JPS58191782A - 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】 本発明は液晶組成物、特にツィステッド・ネマイック型
（ＴＮ型）液晶表示素子においてマルチプレックス駆動
方式のものに用いる液晶組成物に関するものである。

近年、液晶表示装置の分野においても表示情報量の拡大
化が要求されるようになシ、従来のセグメント表示から
マ）　ＩＪソックス示へと需要が移行しつつある。しか
しながら、マトリックス型表示で表示情報量を拡大する
ためには、必然的に、いわゆるマルチプレックス駆動の
度数（デユーティ比）を増す必要がある０ところがそれ
に伴って表示コントラストの低下、視角範囲の挟在化、
応答特性の低下という問題が生じてくる０ このような問題に関して種々の提案がなされている。

第一にコントラストの低下に対してはマルチプレックス
駆動方式をより最端化することにより動作マージンを最
大にすれば良い０ この点に関してさらに詳しく説明するＯ第１図に単純な
マトリックス電極構造を持つＴＮパネルの断面図の一例
を示す。第１図に示すＴ基板１と第二の基板２とが所定
の間隔、例えば４〜１２μｍで平行に配置され、その周
囲は有機樹脂接着剤等の封止材９でシールされている０
この封止された空間内にネマティック液晶１０が９０゜
ねじれた状態で封止されている。

一方、前記第一の基板１及び第二の基板２は内面に形成
したストライプ状の透明な走査電極３と同様なストライ
プ状の透明な信号電極４が互いに直交するマトリックス
構造をとっている。なお液晶１０に接する面５は、信号
電極４若しくは走査電極３を有する基板２．１面上に、
例えば５ｉＯｚ等を真空蒸着した後有機配向膜をコート
し一定方向にこするラビング処理が施こされている。

前記第一の基板１の上面は偏光板６がおかれており、前
記第二の基板２の下面には偏光板７及び反射板８がおか
れている０これらの偏光板６．７は互いに光軸を直交さ
せてノーマリ・オープン状態をとっている０ がある。マルチプレックス駆動方式の中で最もよく使わ
れる方式として、走査電極Ｎに応じて最適な駆動条件を
与える電圧平均化法、１　／　ａバイアス法がある。

液晶の電圧平均化法における印加電圧の状態のモデルを
第２図に、又、実際に液晶に加わる１／ａバイアス法に
よる駆動波形を第３図に示す。

第２図において、ＰＩ２は全選択状態、Ｐｏ　、Ｐ２゜
は半選択状態、Ｐ２１は非選択状態を示す。

一般に走査電極数をＮ１バイアスを１／’ａとすると、
選択時の電圧実効値ｖｓ及び非選択時の電圧実効値ｖＮ
ｓは次式で与えられる。

但し、Ｖｏは駆動電圧である。

ここでコントラストの良好な表示を得るには、動作マー
ジンα（＝ｖｓ／ｖＮＢ）が最大となる最適条件におい
て■、■から次式が得られる０但し、ａ−Ｊマ＋１゜ ■から走査電極数Ｎが増加すると、小さな電圧差で良好
なコントラストが得られる液晶材料が要求されることが
わかる。

今、例えば走査電極数Ｎ＝３２とすると、αｍａｘ＝１
．２０　　　　　　　・・・■となる。

一方、ＴＮ型液晶表示素子の電気−光学的特性は、見る
方向によっても変化し、この著しい視角依存性が良好な
表示品位を得ることをさまたげている。この視角は、前
記したが、走査電極数Ｎが増加するにつれて狭くなって
くる。

そこで、この視角特性を評価するために、第４図に示す
矢印の方向から透過＊−電圧特性をとると、第５図に示
すような電気光学特性を得る。第４図において、観測方
向が法線となす角をθ、ＸＹ平面の投影とＸ軸とがなす
角をψとする。

定義を次のように定める。

但し、ｖ１５・、　５０Ｘはθ＝１５°、ψ＝４５°の
場合の透過率５０％の電圧であり、Ｖ４５Ｚ　ｇｏｙ、
ｉｔｉθ＝４５°、ψ＝４５°の場合の透過率９０％の
電圧である。

このγ値により、液晶材料を選定する判断基準とし、例
えば走査電極数Ｎ＝３２のとき、γ値が１、２０　（■
から）に近いかそれ以下である液晶材料が望ましい。

ところで、液晶組成物のしきい値の急峻度を増す為には
、液晶組成物、の弾性定数の比１３３／に０、（但し、
に０、はスプレィ、に３３はベンドである。）をできる
だけ小さくすると共に誘電異方性Ｊε（Ｊε＝ε、、−
εよ、ε＃　二分子の長軸方向の誘電率、εよ、分子の
短軸方向の誘電率）も小さくすればよいことがわかって
いる０ しかし、液晶組成物のしきい値ｖｔｈとＪεにはなる関
係があるのでΔεを小さくするとｖｔｈが高くなる。

一方、液晶表示素子の駆動に用いるＬＳＩとの関係から
ｖｔｈには制限があり、Δεをむやみに小さくすること
はできないので考慮を要する。

第二に、視角の挟在化の対策として液晶組成物の屈折率
の異方性Δｎをできるだけ小さくする必要がある０ ところが、Δｎを必要以上に小さくすると、光が旋光さ
れずに液晶素子内を通過するため、表示面の色づきや、
コントラストの低下が生じ、液晶表示素子の見ばえを著
しくそこなう。従って、液晶組成物のΔｎは素子の光学
条件に適合するよう考慮をしなければならない。

第三の応答特性の低下に対する改良案としては次のよう
なことが考えられる０ マルチプレックス駆動動作時のＴＮ型表示素子の応答回
復特性は次式で与えられる。

Ｌｒｆηｄ２１ＫＶ　　　　　　・・・■Ｌｄｔηｄ２
１Ｋ　　　　　　　・・・■但し、η　粘性、ｄ：液晶
層厚、Ｋ：弾性定数、Ｖ：デユーティ１／Ｎにおける印
加電圧、Ｌｒ　：応答時間、Ｌ、：回復時間とする。

上式■、■より液晶表示素子の応答回復は液晶材料の粘
性ηに比例することがわかり、よって応答特性の向上に
は液晶組成物の粘性の低減化を行う必要がある。

以上記述した三項口に留意すると共に、さらに液晶組成
物の液晶温度範囲を広くするという点に着目し、本発明
者等は鋭意研究を行い、マルチプレックス駆動に適した
液晶組成物を発明するに至った。

本発明の液晶組成物の母体となる液晶組成物は特に応答
特性の向上という点から粘性の低い化合物、視角の改善
という点からΔｎの小さな化合物から成り立っている。

その中の化合物の一つはフェニルヘキサン化合物で、 〜７　＋　Ｒ２”　ｏｃｍ）（２ｍ＋　１１　１　”　
２〜４゜なお、本発明においてはアルキル基はいずれも
直鎖状である 他の一つはフェニルシクロヘキサン化合物で、一般式　
Ｒ３−（）−（Ｄ←Ｒ４・・・（Ｂ）で表わされる。但
し、Ｒ３＝ＣｎＨ２ｎ＋□；ｎニ２〜７　、　　Ｒ４＝
　ＣＮ。

化合物ＡはＮ　型液晶（誘電異方性Δε＜１であり極め
て低い粘性値η二５〜７０Ｐを示す。

一方、化合物ＢはＮＰ型液晶（誘電異方性Δε〉０）で
あり、これも又ηユ２０ｏＰと小さい値を示す。これら
ηの小さい化合物は分子間の相互作用が小さい飽和環か
ら構成されており、分子の電子雲が広がらないで屈折率
の異方性Δｎも０．１程度と小さな値を示す。

さらに本発明に用いたフッ素を含有する一般式％式％（
） で表わされるシクロヘキサン化合物（但し、Ｒ。

さい値をとる。又、化合物Ｃ１１ｔＮ、型液晶であるが
Δし＝２と小さい値をとる。

以上の化合物Ａ、Ｂ、Ｃは粘性が低いという点から応答
特性の向上に寄与する。しか本Δｎが小さいという点か
ら視角を広げるという効果をもたらす。さらには化合物
Ｂ、（ＪｔΔε〉０であることから他の成分と混合する
ことにより液晶組成物のΔεの調整、即ちしきい値の制
御材料に用いることができる。しかしながら、化合物Ａ
、Ｂ、ＣＦｉＴＮｒ（ネマティック−アイソトロピック
転移温度）点が余り高くないため、実用に供することは
できない。下記第１表に化合物Ａ、Ｂ、Ｃの転移温度の
例を示しておく。

第１表 上表において、ＴｏＮはクリスタル−ネマティック転移
温度、Ｔ’ＣＩはクリスタルーアイントロビック褥忽温
度、ＴＮ工布シ、ネマティック−アイソトコ（、、− ロビック温度である。

そこで、広い温度範囲で液晶相を示す化合物が必要とな
ってくる０ そのような化合物として、 一般式　Ｒ５−（心−そり−（ラ−Ｒ６・・・（Ｄ）で
表わされるビシクロへキシルフェニル化合物（但しＳ　
Ｒ５：ＣｎＨ２ｎ＋１；ｎ＝２〜５．Ｒ６＝ｑＨ２ｍ１
□；ｍ＝１〜３）がある０化合物りは粘性が余り高くな
く、比較的広い液晶温度を示す。

さらにもう一つの化合物として、 一般式　Ｒ７−６分−（）−（）−Ｒ８・・・（Ｅ）テ
表ワされるシクロヘキシルビフェニル化合物（但し、Ｒ
７＝　Ｃｓ　Ｈａ＋　、　’Ｒ８＝Ｃ２Ｈｓ　、４−プ
ロピルシクロヘキシル基）がある０この化合物Ｅは、Ｒ
７＝Ｃｓ　Ｈｔ＋　、　Ｒｓ　＝Ｃ２ＨｓのときＴ。５
〜３４℃ＴＮ□＝１６４℃＋　Ｒ７＝Ｃｓ　Ｈ＋＋　＊
　Ｒａ　＝　４−プロピルシクロヘキシル基のときＴｃ
５＝−１０℃ＩＴＮ□＝３１１℃となり極めて広い液晶
温度範囲を示すかわらず、他の液晶に添加しても粘度の
上昇を抑える作用がある。例えば、４−（トランス−４
−プロピルシクロヘキシル）ベンゾニトリル、４−（ト
ランス−４−ペンチルシクロヘキシル）ベンゾニトリル
及び４−（）ランス−４−ヘプチルシクロヘキシル）ベ
ンゾニトリルの混合液晶に化合物Ｅを添加した液晶組成
物の、化合物Ｅの添加量による粘度変化は第６図の通り
でほとんど変化しない。この化合物り、Ｅを他の液晶と
混合することによって液晶温度範囲を拡大させ、粘性の
上昇を抑制できる。このことは、応答特性に優れ、動作
マージンの良好なマルチプレックス駆動用の液晶組成物
を得ることが可能になることを示す。

一方、しきい値の急峻度を増すために、に３３／に□□
の比を小さくする必要があることは前記したが、本発明
者等は種々の化合物を検討し、一般式　Ｒ９ＣＯＯ＋Ｃ
ＯＯ＋　Ｒｈ。

・・・（Ｆ） 〜６　＋　Ｒ１ｏ　−Ｃｍ　Ｈ２ｍ　＋　ｌ　；　ｍ　
＝３〜７）が有効であることを見い出した。

以上化合物Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄ、Ｅ及びｒを混合することに
より、マルチプレックス駆動用に好適な液晶組成物を得
ることが可能と４る。

以下に実施例を示す０ 下記第２表に本実施例に係る液晶組成物を示す０前表に
示す組成割合で、常圧下透明液体になるまで加温、混合
し液晶組成物を作成した。この液晶組成物は一４０℃か
ら６３℃の間でネマティック液晶温度範囲を示した。

この液晶組成物をあらかじめツイスト配向処理を行った
ＴＮセルに注入し、該ＴＮセルの両面に偏光板をその光
軸が直交するように配設したものを測定用液晶セルとし
た。

なお、セル厚は視角の拡大化より液晶組成物のΔｎを０
．１と小さくとったので、セルの色づきが起こらない５
．５μｍに設定した。

上記液晶セルの特性を、従来の液晶組成物（第３表に記
載）を用いた液晶セルの性能と比較すると第４表の通り
となった。

第４表 （※セル厚は１０μｍに換算した値。温度２５℃に設定
） 以上の結果から、本実施例の液晶組成物は従来例と比較
してｒ値が式■の１．２０に近い値を示した。これは走
査電極数Ｎ＝３２においてマルチプレックス駆動を行な
った場合十分なコントラストを得ることを示している。

又、本実施例の液晶組成物は応答特性においても改良す
ることができた〇ティでマルチプレックス駆動を行なっ
た場合、十分なコントラストを得る視角範囲がかなり拡
大した。

さらに又、液晶温度範囲を約１００℃にわたり確保でき
たと共に、％に低温側のＴＣＮ点を低くし低温における
マルチプレックス駆動も可能とした。

以上の様に、本発明に係る液晶組成物は表示特性が非常
に優れているため、各種表示装置、例えば電子式卓上計
算機や時計等の表示形態の複雑化に十分対応でき、特に
液晶テレビに使用すればその有用性が顕著に表われる。

【図面の簡単な説明】

第１図はマトリックス電極構造を有するＴＮパネルの断
面図、第２図は電圧平均化法における印加電圧の状態モ
デルを示す図、第３図は１　／　ａバイアス法による駆
動波形図−第４図は視角特性に１．２　基板、３・・・
走査電極、４・・・信号電極、６．７・・・偏光板、８
・・・反射板、９・・・封止材、１０・・ネマティック
液晶０ 代理人　弁理士　福　士　愛　彦（他２名）イ１ぺ５１
！−田シ ラリ亀　崎 一５゛ 印力り電圧 手続補正書（方式） 昭和５７年　８月β日 特許庁長官殿 ？０発明の名称 液晶組成物 ３、補正をする者 事件との関係　　　　特許出願人 １［所　　〒５４５　大阪市阿倍野区技池町２２番２２
号名　称　　（５０４）　　シャープ株式会社４、代理
人 住　所　　〒５４５　大阪市阿倍野区長池町２２番２２
号６、補正の対象 手続補正書 昭和５Ｚ年／７月ユ６日 特許庁長官殿 （特許庁　　　　　　　　　　　　殿）箇、事件の表示 特願昭５２−７ダダ、、２２ ２、発明の名称 液晶組成物 ；３　袖１１なする考 事件との関係　　　特許出願人 住　所　　８５４５大阪市阿倍野区長池町２２番２２号
名称　（５０４）ノヤーブ株式会ネ１ 代表者　佐　　伯　　　旭 黍１代　理　人 住　所　　・５４５大阪市阿倍野区長池町２２番２２号
自発 ６、補東の対象 ２　補正の内容 Ｉｌｌ　　特許請求の範囲を別紙の通り訂正します。 Ｏ）　昭和５２年７月２日寸（発送日昭和５２年２月、
２７日）の手続補正指令書（方式）に対して昭和５７年
ｒ月７３日に提出いたしました手続補正書（方式）にお
ける明細′−４（浄Ｍ）において、該明細釘（浄書）中
第グ頁第１．２行目の１蒸着した後有機」を「蒸着した
後、有機」と訂正します。 （３）昭和５２年Ｚ月２日付（発送日昭和５２年２月−
７２日）の手続補正指令書（方式）に対して昭和５７年
ｇり／３日に提出いたしました手続補正書（方式）にお
ける明細書（浄書）において、該明細書（浄書）中第ダ
頁第１２行目の「マトリック液晶」を「マトリックス液
晶」と訂正します。 （４）　　昭和６７年Ｚ月２日付（発送日昭和５２年７
月２２日）の手続補正指令書（方式）に対して昭和５７
年ｒ月７３日に提出いたしました手続補正書（方式）に
おける明細書（浄書）において、該明細書（浄書）中第
ｒ頁第１２目乃至第、２０行目の記載 ｒＬｒａＣｙ７ｄ／ＫＶ ＬｄｃＬ１７ｄ／Ｋ　　　Ｊ を ｒ　Ｌ　ｒ　Ｌ　）７　ｄ　／　Ｋ　Ｖ　”Ｌｄｊηｄ
／Ｋ　　　　Ｊ の記載に改めます。 鷹５）昭和５２年７月２日寸（発送日昭和５７年７月Ｊ
７日）の手続補正指令書（方式）に対して昭和５２年ｇ
月７３日に提出いたしました手続補正書（方式）におけ
る明細書（浄書）において、該明細書（浄書）中第り頁
第７７行目の「フェニルヘキサン」を１フエニルシクロ
ヘキサン」と訂正します。 （６）昭和５２年２月２日付（発送日昭和５７年７月２
７日）の手続補正指令書（方式）に対して昭和ｓ７年ｒ
月７３日に提出いたしました手続補正書（方式）におけ
る明細書（浄書）において、該明細書（浄書）中第７３
頁第１行目の１：Ｉ′ １０ビック温度」を１０ゼック転移温度」と訂正します
。 以　　　上 コ、特許請求の範囲 ｌ　一般構造式 ％式％ （但し、Ｒ１は炭素数が３乃至７の飽和直鎖炭化水素基
：Ｒ２はエトキシ基、プロポキシ基若しくはブトキシ基
） で表わされる化合物と、 一般構造式 ％式％ （但し、Ｒ３は炭素数が−乃至７の飽和直鎖炭化水素基
） で表わされる化合物と、 一般構造式 （但し、Ｒ４は炭素数が−乃至ｊの飽和直鎖炭化水素基
：Ｒ５は炭素数が／乃至３の飽和直鎖炭化水素基） で表わされる化合物と、 一般構造式 ％式％（６ （但し、Ｒ６は工２ル基又は＋Ｃ３Ｈ７）で表わされる
化合物と、 一般構造式 ％式％ （但し、Ｒ２は炭素数がダ乃至ｇの飽和直鎖炭化水素基
：Ｒ８は炭素数が３乃至２の飽和直鎖炭化水素基） で表わされる化合物と、 一般構造式 ％式％ （但し、Ｒ９は炭素数がグ乃至♂の飽和直鎖炭化水素基
） で表わされる化合物の混合相よりなることを特徴とする
液晶組成物。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、−膜構造式 ％式％ （但し、Ｒ１は炭素数が３乃至７の飽和直鎖炭化水素基
   ゛Ｒ２はエトキシ基、プロポキシ基若しくはブトキシ基
   ） で表わされる化合物と、 一般構造式 ％式％）（ （但し、Ｒ３は炭素数が２乃至７の飽和直鎖炭化水素基
   ） で表わされる化合物と、 一般構造式 ％式％ （但し、Ｒ＋は炭素数が２乃至５の飽和直鎖炭化水素基
   ：Ｒ５は炭素数が１乃至３の飽和直鎖炭化水素基） で表わされる化合物と、 一般構造式 ％式％ （但し、Ｒ６はエナル基又は−（）−ｃ３Ｈ，）で表わ
   される化合物と、 一般構造式 ％式％ （但し、Ｒ７は炭素数が４乃至６の飽和直鎖炭化水素基
   ：Ｒ８は炭素数が３乃至７の飽和直鎖炭化水素基） で表わされる化合物と、 一般構造式 ％式％ （但し、Ｒ９は炭素数が４乃至８の飽和直鎖炭化水素基
   ） で表わされる化合物の混合相よりなることを特徴とする
   液晶組成物。