JP4890648B1

JP4890648B1 - シクロヘキサン化合物を含有した液晶組成物及び液晶表示素子

Info

Publication number: JP4890648B1
Application number: JP2011017322A
Authority: JP
Inventors: 俊博柴田; 一男岡本
Original assignee: Chiracol
Current assignee: Chiracol
Priority date: 2011-01-29
Filing date: 2011-01-29
Publication date: 2012-03-07
Anticipated expiration: 2031-01-29
Also published as: JP2012158626A

Abstract

【課題】新規なシクロヘキサン化合物をネマチック液晶に混合し、３Ｄ表示技術等の応答速度を改良した液晶組成物を提供する。
【解決手段】式（１）のシクロヘキサン化合物を、特定の構造からなる負の誘電異方性を有するネマチック液晶に混合した液晶組成物。

【選択図】なし

Description

本発明は、新規なシクロヘキサン化合物を含有してなる液晶組成物に関するものであり、液晶ディスプレイの応答速度の改良を目的とする。

液晶化合物の特徴である光学異方性や誘電率異方性を利用した液晶表示素子は、これまでに多数作られており、時計を始め、電卓、測定機器、自動車用パネル、ワープロ、電子手帳、携帯電話、プリンター、コンピューター、ＴＶ等に利用されて来ている。この液晶表示素子に使用される液晶化合物には固有の液晶相が存在し、その相形態はネマチック相、スメクチック相及びコレステリック相に大別される。そのなかでも、ネマチック相が最も広く利用されている。また、表示装置に利用されている表示方式及び駆動方式のうち、表示方式としては、これまでに、動的散乱型（ＤＳモード）、ゲスト・ホスト型（ＧＨモード）、ねじれネマチック型（ＴＮモード）、超ねじれネマチック型（ＳＴＮモード）、薄膜トランジスター型（ＴＦＴモード）及び強誘電性液晶型（ＦＬＣ）が開発されて来ている。駆動方式としては、スタティック駆動方式、マルチプレックス駆動方式、アクティブマトリックス駆動方式、及び２周波駆動方式等が採用されて来ている。
特に、パソコンのモニター、携帯電話用のディスプレイあるいは液晶ＴＶ用の表示素子として、アクティブマトリックス駆動方式の液晶ディスプレイが広く用いられている。特に、液晶ＴＶの多くは高いコントラスト比が求められるため、垂直に配向処理をされた基板に負の誘電異方性を有するネマチック液晶組成物をサンドイッチした構造をなしている。最近では３Ｄ表示技術の台頭に伴い更なる高速応答が求められている。

液晶組成物中のシクロヘキサン化合物について永年研究してきた本発明者等は、さらに研究を重ね、酸素、塩素、フッ素で置換された後述する式（１）で示されるシクロヘキサン化合物を発明し、この化合物をネマチック液晶に混合することによって応答速度を改良する液晶組成物を形成することを見出し、式（１）についての特許出願をした（特願2010-162348）。
続いて、式（１）で示されるシクロヘキサン化合物を正の誘電異方性を有するネマチック液晶に混合することにより、応答速度が特段に向上する液晶組成物を発明し特許出願した（特願2010-214647）。

今回は、式（１）で示されるシクロヘキサン化合物を負の誘電異方性を有するネマチック液晶に混合することにより、液晶ディスプレイのＩＰＳ（in-plane switching）、ＶＡ（vertical alignment）、ＰＳＡ（polymer sustained alignment）モードの応答速度を改良することを目的とする特許出願をするものである。

本明細書における用語の使い方は次のとおりとする。液晶組成物とは、ネマチック相、スメクチック相などの液晶相を有する化合物の１種又は２種以上の混合物、及び液晶相を有する１種又は２種以上の化合物と１種又は２種以上の液晶相を有さない化合物の混合物を意味する。液晶表示素子とは、液晶表示パネル又は液体表示モジュールを意味する。
式（１）の化合物とは、式（１）で表わされる１種又は２種以上の化合物を意味し、２種以上の化合物については化合物群とする場合もある。式（２）、（３）、（４）も同様である。また、例えば式（１−１）としたときには、原則として、式（１）の化合物群の中の１種類を示すものであるが、化合物群を示す場合もあり得る。

さて、液晶組成物の先行技術は、数多く見出される。その中でも、負の誘電異方性を有するネマチック液晶を混合した液晶組成物としては、ネマチック相の高い上限温度、ネマチック相の低い下限温度、小さな粘度、適切な光学異方性、負に大きな誘電率異方性、大きな比抵抗、紫外線に対する高い安定性、熱に対する高い安定性などの特性において、少なくとも１つの特性を充足する、または少なくとも２つの特性に関して適切なバランスを有する液晶組成物を提供するもの(特許文献１)、また、負の誘電異方性を有するネマチック液晶にシクロヘキサン化合物を含有させ、プラズマ−アドレスディスプレイで使用するのに適する液晶組成物を提供するもの(特許文献２)等がある。

特開２０１０−１６３５５９号公報特開２０００−９６０５５号公報

確かに、特許文献１、特許文献２にでは、負の誘電異方性を有するネマチック液晶にシクロヘキサン化合物を添加することが記載されているが、その応答速度改良効果は十分ではなかった。

解決しようとする問題点は、新規なシクロヘキサン化合物を負に大きな誘電異方性を有するネマチック液晶に混合し、３D技術等の高速応答が求められている液晶組成物を提供することである。

すなわち、本発明は、以下のように構成される。
第一成分として下記の式（１）で表わされるシクロヘキサン化合物群の少なくとも１種類の化合物を含有し、第二成分として式（２）、（３）及び（４）で表わされる各化合物群の少なくとも１種類の化合物群を有してなる液晶組成物である。

式（１）において、Ｒ_１，Ｒ_２は同一又は異なるＲ，ＲＯＣＯ，ＲＣＯＯを表わし、Ｒはアルキル基を示す。該アルキル基は不飽和結合を有していてもよく、該基中−ＣＨ_２−は、−Ｏ−，−ＣＯ−又は−ＣＯＯ−で置換されていても良く、また、一部あるいは全部の水素原子がハロゲン原子又はシアノ基により置換されていてもよい。Ｘ、Ｙは各々独立にハロゲン原子又は水素原子を表わし、同時に水素原子を表わすことはない。また、あるいは、Ｘは酸素原子を表わしＹは該酸素原子への直接結合を表わす。）

ここで、式（２）において、Ｒ_３、Ｒ_４は独立して炭素数１から１２のアルキル、炭素数１から１２のアルコシ、炭素数２から１２のアルケニル、炭素数２から１１のアルケニルオキシ、又は任意の水素がフッ素で置換された炭素数２から１２のアルキル又はアルケニルであり（以下の式（３）、（４）も同じ。）、環Ａ及び環Ｂは、独立してシクロヘキシル基又はフェニル基であり、Ｘ_１、Ｘ_２は、独立してフッ素又は塩素であり、Ｚ_１は、独立してメチレンオキシ、カルボニルオキシ、エチレン又は単結合である。

第二成分中の式（３）の化合物群を以下に示す。

式（３）において、Ｚ_２は、単結合又はエチレンである。

第二成分中の式（４）の化合物群を以下に示す。

式（４）において、環Ｃ及び環Ｄは、独立して、１，４−シクロヘキシレン、１，４−フェニレン、２−フルオロ−１、４−フェニレン、又は３−フルオロ−１，４−フェニレンであり、ｐが１のとき、環Ｄは１，４−フェニレンであり、Ｚ_１は、式（２）と同じであり、独立して単結合、エチレン、メチレンオキシ、又はカルボニルオキシである。ｐは１、２又は３の数値である。

式（１）の化合物は、わずかに負の誘電異方性を有する化合物であり、大きな負の誘電異方性を有するネマチック液晶材料である式（２）の化合物に混合することにより、特段に応答速度を改良するものである。更に、式（１）と類似の効果が期待できる式（３）の化合物を添加することができる。また、本発明を構成する負の誘電異方性を有する液晶組成物、例えば式（１）、式（１）＋式（２）、式（１）＋式（２）＋式（３）に、屈折率異方性及び液晶温度範囲を調整するものとして式（４）を加えることができる。

本発明の液晶組成物は、著しく応答速度を改良した、負の誘電異方性を有するネマチック液晶組成物であり、３Ｄ表示ＬＣＤＴＶ等に求められる高速応答液晶ディスプレイに適するものである。

本発明の代表的な実施例を以下に示す。

式（２）の化合物群の内、以下に示す式（２−１）から（２−３）の化合物を均等に混合した。均等に混合とは、この３種類の各化合物を各々同じ重量にて混合したという意味である。この混合した試料を比較例１とする。

次に、上記比較例と式（３）の化合物群の内、以下に示す式（３−１）の化合物を重量比１対９の割合で混合した。この試料を比較例２とする。

比較例１及び比較例２の混合割合を表１に示す。

＊比較例１の混合割合（重量比）は、式（２−１）：式（２−１）：式（２−３）＝１：１：１であり、比較例２の混合割合（重量比）は、式（３−１）：比較例１＝１：９である。

式（１）シクロヘキサン化合物群の１種類である式（１−１）、式（１−２）を以下に示し、これらの化合物を比較例１に混合した場合を実施例１、実施例２として、表２に示す。

＊実施例１の混合割合（重量比）は、式（１−１）：比較例１＝１：９であり、実施例２の混合割合（重量比）は、式（１−３）：比較例１＝１：９である。

表３に各比較例と各実施例の応答速度測定結果を、表３に示す。

上記表３の応答速度は、印加電圧１０Ｖｏｌｔ、周波数３２ＨＺ、方形波の３００ｍｓｅｃ印加時においてセルギャップ９μｍ垂直勾配セルにて測定した結果である。立ち上り時間とは、誘電率が電圧オン時にゼロから最大誘電率の５０％変化するまでの時間をいい、立ち下り時間とは、誘電率が電圧オフ時に最大誘電率から５０％変化するまでの時間をいう。表３は、いずれもmillisecond（msec）にて表わしている。

本発明の液晶組成物は、著しく応答速度を改良した、負の誘電異方性を有するネマチック液晶組成物であり、３D表示ＬＣＤTV等に求められる高速応答液晶ディスプレイに適するものであり、多くの需要が期待される。

Claims

第一成分として式（１）で表わされるシクロヘキサン化合物群の少なくとも１種類の化合物を含有し、第二成分として式（２）で表わされる化合物群の少なくとも１種類の化合物群を有してなる液晶組成物。

式（１）において、Ｒ_１，Ｒ_２は同一又は異なるＲ，ＲＯＣＯ，ＲＣＯＯを表わし、Ｒはアルキル基を示す。該アルキル基は不飽和結合を有していてもよく、該基中−ＣＨ_２−は、−Ｏ−，−ＣＯ−又は−ＣＯＯ−で置換されていても良く、また、一部あるいは全部の水素原子がハロゲン原子又はシアノ基により置換されていてもよい。Ｘ、Ｙは各々独立にハロゲン原子又は水素原子を表わし、同時に水素原子を表わすことはない。また、あるいは、Ｘは酸素原子を表わしＹは該酸素原子への直接結合を表わす。

式（２）において、Ｒ_３、Ｒ_４は独立して炭素数１から１２のアルキル、炭素数１から１２のアルコシ、炭素数２から１２のアルケニル、炭素数２から１１のアルケニルオキシ、又は任意の水素がフッ素で置換された炭素数２から１２のアルキル又はアルケニルであり、環Ａ及び環Ｂは、独立してシクロヘキシル基又はフェニル基であり、Ｘ_１、Ｘ_２は、独立してフッ素又は塩素であり、Ｚ_１は、独立してメチレンオキシ、カルボニルオキシ、エチレン又は単結合である。