JPS6245686A - 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
−ｅ←◇−０−Ｒ２で表わされる化合物、一般式Ｒｓ−
＠−ＯＨ２ＣＨ２−１ｐ−〇−Ｒ４で表わされる化合物
、一般式Ｒｓ　−＠−ａ　ＯＯ−◎−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−
ｅ−ｃ　ｏ　ｏ←◎−０−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１１ｉ０Ｈ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−
＠−Ｃ！Ｎ　（ａ”ハ任意の炭素数）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−１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。

〔発明が解決しようとする問題点及び目的〕今日ネマチ
ック液晶範囲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 ■　駆動車圧（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Ｖｏｎ、Ｖｏｆｆとし、
走査電極の本数をｎ本とすれば、比Ｖ　Ｏｎ／Ｖ　Ｏｆ
　ｆは Ｖａｎ／Ｖｏｆｆ＝　　（Ｊπ＋１）／（ＪＴｌ）　　
　　−（１）なる関係があり、ｎが多くなるにつれて比
ＶＯｎ／　Ｖ　Ｏｆ　ｆ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七ル４の透過率を光
電増倍管で観察しながら駆動回路６により該七ル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ＶＯｆｆが光学的しきい値電圧ｖｔｈ
より小さければ、即ち、 Ｖｏｆｆ≦ｖ　ｔ　ｈ　　　　　　・−・−（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Ｗｏｎが飽和電圧Ｖｓａｔより大きければ、即
ち ＶＯｎ≧Ｖａａｔ　　　　　・・・・・・（８）であれ
ば透過率は十分変化し選択された事になる。従つて（８
）式を（２）式で測れば Ｗｏｎ　　　　　　　Ｔｅａｔ □≧□　　　・・・・・・（４） ￥Ｏｆｆ　　　　　　　　Ｖｔｈ となり、この関係式が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　ｓ　ａ　ｔ　／　
Ｖ　ｔ　ｈ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１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。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た
為条件■そのものひ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シ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な解決するもので、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・・・・・・Ｒ１−■→◇−０−Ｒ２Ｂ・・・・・・
旧−＠−（！　Ｈ２０Ｈ２→櫓ン→４Ｃ・・・・・−Ｒ
５−＠−ｃ　ＯＯ−◎−ＯＮ但し、 Ｒ１及びＲ２は炭素数１〜１２個の直鎖アルキル基 Ｒ５及びＲ４は炭素数２〜６個の直鎖アルキル基 Ｒ５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、
＋文、チ、セフ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重社％〜７２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６０重祉％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重黛％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５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ＩＯが使える
ため有利となる。しかしＰ−１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重貸％〜３０重Ｍ％が望ましく、よ
り望ましくは８重量％〜２２．５１ｊＬＭ％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如く行りた。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。

測定セル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、更にその而を有機薄膜
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
々一枚ずつの偏光根号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５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１００％
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ｖｔｈ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Ｖ８ａｔ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。

Ｖａａｔ β”　　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（Ｖｏｎと表わす）がＶａａｔに等しく、非点燈
時（非選択時）の実効値電圧（Ｘｏｆｆ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ＶＯｎがＶｓａｔよりやや太き
（、ＶＯｆｆがｖｔｈ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　／
　Ｖｏ　ｆ　ｆ）Ｖ８ａｔ／Ｖｔｈ＝βである。これと
は逆にＶＯｎがＶａａｔ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ってしまう。即ちＶ　Ｏｎ　／　
Ｖ　Ｏｆ　ｆ　（Ｖ　１３　ｆＬ　ｔ　／　Ｖ　ｔ　ｈ
　＝βなる信号電圧が印加され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ＶＯｎ
／　Ｖ　Ｏｆ　ｆ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　
ｏ　ｎ　／　Ｖ　ｏ　ｆ　ｆ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　ｏ　ｎ　
／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Ｖ　ｏ　ｎ　／　Ｖ　Ｏ
ｆ　ｆが許容される最小値を示すためマルチプレックス
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Ｖａａｔへ切シ
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Ｔｏｎ表わし、同様にＶｓａｔから
ｖｔｈへ実効値電圧を瞬間的に切シ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Ｔｏ
ｆｆと表わす。ＴｏｎとＴ　ｏｆｆを足したＴ　（ｌ　
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Ｅｌ（Ｖ）へ瞬
間的に切シ換えてから透過率がＯの状態から９０％へ変
化するのに要する時間をｔｏｎ、印加電圧をＶから０へ
瞬間的に切シ換えてから透過率が１００％の状態から１
０％変化す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、５
ｃｈａｄｔ、日本学振興会情報料学用有機材料第１４２
委員会Ａ部会（液晶グループ）第１１回研究会資料、１
９７８年）。

ｔｏｎ＝η／（ε０ΔεＫ”　−Ｋ（−）”　）＝ｄ２
・ｖ／（ｇｏΔｅ　ｕ”　−Ｋｚ”　）ｔｏｆで＝η／
Ｋ（Ｈ）” ＝ｄ２・η／に７ｃ２ （ここでηはバルク粘度、Ｉｌｏは真空誘電率、Δｅは
相対誘電率の異方性、Ｅは電場、ＫはＫ。

＋　Ｋ　、、　　２　Ｋｇｇ　）　／　４なる弾性定数
項、　ｄはセル厚を各々表わし、η、ΔξおよびＫは液
晶組成物に個有である）。従ってｔｏｎ及びｔｏｆｆ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くない。従りて同じ液晶組成
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Δｎ−（ｌが０．８〜１．０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、、Ｐｒｏｃｅ
ｅｄｉｎｇｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　５ｒｄ工ｎｔｅｒ−ｎａ
ｔｉｏｎａｌ　Ｄｉｅｐｌ−ａｙ　Ｒｅ５ｅａｒｃｈ　
Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ“ＪＡＰＡＮ　Ｄ工５ＰＬＡＹ　
’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Δｎ−ｄがｏ、　Ｂ〜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。反応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ａｍ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？以って表わした。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
府統計周幅「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（１ｓｏｔｒｏｐｉｃｌｉｐｕ１
ｄ）なら工で表わす。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５０℃低くなっ
た時（即ち恒温槽温度−１０°Ｃ）、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印を以りて表
わす。

〔実施例−１，２〕 本発明による実施例−１，２の組成及び特性を第１表に
示す。但し本実施例は化合物Ｂとして一般式Ｒ３−ｏ−
０Ｈ２０Ｈｚ−＠−ｐ−Ｒ４（式中Ｒ３及ヒ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ＰＲＥと略記する）を１６．２
重量％とＰ−１を１２．２重置％含有して成る事を特徴
としている。

また、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を第２表に示す従来例−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−１のβ値は１．２５１、実施例−２のβ値は１．２
５５とかなり改良されている。

光学的しきい値電圧ｖｔｈは、従来例−１が２．５９Ｖ
であるのに対して、実施例−１のｖｔｈはｚｔｓｖ、実
ｍＭ　−２＋７）　Ｖ　ｔ　Ｑも２．１５Ｖと大幅に低
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２６８ミリ秒、実施例−２は
２６５ミリ秒とかなり速くなっている実施例−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。

更に実施例−１，２は摂氏マイナス３０度に於ても液晶
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、本発明による実施例−１，２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
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。

〔実施例−３〕 本発明による実施例−３の組成及び特性な第３表に示す
。但し本実施例はＰＲＥを３′１０重社％とｐ−ｚを１
４．２重量％含有して成る事を特徴としている。

また、従来例−１の組成及び特性ご第２表に示す。

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−５のβ値は１．２１５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
過率を選択ｉ！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−５では２７本以上駆動することが
できる光学的しきい値電圧ｖｔｈは、従来例−１が２．
５９Ｖであるのに対して、実施例−３のｖｔｈは２．４
９Ｖで低下している。

更に、応答速度も従来例−１が４４４ミリ秒であるのに
対して、実施例−５は２５５ミリ秒とかなり速くなって
いる。

実施例−３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、本発明による実施例−３は、従来例−１と比較し
て、光学的しきい値電圧ｖｔｈが低くなり、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い。

第１表 第２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−■→カー〇−Ｒ２で表わされる化合物、一般式Ｒ
ａ−＠−ｃ　Ｈ２ＣＨ２−＠−９−Ｒ４ｒ表わされる化
合物、一般式Ｒ５−◎−Ｏｏ　０−ｏ−ａ　Ｎ　　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−・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　源 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、 Ｒ１及びＲ２は炭素数１〜１２個の直鎖アルキル基 Ｒ３及びＲ４は炭素数２〜６個の直鎖アルキル基Ｒ５は
   炭素数１〜１０個の直鎖アルキル基を表わす。）