JPS61275386A - 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・Ｉり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、少なくとも一般式月１
−■−ｏ−ｏＲｔで表わされる化合物、一般式Ｒ３４−
＠−ＯＲ４テ表わされる化合物、一般式Ｒ，−＠−Ｃ！
００−−＠−ＯＮ及びｂ　曇昏ｃＮで表わされる化合物
、一般式Ｒフ−＠−ｏ−ｏ−■−＆で表わ爆れる化合物
、及び一般式Ｒｅ　＠−〇　〇　〇　＠−Ｆ　で表わさ
れる化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念もの
である。

〔従来の技術〕

従来、表示装置用ネマチック液晶組成物は、例えば特開
昭５４−８３６９４号会報などに明示されてイル！５Ｇ
’Ｃ１−般式Ｒ−＠−ｃｏｏ−＠−ｏ−Ｒ’　　（Ｒ、
Ｒ’　ｄ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ＥＯＨと略記する
）などのＮｎ液晶をペースにして、これらに一般式ｆ−
＠−ｃｏｏ−＠−ｃａ　（Ｒ”は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Ｐ−Ｅと略記する）などのＮｐ液晶を添加し光学的し
きい値電圧を低下せしめる。但し、即液晶の添加量が多
くなると後述の急峻性などの電気光学特性が低下するの
で必要以上にＮｐ液晶を添加することは得策でない。更
に上記猟液晶及びＮｐ液晶に加えて一般式ｆ−＠−ｏ−
ｏ−ＣＮ（Ｒ＃は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などを添加する事により透明点を
高くし液晶温度範囲を広くしている。

〔発明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い値電圧寸近の立ち
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） ■　電圧の変化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温度範囲で駆動できること、
即ち広いネマチック液晶範囲を持つこと ■　化学的に安定で耐湿性・耐光性に優れること ■　駆動電圧（まｔけ閾電圧）が自由に選べること などがある。

単純マトリ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几は非選択電極部の液
晶に印加される実効電圧を各々ｖｏｎ　、ｖｏｆｆとし
、走査電極の本数を１本とすれば比Ｖ。ｎ／Ｖ６７７”
は ｖａｎ／Ｖｏｆｆ＝　ＪＴＥ；７石／（ｆ　−１）　　
＝　（１）なる関係があり、ｎが多くなるにつれて比Ｖ
ａｎ／Ｖｏｆｆも小さくなって行く。

一方、液晶表示装置の一つであるツイスト・ネマチック
・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置を用いて該セル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第２図に示される如き電
圧−透過率曲が得られる。電圧を上げて行き透過率７’
ｌ’−変化し始める実効電圧を光学的しきい値電圧ｖｔ
ん（本明細書中に於ては透過率を１０チだけ変化させる
のに必要な実効電圧値をｖｔんとする）、更に電圧を上
げて行き透過率が光学的飽和電圧をｖ８αｔ（本明細書
中忙於ては透過率を９０チ変化させるのに必要な実効電
圧値をｖ　ｓａｔ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より小ざけ
れば、即ち Ｖｏｆｆ　＜Ｖｔｈ　　　　・・・・・・・・（２）で
あれば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れなく、選択電極部では印加され
る実効電圧ＶＯｆＬが飽和電圧ｖ８αｔより大きければ
、即ち ｖ　ｏｎ　：ｚｖ　ｓａｔ　　”−・（３）であれば透
過率は十分変化し選択され几事になる従って（３）式を
（２）式で割れば となり、この関係式ｈ’−成り立つ時非選択電極と選択
電極の透過率の差が十分となる。更ｋ（１）式と（４）
式から 耀＜、　ＪＣ、／ＴＬ＋　１　）／（β−１）　・・・
・・・・・（５）となる。走査線の本数ｎが多くなるに
つれ右辺は小さくなり１に近すいて行く。このため選択
電極と非選択電極で十分なコントラストを得るには、ｖ
８αｔ７ｖｔｈも１に近い方が有利となる。即ち第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（または良くシ次上に）走査線本数を増やす事が
できる。以上が条件■が必要となる理由である。しかし
従来、電気光学特性に於ける温度依存性の除去が重要視
されてい几為条件■そのものを改良する具体的方策が示
されておらず問題である。これに対して温度依存性はＩ
Ｃが安価になった現在温度補償回路に組み込む事により
容易に取り除く事ｂ；できるように成った。

他の問題点として応答速度がある。

静止画像を表示する場合応答速度はそれ糧問題とならな
い。しかし；ンビエータ端末やワード・プロセッサーな
どの様に画像を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。テレビ画傷などの動画
を表示する場合更に速い応答性ｂｔ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
を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。

〔問題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
される化合物の少なくとも一種、一般式が下記Ｂで安わ
される化合物の少なくとも一種。

一般式ｈ＝下記Ｃで表わされる化合物の少なくとも一種
、一般式６”−下記り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Ｅで表わされる化合物の少なく
と４一種から成る事を特徴とする。

Ａ　”・・”　Ｒｔ−＠−ｏ−ｏ−ＲｔＢ　・・−、−
Ｐｉｊ−＠−＠−０−Ｒ＋０　＝＝　ｍ−＠−ｃｏｏ−
＠−ａｍ　、　Ｒｅ−＠−＠−０ＮＤ　・・・・φ・　
ＲツーくＥレーぐ＝会−ｏ−ｅ−ｂＫ　−−−−−−ｎ
ｏ−＠−ｃｏｏ−＠−ｐ但し、 Ｒ１及びカは炭素数１〜１２個の直鎖アルキル基ゐ及び
丸は炭素数１〜１２個の直鎖アルキル基胞は炭素数１〜
１０個の直鎖アルキル基Ｒ６は炭素数１〜１２個の直鎖
フルキル基Ｒ丁及びＲａは炭素数１〜１０個の直鎖アル
中ル基−は炭素数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（以後本文中釦於て化合物
Ａと略記する）は応答速度を速くするために有効な践液
晶であり７重量％未満では効果が小さくその含有量は多
い程良い。しかし透明点が比較的低い几め化合物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几め好ましくない。従って化
合物Ａの含有量は７重量％〜６２重量％が望ましい。一
般式Ｂで表わされる化合物（以後本文中忙於て化合物Ｂ
と略記する）は従来の単なる血液晶及びＮｐ液晶から成
るネマチック液晶組成物に添加する事により急峻性を向
上させ、かつネマチック液晶温度範囲も広げるために用
い几ものであり、２ｗｔ％未満では効力がなくその含有
量は多い穆良い。しかし８０ｗｔ％を越えると共晶組成
からのズレが大きく成り過ぎて凝固点降下の成果が得ら
れず低温に於て析出するように成るｔめ・２重量％〜８
０重量％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）はＮｐ液晶でありその含有量の多少によ
り光学的しきい値電圧を低くま九高くできる。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入、安価なＩＣ力を使える
友め有利となる。

しかしｐ−ｘ液晶の含有量を多くしすぎると急峻性など
の電気光学特性の性能を低下させ、透明点を低くし液晶
温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過度にしない方が良い。即ち
５重量係から３０重量％が望ましく、より望ましくは８
重量％〜２２．５重Ｊｉ％である。

一般式りで表わされる化合物（以後本文中に於て化合物
りと略記する）はネマチック液晶組成物の透明点を高く
するのに有効である。しかし５重量％未満では効果力を
小さくその含有量は多い程良い。しかし３０重ｔＳを越
えると低温でスフメチツク相が出現し好ましくない。従
りて化合物りの含有量は３〜３０重量％が望ましく、よ
り望ましくＦ！５〜２５重量係であ重量 一般式Ｅで表わされる化合物（以後本文中に於て化合物
Ｅと略記する）は急峻性の向上及び光学的しきい値電圧
を低くするのに効果がある。しかし化合物Ｅけ透明点が
低い几め多量に添加するとネマチック液晶組成物の透明
点を低くする。従って化合物Ｅの含有景は１５重量％ｂ
ｔ望ましく、より望ましくけ１０重量係以下である。

〔実施例〕

以下、発明明忙ついて実施例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図は電気光学特性に対する測定系を表わし念もので
ある。測定セル３はガラス製基板の片面に蒸着などの操
作により酸化錫などの透明電極を設け、更にその面を有
機薄膜で覆い配向処理を施し九上、スペーサーの役割を
兼ねぇナイロン・フィルム製の枠を間に挾んで液晶を封
入し九時液晶層が所望の厚入と成るように２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１枚づつの偏光板を電圧が印加されていない時
光、６を透過し、電圧が印加され九時光が遮断されるよ
うに偏光軸の向きを調整して貼付けである。

尚、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
逢光線はレンズ系２を通りセル３に垂直方向から入射し
、後方に設けられ念検出器でその透過光強度が測定され
る。この時セル５には駆動回路５によって任意の実効値
電圧を持つ周波数１キロ・ヘルツの交番矩形電圧を印加
されている。第１図の測定系を用いて液晶セルを測定し
ｔ電圧−透過率曲線が第２図である。第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
暗くなっ几時の透過率を各々１００チ及び０％として表
わし印加電圧を透過率１００チの電圧から始めて徐々に
上げて行き透過率が１０チだけ変化した時の実効値電圧
を光学的しきい値電圧ｖｔｈま之更に印加電圧を上げて
透過率が１００係の時から９０ｃｓ変化し次時の実効値
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い値電圧付近の立ち上が
り（即ち、急峻性）は下式に於けるβ値として定められ
る。

　ｓａｔ β＝ｖｔｈ 点燈時（マトリクス・セルに於て選択されり時）の実効
値電圧（Ｖ（１％と表わす）　ｈ＠　Ｖ　ｓａｔ　　に
等しく、非点燈時（非選択時）の実効電圧（Ｖｏｆｆ　
　と表わす）がｖｔｈに等しい電気信号ｈｚ印加された
時各々透過率が９０係及び１０チと成り９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がｖ
８αｔよりやや大き（、Ｖｏｆｆが　Ｖｔｈよりやや小
さければ各々の透過率は９０チ以上と１０係以下と成る
。この時Ｖ　ｏｗ’Ｖ　ｏｆｆ　＞　Ｖ　ｓαｔ７ｖ訣
＝βである。これとけ逆にＶａｎがｖ８αｔより小さく
、Ｖ　ｏｆｆがｖｔｈより大きければ各々の透過率は９
０％以下と１０％以上と成り視認性が悪くなってしまう
。即ち、ｖａｎ／ｖ　ｏｆｆ　＜　Ｖ　ｓａｔ／Ｖｔん
＝βなる信号電圧が印加され次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Ｖｔｙｎ
／Ｖｏｆｆより小さければ視認性の良い画素表示が得ら
れ、同じ画像表示を得るのにβ値が小さい穆Ｖｏｎ／Ｖ
ｏｆｆ比も小さく済む。単純マトリクス表示体では走査
線本数を多くする程ｖ　ｏｎ／ｖ　ｏｆｆが小さくなる
念めβ値も小さい（１に近づく）事が必要である。以上
β値けｖ　ｏｎ／ｖ　ｏｆｆが許容される最小値を示す
ｔめマルチプレヴクス特性の指標となる。

印加電圧の変化に対する応答速度は次の通りとする。印
加する実効値電圧を瞬間的にｖｔｈからｖ８αｔへ切り
換え九時定常状態での各々実効値電圧に対する透過率同
志の差の９０壬だけ透過率が変化するのに要する時間（
即ち透過率が９０俤から１８チへ変化するのに要する時
間＞ｆミ’）秒単位でＴｏｎと表わし、同様にｖ８αｔ
からＶｔんへ実効値電圧を瞬間的に切り換え次時定常状
態での各々の実効電圧に対する透過率同志の差の９０俤
だけ透過率が変化するのに要する時間（透過率が１０チ
から８２チへ変化するのに要する時間）をｊ　１７秒単
位でＴ　ｏｆｆと表わす。ＴｏｎとＴ　ｏｆｆを足した
Ｔ（４１Ｊ秒単位を以て応答速度の指標とする。

尚、一般に印加電圧をＯから任意の電圧ν（男へ瞬間的
に切り換えてから透過率が００状態から９０チへ変化す
るのと要する時間をｔｏｎ、印加電圧をνから０へ瞬間
的に切り換えてから透過率が１００チの状態から１０％
変化するのに要する時間を、ｔ　ｏｆｆ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、Ｂ
ｃｈｃＬｄｔ、　　日本学術振興会情報科学用有機材料
第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／Ｃｔ　Ａｔｅ”　−Ｋ　（７）”）＝　ｄ
”　・ｙｔ／（８０，７１ｔν”−Ｋｇ２）ｔ　ｏｆｆ
　＝η／Ｋ（７，＞” ＝ｄ２・η／にπ２ （ここで、ηはバルク粘度、＃。は真空鰐電率。

Ａ−は相対誘電率の異方性、Ｅは電場、にはに１１＋に
２．−２に２□）／４なる弾性定数項、ｄけセル厚を各
々表わし、η、　ΔεおよびＫは液晶組成物に個有であ
る）。従ってｔｏｎ及びｔ　ｏｆｆは共にｄ２に比例し
て長くなる。

本実施例で定義し７ｔＴ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Ｔは短か
く、セル厚が厚いと長い傾向を見出した。これらの関係
は当業者ならば納得するに難しくない。従って同じ液晶
組成物を用いて液晶表示体を作っ九場合セル厚を薄くす
る程、応答速度を速くする事ができる。

一方、急峻性βけセル厚ｄ　（ｐ）と屈折率異方性Δｎ
の積である△ｎ＠ｄが０．８〜１．０寸近の時、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
：山崎淑夫、竹下　裕、永田光夫、宮地幸夫、　Ｐｒ０
６ｅｅｄｉＩｒＬ（１Ｂ　Ｏｆ　ｔｈｅ　３ｒｄ工ｎｔ
ｅｒｎａｔイＯ？ｌα１ｖｉｓｐｌａｙ　Ｒｅａｅａｒ
ｃｈ　ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅｔ　＃ＪＡＰＡＮ　Ｄ工８
ＰＬＡＹ／８３”、３２０頁：　１９８３年、■８１１
））。従ってコントラストを重視する場合、セル厚ｄを
Δｎ・ｄが。

０．８〜ｔＯけ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
行うのが最も妥当であると考えられる。

応答時間も先に記し九如くセル厚と関係する几め液晶組
成物の応答時間を比較するｋは適当な厚みで測定する事
が必要である。

以上を鑑み、本実施例では急峻性、応答速度及び、１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
用いて測定し九〇 測定温度は全て摂氏２０度とした。

ま几配向の均一性を高める之め本発明のネマチック液晶
組成物に微量のコレステリリク物質を添加したものをセ
ルに封止し友。

ネマチック相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７以て表わし九〇即ち年平均気温
の平年値が東京で１５℃、那覇で２２℃である（総理府
統計局編「日本の統計」昭和５５年度版　６，７頁）か
ら室温を２０℃と仮定しセルを恒温槽に設置し、それよ
り更に３０℃高い温度に於てネマチック相が安定か否か
を高温液晶と称することにし、ネマチ９り相が安定なら
Ｏ印、等方性液体（１ｓｏｔｒｏｐｉｃ　１ｉｑｕｉｄ
）なら１で表わす。低温液晶性はセルを設置し几恒温槽
の温度を２０℃から始め１日につき５℃ずつ下げて行っ
た時、室温として仮定した２０℃より５０℃低くたつ之
時（即ち、恒温槽温度−１０℃）、ネマチック液晶相ｈ
％安定か否かを低温液晶性と称し、ネマチック相ｂＺ安
定なら○印を、スメクチック相なら論固体状態を呈して
いるがまｔは析出を生じていればＸ印を以って表わす。

〔実施例−１，２〕 本発明による実施例−１及び、実施例−２の組成及び特
性を第１表に示す。但し、本実施例は化合物Ｅとして一
般式Ｒ，−０−Ｃｏｏ−＠−Ｋ　（式中Ｒ０は炭素数１
〜１０個の直鎖アル千ル基を示す）で表わされる化合物
を含有して成る事を性徴としている。

ま念、従来例としてＥＯＨ及びＰ−Ｅを含有して成る液
晶組成物の組成及び特性ｔ−第２表に示す。

従来例−１で急峻性を表わすβ値力”−１，２６５であ
るのに対して、実施例−１のβ値はｔ２４５　、実施例
−２のβ値は１２２８と良好である。即ち、単純マトリ
クス電圧を用いた液晶パネルに於て透過率を選択電極で
１０チ以下（暗状態）に、非選択電極で９０チ以上（明
状態）に各々する九めには、従来例−１では走査電極の
数は、１７本以下しか駆動できないの忙対して実施例−
１では２３本以上、実施例−２では２５本以上駆動する
ことができる。

光学的しきい値電圧も従来例−１が２．５９７であるの
に対して、実施例−１は２．１６Ｖ、実施例−２Ｂ２．
２０Ｖであり、いずれも極めて良好である。

更に、応答速度も従来例−１が４４４　ｊ　１７秒であ
るのに対して、実施例−１が１８２ミリ秒、実施例−２
ｈｔ　１９２ミリ秒であり、いずれもかなり改善されて
いる。

実施例−１，２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、十分安宇
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。

特に実施例−２は、摂氏マイナス２０度から摂氏７０度
まで、ネ１チック温度範囲を有し、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、従　；−１のβ値が１２６５であるのに対して１
本発明　よる実施例−１ｆ′１ｔ２４３　、実施例−２
は１２２８と極めて良好である。また光学的しきい値電
圧も低く、応答速度も速い。更にネマチック液晶温度範
囲も十分である。

第１表 第２！！ 〔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
Ｒｌ−＠＠−０−Ｒｔで表わされる化合物、一般式Ｒｓ
−Ｑ−０／−０−Ｒａで表わされる化合物、一般式力く
−Ｃｏｏ−０−ＯＮ　及ｒｊＦ４−＠−ｏ−ａｍ　テ表
ｈｇｈル化合物、−般式Ｒ？−＠＠噂−＠−Ｒａテ表ｂ
　サレル化合物、一般式Ｒ９−６−Ｃｏｏ　噂−ＩＦ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
し几事により、摂氏マイナス１０度から摂氏５０度まで
、最もネマチック液晶範囲の広いものでは摂氏マイナス
２０度から摂氏７０度の温度範囲で駆動でき、急峻性が
優れ、応答速度が速く、光学的しきい値電圧も適当であ
りダイナミック駆動特性に優れ几ネマチック液晶組成物
を得る事ができ比。

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Φ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７？
：！！示コントラストを得るのに多大の効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は賽施例に於て用い比測定装置を表わすハード図
。 第２図は該測定装置を用いて一般的に得られる相対透過
率−実効電圧の変化を示し比曲線図。 １・・・・・・光源 ２・・・・・・光線 ３・・・・・・レンズ及びフィルター系４・・・・・・
セル ５・・・・・・受光部（光電増培管） 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、一般式が下記Ｃで表わされる化合物の少なく
   とも一種、一般式が下記Ｄ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Ｅ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▼、▲数式、化
   学式、表等があります▼ Ｄ……▲数式、化学式、表等があります▼ Ｅ……▲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及びＲ＿４は炭素数１〜１２個の直鎖アルキル基
   Ｒ＿５は炭素数１〜１０個の直鎖アルキル基Ｒ＿６は炭
   素数１〜１２個の直鎖アルキル基Ｒ＿７及びＲ＿８は炭
   素数１〜１０個の直鎖アルキル基Ｒ＿９は炭素数１〜１
   ０個の直鎖アルキル基を表わす。