JP4232240B2 - 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】
液晶表示装置（ＬＣＤ）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−ＬＣＤ（ツイスティッド・ネマチック液晶表示装置）から、ＳＴＮ−ＬＣＤ（スーパー・ツイスティッド・ネマチック）へと表示容量の拡大に対応してきた。ＳＴＮ−ＬＣＤは、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、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密度情報処理用の表示に広く普及しはじめている。このような高密度情報表示を行うための駆動方式として、電圧平均化法による時分割駆動方式が開発され、多くの液晶表示に用いられている。しかし、この方式でコントラスト良く駆動するためには、１）駆動電圧−透過率特性が急峻であることが必要である。また同時に、２）駆動電圧のわずかなの差異で表示の明暗を制御するため、駆動回路で印加した電圧が減衰することなく、液晶層に印加されることが必要である。
【０００３】
上述１）の駆動電圧―透過率特性の急峻性は、ＴＮ−ＬＣＤでは、液晶材料の曲がり（Ｋ３３）と広がり（Ｋ１１）の弾性定数比Ｋ３３／Ｋ１１を出来るだけ小さくすることで達成される。一方ＳＴＮ−ＬＣＤでは、逆に液晶材料の弾性定数比Ｋ３３／Ｋ１１を出来るだけ大きくすることにより達成される。
【０００４】
このように、駆動方式に応じて液晶材料の弾性定数の値を設計し、最適な駆動電圧−透過率特性が得ることが液晶材料設計には強く求められている。しかし、このように弾性定数を所望の値に設計することは、必ずしも成功せず最適条件が満たされていないのが現状であった。
【０００５】
次に上述２）の駆動電圧の内部での減衰は、電極や配向膜界面に蓄積した電荷や、液晶バルク層に含まれるイオンの影響により起こると考えられている。しかし、高抵抗が得られる液晶材料を選びバルク層のイオンの低減をはかると、イオンが配向膜界面に残存することが原因と考えられている「焼き付き」と呼ばれる現象が起こり、両者を同時に最適化することが困難であった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述の１）と２）の課題を同時に満足し、「焼き付き」現象の起こらない若しくは起こりにくい液晶組成物及びこれを用いた液晶表示装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は、下記の組成物及びこれを用いた液晶表示装置によって達成される。
【０００８】
即ち、１．一般式（Ｉ）
【０００９】
【化３】

【００１０】
（この式において、Ｒ₁、Ｒ₂はそれぞれ独立して炭素数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ル基を示し、Ｒ₂はシアノ基であってもよい）で表わされる化合物を１種又は２種以上を含有し、一般式（ＩＩ）
【００１１】
【化４】

【００１２】
（この式において、Ｒ₃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ル基を表わし、Ｒ₄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ル基を表わし、環Ａ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を表し、Ｚ₁、Ｚ₂はそれぞれ独立して単結合、−ＣＨ₂ＣＨ₂−、−ＣＨ₂ＣＨ₂ＣＨ₂ＣＨ₂−又は−Ｃ≡Ｃ−を示し、ｍは０、１又は２を示す）で表わされる化合物（但し、Ｒ₃がアルキル基のときは、Ｒ₄はアルキル基及びアルコキシ基ではない）を１種又は２種以上含有することを特徴とするネマチック液晶組成物。
２．一般式（Ｉ）の化合物を３〜２０重量％、一般式（ＩＩ）の化合物を５〜６０重量％含むことを特徴とする上記１記載のネマチック液晶組成物。
３．上記１記載のネマチック液晶組成物を用いることを特徴とする液晶表示装置。
４．ネマチック液晶組成物の電圧保持率（ＶＨＲ）が５０％から８０％であることを特徴とする上記３記載の液晶表示装置。
を前記課題の解決手段として見出した。
【００１３】
【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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
一般式（Ｉ）の化合物は、窒素原子を環内に含むヘテロ環を有する化合物であり、３〜２０重量％含むことが好ましく、更に好ましくは３〜１０重量％含むことが好ましい。Ｒ₁はアルキル基が好ましく、Ｒ₂は、アルキル基、アルコキシル基、若しくはシアノ基が好ましい。特にシアノ基が好ましい。また、一般式（ＩＩ）の化合物は、小さい誘電率異方性と、大きい曲がり（Ｋ３３）と広がり（Ｋ１１）の弾性定数比Ｋ３３／Ｋ１１を有する化合物であり、５〜６０重量％含むことが好ましく、更に好ましくは３０〜６０重量％含むことが望ましい。一般式（ＩＩ）で表される化合物としては、この式において、Ｒ₃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ル基であることが好ましく、Ｒ₄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ル基が好ましい、また環Ａはシクロへキシレン、フェニレンが好ましい。Ｚ₁、Ｚ₂は単結合、エチレン結合が好ましく、単結合が特に好ましい。
【００１７】
特に好ましい化合物としては次の化合物が挙げられる。１．Ｒ₃＝アルケニル、環Ａ＝シクロヘキシレン、ｍ＝０、Ｒ₄＝アルキルである化合物、２．Ｒ₃＝アルケニル、環Ａ＝シクロヘキシレン、ｍ＝０、Ｒ₄＝アルケニルである化合物、３．Ｒ₃＝アルケニル、環Ａ＝シクロヘキシレン、ｍ＝１、Ｒ₄＝アルキルである化合物、４．Ｒ₃＝アルケニル、環Ａ＝シクロヘキシレン、ｍ＝１、Ｒ₄＝アルケニルである化合物、５．Ｒ₃＝アルキル、環Ａ＝シクロヘキシレン、ｍ＝１、Ｒ₄＝アルケニルである化合物、６．Ｒ₃＝アルキル、環Ａ＝シクロヘキシレン、ｍ＝１、Ｒ₄＝オキサアルケニルである化合物、７．Ｒ₃＝アルケニル、環Ａ＝フェニレン、ｍ＝１、Ｒ₄＝アルキルである化合物、８．Ｒ₃＝アルケニル、環Ａ＝フェニレン、ｍ＝１、Ｒ₄＝アルケニルである化合物、９．Ｒ₃＝アルキル、環Ａ＝フェニレン、ｍ＝１、Ｒ₄＝アルケニルである化合物。（いずれの場合もＺ₁、Ｚ₂は単結合）
【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。
【００１８】
表１に、本発明の液晶組成物に相当する液晶組成物の組成及び特性データ（実施例１）をを示した。
【００１９】
【表１】

【００２０】
尚、表中の組成は『重量％』を表し、実施例中で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 d=６μｍの９０°ツイストのＴＮセルでのしきい値電圧（Ｖ）
△ｎ：複屈折率
η20℃：２０℃での粘度（ｍＰａ・ｓ）
ＶＨＲ(%)：セル厚 d=６μｍの９０°ツイストＴＮセルに５Ｖの電圧を印加した際、20m秒後に保持されている電圧の初期電圧（5V）に対する比率をパーセントで表す。
焼き付き：セル厚 d=６μｍの９０°ツイストＴＮセルに５時間ＯＮ電圧を印加し、その後いったんＯＦＦにした後、即ＯＮ電圧を印加した際の、初期輝度との比が1.1以上になったものをＮＧ、1.0（変わらず）〜1.1以下のものをＯＫとした。２４０°ツイストＳＴＮセルでも同様の実験を行ったが同様の結果が得られた。
【００２１】
また、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。
【００２２】
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、
【００２３】
【化５】

【００２４】
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−
・ｔ：−Ｃ≡Ｃ−
・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。
【００２５】
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）で表される化合物である式
【００２６】
【化６】

【００２７】
の化合物を表す。
【００２８】
また、上記の略号例２として、３ＣＰＥＰｆＦで表される化合物は、式
【化７】

【００２９】
の化合物である。
【００３０】
表１に記載した実施例１により、本発明の液晶組成物を用いることにより、焼き付き現象が起こらない、良好な結果が得られることが明らかである。
【００３１】
【発明の効果】
本発明の液晶材料の組み合わせにより、駆動電圧―透過率特性が急峻であり、駆動電圧の印加した電圧が減衰したり、焼き付き現象が起こったりすることなく、液晶層に電圧が印加され、良好なコントラストを得ることができた。

Claims (4)

1. 一般式（Ｉ）
   

   

   （この式において、Ｒ₁、Ｒ₂はそれぞれ独立して炭素数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ル基を示し、Ｒ₂はシアノ基であってもよい）で表わされる化合物を１種又は２種以上を３〜２０重量％含有し、一般式（ＩＩ）
   

   

   （この式において、Ｒ₃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ル基を表わし、Ｒ₄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ル基を表わし、環Ａ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を表し、Ｚ₁、Ｚ₂はそれぞれ独立して単結合、−ＣＨ₂ＣＨ₂−、−ＣＨ₂ＣＨ₂ＣＨ₂ＣＨ₂−又は−Ｃ≡Ｃ−を示し、ｍは０、１又は２を示す）で表わされる化合物（但し、Ｒ₃がアルキル基のときは、Ｒ₄はアルキル基及びアルコキシ基ではない）において、Ｒ₃＝アルケニル、環Ａ＝シクロヘキシレン、ｍ＝０、Ｒ₄＝アルキル、Ｚ₁＝Ｚ₂＝単結合である化合物、Ｒ₃＝アルケニル、環Ａ＝シクロヘキシレン、ｍ＝１、Ｒ₄＝アルキル、Ｚ₁＝Ｚ₂＝単結合である化合物、又はＲ₃＝アルキル、環Ａ＝シクロヘキシレン、ｍ＝１、Ｒ₄＝オキサアルケニル、Ｚ₁＝Ｚ₂＝単結合である化合物の１種又は２種以上を５〜６０重量％含有することを特徴とするＳＴＮ用ネマチック液晶組成物。
2. 一般式（Ｉ）の化合物を３〜１０重量％、一般式（ＩＩ）の化合物を３０〜６０重量％含むことを特徴とする請求項１記載のＳＴＮ用ネマチック液晶組成物。
3. 請求項１記載のＳＴＮ用ネマチック液晶組成物を用いることを特徴とするＳＴＮ液晶表示装置。
4. ＳＴＮ用ネマチック液晶組成物の電圧保持率（ＶＨＲ）が５０％から８０％であることを特徴とする請求項３記載のＳＴＮ液晶表示装置。