JPS6321717B2 - - Google Patents

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JPS6321717B2
JPS6321717B2 JP55075536A JP7553680A JPS6321717B2 JP S6321717 B2 JPS6321717 B2 JP S6321717B2 JP 55075536 A JP55075536 A JP 55075536A JP 7553680 A JP7553680 A JP 7553680A JP S6321717 B2 JPS6321717 B2 JP S6321717B2
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JP
Japan
Prior art keywords
liquid crystal
vth
voltage
formula
temperature
Prior art date
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Expired
Application number
JP55075536A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS572385A (en
Inventor
Tamihito Nakagome
Kazuhisa Toryama
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP7553680A priority Critical patent/JPS572385A/en
Publication of JPS572385A publication Critical patent/JPS572385A/en
Publication of JPS6321717B2 publication Critical patent/JPS6321717B2/ja
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  • Liquid Crystal Substances (AREA)
  • Devices For Indicating Variable Information By Combining Individual Elements (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

本発明は液晶組成物、特に時分割駆動方式のも
のに用いるに好適な液晶組成物に関するものであ
る。 電界効果形液晶表示素子の一つであるツイステ
ツドネマチツク形(TN形)液晶表示素子の一例
を第1図に示す。同図に示す液晶表示素子は、そ
れぞれ透明なガラスなどからなる第1の基板1と
第2の基板2とが所定の間隔、例えば5〜15μm
でほぼ平行に配置され、その周囲は、例えばフリ
ツトガラス、有機接着剤等からなる封着部材3で
封着され、これらによつて形成される内部空間に
ネマチツク相液晶4が封入されている。所定の間
隔は、例えばフアイバーガラス、ガラス粉末等の
スペーサ5によつて得られる。なお特別にスペー
サ5を使用せず、封着部材3をスペーサとして兼
用しても良い。 上記第1及び第2の基板1,2は、それぞれそ
の対向する内面上に所定のパターンの電極6が形
成され、更に液晶に接する面は、その面付近の液
晶分子が所望の一定方向に配向させる液晶配向制
御面7,8となつている。このような配向制御面
は、電極を有する基板面上に例えばSiOをその基
板面に対して斜めの方向から蒸着させた斜方蒸着
膜あるいは前記基板面上に有機高分子薄膜又は無
機物薄膜を被着し、その表面を綿などで一定方向
にこするいわゆるラビング処理を施すことなどに
より作られる。 液晶配向方向に関して、第1の基板1の液晶配
向制御面7には第1の一定方向を、第2の基板2
の液晶配向制御面8には第2の一定方向をそれぞ
れ選びそれぞれの方向を異ならせることにより、
前記基板1,2間に挾持されたネマチツク相液晶
4の分子は、第1の方向から第2の方向に向かつ
てねじれて配向される。第1の方向と第2の方向
とのなす角度すなわち液晶分子のツイスト角度は
任意に選ばれるが、一般には第2図に示すように
ほぼ90度が選ばれる。 基板1,2の外側には、それぞれ第1の偏光板
9及び第2の偏光板10が配置される。 この場合2枚の偏光板9,10の偏光軸のなす
角度は通常液晶分子のツイスト角度(前記第1の
方向と第2の方向とのなす角度)と同じ角度、又
は、零度(すなわちそれぞれの偏光軸が平行であ
る)が選ばれる。そして通常液晶配向面配向方向
と偏光板の偏光軸とは互いに平行もしくは直交す
るよう配置される。 このような表示素子は、第1の基板側からみた
ときに正常の表示を行う場合、第2の偏光板9の
裏面に反射体11を配置した反射形表示素子、又
は更に第2の偏光板9と反射体11との間に所望
の厚さのアクリル樹脂板、ガラス板等の導光体を
挿入し、その側面の適宜個所に光源を配置した夜
間表示用素子として広く利用されている。 ここで、ツイスト角度90度、偏光軸交差角度90
度の反射形の場合の液晶表示素子の表示動作原理
について説明する。 今、液晶層に電界が存在しないときは、外来光
(この液晶表示素子の第1の偏光板9へ入射する
周囲光)はまず第1の偏光板9を透過したときそ
の偏光軸に沿つた直線偏光光となり液晶層4へ入
射されるが、液晶分子はその層の間で90度ツイス
トしているので液晶層を通過したときは、前記偏
光光の偏光面は90度旋光され、第2の偏光板10
を透過する。これが反射板11で反射され、上記
と逆の順序で第2偏光板10、液晶層4、第1偏
光板9を透過して液晶表示素子外へ放射される。
従つて観察者には液晶表示素子に入射され、反射
板で反射されて再び液晶表示素子から出て来た偏
光光を観察することができる。 このような表示素子において所定の選択された
電極6に所定の電圧を印加し、液晶層の所定の領
域に電界を与えると、その領域における液晶分子
は電界の方向に沿つて配向される。その結果、そ
の領域においては偏光面の旋光能を失うので、そ
の領域では偏光面は旋光しないため、第1の偏光
板9で偏光された光は第2の偏光板10で遮断さ
れる。このため観察者にはその領域は暗くみえ
る。 従つて、所望の選択された電極に電圧を印加す
ることによつて、所望の表示を行なうことができ
るのである。 上記のような電界効果形液晶表示素子におい
て、用いられるべき液晶組成物には、下記に述べ
る諸特性が付与されていることが特に望ましいも
のである。すなわち、 一 配向制御面に対する適応性が良好なこと、 二 広い温度範囲において動作可能なこと、 三 広い温度範囲、とくに低温においても応答性
の良いこと、 などである。 まず第一の要請に関しては、液晶4の分子を上
板、下板の界面において平行にしかも一方向に配
列させるように制御することは、本素子の構成上
きわめて重要なことで、従来よりこの制御はSiO
の斜方蒸着膜を形成したり、あるいはラビング処
理を施すことにより行なつている。 また、第二の要請に対しては、25℃の常温近辺
において液晶であることが最低の必要条件である
が、実用的には−10℃〜+60℃程度以上の温度範
囲で液晶状態を示す液晶体が必要である。 なお、本発明で述べる所の固体・液晶の転移温
度は下記の測定に基づいて決定、定義されたもの
である。個々の液晶単体物質、およびそれらで構
成される混合系組成物が過冷却現象を示す場合が
多い。その場合には十分低温(たとえば−40℃)
に冷却して結晶化を計り、しかるのちに微量融点
測定装置によつて、温度上昇時における転移温度
を測定し、これをもつて固体・液晶の転移温度と
した。この第二の要請は通常のスタテイツク駆動
については言うに及ばず、いわゆる時分割駆動方
式による駆動においてきわめて重要な意味をもつ
ている。すなわち最近、液晶表示装置、とくに情
報を多く必要とする装置、例えば電卓あるいはマ
トリツクス・デイスプレイなどにおいては、電圧
平均化法などによる時分割駆動方式を採用するこ
とを必須としている。電卓などでは低電圧駆動が
望ましく、特に電池を直列に接続して直接駆動し
うる4.5V駆動(電池1.5V用3ケ)、3V駆動(電池
1.5V用2ケ)などの低電圧駆動が採用されてい
る。この低電圧駆動は電池を直列に接続するた
め、昇圧回路を必要とせず、C―MOSと組合せ
ることにより、電池寿命時間を500時間〜2000時
間に保持しうるのが特徴である。 しかしながら、かかる時分割駆動方式を採用す
ると、スタテイツク駆動方式では生じなかつた動
作上の制約が原理的に存在することになる。すな
わち時分割表示装置では半選択点、非選択点の各
絵素におけるクロストークを防ぐ必要がある。こ
のクロストークの防止法としては最も一般的に用
いられる電圧平均化法がある。この方法はクロス
トーク電圧を平均化して選択電圧との差を大きく
することによつて動作の裕度を広げることを目的
として工夫されたものである。以下この方法を具
体例を上げながら説明する。 クロストーク電圧を選択電圧の1/3に平均化し、
駆動波形を交流にした電圧平均化法を適用した例
を呈示する。この方法の駆動波形は第3図の状態
図のようになる。第3図において選択状態では±
Vpの電圧が液晶に加わり、半選択状態、非選択
状態では±(1/3)Vpの電圧が液晶に加わる。こ
のとき液晶が表示状態になる点、すなわち表示点
に加わる印加電圧の実効値νS1は次式のようにな
る。 ただしN:デユーテイ数。 一方液晶の非表示点に加わる印加電圧の実効値
νS2は次式のようになる。 νS2=1/3Vp ……(2) ここで、表示点を表示状態にするには、液晶の
しきい値電圧Vthに対してνS1≧Vthであり、非表
示点にクロストークを生じないためには、νS2
Vthでなければならない。すなわち、この駆動方
式によつてクロストークを防いだ表示をする条件
は次式のようになる。 νS2≦Vth≦νS1 ……(3) (3)式に(1),(2)式を代入し、Vpについて整理す
ると次のようになる。 そこでVpを変えて表示点および非表示点の輝
度を測定すると第8図のようになる。表示点およ
び非表示点にVpに換算した液晶のしきい値電圧、
Vth1,Vth2が存在し、 Vth1≦Vp≦Vth2 ……(5) のときクロストークを防いだ表示が可能になる。 なお、(4)式によりVth1,Vth2は次式で表わせ
る。 Vth2=3Vth ……(7) (5)式について、さらに厳密に言えば、表示の可
能な電圧の下限値はVth1ではなく第8図に示す
飽和電圧Vsat1を下限とすべきである。すなわち
下記の(8)式が Vsat1≦Vp≦Vth2 ……(8) クロストークを防いだ表示が可能になる電圧範囲
を決める式となる。(8)式におけるVpの可動範囲
が大きい装置ほど動作マージンが広い装置である
ということができる。以上の式の誘導ではνS1
νS2したがつてVth1,Vth2,Vsat1などは一定値
として考えてきたが、これらは温度(T)、素子
に対する視角(φ,θ)(第4図)などによつて
変りうるものである。(1)式から(8)式の説明では第
4図に定義した視角φ=0と定めて考えてきた
が、現実にはφはある有限の範囲の値を取るもの
である。このように動作マージンをきめる要因は
種々あり、これを以下に順をおつて説明するが、
動作マージンをきめる要因を考察する上で下記の
3つの因子を取り上げると問題の本質を見通す上
で便利である。 (a) 温度によるしきい値電圧の変動 (b) 角度によるしきい値電圧の変動 (c) 電圧―輝度特性のシヤープさ さて(a)〜(c)と動作マージンの関係を測定法の具
体例に則して定量的に明らかにする。 時分割駆動方式の電気光学特性は第5図に示す
方法で測定した。液晶表示素子51は輝度計52
に対して10゜〜40゜の間で傾斜させて恒温槽53内
に配置されている。そして輝度計52に対して
30゜の角度をもつて配置されたタングステンラン
プ54より熱吸収ガラスフイルター55を介して
液晶表示素子51に光を照射し、液晶表示素子5
1の輝度を輝度計52により測定する。 前記した方法で測定した時分割駆動1/3バイア
ス1/3デユテイ、1/2バイアス1/2デユテイの場合
のそれぞれの駆動波形は第6図、第7図のような
波形で行なう。この波形で電圧と輝度特性を示し
たのが第8図である。領域は点灯しない領域で
あり、領域は選択点のみ点灯する領域である。
この領域で数字、文字等の所望の表示ができる
ことになる。領域ではすべてのセグメントが点
灯する領域であり、表示機能としての役目をなさ
ない領域である。すなわちクロストークの生じる
領域である。 Vth1は輝度10%の選択点(ON状態)における
電圧、Vth2は輝度10%の非選択(OFF状態)点
における電圧、Vsat1は輝度50%の選択点電圧、
Vsat2は輝度50%の非選択電圧である。動作マー
ジンを次式で定義する。 M(%)=Vth2(T=40,φ=40゜,f=100)−Vsat1
(T=0,φ=10゜,f=550)/Vth2(T=40,φ=4
0゜,f=100)+Vsat1(T=0,φ=10゜,f=550)
×100……(9) ただし、T=温度(℃) 0〜40℃ φ=視角(゜) 10゜〜40゜ =周波数(Hz) 100〜550Hz したがつて、広い動作マージンとは領域が広
いということと同義である。このように時分割駆
動ではある一定の電圧の幅(マージン)の中で駆
動しなければならない。 この(9)式で表わされる動作マージンMを更に分
析すると、前記した(a)〜(c)の三つの因子によつて
Mが決定されることがわかる。それぞれの因子は
次の式によつて定量的に定義される。 (a) Vthの温度特性ΔT ΔT=Vth2(T=0℃)−Vth2(T=40℃)/Vth2
(T=0℃)+Vth2(T=40℃)×100(%)……(10) 但し、温度Tは0゜〜40℃の範囲とし、φ=40゜,
=100Hzでの値としてΔTを定義する。 (b) Vthの角度依存性Δφ Δφ=Vth2(φ=40゜)/Vth2(φ=10゜)……(11) 但し、T=40℃,=100Hzでの値としてΔφを
定義した。 (c) 電圧―輝度特性のシヤープさγ γ=Vsat1/Vth1 ……(12) これらの(a)〜(c)の三つが主要素であるが、この
他に周波数特性Δが一般には存在する。 Δ=Vth1(=550)/Vth1(=100)……(13) 但しT=40℃,φ=40゜での値としてΔを定義
する。 さらに式の導出に便利なように電圧平均化法マ
ージンαなるものを定義しておく α=Vth2/Vth1 ……(14) ここで(9)式に(10)〜(14)を代入して整理すると、
動作マージンMは次式で与えられる。 M=1−(γ/Δ)Δf/α・A/1+(γ/Δ
)Δf/α・A……(15) 但し、A=1−ΔT/1+ΔT 一般にγ,Δφ,ΔT,Δはγ≧1,Δφ≦1,
ΔT≧0,Δ≦1の値を取る。 ここで定義された動作マージンは液晶材料によ
つて種々異なる値を取りうるものであり、より大
きいマージンMを与えうる材料が時分割駆動用に
適していることになる。(15)式より明らかなよ
うに動作マージンMを拡大するには温度特性ΔT
は0に近づくほど、角度依存性Δφ、電圧―輝度
のシヤープさγおよび周波数特性Δの各々は1
に近くなることが必要である。場合によつては温
度特性ΔTはその装置に温度補償回路を導入する
ことによつて温度特性の影響をほぼ無視して取扱
うこともでき、装置としての動作マージンを拡大
させることができる。しかし、温度補償回路を設
けることは必然的に装置を高価なものにするた
め、電卓などの普及品などではコストを下げるた
めに装置にこのような余分な補償回路などを一切
つけない条件で広い動作マージンが取れる部品材
料(素子)を採用することがきわめて好ましいの
である。 第三の要請すなわち、広い温度範囲、とくに低
温においても応答性の良いことに関しては、次の
ような考察からその方法が導出されよう。時分割
駆動動作時のツイステツドネマチツクモードにお
ける応答は次式で与えられる。 trise∝1/(8/N+1)・η・d2/K ……(16) tfa11∝d2η/K ……(17) ηは粘度、Kは弾性定数、dは液晶層の厚み。 上式より、液晶の応答は液晶材料の粘度によつ
て主として決定されることが判る。この理論式は
実測ともよい一致を見るとされており、応答性の
向上は液晶材料の粘性の低減によつて行ないうる
ことは当業者であればよういに認めうる理屈であ
る。 すなわちこの第三の要請に対してはいかに粘性
の低い(もちろん他の第一、第二の要請を満した
上で)液晶材料を見出しうるかが成否の鍵をにぎ
つているのである。 従来から前記三つの要請中の第二、第三の要請
に適したものとしては、母体として構成分子が負
の誘電率異方性を有するネマチツク液晶(No
晶)を用い、これに適量の正の誘電率異方性を有
するネマチツク液晶(Np液晶)および/または
正の誘電率異方性を有する液晶類似物(分子構造
が正のネマチツク液晶に類似している物質でNp
液晶類似物と称する)を添加した液晶系が提案さ
れており、この中でも特に(No+Np)液晶系は
Np液晶系のみの材料に比較して時分割特性が優
れていることが明らかにされている。これらの液
晶系において、No液晶系に添加する強Np液晶
は、一般に液晶温度範囲(MR)の上限である
TN-〓点(ネマチツク液晶が液体に転移する温度)
が低いので、これを補なうために、また駆動電圧
の温度特性を小さくするためにTN-〓点の高い液
晶材料を添加する必要がある。そして、この
TN-〓点の高い液晶材料、特にTN-〓点が約150℃
以上の材料は、ベンゼン環あるいはシクロヘキサ
ン環を3つ有する材料であり、通常、これを長分
子材料と称して時分割駆動用の液晶材料の中に添
加させて用られている。しかしながら、このよう
な長分子材料は分子量が大きいため、液晶組成物
の粘性を上昇させ、応答性を低下させるという欠
点を有していた。 したがつて本発明は、母体液晶として、一般式
The present invention relates to a liquid crystal composition, particularly a liquid crystal composition suitable for use in a time-division driving system. FIG. 1 shows an example of a twisted nematic type (TN type) liquid crystal display element, which is one type of field effect type liquid crystal display element. The liquid crystal display element shown in the figure has a first substrate 1 and a second substrate 2, each made of transparent glass or the like, separated by a predetermined distance, for example, 5 to 15 μm.
The peripheries thereof are sealed with a sealing member 3 made of, for example, fritted glass or organic adhesive, and a nematic phase liquid crystal 4 is sealed in the internal space formed by these members. The predetermined spacing is obtained by a spacer 5, for example of fiber glass, glass powder or the like. Note that the sealing member 3 may also be used as a spacer without using the spacer 5 in particular. The first and second substrates 1 and 2 each have a predetermined pattern of electrodes 6 formed on their opposing inner surfaces, and furthermore, on the surfaces in contact with the liquid crystal, liquid crystal molecules near the surfaces are aligned in a desired fixed direction. The liquid crystal alignment control surfaces 7 and 8 are used to control liquid crystal orientation. Such an orientation control surface can be formed by, for example, an oblique evaporation film in which SiO is deposited obliquely to the substrate surface on a substrate surface having electrodes, or an organic polymer thin film or an inorganic thin film is coated on the substrate surface. It is made by applying a so-called rubbing process in which the surface is rubbed in a certain direction with cotton or the like. Regarding the liquid crystal alignment direction, the liquid crystal alignment control surface 7 of the first substrate 1 has a first fixed direction, and the second substrate 2 has a first constant direction.
By selecting the second fixed direction and making each direction different for the liquid crystal alignment control surface 8,
The molecules of the nematic phase liquid crystal 4 sandwiched between the substrates 1 and 2 are twisted and oriented from the first direction to the second direction. The angle between the first direction and the second direction, that is, the twist angle of the liquid crystal molecules can be arbitrarily selected, but generally approximately 90 degrees is selected as shown in FIG. A first polarizing plate 9 and a second polarizing plate 10 are arranged on the outside of the substrates 1 and 2, respectively. In this case, the angle between the polarization axes of the two polarizing plates 9 and 10 is usually the same as the twist angle of the liquid crystal molecules (the angle between the first direction and the second direction), or the angle between (the polarization axes are parallel) are selected. Usually, the alignment direction of the liquid crystal alignment surface and the polarization axis of the polarizing plate are arranged to be parallel or orthogonal to each other. When such a display element performs a normal display when viewed from the first substrate side, it is a reflective display element in which a reflector 11 is arranged on the back surface of the second polarizing plate 9, or a reflective display element in which a reflector 11 is arranged on the back surface of the second polarizing plate 9, or a second polarizing plate A light guide such as an acrylic resin plate or a glass plate having a desired thickness is inserted between the reflector 9 and the reflector 11, and a light source is placed at an appropriate position on the side of the light guide, which is widely used as a nighttime display element. Here, the twist angle is 90 degrees, and the polarization axis crossing angle is 90 degrees.
The principle of display operation of a reflective liquid crystal display element will be explained. Now, when there is no electric field in the liquid crystal layer, external light (ambient light incident on the first polarizing plate 9 of this liquid crystal display element) first passes along the polarization axis of the first polarizing plate 9. The light becomes linearly polarized light and enters the liquid crystal layer 4, but since the liquid crystal molecules are twisted 90 degrees between the layers, when it passes through the liquid crystal layer, the plane of polarization of the polarized light is rotated 90 degrees, and the second polarizing plate 10
Transmit. This light is reflected by the reflecting plate 11, passes through the second polarizing plate 10, the liquid crystal layer 4, and the first polarizing plate 9 in the reverse order as described above, and is emitted to the outside of the liquid crystal display element.
Therefore, the viewer can observe the polarized light that is incident on the liquid crystal display element, reflected by the reflector, and then outputted from the liquid crystal display element again. In such a display element, when a predetermined voltage is applied to a predetermined selected electrode 6 and an electric field is applied to a predetermined region of the liquid crystal layer, the liquid crystal molecules in that region are aligned along the direction of the electric field. As a result, the optical rotation power of the plane of polarization is lost in that region, and the plane of polarization does not rotate in that region, so that the light polarized by the first polarizing plate 9 is blocked by the second polarizing plate 10. Therefore, the area appears dark to the observer. Therefore, by applying voltage to desired selected electrodes, desired display can be performed. In the field-effect liquid crystal display device as described above, it is particularly desirable that the liquid crystal composition used has the following properties. That is, (1) it has good adaptability to the orientation control surface, (2) it can operate in a wide temperature range, and (3) it has good responsiveness even in a wide temperature range, especially at low temperatures. Regarding the first requirement, it is extremely important to control the molecules of the liquid crystal 4 so that they are aligned parallel to each other and in one direction at the interface between the upper and lower plates, and this has been the case in the past. Controlled by SiO
This is accomplished by forming an obliquely evaporated film or by performing a rubbing treatment. In addition, for the second requirement, the minimum requirement is that it be liquid crystal at around normal temperature of 25℃, but in practical terms it should be liquid crystal in the temperature range of -10℃ to +60℃ or higher. A liquid crystal is required. The transition temperatures of solid and liquid crystals described in the present invention are determined and defined based on the following measurements. Individual liquid crystal single substances and mixed compositions composed of them often exhibit a supercooling phenomenon. In that case, the temperature is sufficiently low (for example -40℃)
The crystallization was measured by cooling the mixture to a temperature of 100.degree. C., and then the transition temperature at the time of temperature rise was measured using a micro-melting point measuring device, and this was taken as the solid-liquid crystal transition temperature. This second requirement has an extremely important meaning not only in ordinary static driving but also in driving by the so-called time-division driving system. That is, in recent years, it has become essential for liquid crystal display devices, particularly devices that require a large amount of information, such as calculators or matrix displays, to adopt a time-division driving method using a voltage averaging method or the like. Low voltage drive is desirable for calculators, etc., especially 4.5V drive (3 batteries for 1.5V batteries), which can be directly driven by connecting batteries in series, and 3V drive (battery).
Low voltage drive such as 1.5V (2 pcs.) is adopted. Since this low-voltage drive connects batteries in series, it does not require a booster circuit, and when combined with C-MOS, the battery life can be maintained at 500 to 2000 hours. However, if such a time-division drive system is adopted, operational constraints that do not occur in the static drive system will exist in principle. In other words, in a time-division display device, it is necessary to prevent crosstalk between picture elements at half-selected points and non-selected points. The voltage averaging method is the most commonly used method for preventing this crosstalk. This method was devised for the purpose of increasing the margin of operation by averaging the crosstalk voltage and increasing the difference from the selection voltage. This method will be explained below using specific examples. Average the crosstalk voltage to 1/3 of the selected voltage,
An example of applying the voltage averaging method using an alternating current drive waveform will be presented. The driving waveform of this method is as shown in the state diagram of FIG. In Figure 3, in the selected state ±
A voltage of V p is applied to the liquid crystal, and a voltage of ±(1/3) V p is applied to the liquid crystal in the half-selected state and non-selected state. At this time, the effective value ν S1 of the applied voltage applied to the point at which the liquid crystal enters the display state, that is, the display point, is expressed by the following equation. However, N: Duty number. On the other hand, the effective value ν S2 of the applied voltage applied to the non-display point of the liquid crystal is given by the following equation. ν S2 = 1/3V p ...(2) Here, in order to put the display point into the display state, ν S1 ≧Vth with respect to the threshold voltage Vth of the liquid crystal, and crosstalk occurs at the non-display point. In order to avoid this, ν S2
Must be Vth. That is, the conditions for displaying with crosstalk prevented by this driving method are as follows. ν S2 ≦Vth≦ν S1 ...(3) Substituting equations (1) and (2) into equation (3) and rearranging for V p results in the following. Therefore, when V p is changed and the brightness of display points and non-display points is measured, the results are as shown in FIG. 8. The threshold voltage of the liquid crystal converted to V p at the display point and non-display point,
Vth 1 and Vth 2 exist, and when Vth 1 ≦V p ≦ Vth 2 (5), display that prevents crosstalk is possible. Note that, according to equation (4), Vth 1 and Vth 2 can be expressed by the following equations. Vth 2 = 3Vth... (7) Regarding formula (5), to be more precise, the lower limit of the voltage that can be displayed should be the saturation voltage Vsat 1 shown in Figure 8, not Vth 1 . . In other words, the following equation (8) is the equation that determines the voltage range where Vsat 1 ≦V p ≦Vth 2 . It can be said that the device with a larger movable range of V p in equation (8) has a wider operating margin. In the induction of the above equation, ν S1 ,
ν S2 Therefore, Vth 1 , Vth 2 , Vsat 1, etc. have been considered as constant values, but these can change depending on the temperature (T), viewing angle (φ, θ) for the element (Figure 4), etc. It is. In the explanation of equations (1) to (8), we have considered the viewing angle φ=0 as defined in FIG. 4, but in reality, φ takes values within a certain finite range. There are various factors that determine the operating margin, which will be explained below in order.
When considering the factors that determine the operating margin, it is convenient to take up the following three factors in order to see the essence of the problem. (a) Fluctuation of threshold voltage due to temperature (b) Fluctuation of threshold voltage due to angle (c) Sharpness of voltage-luminance characteristics Now, let us explain the relationship between (a) to (c) and the operating margin in detail. Clarify quantitatively using examples. The electro-optical characteristics of the time-division drive method were measured by the method shown in FIG. The liquid crystal display element 51 is a luminance meter 52
It is arranged in a constant temperature bath 53 at an angle of 10° to 40° relative to the main body. And for the luminance meter 52
A tungsten lamp 54 arranged at an angle of 30 degrees irradiates light onto the liquid crystal display element 51 through a heat-absorbing glass filter 55.
1 is measured by a brightness meter 52. The respective drive waveforms in the case of time division drive 1/3 bias 1/3 duty and 1/2 bias 1/2 duty measured by the method described above are as shown in FIGS. 6 and 7. FIG. 8 shows voltage and brightness characteristics using this waveform. The area is an area that is not lit, and the area is an area where only the selected point is lit.
Desired numbers, characters, etc. can be displayed in this area. The area is an area in which all segments are lit and does not serve as a display function. In other words, this is an area where crosstalk occurs. Vth 1 is the voltage at the selected point (ON state) at 10% brightness, Vth 2 is the voltage at the non-selected (OFF state) point at 10% brightness, Vsat 1 is the voltage at the selected point at 50% brightness,
Vsat 2 is the non-select voltage at 50% brightness. The operating margin is defined by the following formula. M (%) = Vth 2 (T = 40, φ = 40°, f = 100) - Vsat 1
(T=0, φ=10゜, f=550)/Vth 2 (T=40, φ=4
0゜, f = 100) + Vsat 1 (T = 0, φ = 10゜, f = 550)
×100……(9) However, T = Temperature (°C) 0 to 40°C φ = Viewing angle (°) 10° to 40° = Frequency (Hz) 100 to 550Hz Therefore, a wide operating margin means a wide area. It is synonymous with. In this way, time-division driving requires driving within a certain voltage width (margin). Further analysis of the operating margin M expressed by equation (9) reveals that M is determined by the three factors (a) to (c) described above. Each factor is quantitatively defined by the following formula. (a) Temperature characteristics of Vth ΔT ΔT=Vth 2 (T=0℃)−Vth 2 (T=40℃)/Vth 2
(T=0℃)+Vth 2 (T=40℃)×100(%)……(10) However, temperature T is in the range of 0° to 40°C, φ=40°,
Define ΔT as the value at =100Hz. (b) Angular dependence of Vth Δφ Δφ=Vth 2 (φ=40°)/Vth 2 (φ=10°)……(11) However, Δφ was defined as the value at T=40°C and =100Hz. . (c) Sharpness of voltage-luminance characteristics γ γ = Vsat 1 /Vth 1 ...(12) These three (a) to (c) are the main elements, but in addition to these, the frequency characteristics Δ is generally exist. Δ=Vth 1 (=550)/Vth 1 (=100) (13) However, Δ is defined as the value at T=40°C and φ=40°. Furthermore, for convenience in deriving the equation, we define the voltage averaging method margin α: α=Vth 2 /Vth 1 ……(14) Here, substitute (10) to (14) into equation (9). If you organize it by
The operating margin M is given by the following equation. M=1-(γ/Δ)Δf/α・A/1+(γ/Δ
)Δf/α・A……(15) However, A=1−ΔT/1+ΔT Generally, γ, Δφ, ΔT, Δ are γ≧1, Δφ≦1,
Takes the value of ΔT≧0, Δ≦1. The operating margin defined here can take various values depending on the liquid crystal material, and a material that can provide a larger margin M is suitable for time-division driving. As is clear from equation (15), in order to expand the operating margin M, the temperature characteristic ΔT is
approaches 0, the angle dependence Δφ, voltage-luminance sharpness γ, and frequency characteristic Δ each decrease to 1.
It is necessary to be close to. In some cases, by introducing a temperature compensation circuit into the device, the influence of the temperature characteristic ΔT can be almost ignored and the operating margin of the device can be expanded. However, providing a temperature compensation circuit inevitably makes the device expensive, so in order to reduce costs, popular products such as calculators are widely used without such extra compensation circuits. It is extremely preferable to use component materials (elements) that allow a sufficient operating margin. Regarding the third requirement, that is, good responsiveness over a wide temperature range, especially at low temperatures, a method can be derived from the following considerations. The response in twisted nematic mode during time division drive operation is given by the following equation. trise∝1/(8/N+1)・η・d 2 /K …(16) tfa11∝d 2 η/K …(17) η is the viscosity, K is the elastic constant, and d is the thickness of the liquid crystal layer. From the above equation, it can be seen that the response of the liquid crystal is mainly determined by the viscosity of the liquid crystal material. This theoretical formula is said to be in good agreement with actual measurements, and those skilled in the art will readily recognize that responsiveness can be improved by reducing the viscosity of the liquid crystal material. In other words, the key to success or failure in meeting this third requirement lies in finding a liquid crystal material with low viscosity (after satisfying the other first and second requirements, of course). Conventionally, a nematic liquid crystal ( N2 liquid crystal) whose constituent molecules have negative dielectric constant anisotropy is used as a matrix, and an appropriate amount of liquid crystal is used as a material suitable for the second and third of the above three requirements. Nematic liquid crystals with positive dielectric anisotropy (N p liquid crystals) and/or liquid crystal analogues with positive dielectric anisotropy (substances whose molecular structure is similar to positive nematic liquid crystals; N p
Liquid crystal systems have been proposed, in which (N o + N p ) liquid crystal systems are added.
It has been revealed that this material has superior time-sharing characteristics compared to materials consisting only of N p liquid crystal systems. In these liquid crystal systems, the strong N p liquid crystal added to the N o liquid crystal system is generally at the upper limit of the liquid crystal temperature range (MR).
T N- 〓 point (temperature at which nematic liquid crystal transitions to liquid)
In order to compensate for this and to reduce the temperature characteristics of the driving voltage, it is necessary to add a liquid crystal material with a high T N - point. And this
Liquid crystal materials with high T N- points, especially T N- points of about 150℃
The above-mentioned materials have three benzene rings or cyclohexane rings, and are usually called long-molecule materials and are used by being added to a liquid crystal material for time-division driving. However, since such long molecular materials have large molecular weights, they have the drawback of increasing the viscosity of the liquid crystal composition and reducing responsiveness. Therefore, the present invention uses the general formula

【式】(R1,R2は 炭素数1〜5の直鎖アルキル基)、
[Formula] (R 1 and R 2 are linear alkyl groups having 1 to 5 carbon atoms),

【式】(R5は炭素数3〜 7の直鎖アルキル基)、および
[Formula] (R 5 is a straight chain alkyl group having 3 to 7 carbon atoms), and

【式】(R7は炭素 数3〜7の直鎖アルキル基)で表わされる化合物
を少なくとも含む混合液晶に、一般式 (R8,R9は炭素数1〜9の直鎖アルキル基)で
表わされる化合物の少なくとも一種類を添加する
ことによつて、時分割特性および応答性を向上さ
せた液晶組成物を提供することを目的としてい
る。以下実施例を用いて本発明を詳細に説明す
る。 実施例 まず、一般式 で表わされる化合物には、その種類として、下記
表1に示す液晶温度範囲(MR)を有する化合物
がある。
[Formula] (R 7 is a linear alkyl group having 3 to 7 carbon atoms) A mixed liquid crystal containing at least a compound represented by the general formula (R 8 , R 9 are linear alkyl groups having 1 to 9 carbon atoms) By adding at least one type of compound represented by the following, a liquid crystal composition with improved time division characteristics and responsiveness is provided. The purpose is to The present invention will be explained in detail below using Examples. Example First, general formula The compounds represented by include compounds having a liquid crystal temperature range (MR) shown in Table 1 below.

【表】 また、母体液晶として、 の組成物からなる混合液晶を用いる。この場合、
この母体液晶には、一般式
[Table] Also, as a parent liquid crystal, A mixed liquid crystal consisting of the following composition is used. in this case,
This base liquid crystal has a general formula

【式】で表わさ れるECH(エステル・シクロヘキサン系の液晶)
化合物として および がそれぞれ20重量%、10重量%および20重量%ず
つと、一般式
ECH (ester/cyclohexane liquid crystal) represented by [formula]
as a compound and are 20% by weight, 10% by weight, and 20% by weight, respectively, and the general formula

【式】で表 わされるPCH(フエニルシクロヘキサン系液晶)
化合物として
PCH (phenylcyclohexane liquid crystal) represented by [formula]
as a compound

【式】お よび[Formula] O call

【式】がそれぞ れ20重量%と、一般式
[Formula] is 20% by weight each, and the general formula

【式】で表わされ る添加剤としての
As an additive represented by [formula]

【式】が10重 量%とがそれぞれ添加されて混合されており、−
5〜55℃の液晶温度範囲(MR)を有している。
そして、上記混合液晶に、一般式 で表わされる化合物として上記表1で示した を1〜15重量%の範囲添加すると、第9図に特性
,′で示したように母体液晶の粘度特性(特
性)、動作マージン(特性′)をそれぞれ大幅
に向上させることができた。なお、同図におい
て、特性,,は比較例として上記母体液晶
に前記長分子材料、例えば (特性), (特性), (特性)がそれぞれ同等重量%添加された従来
の粘度特性および動作マージン特性を示したもの
である。したがつて、同図から明らかなように、
上記構成による液晶組成物によれば、粘度特性お
よびマージン特性が向上できるので、応答性の良
好な時分割駆動が可能となる。この場合、添加化
合物としての の添加量は、上限の15重量%を超えると、 が溶解しにくくなるとともに、析出現象が表わ
れ、下限の1重量%未満では、前述の効果が得ら
れなくなる。したがつて、添加量が約10重量%程
度であれば、極めて良好な効果が得られる。 なお、上記実施例において、一般式 で表わされる化合物として、 を添加した場合について説明したが、一般に表1
で示される炭素数が1〜9の直鎖アルキル基を有
する化合物であれば、そのいずれであつても同様
の効果が得られる。また、これらの化合物は一種
類に限定されるものではなく、複数種類添加し、
その総合計が約15重量%以下であれば、前述と同
様の効果が得られる。この場合、添加する化合物
を二種類以上添加すると、相溶性が一種類の添加
よりも向上させることができる。また、三種類以
上添加した場合には、相溶性を向上できるが、二
種類の添加とほぼ同等の効果が得られる。 以上説明したように本発明によれば、母体液晶
の粘性の低下させて応答性が向上できるので、時
分割特性の優れた液晶組成物を得ることができ
る。また、電気光学特性およびマージンレンジが
良好に得られるので、時分割駆動用の材料として
最適の材料であるばかりでなく、化学的にも安定
であり、信頼性の高い液晶組成物として優れた特
徴を有している。
[Formula] and 10% by weight are respectively added and mixed, -
It has a liquid crystal temperature range (MR) of 5-55°C.
Then, to the above mixed liquid crystal, the general formula The compounds shown in Table 1 above are When added in an amount of 1 to 15% by weight, it was possible to significantly improve the viscosity characteristics (characteristics) and operating margin (characteristics') of the host liquid crystal, as shown in Figure 9. In addition, in the same figure, the characteristics , , are comparative examples in which the above-mentioned long molecular material, e.g. (Characteristic), (Characteristic), (Characteristics) shows the conventional viscosity characteristics and operating margin characteristics in which the same weight percent was added. Therefore, as is clear from the figure,
According to the liquid crystal composition having the above structure, the viscosity characteristics and the margin characteristics can be improved, so that time-division driving with good responsiveness is possible. In this case, as an additive compound If the amount added exceeds the upper limit of 15% by weight, becomes difficult to dissolve and a precipitation phenomenon appears, and if it is less than the lower limit of 1% by weight, the above-mentioned effects cannot be obtained. Therefore, if the amount added is about 10% by weight, extremely good effects can be obtained. In addition, in the above examples, the general formula As a compound represented by Although we have explained the case where
The same effect can be obtained with any compound having a linear alkyl group having 1 to 9 carbon atoms as shown in the formula. In addition, these compounds are not limited to one type, but multiple types can be added,
If the total amount is about 15% by weight or less, the same effects as described above can be obtained. In this case, when two or more types of compounds are added, the compatibility can be improved more than when one type of compound is added. Furthermore, when three or more types are added, the compatibility can be improved, but almost the same effect as adding two types can be obtained. As explained above, according to the present invention, the viscosity of the base liquid crystal can be reduced and the responsiveness can be improved, so that a liquid crystal composition with excellent time division characteristics can be obtained. In addition, it has good electro-optical properties and a good margin range, so it is not only the best material for time-division driving, but it is also chemically stable, making it an excellent material for highly reliable liquid crystal compositions. have.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は液晶表示素子の一例を示す断面図、第
2図は液晶分子の配向状態を示す構成図、第3図
は電圧平均化法(1/3バイアス)時分割駆動波形
の一例を示す状態図、第4図は視角の定義を示す
図、第5図は電気光学特性測定装置の説明図、第
6図は1/3バイアス、1/3デユテイの駆動波形、第
7図は1/2バイアス、1/2デユテイの駆動波形を示
す図、第8図は時分割駆動した時の輝度―電圧特
性を示す図、第9図は および従来の添加剤の添加量に対する電気光学特
性図である。 1…上板、2…下板、5…液晶、6…電極、
8,9…偏光板、51…液晶表示素子。
Figure 1 is a cross-sectional view showing an example of a liquid crystal display element, Figure 2 is a configuration diagram showing the alignment state of liquid crystal molecules, and Figure 3 is an example of a voltage averaging method (1/3 bias) time-division drive waveform. Fig. 4 is a diagram showing the definition of viewing angle, Fig. 5 is an explanatory diagram of the electro-optical characteristic measuring device, Fig. 6 is a drive waveform of 1/3 bias and 1/3 duty, and Fig. 7 is a diagram showing 1/3 duty. 2 bias, 1/2 duty drive waveform, Figure 8 is a diagram showing the brightness-voltage characteristics when time-division driving, Figure 9 is and FIG. 7 is an electro-optical characteristic diagram for the amount of conventional additives added. 1... Upper plate, 2... Lower plate, 5... Liquid crystal, 6... Electrode,
8, 9...Polarizing plate, 51...Liquid crystal display element.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 ネマチツク液晶として、 【式】 【式】および で表わされる化合物を少なくとも含む液晶組成物
に、一般式 (R1,R2は炭素数1〜9の直鎖アルキル基)で
表わされる化合物の少なくとも一種類を1重量%
以上15重量%以下の範囲で添加し時分割駆動方式
に用いられることを特徴とする液晶組成物。
[Claims] 1. As a nematic liquid crystal, [Formula] [Formula] and A liquid crystal composition containing at least a compound represented by the general formula (R 1 , R 2 are linear alkyl groups having 1 to 9 carbon atoms) 1% by weight of at least one compound represented by
A liquid crystal composition characterized in that it is added in an amount of 15% by weight or less and used in a time division drive system.
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