JP4218082B2 - ネマチック液晶組成物及びこれを用いた液晶表示装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
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これを用いた液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示素子の代表的なものにTN-LCD（ツイスティッド・ネマチック液晶表示素子）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。パーソナルコンピューター用として要求される大表示容量への対応としてシェファー（Scheffer）等［SID'85 Digest,120頁(1985年)］、あるいは衣川等［SID'86 Digest,122頁(1986年)］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。近年、モバイルコンピューティングに対応した小型軽量化した低消費電力を特徴とする液晶表示素子の需要が増加している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上述のようなTN-LCDやSTN-LCDの最も重要な特性改善課題は、長時間の携帯性を備えた低電圧・低消費電力化である。このため、液晶表示素子の表示特性を損なう事なく液晶組成物の閾値電圧を下げなくてはならない。
【０００４】
閾値電圧Ｖ_thを低くしようとすると、従来は、どうしてもΔｎも同時に大きくなってしまっていた。液晶表示素子は、その表示原理から、液晶のΔｎとセルの厚みｄとの積Δｎｄが、０．５（1^stmin）もしくは１．０（2^stmin）である必要がある。液晶表示素子の視角はΔｎｄ＝０．５となる1^st min設定が優れるため、携帯用の表示素子のような用途には、1^stmin設定にすることが多い。しかし、上記のように液晶のΔｎが大きくなると、セル厚を薄くしなくてはならず、生産歩留まりが悪くなる等の不具合が多く、Δｎが小さい低電圧駆動液晶組成物が強く求められていた。
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、上記の問題を新たに見いだした知見に基づき解決あるいはより改善することにある。発明者らは、多くの液晶組成物を作成し、Δｎが小さく閾値電圧の低い液晶組成物を検討した結果、液晶材料の組み合わせによりΔｎが小さく閾値電圧を格段に低くすることに成功した。
【０００６】
本発明の目的は、コントラストやレスポンスを低下させず、駆動電圧が低く、Δｎが小さい、視角依存性や生産性に優れた液晶組成物を提供すること、また、この液晶組成物を使用した液晶表示素子を提供することにある。
【０００７】
【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、種々の液晶化合物を用いた液晶組成物を検討した結果、
１．一般式（Ｉ）
【０００８】
【化３】

（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ル基を表わし、ｎは０又は１を示す。）で表わされる化合物群Ａから選ばれる化合物を１種又は２種以上を含有し、その含有量が１０〜５０重量％の範囲であり、更に、一般式(ＩＩ)
【０００９】
【化４】

（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ル基を表わし、環Ａはシクロへキシレン基、フェニレン基、フッ素原子により置換されたフェニレン基、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基を表し、ｎは０又は１を示し、Ｚ₁及びＺ₂はそれぞれ独立に単結合、−ＣＯＯ−、−ＣＨ₂ＣＨ₂−又は−ＣＨ₂ＣＨ₂ＣＨ₂ＣＨ₂−を示す。）で表わされる化合物群Ｂから選ばれる化合物を１種又は２種以上含有し、その含有量が１０〜７０重量％の範囲である液晶組成物であって、該液晶組成物が少なくとも６０℃のネマチック相−等方性液体相転移温度であり、高くとも−１０℃の結晶相又はスメクチック相−ネマチック相転移温度であることを特徴とするネマチック液晶組成物。
２．上記１記載のネマチック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装置。
３．上記１記載のネマチック液晶組成物を用いた捻れ角が８５゜から１１０゜の範囲であることを特徴とするツイスティッド・ネマチック液晶表示装置。
を前記課題の解決手段として見出した。
【００１０】
【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。
【００１１】
本発明の液晶組成物における好ましい態様は、化合物Ａ群（以下Ａ群という）より１種〜１０種、化合物Ｂ群（以下Ｂ群という）より１種〜１０種の範囲が望ましい。この効果は、Ａ群の一般式（Ｉ）を１０〜５０％の範囲で、Ｂ群の一般式（ＩＩ）を１０〜７０％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２０〜５０重量％、３０〜７０重量％の範囲で含有させることにより特段のものとなる。
【００１２】
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。
【００１３】
一般式（Ｉ）、（ＩＩ）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。
【００１４】
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、低電圧可能な低閾値電圧を組成物に付与する。Ｂ群の一般式（ＩＩ）の化合物を使用することにより、Δｎを大きくすることなく更なる低電圧化が可能となる。
【００１５】
上記一般式（Ｉ）〜（ＩＩ）におけるＲ₁、Ｒ₂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ル基を表わすが、炭素原子数１〜７が好ましく、特に好ましくは、３から５である。アルケニル基は、低粘性でネマティック温度範囲を広くするため好ましい。特にＣＨ₂=ＣＨ-(ＣＨ₂)_u（ｕ＝０、２）の化合物が好ましい。一般式（ＩＩ）のＡ環は、シクロヘキサン環の場合が最も好ましい。Ｚ₁、Ｚ₂は、それぞれ独立して、単結合、−ＣＯＯ−若しくは、−ＣＨ₂ＣＨ₂−が好ましく、特に単結合が望ましい。
【００１６】
また、本発明のネマティック液晶組成物は、少なくとも６０℃のネマチック相−等方性液体相転移温度（Ｎ−Ｉ点）であり、高くとも−１０℃の結晶相又はスメクチック相−ネマチック相転移温度（Ｃ、Ｓ−Ｎ）であることを特徴とするネマチック液晶組成物である。液晶組成物の結晶相又はスメクチック相−ネマチック相転移温度（Ｃ、Ｓ−Ｎ）は、好ましくは、−２０℃以下であり、特に好ましくは−２５℃以下である。液晶組成物の閾値電圧Ｖ_thは、好ましくはＶ_thは１．２Ｖ以下であり、更に好ましくは、Ｖ_thは１．１Ｖ以下、特に好ましくは、１．０Ｖ以下である。
【００１７】
本発明の組成物の比誘電率は、８以上であり、好ましくは１０以上であり、特に好ましくは、１２以上である。
【００１８】
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、低電圧で駆動でき、消費電力を小さくすることができるとともに、広い視角で広い高コントラストを有する。
【００１９】
上記ネマチック液晶組成物は、低電圧駆動のTN-LCDやSTN-LCDに有用であり、透過型あるいは反射型の液晶表示素子に用いることができる。
【００２０】
本発明の液晶組成物は、上記一般式（Ｉ）、（ＩＩ）で表される化合物以外に、通常のネマチック液晶、スメクチック液晶、コレステリック液晶などを含有していてもよい。併用できる特に好ましい他の成分としては、
【００２１】
【化５】

【００２２】
（式中、Ｒ₁及びＲ₂はそれぞれ相互に独立して、１から９までの炭素数を有する直鎖状アルキル基又は直鎖状アルケニル基であり、環Ａ，Ｂ，Ｃはそれぞれ相互に独立して、1,4-フェニレン基、トランス-1,4-シクロヘキシレン基を表す。Ｚ₁及びＺ₂は、それぞれ相互に独立して、単結合または−ＣＨ₂ＣＨ₂−である。Ｎは０、１又は２である。）で表される化合物から選ばれることが好ましい。
【００２３】
【実施例】
以下、実施例を挙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。
【００２４】
実施例１、２、３及び比較例の組成及びその特性データを第１表に示す。
【００２５】
【表１】

（表中、液晶組成物の組成は「重量％」である。）
【００２６】
実施例中、測定した特性は以下の通りである。
Ｔni：ネマチック相−等方性液体相転移温度（℃）
Ｔ-n：固体相又はスメクチック相−ネマチック相転移温度（℃）
Ｖth：セル厚６μｍの９０°捻れのTN-LCDを構成した時のしきい値電圧（Ｖ）
△ｎ：複屈折率
η ：２０℃での粘度（ｍＰａ・ｓ）
【００２７】
化合物記載に使用した略号は下記の構造を意味する。
・略式中の右末端あるいは左末端が数字の場合：
右末端あるいは左末端が数字の場合、相当する化合物の末端はＣ_nＨ_2n+1−をとるが、ここで示される数字はＣ_nＨ_2n+1−におけるｎの値である。
但し、左末端が数字（ｎ）であって、次いでｄ、数字（ｍ）と続く（つまりｎｄｍで表わされる）場合：ｎｄｍ（数字ｄ数字）は、
【００２８】
【化６】

【００２９】
で表わされる構造を意味する。ここで、ｎｄｍの数字ｎは上式中のＣ_nＨ_2n+1におけるｎに相当する部分を、ｎｄｍの数字ｍは上式中の（ＣＨ₂）_m-1におけるｍに相当する部分を表わすものである。
・Ｃ：トランス−１，４−シクロヘキシレン基
・Ｐ：１，４−フェニレン基
・Ｅ：−ＣＯＯ−
・ｅ：−ＯＣＯ−
・Ａ：−ＣＨ₂ＣＨ₂−
・０：酸素原子
・略式中の右末端がＣＮの場合：
相当する化合物中の右末端の環における４位はシアノ基をとる。
・略式中の右末端がＦの場合：
相当する化合物中の右末端の環における４位はフッ素原子をとる。
・ｆ：相当する化合物中の右末端の環におけるオルト位（３位）はフッ素原子をとる。
【００３０】
例えば、上記の略号例１として、第１表中の２ＰＥＰｆＣＮは、本発明の一般式（Ｉ）で表される式
【００３１】
【化７】

【００３２】
の化合物を表す。
また、上記の略号例２として、３ＣＰＥＰｆＦで表される化合物は、式
【００３３】
【化８】

【００３４】
の化合物である。
【００３５】
第１表の結果からわかるように、Ａ群とＢ群から選ばれた化合物を同時に使用した本発明の液晶組成物である実施例１、実施例２及び実施例３では、Δｎが小さく閾値電圧Ｖ_thが非常に低い液晶組成物が得られている。一方、Ａ群の化合物のみを使用した比較例では、Ｖ_thは実施例に比べて低くなく、Δｎも実施例に比べ大きくなっている。
【００３６】
このように、本発明の液晶組成物は、Ａ群とＢ群の化合物を同時に使用することにより、本発明の目的である、低Δｎかつ低Ｖ_thの液晶組成物が得られることがわかる。
【００３７】
また、この本発明の液晶組成物は、光の波長分散が非常に小さいため、色づきにくく、高いコントラストを得ることができる。
【００３８】
【発明の効果】
本発明は、液晶材料の組み合わせにより、Δｎが小さく高コントラストでレスポンスを悪化させることなく、駆動電圧を低くし、視角依存性や生産性に優れた液晶組成物、及びこの液晶組成物を使用した液晶表示素子を提供することができる。

Claims (3)

1. 一般式（Ｉ）
   

   

   （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ル基を表わし、ｎは０又は１を示す。）で表わされる化合物群Ａから選ばれる化合物を１種又は２種以上を含有し、その含有量が２０〜５０重量％の範囲であり、更に、一般式(ＩＩ)
   

   

   （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ル基を表わし、環Ａはシクロへキシレン基を表し、ｎは０又は１を示し、Ｚ ₁ は単結合を表わし、Ｚ ₂ は−ＣＯＯ−を示す。）で表わされる化合物群Ｂから選ばれる化合物を１種又は２種以上含有し、その含有量が３０〜７０重量％の範囲である液晶組成物であって、該液晶組成物が少なくとも６０℃のネマチック相−等方性液体相転移温度であり、高くとも−１０℃の結晶相又はスメクチック相−ネマチック相転移温度であることを特徴とするネマチック液晶組成物。
2. 請求項１記載のネマチック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装置。
3. 請求項１または２記載のネマチック液晶組成物を用いた捻れ角が８５゜から１１０゜の範囲であることを特徴とするツイスティッド・ネマチック液晶表示装置。