JP4324816B2

JP4324816B2 - ネマチック液晶組成物及びこれを用いた液晶表示装置

Info

Publication number: JP4324816B2
Application number: JP32663598A
Authority: JP
Inventors: 正太郎川上; 博之大西; 晴義高津
Original assignee: DIC Corp
Current assignee: DIC Corp
Priority date: 1998-03-26
Filing date: 1998-11-17
Publication date: 2009-09-02
Anticipated expiration: 2018-11-17
Also published as: JPH11335665A

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。一方、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、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。
【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、コントラストの向上である。LCDの急速な用途拡大に伴い、室内で使用されるだけでなく、コンピューターの携帯端末ディスプレイ、車載用計器、屋外使用計測機のディスプレイのように、温度条件の過酷な屋外で使用されることが増加してきた。LCDが置かれる環境の温度変化による表示コントラストの低下が問題になってきている。この周囲の温度変化によるLCD表示品位の低下の原因は、閾値電圧Vthの温度依存性に起因するところが大きい。
【０００４】
閾値電圧Vthの温度変化の原因としては、ネマティック液晶の弾性定数・誘電率などの温度変化と添加したカイラル物質の固有ピッチの温度変化が考えられる。カイラル物質の固有ピッチの温度変化を制御することにより、閾値電圧の温度依存性を改善する提案は既に行われている（特開昭５５−３８８６９）。
【０００５】
しかし、母体液晶とカイラル物質の組み合わせにより、その効果が変化する事や、カイラル量を増やすことにより、レスポンス等の表示特性に悪影響を及ぼすことが問題になっていた。また、液晶中に含まれるイオン性物質の易動度の温度変化により電流値が増加するため、液晶にかかる実効値電圧がイオンにより消費され、コントラストが低下する現象が起こっている。このため、電流値の抑制もコントラストの改善には重要な因子であることを発明者らは見いだした。
【０００６】
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、閾値電圧の温度依存性と電流値を測定した結果、液晶材料の組み合わせにより閾値電圧の温度依存性と電流値を格段に小さくし、コントラストを向上することに成功した。
【０００７】
本発明の目的は、コントラストやレスポンスを低下させることなく、駆動電圧の温度依存性を改善し、同時に電流値を抑制した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。
【０００８】
【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）
【０００９】
【化４】

【００１０】
（この式において、Ｒ₁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、ｎは０又は１を表す）で表される１種又は２種以上の化合物からなる液晶成分Ａを２〜5０重量％の範囲で含有し、一般式(ＩＩ)
【００１１】
【化５】

（この式において、Ｒ₂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を表し、Ｌ₁は、水素原子またはフッ素原子を表し、Ｚ₁、Ｚ₂はそれぞれ独立して単結合、−ＣＨ₂ＣＨ₂−、−ＣＨ₂ＣＨ₂ＣＨ₂ＣＨ₂−又は−Ｃ≡Ｃ−を表わされる）で表される１種又は２種以上の化合物からなる液晶成分Ｂを２〜5０重量％の範囲で含有し、一般式（ＩＩＩ）
【００１２】
【化６】

【００１３】
（この式において、Ｒ_3、Ｒ₄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表わし、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を表し、ｍは０または１であり、Ｚ₃、Ｚ₄はそれぞれ独立して単結合、−ＣＨ₂ＣＨ₂−、−ＣＨ₂ＣＨ₂ＣＨ₂ＣＨ₂−又は−Ｃ≡Ｃ−を示す）で表される１種又は２種以上の化合物を含有し、その含有量が１〜６０重量％の範囲である液晶組成物であり、該液晶組成物が３以上の誘電率異方性をもち、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。
を前記課題の解決手段として見出した。
【００１４】
【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。
【００１５】
本発明の液晶組成物における好ましい態様は、液晶成分Ａを１種〜１０種、液晶成分Ｂを１種〜１０種、液晶成分Ｃより１種〜１０種の範囲で含むことがが望ましい。この効果は、一般式（Ｉ）の液晶成分Ａを２〜５０％の範囲で、一般式（ＩＩ）の液晶成分Ｂを２〜５０％の範囲で、一般式（ＩＩＩ）の液晶成分Ｃを１〜６０％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１０〜３０重量％、１０〜５０重量％、１０〜４０重量％の範囲で含有させることに特段のものとなる。
【００１６】
以下に本発明の液晶組成物を構成する化合物について詳述する。
【００１７】
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。
【００１８】
液晶成分Ａ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。但し、使用率を増やすと、粘性が増加してしまう。液晶成分Ｂの一般式（ＩＩ）の化合物を使用することにより、更なる低電圧が可能となるとともに、閾値電圧の温度依存性が小さくなり、電流値を抑制することができる。液晶成分Ｃの一般式（ＩＩＩ）で示される化合物は結合基としてエステル結合を含まず、直結、エチレン結合、ブチレン結合、及びアセチレン結合で環同士が結合されている。このため、粘性が低く、比抵抗が高く、電流値を抑制する特徴を有する。
【００１９】
上記一般式（Ｉ）〜（ＩＩＩ）におけるＲ₁〜Ｒ₄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表わすが、炭素数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。このことは、液晶成分Ｃについても同様である。
【００２０】
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が、好ましくは、Ｎ−Ｉ点が７０℃以上、特に好ましくは、７５℃以上である。
【００２１】
本発明の組成物の比誘電率は、３以上であり、好ましくは５以上である。
【００２２】
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、高いコントラストを有し、高温においても、低温においても高いコントラストを維持することができる。
【００２３】
上記ネマチック液晶組成物は、高速応答性の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。本発明の液晶組成物は、上記一般式（Ｉ）〜（ＩＩＩ）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。
【００２４】
【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。
【００２５】
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、また、比較の組成物として、本発明外の組成物の組成及び特性データ（比較例１）を示した。
【００２６】
【表１】

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６μｍのTN-LCDを構成した時のしきい値電圧（Ｖ）
△ｎ：複屈折率
Ｉｒ：電流値（μＡ/cm²）。240°ツイストのＳＴＮ-LCDに液晶組成物を真空注入し、８０℃、１００時間加熱後の電流値。
ＣＲ：240°ツイストのＳＴＮ-LCDに液晶組成物を真空注入し、８０℃、100時間加熱後、1/200デューティ、1/16バイアスの駆動波形で駆動したときのコントラスト。
【００２７】
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。
【００２８】
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、
【００２９】
【化７】

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。
【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）で表される化合物である式
【００３１】
【化８】

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
【００３２】
【化９】

の化合物である。
表１に記載した実施例１と比較例１、２の比較により、本発明に基づく液晶組成物を使用した実施例１は、比較例１、２に比べて電流値が小さく、コントラストも優れていることがわかる。
【００３３】
【発明の効果】
本発明の液晶材料の組み合わせにより、電流値が抑制され、駆動電圧の印加電圧が減衰することなく、液晶層に電圧が印加され、良好なコントラストを維持することができ、周囲の温度変化による表示品位の低下を改善することができた。

Claims

一般式（Ｉ）

（この式において、Ｒ₁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、ｎは０を表す）で表される１種又は２種以上の化合物からなる液晶成分Ａを２〜５０重量％の範囲で含有し、一般式(ＩＩ)

（この式において、Ｒ₂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及び環Ｂはシクロへキシレンを表し、Ｌ₁は、水素原子を表し、Ｚ₁、Ｚ₂は単結合を表わされる）で表される１種又は２種以上の化合物からなる液晶成分Ｂを１０〜５０重量％の範囲で含有し、一般式（ＩＩＩ）

（この式において、Ｒ₃は炭素数１〜１０のアルケニル基を表わし、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Ｃはシクロへキシレンを表し、ｍは０または１であり、Ｚ₃、Ｚ₄は単結合を示す）で表される１種又は２種以上の化合物を含有し、その含有量が１〜６０重量％の範囲である液晶組成物であり、該液晶組成物が３以上の誘電率異方性をもち、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。
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。