の液晶組成物を使用することを特徴とした液晶表示素子に関する。このような本発明の液晶表示素子は、アクティブ・マトリクス駆動型、および高信頼性を要するパッシブ駆動型ツイスティッド・ネマチックあるいはスーパー・ツイスティッド・ネマチック液晶表示用装置に好ましく用いることができる。
【００３４】
【実施例】
以下、実施例および比較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。
実施例中、測定した特性は以下の通りである。
【００３５】
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（℃）
△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）
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）
ＨＲ ：80℃での電圧保持率（％）（セル厚６μｍのTN-LCDに注入し、5V印加、フレームタイム２０ｍｓ、パルス幅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）
（参考例１） ネマチック液晶組成物ＥＸ１
【００３６】
【化９】
【００３７】
を調整した。ここに、カイラル物質「Ｓ−８１１」（メルク社製）を０．１％添加して混合液晶を調整し、これをセルに注入して表示特性を測定した。
結果は以下の通りであった。
【００３８】
Ｔni： ８９．４ ℃
Ｔ-n：−５２ ℃
Ｖth： １．５４ Ｖ
△ε： ８．２
△ｎ： ０．０９２
η ： ２７．０ ｃ．ｐ．
ＨＲ： ９９．７％
（実施例２） ネマチック液晶組成物ＥＸ２
【００３９】
【化１０】
【００４０】
を調整した。ここに、カイラル物質「Ｓ−８１１」（メルク社製）を０．１％添加して混合液晶を調整し、これをセルに注入して表示特性を測定した。
結果は以下の通りであった。
【００４１】
Ｔni： ９１．２ ℃
Ｔ-n： −４７． ℃
Ｖth： １．６０ Ｖ
14
△ε： ７．０
△ｎ： ０．０９４
η ： ２１．２ ｃ．ｐ．
ＨＲ： ９９．５％
（参考例２） ネマチック液晶組成物ＥＸ３
【００４２】
【化１１】
【００４３】
を調整した。ここに、カイラル物質「Ｓ−８１１」（メルク社製）を０．１％添加して混合液晶を調整し、これをセルに注入して表示特性を測定した。
結果は以下の通りであった。
【００４４】
Ｔni： ８８．０ ℃
Ｔ-n： −５２ ℃
Ｖth： １．６６ Ｖ
△ε： ５．５
△ｎ： ０．０７４
η ： １９．８ ｃ．ｐ．
ＨＲ： ９９．７％
（実施例４） ネマチック液晶組成物ＥＸ４
【００４５】
【化１２】
【００４６】
を調整した。ここに、カイラル物質「Ｓ−８１１」（メルク社製）を０．１％添加して混合液晶を調整し、これをセルに注入して表示特性を測定した。
結果は以下の通りであった。
【００４７】
Ｔni： ９０．０ ℃
Ｔ-n：−４０ ℃
△ｎ： ０．０９２
η ： ２３．１ ｃ．ｐ．
Ｖth： １．６１ Ｖ
ＨＲ： ９９．７％
（実施例５） ネマチック液晶組成物ＥＸ５
【００４８】
【化１３】
【００４９】
を調整した。ここに、カイラル物質「Ｓ−８１１」（メルク社製）を０．１％添加して混合液晶を調整し、これをセルに注入して表示特性を測定した。
結果は以下の通りであった。
【００５０】
Ｔni： ９２．２ ℃
Ｔ-n：−５６ ℃
△ｎ： ０．０８４
η ： １９．８ ｍＰａ．ｓ
Ｖth： １．７８ Ｖ
ＨＲ： ９９．７％
（実施例６） ネマチック液晶組成物ＥＸ６
【００５１】
【化１４】
【００５２】
を調整した。ここに、カイラル物質「Ｓ−８１１」（メルク社製）を０．１％添加して混合液晶を調整し、これをセルに注入して表示特性を測定した。
結果は以下の通りであった。
【００５３】
Ｔni： １００．９ ℃
Ｔ-n：−５８ ℃
△ｎ： ０．０８６
η ： ２１．０ ｍＰａ．ｓ
Ｖth： １．７８ Ｖ
ＨＲ： ９９．８％
（実施例７） ネマチック液晶組成物ＥＸ７
【００５４】
【化１５】
【００５５】
を調整した。ここに、カイラル物質「Ｓ−８１１」（メルク社製）を０．１％添加して混合液晶を調整し、これをセルに注入して表示特性を測定した。
結果は以下の通りであった。
【００５６】
Ｔni： ９１．０ ℃
Ｔ-n：−６４ ℃
△ｎ： ０．０８５
η ： ２１．８ ｃ．ｐ．
Ｖth： １．８０ Ｖ
ＨＲ： ９９．７％
（参考例３） ネマチック液晶組成物ＥＸ８
【００５７】
【化１６】
【００５８】
【化１７】
【００５９】
を調整した。ここに、カイラル物質「Ｓ−８１１」（メルク社製）を０．１％添加して混合液晶を調整し、これをセルに注入して表示特性を測定した。
結果は以下の通りであった。
【００６０】
Ｔni： ８５．２ ℃
Ｔ-n：−３５ ℃
△ｎ： ０．０８７
η ： ２８．０ ｃ．ｐ．
Ｖth： １．３８ Ｖ
ＨＲ： ９９．３％
（比較例１） 比較混合液晶ＲＥＦ１
【００６１】
【化１８】
【００６２】
を調製した。
この組成物の諸特性を測定したところ、結果は以下の通りであった。
Ｔni： ８２．１ ℃
Ｔ-n： −３２． ℃
Ｖth： １．３８ Ｖ
△ε ： ８．８
△ｎ ： ０．０８３
η ： ３４．４ ｃ．ｐ．
比較混合液晶ＲＥＦ１は、本発明のネマチック液晶組成物の必須成分であるＣ群に相当する化合物を含まない混合液晶である。
【００６３】
前記実施例８のＥＸ８のしきい値電圧は、ＲＥＦ１と同程度であるにも関わらず、本発明の液晶組成物のほうが、高Ｔni及び低Ｔ-nを有するため広い温度範囲で液晶相を示し、粘性においても、本発明のほうが大きく低下していることがわかる。
（比較例２） 比較混合液晶ＲＥＦ２
前記比較例１の比較混合液晶ＲＥＦ１は、実施例８のＥＸ８と比較すると粘性が大幅に悪化している。そこで、比較例２では、ＲＥＦ１と同じく本発明の液晶組成物の必須成分であるＣ群に相当する化合物を含まず、且つＥＸ８と同様の粘性、即ち２８．０ｃ．ｐ．となるよう比較混合液晶ＲＥＦ２
【００６４】
【化１９】
【００６５】
を調製した。
この組成物の諸特性を測定したところ、結果は以下の通りであった。
Ｔni： ８０．８ ℃
Ｔ-n： −３５． ℃
Ｖth： １．３８ Ｖ
△ｎ ： ０．０７８
η ： ２８．０ ｃ．ｐ．
これより、ＲＥＦ２の混合液晶は、Ｔniが８０．８℃となってしまい、本発明の液晶組成物におけるＴniが８５℃以上という要件を確保することができなかった。
【００６６】
以上、実施例１〜８の結果より、本発明のネマチック組成物は広いネマチック液晶温度範囲、低いしきい値電圧、及び高い電圧保持率を有することが明らかであり、また、低粘性であることから、高速応答性をも有することが理解できる。
【００６７】
また、比較例からも明らかなように、本発明のネマチック液晶組成物はＡ群、Ｂ群、Ｃ群の各々の群から選ばれる化合物を必須成分として用いることにより、広い温度範囲で液晶相を示し、且つ低粘性の液晶組成物を得ることが可能となることが明らかである。
【００６８】
【発明の効果】
本発明のネマチック液晶組成物は、広いネマティック温度範囲、低い粘性を有し、これを用いた液晶表示素子は、しきい値電圧が低く、高い電圧保持率を高温度まで維持することが可能である。従って、高速応答性が可能な、特にアクティブマトリクス駆動型、あるいはツイスティッド・ネマチック又はスーパー・ツイスティッド・ネマチック液晶表示装置に非常に有用である。
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気光学表示材料として有用なネマチック液晶組成物及びこれを用いた液晶表示装置に関する。更に詳しくは、高信頼性を要するパッシブ駆動方式及びアクティブマトリクス駆動方式液晶表示素子用液晶組成物及びこれを用いる液晶表示素子に関する。
【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(Supertwisted 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】
しかしディスプレイの表示容量が増加するに従い、９０°に捻ったＴＮディスプレイでは、コントラストを十分にとることができなくなり、電子手帳→ワープロ→パソコンと表示容量が増えてくると、いわゆる”闇夜にカラス“状態になってしまった。この欠点を補うべく、高密度表示が要求される用途に対し、STN-LCD、AM-LCDが開発された。
【０００４】
STN-LCDは、TN-LCDの捻りを更に強く捻ったものである。捻りを上げることにより印加電圧に対する光学応答が急峻になり、ＴＮでは達成できなかったパソコンのインターフェースとして十分なコントラストを有する可能性が出てきた。また、コントラストの視角依存性も改善された。しかし、捻ったがために、応答速度が悪化してしまい、応答速度の改善が課題として残された。ＬＣＤの用途の大半がパソコン用ディスプレイのため、マウスやスクロールに対応できる50msec〜150msec程度までの応答特性の改善が必須である。
【０００５】
応答特性を改善するために、液晶組成物の低粘性化、ＬＣＤの低ギャップ化、従来の線順次駆動法に代えたMLA(Multi Line Addressing)法などの駆動方法の改善が検討されているが、未だ満足できる特性を得るに至っていない。
【０００６】
一方、AM-LCD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。
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。
【０００７】
依然としてAM-LCDの用途の大半をしめるＰＣ用ディスプレイには、低消費電力に対応した低電圧駆動用液晶組成物への要請が強い。駆動電圧を低くするためには、液晶の閾値電圧Vthを下げ、誘電率異方性Δεを大きくする材料が望まれる。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。このため、低電圧駆動が可能な高速レスポンスかつ高電圧保持率液晶組成物が強く求められていた。
【０００８】
また、上記のパッシブ駆動を行うＴＮ、ＳＴＮ方式においても、低電圧化による電流値の増加を抑えるため、高抵抗・高速レスポンス液晶組成物の要請が強くなってきた。
【０００９】
しかし、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、かつ高い電圧保持率を同時に満足する液晶組成物および液晶表示素子はなかった。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上記のアクティブマトリクス駆動を行うAM-LCD用およびパッシブ駆動方式を行うTN-LCD、STN-LCD液晶組成物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、高い電圧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にある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、これらの課題を解決するために、種々の液晶化合物を用いた液晶組成物を作成し、評価検討した結果、
１．一般式（Ｉ）
【００１２】
【化５】
（この式において、Ｒ1は炭素原子数１〜１０のアルキル基、アルケニル基、オキサアルキル基、オキサアルケニル基又はアルコキシ基を示し、Ｚ1及びＺ2はそれぞれ独立して単結合、―ＣＨ2ＣＨ2―、―ＣＨ2ＣＨ2ＣＨ2ＣＨ2―、又は―Ｃ≡Ｃ―を示し、環Ａ及び環Ｂはそれぞれ独立してシクロへキシレン、フェニレン、フッ素原子により置換されたフェニレン、あるいは少なくとも一個の水素原子（Ｈ）が重水素原子（Ｄ）により置換されたシクロへキシレンを示す。）で表される化合物群Ａから選ばれる化合物を少なくとも1種以上を含有し、一般式(ＩＩ)
【００１４】
【化６】
（この式において、Ｒ2は炭素原子数１〜１０のアルキル基、アルケニル基、オキサアルキル基、オキサアルケニル基又はアルコキシ基を示し、Ｚ3は単結合、―ＣＨ2ＣＨ2―、―ＣＨ2ＣＨ2ＣＨ2ＣＨ2―、又は―Ｃ≡Ｃ―を示し、環Ｃはシクロへキシレン、フェニレン、フッ素原子により置換されたフェニレン、あるいは少なくとも一個の水素原子（Ｈ）が重水素原子（Ｄ）により置換されたシクロへキシレンを示し、Ｘ1及びＹ1はそれぞれ独立して水素原子またはフッ素原子を示す。）で表される化合物群Ｂから選ばれる化合物を少なくとも１種以上含有し、更に、一般式(ＩＩＩ)
【００１６】
【化７】
（この式において、Ｒ3及びＲ4はそれぞれ独立して炭素原子数１〜１０のアルキル基、アルケニル基、オキサアルキル基、オキサアルケニル基又はアルコキシ基を示し、Ｚ4及びＺ5はそれぞれ独立して単結合、―ＣＨ2ＣＨ2―、―ＣＨ2ＣＨ2ＣＨ2ＣＨ2―、又は―Ｃ≡Ｃ―を示し、ｍは０又は１の整数を表し、環Ｄ、環Ｅ及び環Ｆはそれぞれ独立してシクロへキシレン、フェニレン、フッ素原子により置換されたフェニレン、あるいは少なくとも一個の水素原子（Ｈ）が重水素原子（Ｄ）により置換されたシクロへキシレンを示す。）で表される化合物群Ｃから選ばれる化合物を少なくとも１種以上含有することを特徴とする液晶組成物であって、該液晶組成物が少なくとも８５℃のネマチック-アイソトロピック転移温度（Ｎ−Ｉ点）を有し、２５℃でのしきい値電圧が１．２Ｖ以上１．８Ｖ以下の範囲にあり、２０℃での最大粘度が２８ｍＰａ・ｓであることを特徴とする液晶組成物。
２．上記１記載の化合物群Ａ、化合物群Ｂ、化合物群Ｃで表される各群から選ばれた化合物の重量割合が、液晶組成物の全重量に対して、それぞれ５〜９０重量％、２〜３０重量％、５〜４０重量％であることを特徴とする上記１記載の液晶組成物。
３．一般式（ＩＶ）
【００１８】
【化８】
（この式において、Ｒ5は炭素数１〜１０のアルキル基、アルケニル基、オキサアルキル基、オキサアルケニル基又はアルコキシ基を示し、Ｚ6、Ｚ7及びＺ8はそれぞれ独立して単結合、―ＣＨ2ＣＨ2―、―ＣＨ2ＣＨ2ＣＨ2ＣＨ2―、又は―Ｃ≡Ｃ―を示し、ｎは０又は１の整数を表し、環Ｇ、環Ｈ及び環Ｉはそれぞれ独立してシクロへキシレン、フェニレン、フッ素原子により置換されたフェニレン、あるいは少なくとも一個の水素原子（Ｈ）が重水素原子（Ｄ）により置換されたシクロへキシレンを示し、Ｘ2及びＹ2はそれぞれ独立して水素原子またはフッ素原子を示す。但し、ｎが０である場合、Ｘ、Ｙのいずれか一方は水素原子を示す。）で表される化合物群Ｄから選ばれた液晶化合物を含むことを特徴とする上記１又は２記載の液晶組成物。
４．−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、２５℃での光学異方性が０．０７〜０．１２の範囲にあり、且つ２５℃での誘電率異方性が３以上であることを特徴とする上記３記載の液晶組成物。
５．上記１、２、３又は４記載の液晶組成物を用いた液晶表示素子。
６．上記１、２、３又は４記載の液晶組成物を用いたアクティブマトリクス駆動型液晶表示素子。
７．上記１、２、３又は４記載の液晶組成物を用いたツイスティッド・ネマチック又はスーパー・ツイスティッド・ネマチック液晶表示素子。
８．上記５、６又は７記載の液晶表示素子を用いた液晶表示装置。
を前記課題の解決手段として見いだした。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下に本発明のネマチック液晶組成物及びこれを用いた液晶表示装置の一例について説明する。
【００２１】
本発明の液晶組成物における好ましい態様として、液晶成分は、合計で少なくとも１０種以上の化合物を必要とし、化合物群Ａ（以下Ａ群という）より１種〜１５種、化合物群Ｂ（以下Ｂ群という）より１種〜５種、化合物群Ｃ（以下Ｃ群という）より１種〜１０種の範囲が好ましい。この効果は、Ａ群の一般式（Ｉ）の液晶成分を５〜９０重量％の範囲で、Ｂ群の一般式(ＩＩ)を２〜３０重量％の範囲で、Ｃ群の一般式(ＩＩＩ)を１０〜４０重量％の範囲で含有させることが好ましい。更に好ましくは、それぞれの群の重量％を、３０〜８０重量％、５〜２０重量％、１０〜３０％の範囲で含有させることにより特段のものとなる。
【００２２】
以下に本発明の液晶組成物を構成する各群の化合物について詳述する。
一般式（Ｉ）〜(ＩＩＩ)の化合物は公知の化合物であり、当業者が容易に入手することができる。
【００２３】
Ａ群に相当する一般式（Ｉ）の化合物は、大きい比誘電率を持ち、低電圧駆動可能な低しきい値電圧を組成物に付与する。しかし、この群の化合物を多く使用すると、粘性の増大や、低温安定性の不安定化を招くことになる。Ｂ群の一般式(ＩＩ)の化合物を使用することにより、更なる低電圧駆動化が可能となると共に低温での動作温度範囲を広げることができる。しかし、この化合物の使用率を大きくすると、液晶組成物のネマティックーアイソトロピック転移温度を著しく低下させてしまう。また、Ｃ群の一般式(ＩＩＩ)で示される化合物は、強い極性を持たず粘性が低い。これらの化合物を使用することにより、駆動可能な温度範囲、特に低温側の温度範囲を一層広くでき又一層高速応答化させることができる。
【００２４】
上記一般式（Ｉ）〜（ＩＩＩ）おけるＲ1〜Ｒ4は、それぞれ独立して炭素原子数１〜１０のアルキル基、アルケニル基、オキサアルキル基、オキサアルケニル基又はアルコキシ基を示すが、炭素原子数１〜７が特に好ましい。アルケニル基は、低粘性でかつ、ネマティック温度範囲を広くするため、特に好ましい。
【００２５】
Ａ群の一般式（Ｉ）で示される化合物の例としては次の化合物が好ましい。R-CCPffF、R-CaCPffF、R-CCaPffF、R-CbCPffF、R-CCbPffF、R-CPPffF、R-CaPPffF、R-CPaPffF、R-CPtPffF、R-CaPtPffF、R-CbPtPffF、R-CbPPffF、R-CPbPffF、R-PPPffF
R-PaPPffF、R-PPaPffF、R-PbPPffF、R-PPbPffF
Ｂ群の一般式(ＩＩ)で示される化合物の例としては次の化合物が好ましい。R-CPF、R-CaPF、R-CbPF、R-PPF、RPaPF、R-PbPF、R-CPfF、R-PPfF、R-CaPfF、R-CbPfF、R-PaPfF、R-PbPfF、R-CPffF、R-PPffF、R-CaPffF、R-CbPffF、R-PaPffF、R-PbPffF
R-PtPF、R-PtPfF、R-PtPffF
Ｃ群の一般式（ＩＩＩ）で示される化合物の例としては、次の化合物が好ましい。R-CC-R'、R-CP-R'、R-CaCR'、R-CaP-R'、R-CbC-R'、R-CbP-R
R-PP-R'、R-PaP-R'、R-PbP-R'、R-PtP-R'、R-CCP-R'、R-CaCP-R'、R-CCaP-R'、R-CbCP-R'、R-CCbP-R'、R-CPPR'、R-CaPP-R'、R-CPaP-R'、R-CbPP-R'、R-CPbP-R'R-CPtP-R'、R-PPP-R'、R-PtPP-R'、R-PPtP-R'、R-CaPtPR'、R-CbPtP-R'
（但し、Ｒはそれぞれ独立に炭素原子数１〜１０のアルキル基、アルケニル基、オキサアルキル基、オキサアルケニル基又はアルコキシ基を示し、Ｃはシクロへキシレン基、または少なくとも一個の水素原子（Ｈ）が重水素原子（Ｄ）で置換されたシクロへキシレン基、Ｐはフェニレン基又はフッ素原子により置換されたフェニレン基、−若しくは連結基を示していないものは単結合を示し、ａは―ＣＨ 2 ＣＨ 2 ―を、ｂは―ＣＨ 2 ＣＨ 2 ＣＨ 2 ＣＨ 2 ―を、ｔは―Ｃ≡Ｃ―を示し、Ｆは４位の位置に置換されたフッ素原子を示し、ｆは 3 又は 5 位の位置に置換されたフッ素原子を示す。）
また、本発明のネマチック液晶組成物は、少なくとも８５℃のネマチック-アイソトロピック転移温度（Ｎ−Ｉ点）、２５℃でのしきい値電圧が１．２Ｖ以上１．８Ｖ以下の範囲にあり、２０℃での最大粘度が２８ｍＰａ・ｓを有するものであるが、好ましいＮ−Ｉ点としては９０℃以上、より好ましくは１００℃以上である。
【００２６】
液晶組成物の全重量に対して、Ａ群の化合物、Ｂ群の化合物、Ｃ群の化合物で表される各群から選ばれた化合物の重量割合が、それぞれ５〜９０重量％、２〜３０重量％、５〜４０重量％であることが望ましく、更に望ましくは、５〜７０重量％、２〜２０重量％、５〜５０重量％であることが望ましい。
【００２７】
このようにして得られた、液晶組成物を使用した液晶表示素子は、高いコントラスト、高い電圧保持率特性を示し、低電圧駆動で駆動できかつ低温においても速い応答速度を示す。
【００２８】
本発明のネマチック液晶組成物は、一般式(Ｉ)で表されるＡ群の化合物中から少なくとも１種と、一般式(ＩＩ)で表されるＢ群の化合物中から少なくとも１種、および一般式(ＩＩＩ)で表されるＣ群の化合物中から、少なくとも１種以上の化合物を必須成分として用いた液晶組成物であるが、更に、好ましく加えることのできる成分として、一般式（ＩＶ）で表されるＤ群の化合物の中から少なくとも１種以上の化合物を選択し含有させることができる。
【００２９】
液晶組成物の全重量に対して、Ｄ群のから選ばれた化合物の重量割合が、５〜７０重量％が望ましく、更に望ましくは、１０〜６０重量％であることが望ましい。
【００３０】
上記一般式（ＩＶ）におけるＲ5は、炭素原子数１〜１０のアルキル基、アルケニル基、オキサアルキル基、オキサアルケニル基又はアルコキシ基を示すが、炭素原子数１〜７が特に好ましい。アルケニル基は、低粘性でかつ、ネマティック温度範囲を広くするため、特に好ましい。
【００３１】
化合物Ｄ群（以下、Ｄ群という）の一般式（ＩＶ）で示される化合物の好ましい例としては、次の化合物が上げられる。
R-CCPfF、R-CaCPfF、R-CCaPfF、R-CbCPfF、R-CbCPfF、
R-CPPfF、R-CaPPfF、R-CPaPfF、R-PPPfF、R-PaPPfF、R-PbPPfF、
R-CPtPfF、R-CaPtPfF、R-CbPtPfF、R-PtPPfF、R-PPtPfF
R-CCPPF、R-CaCPPF、R-CCaPPF、R-CCPaPF
R-CbCPPF、R-CCbPPF、R-CCPbPF
R-CCCPF、R-CaCCPF、R-CCaCPF、R-CCCaPF、
R-CbCCPF、R-CCbCPF、R-CCCbPF
R-CPPPF、R-CaPPPF、R-CPaPPF、R-CPPaPF、R-CbPPPF、R-CPbPPF
R-PPPPF、R-CPCPF、R-PCPCF、
R-CCPtPF、R-CPtPPF、R-CaPtPPF、R-CbPtPPF
R-PtPPPF、R-PPtPPF、R-PPPtPF、R-PtPtPtPF、
R-CCPPfF、R-CaCPPfF、R-CCaPPfF、R-CCPaPfF
R-CbCPPfF、R-CCbPPfF、R-CCPbPfF
R-CCCPfF、R-CaCCPfF、R-CCaCPfF、R-CCCaPfF、
R-CbCCPfF、R-CCbCPfF、R-CCCbPffF
R-CPPPfF、R-CaPPPfF、R-CPaPPfF、R-CPPaPfF、
R-PPPPfF、R-CPCPfF、R-PCPCfF、
R-CCPtPfF、R-CPtPPfF、R-CaPtPPfF、R-CbPtPPfF
R-PtPPPfF、R-PPtPPfF、R-PPPtPfF、R-PtPtPtPfF、
R-CCPPffF、R-CaCPPffF、R-CCaPPffF、R-CCPaPffF
R-CbCPPffF、R-CCbPPffF、R-CCPbPffF
R-CCCPffF、R-CaCCPffF、R-CCaCPffF、R-CCCaPffF、
R-CbCCPffF、R-CCbCPffF、R-CCCbPffF
R-CPPPffF、R-CaPPPffF、R-CPaPPffF、R-CPPaPffF、
R-CbPPPffF、R-CPbPPffF、R-CPPbPffF
R-PPPPffF、R-CPCPffF、R-PCPCffF、
R-CCPtPffF、R-CPtPPffF、R-CaPtPPffF、R-CbPtPPffF
R-PtPPPffF、R-PPtPPffF、R-PPPtPffF、R-PtPtPtPffF、
（但し、Ｒはそれぞれ独立に炭素原子数１〜１０のアルキル基、アルケニル基、オキサアルキル基、オキサアルケニル基又はアルコキシ基を示し、Ｃはシクロへキシレン基、または少なくとも一個の水素原子（Ｈ）が重水素原子（Ｄ）で置換されたシクロへキシレン基、Ｐはフェニレン基又はフッ素原子により置換されたフェニレン基、−若しくは連結基を示していないものは単結合を示し、ａは―ＣＨ2ＣＨ2―を、ｂは―ＣＨ2ＣＨ2ＣＨ2ＣＨ2―を、ｔは―Ｃ≡Ｃ―を示し、Ｆは４位の位置に置換されたフッ素原子を示し、ｆは3又は5位の位置に置換されたフッ素原子を示す。）
上記記載の本発明の液晶組成物は、少なくとも８５℃のネマチック-アイソトロピック転移温度（Ｎ−Ｉ点）、２５℃でのしきい値電圧が１．２Ｖ以上１．８Ｖ以下の範囲にあり、２０℃での最大粘度が２８ｍＰａ・ｓを有するものであるが、更には−２０℃以下の結晶相又はスメクチック相−ネマチック相転移温度、２５℃における光学異方性が０．０７〜０．１２の範囲にあり、２５℃における誘電率異方性が３以上であることがより好ましく、より好ましい結晶相又はスメクチック相−ネマチック相転移温度は−３０℃以下、更に好ましくは−４０℃以下であり、誘電率異方性は５以上が好ましく、６〜１２の範囲が特に好ましい。また、光学異方性は０．０８〜０．１１の範囲が特に好ましい。
【００３２】
上記記載の本発明の液晶組成物は、低電圧駆動に対応し、かつアウトドア用途に使用できる広いネマチック温度範囲（つまり、高いネマチックーアイソトロピック転移温度と低いネマチック−結晶又はスメクチック転移温度）を有する。更に、得られた液晶組成物は、高い比抵抗を示し高温でも高い電圧保持率を保ち、低電圧駆動が可能であり、低粘性で高速応答性を示す。
【００３３】
更に、本発明の別の態様は、上記記載の液晶組成物を使用することを特徴とした液晶表示素子に関する。このような本発明の液晶表示素子は、アクティブ・マトリクス駆動型、および高信頼性を要するパッシブ駆動型ツイスティッド・ネマチックあるいはスーパー・ツイスティッド・ネマチック液晶表示用装置に好ましく用いることができる。
【００３４】
【実施例】
以下、実施例および比較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。
実施例中、測定した特性は以下の通りである。
【００３５】
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（℃）
△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）
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）
ＨＲ ：80℃での電圧保持率（％）（セル厚６μｍのTN-LCDに注入し、5V印加、フレームタイム２０ｍｓ、パルス幅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）
（参考例１） ネマチック液晶組成物ＥＸ１
【００３６】
【化９】
を調整した。ここに、カイラル物質「Ｓ−８１１」（メルク社製）を０．１％添加して混合液晶を調整し、これをセルに注入して表示特性を測定した。
結果は以下の通りであった。
【００３８】
Ｔni： ８９．４ ℃
Ｔ-n：−５２ ℃
Ｖth： １．５４ Ｖ
△ε： ８．２
△ｎ： ０．０９２
η ： ２７．０ ｃ．ｐ．
ＨＲ： ９９．７％
（実施例２） ネマチック液晶組成物ＥＸ２
【００３９】
【化１０】
を調整した。ここに、カイラル物質「Ｓ−８１１」（メルク社製）を０．１％添加して混合液晶を調整し、これをセルに注入して表示特性を測定した。
結果は以下の通りであった。
【００４１】
Ｔni： ９１．２ ℃
Ｔ-n： −４７． ℃
Ｖth： １．６０ Ｖ
14
△ε： ７．０
△ｎ： ０．０９４
η ： ２１．２ ｃ．ｐ．
ＨＲ： ９９．５％
（参考例２） ネマチック液晶組成物ＥＸ３
【００４２】
【化１１】
を調整した。ここに、カイラル物質「Ｓ−８１１」（メルク社製）を０．１％添加して混合液晶を調整し、これをセルに注入して表示特性を測定した。
結果は以下の通りであった。
【００４４】
Ｔni： ８８．０ ℃
Ｔ-n： −５２ ℃
Ｖth： １．６６ Ｖ
△ε： ５．５
△ｎ： ０．０７４
η ： １９．８ ｃ．ｐ．
ＨＲ： ９９．７％
（実施例４） ネマチック液晶組成物ＥＸ４
【００４５】
【化１２】
を調整した。ここに、カイラル物質「Ｓ−８１１」（メルク社製）を０．１％添加して混合液晶を調整し、これをセルに注入して表示特性を測定した。
結果は以下の通りであった。
【００４７】
Ｔni： ９０．０ ℃
Ｔ-n：−４０ ℃
△ｎ： ０．０９２
η ： ２３．１ ｃ．ｐ．
Ｖth： １．６１ Ｖ
ＨＲ： ９９．７％
（実施例５） ネマチック液晶組成物ＥＸ５
【００４８】
【化１３】
を調整した。ここに、カイラル物質「Ｓ−８１１」（メルク社製）を０．１％添加して混合液晶を調整し、これをセルに注入して表示特性を測定した。
結果は以下の通りであった。
【００５０】
Ｔni： ９２．２ ℃
Ｔ-n：−５６ ℃
△ｎ： ０．０８４
η ： １９．８ ｍＰａ．ｓ
Ｖth： １．７８ Ｖ
ＨＲ： ９９．７％
（実施例６） ネマチック液晶組成物ＥＸ６
【００５１】
【化１４】
を調整した。ここに、カイラル物質「Ｓ−８１１」（メルク社製）を０．１％添加して混合液晶を調整し、これをセルに注入して表示特性を測定した。
結果は以下の通りであった。
【００５３】
Ｔni： １００．９ ℃
Ｔ-n：−５８ ℃
△ｎ： ０．０８６
η ： ２１．０ ｍＰａ．ｓ
Ｖth： １．７８ Ｖ
ＨＲ： ９９．８％
（実施例７） ネマチック液晶組成物ＥＸ７
【００５４】
【化１５】
を調整した。ここに、カイラル物質「Ｓ−８１１」（メルク社製）を０．１％添加して混合液晶を調整し、これをセルに注入して表示特性を測定した。
結果は以下の通りであった。
【００５６】
Ｔni： ９１．０ ℃
Ｔ-n：−６４ ℃
△ｎ： ０．０８５
η ： ２１．８ ｃ．ｐ．
Ｖth： １．８０ Ｖ
ＨＲ： ９９．７％
（参考例３） ネマチック液晶組成物ＥＸ８
【００５７】
【化１６】
【化１７】
を調整した。ここに、カイラル物質「Ｓ−８１１」（メルク社製）を０．１％添加して混合液晶を調整し、これをセルに注入して表示特性を測定した。
結果は以下の通りであった。
【００６０】
Ｔni： ８５．２ ℃
Ｔ-n：−３５ ℃
△ｎ： ０．０８７
η ： ２８．０ ｃ．ｐ．
Ｖth： １．３８ Ｖ
ＨＲ： ９９．３％
（比較例１） 比較混合液晶ＲＥＦ１
【００６１】
【化１８】
を調製した。
この組成物の諸特性を測定したところ、結果は以下の通りであった。
Ｔni： ８２．１ ℃
Ｔ-n： −３２． ℃
Ｖth： １．３８ Ｖ
△ε ： ８．８
△ｎ ： ０．０８３
η ： ３４．４ ｃ．ｐ．
比較混合液晶ＲＥＦ１は、本発明のネマチック液晶組成物の必須成分であるＣ群に相当する化合物を含まない混合液晶である。
【００６３】
前記実施例８のＥＸ８のしきい値電圧は、ＲＥＦ１と同程度であるにも関わらず、本発明の液晶組成物のほうが、高Ｔni及び低Ｔ-nを有するため広い温度範囲で液晶相を示し、粘性においても、本発明のほうが大きく低下していることがわかる。
（比較例２） 比較混合液晶ＲＥＦ２
前記比較例１の比較混合液晶ＲＥＦ１は、実施例８のＥＸ８と比較すると粘性が大幅に悪化している。そこで、比較例２では、ＲＥＦ１と同じく本発明の液晶組成物の必須成分であるＣ群に相当する化合物を含まず、且つＥＸ８と同様の粘性、即ち２８．０ｃ．ｐ．となるよう比較混合液晶ＲＥＦ２
【００６４】
【化１９】
を調製した。
この組成物の諸特性を測定したところ、結果は以下の通りであった。
Ｔni： ８０．８ ℃
Ｔ-n： −３５． ℃
Ｖth： １．３８ Ｖ
△ｎ ： ０．０７８
η ： ２８．０ ｃ．ｐ．
これより、ＲＥＦ２の混合液晶は、Ｔniが８０．８℃となってしまい、本発明の液晶組成物におけるＴniが８５℃以上という要件を確保することができなかった。
【００６６】
以上、実施例１〜８の結果より、本発明のネマチック組成物は広いネマチック液晶温度範囲、低いしきい値電圧、及び高い電圧保持率を有することが明らかであり、また、低粘性であることから、高速応答性をも有することが理解できる。
【００６７】
また、比較例からも明らかなように、本発明のネマチック液晶組成物はＡ群、Ｂ群、Ｃ群の各々の群から選ばれる化合物を必須成分として用いることにより、広い温度範囲で液晶相を示し、且つ低粘性の液晶組成物を得ることが可能となることが明らかである。
【００６８】
【発明の効果】
本発明のネマチック液晶組成物は、広いネマティック温度範囲、低い粘性を有し、これを用いた液晶表示素子は、しきい値電圧が低く、高い電圧保持率を高温度まで維持することが可能である。従って、高速応答性が可能な、特にアクティブマトリクス駆動型、あるいはツイスティッド・ネマチック又はスーパー・ツイスティッド・ネマチック液晶表示装置に非常に有用である。
Claims (7)
- 一般式（Ｉ）
- 一般式（ＩＶ）においてｎが１を表す化合物を含有する請求項１記載の液晶組成物。
- −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、２５℃での光学異方性が０．０７〜０．１２の範囲にあり、且つ２５℃での誘電率異方性が３以上であることを特徴とする請求項２記載の液晶組成物。
- 請求項１、２又は３記載の液晶組成物を用いた液晶表示素子。
- 請求項１、２又は３記載の液晶組成物を用いたアクティブマトリクス駆動型液晶表示素子。
- 請求項１、２又は３記載の液晶組成物を用いたツイスティッド・ネマチック又はスーパー・ツイスティッド・ネマチック液晶表示素子。
- 請求項４、５又は６記載の液晶表示素子を用いた液晶表示装置。
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| JP10160497A JP4214423B2 (ja) | 1997-04-18 | 1997-04-18 | 液晶組成物及びこれを用いた液晶表示装置 |
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-
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