JPS6015671B2 - 液晶表示装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、新規なネマチック液晶組成物を用いた表示装
置に関する。

さらに詳しくは、一般式が（但し、Ｒ，は炭素数５また
は６の直鎖アルキル基を示し、Ｒ２は炭素数５または７
の直鏡ァルキル基を示す。）で表わされる新規ネマチッ
ク液晶性化合物イーｎーアルキルー４一（Ｐ一ｎ−アル
キルベンゾイルオキシ）−２ークロルアゾベンゼンを少
なくとも含むネマチック液晶組成物を用いた液晶表示菱
贋に関する。

液晶性化合物とは、ある温度範囲で、液体の持つ流動性
と、結晶の持つ複屈折性を併せ持つ特異な化合物である
。

この液晶性化合物をいくつか混合した液晶組成物を用い
た表示装置が考えられており、その低駆動電圧、低消費
電力故に注目を集めている。現在、液晶組成物を用いた
表示装置は、数多く発表されているが、これまでの表示
装置は使用可能な温度範囲と応答時間を満足させるため
に、主にシッフ塩基である液晶化合物を主成分とする液
晶組成物を用いているため、表示装置の寿命が数ケ月と
短く、実用化されるまでには至ってし、なかつた。

本発明の目的は、上述の欠点を解決し、安定でネマチッ
ク液晶温度範囲が非常に広い新規な液晶化合物を提供し
、長寿命の液晶表示袋直を実現させることにある。

現在、液晶組成物を用いた表示装置は、数多く発表され
ているが、その信頼性と、寿命の点で発展がお〈れてい
る。

本発明は上述の欠点を一掃し、安定で諸特性の勝れた新
規で安定なネマチック液晶組成物を用いた液晶表示装置
を提供することにある。

現在、ネマチック液晶組成物を用いた表示袋贋の表示原
理は、大別して次の２つがある。

Ｉ ＤＳＭ方式 光散乱型表示であり、これはネマチツ
ク液晶組成物の薄層に電界を印加することにより、層内
にイオン走行が起り、液晶層が細かいドメィンに蝿乱さ
れ、そのドメィンの境界の後屈折により光散乱が起る。

この現象を利用した表示方式である。２ ＦＦ方式 電
界効果型表示であり、ネマチック液晶組成物の複屈折性
の電界制御よりなる。

前者、ＤＳＭ方式に利用するネマチツク液晶組成物は、
誘電異方性が負の性質を有さなければならない。一方、
後者のＦＦ方式は、正のネマチツク液晶組成物を用いる
が一般的である。ネマチック液晶性化合物は、よく知ら
れているように、細長い棒状の分子構造を有し、ドメィ
ン内の分子群は、規則正しく配列しており、単縞晶と同
じ光学的性質を有する。

このネマチック液晶性化合物は、分子長軸方向の誘電率
ごｌｌと、分子短軸方向の誘電率ご↓との差（△ご＝ご
ｌｌ−ご↓）の正負により、正の誘電異方性を有するも
のと、負の誘電異方性を有するものに分けられる。ネマ
チック液晶組成物においては、これら正・負の性質を有
する成分の混合割合を変えることにより調節でき、正の
ネマチック液晶組成物、負のネマチック液晶組成物も任
意調合できるご本発明の液晶表示装置に用いられるネマ
チック液晶組成物の成分である４′ーｎーアルキル−４
一（ｐ−ｎーアルキルベンゾイルオキシ）−２ークロル
アゾベンゼンは負の誘電異方性を示すネマチック液晶性
化合物であり、室温付近から１００ｑｏ以上とネマチッ
ク液晶温度範囲が広いため、イオン性化合物を混合すれ
ば、ＤＳＭ用液晶組成物として、正の誘電異万性を有す
るネマチック液晶化合物を混合すればＦＥ用液晶組成物
として使用できるため、誠に有用なものである。

本発明の液晶表示装置は、このような有用な化合物を少
なくとも含むネマチック液晶組成物をもちいたもので、
ＤＳＭ方式とＦＥ方式の両方に関するものである。

以下において、実際の表示原理を説明する。

Ｉ ＤＳＭ方式この方式は、２枚のモザイク状や、数字
セグメントとした透明電極の間に、ネマチック液晶組成
物を封入する際、そのネマチック液晶組成物に、イオン
性物質、たとえば（但し、Ｘは−Ｎ＝Ｎ−、 Ｒはア ルキル基をそれぞれ示す。

）を０．１〜２の重量パーセント添加することにより、
液晶組成物中にイオン走行能力を持たせることができ、
ネマチック液晶組成物に電圧を印加することにより、光
散乱現象を引き起こすことができる。これがＤＳＭ方式
の原理である。

２ ＦＥ方式 この方式は、正の誘電異方性を有するネマチック液晶組
成物を、モザイク状や数字セグメントとした透明電極間
に封入したものであり、このとき透明電極付基盤はガー
ゼ、木綿等で摩擦されており、かつ２枚の基盤の摩擦方
向は互に直交している。

このような構成よりなる液晶セル内においては、液晶分
子に摩擦方向に配列する性質があるため、液晶分子は連
続的に９ぴねじれた構造をとる。この結果、９ぴの旋光
能を持つようになる。この９０ｏの旋光能を持つ液晶セ
ルを２枚の偏光フィルターで上下に挟んでみると、偏光
フィルターが互いに直交しているときは、間に挟まれた
液晶層の旋光能により光は透過する。

逆に平行に偏光フィルターを設置すると、光は遮断され
る。ここで液晶セルの上下電極に電界を印加すると、間
に封入されている液晶分子は長醗方向を電界に平行に配
列させられるため、複屈折性を失う。したがって、等万
性の液体と同じようになり、旋光能を失う。即ち、電界
の印加された領域は偏光フィルターが直交している場合
は光が遮断され、電気光学表示が可能である。これを利
用したものがＦＥ方式である。このＦＥ方式に用いられ
る正の誘電異方性を示す液晶組成物は、前記ネマチツク
液晶性化合物、４′ーｎーアルキル−４−（ｐ−ｎ−ア
ルキルベンゾイルオキシ）一２ークロルアゾベンゼンに
、強い正の譲霧異方性を有するネマチック液晶性化合物
、たとえば（但し、Ｒ はアルキル基、アルコキシ基を示し、Ｘは−Ｎ等を示す
。

）を数量量パーセント以上添加することにより、作成で
きる。

第１表に、本発明の液晶表示装置に用いられる新規な液
晶性化合物の具体的な構造式とそれらの特性を示す。表
において、Ａは固体ーネマチック相転移温度であり、Ｂ
はネマチック相一等方性液体相転移温度である。第１表 第２表にＤＳＭ方式に用いられる液晶組成物の一例を上
げ、第３表にＦＥ方式に用いられる液晶組成物の一例を
上げる。

Ａ、Ｂについては上述の意味と同じであり、液晶組成物
の転移点である。第２表第３表 このように、新規ネマチック液晶性化合物に（但し、×
は−Ｎ＝Ｎ一、を示し、Ｒはアルキル基を示 す。

）なるイオン性物質を０．１重量パーセントから２の重
量パーセント添加することにより、ＤＳＭ方式に用いら
れるネマチツク液晶組成物ができる。また、（但 し、Ｒはアルキル基、アルコキシ基を示し、Ｘはを示す
。

）なお構造式を有す、正の誘電異方性付与物質を添加す
ることにより、ＦＥ方式に用いられるネマチック液晶組
成物を作製できる。

新規液晶性化合物 （但し、Ｒ，は炭素数５または６の直鏡アルキル基を示
し、Ｒ２は炭素数５または７の直鎖アルキル基を示す。

）は室温で固相であるが、これらの化合物どおし混合す
るか、上記のイオン性物質や正の誘電異万性付与物質を
混合することにより、大きな融点豚釜下を起こし、室温
でネマチック相になり、実用が可能である。また従釆の
ネマチツク液晶性化合物のネマチツク相一等方性液体相
転移温度は、６０〜８０℃と低温であったが、本発明に
用いられる新規液晶性化合物は１１０こ０〜１３０午○
と非常に高く、従来のものと比較した場合、耐高温性、
信頼性共に優れており、きわめて有用なものである。

又、ネマチツク相温度範囲が広いため、シッフ塩基のよ
うな不安定な化合物を混合する場合、少な目，‘こ添加
することもできるので、従来よりは安定になった。なお
、液晶表示装置の寿命は、ほとんど液晶組成物の安定性
に依存し、安定な液晶化合物を多く含む液晶組成物を用
いると寿命は長くなる。

したがって従来の不安定な液晶化合物をわずかしか含ま
ない、本発明の液晶組成物を用いることにより、液晶表
示装置の寿命を長くすることができる。本発明に用いら
れる新規ネマチック液晶性化合物は、パラアルキルアニ
リンとメタクロルフェ／ールから合成される中間体と、
パラアルキルベンゾィルクロラィドとのェステル化反応
により、容易に得られる。

なお、具体例を、 について説明する。

まずｎーヘブチルアニリン１８．７夕を塩酸溶液（水：
２５机、Ｃｏｎｃ．ＨＣＩ：２５の上）に溶かし、氷冷
する。

この溶液に亜硝酸ソーダ溶液（亜硝酸ソ−ダ：７．６夕
、水：２０の【）を加え、ジアゾニウム塩を作る。これ
とは別に、メタクロルフェノール１３夕を１０％苛性ソ
ーダ溶液１５帆【に溶かした溶液を作り、氷冷しながら
上記ジアゾニウム塩溶液を加え、カップリング反応させ
る。反応後、塩酸酸性にして結晶を析出させ、櫨過製取
した。この化合物を乾燥して得られた中間体３．２夕と
、ｎ−アミルベンゾイルクロリド２．１夕をピリジン２
０泌中に溶解し、一夜放置する。放置後、ピリジン溶液
を塩酸溶液中に加え、結晶を析出させた。この結晶を櫨
過製取し、エタノール、ヘキサン等の溶媒を用いて再結
晶をくり返し、転移点が一定になるまで精製した。転移
点は、常法によりクロスニコル付きの融点測定装置で、
昇温時の値を測定した。確認は赤外線吸収スペクトルに
より行なった。尚、前記第１表、第２表、第３表の転移
点も同様な方法により測定した。次に本発明の表示装置
について、第１図、第２図を参照しつつ、更に詳しく説
明する。

第１図において、１，２は酸化スズ等の透明電極を表面
に形成したガラス基板を示し、３は厚み１０山肌のスベ
ーサを示す。

４は第２表に示したＯＳＭ用液晶組成物であり、５はリ
ード線、６は電源、７はスイッチをそれぞれ示す。

この液晶セルに１則の直流電圧を印加し、２０℃の室温
で駆動したところ、黄色の背景に黄金色のきれいな表示
が得られた。なお、応答時間は１００ミリ秒程度であっ
た。第２図は、ＦＥ方式の表示装置を示す概略図である
。図において、８，９は内側表面に酸化スズ等の透明電
極を形成したガラス基板で、内側表面はガーゼにより摩
擦されており、互いに摩擦方向が直交するように配置さ
れている。１０は第３表に示した液晶組成物である。

この上下に偏光フィルター１１，１２を互いに直交する
ように設置する。電極からリード線を取り出し、電源１
３、スイッチ１４に接続する。このようにして作製した
セル厚（スベーサの厚み）が１０〃机の液晶表示装魔に
、室温（２０ｑｏ）で３Ｖ、３２ＨＺの交流電圧を印加
したところ、充分なコントラストが得られた。また、応
答時間は３００ミリ秒程度であった。ここでコントラス
トとは、電圧を印加しない状態での透過もしくは反射光
量と電圧を印加して飽和した状態での透過もしくは反射
光量との比を意味し、両者の差が肉眼で認識できるかど
うかが良否を判断した。また応答時間は、電圧印加後、
前記の比の９０％まで光量が変化するのに要する時間を
測定したものである。このようにして得られた本発明の
液晶表示装置を室温に放置して寿命試験を行なったとこ
ろ、半年以上たっても何ら外観不良、電流値の異常な増
加といった問題は生ぜず、充分使用できる状態にあるこ
とがわかった。

以上述べた如く、本発明によれば使用可能な温度範囲が
非常に広く、寿命も従来に比べてきわめて長くなってお
り、充分実用に耐えるものである。

特に第２図に示すＦＥ方式の液晶表示装置は、応答時間
は３００ミリ秒程度と、第１図のＤＳＭ方式のものより
遅いが、消費電力は０．５ムＷ／の程度と極めて少なく
、またコントラストは低下するが、１．５Ｖでも駆動が
可能であり、さらにＭＯＳ−ＩＣを始めとする半導体回
路とのマッチングがよく、様々の小型計器の表示に利用
できる。特に腕時計においては、水晶振動子とＭＯＳ−
ＩＣとを組み合せた完全電子時計が可能となり、１．５
Ｖ小型電池で１年以上の駆動が可能である。

また、クロツク、ストップウオッチ、ポケット電卓、デ
ジタルボルトメーター、軸〆ータ一等の表示部にも効果
的に利用できる。実際の腕時計等の表示部を作成するに
あたっては、適当なフィルターを設置することにより、
紫外線をカットすることが重要である。その他、表示効
果を大きくするために、表示パネルの下部に銀、アルミ
ニウム等の反射率の大きい物質を設置することも考えら
れる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図は、本発明の液晶表示装置の原理概略図
である。 １，２，８，９・・・…透明電極付基板、３…・・・ス
ベーサ、４・・・・・・負の誘電異方性を示す液晶組成
物分子、５・・・・・・リード線、６，１３・・・・・
・電源、７，１４・・・・・・スイッチ、１０・・・・
・・正の誘電異万性を示す液晶組成物分子、１１，１２
…・・・偏光フィルター、１５・・・・・・入射光。 をそれぞれ示す。′図茨Ｚ図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 一般式が ▲数式、化学式、表等があります▼ （但し、Ｒ＿１は炭素数５または６の直鎖アルキル基を
   示し、Ｒ＿２は炭素数５または７の直鎖アルキル基を示
   す。 ）で表わされるネマチツク液晶性化合物４′−ｎ−アル
   キル−４−（Ｐ−ｎ−アルキルベンゾイルオキシ）−２
   −クロルアゾベンゼンを含むネマチツク液晶組成物を用
   いたことを特徴とする液晶表示装置。