JPS61271383A - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は表示装置用液晶組成物、特に電界効果モードに
於てダイナミック駆動特性が良好なる液晶組成物に関す
る。

〔発明の概要〕

本発明は、液晶組成物において、少なくとも一般式”　
１−’ＪＦＤ−ＯＲ２で表わされるｆヒ合物、一般式Ｒ
３−伶＜ｇ；−ｏ−ＯＮで表わされる化合物、及び、一
般式Ｒ４＋Ｃ○Ｏ＋　ＣＮ　　で表わされるｒヒ合物を
用いることにより、光学的しきい値電圧の低下、急峻性
の向上、応答速度を速めるようにしたものである。

〔従来の技術〕

従来２表示装置用液晶組成物は、例１えば特開昭５４−
８３６９４号公報などに示さルているように、一般式Ｒ
−■−Ｃｏ（Ｊ−◎−０−Ｒ’（Ｒ＃　Ｒ’ｔｉ各々任
意の炭素数の直鎖アルキル基を示す）で表わされる化合
物（以後本文中に於てＫＣＨと略記する）などのＮｎ液
晶をベースにして、これらに一般式Ｒ”−＠−Ｃｏｏ−
＠−ＣＮ　（Ｒ’ｕ　任意）炭Ｘ１ｌ）［８アルキル基
を示す）で表わされるｆヒ合物（以後本文中に於てＰ−
Ｅと略記する）などのＮＦ液晶を添加し光学的しきい直
電圧を低下せしめる。但しＮＰ液晶の添加緻が多くなる
と後述の急峻性などの眠気光学特性が低下するので必要
以上にＮＰ液晶と添加することは得策でない。

Ｃ本発ＦＪＡが解決しようとする問題点及び目的〕今日
ネマチック液晶組成物に要求される特性の条件は ■電圧−透過率曲線の光学的しきめ値電圧付近の立ち上
がりが急峻であること（以後本文中に於て急峻性と略記
する） ■電圧のｉｆヒに対して透過率の応答速度が早いこと ■室温を中心として広い＠度ｗ！、囲で駆動できること
、即ち広いネマチック液晶範囲と持つとと ■化学的に安定で耐湿性・耐光件に優れること■駆動電
圧（または閾電圧）が自由に選べること などがある 単純マ）　ＩＪクス表示体に於てダイナミック駆動をし
た時、駆動回路によって選択電極部または非選択電極部
の液晶に印加さｈる更効戦圧を各々Ｖｏｎ　、　Ｖｏｆ
ｆ　　とし、走査電極の本数を１本とすれハ、比ｖｏ？
Ｉ／′７ｏｆｆは なる関係がありｈかが多くなるにつれて比Ｖｏ　ｎ／Ｖ
Ｏｆｆ　　も小さくなって行く。

一方、液晶表示装置の一つであるライス）−ネマチック
Φモードの液晶セルを直交偏光子間に置き、第１図に示
す電気光学特性測定装［を用いて該セル４の透過率を光
電増倍管で観察しながら駆動回路６により該セル４に印
加する実効電圧を変えて行くと嬉２図に示される如き電
圧−透過率曲が得られる。ＩＣ圧を上げて行き透過率が
変化し始める実効１１［を光学的しきい直電圧ｖｔｈ　
（本明細書中に於ては透過率とｌυチだけ変化させるの
に必要な実効電圧値をｖｔｈとする）、更に電圧を上げ
て行き透過率が光学的飽和電圧をＶｓａｔ　（本明細書
に於ては透過率を９０チ変化させるのに必要な実効電圧
値をＶｓａｔ　　とする）とすると、非選択電極部では
印加される実効電圧ｖＯｆｆ　が閾電圧ｖｔｈより小さ
ければ、即ち、 ＶＯｆｆ≦７ｔｈ　　　　　−＠−（２）であｈは電圧
が印加されていない時と比較してその透過率は変化せず
全く選択さルなく、選択電極部では印加される実効電圧
ｖｏｎが飽和電圧ｖ８αｔより大きければ、即ち ｖａｎ≧Ｖｓａｔ　　　　　・＠　＊（３）であれば透
過率は十分変化し選択された事になる従って（３）式を
（２）式で割れば となり、この関係式が成り立つ時非選択嵐極と選択１匝
の透過率の浬が＋・分となる。更に（１）式とΩ）式か
ら となる。走査線の本数３が多くなるにクル右辺は小さく
なりｌに近づいて行く、とのため選択１ｔｌｆｆｌと非
選択Ｗｌ鈑で十分なコントラストを得るＫはｖ８αｔ／
’ｖｔｈ　　もｌに近い方が有利となる。即ち箔２図の
電圧−透過率曲線の光学的しきい値電圧から光学的飽和
電圧にかけての曲線の勾配が急峻な程、コントラストを
一定（または良くした上に）走査線本数を増やす事がで
きる０以上が条件■が必要となる理由である。しかし従
来＆電気光学％性に於ける温度依存性の除去が重要視さ
れていた為条件■そのものを改良する具体的方策が示さ
れておらず間嘔である。

これに対して温度依存性はＩＣが安価になった現在温度
補償回路を駆動回路に組み込む事により容易に取り除く
事が出来るよりに成った。

他の問題点として応答速度がある。

静止画ｍｔ−表示する場合応答速度はそれ程問題となら
ない、しかしコンピュータ端末やワード・プロセッサー
などの様に画像と頻繁に切り換える必要のある場合、高
速応答性が要求されるようになる、テレビ画像などの動
画を表示する場合更に速い応答性が要求されるのは言う
までもない。

本発明は以上の問題点を解決するもので、その目的とす
るところは表示装置用のネマチック液晶組成物の急峻性
？改良しダイナミック駆動特性を向上させ、かつネマチ
ック液晶温度範囲を広くし動作温度範囲を広げ、更に化
学的に安定なネマチック液晶組成物を提供する事にある
。

〔間＠を解決するための手段〕

本発明の液晶組成物は少なくとも一般式が下記Ａで表わ
さｈるｆヒ含物の少なくとも一種、一般式が下記Ｂで表
わされる化合物の少なくとも一種。

及び一般式が下記Ｃで表わされる化合物の少なくとも一
種から成る事を４１ｉＦ＋微とする。

Ａ　＊　ａ　ｍ　Ｒ１−）＠４−Ｒ２ １３ｍ　＊　＊　Ｒ３−も◇台ＣＭ Ｃ＊　＊　、　Ｒ４−＠−Ｃｏｏ−＠−ＣＭ但し。

Ｒ１及びＲ２は炭素数１〜！２個の直鎖アルキル基 Ｒ３は炭素数１〜１０個の直鎖アルキル基Ｒ４＋″ｌ：
炭素数１〜１０個の直鎖アルキル基を表わす。

一般式Ａで表わされる化合物（以降本文中に於て化合物
Ａと略記する）は応答速度を速くするために有効なＮ九
液晶であり７重量％未満では効果が小さくその含有！ｌ
は多い程良い、しかし透明点が比較的低いため化合物Ａ
の含有量が６２重量％を越えるとネマチック液晶組成物
の透明点も低くなり、ひいてはネマチック液晶組成物の
ネマチック液晶範囲を狭くするため好ましくない、従っ
て化合物Ａの含有量は７重１′チ〜６２重ｔチが望まし
い。

一般式Ｂで表わされる化合物（以後本文中に於て化合物
Ｂと略記する）はＮＰ液晶でありその含有量の多少によ
り光学的しきい値環圧ｆ：低くまた高くできる。また、
透明点を高くするのに有利である。しかし、含有量を多
くし過ぎると急峻性などの電気先学特注の性能を低下さ
せ、また、共晶組成からのズレが大きくなり過ぎて凝固
点降下の効果が得られず低温に於て析出するように成る
。

従って化合物Ｂの含有１１３重量％から４０重ｔチが望
ましい。

一般式Ｃで表わされる化合物（以後本文中に於て化合物
Ｃと略記する）もＮＰ液晶でありその含有量の多少によ
り光学的しきい値電圧を低くまた高くできる。光学的し
きい値電圧が低ければそれに比例して液晶駆動用回路の
最大定格出力電圧も低くて済み、安価な工Ｃが使えるた
め有利となる。

しかしＰ−コ液晶の含有量を多くし過ぎると急峻性など
の電気先学特注の性能を低下させ、透明点を低くし液晶
＠度範囲を狭くするなどの好ましくない影響が出る可能
性があるのでこの含有量は週間にしない方が良い、即ち
５重緻チから３０ｉ１ｔチが望ましく、より望ましくは
８重ｔｑ６から２２．５重量係である。

〔実施例〕 以下２本発明について実施グＩに基づき詳細に説明する
。

尚、液晶組成物の特性の測定は次の如く行った。

第１図１−ｔｗｔ気光学特性に対する測定系を表わした
ものである。測定セル５はガラス製基板の片面に蒸着な
どの′ＦＪ作により酸化錫などの透明ｘｉを設け、見に
その面を有機薄膜で覆い配向処理を施した上、スペーサ
ーの役割を兼ねたナイロン・フィルム製の枠を間に挾ん
で液晶を封入した時液晶層が所望の厚みと成るように二
枚の該ガラス基板を対向させて固定したものであり、該
セルの両面には各々一枚づつの偏光、阪１ｆｃｔ王が印
υ口されていない時光が透過し、電圧が印加さルた時尤
が遮断されるように偏光軸の向きを調整して貼付けであ
る。

尚５本文中に於てガラス基板とガラス基板の間隔（即ち
液晶層の厚さをセル厚と略記する。）白色光源１から出
た光ｇｈレンズ系２？通りセル３に垂直方向から入射し
、後方に設けられた検出器でその透過光強度が測定され
る。この時セル３には駆動回路５によりて任意Ｏ実効直
電圧を持つ周波数１キロ番ヘルツの交番矩形電圧を印加
さルている。

第１図の測定系を用いて液晶セル茫測定した電圧−透過
率曲線が嘉２図でおる。飢２図に於て透過率は通常の印
加電圧範囲で最も明るくなった時及び最も暗くなった時
の透過率を各々１００％及び０チとして表わし印加電Ｉ
Ｅｔ透過率１００チの電圧から始めて徐々に上げて行き
透過率が１０％だけ変化した時の実効値電圧を光学的し
きい値電圧ｖｔｈまた更に印加電圧を上げて透過率が１
００チの時から９０チ変ｒヒした時の実効値電圧を光学
的飽和電圧ｖ８αｔ　と各々定める。この時、電圧−透
過率曲線の光学的しきｈ値眠圧付近の立ち上がり（即ち
急峻性）はＴ式に於けるβ値として定められる。

点燈時（マトリクス・セルに於て選択された時）の実効
値電圧（Ｖｏｎと艮わｒ）がＶｓａｔ　に等しく。

非点燈時（非選択時）の実効値電圧（ＶＯｆｆ　　と表
わす）がｖｔｈに吟しい眠気信号が印加された時各々透
過率が９０９６及び１０チと成り１画素の点燈及び非点
燈が認識される事と成る。更に言えばＶｏｎ　カＶａａ
ｔ　　Ｊ：　（Ｑ　ヤヤ大きく、Ｖ６ｆｆ　ｌ）ｉ　Ｖ
ｔｈ　　Ｊ：　リやや小さけルば各々の透過率は９０チ
以上と１０チ以下ト成ル、　コノ時ｖｏｔｔ、ｌ’１ｏ
ｆｆ　＞　Ｖｓａｔ／Ｖｔｈ　＝　Ｉ　’ｔ’ある。こ
れとけ逆にｖｏｔＬがＶｓａｔ　より小さく。

ＶＯｆｆがｖｔｈ　　より大きければ各々の透過率は９
０％以下と１０チ以上と成り視認性が悪くなってしまう
、即ちＶａｎ／Ｖｏｆｆ　（Ｖｓａｔ／Ｖｔｈ　＝　Ｉ
　ｌｋ　ルＭ号亀圧が印加さにた場合視認性が悪くなる
のである。

この様にβ値が電気信号の実効電圧比ＶＱ　？Ｌ／ｖＱ
ｆｆより小さければ視認性の良い画素表示が得らｈ％同
じＬｉｌｌ１慮表示を得るのにβ値が小さい程ＶＱ　７
１／１７．ｆｆ比本小さく済む、単純マトリクス表示体
では走査線本数？多くする程ｈ　ＶＯ’ｒＶ′ＶＯｆｆ
　　が小さくなるためβ値も小さい（１に近づく）事が
必要である。

以上β値は”ＩｏｆＶ／ｖｏｆｆ　が許容される最小値
金示すためマルチプレックスＬ＃性の指標となる。

印加電圧の変ｆヒに対する応答速度は次の通りとする。

印加する実効値電圧？瞬間的にｖｔｈからＶｓａｔ　　
へ切り換えた時定常状態での各々の実効電圧に対する透
過率同志の差の９０チだけ透過率が変ｆヒするのに斐す
る時間（即ち透過率が９０４から１８％へ変化するのに
要する時間）をミリ秒単位でＶｏｎ表わし、同様にＶｓ
ａｔ　からｖｔんへ実効値電圧を瞬間的に切り換えた時
定常状態での各々の実効電圧に対する透過率同志の差の
９０チだけ透過率が変「ヒするのに要する時間（透過率
が１０チから８２チへ変化するのに髪する時間）をミリ
秒単位でＴＯｆｆ　　と表わす、　’ｒｏ７ＬとＴＯｆ
ｆ　　を足したで（ミリ秒単位）を以て応答速度の指標
とする。

尚、一般に印加電圧１ｏから任意の電ＥＥ　ｖ　（Ｖ）
へ瞬間的に切り換えてから透過率が０の状態から匍チへ
変化するのに侠する時間をｔｏｎ　、印加ＩＩＥａＥを
τから０へ瞬間的に切り換えてから透過率が１００％の
状態からｌＯチ変変化るのに要する時間をｔｏｆｆ　　
とすると下記の式で表わされる事が知られている（参考
文献：　Ｍ、Ｅｃｈａｄｔ０日本学術振興会情報料学用
有機材料嬶１４２委員会八部会（液晶グループ）第１１
回研究会資料、１９７８年）。

ｔｏｎ　＝η／（６０４６ｇ”−Ｋ（７）”　）；ｄ”
　ａ　η／（ｔ　ｏ　ＩＪ　ｇ　ｖ”　Ｋπ”　）ｔ　
ｏｆｆ　＝　７／”　（７）　” ＝ｄ２・η／シ１ （ここでηはバルク粘度、ε０け真空誘電率、／Ｉεは
相対誘電率の異方性、Ｅは電場、Ｋにに１１十に３３−
２　Ｋｕ　）　／　４なる弾性定数項、ｄはセル厚と各
々表わしη、ｄεおよびＫは液晶組成物に個有である）
、定ってｔｏｆＬ及びｔｕｆｆ　ｕ共にｄ２に比例して
長くなる。

本冥掩例で定義したでなる応答速度もセル厚と密接な関
係があり、定性的ではあるがセル厚が薄いとτは短かく
、セル厚が厚いと長い傾向？見出した。これらの関係は
当業者ならば納得するに難くない、従って同じ液晶組成
物を用いて液晶表示体？作った場合セル厚を薄くする程
応答速度？速くする事ができる。

一方、急峻性βはセル厚ｄ（μ）と屈折率異方性△ｎＱ
Ｄ積であるΔｎ、ｄが０．８〜１．０付近の時最も小さ
くなる（最良となる）事が見出されている（参考文献二
山崎淑夫、竹下裕、永田光夫、宮地幸夫、　　Ｐｒｏｃ
ｅｅｄｉｎｇｓ　　ｏｆ　　ｔｈｅ　　３ｒｄ　　工ｎ
ｔｅｒｎａｔｌｏ？ＬａｌＤｉｓｐｌａｙ　Ｒｅ５ｅａ
ｒｃｈ　Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ　　”：ｒｈｐｈＮＤ工
８ＰＬＡＹ’８３’　、　３２０頁：１９８３年、■Ｓ
より）、従ってコントラストを重視する場合セル厚ｄを
△ｎｏｄが０．８〜１゜０付近に成る様に液晶表示体を
作るのが最も得策であり、液晶組成物の急峻性の比較も
このセル厚で行うのが最も受画であると考えられる。応
答時間も先に配した如くセル厚と関係するため液晶送我
物の応答時間を比較するには適当な厚みで測定する事が
必要である。

以上を鑑み２本ｌ１１１では急峻性、応答速度及び閾電
圧の測定は全て急峻性βが最小となるセル厚のセルを用
いて測定した。

測定温度は全て摂氏２０度とした。

また配向の均一性を高めるため本発明のネマチック液晶
組成物に微量のコレステリック物！Ｘを添加したものを
セルに封止した。

ネマチック液晶相の安定性はセルに封入した状態で高温
液晶性及び低温液晶性を以て表わした。

即ち年モ均気温の千年値が東京で１５℃、部組でｎ℃で
ある（総理府統計縄編「日本の統計」昭和５５年度版６
，７頁）から室温をに℃と仮定しセルを恒温槽に設置し
、そ？Ｌより更に刀℃高い温度に於てネマチック相が安
定か否か？高温液晶と称することにし、ネマチック相が
安定なら○印、等方性液体（１ｓｏｔｒｏｐｉｃ　１ｉ
ｑｕｉｄ）ならＩで表わす、低温液晶性はセルと設置し
た恒温槽の温度？加℃から始め１日につき５℃づつ下げ
て行った時、室温として仮定した２０’Ｃより３［）　
’０１ｋ　＜なった時（即ち恒温槽温度−１Ｏ℃）、ネ
マチック液晶相が安定か否かを低温液晶性と称し、ネマ
チック相が安定なら○印をスメクチック相ならＥｍを固
体状態を呈しているかまたは析出を生じていればＸ印を
以って表わす。

〔実施ダ１−１〕 本発明による実施例−１の組成及び特性？第１表に示す
、但し本芙施汐１１は化合物Ｂとして一般式Ｒ３−）ベ
シ）ｃＨ（式中Ｒ３は炭素数１〜１０個の直鎖アルキル
基を示す）で表わされる化合物（以後本文中に於てＰＭ
Ｒと略記する）　＊　ｘ６．２ｇ５１％と化合物Ｃとし
て一般Ｅ　”　４−＠−Ｃｏｏ−＠−ＣＮ　（ｉ中Ｒ４
け炭素数１〜ｆｔ１個の直鎖アルキル基を示す）で表わ
される化合物（以後本文中に於てＰ−Ｋｉと略記する）
を１２．２重量％含有して成る事を特徴としている。

また、従来例としてＥＣＭ及びＰ−Ｅを含有して成る液
晶組成物の組成及び特注を嘉２表に示す。

従来例−１で急峻性を畏わすβ値が１．２６５であるの
に対して、実施ダＪ−１のβ値は１．２５２と良好であ
る。

光学的しきい１直電王ｖｔｈ、は、従来例−１が２．５
９７であるのに灯して、実施例−１のｖｔｈは１．８０
Ｖと大幅に吐くなっている。

更に、応答速度も従来１１Ｈ＋−１が４４４ミリ秒であ
るのに対して、実施例−１ｔ′１２９５ミリ秒とからな
り改善されている。

実施例−１は摂氏５０度に於ける高温液晶性及び摂氏マ
イナス１０度に於ける低温液晶性もあり。

十分安定で５通常の表示体に用いるのには十分広いネマ
チック液晶温度範囲を有している、更に摂氏マイナス４
０度に於いても液晶性を有し、かなり厳しい条件下での
表示体にも用いることが可能である。

以上、本発明による実施？’！＋−１は、従来例−１と
比較して光学的しきい値電圧ｖｔｈは大幅に低下し、β
］直もかなり改善されている。更に応答速度も速く、ネ
マチック液晶温度範囲も十分である。

ｖＸ　　ｌ　　艮 第　　２　　表 〔実施ＩＦＩ−２） 本発明による実施例−２の組成及び特性を嬉３表に示す
、但し本実＃Ａ例はＰＭＲを１６．２重置チと１’　−
１！ｉ　１！ｃ６．８重ｔ％含有して成る事を・特徴と
している。

また、従来例−１の組成及び特性を菓２表に示す。

従来例−１″Ｃ急峻性を表わすβ値が１．２６５である
のに対して、実施列−２のβ値は１．２５０と良好であ
る。即ち単純マトリクス電極を用いた液晶パネルに於て
透過率？選択ＩＥｌｉで１０チ以下（暗状態）に、非選
択邂隠で９０チ以上（明状態）に各々するためには、従
来帥−１では走査電属の数は。

１７本以下しか駆動できないのに対して、実施例−２で
は２１本以上駆動することができる。

光学的しきＩＡ　（ｆＬ　Ｉｔ圧Ｖｔｈ’ｒｉ、従来１
３’ｌｌ　−１カ２．５９Ｖであるのに対して、実施例
−２のｖｔｈ、は１．８２Ｖと大幅に低下して−る。

更に、応答速度も従来例−１が４４４４１７秒であるの
に対して、実施例−２ｔ：ｊ：　２６４ミリ秒とかなり
高速になっている。

実ＩＮ例−２は摂氏５０度に於ける高温液晶性及び摂氏
マイナス１０度に於ける低温液晶性もあり十分安定で、
通常の表示体に用いるのには十分広いネマチック液晶温
度範囲を有している。更に。

詳しくは、高旦側では摂氏６０度に於ても、また低温側
では摂氏マイナス４０度に於ても液晶性を有し、苛酷な
条件下での表示体にも用いることが可能である。

以上、本発明による実施ｆｌ＋−２は、従来例−１と比
較して、光学的しきい値電圧ｖｔｈが大きく低下し、β
値もかなり改善されている。更に応答速度も速く、ネマ
チック液晶温度範囲も十分広い。

嬉　　３　　表 〔発明の効果〕 以上述べたように１本発明によれば、少なくとも一般式
Ｒ１４−９−０−Ｒ，で表わされる化合物、一般式Ｒ３
−合（Σ’ｌＣＮで表わされる化合物、一般式Ｒ４−＠
−ＣＯＯ−＠−ＣＮで表わされる化合物を用いてネマチ
ック液晶組成物を構成した事により最もネマチック液晶
温度範囲の広いものでは摂氏マイナス４０度から摂氏６
０度の温度範囲で駆動でき、急峻性が優れ、応答速度が
速く、更に光学的しき＾値電圧が低く、ダイナミック駆
動特性に優れたネマチック液晶組成物を得ることができ
る。

本発明によるネマチック液晶組成物を用いればツイスト
ネマチックモードを始めとし、ゲスト。

ホスト効果モード（ホスト液晶として）などの表示素子
に於て優れた表示コントラストラ得るのに多大の効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例に於て用匹た測定ｉ置を茂わすハード図
、第２図は該測定装ｖ！ｔｅ用ｉて一般的に得られる相
対透過率−実効電圧の変〔ヒを示した曲線図。 １　優　会　光ねちミ ２・・光線 ３・リレンズ及びフィルター系 ４・−セル ５・・受光部（光社増培管） 以上

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 少なくとも一般式が下記Ａで表わされる化合物の少なく
   とも一種、一般式が下記Ｂで表わされる化合物の少なく
   とも一種、及び一般式が下記Ｃで表わされる化合物の少
   なくとも一種から成る事を特徴とする液晶組成物。 Ａ・・・▲数式、化学式、表等があります▼ Ｂ・・・▲数式、化学式、表等があります▼ Ｃ・・・▲数式、化学式、表等があります▼ 但し、 Ｒ＿１及びＲ＿２は炭素数１〜１２個の直鎖アルキル基 Ｒ＿３は炭素数１〜１０個の直鎖アルキル基Ｒ＿４は炭
   素数１〜１０個の直鎖アルキル基を表わす。