JP4662091B2

JP4662091B2 - 液晶媒体及び該液晶媒体を含有する液晶表示素子

Info

Publication number: JP4662091B2
Application number: JP19430699A
Authority: JP
Inventors: 博之大西; 真治小川; 直枝加藤; 晴義高津; 清文竹内
Original assignee: DIC Corp
Current assignee: DIC Corp
Priority date: 1999-07-08
Filing date: 1999-07-08
Publication date: 2011-03-30
Anticipated expiration: 2019-07-08
Also published as: JP2001019962A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はナフタレン誘導体（Ａ群）、テトラリン誘導体（Ｂ群）、デカリン誘導体（Ｃ群）を含有する液晶媒体に関し、およびこの媒体を含有するディスプレイに関するものである。
【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】
AM-LCDで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。
【０００４】
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。
【０００５】
近年携帯を目的としたノート型コンピューターの需要が高まり、屋外での使用を可能とする広い使用温度範囲や長時間のバッテリー駆動を可能とする低消費電力の要請が強まっている。低消費電力には低電圧で駆動できるしきい値電圧の低い液晶組成物が求められている。しきい値電圧を低くするためには、誘電率異方性Δεを大きくする材料が必要であるが、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という問題があった。このため、AM-LCD用液晶媒体には、
(1) 高い電圧保持率
(2) 屋外でも使用できる広い液晶温度範囲
(3) 高温条件でも使用できる安定性
(4) 低いしきい値電圧
(5) 色づきを防ぎ、広い視角で最適なコントラストを得るために、調節可能なΔｎ
が求められている。
【０００６】
従来の液晶媒体は、これらの要請に必ずしも応えることができず、高温での電圧保持率の低下によるコントラスト低下、低温での結晶析出やスメクチック相の発現が見られた。また、屋外の高温やUV光・太陽光暴露下に放置されると、保持率低下や表示不良がみられた。これらの点は、AM-LCDだけでなく通常のTN-LCDやSTN-LCDでも同様に問題となっていた。
【０００７】
すなわち、高いネマチック-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、かつ高温での高い保持率を同時に満足する液晶媒体及び液晶表示素子はなかった。
【０００８】
たとえば、WO9403558号には、トリフルオロ化合物とジフルオロ化合物とを用いた液晶組成物の例が開示されているが、液晶温度範囲低温域での液晶が狭かったり、クリスタル(若しくはスメクチック)転移温度が高かったり、しきい値電圧が高い等多くの問題点を抱えているのが現状である。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、電気光学表示素子、特に上記のアクティブマトリクス駆動を行うAM-LCD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、高速応答性が優れ、高い保持率を高温度まで維持できる液晶組成物及びこれを使用した液晶表示素子を提供する、若しくは従来より上記の欠点を改善した液晶媒体及び液晶表示素子を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
以下詳細に本発明を説明する。
【００１１】
発明の第１は、式(1-1)ないし式（1-10）からなるＡ群、式(2-1)ないし式(2-12)からなるＢ群、式(3-1)ないし式(3-5)からなるＣ群のうちの、少なくとも２群から選ばれた化合物を含有することを特徴とする液晶媒体に関する。Ａ群:
【００１２】
【化４】

【００１３】
Ｂ群
【００１４】
【化５】

【００１５】
Ｃ群
【００１６】
【化６】

【００１７】
（式中Ｒは、炭素数1〜15のアルキル基または炭素数2〜15のアルケニル基で有り、ＸはＦまたはＨを表し、Ｙは-F、-CF3、-OCF3、-OCHF2、-OCH2F、-CNまたはＲを表す。）
発明の第２は、Ａ群より選ばれた１種以上の化合物及びＢ群より選ばれた１種以上の化合物を含有する事を特徴とする発明の第１に記載の液晶媒体に関する。
【００１８】
発明の第３は、Ａ群より選ばれた１種以上の化合物及びＣ群より選ばれた１種以上の化合物を含有する事を特徴とする発明の第１に記載の液晶媒体に関する。
【００１９】
発明の第４は、Ｂ群より選ばれた１種以上の化合物及びＣ群より選ばれた１種以上の化合物を含有する事を特徴とする発明の第１に記載の液晶媒体に関する。
【００２０】
発明の第５は、少なくとも 65℃のネマチック-アイソトロピック転移温度、-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、かつ 25℃での光学異方性が 0.07から0.20にあり、25℃での誘電率異方性が3以上であり、20℃での粘度が 35mPa・s以下であることを特徴とする発明の第1、2、3または第4記載の液晶媒体に関する。
【００２１】
発明の第６は、発明の第1、2、3または第5記載の液晶媒体を含むことを特徴とする電気光学表示素子に関する。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明の特徴は、式(1-1)ないし式（1-10）からなるＡ群、式(2-1)ないし式(2-12)からなるＢ群、式(3-1)ないし式(3-5)からなるＣ群のうちの、少なくとも２群から選ばれた化合物を含有することを特徴とする液晶媒体である。
【００２３】
Ａ群、Ｂ群、Ｃ群の化合物としては、Ｒは炭素数1〜10のアルキル基、若しくは炭素数2〜10のアルケニル基が好ましく、ＸはいずれかがFであることが好ましく、さらに好ましいのは２個若しくは３個のＸがFである。Ｙは-F、-CF3、-OCF3、-OCHF2、-OCH2Fが好ましく、炭素数1〜10のアルキル基、若しくは炭素数2〜10のアルケニル基であることもまた好ましい。各群の化合物は10%以上含有することが好ましく、さらに好ましくは15%以上含有することが好ましい。Ａ群の化合物の中では、式(1-1),(1-4),(1-5),(1-6)の化合物が好ましく、Ｂ群の化合物の中では、式(2-1),(2-2),(2-3),(2-7),(2-11),(2-12)の化合物が好ましく、Ｃ群の化合物の中では、式(3-1),(3-2),(3-5)の化合物が好ましい。また、各群の中から2種以上使用することがさらに好ましい。全成分数は10成分以上にすることが好ましい。Ｒがアルケニル基である場合炭素数は2〜5であることが好ましく、特に下記の構造が好ましい。
【００２４】
【化７】

【００２５】
(上記それぞれの構造において、右端は環に接合している。)
追加の成分として、重要な化合物としては、Ｄ群の化合物が上げられる。
【００２６】
【化８】

【００２７】
（式中Ｒは炭素数1〜15のアルキル基または炭素数2〜15のアルケニル基である。）
【００２８】
【実施例】
以下、実施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。
【００２９】
実施例中、測定した特性は以下の通りである。
【００３０】
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(℃)
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）
△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)
ＨＲ:80℃での保持率(%)(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)
常法に従い、下記の組成比の液晶媒体をそれぞれ作製し、特性を測定した。
特性測定結果を下記の表１に示す。
(比較例1)
【００３１】
【化９】

【００３２】
比較例１中の(1),(2),(3),(4)の化合物を、A群、B群、C群の化合物に置き換えた液晶媒体を実施例1,2,3で作製した。
（実施例１）
【００３３】
【化１０】

【００３４】
（実施例２）
【００３５】
【化１１】

【００３６】
（実施例３）
【００３７】
【化１２】

【００３８】
（実施例４）
【００３９】
【化１３】

【００４０】
比較例１はＡ群、Ｂ群、Ｃ群のいずれも含まない例である。この組成に含まれる(1),(2),(3),(4)を置換することにより、実施例１ではＢ群とＣ群の化合物が含まれる組成、実施例２ではＡ群とＢ群の化合物が含まれる組成、実施例３ではＡ群とＣ群の化合物が含まれる組成とした。(1),(2),(3),(4)に置換した化合物はそれぞれ下記の群に属する。
実施例１ (1a)Ｃ群, (2a)Ｂ群, (3a)Ｃ群, (4a)Ｂ群
実施例２ (1b)Ａ群, (2b)Ｂ群, (3b)Ａ群, (4b)Ｂ群
実施例３ (1c)Ａ群, (2c)Ｃ群, (3c)Ａ群, (4c)Ｃ群
また、実施例４はＡ群、Ｂ群、Ｃ群のすべての群の化合物が含まれる組成物である。
【００４１】
【表１】

【００４２】
比較例に比べ実施例１、２、３のいずれにおいても、液晶温度範囲が拡大していることがわかる。３つの群の化合物を使用した実施例４においても同様の効果がみられる。特にＴ-nは−７０℃と非常に優れた特性を示しており低温での液晶温度範囲の拡大が、本発明のすべての実施例で実現されている。
【００４３】
このように本発明による液晶媒体は幅広い温度範囲を有することがわかる。
上記の実施例１、２、３、４で得られた液晶媒体を９０°ねじれのセルに注入し保持率を測定したが、いずれも測定温度８０℃で９９％以上の高い保持率を示した。また−２０℃から８０℃の広い温度範囲で良好なコントラストを示した。
【００４４】
一方比較例１の液晶を注入したセルでは、８０℃近くでは急激にコントラストが低下した。
【００４５】
【発明の効果】
本発明の液晶材料の組み合わせにより、液晶表示材料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、高速応答性が優れ、高い保持率を高温度まで維持できる液晶媒体およびこれを使用した液晶表示素子を提供することができた。

Claims

式(1-1)ないし式(1-3)及び式(1-5)ないし式（1-10）からなるＡ群、式(2-1)、式(2-3)、式(2-4)、式(2-6)、式(2-7)及び式(2-9)からなるＢ群、式(3-1)ないし式(3-5)からなるＣ群のうちの、少なくとも２群から選ばれた化合物を含有することを特徴とする液晶媒体。
Ａ群:

Ｂ群

Ｃ群

（式中Ｒは、炭素数1〜15のアルキル基または炭素数2〜15のアルケニル基であり、ＸはＦまたはＨを表し、Ｙは-F、-CF3、-OCF3、-OCHF2、-OCH2F、-CNまたはＲを表し、

）
Ａ群より選ばれた１種以上の化合物及びＢ群より選ばれた１種以上の化合物を含有する事を特徴とする請求項１記載の液晶媒体。
Ａ群より選ばれた１種以上の化合物及びＣ群より選ばれた１種以上の化合物を含有する事を特徴とする請求項１記載の液晶媒体。
Ｂ群より選ばれた１種以上の化合物及びＣ群より選ばれた１種以上の化合物を含有する事を特徴とする請求項１記載の液晶媒体。
少なくとも 65℃のネマチック-アイソトロピック転移温度、-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、かつ 25℃での光学異方性が 0.07から0.20にあり、25℃での誘電率異方性が3以上であり、20℃での粘度が 35mPa・s以下であることを特徴とする請求項1、2、3または4記載の液晶媒体。
請求項1、2、3、4、または5記載の液晶媒体を含むことを特徴とする電気光学表示素子。