JPS58225179A - 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、ゲストホス）（ＧＨ）型液晶表示装置のホス
ト液晶として用いられる正の誘電異方性をもった（Ｐ型
）ネマチック液晶組成物に関するものである。

ＧＨ型液晶表示装置は、よく知られているようにネマチ
ック液晶あるいはネマチック液晶に光学活性物質を添加
１−た液晶組成物（ホスト）に二色性染料（゛ゲスト）
を混合ｔ２、電界によって液晶分子の配向を変化させか
つそれに伴なうゲスト分子の配向の変化を利用して光の
吸収状態が制御できることを表示に利用した装置である
。ＧＨ型液晶表示装置の中には種々の表示方吠があるが
、その中で、コレステリック−ネマチック相転移効果を
利用するホワイト・デイラー５ＧＨ（ＷＴ−ＧＨ）液晶
表示は偏光板を使用しないので明るい表示が得られると
いう特徴を有する。第１図に水平配向処理を施したセル
を用いたＷＴ−ＧＨ表示装置の動作原理を示す。ここで
、ホスト液晶２には光学活性物質が含まれているので、
電子を印加（−７ない時には第１図（Ａ）に示す如くグ
ランジャン組織を形成する。染料分子１はホスト液晶分
子２の配向方向にそろって配向するので、その吸収スペ
クトルの光（その最大吸光度の波長をλｍａｘとする）
を吸収する。しかも、ラセン配向しているだめ、あらゆ
る偏光面５を有するλｍａｘの光を効率良く吸収する。

従って、この状態で透過光は第２図に示す波長対吸光度
特性図のＯＦＦで示したスペクトルを呈し７、着色する
。次に、ある閾値電圧ｖｔｈ以」二の電匡が印加される
と第１図（Ｂ）に示す如くホスト液晶２並びに染料分子
１はポメオトロピンク配向し、染料の吸光度は最低とな
って、λｍａｘの光は吸収されずに透過する。従って、
この状態で透過光は第２図のＯＮで示したスペクトルを
呈し、着色しない。ＷＴ−ＧＨ液晶表示装置はこの２状
態を表示パターンに利用することによってカラー表示を
行なうものである。図中の３は透明電極を形成した透明
基板、４は電源である。尚、垂直配向処理を施した液晶
セルを用いるＷＴ−ＧＨ型液晶表示装置もあるが、この
動作原理も、上に述べたものと本質的に同様である。

本発明は上述のＷＴ−ＧＨ型液晶表示装置に使用する液
晶材料として非常に有効な特性を有する新規な液晶組成
物を提供することを目的とするものである。

ＷＴ−ＧＨ型液晶表示装置に用いるホスト液晶には次の
ような特性が要求される。

（１）液晶温度範囲が広いこと。

これは表示用液晶材料一般に要求されることであるが、
ＧＨ型表示用液晶材料にあっては特に重要である。即ち
、メイヤーソープ（Ｍａｉｅｒ−°”ｐ　ｅ　）Ｂｌ　
ｍ　゛’）”ｊｌ　’）ｆｚ゛ｆｘ”５パ″７　ｆ　ｙ
　　　　、。

クー等方性液相転移温度（ＴＮＩ　）が実用温度範囲よ
り充分高い液晶はそうでない液晶に比べて実用温度範囲
内においてホス＋−ｇ晶の秩序度Ｓの温度依存性が小さ
い。従って、ＴＮｒの高いホスト液晶を用いてＧＨ型液
晶材料を構成すると、コントラスト比の温度依存性を小
さくすることができる。

（２）二色性染料の固有の二色性比を充分に発揮させる
ことができる液晶であること。

同一の二色性染料を用いても、ホスト液晶の性質によっ
て二色性比は異なる値が観測される。

染料の二色性比と秩序度Ｓは なる関係がある。ここでＡ〃とＡ、は染料を溶解したホ
モジニアス配向液晶の配向方向にそれぞれｔド行および
直角に直線偏光を入射した時の吸光度である。従って、
このようにして求めら収るＳを極力大きくするホスト液
晶が望ましく、Ｓはホスト液晶の優劣を判定する−っの
指標となる。

（３）複屈折Δｎが小さいこと。ここに複屈折△ｎは液
晶の配向方向にそれぞれ平行および直角に直線偏光を入
射した時の屈折率ｎ、７およびｎよの差物−ｎよである
。

ＷＴ型表示装置にあっては、△ｎが小さいほど、無電界
状態でのλｍａｘの光の吸光度が高くなることが知られ
ている。

（４）応答速度の速い表示装置を実現するために、粘度
が低いこと。

以上に述べた要求を満足するホスト液晶組成物を実現す
べく、発明者らは鋭意研究を重ねた結果、本発明を完成
するに至ったものである。本発明は次の成分夏乃芋■を
主として構成される。

以下、本発明を構成する各液晶成分を選定した経過及び
その技術的根拠について説明する。

まず上記（１）及び（２）の要求に対するアプローチを
行なった。ＴＮＩの高い組成物を得るためには、高いＴ
ＮＩを有する成分液晶を混合すれば良い。そこで種々の
高いＴＮＩ成分液晶を検討した結果、上記成分ＩＶ、　
　Ｖ、　Ｖｌが（１）及び（２）の要求を同時に満足す
る成分であることが明らかになった。これを説明する実
験例を以下に述べる。次のようなを混合した液晶組成物
を調製して基本液晶１を構成Ｌ、それぞれ別個に４’−
（４−ペンチルシクロヘキシル）−４−エチルビフェニ
ル（成分■の例）をｓｍｔ％、４’−（４−ペンチルシ
クロヘキシル）−４−シアノビフェニル（成分Ｖの例）
を５重量％１＊ｉｌ：４’−（４−ペンチルシクロヘキ
シル）−４−（４−グロヒルシクロヘキシル）ビフェニ
ル（成分■の例）を４重量形混合した組成物（それぞれ
組成物１，２．３と称する）を調製した。これらの組成
物にアントラキノン系二色性染料１を１重量％ずつ混合
［５、ホモジニアス配向処理を施した七ルに封入して二
色性比を測定し、秩序度Ｓを求めたところ、第１表に示
すような結果が得られた。この表より、いずれの添加物
も基本液晶１のＴＮＩ点を上昇させる効果があることは
明らかであるが、それに伴って秩序度Ｓも向上している
ことがわかる。

一■ 第　　１　　表 次に、上記（３）の要求即ち複屈折△ｎを低減するため
には、△ｎが特に低い成分を用いることが効果的である
。その際、注意すべきことは、その成分が、組成物の他
の諸特性、就中、秩序度Ｓを高く保つものであることが
必要である。そこで、発明者らば△ｎが０．１０以下の
液晶化合物を選択し２て諸特性に及ぼす影響を種々検討
した結果、△「１カ０．０６ｆアル４−　（４−アルキ
ルンクロヘキシ）Ｖ　）シクロヘキサンカルボニトリル
（成分１）が最も効果的であることを艶出した。

成分Ｉの効果として特筆すべき点は、当初の秩序度Ｓを
低下させずに△ｎを下げる効果があることである。これ
を例示するために、△ｎが０．０７である液晶化合物４
−フルオロフェニル　４−アルキルシクロヘキサンヵル
ポギシレートの効果と　′比較した結果を次に示す。

基本液晶組成物として から成る液晶組成物（以「基本液晶２と称する）に成分
■を添加して△ｎを０．１２とした組成物（組成物４と
称する）および、基本液晶２に４−フルオロフェニル４
−アルキルシクロヘギサン力ルポキシレートを添加して
△ｎを０．１２とした組成物（組成物５）を調製し、そ
れぞれに前述の構造を持つアントラキノン糸〕二色性染
料を１重量％ずつ混合して、吸光度を測定した。その結
果を第２＠２表 この表かられかるように組成物４の秩序度Ｓは基本液晶
２の秩序度と同じＩｉ′ｉを示すのに対して、」１記の
エステル化合物を混合した組成物５の秩序度は基本液晶
２のそれを下回っている。従って、成分夏は秩序度を低
下させることなく△ｎを低Ｉ丁させるのに非常に効果的
であることがわかる。さらにこの成分液晶は、粘度が低
いため組成物の応答速度の向トにも寄与するものである
。

次に、上記（４）の要求である応答速度を向」ニさせる
べく組成物の粘度を下げる成分、すなわち、減粘剤とし
て有効な成分を検問した。ここでもカラー表示用ホスト
液晶としての有用性を増すためには、秩序度を高く保つ
よう留意する必要がある。

既述の組成物５に添加したエステル化合物は、２０℃で
の粘度η２ｏが１４　ｃＰと低いので減粘剤としてもを
用であると考えられる。しかし、組成物２の秩序度は既
述のように０．６７と低く、該エステルは不適当である
。他に利用できる減粘剤と　　　　　　　１１しては（
４−アルキルフェニル）−４−アルキルシクロヘキサン
および（４−アルキシフェニル）−４−アルキルシクロ
ヘキサンがある。前者は動粘率が４ｃｓｔ、７１者は粘
度’７２０　　が７〜１０ｃＰと報へされている。Ａｉ
１者を含有する組成物として前述の基本液晶２および後
者を含有する組成物として次に示す液晶組成物（組成物
６と称する）を調製１．た。この組成物はＴＮＩとほぼ
等しくするためにその他の成分組成が若干異なるのはや
むを得ない。

基本液晶２および組成物６に前述の構造を持つアントラ
キノン系染料をそれぞれ１重量Φずつ混合し２、ホモジ
ニアス処理を施したセルを用いて吸光度を測定した結果
を第３表に示す。この結果かられかるように、これら 第　　３　　表 ２つの組成物の秩序度には、かなり差がある。

この差は減粘剤の分子構造の違いによるものと考えてよ
い。従って、Ｗ　Ｔ　−Ｇ　Ｈ型液晶表示のホス１［晶
の減粘剤としては酸素原子を含捷ない（４−アルキルフ
ェニル）−４−アルキルンクロヘキサン（成分１１　）
が有効である。１ 最後に、ＷＴ−ＧＨ型液晶表示において、ネガ型の表示
を行うためには、ホスト液晶組成物は、正の誘電異方性
（△ε〉０．△ε−ε〃−ε上、　ここにε〃とε上　
は、液晶分子長軸方向とそれぞれ下行または直角方向の
誘電率を表わす。）を有する必要がある。そのためには
、成分液晶として△εがＩＦのものを混合すれば良いが
、その際、良好なコン１−ラスト比と優れた応答性を実
現するためには、既述のとうり、複屈折△ｎと粘度の低
い成分でなくてはならない。そのような成分液晶として
Ｈ１４−（４−アルキルシクロヘギシル）−ベンジエ）
　ＩＪル（成分ＩＶ　）がその要求を満足するものであ
る。一般に△εが正のネマチンク液晶に光学活性物質を
添加したコレステリック液晶に於て、Ｐ　＜＜　ｄ　　
の場合のコレステリックーネマチ７り相転移電圧ｖｔｈ
は次式でケえられる。

ここに、Ｐはコレステリック相のラセンピッチ、ｄはセ
ル１７、△εは誘電率の異方性、Ｋ２２はツイストの弾
性定数を表す。Ｌ式よりわかるように、成分■の量を増
減することにより、表示素子の閾電圧ｖｔｈ’ｉ調節す
ることができる。また、前述の成分Ｉおよび■も△εが
正であるから、同様の効果があることは明らかである。

以上の結果に基いて、成分■〜■から成る液晶組成物の
実施例を次に示す。尚、本発明はこの実施例に限定され
るものではない。

〔実施例　１〕 第４表に示す組成の液晶組成物を、セル厚１０μｍのツ
ィステッドネマチックセルに封入してｆｉｌｌ定した電
気光学的緒特性および物性定数を第５表に示す。該組成
物は一２０℃で１０日間保存しても結晶析出は観察され
ない。従って、該組成物は広温度範囲用ＴＮ−ＦＥＭ用
材料としても有用である。

翫 第　　４　　表 第５表 〔実施例　２〕 実施例１に示した組成物に、アントラキノン系二色性染
料１重量％および４−シアノ−４’−（２−メチルブチ
ル）ビフェニ／Ｌ’１．３重量％を混合し、３ セル厚７μｍの第３図に示したよりな了πツイストセル
に封入して、カラー液晶表示としての特性を１測定した
。また、市販のＧＨ型カラー表示用のホスト液晶を用い
て同様の条件で測定した。両者の結果を第６表に比較し
て示］７、また、印加電圧対コントラスト比のグラフを
第４図に示す。第４図の横軸の印加電圧は閾電圧ｖｔｈ
によって規格化しである。図中の１１は本発明に係る組
成物、１２は市販品である。この結果によって明らかに
応答速度およびコントラスト比共に本発明に係るホスト
液晶の方が優れている。

第６表 以上詳述した如く本発明に係る液晶組成物を用いねば優
れた表示特性のカラー液晶表示を確〜グすることか可能
となる。またこの組成物は、ＷＴ−ＧＨ型液晶表示装置
に限らず他のＧ　Ｈ液晶表示モード、例えば偏光板使用
型や二層型ＧＨＭ品表示装置にも有用である。

【図面の簡単な説明】

第１図はＷＴ−Ｇ　Ｈ型液晶表示装置の原理を説明する
説明図である。第２図は同様に波長対吸光トした液晶セ
ルの構成図である。第４図は本発明に係るホスト液晶と
市販のホスト液晶を用いた■−ＧＨ型液晶表示素子のコ
ントラスト比対印加電圧を示す説明図である。 １・・・二色性染料分子 ２・・・ホスト液晶分子 ３・・・透明電極を設けた透明基板　　　　　　　　　
　　　　１１４・・・電　源 ５・・・入射光および透過光の偏波面１．６４ノ　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　（Ｂソ第１図 １に１受のｘ＜ｔｐＰａ 第３図 第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　構造式が次の（１）乃至（６）で表わされる化合
   物のそれぞれを少々くとも１種ずつ含有１〜で成るネマ
   チック型の液晶組成物。 ２、二色性染料を添加してゲストホスト型表示を可能と
   した特許請求の範囲第１項記載の液晶組成物。