JPH0232308B2

JPH0232308B2 -

Info

Publication number: JPH0232308B2
Application number: JP55081244A
Authority: JP
Inventors: Katsumori Takei; Sadao Kanbe; Yoshitake Shionozaki; Motoyuki Toki; Yoshihiro Oono
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1980-06-16
Filing date: 1980-06-16
Publication date: 1990-07-19
Also published as: JPS575781A

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、液晶組成物に係わり、更に詳しく
は、液晶の誘電分散現象を応用した二周波駆動方
式（特開昭50―104043号、特開昭54―139394号）
による液晶表示素子に用いられる液晶材料に関す
る。液晶を用いた電気光学的表示素子は、低電圧駆
動、低消費電力、高コントラスト等のメリツトが
あり、現在では、デジタル時計、電卓、計測器等
に広く使われているが、そのほとんどが、セグメ
ント表示あるいは数十文字を表示する程度のドツ
トマトリクス表示であり、数百文字が表示できる
キヤラクターデイスプレイや、グラフイツクデイ
スプレイ、更にはテレビに液晶を用いることは困
難であつた。従来、マトリクス表示は、電圧平均化法等のダ
イナミツク駆動により行なわれているが、この方
法では最大桁数がたかだか８桁程度に限られるた
め、キヤラクターデイスプレイ、グラフイツクデ
イスプレイ等のマルチプレツクス駆動は困難であ
る。この欠点を補なうものとして、液晶の誘電異方
性が印加電圧の周波数により変化し、fcを境にし
てその符号が逆転する性質を利用し、fcより低周
波、またfcより高周波の二つの周波数成分をもつ
信号を印加することによつて、液晶分子の配向を
制御し、ON―OFF表示を行なう二周波駆動方式
が注目されている。この方式で駆動する場合、液晶材料に要求され
る特性の代表的なものを次に示す。駆動周波数（特にfcより高周波）での誘電異
方性の絶対値が大きいこと。 fcが動作温度範囲で比較的低いこと。 fcの温度依存性が小さいこと。応答速度（この場合、二周波駆動方式を特開
昭54―139394号に記されている如くとし、条件
一定のもとに、立ち上がり速度、立ち下がり速
度の和の平均値とする）が速い。上記特性〜について簡単に説明する。一般に、液晶デイスプレイは、低電圧駆動、低
消費電力で高いコントラストが得られるところに
最大のメリツトがあるが、二周波駆動で多桁マト
リクス表示するには、数十Ｖの印加電圧が必要で
あり、また駆動周波数も高周波側は数十ＫHzと高
い。従つて、消費電力削減のために、誘電異方性
の絶対値を大きくすること、とりわけ、fcより高
周波側の誘電異方性の絶対値を大きくすること
は、非常に効果的である。→特性表示部を小型にするため、回路にＣ―MOS―
IC等を組み込んで駆動するには、駆動電圧、駆
動周波数に限界値がある。室温付近では、fcが数
ＫHzで十分駆動可能なものでも、温度が上がると
fcが高周波側へずれるため、表示ができなくな
り、動作温度範囲が狭くなつてしまう。また低温
でfcがあまり低すぎると、逆にfcより低周波側の
誘電異方性が小さくなり、これも表示不可能とな
り、動作温度範囲を狭めることになる。このた
め、温度変化によるfcの上昇の割合が小さく、か
つ高温においてfcの値が小さい液晶が要求され
る。→特性，応答性はコントラストと共に表示品質上最も重
要特性であり、特にON―OFFの切り換え速度の
速いテレビ等への応用では、これが実用化の鍵と
なる。→特性これらの特性を、単品あるいは同族体の混合物
で出せるような液晶はほとんど無いため、数種類
の液晶化合物あるいは非液晶化合物を混合して要
求される特性をもつた組成物をつくつている。し
かし、上記特性のうち、とは相反するもので
あり、例えば、応答性を良くするとfcが高くなつ
てしまい、室温より高い温度では表示できないの
が多くの液晶の特徴である。また液晶の物性に
は、温度依存性があることは自明であるが、前述
したように、二周波駆動方式ではfcの温度変化が
実用上特に問題であり、従来の液晶ではfcの温度
依存性が大きいため、温度補償回路をつけても動
作温度範囲を広くとることは困難である。このように、従来、上記特性〜をバランス
よく満足し、二周波駆動した場合、動作温度範囲
が広くとれ（５℃〜40℃が実用的であると考え
る）、コントラストがとれ（10：１以上）、応答が
速い（常温で立ち上がり、立ち下がり共、
300msec以下）、ような液晶組成物はなかつた。本発明は、このような欠点を改良するためにな
されたものであり、その目的は、二周波駆動した
場合、低消費電力で広い温度範囲にわたつて動作
され、かつ、応答速度の速い液晶組成物を提供す
ることにある。本発明の二周波駆動用液晶組成物は、一般式が（但し、R₁は炭素数３，７の直鎖アルキル基、
R₂は炭素数５，６の直鎖アルキル基を示す。）で表わされる化合物と一般式が（但し、Ａは

【式】又は

【式】を表わし、R₄が炭素数４，６の直鎖アルキル基
のときR₃は炭素数５，６の直鎖アルキル基、R₅
が炭素数８の直鎖アルキル基のときR₃は炭素数
５の直鎖アルキル基、R₆が５の直鎖アルキル基
のときR₃は炭素数５の直鎖アルキル基を示す。）で表わされる化合物と、一般式が（但し、R₇は炭素数３，４，５の直鎖アルキ
ル基、R₈は炭素数１，２のアルキル基または４
の直鎖アルキル基を示す。）で表わされる化合物
と、化学式がで表わされるいずれかの化合物と、一般式が（但し、R₉は炭素数５，７の直鎖アルキル基
を、R₁₀は炭素数４，５の直鎖アルキル基を示
す。）で表わされる化合物とからなる液晶組成物に、一般式が（但し、R₁₁は炭素数７のときＸはＨを示し、
炭素数８の直鎖アルキル基のときＸはClを示す。）で表わされる化合物、一般式が（但し、R₁₂は炭素数３，４の直鎖アルキル基
を示す。）で表わされる化合物、化学式がで表わされる化合物のうちから選ばれた少なくと
も一種の化合物を加えたことを特徴とする。即ち、以下に示す成分ａ一般式（式中、Ｒ炭素数が３，７の、R′は炭素数が
５，６の直鎖アルキル基を示す）で表わされる
化合物。ｂ端末にシアノ基を有し、大きな正の誘電異方
性を有する液晶化合物。ｃ絶対値の大きな負の誘電異方性を有する液晶
化合物、あるいは分子の形が棒状である非液晶
化合物。ｄ下記条件のうち少なくとも２つ以上を満足す
る液晶化合物、または液晶混合物。１ fcが低い。２ fcの温度依存が小さい。３粘性が低い。４液晶温度範囲が広く、融点が低い。このａ〜ｄの各成分を適当な割合で調合するこ
とにより、二周波駆動用液晶材料として十分実用
レベルに達する液晶組成物を作り出すことに成功
したものである。次に、上記ａ〜ｄの各成分を混合するに際し、
その各成分が、前述の二周波駆動用液晶材料に要
求される特性〜に、どのように寄与するかに
ついて説明する。一般に、液晶の誘電率（ε″＝分子の長軸と平行
方向の誘電率、ε⊥＝分子の長軸と垂直方向の誘
電率）は、印加電圧の周波数に依つて変化する。
すなわち第１図に示すように、誘電分散を起こ
す。図中、ε″＝ε⊥となる周波数がfc（交差周波
数）であり、液晶の誘電異方性（Δε＝ε″−ε⊥）
は、fcより低周波領域ではε″−ε⊥＞０より正で
あり、fcより高周波領域ではε″−ε⊥＜０より負
である。このような性質をもつ液晶を、TN型液
晶セルに封入し、これに異なつた周波数成分をも
つ信号を印加すると、液晶の配向方向を変えるこ
とができる。すなわち、第２図、ａに示すよう
に、第１図中fLの周波数成分をもつ信号を印加
したときは、液晶分子はセル面と垂直方向に配向
し、TN型セルでは、ON状態となる。同様に第
２図、ｂに示すように、第１図中fHの周波数成
分をもつ信号を印加したときは、液晶分子はセル
面と水平方向に配向し、OFF状態となる。これ
が二周波駆動の基本原理であるが、キヤラクター
デイスプレイのように、ダイナミツク駆動により
表示するときは、低周波と高周波との複合成分か
らなる信号を印加して、ON―OFF表示を行なう
ことになる。このような液晶の誘電分散は、fc，ΔεL，ΔεH
（第１図）で特徴づけられる。まず、液晶材料に要求される特性のうち、駆動周波数（特にfcより高周波）での誘電異
方性の絶対値が大きいこと。これは前述したように、駆動電圧を下げるため
であるが、これに大きく寄与する成分は、前記ａ
〜ｄのうち、ｂとｃである。即ち、Δ〓_Lを大きく、
また調整する成分は、ｂ群化合物（端末にシアノ
基を有し、大きな正の誘電異方正を有する液晶化
合物群）であり、Δ〓_Lの調整にも少なからず影響
するが、主な目的として、Δ〓_Hの絶対値を大きく
する成分がＣ群化合物（絶対値の大きな負の誘電
異方正を有する液晶化合物、あるいは分子の形が
棒状である非液晶正化合物群）である。即ち、主にｂとｃによりΔεLとΔεHを調整す
るわけである。ｂの化合物としては、公知液晶で非常に多種が
考えられるが、なかでも特性の優れたものとし
て、一般式（式中、R₁は炭素数８の、R₂は炭素数６、の
直鎖アルコキシ基を示し、R₃は炭素数６の直鎖
アルキル基を示す。）で表わされる化合物が掲げ
られる。他にも公知のものとして

【式】

【式】等が考えられるが、これらの化合物は、単品での分散周波数
が高いため、組成物中に添加すると、組成物の分
散周波数を高くしてしまうので、前述の要求され
る特性とのバランスを考えると、あまり好まし
くないものである。その点、前記〜（特に
〜）の化合物は分散周波数が低く、特性との
バランスも良い。ｃの化合物として掲げられるもので公知のもの
は、上述ｂのように多種類ではない。シアノ基の
ような強い双端子でも、分子長軸の末端に長軸と
平行についた場合は、同方向の分極をたかめ、
Δεを大きくする効果があるが、長軸と垂直方向
（実際にベンゼン環につく場合は、長軸と約60゜の
角方向につく）についた場合の同方向の分極はあ
まり大きくないため、絶対値の大きな負液晶は数
少ない。そのため、非液晶化合物でも、棒状形を
しており、液晶と混合した場合、絶対値の大きい
負の誘電異方性を有し、比較的融点の低い化合物
は、｜ΔεH｜を大きくするための添加剤として用
いても十分効果がある。一例として、一般式

【式】（式中、Ｒは炭素数５，７の直鎖アルコキシ基、R′は炭素数
４，５の直鎖アルキル基を示し、ＸはCN，Ｙは
−Clを示す）で表わされる化合物がある。これら
の化合物は液晶相は示さない。しかし液晶分子と
同じく棒状形であるので、他の液晶と混合した場
合は、液晶と同様に誘電異方性を示す。従つて液
晶との相性が良く、また融点が比較的低いため、
組成物の融点をあげることがなく、低温エージン
グも良い。このｂ（端末にシアノ基を有し、大きな正の誘
電異方性を有する液晶化合物）とｃ（絶対値の大
きな負の誘電異方性を有する液晶化合物、あるい
は分子の形が棒状である非液晶化合物）を適当量
組成物中に混合することにより、液晶材料に要求
される条件である（駆動周波数（特にfcより高
周波）での誘電異方性の絶対値が大きいこと）を
満足させる液晶組成物をつくることができる。ま
た第１図中、ΔεL／｜ΔεH｜も駆動上、重要な
条件であるが、ｂとｃの調合比を変えることで調
整することができる。次に、液晶材料に要求される特性のうち、，
，であるが、これらは密接な相関関係がある
ため、成分との関連性について、まとめて説明す
る。液晶分子の誘電分散現象は、多くの有極性高分
子に比べて比較的低周波領域で起こるが、この現
象は主に分子全体の回転や分子内の双極子の変化
に起因するものである。ここで、分散周波数を
fr、緩和時間をτ、液晶の粘度をηとすると、 fr＝１／τ∝１／ηの関係がある。また、立ち上がり、立ち下がりの応答時間は、
液晶の粘度が上がれば、遅くなる。従つて、分散
周波数と応答時間とは反比例の関係にあることに
なる。またfrは、液晶分子の分子長、分子の形や分子
のもつ熱力学的エネルギー、温度等の関数でもあ
り、要求される特性，，を、バランス良く
満たす、即ち、応答が速く、fcの温度依存性が小
さく、fc値が高温でも比較的低いような組成物を
つくり出すには、当然、それらのバランスの良く
とれた成分を必ず用いなければならない。即ち、
これにはa.（一般式（式中、Ｒは炭素数３，７の、R′は炭素数５，
６の直鎖アルキル基を示す））で表わされる化合
物とｄ（下記条件のうち少なくとも２つ以上を満
足する液晶化合物または液晶混合物。１ fcが低い。２ fcの温度依存性が小さい。３粘性が低い。（応答性がよい）４液晶温度範囲が広く、融点が低い。の化合物がこれに相当する。上記ｄのうち、条件
４は、２周波駆動用液晶に限らず、動作温度範囲
を広くするためと、エージング、特に低温エージ
ングを良くするために必要な項目である。ｄの化
合物として望ましいものは、一般式（式中、R₁は炭素数３，４，５の、R₂は炭素
数１，２，４の、R₃，R₄は炭素数５の、R₅は炭
素数８の、R₆は５の直鎖アルキル基を示す）で
表わされる化合物などがある。上記，以外の化合物で、ｄに相当するもの
として望ましいものに、一般式（式中、R₇が炭素数３，４のときR₈が炭素数
６の直鎖アルキル基で、ＸはＨを示し、R₇が炭
素数７，８のときR₈はＨで、ＸはClまたはＨを
示す。R₉は炭素数６の、R₁₀は炭素数５の直鎖ア
ルコキシ基、R₁₁は炭素数４，６の、R₁₂は炭素
数５，６の直鎖アルキル基を示す）本発明者らは、a.（一般式（式中Ｒは炭素数３，７の、R′は炭素数５，６
の直鎖アルキル基を示す。））で表わされる化合物
と、ｂ，ｄのなかから選ばれた特定の化合物の混
合物をベース液晶とすることにより、二周波駆動
用液晶材料に要求される条件である．（駆動周
波数（特にfcより高周波）での誘電異方性の絶対
値が大きいこと）．（fcが動作温度範囲で比較
的低いこと）、．（fcの温度依存性が小さいこ
と）、．（応答速度が速いこと）を満足させる液
晶組成物をつくることができることを見出した。以下、この優れた特性をもつ二周波駆動用液晶
組成物について、実施例を掲げて説明する。実施例１表１に示す液晶組成物をつくり、第３図に示す
液晶セル中に封入し、交流測定電圧の周波数100
Hz〜100KHzの範囲で、液晶の誘電率の測定を行
なつた。（このとき液晶分子の配向を制御する直
流バイアス電圧は60V、測定電圧は50mV）この結果を第４図に示す。但し、測定温度は40
℃である。図よりわかるように、この組成物は、
40℃でfcがほぼ11KHz付近と低く、高周波側の駆
動周波数を40〜50KHzとした場合でも、該周波数
における誘電異方性の絶対値は、大きいため低電
圧駆動が可能である。

【表】

【表】また、この液晶組成物を液晶層の厚みが8μmで
ある、３図に示す液晶セル中に封入し、特開昭54
―139394号に記されている二周波駆動方式で応答
性を測定したところ、立ち上がり、立ち下がりの
平均が各々310msecであつた。（ただし、駆動条
件は、Temp＝20℃、V_A（タイミング電圧）＝
30V、fH（高周波側の駆動周波数）＝50KHz、fL
（低周波側の駆動周波数）＝100Hzである。）実施例２表２に示す液晶組成物をつくり、実施例１と同
様に、誘電率を測定した結果を第５図に示す。

【表】

【表】また、実施例１と同様に応答性を測定したとこ
ろ、立ち上がり、立ち下がりの平均は各々
260msecであつた。比較例表―３に実施例１，２と類似の液晶組成物をつ
くり、実施例１と同様に誘電率を測定した結果を
比較のために、第６図に示す。

【表】

【表】実施例１と同様に応答性を測定したところ、立
ち上がり、立ち下がりの平均が各々190msecであ
つた。実施例１，２に示される如く、これらの液晶組
成物の成分はすべてエステル化合物であり、化学
的・光学的に安定である。また通電エージング・
耐高（低）温・耐湿エージングも良好な結果を示
している。以上の通り、本発明によれば、化合物(1)〜(5)か
らなる組成物に、所定の化合物のなかから選ばれ
た少なくとも一種の化合物を加えることにより、
実施例１，２と比較例に対応して第４〜６図に示
すように、交差周波数fcがほぼ19KHzであつたも
のが、ほぼ11KHzとなり、この組成物により液晶
組成物そのものに依存するところの交差周波数を
下げることができ、その結果低消費電力化とな
り、さらに応答速度も充分に実用できる範囲であ
るとともに、常温でも充分に使用できる二周波駆
動用液晶組成物を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、液晶の周波数変化による誘電分散を
示す図。第２図は、液晶をTN型セルに封入し、
低周波・高周波各々の信号を印加したときの液晶
分子の配向状態の略図を示す図。第３図は、本実
施例の諸特性を測定した液晶セル構造を示す図。
第４図、第５図、第６図は、それぞれ実施例１、
実施例２、比較例に示す液晶組成物の40℃におけ
る測定周波数と誘電異方性の関係を示す図。（図
中、横軸は周波数、縦軸は誘電異方性）１……偏光板、２……パイレツクスガラス、３
……酸化インジウム膜、４……ポリイシド膜、５
……液晶、６……ナイロンスペーサー。

Claims

【特許請求の範囲】１一般式が（但し、R₁は炭素数３，７の直鎖アルキル基、
R₂は炭素数５，６の直鎖アルキル基を示す。）で表わされる化合物と一般式が（但し、Ａは【式】又は【式】又は【式】を表わし、R₄が炭素数４，６の直鎖アルキル基
のときR₃は炭素数５，６の直鎖アルキル基、R₅
が炭素数８の直鎖アルキル基のときR₃は炭素数
５の直鎖アルキル基、R₆が５の直鎖アルキル基
のときR₃は炭素数５の直鎖アルキル基を示す。）で表わされる化合物と、一般式が（但し、R₇は炭素数３，４，５の直鎖アルキ
ル基、R₈は炭素数１，２のアルキル基または４
の直鎖アルキル基を示す。）で表わされる化合物
と、化学式がで表わされるいずれかの化合物と、一般式が（但し、R₉は炭素数５，７の直鎖アルキル基
を、R₁₀は炭素数４，５の直鎖アルキル基を示
す。）で表わされる化合物とからなる液晶組成物に、一般式が（但しR₁₁が炭素数７のときＸはＨを示し、炭
素数８の直鎖アルキル基のときＸはClを示す。）で表わされる化合物、一般式が（但し、R₁₂は炭素数３，４の直鎖アルキル基
を示す。）で表わされる化合物化学式がで表わされる化合物のうちから選ばれた少なくと
も一種の化合物を加えたことを特徴とする二周波
駆動用液晶組成物。