JPS6124430B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、ゲストホスト（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
をもつた（Ｐ型）ネマチツ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
にネマチツク液晶あるいはネマチツク液晶に光学
活性物質を添加した液晶組成物（ホスト）に二色
性染料（ゲスト）を混合し、電界によつて液晶分
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式があるが、その
中で、コレステリツク−ネマチツク相転移効果を
利用するホワイト・テイラー型GH（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、電圧を印加しない
時には第１図Ａに示す如くグランジヤン組織を形
成する。染料分子１はホスト液晶分子２の配向方
向にそろつて配向するので、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ため、あ
らゆる偏光面５を有するλmaxの光を効率良く吸
収する。従つて、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、着色する。次に、ある閾値電圧Vth以
上の電圧が印加されると第１図Ｂに示す如くホス
ト液晶２並びに染料分子１はホメオトロピツク配
向し、染料の吸光度は最低となつて、λmaxの光
は吸収されずに透過する。従つて、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。WTGH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つてカラー表
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つては特
に重要である。即ち、メイヤーソープ（Maier
−Saupe）理論から明らかなように、ネマチツ
ク−等方性液相転移温度（Ｔ_NI）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ト液晶の秩序度Ｓ
の温度依存性が小さい。従つて、Ｔ_NI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
性質によつ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 Ｓ＝Ａ／Ａ⊥−１／Ａ／Ａ⊥＋２ （０Ｓ１） なる関係がある。ここでＡとＡ百は染料を溶
解したホモジニアス配向液晶の配向方向にそれ
ぞれ平行および直角に直線偏光を入射した時の
吸光度である。従つて、このようにして求めら
れる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一つの指
標となる。 (3) 複屈折△ｎ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およびｎ⊥
の差ｎ−ｎ⊥である。 WT型表示装置にあつては、△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つたものである。本発
明は次の成分乃至を主として構成される。 即ち、 （尚、R₁〜R₉は炭素数２から５の直鎖状アルキル
基を表わし、シクロヘキサン環上の置換基はトラ
ンス配置をとつている。） 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
行なつた。Ｔ_NI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Ｔ_NI成分液晶を検討した結果、上記
成分、、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つた。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
成し、それぞれ別個に4′−（４−ペンチルシクロ
ヘキシル）−４−エチルビフエニル（成分の
例）を５重量％、4′（４−ペンチルシクロヘキシ
ル）−４−シアノビフエニル（成分の例）を５
重量％または4′−（４−ペンチルシクロヘキシ
ル）−４−（４−プロピルシクロヘキシル）ビフエ
ニル（成分の例）を４重量％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 を１重量％ずつ混合し、ホモジニアス配向処理を
施したセ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Ｔ_NI点を上昇させる効果があることは明らか
であるが、それに伴つて秩序度Ｓも向上している
ことがわかる。

【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
明者らは△ｎが0.10以下の液晶化合物を選択して
諸特性に及ぼす影響を種々検討した結果、△ｎが
0.06である４−（４−アルキルシクロヘキシル）
シクロヘキサンカルボニトリル（成分Ｉ）が最も
効果的であることを見出した。 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−フルオロフエニル ４−アル
キルシクロヘキサンカルボキ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（以下基本液晶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
オロフエニル ４−アルキルシクロヘキサンカル
ボ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系二色性染料を１重量％ずつ
混合して、吸光度を測定した。その結果を第２表
に示す。

【表】 この表からわかるように組成物４の秩序度Ｓは
基本液晶２の秩序度と同じ値を示すのに対して、
上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のそれを下回つている。従つて、
成分は秩序度を低下させることなく△ｎを低下
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
答速度の向上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上させ
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討した。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η₂₀が14cPと低いので減粘剤として
も有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しては
（４−アルキルフエニル）−４−アルキルシクロヘ
キサンおよび（４−アルキシフエニル）−４−ア
ルキルシクロヘキサンがある。前者は動粘率が
4cst、後者は粘度η₂₀が７〜10cPと報告されてい
る。前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）を調製した。この
組成物はＴ_NI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％ずつ混
合し、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
らわかるように、これら

【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。従つて、WT−GH型液晶表示のホス
ト液晶の減粘剤としては酸素原子を含まない（４
−アルキルフエニル）−４−アルキルシクロヘキ
サン（成分）が有効である。 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⊥、
ここにεとε⊥は、液晶分子長軸方向とそれぞ
れ平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が正のものを混合すれば良いが、その際、良
好なコント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
しては、４−（４−アルキルシクロヘキシル）−ベ
ンゾニトリル（成分）がその要求を満足するも
のである。一般には△εが正のネマチツク液晶に
光学活性物質を添加したコレステリツク液晶に於
て、Ｐ≪ｄの場合のコレステリツク−ネマチツク
相転移電圧Vthは次式で与えられる。 ここに、Ｐはコレステリツク相のラセンピツ
チ、ｄはセル厚、△εは誘電率の異方性、K₂₂は
ツイストの弾性定数を表す。上式よりわかるよう
に、成分の量を増減することにより、表示素子
の閾電圧Vthを調節することができる。また、前
述の成分およびＶ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10μ
ｍのツイステツドネマチツクセルに封入して測定
した電気光学的諸特性および物性定数を第５表に
示す。該組成物は−20℃で10日間保存しても結晶
析出は観察されない。従つて、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。

【表】

【表】

【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）ビフエニル1.3重量％を混合
し、セル厚７μｍの第３図に示したような3/2π
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表に比較して示し、また、
印加電圧対コントラスト比のグラフ第４図に示
す。第４図の横軸の印加電圧は閾電圧Vthによつ
て規格化してある。図中のl₁は本発明に係る組成
物、l₂は市販品である。この結果によつて明らか
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。

【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立す
ることが可能となる。またこの組成物は、WT−
GH型液晶表示装置に限らず他のGH液晶表示モー
ド、例えば偏光板使用型や二層型GH液晶表示装
置にも有用である。

【図面の簡単な説明】

第１図はWT−GH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
度特性を示す説明図である。第３図は3/2πツイ
ス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
WT−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、４……電
源、５……入射光および透過光の偏波面。

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 （ここにR₁〜R₉は炭素数２から５の直鎖状アルキ
   ル基を表わし、シクロヘキサン環上の置換基はト
   ランス配置をとつている。） のそれぞれを小なくとも１種ずつ含有して成りネ
   マテイツク相を示す液晶材料に、ゲストホスト効
   果型表示用の二色性染料を添加したことを特徴と
   する液晶組成物。 ２ 二色性染料としてアントラキノン系色素を用
   いた特許請求の範囲第１項記載の液晶組成物。