JPH06248268A

JPH06248268A - 液晶組成物

Info

Publication number: JPH06248268A
Application number: JP3711593A
Authority: JP
Inventors: Hideo Saito; 秀雄斉藤; Kenji Arakawa; 健司荒川
Original assignee: G T C KK; GTC KK
Current assignee: G T C KK; GTC KK
Priority date: 1993-02-25
Filing date: 1993-02-25
Publication date: 1994-09-06

Abstract

(57)【要約】（修正有）【構成】（例えば、Ｒ^１はプロピル、Ａはシクロヘキサン−１，
４−ジイル、Ｂはエチレン、Ｘ〜ＺはＦ）で表される化
合物（１）の１種または２種以上を含有し、且つ、次式（例えば、Ｒ^２はプロピル、Ｂはエチレン、ｍ，ｎは
１，Ａはシクロヘキサン−１，４−ジイル、Ｃは単結
合、で表される化合物（２）の１種または２種以上を含
有し、且つ、次式（例えば、Ｒ^３はエチル、ｍ，ｎは１，Ｂ，Ｃは単結
合、Ｘ，ＹはＦ）で表される化合物（３）の１種または
２種以上を含有する液晶組成物。【効果】上記液晶組成物がアクティブマトリックス型Ｔ
Ｎ型液晶装置に用いられる場合、低しきい値電圧および
高コントラストで、かつ高速応答が可能で、特に低温で
の応答を改善できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電気光学的な液晶ディ
スプレイに用いられる液晶組成物に係わり、特にスイッ
チング素子を組み込んだアクティブマトリックス型ＴＮ
型液晶表示素子に好適な液晶組成物に関する。

【０００２】

【従来の技術】アクティブマトリックス型液晶表示装置
は、トランジスタ等、非線形能動素子のスイッチング作
用により、クロストークのない高コントラスト表示が得
られる。そのためポケッタブルカラーＴＶ機器やパソコ
ン等、コンピューターの端末用、または自動車もしくは
移動体通信用途など、商業的に注目されている高情報量
表示素子として、用いられ始めている。

【０００３】現在のアクティブマトリックス型液晶表示
装置に用いられている液晶表示方式は、ＴＮ型液晶表示
方式が一般的である。ＴＮ型液晶表示方式において、現
在課題とされている点として、高コントラスト高速
応答広視野角高階調低電圧駆動などがある。液晶
組成物に求められている特性は、高比抵抗低粘度
屈折率異方性（Δｎ）が小さいこと弾性定数比（Ｋ₃₃
／Ｋ₁₁）が大きいこと誘電率異方性（Δε）が大きい
等である。

【０００４】ＴＮ型液晶表示方式においては、使用する
組成物の誘電率異方性は正である必要がある。従来は正
の誘電率異方性の成分（以下、Ｎp成分と略記する。）
としては、誘電率異方性が大きいにも関わらず、粘度が
比較的低い下記一般式（Ｖ）で表されるシアノフェニル
シクロヘキサン系の液晶化合物が使用されてきた。しか
しながら、末端にシアノ基などの極性基を有する化合物
を用いると比抵抗が低く、コントラストの低下や表示む
らを起こすなどの問題があった。

【０００５】

【化４】

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、表示コントラ
ストの確保が最優先とされてきている現状では、スイッ
チング素子となるトランジスタ等とのマッチングが不可
欠になっている。即ち、トランジスタを付加した液晶装
置において、図２に示すような理想的な等価回路で表さ
れるときは、走査電極ｂに印加された走査信号ＶGによ
りトランジスタｑがＯＮ状態になると信号電極ａに印加
された信号電圧ＶSが液晶層ｇ（コンデンサＣLC）に充
電され、再度トランジスタｑがＯＮ状態になるまでの時
間は保持されることになる。このために、液晶層ｇには
電圧ＶDが印加されてスタティックと同様の駆動条件に
なり良好な表示コントラストが得られる。ところが実装
においては、図３に示すようにコンデンサＣLCには、セ
ル内に存在するイオン性不純物などの影響で、何らかの
相互作用をもって抵抗成分ＲLCが並列に接続された形に
なる。この為に液晶層ｒに充電された電圧ＶDは液晶層
ｒを通して放電し、時間と共に減衰する。この電圧の低
下は液晶の比抵抗が小さい程大きくなることになり、表
示コントラストを低下させたり、表示むらやフリッカー
を発生させる要因になる。上記一般式（Ｖ）で表される
シアノフェニルシクロヘキサン系の液晶化合物を正の誘
電率異方性材料とした場合は、比抵抗が低く、所望のコ
ントラストは得られなかった。また粘度も十分低くない
ために、カラー動画の表示などの用途には不充分な面が
あった。

【０００７】以上により、アクティブマトリックス型液
晶表示装置においては、高コントラスト及び高信頼性を
確保するためには、高比抵抗の液晶組成物が要求され
る。また、高速応答のためには、低粘度で、かつ低温応
答に有効な特性を示す液晶組成物が要求される。さら
に、充分なコントラストを得るために、駆動電圧を下げ
る必要がある。よって、本発明における目的は、しきい
値電圧を下げることが可能で、高比抵抗および高電圧保
持率で、しかも応答に関与する特性である粘度が十分低
く、かつ低温での応答に関係するガラス転移点を低くす
ることが可能な液晶組成物を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するために、下記一般式（Ｉ）

【０００９】

【化５】

【００１０】で表される化合物（１）の１種または２種
以上を含有し、且つ、下記一般式（II）

【００１１】

【化６】

【００１２】で表される化合物（２）の１種または２種
以上を含有し、且つ、一般式（III）

【化７】で表される化合物（３）の１種または２種以上を含有す
る液晶組成物を提供するものである。

【００１３】以下、本発明を詳しく説明する。本発明の
液晶組成物は、上記一般式（Ｉ）で表される化合物
（１）の１種または２種以上を含有し、且つ、上記一般
式（II）で表される化合物（２）の１種または２種以上
を含有し、且つ、上記一般式（III）で表される化合物
（３）の１種または２種以上を含有してなるものであ
る。

【００１４】上記一般式（Ｉ）で表される化合物（１）
として好ましいものの例としては、

【００１５】

【化８】

【００１６】などが挙げられる。

【００１７】上記一般式（II）で表される化合物（２）
として好ましいものの例としては、

【００１８】

【化９】

【００１９】などが挙げられる。

【００２０】上記一般式（III）で表される化合物
（３）として好ましいものの例としては、

【００２１】

【化１０】

【００２２】などが挙げられる。

【００２３】本発明の液晶組成物の組成比率は、上記化
合物（１）を５〜２０重量％含有し、且つ、上記化合物
（２）を２０〜６０重量％含有し、且つ、上記化合物
（３）を３０〜７０重量％含有するのが好ましい。

【００２４】また、本発明の液晶組成物は、低温応答に
有効な特性を示すガラス転移点を−８５℃以下となるよ
うに調製したものであることが好ましい。

【００２５】また、本発明の液晶組成物は、配向性を良
好にするためにカイラル物質を加え、ピッチをｐ、液晶
セルのギャップをｄとしたとき、ｄ／ｐの値を０．０２
５〜０．２５の範囲になるように調整したカイラルネマ
ティック液晶組成物とするのが好ましい。

【００２６】本発明の液晶組成物は、正の誘電率異方性
を有する液晶化合物である上記一般式（Ｉ）で表される
２環のフッ素系化合物（１）と、上記一般式（II）で表
される３環のトリフッ素系化合物（２）と、上記一般式
（III）で表される３環のフッ素系化合物（３）とによ
る組み合わせの液晶組成物としたことにより、高比抵抗
となり、これによってアクティブマトリックス型ＴＮ型
液晶装置に用いられる場合、液晶層に充電された電圧の
放電量を少なくし、いわゆる電圧保持率を高くすること
ができる。また、同時に十分に低粘度であることと、低
温での粘度の上昇を低くすることができるガラス転移温
度（ガラス転移点）を下げることが実現できる。さら
に、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）素子の設計に余裕を持
たせるために、液晶組成物のしきい値電圧を降下するこ
とができ、これにより十分なコントラストを出せるよう
に液晶組成物に電界を掛けることができる。

【００２７】ところで、液晶組成物を設計する場合に
は、混合する個々の化合物の持つ物性値を把握すること
も重要であるが、液晶組成物は個々の化合物の物性値の
単純な成分和で現せることは殆どない。

【００２８】一般にＴＮ液晶表示における応答時間は、
Ｔr、Ｔfをそれぞれ立ち上がり、立ち下がり時間とする
とＴr＝η・ｄ²／（ε₀・ΔεＶ²−Ｋii・π²）・・・Ｔf＝η・ｄ²／Ｋii・π² ・・・〔式、中、Ｖは印加電圧、ｄはセルギャップ、ε₀
は真空中の誘電率を表す。また、Ｋii＝Ｋ₁₁＋（Ｋ₃₃−
２Ｋ₂₂）／４を表す。（Ｋ₁₁はスプレイの弾性定数、Ｋ
₃₃はベンドの弾性定数、Ｋ₂₂はツイストの弾性定数を表
す。）〕で表される。上記式、から液晶組成物とし
ては、粘度（η）を小さくすれば、応答を速くすること
ができることを示している。

【００２９】ところが、液晶組成物の粘度は一般的にそ
れを構成する個々の化合物の粘度からは推定できない。
そして、温度の低下と共に粘度が指数関数的に上昇し発
散する。そのために、低温における応答速度を改善する
ためには粘度の絶対値を小さくすることはもとより、粘
度が発散する温度を低くする必要がある。一般に物質の
粘度が発散する温度と、その物質のガラス転移温度とは
関係があることは、シャットアンドツェラー；フ
ィジックスリビュー（Hp. Schad and H. R. Zeller;
Physics Rev., A26, 2940, 1982）に記載されている。
本発明者は、ガラス転移温度の低い液晶組成物を検討
し、ガラス転移温度が−８５℃以下を示す組成物を達成
した。

【００３０】

【実施例】以下に実施例をあげて本発明を具体的に説明
するが、もちろん本発明の主旨および適用範囲は、これ
らの実施例により制限されるものではない。また、比較
例Ａとして、従来使用している誘電率異方性が正の液晶
化合物の中で、比較的比抵抗の高いシアノフェニルシク
ロヘキサン系の液晶化合物で構成した組成物、比較例Ｂ
として代表的なＮｐ液晶であるビフェニル系液晶の組成
物を用いた。また、比較例Ｃとして特開昭６３−６１０
８３号公報に開示されている３，４−ジフルオロフェニ
ルビシクロヘキシル系液晶を含有する組成物を用いた。
以後、全ての比較例、実施例の液晶組成物は同一の処方
に基づいて調整されたものであり、組成比は重量％にて
表した。

【００３１】（比較例Ａ）従来公知のシアノフェニルシ
クロヘキサン系液晶の４種の化合物により、

【００３２】

【化１１】

【００３３】からなる液晶組成物を調整した。その特性
を下記表１に示す。

【００３４】（比較例Ｂ）代表的なＮｐ液晶であるビフ
ェニル系液晶の４種の化合物により、

【００３５】

【化１２】

【００３６】からなる液晶組成物を調製した。その特性
を下記表１に示す。

【００３７】（比較例Ｃ）従来公知の３，４−ジフルオ
ロフェニルビシクロヘキサン系液晶が含まれた、

【００３８】

【化１３】

【００３９】からなる液晶組成物を調整した。その特性
を下記表１に示す。

【００４０】（実施例１）一般式（Ｉ）で表される化合
物（１）として、

【００４１】

【化１４】

【００４２】一般式（II）で表される化合物（２）とし
て、

【００４３】

【化１５】

【００４４】一般式（III）で表される化合物（３）と
して、

【００４５】

【化１６】

【００４６】からなる液晶組成物を調整した。その特性
を下記表２に示す。

【００４７】（実施例２）一般式（Ｉ）で表される化合
物（１）として、

【００４８】

【化１７】

【００４９】一般式（II）で表される化合物（２）とし
て、

【００５０】

【化１８】

【００５１】一般式（III）で表される化合物（３）と
して、

【００５２】

【化１９】

【００５３】からなる液晶組成物を調整した。その特性
を下記表２に示す。

【００５４】（実施例３）一般式（Ｉ）で表される化合
物（１）として、

【００５５】

【化２０】

【００５６】一般式（II）で表される化合物（２）とし
て、

【００５７】

【化２１】

【００５８】一般式（III）で表される化合物（３）と
して、

【００５９】

【化２２】

【００６０】からなる液晶組成物を調整した。その特性
を下記表２に示す。

【００６１】（実施例４）一般式（Ｉ）で表される化合
物（１）として、

【００６２】

【化２３】

【００６３】一般式（II）で表される化合物（２）とし
て、

【００６４】

【化２４】

【００６５】一般式（III）で表される化合物（３）と
して、

【００６６】

【化２５】

【００６７】からなる液晶組成物を調整した。その特性
を下記表２に示す。

【００６８】（実施例５）一般式（Ｉ）で表される化合
物（１）として、

【００６９】

【化２６】

【００７０】一般式（II）で表される化合物（２）とし
て、

【００７１】

【化２７】

【００７２】一般式（III）で表される化合物（３）と
して、

【００７３】

【化２８】

【００７４】からなる液晶組成物を調整した。その特性
を下記表２に示す。

【００７５】

【表１】

【００７６】

【表２】

【００７７】上記表１、表２における評価内容で、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
対して垂直な光の透過率が１０％変化したときの電圧を
いい、Ｖ１０で表す。液晶の比抵抗は、安藤電気製液体
電極セル（型式ＬＥ−２１）に液晶を注入した後、ＨＰ
社製ＰＡメータ、ＤＣボルテージ・ソース（型式ＨＰ４
１４０Ｂ）において直流電圧１０Ｖを印加したときの消
費電流から換算した。電圧保持率の測定は、ＴＮセルを
用い図１に示す保持率測定回路を用いて行なった。電圧
保持率の評価は、理想的なコンデンサの状態、即ち放電
が起こらないときを１００％とし、放電が起きたときは
その減衰曲線の面積比から求めた。ガラス転移点の測定
は、パーキンエルマー社製の示差走査熱量計ＤＳＣ−７
を用いた。測定条件については、等方性液体状態で３分
間放置し、降温速度２００℃／分で−１５０℃まで冷却
し３分間放置した後、昇温速度３０℃／分でガラス転移
温度を測定した。

【００７８】上記表１、表２において、実施例１〜５は
比較例Ａと比べて比抵抗において２桁ほどの差があり、
室温（２５℃）での電圧保持率も９％位の改善がなされ
ている。また、その効果は高温（５０℃）において顕著
な差がみられ、２５℃と５０℃においても電圧保持率は
９０％以上を維持する。これに対して比較例Ａでは７０
％台まで低下してしまい、表示コントラストの低下が著
しくなると思われる。従って、本発明により表示コント
ラストが改善されることは明らかである。また、実施例
はしきい値電圧についても低くなっている。これに対し
て比較例Ｂは、しきい値電圧は低いが、比抵抗および電
圧保持率は比較例Ａとほぼ同じである。さらに、比較例
Ａ、Ｂの粘度は２０℃でかなり高く、かつ、ガラス転移
点Ｔgも実施例に比べて１５〜２０℃高くなっている。

【００７９】実施例とこれと類似のフッ素系による比較
例Ｃとを比較すると、比抵抗はそれほど変わらず、また
電圧保持率においても高温領域でもそれほどの差は出て
いない。しかし、実施例は、低電圧駆動の点で誘電率で
２倍以上となり、しきい値電圧でも０．５〜０．７Ｖと
低くすることができた。比較例Ｃの粘度はしきい値電圧
が高いこともあって２０℃では低くなっているが、ガラ
ス転移点は実施例に比べて３℃〜１０℃位高くなってお
り、低温での粘度の急激な立ち上がりは高い温度領域に
あることが判る。

【００８０】

【発明の効果】以上説明したように本発明の液晶組成物
は、上記一般式（Ｉ）で表される化合物（１）の１種ま
たは２種以上を含有し、且つ、上記一般式（II）で表さ
れる化合物（２）の１種または２種以上を含有し、且
つ、一般式（III）で表される化合物（３）の一種また
は２種以上を含有するものであるから、しきい値電圧を
下げることが可能で、高比抵抗および高電圧保持率で、
しかも応答に関与する特性である粘度が十分低く、かつ
低温での応答に関係するガラス転移点を低くすることが
可能となり、従って、本発明の液晶組成物がアクティブ
マトリックス型ＴＮ型液晶装置に用いられる場合、低し
きい値電圧および高コントラストで、かつ高速応答が可
能で、特に低温での応答を改善することができるという
利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は液晶の電圧保持率を測定するための
回路を示す図であり、（ｂ）、（ｃ）および（ｄ）はい
ずれも（ａ）に示した回路の動作を示す図である。

【図２】（ａ）はトランジスタ駆動アクティブマトリ
ックス型液晶表示素子の一つの画素の理想等価回路を示
す図であり、（ｂ）、（ｃ）および（ｄ）はいずれも
（ａ）に示した回路の動作を示す図である。

【図３】（ａ）はトランジスタ駆動アクティブマトリ
ックス型液晶表示素子の実際の等価回路を示す図であ
り、（ｂ）、（ｃ）および（ｄ）はいずれも（ａ）に示
した回路の動作を示す図である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一般式（Ｉ）【化１】で表される化合物（１）の１種または２種以上を含有
し、且つ、一般式（II）【化２】で表される化合物（２）の１種または２種以上を含有
し、且つ、一般式（III）【化３】で表される化合物（３）の１種または２種以上を含有す
る液晶組成物。
【請求項２】化合物（１）を５〜２０重量％含有し、
且つ、化合物（２）を２０〜６０重量％含有し、且つ、
化合物（３）を３０〜７０重量％含有する請求項１記載
の液晶組成物。
【請求項３】ガラス転移点が−８５℃以下である請求
項１または２記載の液晶組成物。
【請求項４】請求項１、２または３記載の液晶組成物
にカイラル物質を加え、ピッチをｐ、液晶セルのギャッ
プをｄとしたとき、ｄ／ｐの値を０．０２５〜０．２５
の範囲としたカイラルネマティック液晶組成物。