JPH05331464A - 液晶組成物およびこの組成物を用いた液晶表示素子 - Google Patents
液晶組成物およびこの組成物を用いた液晶表示素子Info
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Abstract
一般式II、III、IVおよびVの化合物から選ばれる一つ
以上の化合物とを含有する液晶組成物。 (R1〜R7=アルキル、アルケニル等、X=Hまたは
F、X1=F、CF3等、X2=F、CF3等、Y1=Y2=
HまたはF、Z1=Z2=Z4=−C00−、−CH2CH
2−等、Z3=Z5=Z6=−COO−、−CH2CH2−
等) 【効果】 液晶組成物は高い比抵抗と低粘度を有し、低
消費電流を保持しながら低粘度であるほか、適当な透明
点としきい値電圧などの特性により、液晶表示素子に使
用できる。
Description
液晶組成物を用いた液晶表示素子に関し、更に詳しく
は、高信頼性を要するアクティブマトリックス方式の液
晶表示用ネマチック液晶組成物およびこの液晶組成物を
用いた液晶表示素子に関する。
しては、高精細(高コントラスト)および高速応答の2
点が挙げられ、表示方式も含め検討されてきた。そのな
かでも、TFT(薄膜トランジスター)などのアクティ
ブマトリックスLCD(AM−LCD)は、カラー化、
高精細化が進み、フラットパネルディスプレイの本命と
して期待されている。しかし、このAM−LCDも、デ
ィスプレイのなかでは現在最も普及しているCRTに比
べて、精細さ、応答速度、画面サイズなどが大きく劣っ
ている。そこで、駆動回路、スイッチング素子、カラー
フィルターなどAM−LCDを構成するさまざまな要素
について活発な研究が行われている。また、液晶材料に
対しては、ビフェニル系、PCH系といったシアノ基を
有する従来の材料系では満足できない特性が要求されて
いる。
アノ基を有する化合物の場合、このシアノ基が表示素子
内に存在するイオン性不純物と何らかの相互作用を持
ち、その結果、電流値および比抵抗値、ひいては表示コ
ントラストに悪影響を及ぼしていると考えている。従っ
て、シアノ基を有する化合物は、素子における信頼性の
低下、具体的には2端子および3端子スイッチ素子の駆
動電流とあいまって消費電流の増大および比抵抗値の低
下を引き起こし、また素子の表示特性に関しては、表示
むらおよびコントラストの低下を引き起こす。
るコントラストは、その信号電圧保持特性と密接に関係
している。信号電圧保持特性とは、所定のフレーム周期
内において液晶を含むTFT画素に印加される信号電圧
の低下の度合を示す。従って、信号電圧の低下がない場
合は、コントラストの低下は発生しない。さらに、信号
保持特性は、液晶と並列に設けられる蓄積容量(Cs)
と液晶(LC)の比抵抗が小さくなるほど相乗的に電圧
保持特性を悪くする。特に、液晶の比抵抗がある下限値
以下になると指数関数的に電圧保持特性を劣化させて極
端なコントラストの低下をもたらす。特に、TFT製造
工程の簡略化などの理由により蓄積容量を付加しない場
合においては、蓄積容量の寄与を期待できないだけに特
に比抵抗の高い液晶組成物が必要となる。
化合物のみで構成されたAM−LCD用液晶組成物が、
例えば特開平2−289682号公報に開示されてい
る。また、特開昭63−61083号公報には、TN組
成物に包含される化合物の中で、特にシアノ基を有しな
い化合物のみで構成された組成物がAM−LCD用とし
て多く用いられている。
CDは、しきい値電圧が高く低電圧駆動に適さないた
め、5V単一駆動が困難であり、バッテリー駆動である
携帯用機器のディスプレイとして不十分である。また、
粘度が高く応答速度が遅いため、動画表示において表示
品位を低下させ、OA用途においてマウスやスクロール
に応答できないといった欠点を有している。
のみからなる液晶組成物を用いたAM−LCDにおいて
は、その特徴である高信頼性および高コントラストを保
つための低消費電流および高比抵抗という要件を満たし
ながら、バッテリー駆動を行うに十分な低いしきい値電
圧、また高品位動画表示および高速応答OA用ディスプ
レイを得るに十分な早い応答速度を達成することは困難
である。
は、高比抵抗および低消費電流であり、なおかつ低粘度
である液晶組成物を提供することである。本発明の他の
目的は、上記液晶組成物を用いた液晶表示素子であっ
て、高コントラストおよび高信頼性であり、かつ応答時
間が早く動画表示において高品位であり、さらにOA用
途においてマウスやスクロールに対応可能な液晶表示素
子を提供することである。
(I):
ケニル基を示し、この基中の1個の炭素原子または隣合
わない2個の炭素原子は酸素原子で置き換えられていて
もよく、Xは水素原子またはフッ素原子を示す)で表さ
れる化合物の少なくとも一つからなる第一成分と、
(ロ)一般式(II):
ケニル基を示し、この基中の1個の炭素原子または隣合
わない2個の炭素原子は酸素原子で置き換えられていて
もよく、Z1は−COO−、−CH2CH2−または単結
合を示し、X1は−F、−CF3、−OCF3、−CHF2
または−OCHF2を示し、Y1は水素原子またはフッ素
原子を示す)で表される化合物の少なくとも一つからな
る第二成分、一般式(III):
ケニル基を示し、この基中の1個の炭素原子または隣合
わない2個の炭素原子は酸素原子で置き換えられていて
もよく、Z2およびY2はそれぞれ上記のZ1およびY1の
定義と同じであり、Z3は−COO−、−CH2CH
2−、エチニレン基または単結合を示し、X2は−F、−
CF3、−OCF3、−CHF2または−OCHF2を示
し、またAは式:
原子で置き換えられていてもよい)で表される化合物の
少なくとも一つからなる第三成分、一般式(IV):
各々炭素数1〜10のアルキル基またはアルケニル基を
示し、この基中の1個の炭素原子または隣合わない2個
の炭素原子は酸素原子で置き換えられていてもよく、
A、Z4およびZ5はそれぞれ上記のA、Z1およびZ3の
定義と同じである)で表される化合物の少なくとも一つ
からなる第四成分、および一般式(V):
各々炭素数1〜10のアルキル基またはアルケニル基を
示し、これら基中の1個のCH2基または隣合わない2
個のCH2基は酸素原子またはCOO基で置き換えられ
ていてもよく、AおよびZ6はそれぞれ上記のAおよび
Z3の定義と同じである)で表される化合物の少なくと
も一つからなる第五成分から選ばれた少なくとも一つの
成分とを含有することを特徴とする液晶組成物に関す
る。また、本発明は上記液晶組成物を用いた液晶表示素
子に関する。
1〜10のアルキル基またはアルケニル基であり、この
基中の1個の炭素原子または隣合わない2個の炭素原子
は酸素原子で置き換えられていてもよく、好ましくは炭
素数1〜10の直鎖アルキル基またはアルコキシ基であ
り、特に好ましくは炭素数1〜5の直鎖アルキル基また
はアルコキシ基である。
A)または一般式(IB)で表すことができる。
3−127748号公報に記載されている化合物であ
り、透明点が高く、広い液晶相範囲を有し、また粘度が
低いという特徴を有する。
的なものとしては、一般式(IA)および一般式(I
B)においてR1が炭素数3の直鎖アルキル基(プロピ
ル基)の化合物(それぞれIA3およびIB3で表示す
る)を挙げることができるが、これら化合物IA3およ
びIB3と市販のシクロヘキサンベンゾニトリル系液晶
Z1i−1083(商品名、メルク社製;以下、「市販
液晶83」とする)との混合物をそれぞれIA3(P)
およびIB3(P)とし、その物性値を表1に示す。
物の物性値は混合重量に関して加成性があるものとし
て、求めたものである。表1の外挿値から明らかなよう
に、IA3およびIB3は、それぞれ、6.7および6.
0の正の誘電異方性、123.6℃および93.6℃の
高い透明点、さらに3環系の材料ながら11.0cpお
よび22.4cpの低粘性を有するなど、物性的にも共
通した性質を示す。
3および5のアルキル基である3種類の化合物を1:
1:1の比率で混合した組成物(IB(E))の結晶−
ネマチック転移点(CN(℃))およびネマチック−ア
イソトロピック転移点(NI(℃))を表2に示す。
表される化合物は僅か3成分の使用でも広い液晶温度範
囲を取ることができる。
数1〜10のアルキル基またはアルケニル基を示し、こ
の基中の1個の炭素原子または隣合わない2個の炭素原
子は酸素原子で置き換えられていてもよく、好ましくは
炭素数1〜10の直鎖アルキル基またはアルコキシ基で
あり、特に好ましくは炭素数1〜7の直鎖アルキル基ま
たはアルコキシ基である。
ましいものとして、次の化合物を挙げることができる。
る。
げることができる。
る。
IC)において、R2がいずれも炭素数5の直鎖アルキ
ル基である化合物をそれぞれIIA5、IIB5 および
IIC5とし、これらを市販液晶83に各々15重量%
の濃度で溶解したときの物性値(外挿値)を表3に示
す。
B5およびIIC5は9.6〜10.9の正の誘電異方性
を有し、−8.2〜−12.2cpの低い粘度を有する
など物性的に共通した性質を有する。また、これら化合
物は非常に高い比抵抗を有する。
の液晶組成物における使用割合は、この化合物の添加に
ともなう透明点の低下などを考慮すれば、30重量%以
下が適当である。
素数1〜10のアルキル基またはアルケニル基を示し、
この基中の1個の炭素原子または隣合わない2個の炭素
原子は酸素原子で置き換えられていてもよく、好ましく
は炭素数1〜5の直鎖アルキル基またはアルコキシ基で
ある。
好ましいものとして、次の化合物を挙げることができ
る。
る。
物を挙げることができる。
る。これら化合物の特徴は、高い透明点、正の誘電異方
性、3環系ながら低い粘度、および高い比抵抗を有する
ことである。
R5は同一でも異なっていてもよく、各々炭素数1〜1
0のアルキル基またはアルケニル基であり、この基中の
1個の炭素原子または隣合わない2個の炭素原子は酸素
原子で置き換えられていてもよく、好ましくは炭素数1
〜10の直鎖アルキル基またはアルコキシ基、特に好ま
しくは1〜5の直鎖アルキル基またはアルコキシ基であ
る。
ましいものとしては、次の化合物を挙げることができ
る。
挙げることができる。
れらの化合物の特徴は、高い透明点、低い粘度、および
ニュートラルな誘電異方性を有することである。
の液晶組成物における使用割合は、この化合物の添加に
ともなうしきい値電圧の上昇などを考慮して30重量%
以下が適当である。
は、同一でも異なっていてもよく、各々炭素数1〜10
のアルキル基またはアルケニル基であり、この基中の1
個のCH2基または隣合わない2個のCH2基は酸素原子
またはCOO基で置き換えられていてもよく、好ましく
は炭素数1〜10の直鎖アルキル基またはアルコキシ基
であり、特に好ましくは炭素数1〜7の直鎖アルキル基
またはアルコキシ基である。
しいものとしては、次の化合物を挙げることができる。
物を挙げることができる。
れらの化合物は、非常に低い粘度、ニュートラルな誘電
異方性を有し、相溶性に優れ、また組成物の高比抵抗化
に非常に寄与する。
発明の液晶組成物のおける使用割合は、この化合物の添
加にともなうしきい値電圧の上昇などを考慮して、25
重量%以下が適当である。
られる液晶素子の目的に応じて、一般式(I)〜(V)
で表される化合物のほかに、電圧−透過率特性における
しき値電圧、液晶温度範囲、屈折率異方性、誘電率異方
性、粘度などを調整する目的で、他の液晶化合物または
液晶性化合物を本発明の効果を損なわない範囲内で適当
量含有することができる。これら化合物の例としては、
次の化合物を挙げることができる。
ル基またはアルコキシ基を示す。上記化合物は適宜2種
以上を組み合わせて使用することもできる。
一般式(I)で表される化合物の少なくとも一つからな
る第一成分と一般式(II)で表される化合物の少なく
とも一つからなる第二成分とを含有する液晶組成物を挙
げることができる。この液晶組成物における第一および
第二成分の使用割合は、組成物の全重量基準で、それぞ
れ10〜95重量%および3〜30重量%であり、第一
および第二成分の合計含量は少なくとも50重量%が好
ましい。さらに好ましくは、第一および第二成分の使用
割合はそれぞれ20〜80重量%および10〜30重量
%であり、第一および第二成分の合計含量は少なくとも
50重量%である。
は、一般式(I)で表される化合物の少なくとも一つか
らなる第一成分、一般式(II)で表される化合物の少
なくとも一つからなる第二成分および一般式(III)
で表される化合物の少なくとも一つからなる第三成分を
含有する液晶組成物を挙げることができる。この液晶組
成物における第一、第二および第三成分の使用割合は、
組成物の全重量基準で、それぞれ10〜95重量%、3
〜30重量%および5〜90重量%であり、第一、第二
および第三成分の合計含量は少なくとも50重量%が好
ましい。さらに好ましくは、第一、第二および第三成分
の使用割合はそれぞれ20〜80重量%、10〜30重
量%および10〜50重量%であり、第一、第二および
第三成分の合計含量は少なくとも60重量%である。
は、一般式(I)で表される化合物の少なくとも一つか
らなる第一成分、一般式(II)で表される化合物の少
なくとも一つからなる第二成分、一般式(III)で表
される化合物の少なくとも一つからなる第三成分および
一般式(IV)で表される化合物の少なくとも一つから
なる第四成分を含有する液晶組成物を挙げることができ
る。この液晶組成物における第一、第二、第三および第
四成分の使用割合は、組成物の全重量基準で、それぞれ
10〜95重量%、3〜30重量%、5〜90重量%お
よび3〜30重量%であり、第一、第二、第三および第
四成分の合計含量は少なくとも50重量%が好ましい。
さらに好ましくは、第一、第二、第三および第四成分の
使用割合はそれぞれ20〜80重量%、10〜30重量
%、10〜50重量%および10〜30重量%であり、
第一、第二、第三および第四成分の合計含量は少なくと
も70重量%である。
は、一般式(I)で表される化合物の少なくとも一つか
らなる第一成分、一般式(II)で表される化合物の少
なくとも一つからなる第二成分、一般式(III)で表
される化合物の少なくとも一つからなる第三成分、一般
式(IV)で表される化合物の少なくとも一つからなる
第四成分および一般式(V)で表される化合物の少なく
とも一つからなる第五成分を含有する液晶組成物を挙げ
ることができる。この液晶組成物における第一、第二、
第三、第四および第五成分の使用割合は、組成物の全重
量基準で、それぞれ10〜95重量%、3〜30重量
%、5〜90重量%、3〜30重量%および3〜25重
量%であり、第一、第二、第三、第四および第五成分の
合計含量は少なくとも50重量%が好ましい。さらに好
ましくは、第一、第二、第三、第四および第五成分の使
用割合はそれぞれ20〜80重量%、10〜30重量
%、10〜50重量%、10〜30重量%および3〜1
8重量%であり、第一、第二、第三、第四および第五成
分の合計含量は少なくとも70重量%である。
更に具体的に説明する。ここにおける電圧透過率特性の
しきい値電圧とは、ディスプレイ表示面に対して垂直な
光軸方向の光の透過率が90%になるときの電圧(吸収
率10%)であり、Vthで示す。液晶の比抵抗とは、安
藤電気(株)製の液体セル(形式LE−21)に液晶を
注入した後、HP社製のPAメータ、DCヴォルテージ
ソース(形式HP4140B)において直流電圧10V
を印加して得られる値であり、初期値をρ0(Ωc
m)、80℃加熱試験後(1000時間)の値をρHで
表す。加熱試験用液晶は、パイレックス製ガラス容器中
に、窒素ガス雰囲気下、80℃で保存した。加熱試験時
間の期間として1000時間は飽和値に近い値を示す時
間として一般的に妥当と考えられる。なお、信頼性試験
において、耐候性、特に耐紫外光試験は除外した。その
理由は、最近の紫外カットフィルターの発達により耐光
劣化の問題は十分に解決できると考えられるからであ
る。以下の比較例および実施例において、液晶組成物は
すべて同一の処方により調製した。なお、「%」は「重
量%」を意味する。
ロフェニルビシクロヘキサン系化合物であって、次に示
す3つの化合物、 化125 33.3% 化126 33.4% 化127 33.3%
果を表4に示す。
合物として、 化132 11.2% 化133 5.6% 化134 11.2%
物として、 化135 5.0% 化136 5.0% 化137 10.0%
化合物として、 化138 5.0%
の結果を表4に示す。
物として、 化143 7.0% 化144 7.0% 化145 14.0%
果を表4に示す。
果を表4に示す。
果を表4に示す。
果を表5に示す。
果を表5に示す。
果を表5に示す。
果を表5に示す。
果を表5に示す。
果を表5に示す。
り、本発明の液晶組成物が、従来の液晶組成物に比べ
て、各種特性、特に粘度において著しく改善されている
ことが分かる。また、第一成分と第二〜第五成分とを適
宜組み合わせることにより液晶表示素子に必要な特性、
例えば適当な透明点およびしきい値電圧を得ることがで
きる。
い粘度を有し、しかも低消費電流を保持しながら低粘度
であるなどの特性のほかに、適当な透明点およびしきい
値電圧などの特性を備えている。従って、本発明の液晶
組成物は、液晶表示素子、特にAM−LCD用として好
適に使用することができる。また、上記のような特性を
有する液晶組成物を用いた、本発明の液晶表示素子は、
高コントラスト、高信頼性であり、しかも応答時間が早
いなどの特徴を有する。従って、高品位な動画表示、マ
ウスやスクロールに対応可能なOA用液晶表示装置の提
供が可能となる。
Claims (2)
- 【請求項1】 (イ)一般式(I): 【化1】 (式中、R1は炭素数1〜10のアルキル基またはアル
ケニル基を示し、この基中の1個の炭素原子または隣合
わない2個の炭素原子は酸素原子で置き換えられていて
もよく、Xは水素原子またはフッ素原子を示す)で表さ
れる化合物の少なくとも一つからなる第一成分と、
(ロ)一般式(II): 【化2】 (式中、R2は炭素数1〜10のアルキル基またはアル
ケニル基を示し、この基中の1個の炭素原子または隣合
わない2個の炭素原子は酸素原子で置き換えられていて
もよく、Z1は−COO−、−CH2CH2−または単結
合を示し、X1は−F、−CF3、−OCF3、−CHF2
または−OCHF2を示し、Y1は水素原子またはフッ素
原子を示す)で表される化合物の少なくとも一つからな
る第二成分、一般式(III): 【化3】 (式中、R3は炭素数1〜10のアルキル基またはアル
ケニル基を示し、この基中の1個の炭素原子または隣合
わない2個の炭素原子は酸素原子で置き換えられていて
もよく、Z2およびY2はそれぞれ上記のZ1およびY1の
定義と同じであり、Z3は−COO−、−CH2CH
2−、エチニレン基または単結合を示し、X2は−F、−
CF3、−OCF3、−CHF2または−OCHF2を示
し、またAは式: 【化4】 のトランス−シクロヘキサン環、または式: 【化5】 のベンゼン環を示し、これらの基中の水素原子はフッ素
原子で置き換えられていてもよい)で表される化合物の
少なくとも一つからなる第三成分、一般式(IV): 【化6】 (式中、R4およびR5は同一でも異なっていてもよく、
各々炭素数1〜10のアルキル基またはアルケニル基を
示し、この基中の1個の炭素原子または隣合わない2個
の炭素原子は酸素原子で置き換えられていてもよく、
A、Z4およびZ5はそれぞれ上記のA、Z1およびZ3の
定義と同じである)で表される化合物の少なくとも一つ
からなる第四成分、および一般式(V): 【化7】 (式中、R6およびR7は同一でも異なっていてもよく、
各々炭素数1〜10のアルキル基またはアルケニル基を
示し、これら基中の1個のCH2基または隣合わない2
個のCH2基は酸素原子またはCOO基で置き換えられ
ていてもよく、AおよびZ6はそれぞれ上記のAおよび
Z3の定義と同じである)で表される化合物の少なくと
も一つからなる第五成分から選ばれた少なくとも一つの
成分とを含有することを特徴とする液晶組成物。 - 【請求項2】 請求項1の液晶組成物を用いてなる液晶
表示素子。
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