JPS60252688A - 液晶組成物および液晶表示装置 - 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】 発明の技術分野 本発明は液晶組成物およびそれを用いた液晶表水装置、
特に、大容量表示かつキーが−ド対応を可能にする液晶
組成物および液晶表示装置に係る。

゛　従来技術と問題点 液晶表示は、刃型フラットタイグ、低消費電力という特
徴からＯＡ用などのデ９スプレィへの期待が高まってい
る。しかし、現在液晶表示の主流となっているＴＮ（ね
じれネマチック）型は液晶の立ち上り特性が急峻でない
ために大容量のドツトマトリクス表示を行おうとすると
、表示しない点（非表示点）まで半表示の状態、すなわ
ちクロストークを生じてしまい、大容量表示ができな１
更に、ＴＮ型では大容量の表示を行おうとすると視認角
度が大幅に制限されてしまい、コントラストが極端に低
下してしまう＠このようなＴＮ型の欠点を補うべく多重
マトリクス化などの努力が成されているが、ＴＮ型は走
査線の増加とともに視角範囲が狭まるという大型の同年
ディスプレイとしては致命的な欠点を克服することがで
きない。

線順次走査におけるクロストークという液晶にとって避
けられない現象を打破するために、一度走査すればリフ
レッシュを必要としない蓄積型液晶表示が考案された。

蓄積型液晶表示は、液晶の有する記憶効果のために、−
回の電圧印加のみで、書き込んだ情報が電圧除去後もそ
のまま記憶される。従って、ＴＮ型やＤＳＭ　（動的散
乱型）で生ずるクロストークがないために、走査線本数
Ｉｌ′１５００本程度可能である。しかし、この蓄積型
液晶表示は、ともにコレステリ、り相であるグランジ−
アン状態とフォーカルコニック状態を利用して表示を行
なうためにコントラストが取れないという欠点がある。

更に、書き込みを行う前に書き込み準備段階として初期
化状態にする必要があり、これに５００〜３００ｍ秒を
要するため、メイグインやスクロールの際に長い時間が
かかってしまい、キーボード対応ができない。

このような蓄積型液晶表示の欠点を改善すべく、コレス
テリック相であるフォーカルコニ、り状態とネマチック
相であるホメオトロピック状態を利用し、偏光板を用い
て表示を行なうポジ表示り７レツシ一蓄積型液晶表示方
法を、本発明者らは開発し、既に開示した（特願昭５８
−１０１４７号）。

仁の方法は、蓄積型液晶表示が有する大容量表示の可能
性に加えて、コントラストが高く、かつキーｙｔ’−ド
対応を可能にする書き換え速度を有する。

しかしながら、このポジ表示りスレッシ−蓄積型液晶表
示方法ではリフレッシュの際にフリッカが発生し、実際
にキーボード対応させて利用するには問題がある。

そこで、大容量表示、高コントラスト、高速書き換えに
加えて、フリッカ発生を防止すべく研究した結果、本発
明者ら他は新しい駆動方法による蓄積型液晶表示方法を
開発した。この新しい液晶表示方法は、液晶組成物の印
加電圧に対するヒステリシスを利用して、同一の保持電
圧で光学的に異なる二つの安定状態、すなわち、フォー
カルコニック状態とホメオトロピック状態を達成し、同
一保持電圧で表示を維持する。この方法は、大容量表示
が可能、高コントラスト可能、キーが一ド対応も可能、
フリッカ発生なしという、極めて有用な液晶表示方法で
あるが、従来の液晶材料では、７オーカルコニ、り状態
を維持できる保持電圧で安定なホメオトロピック状態を
とることができず、保持電圧においてホメオトロピック
状態は２０〜３０秒程度しか維持できなかった。

発明の目的 本発明の目的は、上記の如き従来技術の問題点に鑑み、
上記の新駆動液晶表示方法に使用できる液晶組成物を提
供し、大容量表示でキーデート対応が可能な液晶表示を
達成することである。

発明の構成 上記目的を達成するために、本発明は、（１）一般式： （式中、Ｒは炭素原子数２〜９個の直鎖アルキル基であ
る。）を有するシアノビフェニル系成分１０〜９０重量
ノ々−セントと、（１１）式：を有する４−シアノ−４
′−２−メチルブチルビフェニルフル３０重量パーセン
トを含んで成る液晶組成物、ならびにこれを用いた新駆
動方式蓄積型液晶表示装置を捉供する。

発明の構成の具体的説明 まず、本発明における蓄積型液晶表示の駆動原理を説明
する。

第１図はコレステリック−ネマティック混合液晶の印加
電圧−光透過率変化の関係である。最初、ＸＹマトリク
スの全電極間に保持電圧Ｖｄの例えば２倍の電圧Ｖｎ（
＝２Ｖｄ）に相当する電圧を印加し、液晶をネマティッ
ク相であるＨ（ホメオトロピ。

り）状態にする。Ｈ状態では第２図（イ）に示すように
全ての液晶分子ｌが電界方向と同じ方向、すなわち基板
２に垂直となっており、偏光板３を通過した入射光は偏
光角を変えずに次の偏光板４に達するが、偏光板３，４
の偏光角が９０°異なるために光が抜けず、暗状態とな
る。この状態から電圧をゼロにすると、液晶はコレステ
リック相であるＦｏ（７オーカルコニツク）状態となる
。旨度Ｆ。状態となった液晶は再度保持電圧ｖｄを印加
しても光学的にはＦｏと同じＦ（フォーカルコニック）
状態となる。ＦｏおよびＦ状態では、液晶１′はら腕構
造をとる。入射光はこのら旋によって旋光あるいは散乱
し、第２図←）の偏光板４を通過する光の成分が生じ、
明状態となる。一方、始めの状態であるＨ状態は印加電
圧を２　Ｖｄ（＝Ｖｕ　）からＶｄに下げてもヒステリ
シスによシＨ状態を保つことができる。

ここではｖＲが印加されているＨ状態と区別するために
Ｖｄが印加されているＨ状態をＨ′状態とする。

このように蓄積型液晶は同一の印加電圧であるＶ、１の
印加によってＨ状態からの履歴により光学的に異なる２
つの状態Ｆとａ／　ｆとることができる。

これを用いてＶｄによって書き込んだ画像を固定し駆動
する方式が新駆動方式による蓄積型液晶表示である。

この方式は従来原理的には可能であったと考えられるが
、実際にはこの駆動は不可能であった。

なぜならば、従来の液晶材料ではＶｄ印加によるＨ状態
すなわちＨ′状態は、準安定な状態であり、たとえｖｄ
を印加していても２０〜３０秒後にはＦ状態に移行し明
状態となってしまうからである。

そこで、本発明者らはＨ′状態（蓄積型液晶の印加電圧
に対するヒステリシスに基づく保持電圧Ｖｄにおけるホ
メオトロピック状態）の安定化を図るべく、液晶材料を
改良して、電圧ヒステリシス幅Δ■を拡大することを試
みた。電圧ヒステリシス幅Δ■は、第１図に示す如く、
印加電圧を次第に上げ゛て液晶がフォーカルコニック状
態（コレステリック相）からホメオトロピック状態（ネ
マチック相）へ移行（転移）する時に光透過率が、ホメ
オトロピック状態（Ｈ状態）の光透過率を１００チとし
て、２０％になる電圧ｖ１と、印加電圧を次第に下げて
液晶がホメオトロピック状態がら７オーカルコニツク状
態へ移行する時に光透過率が９０％になる電圧ｖ２との
電圧の差としてめた。この電圧ヒステリシス幅ΔＶを拡
大して、保持電圧Ｖｄを設定できる電圧幅を広くするこ
とにより、保持電圧Ｖｄを■２に較べてより高い電圧に
設定することができるようになる。Ｖｄをｖ２より高く
設定することにより、Ｈ′状態は安定化ＬＡＨ′状態の
Ｆ状態への移行を阻止することができる。こうした観点
Ａ為ら、液晶材料の改良を試みた結果、本発明者らは、
本発明に依る新規液晶組成物が広い電圧ヒステリシス幅
を有し、新駆動方式蓄積型液晶表示を可能にすることを
見い出した。

に１０〜９０重量％、好ましくは３０〜８０重量％、更
に好ましくは４０〜７０重量％、そしてカイラルネマチ
ック成分である４−シアノ−４′−２−メチルジチルピ
フェニルを一般に７〜３０Ｍ量チ、好ましくは７〜２０
重量％、更に好ましくは９〜１６重量％含む。液晶は液
体であるため、温度によシ粘度、誘電率などが変化する
。通常オフィスで使用する際には５〜４０℃程度の範囲
で安定した駆動ができれば良いと考えられているが、そ
のためには液晶材料にΔＶが大きいだけではなく上記温
度範囲で液晶が液晶相を呈し、かつ十分な応答速度を持
たねばならない。本発明のジアノビフェニル液晶は一般
にメゾレンジ（液晶相を示す温度範囲）が低く液晶→等
方性液体への転移点（ＮＩ点）が比較的低い。そこでメ
ゾレンジを拡げ、ＮＩ点を上げるためにＮＩ点の篩い液
晶、例９〜１６ｗｔ％が最も好ましい。これらの範囲を
はずれると、例えばシアノビフェニルが多過ぎると、書
き込み速度、駆動電圧などの温度依存性が大きくなり過
ぎる。また少な過ぎると、コントラストが悪くなるとか
、メゾレンジが狭いなどの問題が生ずる。また、カイラ
ルネマティックの場合、蓄積型液晶のらせん構造が混合
量で大きく影響を受け、多過ぎるとメゾレンジが狭くな
り、少な過ぎるとΔＶが大きくならない。

また、有効成分として、 （１）チオエステル成分 を一般に５〜７０重量％、好ましくＩｒ１５〜５０重量
％、更に好ましくは１０〜３００〜３０重量％チオエス
テルシクロヘキサン系成分（式中、Ｒ２はグチル基また
はペンチル基でちゃ、Ｒ５はメトキシ基、エトキシ基ま
たは（ントキシ基である。） を一般に５０〜７０重量％、好ましくＦｉ５〜５０重量
％、更に好ましくは５〜３０重量％、（３）　エステル
シクロヘキサン成分 を一般に５〜７０重量％、好ましくは５〜５０重量％、
更に好ましくは５〜３０重量％、（４）　シアノピリミ
ジン系成分 （式中、Ｒ４はペンチル基またはヘゲチル基である）を
一般に５〜６０重量％、好ましくは５〜５０重量％、更
に好ましくは５〜３０重量％、などを含めるとよい。

また、任意成分として、例えば、 （５）ンクロヘキサン系成分 ＋Ｊ：中、ＲｓＦｉエチル基、プロピル基、ペンチル基
またはへエチル基、Ｒ６はシアノ基である。）、（６）
アゾキシ系成分 （式中、Ｒ７はエトキシ基またはエチル基ＪＩ３はブチ
ル基またはエチル基である。） （７）　シアノターフェニル系成分 （式中Ｒ９は４ンチル基である。、）、あるいは（８）
ジオキサ／系成分 （式中Ｒ１０はプロピル基、ブチル基、〈ンテル基、ヘ
キシル基またはへブチル基である。）を、それぞれ、一
般に２〜４０重量％、好ましくは２〜３０重量％、更に
好ましくは２〜１０重量％、また、 （９）　コレステリック液晶を一般に７〜３０重量％、
好ましくは７〜２０重量％、更に好ましくは９〜１６重
量％含めてもよい。

これらの有効成分あるいは任意成分を適当に配合するこ
とによって、用途に応じて、使用温度、コントラスト、
駆動電圧、書き込み速度などを適当に選択することがで
きる◎ 使用ｍ度は５〜４０℃が、コントラスト比（透過）はｌ
：１２以上が、駆動電圧は低いほど良い。

書き込み速度１０　ｍｇ／１ｉｎｅ以下を達成するため
にも、これらの有効成分を使う。一般に、エステル系（
チオエステルを含む）は使用温度を拡げ、書き込みを速
くする。ビリミシン系は駆動電圧を下げ、書き込みを速
くする。シクロヘキサン系は使用温度（特に低温側を）
を拡くする。アゾキシ系はコントラスト比を増加する。

ターフェニル系は使用温度（特に高温側を）を拡くする
。ジオキサン系は駆動電圧を下げる。コレステリックは
ΔＶの大小、使用温度に影響する。

発明の実施例 例１ 下記組成からなる液晶組成物Ａを各成分を混合すること
によって作成した。

（＊：不斉炭素を表わす） ガラス基板に走査線５００本の透明電極（ＩＴＯ）をパ
ターニングした後、洗浄し、酸素プラズマで表面を処理
してから、エポキシ系接着剤で間隔１２μｍに組み付け
、単純Ｘ、Ｙマトリ、クス表示の液晶Ａ’ネルを作成し
、それに上記液晶組成物を封入した。この液晶表示装置
において、白濁状態から徐々に印加電圧を上げた場合と
、高い電圧を印加して透明状態にしてから印加電圧を徐
々に下げた場合の液晶セルの透明度を測定して液晶組成
物の電圧ヒステリシスを調べた。透明度の測定はＨｅ−
Ｎｅレーザー光を光源とし、液晶に照射し、透過光をシ
リコンフォトセルで検出し、その強弱によシ光学的変化
を電気的変化に変換する。その結果を第３図に示す。

以下余白 例２ 下記組成からなる液晶組成物Ｂを作成した。

例１同様にして、液晶組成物Ｂの光透過重電圧ヒステリ
シスを調べた。その結果を第４図に示す。

！ユ 下記組成からなる従来形のシクロヘキサン−アゾキシ系
蓄積型液晶組成物Ｃを作成した。

以下余白 成　分　重量％ ＣＨ３ＣＨ２０Ｃ）１２ＣＨ２０ＣＨ２ＣＨ２０ＣＯＯ
Ｃ２７Ｈ４５１２，９例１同様にして、液晶組成物Ｃの
光透過率の電圧ヒステリシスを調べた。その結果を第５
図に示す。

例４ 下記組成からなるもう１つの従来形のシクロヘキサン−
アゾキシ系蓄積型液晶組成物りを作成した。

以下余白 成　分　電量チ Ｃ２ｙＨ４ｓＢｒ　７．０ ＣＲ３（ＣＨ２）１２ＣＯＯＣ２７Ｈ４５７，９例１同
様にして、液晶組成物りの光透過率の電圧ヒステリシス
を調べた。その結果を第６図に示す。

第３図〜第６図から、前に定義した電圧ヒステリシス幅
ΔＶをめた。その結果は下記の通シである。

液晶組成物　電圧ヒステリシス幅 Ａ　３．３Ｖ Ｂ　３．２Ｖ ＣＯｖ Ｄ　ＯＶ ＶＳ ２１と同様にして、走査線８０Ｘ１２０ライン、有効表
示面積６０　Ｘ　９０　ｔｍ２の単純Ｘ、Ｙマトリック
ス表示液晶パネルを作成し、例１と同じ液晶組成物Ａを
封入した。この液晶表示装置を用い、前に説明した新駆
動方法に従って駆動した。保持電圧ｖｄは±２２．５Ｖ
である。反射コントラスト比は１：５以上であった。そ
して、５時間経てもコントラストは低下しなかった。

発明の効果 以上の説明から明らかなように、本発明により、電圧ヒ
ステリシス幅の大きい蓄積型液晶組成物が提供され、高
表示品質で大表示容量、かつキーデート対応が可能な液
晶表示装置が提供される。

【図面の簡単な説明】

第１図はコレステリック−ネマチック混合液晶の印加電
圧−光透過事変化を示す図、第２図は液晶分子配列を示
す図、第３図および第４図は本発明の実施例の液晶組成
物の電圧ヒステリシスを示す図、第５図および第６図は
従来例の液晶組成物の電圧ヒステリシスを示す図である
。 ｌ、１′・・・液晶分子、２・・・基板、３，４・・・
偏光板、Ｈ、Ｈ’・・・ホメオトロビ、り状態、Ｆ、Ｆ
ｏ・・・フォーカルコニック状態、ｖｄ・・・保持電圧
、ΔＶ・・・電圧ヒステリシス幅。 第１図 印加電圧 第２図 Ｈ（Ｈ’） Ｆ（Ｆｏ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、（＋）　一般式： （式中、Ｒは炭素原子数２〜９個の直鎖アルキル基であ
   る。） を有するシアノビフェニル系成分１０〜９０重量パーセ
   ントと、 （１１）式： を有する４−シアノ−４′−２−メチルブチルビフェニ
   ルフル３０重量パーセントとを含んで成ることを特徴と
   する液晶組成物。 ２、　コレステリック−ネマチック相転移、形の蓄積型
   液晶組成物を用い、印加電圧に対するヒステリシスに氷
   づいて同一の保持電圧で、光学的に異なる２つの安定状
   態を形成することによって表示を行なう液晶表示装置で
   あって、該液晶組成物が（１）一般式： （式中、Ｒは炭素原子数２〜９個の直鎖アルキル基であ
   る。）を有するシアノビフェニル系成分１０〜９０重量
   ・や−セントと、（１１）式二を有する４−シアノ−４
   ′−２−メチルジチルピッ工二ル７〜３０重量ノ９−セ
   ントを含んで成る液晶表示装置。