JPH0326785A - 液晶組成物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔概　要〕 液晶組戒物に関し、広い動作温度範囲、特に低温領域に
おいても有効に動作しかつ高いメモリ安定性、配向均一
性等の特性を得る目的で、従来の液晶に加え更に所定構
造の強誘電性液晶を数種類、所定量配合した液晶組成物
として構戒する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は液晶組底物に関し、更に詳しくは従来液晶に更
に所定のナフタレン構造を有する液晶を所定割合で配合
することにより高コントラスト、配向良好、メモリ安定
性および高速応答を達或しうるようにした液晶組成物に
関する。

〔従来技術および発明が解決しようとする課題〕従来、
ワードプロセッサ、ラップトップコンピュータ等の表示
素子として、液晶表示素子は、平板型、低消費電力であ
ることから広く用いられている．特にスーパーツイステ
ッドネマテイック（ＳＴＮ）型液晶表示は６４０　Ｘ　
４００ドット等の比較的表示容量が大きなディスプレイ
に適用できることからパーソナルコンピュータ等にも広
く用いられている． しかし、液晶ディスプレイの表示容量が増加し、よりｍ
ｌの高いワードプロセッサ、パーソナルコンピュータへ
の適用が図られるに伴い、従来のＳＴＮでは表示スピー
ド、表示背景色、視野角などの点で適用が困難になって
きている。

そこで、従来の液晶ディスプレイのこれらの欠点を解消
する表示方式として強誘電性液晶表示（Ｆｅｒｒｏｅｌ
ｅｃｔｒｉｃ　Ｌｉｑｕｉｄ　Ｃｒｙｓｔａｌ　Ｄｉｓ
ｐｌａｙ）ＦＬＣＤが提案された（Ｎ．Ａ．Ｃｌａｒｋ
　ａｎｄ　Ｓ．Ｔ．Ｌａｇｅｒｗａｌｌ，　Ｊ．Ａｐｐ
ｌｉｅｄ　Ｐｈｙｓｉｃｓ　Ｌｅｔｔｅｒｓ　３６．　
８９９（１９８０））。ＦＬＣＤは、液晶分子の持つ分
極の方向が一方向にそろうため自発分極を示し、この自
発分極が印加電界の極性反転により反転するため強誘電
性を示す。従って、駆動の方法としては、まず、プラス
あるいはマイナスの極性のパルス状電界を印加し、液晶
分子の自発分極の向きをそろえておき、分極の向きがそ
ろった後は、液晶の強誘電性、すなわち自発分極の方向
を変えない液晶のメモリ効果により表示内容を保持し、
逆極性の電界印加によって、はじめて自発分極の向きを
変える性質を利用して行う。従って、ＦＬＣＤでは、液
晶のメモリ効果を安定に保つことが必要条件となるが、
従来の強誘電性液晶では、安定駆動に必要な十分なメモ
リ効果が得られないか、たとえ得られたとしても、応答
時間が長く、ＦＬＣＤの特長を十分発揮することができ
なかった。

そのため、ＦＬＣＤの特長の一つである高速応答が可能
で、なおかつ十分安定なメモリ効果を有する液晶材料の
開発が求められている。

従来のＦＬＣＤは、エステル系化合物、フェニルピリミ
ジン系化合物を主体とする混合物が主として用いられて
いるが、いずれの組戒物も十分安定なメモリ効果が得ら
れていない。これは主として個々の液晶分子と基板界面
とのクーロン相互作用がうまく適合しないため、マイク
ロドメインが発生したり、ある程度配向したとしても、
ジグザグ欠陥が多数発生してしまうからである。

このような状況において本発明者らは、液晶分子のコア
ユニット部にナフタレン環を有するナフタレン系液晶を
用いることにより高速で、安定なメモリ効果を有するＦ
ＬＣＤが可能となることを提案した（特願昭６２−２５
８３１１）。ナフタレン系液晶は従来のＦＬＣＤと異な
りジグザグ欠陥の発生が見られず、均一性に優れた液晶
配向を可能とする材料であり、従来の材料に比べ際立っ
て良好なメモリ性を有する材料である。

しかし、ナフタレン系液晶は一般に粘度が高く、特に１
５゜Ｃ以下の温度では粘度の増加が著しく、その結果と
して低’ｔＨ　Ｈ域（〈１０゜Ｃ）での応答時間が急激
に長くなるという欠陥を持つ。

そこで、本発明者らは、低温領域で比較的低粘度を保つ
従来の液晶の特徴を残し、なおかつナフタレン系液晶の
持つ良好な配同性、安定なメモリ性を持つ液晶材料を検
討した。まず、従来の低粘度フエニルピリミジン系混合
液晶とナフタレン系液晶の混合を検討した。これまでの
検討により一般にフエニルビリミジン系液晶とナフタレ
ン系液晶とは相溶性が低く、准合により強誘電相を示す
温度範囲が著しく狭くなることがわかっている．そこで
、低粘度の従来液晶をベースとし、強誘電相温度範囲を
広く保つ範囲で、種々のナフタレン系液晶を混合し、安
定なメモリ性を付与することを試みた。その結果、同じ
ナフタレン系液晶でも分子構造の差異によって、従来液
晶との相溶性に著しい差があることの知見を得、次の液
晶組或物とする場合には、本発明の初期の効果が得られ
ることの知見を得て本発明を完威した。

〔課題を解決するための手段、発明の作用および効果〕

上記課題を解決するため、本発明の液晶組成物は、 次の（Ｉ）〜（■）の群： ０ （式中、Ｒ，は炭素数６〜１６のアルキル又はアルコキ
シ基を表わし、Ｒ２はＣ　Ｉ”−　Ｃ−アルコキシ基で
置換されていてもよい不斉炭素を少くとも１個有する炭
素数４〜１３のアルキル基を表わす） で表わされる化合物５〜６０重量％、 ０ （式中、Ｒ，は炭素数６〜１６のアルキル又はアルコキ
シ基を表わし、Ｒ２は不斉炭素を少なくとも１個有する
炭素数４〜１３のアルキル又はアルコキシ基を表わす） で表わされる化合物５〜６０重量％、 （式中、Ｒ１は炭素数６〜１６のアルキル又はアルコキ
シ基を表わし、Ｒｔは不斉炭素を少なくとも１個有する
炭素数４〜１３のアルキル又はアルコキシ基を表わす） で表わされる化合物５〜６０重量％、および０ （前記各式中、Ｒ３およびＲ４は、共に炭素数６〜工６
のアルキル基を表わし、Ｒ２は炭素数４〜１３の少なく
とも１つの不斉炭素を有するアルキル基を表わす。なお
、不斉炭素原子に結合する元素としてハロゲン元素も含
む） で表わされる少なくとも１種の化合物５〜７０重量％を
含むことを特徴とする。

更に別の発明の液晶組成物においては、前記（１）〜（
ＩＶ）群の化合物に加え、更に次の（Ｖ）群： （Ｖ）群化合物 ０ （式中、Ｒ，は炭素数６〜Ｉ６のアルキル又はアルコキ
シ基を表わし、Ｒ２は不斉炭素を少なくとも１個有する
炭素数４〜１３のアルキル基を表わす。）に属する化合
物を少なくともｌ種を５〜４０重量％含むことを特徴と
する。

すなわち、この発明の液晶Ｍｉ底物は、（Ｖ）群の化合
物について自発分極拡大の効果が大であることの知見を
得て完威したものであり、この液晶組戒物は、（１）〜
（ＩＶ）の化合物に配合することにより液晶の全体の粘
度を高めない範囲で液晶の応答速度を一層高める効果を
有する。

このような本発明の液晶組或物に関して、液晶が作る層
構造の面から説明をつけ加えるなお、前記（Ｉ）〜（Ｖ
）群の全ての化合物におけるＲ，−Ｒ．の基は直鎖でも
又は分枝鎖を有していてもよい。

一般に強誘電性液晶を用いたディスプレイでは、理想的
にはＣｌａｒｋ等が報告しているように、液晶が作る層
構造が、基板に対し垂直になっている（第１図参照、図
中、１は基板、２は層構造をそれぞれ示す）。このよう
な構造はブックシエルフ構造とよばれ、かかる構造の液
晶を用いたディスプレイでは高コントラスト、秀れた配
同性メモリ安定性および高速応答性が可能となる。

しかし、従来の強誘電性液晶では、実際には第２図（図
中、Ｊは基板、２は層構造を示す）に示すように層がｒ
く』の字に曲がっていることが知られている。『＜一の
字に曲がっている構造（シェブロン構造）では、強誘電
性液晶の本来の電気−光学スイッチングが起こらず、ま
た、層構造そのものが、不安定となるためディスプレイ
デバイスへの実用化の観点から著しい問題となっている
。

すなわち、シェブロン構造では、層が曲がっているので
、個々の液晶分子の分極が相殺され、マクロな自発分極
が小さくなり、応答が遅くなる。また、個々の分子の向
きが異なるため、メモリ状態での分極が不安定化し、メ
モリ性が低下する。さらに、’＜Ｊの字の層折れ曲がり
部分がお互いに接する部分（第２図参照）では、液晶分
子配向の境界で光りの進行状態が変化するため、ディス
クリネーションと呼ばれるドメインウォールが発生する
。このディスクリネーション部分は表示としては、表示
欠陥（ジグザグ欠陥）となるので、コントラストが低下
するという問題を生ずる。

従って、強誘電性液晶本来の表示を行うためには、層が
基板に垂直となる構造（ブックシェルフ構造）とするこ
とが不可欠であると言える．本発明は、ブノクシエルフ
構造を造ることができる液晶材料徂戒吻に係わるもので
ある。

本発明液晶組成物は、前記の４つの液晶群に属する液晶
化合物の混合物で構威される。

液晶群（１）は、プンクシェルフ構造を造る本質的な液
晶である。

（ＩＩ）も、ブックシェルフ構造を造る本質的な液晶で
あり、戒晶相温度範囲が比較的高温側に広いことを特長
とする液晶である。

（ＩＩＩ）も、ブックソエルフ構造を造る本質的な液晶
であり、粘度が比較的低いことを特長とする液晶である
。

（ＩＶ）は、（１）．　（ＩＩ），　（ＩＩ［）群から
構成される液晶と共に用い、専ら液晶温度範囲（動作温
度範囲）を広げる役目を果たすものである。

すなわち、本発明の液晶組或物の効果であるブックシェ
ルフ構造を造り、高コントラスト、安定なメモリ性を得
るためには、液晶群（１），　（ＩＩ），（ＩＩ［）群
の液晶化合物は、必須材料であり、（ＩＶ）群の液晶化
合物は、任意成分である。

しかし、本発明の本発明液晶Ｍｉ戒物においては、ブッ
クシエルフ構造を造る本質的材料である（【）（ｎ），
　（ＩＩＩ）群の液晶化合物を、実用的見地から液晶材
料に要求される諸特性を満たすために、（ＴＶ）群の液
晶化合物を用いるものである。すなわち、本来は、（　
ｒ），　（ＩＩ）．　（Ｉｆｆ）群の液晶化合物のみで
組或物を構戒することが、ブックシエルフ構造を安定化
することに効果がもっとも大きいが、実用的見地から、
液晶粘度、動作温度範囲等の条件を満たし、液晶ディス
プレイとして、十分な性能を出すために、（ＩＶ）群の
化合物が使われる。

一般には、（Ｉ）群の化合物がもっともブックシエルフ
構造を与えやすいものである。従って、基本的には、（
１）群の化合物をできるかぎり多用したい。しかし、一
般にナフタレン系液晶は、粘度が高いため、（ＴＶ）群
化合物を混合し実用的に適用可能な組戒物としている。

また、（Ｉ［）群の化合物は、特に、動作温度範囲を高
温側に広げる際に有効な材料である。（Ｉ［［）群の化
合物は、ナフタレン系液晶の中では粘度が低く、粘度を
大きく低下させたい時など有効な材料である。実用的に
は、（Ｉ），　（ｎ），（Ｉ［［）群の化合物を混合し
、ある程度の粘度低下を図ることができるため、（Ｔ）
，　（Ｉ［），　（ＩＩ［），　（ＩＶ）群のすべて、
または、一部を混合して用いることも可能ではある。

（　Ｉ）．　（ｎ）．　（ＩＩ［）群の液晶化合物は、
粘度、動作温度範囲が実用的なレベルである範囲ででき
るかぎり多用することが有効であり、各群の化合物とも
に５〜６０吋％、残りを第（ｒＶ）群の化合物とするの
がよい。すなわち、一般に（１）〜（ＩＩＩ）群化合物
は粘度が高いため６０ｗｔ％を越えて用いると応答時間
が著しく長どなり実用的でない。また、５ｗｔ％に満た
ない混合量ではブックシェルフ構造構築の効果が十分得
られない。

また、（ｒＶ）群の液晶は、（１）〜（ＩＩＩ）群液晶
又は（１）〜（Ｉ［［）群および、（Ｖ）群液晶と共に
用い、液晶相温度範囲を広げる役目を果たすものである
。従って、液晶相温度範囲により、（ＩＶ）群液晶の混
合比率は、変わる性質のものである。一般には−１０〜
＋６０゜Ｃ程度の温度範囲が要求されるため、Ｎ）〜（
Ｉ［［）群、（Ｉ）〜（ＩＩ［）および（Ｖ）群の液晶
の特性に合わせ５〜７０ｗｔ％が必要となる。すなわち
、５ｗｔ％未満では温度範囲拡大、特に低温側での拡大
の効果がなく、７０ｗｔ％を越えてしまうとブックシエ
ルフ構造を維持できなくなる。

（Ｖ）群液晶は主として十分な自発分極を得ることを目
的とし５〜４０−ｔ％の範囲で用いられる。

この場合、５ｗｔ％未満では自発分極拡大の効果が得ら
れず４０ｗｔ％を越えるとブックシエルフ構造の維持が
困難となる。

以下、更に本発明を実施例により説明する。

［実施例］ 実施例ｌ 次に示す（１）〜（ＩＶ）群に属する化合物を以下に記
載する割合で配合し液晶組戒物を得た（以下組或■とい
う）。

実施例２ 次に示す（Ｉ）〜（ＩＶ）群に属する化合物を以下に記
載する割合で配合し液晶組或物（以下、組戒２という）
を得た。

］．Ｏｗｔ％ ２０ｗｔ％ ＣＨ３ １０ｗｔ％ ２０−（％ 実施例３ 次に示す（Ｉ） （ＩＶ） 群に属する化合物を以 下に示す割合で配合し、 液晶組戊物（以下、 組成 ３という） を得た。

１５れ％ １５賀ｔ％ ５囚ｔ％ 実施例５ 次に示す （１） （Ｖ） 群に属する化合物を以 下６こ示す割合で配合し液晶組成物 （以下組或５と いう） を得た。

実施例４ 次に示す（Ｉ） （Ｖ） 群に属する化合物を以 下に示す割合で配合し液晶組戒物 （以下組戒４と いう） を得た。

１０ｗｔ％ 昶ｆｌ １５−ｔ％ ＣＨ． １５吋％ 比較例１および２ 本発明の液晶組戒物を構或する群の一部を欠いている液
晶組戒物を比較のため作戒した。比較例１は以下に示す
ように（ＩＩ）群の化合物を欠いている液晶組成物（以
下、組或６という）である。

更に比較例２は以下に示すように（ＩＩ）群および（Ｉ
［［）群の化合物をそれぞれ欠いている液晶組成物（以
下、組戒７という）である。

１０ｗｔ％ ｂυ一ｔ％ ０ Ｃｌ１＋ 実施例６ 註伍里パ主上 各実施例および比較例の液晶組戒吻に関し、次の評価用
パネルを用いて表示特性を評価した。大きさ５０Ｘ６０
ｍｍ”　、厚さ１．１閣の透明電極付ガラス基板を用い
、ＰＶＡ（ポリビニルアルコール）を液晶配向膜とした
。ＰＶＡ膜はラビングを行い、パネルギャップは２．０
μｍとした。このパネルに表１の各液晶組成物を封入し
、電気一光学応答特性を評価した。

北極血麗 （１）各評価パネルを、クロスニコルにした状態で顕微
鏡観察した。この観察により液晶分子配向の均一性を比
較した。すなわち、ジグザグ状欠陥の有無、および場所
による光透過光量の変化を比較した。

また、メモリの安定性の評価（メモリ保持率）を次のよ
うＣこして行った。長さ４００μｓ、波高値１５Ｖのパ
ルス波を各パネルに印加し、０．　５秒後の透過光量を
、パルス印加時の透過光量と比較した。比較は、パルス
印加時の透過率を１００％とした時、０．５秒後の透過
率が何パーセントであるかによって行った。すなわち、
０．５秒後の光透過率が高いほどメモリ安定性が高いこ
とになる。

さらに、コントラスト比の評価を、メモリ時、すなわち
パルス波印加後０．５秒たった時の「ＯＮ」状態、ｒＯ
ＦＦＪ状態の透過率比で行った。

（２）強誘電性液晶の動作温度範囲についての評価 強誘電性液晶表示においては、ＳＴＮ液晶表示と異なり
、液晶状態を示す温度のみならず、自発分極の反転が可
能な温度範囲が重要である。すなわち、自発分極の反転
が十分に起こらないとコントラスト、メモリが十分にな
らず、表示素子としての特性が損われてしまうからであ
る。

従って、実用的な強誘電性液晶の動作温度範囲が液晶組
戒物の重要な評価の要素となる。本実施例では下記の条
件で測定した。

６０Ｘ５Ｑｍｍ２、厚さ１，１肋の透明導電膜付ガラス
基板に、ＰＶＡを塗布し、ラビングを施した。粒径１．
　６　ｐｍのＳｉｎ．球をスペーサとして各液晶組底物
を封入しパネルを作製した。なお、でき上がりのパネル
ギャップは２．　０〜２．２印であった。

このパネルを恒温槽に入れ、Ｈｅ−Ｎｅレーザを光源と
して電気一光学特性を測定した。駆動は４００μｓ長の
パルス波を０．　５秒ごと十側、一側に入れて行った。

なお、波高値は１５Ｖである（±１５Ｖ）。駆動時、電
気一光学応答がコントラスト比５：１以上とれる温度範
囲を動作温度範囲とした。

また、粘度の測定は、２５゜Ｃにおいて、三角波法によ
り求めた。

以上の各評価項目についての実験結果を第１表に示す。

なお、比較例７の液晶組成物は粘度は低い。これは、温
度範囲が狭く、２５゜ＣではスメクティンクＡ相に近い
温度なので低くなっているものである。実用的液晶組或
物としては、少くとも１０−４０゜Ｃの動作温度範囲で
、２５゜Ｃにおける粘度が４００を満たしている。また
、本発明の液晶組成物は、第１表の結果から明らかなよ
うに比較例のものに較べ、コントラスト比、メモリ保持
率更には動作温度範囲の全ての面にわたって秀れた特性
を示していることが判明する。

夫盗班ユ 次に本発明の液晶組戒物がブックシェルフ構造を確かに
とっているかどうかについて検討した。

一般に強誘電性液晶の層構造は層間隔が数十人であるた
め、通常のＸ線回折で、その構造を見ることができる。

透過Ｘ線回折により、層間隔に対応したＸ線ピークが得
られるため、第１図のブックシェルフ構造ではＢｒａｇ
ｇ角に対応した角度からＸ線が入射した時のみピークが
得られる。従って、ブックシェルフ構造ではシングルピ
ークとなる。

一方、第２図のシェブロン構造では「＜」の字に曲がっ
ている層の「／」と「＼」の両方に対応するＢｒａｇｇ
角でピークが得られるため、ダブルピークとなる。

ちなみに、従来の液晶では文献（Ｊａｐａｎｅｓｅ　Ｊ
ｏｕｒｎａｌｏｆ　Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｐｈｙｓｉｃｓ　
ハ且経Ｎαｉｌ，　ｐｐ．Ｌ１９９３Ｌ１９９５　Ｙｕ
ｋｉｏ　Ｏｕｃｈｉ　ｅｔ　ａｌ）に示されている通り
ダブルピークとなる。（第３図に文献からの例を示す） 一方、組成１の液晶組戒物については、そのＸ線回折図
（第４図）から明らかなようにシングルピークが得られ
ている。従って、本発明の液晶組戒物は確かにブックシ
エルフ構造をとっていることがわかる。なお、第３図お
よび第４図中、αはＸ線入射方向に対する液晶セルの回
転角であり、液晶層の基板に対する傾き角に対応する。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明は、従来の液晶に加え更に所
定構造を有する強誘電性液晶を所定量配合した液晶Ｍｌ
戒物となるように構或したものであるから、組成物の構
造としてブックシェルフ構造をとることができると共に
低温領域においても比較的低粘度を示し動作可能である
と共に液晶全体としても秀れた配向均一性、および高い
メモリ安定性を奏する効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第ｌ図は、ブックシエルフ構造を有する液晶の模式図で
あり、 第２図は、シェブロン構造を有する液晶の模式図であり
、 第３図は、従来液晶のＸ線回折図であり、第４図は、本
発明の液晶組成物のＸ線回折図である。 ■　・・・基手反、　　　　　　　　　　　　　２　・
・・層構造。 ブックシェルフ構造 配向欠陥部位 シェブロン構造 第２回 コ・・・基板 ２・・・層構造

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、次の（ I ）〜（IV）の群： （ I ）群 ▲数式、化学式、表等があります▼（ I ） （式中、Ｒは炭素数６〜１６のアルキル又はアルコキシ
   基を表わし、Ｒ＿２はＣ＿１〜Ｃ＿６アルコキシ基で置
   換されていてもよい不斉炭素を少くとも１個有する炭素
   数４〜１３のアルキル基を表わす）で表わされる化合物
   ５〜６０重量％、 （II）群 ▲数式、化学式、表等があります▼（II） （式中、Ｒ＿１は炭素数６〜１６のアルキル又はアルコ
   キシ基を表わし、Ｒ＿２は不斉炭素を少なくとも１個有
   する炭素数４〜１３のアルキル又はアルコキシ基を表わ
   す） で表わされる化合物５〜６０重量％、 （III）群 ▲数式、化学式、表等があります▼（III） （式中、Ｒ＿１は炭素数６〜１６のアルキル又はアルコ
   キシ基を表わし、Ｒ＿２は不斉炭素を少なくとも１個有
   する炭素数４〜１３のアルキル又はアルコキシ基を表わ
   す） で表わされる化合物５〜６０重量％、および（IV）群 ▲数式、化学式、表等があります▼、 ▲数式、化学式、表等があります▼又は ▲数式、化学式、表等があります▼（IV） （前記各式中、Ｒ＿３およびＲ＿４は、共に炭素数６〜
   １６のアルキル基を表わし、Ｒ＿２は炭素数４〜１３の
   少なくとも１つの不斉炭素を有するアルキル基を表わす
   。なお、不斉炭素原子に結合する元素としてハロゲン元
   素も含む） で表わされる少なくとも１種の化合物５〜７０重量％を
   含んでなる液晶組成物。 ２、前記（ I ）〜（IV）群の化合物に加え、更に次の
   （Ｖ）群： （Ｖ）群化合物 ▲数式、化学式、表等があります▼又は ▲数式、化学式、表等があります▼ （式中、Ｒ＿１は炭素数６〜１６のアルキル又はアルコ
   キシ基を表わし、Ｒ＿２は不斉炭素を少なくとも１個有
   する炭素数４〜１３のアルキル基を表わす。）に属する
   化合物を少なくとも１種を５〜４０重量％含んでなる液
   晶組成物。