JPH05214341A - ネマチック液晶組成物及び液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】屈折率異方性が小さいネマチック液晶組成物、
このネマチック液晶組成物を含む液晶表示装置を提供す
る。 【構成】透明電極の少なくとも一方が透明な一対の基板
間に、式（１）または（２）の多重結合をもたないシク
ロヘキサン環を有するエーテル，チオエーテル、或い
は、シクロヘキサン環とアルコキシシクロヘキサン環ま
たはアルキルチオシクロヘキサン環を有したメチレン誘
導体を一成分としたネマチック液晶組成物、及びこのネ
マチック液晶組成物を含む液晶表示装置。 （Ｘ：−Ｏ−ｏｒ−Ｓ−；Ｒ，Ｒ^１：アルキル基） （Ｙ：−ＯＲ^１ｏｒ−ＳＲ^１；Ｒ，Ｒ^１：アルキル基）

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ネマチック液晶組成物
に係り、特に、広視野角電界効果型液晶表示装置に適
し、また低屈折率異方性を有したネマチック液晶組成
物、及びそれを用いた液晶表示素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】ネマチック液晶組成物を用いた電界効果
型表示装置としてはいくつかの表示方法を利用した装置
がある。その中で表示画素一つ一つに薄膜トランジスタ
を搭載して、液晶に電界を印加したり除去したりする方
式がある（以下、ＴＦＴ方式と称する）。このとき、通
常、ネマチック液晶分子は、２枚の電極基板上で液晶分
子の長軸を基板上での配列方向を９０°ずらしており、
このことにより基板間の液晶層の配列方向を連続的にね
じらせた構造にしている。

【０００３】現在、ＴＦＴ表示装置は、ワードプロセッ
サ，パーソナルコンピュータやワークステーション等に
用いられ、装置の低コスト化が図られている。ＴＦＴ表
示装置は、画面を正面から見るとＣＲＴに優るとも劣ら
ない画質を誇るものの、画面を正面からでなく、画面に
対して斜めから見ると白黒が反転してしまうという欠点
がある。

【０００４】この白黒反転が起こらない領域を広げる、
すなわち、視角特性に優れた液晶表示素子を得るには、
液晶材料の低屈折率異方性化を図る必要があることが知
られている。

【０００５】そこで、視角が十分に広い表示装置を得る
ために、液晶材料の化学構造にシクロヘキサン環を導入
したフェニルシクロヘキサン系並びにフェニルシクロヘ
キサンカルボキシレート系が見出された。また、液晶材
料のベンゼン環にフルオロ基を置換基として導入して屈
折率異方性を低減している例がある。しかし、そもそも
π電子の共役系を有していることは、屈折率異方性の低
減に関して限界がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】液晶表示装置は、低電
圧駆動，低消費電力の特徴から時計や電子式卓上計算機
などの数字表示素子として利用されはじめ、現在ではコ
ンピュータの端末装置に使われるディスプレイ装置，ワ
ードプロセッサのディスプレイ装置、或いは、テレビの
ディスプレイ装置として広く利用されている。これらの
表示装置が有する課題の一つに視野角の拡大がある。こ
の視野角は、多段階の中間調で表示すると狭くなる。す
なわち、ディスプレイ装置の画面を見る角度（視角）に
よって、明るさ，コントラストなどが大幅に変動した
り、画像が反転し、良好な画像となる視角範囲は上下±
１８度，左右±２０度程度となり、これを大幅に拡大す
る必要がある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】ディスプレイの視角特性
は、液晶材料の屈折率異方性（Δｎ）とパネルのギャッ
プ（ｄ）の積であるリタデーション（Δｎ・ｄ）に依存
することが公知であり、リタデーション（Δｎ・ｄ）を
小さくすることで視角は広くなる。現行より小さなパネ
ルギャップを得ることは、パネル作製の工程上困難とさ
れており、液晶材料の屈折率異方性（Δｎ）を小さくす
る必要がある。

【０００８】屈折率異方性は、分子の化学構造に起因す
る電子の分布状態及び他の分子との相互作用の結果生じ
る分子の配列状態などに依存する。分子の配列状態は分
子の立体構造にも依存し、屈折率異方性を取り巻く因子
は複雑である。しかし、本発明では、分子１個について
屈折率異方性が小さい分子を構築し、その低屈折率異方
性を通常の液晶組成物に混合することで、液晶組成物が
有していた屈折率異方性よりも小さくした。

【０００９】分子の屈折率異方性に関する理論として、
スリーバンドモデル（シンーツオンウ アンド シィン
ーシェン ウ，ジャーナル オブ アプライド フィジ
ックス，６６巻，５２９７(１９８７).）（Three-Band
Model(Shin-Tson Wu andChiung-Sheng Wu, J. of Appl.
Phys., ６６，５２９７ (１９８９).）が知られてい
る。この理論によれば、π電子共役系が屈折率異方性に
係っており、共役系の長さが長ければ屈折率異方性は大
きく、短ければ小さくなる。

【００１０】本発明により提供される一般式(１)，(２)
で表される化合物を含む液晶組成物は、π電子共役系を
有さないことを特徴とする化合物を組成物成分としてい
る。したがって、一般式(１)，(２)で表される化合物を
含む液晶組成物は、該化合物を含まない液晶組成物よ
り、屈折率異方性は小さくなる。

【００１１】尚、化合物(１)，(２)は、熱，光及び化学
的に安定であり、他の液晶性物質との相溶性もよいた
め、目的，用途に応じて、他の液晶性化合物や非液晶性
化合物と混合して、液晶組成物として使用することが可
能である。特に本発明により提供される一般式(１)，
(２)で表される化合物を他の液晶性化合物と混合して液
晶組成物として使用した場合、化合物(１)，(２)を混合
しない場合と比較して、屈折率異方性を低減する。

【００１２】

【作用】本発明の添加剤としての化合物は、分子構造内
に多重結合を持たず可視または紫外部にπ電子による電
子遷移がみられないため、また置換基に極性をもつため
液晶と相溶性もよいため、屈折率異方性が小さい液晶組
成物の成分になりえたものと考えられる。屈折率異方性
が小さいネマチック液晶を液晶表示装置に使用した場
合、得られるリタデーション（Δｎ・ｄ）が小さく、液
晶表示装置の画面を見る角度によって白黒反転がみられ
るという欠点が低減される。

【００１３】

【実施例】本発明を実施例を用いて説明する。

【００１４】＜実施例１−４＞本実施例では母体液晶組
成物（以下母体液晶Ａという）としてトランス−４−ｎ
−プロピル−（４′−シアノフェニル）シクロヘキサ
ン，トランス−４−ｎ−ペンチル−（４′−シアノフェ
ニル）シクロヘキサン及びトランス−４−ｎ−ヘプチル
−（４′−シアノフェニル）シクロヘキサンの等モル混
合物を使用した。添加剤は（４−メチルシクロヘキシ
ル）エーテルを使用した。

【００１５】母体液晶Ａに添加物を表１に示す添加量で
加え、８０−８５℃で約１時間加熱し、十分に撹拌混合
してネマチック液晶組成物を調整した。

【００１６】

【表１】

【００１７】得られた各種の液晶組成物の屈折率異方
性，粘度液晶温度範囲の上限及び下限を測定した。

【００１８】屈折率異方性は、基板に平行な一方向に揃
えて配向させた液晶素子を２枚の偏光子で挾み、それら
を光が透過したときの透過光強度の常光と異常光の干渉
の条件から求めた。測定値は室温（２０℃）における値
である。

【００１９】液晶温度範囲は、示差走査熱量計（ＤＳ
Ｃ）を用いて測定した。

【００２０】粘度は回転粘度計で測定し、測定値は室温
（２０℃）における値である。

【００２１】これらの測定結果を表１に記す。この結
果、視角特性は向上する。

【００２２】＜実施例５−８＞本実施例では、実施例１
−４と同様の母体液晶で添加剤として（４−メチル−シ
クロヘキシル）チオエーテルを使用した場合について述
べる。

【００２３】この測定結果を表２に記す。この結果、視
角特性は向上する。

【００２４】

【表２】

【００２５】＜実施例７−８＞本実施例では、添加剤と
して４−メチルシクロヘキシル−４−アルコキシシクロ
ヘキシルメチレンを使用した。母体液晶はこれまでの実
施例１−６と全く同じである。

【００２６】この測定結果を表３に記す。この結果、視
角特性は向上する。

【００２７】

【表３】

【００２８】＜実施例９−１０＞本実施例では、添加剤
として４−メチルシクロヘキシル−４−メチルチオオキ
シシクロヘキシルメチレンを使用した。母体液晶はこれ
までの実施例１−８と全く同じである。

【００２９】この測定結果を表４に記す。この結果、視
角特性は向上する。

【００３０】

【表４】

【００３１】＜比較例１＞実施例１−４で使用した母体
液晶Ａについて同様の測定を行った。その結果を表５に
併記する。

【００３２】

【表５】

【００３３】＜比較例２＞市販されているシクロヘキサ
ン系の液晶組成物（ＰＣＨＳ）について同様の測定を行
った。その結果を表５に併記する。

【００３４】なお、ＰＣＨＳの組成は次のとおりであ
る。

【００３５】 ４−ｎ−ブチル−４′−シアノフェニル−ベンゾエート １５重量％ ４−エチル−４′−シアノフェニル−シクロヘキシルカルボキシレート ２０重量％ ４−ｎ−プロピル−４′−エトキシ−シクロヘキシルカルボキシレート ２６重量％ ４−ｎ−ブチル−４′−メトキシ−シクロヘキシルカルボキシレート １６重量％ ４−ｎ−ブチル−４′−エトキシ−シクロヘキシルカルボキシレート １４重量％ ４−ｎ−ペンチル−４′−シアノタ−フェニル ９重量％

【００３６】

【発明の効果】一般式(１)，(２)で表される化合物を、
他の液晶性化合物と混合して液晶組成物として使用する
ことで屈折率異方性の小さい液晶組成物を得られるだけ
でなく、視角特性に優れた液晶表示素子を提供すること
ができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 近藤 克己 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内 (72)発明者 北村 輝夫 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】一般式（１） 【化１】 で表されるビス（４−アルキルシクロヘキシル）エーテ
   ルあるいはビス（４−アルキルシクロヘキシル）チオエ
   ーテルを含有することを特徴とするネマチック液晶組成
   物。
2. 【請求項２】一般式（２） 【化２】 で表される４−アルキルシクロヘキシル−４′−アルコ
   キシシクロヘキシルメチレンあるいは４−アルキルシク
   ロヘキシル−４′−アルキルチオオキシシクロヘキシル
   メチレンを含有することを特徴とするネマチック液晶組
   成物。
3. 【請求項３】前記請求項１または請求項２に記載の前記
   化合物を少なくとも一種類５〜４０％含有するネマチッ
   ク液晶組成物。
4. 【請求項４】一般式（１） 【化３】 で表されるビス（４−アルキルシクロヘキシル）エーテ
   ルあるいはビス（４−アルキルシクロヘキシル）チオエ
   ーテルを含有することを特徴とするネマチック液晶組成
   物、または、 一般式（２） 【化４】 で表される４−アルキルシクロヘキシル−４′−アルコ
   キシシクロヘキシルメチレンあるいは４−アルキルシク
   ロヘキシル−４′−アルキルチオオキシシクロヘキシル
   メチレンを含有することを特徴とするネマチック液晶組
   成物を使用することを特徴とする液晶表示装置。