JPS633086A - アクテイブマトリクス型液晶表示素子 - 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、電気光学的な液晶デイスプレィに用いられる
液晶表示素子、更に詳しくはスイッチング素子を組み込
んだアクティブマトリクス型ＴＮ−ＦＥＭ用液晶表示素
子に関するものである。

従来の技術 従来からスイッチング素子、例えばＣ−ＭＯＳあるいは
ＴＰＴを組み込んだアクティブマトリクス型ＴＮ−ＦＥ
Ｍ用液晶表示素子をテレビ受像機として用いる場合には
、下記要件が必要とされている。

（１）低電圧駆動 （２）　　高速応答性、閾値電圧付近でも速いこと（３
）広視野角 （４）　　高コントラスト （５）高階調性 （６）幅広い使用温度範囲 そして、これらの要件を満たすためには、液晶組成物に
は次のような性質が必要とされる。

（１）誘電率異方性（Δε）が大きいこと（副　粘度（
η）が低いこと （３）屈折率異方性（Δｎ）が小さいこと（４）弾性定
数比（Ｋ３３／に１１　）の値が大きいこと （５）液晶温度範囲（Ｍ、Ｒ，）が広いことしかしなが
ら、これら物性値の中には、（１）と（２）、０）と（
＠のどとくお互いに相反する物性もあり、これらの物性
値を充分に満足する液晶組成物は未だ提案されていない
。表１は代表的な液晶化合物の各物性値であり、これら
の化合物を適当に混合することにより実用的な液晶組成
物を得ているのが現状である。

表１ ｐ型液晶としては、誘電率異方性が大きいにも拘らず粘
度が比較的小さいシアノフェニルシクロヘキサン系液晶
が多用されている。そしてこの場合、その狭い液晶温度
範囲を広げるために、ビフェニルシクロヘキサン系液晶
やシクロヘキシルビフェニルシクロヘキサン系液晶など
の高温用液晶材料などが一般に加えられている。しかし
ながら、このような高温用液晶材料を加えると粘度や屈
折率異方性が大きくなってしまうため、更に液晶の透明
点（ｃｌ、ｐ、）（ネマチック−等吉相相転移温度）が
比較的高いうえ粘度や屈折率異方性が小さいアルコキシ
フェニル−シクロへキシルカルボキシレート系液晶など
が加えられる。このアルコキシフェニル−シクロへキシ
ルカルボキシレート系液晶は物性調整用の液晶材料とし
て非常に有用である。

発明が解決しようとする問題点 しかしながら、このようにして調製された液晶組成物は
、Δｎが小さいためセルギャップを大きくすることがで
き液晶セル作成が容易であるということや、マルチプレ
ックス駆動のような使い方をする場合には充分速い応答
特性を示すという特長を有しているものの、スイッチン
グ素子を組み込んだアクティブマトリクス型ＴＮ−ＦＥ
Ｍ用液晶表示素子として用いる場合には、電圧無印加の
状態から閾値電圧に相当する電圧を印加した時の立ち上
がり応答時間を２００ｍ１ｌｅｃ以下にするのが非常に
困難である。

問題点を解決するための手段 本発明は、−般式 ％式％（１） （式中Ｒ１は、炭素鎖数が２〜８のアルキル基を表し、
Ｒ２ｉｄ炭素鎖数が１〜８のアルキル基または、アルコ
キシ基を表す。）で表される１−（トランス−４−ｎ−
アルキルシクロヘキシル）−２−（トランス−４−ｎ−
アルキルシクロヘキシル）エタンまたは１−（トランス
−４−ｎ−アルキルシクロヘキシル）−２−（）ランス
−４−ｎフルコキシシクロヘキシル）エタンおヨヒ、−
般式％式％（） （式中Ｒ３，Ｒ４は、炭素鎖数が２〜８のアルキル基を
表す。）で表される１−（トランス−４−ｎ−アルキル
シクロヘキシル）−２−）ランス−４−ｎ−フルキルシ
クロへキシルフヱニル）エタンからなる群から選ばれる
少なくとも一種の化合物を含む液晶組成物を用いる。

ここにおいて、前記液組成物は、−般式（式中Ｒ５は、
炭素鎖数が２〜８のアルキル基を表す。）で表される５
−デルキル−２−（４−シアノフェニル）ピリミジンま
たは、−般式％式％（） （式中Ｒ５は、炭素鎖数が２〜８のアルキル基を表す。

）で表されるトランス−４−アルキル−（４−シアノフ
ェニル）シクロヘキサンの一種以上を含むことができる
。

作　　用 一般ＫＴＮ型液晶表示素子における立ち上がり応答時間
τ、は次式で表される。

τγ＝η・ｄ／（εｏ・ΔεＶ　−Ｋｉｌ・π　）但し
、■は印加電圧、ｄはセルギャップ、ε。は真空中の誘
電率、Ｋｉ　ｉ　＝　Ｋ１１　＋（Ｋ３３−２に２２　
）／４（Ｋ１１はスプレーの弾性定数、Ｋ２２はツイス
トの弾性定数、Ｋ３３・はペンドの弾性定数）を表して
いる。本発明液晶表示素子に用いられる液晶組成物が、
何故閾値電圧付近で立ち上がり応答速度が速いのかは明
らかでないが、アルコキシフヱニルーシクロへキシルカ
ルボキシレート系液晶ヲ含む他の組成系に比べて、系全
体のＫｉｉが小さくなっていることによるものであると
考えられる。

実施例 以下に本発明の実施の態様を図面を参照しつつ、詳細に
説明する。本実施例では測定の便宜上、個々の液晶表示
素子は外部駆動回路によりスイッチングを行った。

〈実施例１〉下記組成の液晶組成物（Ａ）を調製した。

Ｃ２Ｈ６吾ＣＨ２ＣＨ２舎Ｃ３Ｈ７６ｗｔ　、％Ｃ３Ｈ
７（（沖Ｃ２Ｈ５１２ｗｔ　、％Ｃ３Ｈ７ｍｃＨ２０Ｃ
Ｈ３２５ｗｔ　、％Ｃ３Ｈ７母Ｙ伝灸Ｆ　　　　　　６
ｗｔ、％Ｃ２Ｈ５＄　ＣＨ３１＋Ｗｔ　、％ ｃ４Ｈ９＄　ＣＨ３１６ｗｔ　、％ この液晶組成物（Ａ）の物性値は表２の通りである。

表２ 次に、このようにして得られた液晶組成物（８）に４−
シアノ−４’−（２−メチルブチル）ビフェニルを０．
１ｗｔ０％添加した後、ＴＮ−１＝ル［−Ａ］（セルギ
ャップ：５．６μｍ１ポリイミド配向膜使用）に減圧注
入した。

その後、偏光板を上下基板にラビング方向と偏光軸とが
一致するように貼り、常法に従い、セルの光透過率の電
圧依存性および電圧応答特性を測定した。測定はキャノ
ン社製液晶評価装置を用い、２０″Ｃで行った。液晶組
成物（５）の閾値電圧は２．１６Ｖ、飽和電圧３．２０
　Ｖであった。

また、電圧無印加の状態から閾値電圧に相当する電圧を
印加した時の立ち上がり応答時間は１６０　ｍ５ｅｃ　
であり、６■の電圧を印加した状態から電圧無印加の状
態にした時の立ち下がり応答時間は２２ｍ５ｅｃであっ
た。

以上より明らかなように、本発明液晶表示素子は低電圧
駆動が可能であるとともに、高階調性、高速応答性に優
れアクティブマトリクス型液晶表示素子に適している。

〈実施例２〉 下記組成の液晶組成物（Ｂ）を調製した。

Ｃ５Ｈ−ｒ　ｍＣＮ　　　　　　１３ｗｔ　、％Ｃ４Ｈ
９豆は）ＣＮ　　　　　　１３Ｗｔ　、％Ｃ６Ｈ１１１
ＣＮ　　　　　　９Ｗｔ　、％ｃ３Ｈハヒ（トｃ　Ｈｓ
ｗｔ、％ Ｃ３Ｈ７％Ｈ２ＯＣＨ３１０Ｗｔ　、％Ｃ３Ｈ７＄　Ｆ
　　　　　　４ｗｔ　０％Ｃ３Ｈ７＋　ＯＣ２Ｈ５１７
ｗｔ０％ Ｃ４Ｈ９ぞに臥Ｄ　ＣＨｓ　　　　、６ｖｒｔ　、％Ｃ
３Ｈ７８ＣＨ２ＣＨ２（刈）Ｃ２Ｈ５５Ｗｔ０％Ｃ３Ｈ
７召Ｘ）Ｃ２Ｈ６８Ｗｔ６％ この液晶組成物（Ｂ）の物性値は表３の通りである。

表３ 次に、このようにして得られた液晶組成物（Ｂ）に４−
シアノ−４’−（２−メチルブチル）ビフェニルを０．
１ｗｔ、％添加した後、ＴＮセル〔Ｂ〕（セルギャップ
＝６．６μｍ１ポリイミド配向膜使用）に減圧注入した
。

その後、偏光板を上下基板にラビング方向と偏光軸とが
一致するように貼り、常法に従い、セルの光透過率の電
圧依存性および電圧応答特性を測定した。測定はキャノ
ン社製液晶評価装置を用い、２０°Ｃでおこなった。電
圧応答特性の測定結果を図に示す。

また、比較例として下記組成の液晶組成物（ｑを調製し
た。

Ｃ３Ｈ７ｍ　ＣＮ　　　　　　１３ｗｔ　０％ｃ４Ｈｓ
ｍ　ＣＮ　　　　　　１３ｗｔ　−％Ｃ３Ｈ１１Ｃ５Ｈ
５Ｎ　　　　　　９□ｔ、う４Ｃ３Ｈ７召１ｏＣ２Ｈｓ
　　　　　５Ｗｔ　、％Ｃ３Ｈ７＄ＣＨ２ＯＣＨ３１０
ｗｔ　、％Ｃ３Ｈ７℃％Ｆ４ｗｔ０％ Ｃ３Ｈ７４ＱＣ２Ｈ６１２ｗｔ　、％ Ｃ３Ｈ１１＄　Ｃ２Ｈ５５ｗｔ　、％ Ｃ３Ｈ７（Ｘ）Ｃ２Ｈ５８ｗｔ０％ Ｃ３Ｈ７０Ｃ○０（奈○ＣＨ１０ｗｔ、％ＣＨ＄　ＣＨ
３６ｗｔ　０％ この液晶組成物（Ｃ）の物性値は表４の通りである。

表４ 次に、このようにして得られた液晶組成物（Ｃ）に４−
シアノ−４１（２−メチルブチル）ビフェニルを０．１
ｗｔ、％添加した後、液晶組成物（８）の場合と同様に
してＴＮセル〔Ｃ〕（セルギャップ：５．５μｍ１ポリ
イミド配向膜使用）に減圧注入し、セルの光透過率の電
圧依存性および電圧応答特性を測定した。電圧応答特性
の測定結果を液晶組成物（ｑの場合と共に図に示す。液
晶組成物（Ｂ）の閾値電圧は１．９８Ｖ、液晶組成物（
ｑの閾値電圧は２．１７Ｖであった。何れの場合も立ち
下がり電圧応答時間は、閾値電圧付近の電圧ででも５０
ｍ５ｅｃ以下であり実用上問題はなかった。

図より明らかなようにアルコキシフェニル−シクロへキ
シルカルボキシレート系液晶を系に含テナイ組成物ハ、
アルコキシフェニル−シクロへキシルカルボキシレート
系液晶を系に含む組成物に比べて、閾値電圧付近での立
ち上がり応答速度が非常に速く、アクティブマトリクス
型液晶表示素子に用いる場合、その実用的価値は極めて
高い。

また、本発明の液晶表示素子に用いられる１−（トラン
ス−４−ｎ−アルキルシクロヘキシル）−２−（１−ラ
ン７−４−　ｎ−アルキルシクロヘキシル）エタン、あ
るいは１−（トランス−４−ｎ−アルキルシクロヘキシ
ル）−２−（）ランス−４−ｎ−アルコキシンクロヘキ
シル）エタンは、他の液晶組成物に添加した場合、ｃｌ
、ｐ、をあまり下げることなく粘度を低下させる効果を
有している。

また、１−（トランス−４−ｎ−アルキルンクロヘキシ
ル）−２−（トランス−４−ｎ−アルキルシクロへキシ
ルフェニル）エタンは、アルコキシフェニル−シクロへ
キシルカルボキシレート系液晶と同程度の粘性や液晶温
度範囲を有しているうえ、他の液晶組成物に添加しても
、アルコキシフェニル−シクロへキシルカルボキシレー
ト系液晶の場合に見られるような誘電率異方性の低下が
殆ど認められないなどの特徴を有している。

これら１−（）ランス−４−ｎ−アルキルシクロヘキシ
ル）−２−（トランス−４−ｎ−アルキルシクロヘキシ
ル）エタン、また１ｊ１−（トランス−４−ｎ−アルキ
ルシクロヘキシル）−２−（トランス−４−ｎ−アルコ
キシシクロヘキシル）エタン、あるいは１−（トランス
−４−ｎ−アルキルシクロヘキシル）−２−（トランス
−４−ｎ−アルキルシクロへキシルフェニル）エタン！
、ト（Ｄ骨格を有する液晶化合物の混合割合は０．１〜
７０ｗｔ、％、好ましくは１〜５０ｗｔ、％が適当であ
る。

混合割合が０．１ｗｔ、％未満の場合にはその効果は認
められず、混合割合が７０ｗｔ１％を越えると実用的な
物性を有する液晶組成物を得るのが甚だ困難になる。

〈実施例３〉 下記組成の液晶組成物口を調製した。

Ｃ３Ｈ７ｍ　ＣＮ　　　　　　１０ｗｔ　、％この液晶
組成物ｐの物性値は表６の通りである。

表６ 次に、このようにして得られた液晶組成物ｑに４−シア
ノ−４’−（２−メチルブチル）ピフェニルを０．１ｗ
ｔ、％添加した後、液晶組成物（８）の場合と同様にし
てＴＮセル〔Ｄ〕（セルギャップ＝６．６μｍ、ポリイ
ミド配向膜使用）Ｋ減圧注入し、セルの光透過率の電圧
依存性および電圧応答特性を測定した。液晶組成物ｑの
閾値電圧は２゜ｏｓＶ、飽和電圧は３．２３Ｖであった
。

また、電圧無印加の状態から閾値電圧に相当する電圧を
印加した時の立ち上がり応答時間は１８０ｍ５ｅｃ　で
あり、６ｖの電圧を印加した状態から電圧無印加の状態
にした時の立ち下がり応答時間は２４ｍ５ｅｃであった
。

以上より明らかなように、本発明の液晶表示素子は高階
調性、高速応答性に優れアクティブマトリクス型液晶表
示素子に適している。

発明の効果 以上述べたように、本発明の液晶表示素子はスイッチン
グ素子を有するアクティブマトリクス型において特に優
れた特性を示す液晶組成物を用いておシ、閾値電圧付近
での高速応答特性に優れており、その実用的価、値は非
常に高い。

【図面の簡単な説明】

図は本発明の一実施例であるＴＮセルの電圧応答特性を
示すグラフである。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）液晶組成物とスイッチング素子を有し、前記液晶
   組成物が、一般式 ▲数式、化学式、表等があります▼・・・・・・（ I
   ） （式中Ｒ＿１は、炭素鎖数が２〜８のアルキル基を表し
   、Ｒ＿２は炭素鎖数が１〜８のアルキル基またはアルコ
   キシ基を表す）で表される１−（トランス−４−ｎ−ア
   ルキルシクロヘキシル）−２−（トランス−４−ｎ−ア
   ルキルシクロヘキシル）エタンまたは１−（トランス４
   −ｎ−アルキルシクロヘキシル）−２−（トランス−４
   −ｎ−アルコキシシクロヘキシル）エタンおよび、一般
   式▲数式、化学式、表等があります▼・・・・・・（I
   I） （式中Ｒ＿３、Ｒ＿４は、炭素鎖数が２〜８のアルキル
   基をあらわす。）で表される１−（トランス−４−ｎ−
   アルキルシクロヘキシル）−２−（トランス−４−ｎア
   ルキルシクロヘキシルフェニル）エタンからなる群から
   選ばれる少なくとも一種の化合物を含むことを特徴とす
   るアクティブマトリクス型液晶表示素子。
2. （２）前記液晶組成物が、一般式 ▲数式、化学式、表等があります▼・・・・・・（III
   ） （式中Ｒ＿５は、炭素鎖数が２〜８のアルキル基を表す
   。）で表される５−アルキル−２−（４−シアノフェニ
   ル）ピリミジンの一種以上を含む特許請求の範囲第１項
   記載のアクティブマトリクス型液晶表示素子。
3. （３）前記液晶組成物が、一般式 ▲数式、化学式、表等があります▼・・・・・・（IV） （式中Ｒ＿５は、炭素鎖数が２〜８のアルキル基を表す
   。）で表されるトランス−４−アルキル−（４−シアノ
   フェニル）シクロヘキサンの一種以上を含む特許請求の
   範囲第１項記載のアクティブマトリクス型液晶表示素子
   。