JPS6245684A - 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。

〔本発明の概要〕

本発明は、液晶組成物において、少なくとも一般式Ｒ１
−■−◎−０−Ｒ２で表わされる化合物、一般式Ｒ５−
◎−ＣＨ２ＣＨ，、−４Ｑ＞−〇−〇Ｒ，で表わされる
化合物、一般式Ｒ５−◎−ｃｏｏ　−＜Ｏ＞−ＯＮ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た
ものである。

〔従来の技術〕

従来、表示装置用液晶組成物は、例えば特開昭５４−８
５６９４号公報などに示されているように、一般式Ｒ−
■−ａｏｏ−◎−ｏ−Ｒ’（Ｒ，Ｒ’は各々任意の炭素
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液晶をベー
スにして、これらに一般式Ｒ′−〇−ｃｏｏ−◎−（！
　Ｎ　（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−にと略記す
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、Ｎｐ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。

〔本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の付近の立
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） ■　電圧の変化に対して透過率の応答速度が速いこと ■　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（または光学的しきい値電圧）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たは非選択電極部の液
晶に印加される実効電圧を各々Ｖ　ｏｎ　、　Ｖ　ｏｆ
ｆとし、走査電極の本数をｎ本とすれば、比Ｖ　ｏｎ　
／　Ｖ　ｏｆｆは Ｖ　ｏｎ　／　Ｖ　ｏｆｆ　＝ＡＩ／（４＋　１　）／
　（４−１）　−（１）なる関係があり、ｎが多くなる
につれて比Ｖ　ｏｎ　／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図に示される如き実
効電圧−相対透過率曲線が得られる。電圧を上げて行き
透過率が変化し始める実効電圧を光学的しきい値電圧ｖ
ｔｈ（本明細書中に於ては透過率を１０％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％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Ｖ　ｏｆｆが光学的しきい値電圧ｖｔ
ｈより小さければ、即ち、Ｖ　ｏｆｆ　＜　Ｖ　ｔｈ　
　　　　　　　−−（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ｉ！電極部は印加される実効電圧Ｖ　ｏｎが飽
和電圧Ｖｓａｔより大きければ、即ち、 Ｖ　ｏｎ　＞　Ｖ　ｓａｔ　　　　　　　　・・・・・
・（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電極と選択ＭＪ
極の透過率の差が十分となる。更に（１）式と（４）式
から 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に近づいて行く。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　ｓａｔ　／　Ｖ　
ｔｈ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
けての勾配が急峻な程、フントラストを一定（または良
くした上に）走査線本数を増やす事ができる。以上が条
件（Ｄ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問
題である。これに対して温度依存性は工Ｃ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
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
。

〔問題点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◇ Ａ　・−・・−Ｒ、−■−◎−〇−Ｒ。

Ｂ・・・・・・Ｒ３−◎−０Ｈ２０Ｈ２−＠−◎−０−
Ｒ。

Ｃ・・・・・Ｒ５−＜６）　−ＣＯＯ−＠−〇Ｎ但し・ Ｒ１及びＲ２は炭素数１〜１２個の直鎖アルキル基 Ｒ８及びＲ３は炭素数１〜１０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を表わす。

一般式Ａで表わされる化合物（以後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Ｎｎ
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ため化合物Ａの
含有量が７２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本
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重量％〜７２重蹴％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）は従来の単なるＮｎ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、かつ透明点を高くするのに用いるものであ
り・５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５０重量％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効果が得られず低温に
於て析出するように成るため５重量％〜６０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０が使えるた
め有利となる。

しかしＰ−に液晶の含有量を多くし過ぎると急峻性など
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％〜５０重量％が望ましく、より望ましくは８重
量％〜２２．５重量％である。

〔実施例〕

以下、本発明に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妬く行った。

第１図は電気光学特性に対する測定系を表わしたもので
ある。測定上ル４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り上・スヘーサーの役割を
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
には各々一枚ずつの偏光板を電圧が印加されていない時
光が透過し、電圧が印加された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から出た光線はレンズ系３を通りセル４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４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
セルを測定した実効電圧−相対透過率曲線が第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た時の透過率を各々１０
０％及び０％として表わし印加電圧を透過率１００％の
電圧から始めて除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ｖ　ｔｈ　
、また更に印加電圧を上げて透過率が１００％の時から
９０％変化した時の実効値電圧を光学的飽和電圧Ｖｓａ
ｔ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。

ｖｔｈ 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（Ｗｏｎと表わす）がＶ　ｓａｔに等しく、非点
燈時（非選択時）の実効値電圧（Ｖｏｆｆと表わす）が
ｖ　ｔｈに等しい電気信号が印加された時各々透過率が
９０％及び１０％と成り、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Ｖ　ｏｎがＶｓａｔよりや
や大きく、ｖｏｆｆがｖ　ｔｈよりやや小さければ各々
の透過率は９０％以上と１０％以下と成る。この時Ｖ　
ｏｎ　／　Ｖ　ｏｆｆ　＞　Ｖｓａｔ／　ｖ　ｔｈ　＝
βである。これとは逆にＶ　ｏｎがＶｓａｔより小さく
、ｖｏｆｆがｖｔｈより大きければ各々の透過率は９０
％以下と１０％以上と成り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Ｖ　ｏｎ　／　Ｖ
　ｏｆｆ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値が小さい程Ｖ　ｏｎ　／
　Ｖ　ｏｆｆ比も小さく済む◇単純マ）　ＩＪクス表示
体では走査線本数官長くする程Ｖ　ｏｎ　／　Ｖ　ｏｆ
ｆ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Ｖ　ｏｎ　／Ｖ　ｏｆｆが許容さ
れる最小値を示すためマルチプレク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がら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％だけ透過率が変化するのに要する時間（
即ち透過率が９０％から１８％へ変化するのに要する時
間）をミリ秒単位でＴ　ｏｎ表わし、同様にＶ８ａｔか
らｖｔｈ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％だ
け透過率が変化するのに要する時間（透過率が１０％か
ら８２％へ変化するのに要する時間）をミリ秒単位でＴ
　ｏｆｆと表わす。Ｔ　ｏｎとＴ　ｏｆｆを足したＴ　
（ミＩＪ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０から任意の電圧、　（Ｖ）へ瞬
間的に切り換えてから透過率が０の状態から９０％へ変
化するのに要する時間をｔＯｎ　ｓ印加電圧をマから０
へ瞬間的に切り換えてから透過率が１００％の状態から
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
　、　５Ｑｈａｒｌ’ｔ　ｓ日本学術振興会情報料牛用
有機材料第１４２委員会Ａ部会（液晶グループ）第１１
回研究会資料、１９７８年）。

ｔｏｎ＝η／（ε、ΔｔＥ２−Ｋ（−）２　）＝ｄ２＊
η／（ε０Δε、２−にπ２）ｔ　ｏｆｆ＝η／Ｋ（−
）２ ＝ｄ２・η／にπ２ （ここでηはバルク粘度、ε。は真空誘電率・Δεは相
対誘電率の異方性、Ｅは電場、ＫはＪｌ　＋　Ｋ３３　
２　Ｋ２２　）　／　４なる弾性定数項、ｄはセル厚を
各々表わし、η、ΔεおよびＫは液晶組成物に個有であ
る）０従ってｔ　ｏｎ及びｔ　ｏｆｆは共にｄ２に比例
して長くなる。

本実施例で定義したＴなる応答速度もセル厚と密接な関
係があり、定性的ではあるかセル厚が薄いと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た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はセル厚ｄ（μ）と屈折率異方性Δｎの
積である八ｎ−ｄが０８〜１．０付近の特設も小さくな
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、Ｐｒｏｃｅｑｄｉ
ｎｇｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　３ｒｄ工ｎｔ＠ｒｎａｔ１ｏ、
ｎａｌ　　Ｄｉｓｐｌａｙ　　Ｒｅ日ｅａｒｃｈ　　Ｃ
ｏｎｆｅｒｅｎｃｅ”、ＴＡＰＡＮ　　Ｄ工５ＰＬＡＹ
　’　８３’、３２０頁；１９８３年、（ｉＳより）。

従ってコントラストを重視する場合セル厚ｄを△ｎｍ　
ｄが０８〜１．０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
厚で行うのが最も妥当であると考えられる。応答時間も
先に記した如くセル厚と関係するため液晶組成物の応答
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、本実施例では急峻性、応答速度及び光学的
しきい値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麿とした。

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質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。

即ち年平均気温の平年値が東京で１５℃、部組で２２℃
である（総理府統計局編１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性と称することにし、ネマチッ
ク相が安定なら○印、等方性液体（１ｓｏｔｒｏｐｉｃ
　１ｉｑｕ１．ｄ）なら■で表わす。低温液晶性はセル
を設置した恒温槽の温度を２０℃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℃より
３０℃低くなった時（ＦＨＪち恒温槽温度−１０℃）、
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Ｏ印を、スメクチック液晶相なら
Ｓｍ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。

〔実施例−１〕 本発明による実施例−１の組成及び特性を第１表に示す
。但し本実施例は化合物Ｂとして一般式Ｒ８−◎−ＣＨ
，０Ｈ２−ｆ−◎−０−Ｒ，（式中Ｒ１及びＲ４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ＰＩＢと略記する）を１６．２
重量％とＰ−Ｅ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ＥＣＨ及びｐ−ｇを含有して成る液
晶組成物の組成及び特性を第２表に示す。

従来例−１で急峻性を表わすβ値が１２６５であるのに
対して、実施例−１のβ値はｔ２５０と良くなっている
。

光学的しきい値電圧ｖｔｈは、従来例−１が２、５９　
Ｖであるのに対して、実施例−１のｖ　ｔｈは２．３９
　Ｖと低くなっている。

更に、応答速度も従来例−１が４４４　ミＩＪ秒である
のに対して、実施例−１は３１８　ミＩＪ秒と速くなっ
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、通
常の表示体に用いるのには十分ムいネマチック液晶温度
範囲を有している。

以上、本発明による実施例−１は、従来例−１と比較し
て、光学的しきい値電圧ｖ　ｔｈは大幅に低下し、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である０ 〔実施例−２〕 本発明による実施例−２の組成及び特性を第５表に示す
。但し本実施例はＦＥＢを２４９重＠％とＰ−Ｅを１７
６重Ｍ％含有して成る事を特徴としている。

また、従来例−１の組成及び特性を第２表に示す０ 従来例−１で急峻性を表わすβ値が１．２６５であるの
に対して・実施例−２のβ値は１．２１３とたいへん良
好である。即ち単純マ）　ＩＪクス電極を用いた液晶パ
ネルに於て透過率を選択電極で１０％以下（暗状態）に
、非選択電極で９０％以上（明状態）に各々するために
は、従来例−１では走査電極の数は、１７本以下しか、
駆動できないのに対して、実施例−２では２７本以上駆
動することができる。

光学的しきい値冨１圧ｖｔｈは、従来例−１が２、５９
　’Ｖであるのに対して、実施例−２のｖｔｈは２．、
１０　Ｖで大幅に低下している。

更に、応答速度も従来例−１が４４４　ミＩＪ秒である
のに対して・実施例−２は２９６ミリ秒とかなり連〈な
っている。

実施例−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、高温側では摂氏６
０度に於ても、また低温側では摂氏マイナス２０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ろ
ことが可能である・ 以上、本発明による実施例−２は、従来例−１と比較し
て、光学的しきい値電圧ｖｔｈが大幅に低くなり、β値
が大きく改善されている。更に応答速度も速く、ネマチ
ック液晶温度範囲も十分広しゝ０ 第　　１　　表 第　　２　　表 第　　６　　表 〔発明の効果〕 以上述べたように、本発明によれば、少なくとも一般式
Ｒ１−■−〇−〇−Ｒ２で表わされる化合物、一般式Ｒ
３−◎−ＣＨ，ＯＲ２−９）−（［相］−〇−Ｒ４で表
わされる化合物、一般式Ｒ５Ｃ’）　　’０Ｏ−（６）
−ＯＮ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２０度から摂氏６０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、
光学的しきい値電圧が低く、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（ゲスト液晶として）などの表示素子に於て優れた表
示フ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図は実施例に於て用いた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た曲線図。 １・・・・・・光源 ２・・・・・・光線 ５・・・・・・レンズ及びフィルター系４・・・・・・
セル ５・・・・・・受光部（光電増倍管） 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及びＲ＿４は炭素数１〜１０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