JPS62223292A - 相転移型液晶組成物 - 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】 〔概　要〕 液晶表示素子用の、特に大容量表示が可能なネマティ・
ノクーコレステリフク相転移型液晶組成物が開示される
。本発明によれば、液晶の電圧印加時の光学的双安定状
態をエタン系及びビシクロヘキサン系のネマティック液
晶化合物及びエステル系のカイラルネマテインク液晶化
合物を主成分とする液晶組成物の使用により安定にし、
かつ温度による双安定状態維持電圧（駆動電圧：Ｖｄ）
の変動を非常に小さくすることによって、広い温度範囲
で安定に駆動できる液晶組成物が提供される。

〔産業上の利用分野〕

本発明は液晶表示素子用液晶組成物に係り、特にネマテ
ィック−コレステリック相転移型液晶組成物に関する。

液晶表示素子（ＬＣＤ）は、薄型、軽量、受光型である
ため、電卓、腕時計をはじめ、最近では、テレビ、ハン
ドベルトコンピュータなどにも用いられ、オフィスにお
けるワークステーション構想の進展とともに益々大容量
表示可能なＬＣＤが求められている。

また一方では、ＬＣＤの応用分野の拡大に伴なって、よ
り低コストのＬＣＤが強く求められている。

このように、ＬＣＤには、従来の特徴である薄型、軽量
、受光型に加えて、新たに大容量表示かつ低コスト、さ
らには、従来の表示素子では非常に高価となってしまう
メーター角以上の大面積表示が安価に実施できる可能性
がある。

〔従来の技術〕

従来の液晶表示素子（ＬＣＤ）は、ライステンドネマテ
ィック（ＴＮ）方式が主流である。この方式による液晶
表示素子は、例えば第７図にパネルの構成図で示される
ように、液晶１．１組の通用電極（ＩＴＯ）４及び５付
きのガラス基板２及び３、偏光板９及び１０．配向膜６
及び７．１枚の反射板１１、そしてこれらを保持するス
ペーサ８からなり、電界の印加によって表示が行なわれ
るように構成されている。すなわち、電界無印加時には
、配向膜の配向力によって液晶は上方の基板から下方の
基板に向って９０°連続的にねじれており、偏光方向の
そろった入射光は液晶のねじれに沿ってその偏光方向を
９０度回転するため、上方の偏光板と直交した下方の偏
光板を通過し、反射板で反射されるため明状態となる。

電界印加時には、液晶分子が全て電界方向にそろうため
、入射光は液晶によって偏光方向が変えられないため、
下方の偏光板を通過できず、暗状態となる。

しかし、このＴＮ型液晶表示素子は、液晶の立ち上り特
性が急峻でないために、大容量のドントマトリクス表示
を行なおうとすると、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、
大容量表示をすることができない。さらに、このタイプ
の液晶表示素子でば、大容量の表示を行なおうとすると
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。このような欠点を補うべく多重マ
トリクス化などの努力が払われているというものの、こ
のＴＮ型表示素子は、走査線の増加とともに視認角度の
範囲が狭まるという大型固定ディスプレイに致命的な欠
点を克服することができない。

このような状況の下において、先ず、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
打破しかつ大容量表示を可能とするために、走査線本数
５００本程度の大容量表示が可能であるＭ積型液晶表示
素子が開発された。その後いく度かの改良がなされた結
果、合本発明で問題としているところの相転移型液晶表
示素子が開発された（例えば特願昭５９−００９６６号
明細書参照）。

このＬＣＤは、偏光板が不要であることを除きＴＮ型の
ＬＣＤと同様の構成を有しているというものの、駆動方
式、すなわち、光の制御方法がＴＮ型のそれと相違する
。このＬＣＤは、第１図に示される印加電圧−光透過早
曲線のヒステリシスループを利用し、このループの中央
を駆動電圧Ｖｄとし、この電圧Ｖｄの印加により２つの
光学的状態、すなわち、フォーカルコニック状Ｂ（Ｆ；
白濁状態）及びホメオトロピック状態（Ｈ′；透明）を
とらせ、情報の書き込み後に一定の電圧Ｖｄを保持電圧
として加えることによりその情報を表示するものである
。この新駆動方法によるＬＣＤは、大容量表示が可能で
かつキーボード対応も可能であり、極めて有用である。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来のネマティック−コレステリック相転移型液晶材料
では、第１図に示すヒステリシスループの大きさくΔ）
が十分でなかったり、環境温度の変化によってループの
大きさ、駆動電圧Ｖｄが変化するため、安定な動作が困
難である。ヒステリシスループの大きさやＶｄが変動す
る原因はいくつか考えられるが、最も大きな要因は、ネ
マティック−コレステリック相転移型液晶に特有なら旋
構造のら旋ピッチが温度によって変化するためである。

従来の液晶材料では、ら旋ピッチの温度依存性が非常に
大きいため、温度によるピッチの変動をおさえることば
困難である。

また、従来の液晶材料では、十分な大きさのヒステリシ
スループが得られる温度範囲が狭く、特に高温側でルー
プが小さくなってしまうため、バックライトを用いる投
写型など液晶の温度上昇が避けられない用途には用いる
ことができないという欠点がある。これらの欠点が、本
発明が解決しようとする問題点である。

〔問題点を解決するための手段〕

上記した問題点は、本発明によれば、組成物全体として
誘電率異方性が正を示すネマティック−コレステリック
相転移型液晶組成物であって、次式により表わされるエ
タン系ネマティック液晶化合物： （上式において、 Ｒ２は炭素数２〜５の直鎖アルキル基であり、Ｒ２は、
炭素数２〜５の直鎖アルキル基、アルコキシ基又はフッ
素であり、 Ｘは、不存在であるかもしくは存在する場合に次式によ
り表わされるビシクロヘキサン系ネマティック液晶化合
物： （式中のＲ３は炭素数２〜７の直鎖アルキル基である）
；及び 次式に表わされるエステル系カイラルネマティック液晶
化合物： （上式において、 Ｒ４は、不斉炭素を有するエステル基、不斉炭素を有す
るアルキル基又は不斉炭素を存するアルコキシであり、
そして Ｒ３は、不斉炭素を有するエステル基、不斉炭素を有す
るアルキル基、不斉炭素を有するアルコキシ基又はシア
ノ基である）； を主成分として存していることを特徴とするものによっ
て解決することができる。この本発明の相転移型液晶組
成物は、約０．７〜１．２μｍのら旋ピッチを有してい
ることが判明した。

本発明の実施においてネマティック液晶化合物とともに
有利に用いることのできるカイラルネマティック液晶化
合物は、例えば、前記式（ＩＩＩ）に属する例えば次式
により表わされるもの：（ＭＥｌ？ＣＫ社から”Ｚ［、
Ｉ　８１１’として入手可能）である。この液晶化合物
は、その分子ｉｔ　（４５４）が従来常用の次式のカイ
ラルネマティック液晶化合物：（分子ｆｆｉ：　２４９
　、ＢＤ）ｆ社から“ＣＢ−１５”として入手可能）よ
りも大であり、また、エステル結合を有し、配向性が良
好であるので、本発明の液晶組成物中で効果的に使用す
ることができる。

本発明の実施において、前記式ＣＩ）により表わされる
エタン系ネマティック液晶化合物、前記式ＮＩ）により
表わされるビシクロヘキサン系ネマティック液晶化合物
及び前記式（ｍ）により表わされるエステル系カイラル
ネマティック液晶化合物は、それぞれ、次のような量（
液晶組成物の全量を基準とする）で育利に使用すること
ができる。

エタンニネマテインクｔ　８ヒム ｌＯ〜７０重量パーセント、好ましくはｌＯ〜４０重量
パーセント。この化合物は、多ければ多いほどΔを大き
くすることができるが、粘度の過度の上昇を招くため、
この量が好ましい。

ビシクロヘキサン系ネマティック液唱化合ｌＯ〜６０重
量パーセント、好ましくは２０〜４０重量パーセント。

この化合物は、多いほど好ましいが、液晶相温度を広く
保つためには、この量が好ましい。

エステル系カイラルネマティック液晶化合物８〜４０重
量パーセント、好ましくはｌＯ〜３０重量パーセント。

この化合物は、多過ぎると粘度の過度の上昇、少な過ぎ
ると双安定状態が得られないため、この量が好ましい。

なお、前記式（ｆ）及び式（ｆｆ）の液晶化合物の有用
な例は、下記の実施例のほか、先に出願した特願昭５９
−１８０６３３号明細書のなかにも見い出すことができ
る。

〔作　用〕

ネマティック−コレステリック相転移型液晶のヒステリ
シスループの大きさくΔ、第１図）を大きく、かつ温度
変化によるΔおよび駆動電圧（Ｖ、ｄ、第１図）の変動
を小さくするためには、液晶の配向性、ら旋ピッチの温
度依存性、液晶の粘弾性、誘電率異方性について検討す
る必要がある。

液晶の配向性は、粘弾性、誘電率異方性と大きくかかわ
っており、液晶系、すなわち、液晶の中央結合基によっ
て分類される液晶の種類によって異なる。特に、ネマテ
ィック−コレステリック相転移型においては、ＴＮ型と
異なり液晶がより高次の構造であるら旋構造をとるため
、従来の液晶の配向性とは異なった配向性を有している
。相転移型液晶の配向性については、本発明者らによっ
て詳細な検討を行った結果、中央結合基の運動の自由度
が太き（、誘電率異方性があまり太き（ない液晶、すな
わち、エタン系液晶、ビシクロヘキサン系液晶、エステ
ル系液晶などによって良好な配向が得られ、大きなΔが
得られることがわかった。この検討についての詳細は、
上記特願昭５９−１８０６３３号明細書に記載されてい
る。

エタン系、ビシクロヘキサン系、エステル系液晶によっ
て配向性を良好にすることは可能となったが、Δおよび
Ｖｄの温度変化による変動については、ら旋ピッチの温
度依存性が大きいため、従来、非常に大きく、実用上回
路の負担が大きく、コストアップ、信頼性低下の要因と
なっていた。

これに対し、本発明者らは、分子量が大きく、エステル
結合を有し、かつ固有のら旋ピッチが短いカイラルネマ
ティック液晶を、上記エタン系、ビシクロヘキサン系、
エステル系液晶とともに用いることによって、ら旋ピッ
チの温度依存性がほとんど無視できる液晶組成を見い出
した。これによって、ΔおよびＶｄの温度依存性が極め
て小さく回路等によるアシストを必要としない実用上極
めて存利な液晶組成物が得られた。

〔実施例〕

２枚のＩＴＯ（酸化インジウム［ｎｚＯ：＋）膜付ガラ
ス基板を洗剤で洗浄し、さらにイソブロビルアルコール
、アセトン及び純水で順次洗浄した。これらの基板に酸
素プラズマを照射して表面改質を行なった後、直径９μ
ｍのグラスファイバーを粉砕した粒子をスペーサとして
液晶パネルを製作した。

この液晶パネルは、第２図に構成図で示される通り、ガ
ラス基板２及び３、透明導電膜（ＩＴＯ）４及び５、配
向膜６及び７、そしてスペーサ８からなっていた。

得られた液晶パネルに、液晶化合物の種類及び混合量を
異にする下記の４種類の液晶組成物：Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤ
（対照；従来のジフェニル系、シクロヘキサン系を中心
とする組成）を封入した。

腋ｊ配且成Ｊｕｌ ｆ７＼ Ｃ：＋ｌｌ７−／、Ｈ江−（ＣＨ２）２域○、Ｉ−／１
、○；−Ｆ６．５Ｃ山べｂ巳・カーＣＮ　　　　　　　
　　９・８Ｃ２Ｉ１１．−／′Ｈ票Ｈ汗ＣＮ　　　　　
　　　　９．８’−、Ｊ−７ ＣＪｙ−’９’＝＆ＣＮ　　　　　　　　　９．８Ｃ，
１１，、ベキ−＜ＤＣＮ１３．０ ／７　　　　　　　　　ｌ−λ Ｃ山へｌ←（ＣＨ山七、カーＣ，）１．、　　　　９．
８／′／”、 Ｃ５ＨＩ　ｌ　ｉ克ヒｃｏｓ　１兄、−〇Ｃ山　　　　
９．８ｒ−＼　　　　　　／−＼ Ｃｚｌｌｓ−／Ｈ＋ｃｏｏ→Ｏ−０Ｃ６ＨＩ３　　　　
　　　　　　９．８＼−Ｊ　　　　　　　Ｖ−／ ”ゝｃｏｏ舎ｃｏｏ（Ｘ ・、−ｒＣ，、Ｈ・　　６・５ ＣｓＨｚぺ心に今（）ｃＮ３．３ ′−ゝ　　■Ｘ←Ｆ６．５ （：３Ｈ７人馬がＣ１（山イ ｃｚ＋＋５−７Ｈ＋／悪片ＣＮ　　　　　　　　　９．
８＼１−ｙ　　＼ ＣｓＨ＋＋−Ｇ”）−＋：３ｃ　Ｎ　　　　　　　９．
　ａＣ３Ｈ？−／■べ国ＣＮ　　　　　　　９．８Ｃｓ
Ｌ＋巴２．３ノーべ♀、ｉｃＮ　　　　　　　　　　　
１３．０戒」ＪｕＵ１Ω ′″′　　６に午Ｆ Ｃ３１１７で、−（ＣＨ山も　　　　　　　５．４Ｃ山
Ｊｑ楡ＣＨ山す）ＣｓＨ＋　＋　　　　　　６．５″″
　　　汐と Ｃ＋１１ｗ−／ＨＨＣＨｚ）　ｚ−１０ＣＪｓ　　　　
　　　　　２．５＼−Ｊ／ Ｃｓ１ｌｌＩ舎ＧＨｚ）ｚ舎Ｃ山　　　　６．５′−ゝ
２刈Ｃ Ｃ・Ｈ＝べｂｉ　　Ｎ　　　　　　　　６・５０旨　　
　　　　　　７．７ Ｃ５ＨＩ　Ｉづ　　・Ｕ ＣｓＨｚべ兄が１、ジ→ＣＮ　　　　　　　　１６．８
’ＣＩ Ｃ６１１□＋Ｃ帆チＣ６１１□１７．７ｃｓＨ＋　＋−
’量←工ＨＯ−（Ｃ１１山−８四、−Ｃ山　３．４＼−
Ｊ　　　　　　　ｊ ／−人　／−／″′ Ｃ５１１，−１兄嵐兄戸８．チＣＮ　　　　　　２．５
得られた液晶パネルのそれぞれについて、第１図に示す
双安定動作領域であるΔを、Ｈｅ　−Ｎ　ｅレーザ（波
長６３２８人）を光源とし、かつシリコンフォトダイオ
ードを検出器として室温で測定した。

第３Ａ、３Ｂ図〜第６Ａ、６Ｂ図に示されるような結果
が得られた。なお、第３Ａ、３Ｂ図は組成物Ａに、第４
Ａ、４Ｂ図は組成物Ｂに、第５Ａ。

５Ｂ図は組成物Ｃに、第６Ａ、６Ｂ図は組成物Ｄ（対照
）に、それぞれ対応している。また、各Ａ図はΔの温度
依存性を、そして各Ｂ図はＶｄの温度依存性をそれぞれ
示している。図示の結果から、本発明の液晶組成物を用
いた場合、より大きなΔを得ることができ、双安定動作
が可能であり、また、Δ、Ｖｄの温度依存性が大幅に改
善され、実用上問題のないレベルになっていることが判
る。

〔発明の効果〕 本発明によれば、ネマティック−コレステリック相転移
型液晶を用いた双安定状態が、安定で大きくとれ、かつ
温度による双安定状態および駆動電圧の変動が極めて小
さいため、実用上価れた高信転度の安価な大容量液晶表
示素子が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明によるネマティック−コレステリック
相転移型液晶組成物の駆動原理図、第２図は、本発明に
よるネマティック−コレステリック相転移型液晶組成物
を用いたパネルの構成図、 第３Ａ図及び第３Ｂ図は、それぞれ、液晶組成物Ａを含
む液晶パネルのΔ及びＶｄの温度依存性を示すグラフ、 第４Ａ図及び第４Ｂ図は、それぞれ、液晶組成物Ｂを含
む液晶パネルのΔ及びＶｄの温度依存性を示すグラフ、 第５Ａ図及び第５Ｂ図は、それぞれ、液晶組成物Ｃを含
む液晶パネルのΔ及びＶｄの温度依存性を示すグラフ、 第６Ａ図及び第６Ｂ図は、それぞれ、液晶組成物りを含
む液晶パネルのΔ及びＶｄの温度依存性を示すグラフ、 そして 第７−に図は、常用のツィステッドネマティック型液晶
組成物を用いたパネルの構成図である。 図中、ｌは液晶、２及び３はガラス基板、４及び５は透
明導電膜、６及び７は配向膜、そして８はスペーサであ
る。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、組成物全体として誘電率異方性が正を示すネマティ
   ック−コレステリック相転移型液晶組成物であって、 次式により表わされるエタン系ネマティック液晶化合物
   ： ▲数式、化学式、表等があります▼・・・（ I ） （上式において、 Ｒ＿１は炭素数２〜５の直鎖アルキル基であり、Ｒ＿２
   は、炭素数２〜５の直鎖アルキル基、アルコキシ基又は
   フッ素であり、 Ｘは、不存在であるかもしくは存在する場合には▲数式
   、化学式、表等があります▼又は▲数式、化学式、表等
   があります▼であり、そして Ｙは、▲数式、化学式、表等があります▼、▲数式、化
   学式、表等があります▼、▲数式、化学式、表等があり
   ます▼又は ▲数式、化学式、表等があります▼である）； 次式により表わされるビシクロヘキサン系ネマティック
   液晶化合物： ▲数式、化学式、表等があります▼・・・（II） （式中のＲ＿３は炭素数２〜７の直鎖アルキル基である
   ）；及び 次式より表わされるエステル系カイラルネマティック液
   晶化合物： ▲数式、化学式、表等があります▼・・・（III） （上式において、 Ｒ＿４は、不斉炭素を有するエステル基、不斉炭素を有
   するアルキル基又は不斉炭素を有するアルコキシ基であ
   り、そして Ｒ＿５は、不斉炭素を有するエステル基、不斉炭素を有
   するアルキル基、不斉炭素を有するアルコキシ基又はシ
   アノ基である）； を主成分として有していることを特徴とする相転移型液
   晶組成物。 ２、ら旋ピッチが０．７〜１．２μｍである、特許請求
   の範囲第１項に記載の相転移型液晶組成物。