JPS6346289A - 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咬物、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。

〔従来の技術〕

従来、表示装置用ネマチック液晶組吠物は、例えば特開
昭５４−８５６９４号公報などに明示されてい：ｂ！’
１に、一般式Ｒ−９−ｃｏｏ−＠−ｏ−Ｒ’　（Ｒ、Ｒ
’　ｔｉ　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ＥＣＨと略記す
る）などのＮｎ液晶をペースにして、これらに一般弐Ｒ
”−＠−ｃｏｏ−＠−ｏＮ　（Ｒ”　ｔｉ　任意７Ｆ）
　炭素数ｆ）　ｊ［鎖７　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−ｚ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。更に上記Ｎｔ％液晶及びＮｐ
液晶に加えて一数式ｙ＃◇−＠−＠−ＯＮ　（Ｒ”は任
意の炭素数の直鎖フルキル基を示す）で表わされる化合
物などを添加する事により透明点を高くし液晶温度範囲
を広くしている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

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は近の立ち
上カ；すｂｔ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ｔ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い：　ｖＯｆｆとし、
走査電極の本数を１本とすれば比ｖｃｙｔｓ　／ｖｏｆ
ｆは ’Ｉｏｎ／”Ｉｏｆｆ　＝　Ｗ−７７下・・・・・・（
１）なる関係、６ｔあり　Ｂ　６１多くなるにつれて比
ｖｏｎ／ｖＯｆｆ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６Ｖｃ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込値電圧
ｖｔｈ　（本明細書中に於ては透過率を１０俤だけ変化
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
明細書中に於ては透過率を９０係変化させるのに必要な
実効電圧値をＶ　ｓａｔとする）とすると、非選択電極
部では印加される実効電圧”　Ｏｆｆが光学的しきい値
電圧＋７ｔＡより小さければ、即ち、ｖ６１１（、ｖｔ
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７０７１が飽和電
圧ｖ　ｓａｔより大きければ、即ち Ｖａｎ　＞　Ｖｓａｔ　＝　（３） であれば透過率は十分変化し選択され几事にな４従って
（３）式を（２）式、で割れば Ｖ鱈　　　　　Ｖｓａｔ 〉　　　　・・川・（４） Ｖｏｆｆ　　Ｖｔｈ となり、この関係式が成り立つ時非選択電甑と選択電極
の透過率の差ｈｚ十分となる。更ＶＣ（１）式と（４）
式から となる。走査線の本数Ｂ　ｈＺ多くなるにつれ右辺は小
さくなり１に近づいて行く。この念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、ｖ８αｔ７ｖｔ
ｈも１に近い方が有利となる。即ち第２図の実効電圧−
相対透過率曲線の光学的しきい値電圧から光学的飽和電
圧にかけての曲線の勾配ｂｔ急峻な糧、コントラストを
一定（まｔは良くシ之上Ｋ）走査線本数を増やす事がで
きる０以上が条件■が必要となる１由である。しかし従
来、電気光学特性に於ける温ｇ依存性の除去が重要視さ
れてｈｅ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ＩＣ
が安価になっｔ現在温度補償回路を駆動回路に組入込む
事により容易に取り除く事ｂ；できるように成っ九。

他の間素点として応答速度がある。

静止画儂を表示する場合応答速度はそれ穆問題とならな
い。しかしコンビエータ端末やワード・プロセッサーな
どの様に画儂を頻繁に切り替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け言）
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ｔ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ムで表わ
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。

一般式が下記Ｃで！！ｂされる化合物の少なくとも一種
、及び一般式が下記り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　・・−・・・Ｒ１４）−４ｃｐｚＶ２−ｏ−Ｒ＊Ｂ
・・・・・・Ｒ８−ｑ−＠−ｏ−Ｒ。

Ｄ　・・曲　ｕｙ　−＠＠−ぐ牽シー（ａｎ、→！べ！
シーＲ畠但し、 ＲＩ及びＲ２け炭素数２〜１０個の直鎖アル中ル基Ｒ３
及びＲ４は炭素数１〜１２個の直鎖アルキル基Ｒ１は炭
素数１〜１０個の直鎖フルキル基Ｒ６け炭素数１〜１２
個の直鎖アルキル基Ｒ？及び丸は炭素数２〜８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）は急峻性を向上させ、かつ応答速度を速
くする几めに有効Ｎｎ液晶であり、１２重量％未満では
効果が小さくその含有量は多い穆良い。しかし７０重量
％を越えると共晶組成からのズレｂＺ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、１２重量慢〜７０重量係が望ましい。

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）は従来の単なる胞液晶及び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、かつネマチック液晶温度範囲も広げるｔめに
用いるものであり２重景憾未満では効果ｂＺなくその含
有ｆｉは多い程良へしかし８０重量％を越えると共晶組
成からのズレｂｚ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九め２重責チ〜
８０重４に憾が望ましい。

一般式Ｃで表わされる化合物（以後本文中に於て化合物
○と略記する）もＮｐ液晶でありその含有Ｉの多少によ
り光学的しきい値電圧を低くまｔ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
最大定格出力電力も低くて隣人、安価なＩＣが使えるた
め有利となる。

しかしＰ−ＩＣ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ｂ；あるのでこの含有Ｉは過度にしな、い方が良い
。即ち５重量％〜３０重量％が望ましく、より望ましく
け８重量係〜２２．５重１チである。

一般式りで表わされる化合物（以後本文中に於て化合物
りと略記する）はネマチック液晶組成物の透明点を高く
するのく有効である。しかし４重量−未満では効果ｈＺ
小さくその含有量は多い穆良い。しかし３５重量％を越
えると低温でスメクチック相が出現し好ましくない。従
って化合物りの含有量は４重量慢〜３５を量慢が望まし
く、より望ましくＦ１８重量憾〜２５ｔＩ１４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っ丸部１図は
電気光学特性に対する測定系を表わした屯のである。測
定セル４Ｆｉ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た上、スペーサーの役割を兼ねえ
ナイロン・フィルム製の枠を間に挾んで液晶を封入しｔ
時液晶層が所望の厚入と成るように２枚の該ガラス基板
を対向させて固定し比ものであり、該セルの両面だけ各
々１枚ずつの偏光板を電圧ｂｔ印加されていない時光が
透過し、電圧ｂｚ印加され九時光ｂ１遮断さ九るよって
偏光軸の向きをｖ４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、後方に設けられ穴検出器でその透過
光強変が測定される。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ｔ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
な一５九時及び最も暗くなっ定時の透過率を各々１００
チ及び０悌として表わし印加電圧を透過率１００％の電
圧から始めて徐々に上げて行き透過率が１０ｅ４だけ宝
化し定時の実効値電圧を光学的しきい値電圧ｖｔｈま几
更に印加電圧を上げて透過率が１００チの時から９０チ
変化した時の実効値電圧を光学的飽和電圧ｖ８αｔと各
々定める。この時、実効電圧−相対透過率曲線の光学的
しきい値電圧付近の立ち上ｂ１す（即ち、急峻性）は下
式に於けるβ値と゛して定められる。

Ｖｓａｔ β＝Ｍ丁 点燈時（マトリクス・セル（で於て選択され定時）の実
効値電圧（ｖａｎと表わす）がＶ８ａｔに等しく、非点
燈時（非選択時）の実効電圧ＣｖＯｆｆ　　と表わす）
　ｂ’−ｖｔｈに等しい電気信号が印加され定時各々透
過率が９０チ及び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ＷｏｎがＶｓａｔよ
りやや大きく、ｖｏｆｆがｖｔｈよりやや小さければ各
々の透過率′ｒ１９０％以上と１０％以下と成る。コノ
時Ｔｌ０ｎ／Ｖ　０ｆｆ）Ｖ　Ｂａｔ／Ｖ　ｔ　ｈ＝β
である。これとは逆ｒｉｃｖｏｎがＶ　ｓａｔより小さ
く、ｖｏｆｆ　ｂ”−ｖｔんより大きければ各々の透過
率は９０俤以下と１０幅以上と成り視認性が悪くなって
しまう。即ち、Ｖｃｍ／Ｖ　ｏｆｆ＜”Ｉ　ｓａｔ／Ｖ
ｔｈ　＝βなる信号電圧が印加さし九場合視認性ｈＺ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／Ｖｏｆｆ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？ｔｌＶ　ｏｆｆ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Ｖｏ
ｓ／Ｖｏｆｆが小さくなるｔ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九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Ｖｓａｔへ切り
換え定時定常状態での各々実効値電圧に対する透過率同
志の差の９０４だけ透過率が変化するのに要する時間（
即ち、透過率が９０ｔ４から１８％へ変化するのに要す
る時間）をミＩＪ秒単位でＴｃｒｒＬと表わし、同様に
ｖ　ｓａｔからｖｔｈへ実効値電圧を瞬間的に切り換え
た時定書状！！！！＋の各々の実効電圧に対する透過率
同志の差の９０係でけ透過率が変化するのに要する時間
（透過率が１０幅から８２チへ変化するのに要する時間
）をミＩＪ秒単位でＴ　ｏｆｆと表わす。ＴｏｎととＴ
　ｏｆｆを足し７ｔＴ（ミリ秒単位）を以て応答連間の
指標とする。

尚、一般に印加電圧をＯから任意の電圧ν（ｖ）へ瞬間
的に切り換えてから透過率ｂｔＯの状態から９０憾へ変
化するのに要する時間なｔｃｍ、印加電圧をνから０へ
瞬間的に切り換えてから透過率が１００憾１の状態から
１０チ変化するのく要する時間を。

ｔ　ｏｆｆとすると下記の式で表わされる事ｂ１知られ
ている（参考文献：　ｕ、　５ｃｈａｄｔ、　　日本学
術援興会情報料学用有機材料第１４２委員会　へ部会（
液晶グループ）第１１回研究会資料　１９７８年）。

ｔ　ａｎ　＝η／（句Δａ　ｙｖ”−Ｋ（７）”　）＝
ｄ”　’Ｉ／（８６６ｇ　Ｋ”　−Ｋπりｔ　ｏｆｆ　
＝り／Ｋ（７）” ＝ｄ２・η／にπ２ （ここで、ηは　ルク粘度、ｅｏは真空誘電率、ΔＣは
相対誘電率の異方性、Ｅは電場、Ｋは（Ｋｌｌ”Ｋ　３
３　２　Ｋ　２２　）／４　　なる弾性定数項、ｄはセ
ル厚を各々々表わし、η、ΔεシよびＫは液晶組成物に
個有である）。従ってｔｔｙｎ及びｔ　ｏｆｆは共Ｋｄ
”に比例して長くなる。

本実施例で定義しｅＴなる応答速度もセル厚と密接な関
係があり、定性的ではあろｂＺセル厚ｂ；薄いとＴは短
、かく、セル厚ｆ）ｉ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雅しくない。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
を薄くする穆、応答速度を速くする事ができる。

一方、急峻性βけセル厚ｄＣａ）と屈折率異方性Δｎの
積であるΔｎ−ｄがＣＬ８〜ｔｏ付近の時、最も小さく
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ｎｔｅｒｎａｔ
ｉｏｎａｌｒ：ｒｉｓｐｌａｙ　　Ｒａ５ａａｒｃｈ　
　ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ　　’　ＪＡｐＡＮ　Ｄ工５Ｐ
ＬＡＹ′８３τ　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をニー
ｄ　ｂ’＠　、　（Ｌ８〜ｔｏｌｔ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要人で測定す
る事が必要である。

以上を鑑入、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βｂ１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ｔｏ また配向の均一性を高める之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念ものをセ
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次状態で高温
液晶性及び低温液晶性を以て表わしｔ０即ち１年平均気
温の平年値が東京で１５℃、那覇で２２℃である（総理
府統計局編「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ＶＣ３０℃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○臼、等方性液体（ｉｓｏｔｒｏｐｉｃ　１ｉｑ
ｕｉｄ　）ならＩで表わす。低温液晶性はセルを設置し
ｔ恒温槽の温ぺを２０℃から始め１日につき５℃ずつ下
げて行っ念時、室温として仮定し念２０℃より３０℃低
くなり几時（即ち、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、ネマチック液
晶相が安定なら○印を、スメクチνり液晶相なら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 本発明だよる実施例−１の組成及び特性を第１表だ示す
。但し、本実施例は化合物Ａとして一数式ＲＩ（綽ＯＨ
紐唖−０−Ｒｚ（式中Ｒｔ及びカは炭素数２〜１０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ｃＥｐと略記する）を４８．０重１１含有し
て成る事を特徴としている。

マ念従来例として、ＥＯＨ及びＰ−Ｅを含有して咬る液
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／ｌ”−１２６５であ
るのに対して、実施例−１のβ値はｔ２２６と良好であ
る。

応答速度は、従来例−１が４４４５９秒であるのに対し
て、実施例−１は２２４　ミリ秒とたいへん速くなって
いる。

光学的しきい値電圧ｖｔｈけ、従来例−１が２．５９７
であるのに対して、実施例−１のｖｔｈは２．２１Ｖと
低くなっている。

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
常の表示体く用いるのに十分広いネマチック液晶温度範
囲を有している。

以上、従来例−１のβ値６”−１２６５であるのに対し
て１本発明による実施例−１はｔ２２６と良好である。

ま几、光学的しきい値電圧６”−低く、応答速度がｔい
へん速く、更にネマチック液晶温度範囲も十分である。

実施例−２ 本発明による実施例−２の組成及び特性を第３表に示す
。但し、本実施例はｃＥｐを４ＣＬＯ重ｆ％含有して成
る事を特徴としている。

また従来例としてＫＯＨ及びＰ−Ｅを含有して故る液晶
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ｂ”−１２６５である
のに対して、実施例−１のβ値けｔ２２１とたいへん良
好である。即ち、単純マトリックス電極を用い次液晶パ
ネルに於て透過率を選択電極で１０チ以下（暗状態）に
、非選択電極で９０係以上（明状態）に各々するｔ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２６本以上駆動す
ることができる。

応答速度は、従来例−１がａａａ　！　’）秒であるの
に対して、実施例−２は１７０ミリ秒と几いへん速くな
っている。

光学的しきい値電圧ｖｔｈけ従来例−１がｚｓｑｖであ
るのに対して、実施例−２Ｆｉ２．４２１と低くなって
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４あり十分安定で、通
常の表示体に用いるのに十分広偽ネマチック液晶温変範
囲を有している。

以上、従来例−１のβ値が１２６５であるのに対して、
本発明による実施例−２けｔ２２１とたいへん良好であ
る。まに、光学的しきい値電圧が低く応答速度も次いへ
ん速く、更にネマチック液晶温度範囲も十分である。

第　１　表 第２表 第３表 〔発明の効果〕 以上述べ几よ）に、本発明によれば少なくとも一数式Ｒ
ｔ　−ｅ＋Ｏ＆ｈ−＠−０−Ｒｔ　　テ表ｂ　サレル化
合物、一般式Ｒｓ　−Ｑ−０−０−Ｒ４で表わされる化
合物、一般式ｐｓ−＠−ｃｏｏ℃−ＣＡＮで表わされる
化合物、一般式Ｒｓ−◎−０−ＯＮ　　で表わされる化
合°物、一般式指◇（台＋（！　ｍ１Ｈ）Ｒａ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几事
によりネマチック液晶温度範囲ｂ−十分に広く、急峻性
に優れ、光学的しきい値電圧も低く、応答速度も速く、
ダイナミック駆動特性〈優れなネマチック液晶組成物を
得る事ができた。

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（ホスト液晶として）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一般的に得られる相対透過
率−実効電圧の変化を示し１曲線図。 １・・・・・・光源 ２・・・・・・光線 ３・・・・・・レンズ及びフィルター系４・・・・・・
セル ５・・・・・・受光部（充電増倍管） 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、一般式が下記Ｃ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Ｄ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▼ Ｄ・・・・・・▲数式、化学式、表等があります▼ 但し、 Ｒ＿１及びＲ＿２は炭素数２〜１０個の直鎖アルキル基
   Ｒ＿３及びＲ＿４は炭素数１〜１２個の直鎖アルキル基
   Ｒ＿５は炭素数１〜１０個の直鎖アルキル基Ｒ＿６は炭
   素数１〜１２個の直鎖アルキル基Ｒ＿７及びＲ＿８は炭
   素数２〜８個の直鎖アルキル基を表わす。