JPS6360077B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は表示装置用ネマチツク液晶体、特に後
記する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
の領域では偏光面を旋光しないため、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
列され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
の斜方蒸膜を形成したり、あるいはラビンダ処理
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℃〜＋90℃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
トーク電圧を片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。この方式の駆動波形は第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±
V₀の電圧が液晶に加わり、半選択状態、非選択
状態では±（1/3）V₀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υ_S1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
υ_S2は次式のようになる。 υ_S2＝１／３V₀ ……(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υ_S1≧Vthであり、非表
示点にクロストークを生じないためには、υ_S2≦
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。 υ_S2≦Vth≦υ_S1 ……(3) (3)式に(1)，(2)式を代入し、V₀について整理す
ると次のようになる。 そこでV₀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V₀に換算した液晶のしきい値電圧、
Vth₁，Vth₂が存在し、 Vth₁≦V₀≦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≦V₀≦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V₀の可動範囲
が大きい装置ほど動作マージンが広い範囲である
ということができる。以上の式の誘導ではυ_S1，
υ_S2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＝40
゜，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℃，φ40゜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／Δφ）Δf／α・Ａ／１＋（γ／Δφ
）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を与えうる材料か時分割駆動用に
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Δψ、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。 t_rise∝１／（８／Ｎ＋１）・η・d₂／Ｋ ……(16) t_fall∝d₂η／Ｋ ……(17) ηは粘度、Ｋは弾性定数、ｄは液晶層の厚み。
Ｋについては(43)″式を参照のこと。 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（もちろび他の第一、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。 従来から液晶表示用、とくに時分割駆動用の材
料としてシツフ塩基型、エステル型、ビフエニル
型、アゾキシ型など種々提案されている。アゾキ
シ型は温度特性が良好（ΔTが小さい）すなわち
温度によるしきい値電圧の変動が少ない材料であ
り、さきに定義した動作マージンＭは１／３バイ
アス、１／３デユーテイの時分割駆動の条件で10
％以上と大きな値を取りうる。アヅキシ型液晶は
次の一般式で与えられ、 それ自身弱い負の誘電率異方性を示す物質であ
る。通常正の誘電率異方性を有するネマチツク液
晶（Np）を混合した系で用いられる。しかしこ
のアゾキシ型の材料は可視光の一部を吸収し着色
（黄色）しており、光に対する最大吸収が350nm
にあり、この付近の波長によつて次のような光化
学反応をともなうものである。 すなわち光化学反応によつて非液晶物質を生成
せしめるもので、この新しい生成物の出現によつ
て黄色から赤色に変色し、かつ一般には液晶の電
気抵抗も急激に低下する。 上記の理由により、アゾキシ系ネマテイツク液
晶は太陽光や螢光灯による光劣化効果をさけるた
めに、実用上500nmのカツトフイルターを装置
（素子）に装着して使用する必要がある。このた
め装置（素子）として複雑になる。 一方このような光劣化しやすい材料以外のもの
として、シツフ塩基系、ビフエニル系、エステル
系などの液晶がいわゆる白色表示用材料として従
来から表示装置への応用の対象物として考慮され
てきた。 ビフエニル系は光、水、酸素などによつておか
されがたく、化学的に安定であるとされている。
しかしこの物質系は主として正の誘導率異方性の
液晶系にのみ室温液晶であるものが知られ、負の
相当物には室温液晶となるもので実用的に有用な
ものが少ない。したがつてビフエニル系のみによ
つて混合系として構成されうる液晶系の種類は少
なく、かつ、また正の誘電率異方性もとくに大き
な値ではないため、しきい値電圧の調整を広い範
囲にわたつて行いがたいものである。また、しき
い値電圧値の温度依存性が大きく（ΔTが大き
く）時分割駆動には一般に不適当とされる。 エステル系の液晶は比較的化学的安定性に優
れ、また正の誘電率異方性、および負の誘電率異
方性の液晶単体物質の種類も多い。しかしそのし
きい値電圧値の温度依存性は比較的大きく、かつ
粘度も比較的大きいので前記第二、第三の要請に
は、一般に沿いがたいものである。 シツフ塩基に関しては、エステル系よりも良好
な物性値をもつものであるが、化学的性質として
加水分解性が強く、素子構成との整合を取らない
と使用できない場合があり、万能とは言いがたい
ものである。 本発明は上記従来液晶材料の欠点を克服するこ
と、すなわち広い温度範囲で安定に配向し、かつ
しきい値電圧値を広い範囲の任意の電圧値に設定
し得、かつその値の温度依存性が小さく、応答速
度の早い液晶組成物を提供するものである。 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、母体として誘電率の異方性
が負のネマチツク液晶（Nn型液晶）を用い、こ
れに適量の誘電率異方性が正のネマチツク液晶
（Np型液晶）および／または誘電率異方性が正の
液晶類似物（分子構造が正のネマチツク液晶に類
似している物質で以下Np型液晶類似物という）
を添加した系がシツフ塩基型液晶系やシクロヘキ
サンカルボン酸−trans−4′アルコキシフエニル
エステル液晶系の中などに存在しうることを本発
明者らは見い出している。 本発明者らは、次の一般式 〔式中、R₁はｎ−C_nH_2n+1，R₂はｎ−C_qH_2q+1
−Ｏとする。〕（但し、ｍ，ｑは１〜10とする）の
各単体液晶の複数個の混合組成からなる系と、一
般式 〔式中、R₃はｎ−C_rH_2r+1，R₄はｎ−C_sH_2s+1、
を表わす（ｒ，ｓは１〜10の整数）〕の化合物の
少なくとも一種との混合物からなる母体系が上記
第二、第三の要請に適した母体系であることを見
出している。なお、ｎは炭素が直鎖であることを
意味する記号であり、以上本明細書で用いるｎは
同様の意味とする。また、シクロヘキサン環炭素
とカルボニル基炭素との結合はイカトリアル結合
であるとする。すなわち、本発明者らは、上記一
般式で表わし得るたぐいの負の誘電率異方性のネ
マチツク液晶およびその類似物すなわち(18)式で
表わされる物質と(19)式で表わされる物質とは、
これらを組合せて混合系を形成することによつて
広い液晶温度範囲の有用な母体液晶を与えること
を見出したのである。さらに本発明者は、上記母
体混合系と組合せうる正の誘電率異方性のネマチ
ツク液晶（Np）およびその類似物を探索し、こ
れを上記母体と組合せることによりきわめて時分
割駆動用に適した液晶組成物系を見出すに至つた
ものである。さらに、上記(18)式と(19)式の混合
系より成るNn型混合系と上記探索によつて得た
Np型との混合系にさらに添加することによつて
時分割駆動に適した諸性質を向上させうるNn型
液晶およびその類似物をも見出すことが出来た。 以下順をおつて実施例をまじえて発明の詳細な
説明を行なう。 (18)式に示した構造の各液晶単体より構成され
る組成に関して、とくに好ましい構成物質とし
て、 （但しｍ，ｑは１〜10の整数） が良く、(20)式において（ｍ，ｑ）の組合わせと
しては（３，５），（４，５），（５，５），（６，
５），（４，６），（３，１），（３，２），（３，３
），
（３，４），（３，９），（４，１），（４，２），（
４，
３），（４，４），（４，６），（４，８），（５，１
），
（５，２），（５，３），（５，４），（５，６），（
５，
７）などが好ましい。 また、(19)式で示される化合物として、特に好
ましい物質としては、（R₃＝C₂H₅，R₄＝CH₃），
（R₃＝C₂H₅，R₄＝ｎ−C₄H₉），（R₃＝ｎ−C₃H₇，
R₄＝ｎ−C₅H₁₁），（R₃＝ｎ−C₄H₉，R₄＝ｎ−
C₄H₉），（R₃＝ｎ−C₅H₁₁，R₄＝ｎ−C₅H₁₁），
（R₃＝ｎ−C₇H₁₅，R₄＝ｎ−C₅H₁₁），（R₃＝CH₃，
R₄＝C₂H₅O），（R₃＝CH₃，R₄＝ｎ−C₈H₁₇O），
（R₃＝ｎ−C₄H₉，R₄＝ｎ−C₅H₁₁）などが好まし
い。 (18)式で表わされる化合物と、(19)式で表わさ
れる化合物の混合系とが第二、第三の要請に適し
た母体系であるためには、まず(18)式で表わされ
る化合物、(19)式で表わされる化合物各々がそれ
自体広い液晶温度範囲（MR）を保育しているこ
とが望ましい。 下記に示した第１表は主なNn単体液晶４−ｎ
−アルキル−シクロヘキサンカルボン酸−trans
−4′−アルコキシフエニルエステルの液晶温度範
囲（MR）を示したものである。

【表】 また、これらの化合物を混合すると、第２表に
示すようにかなり広いMRの混合系を与える。

【表】

【表】 また、第３表、第４表には、一般式 〔(19)式参照〕で表わされる化合物の主なものの
MRを示した。

【表】

【表】 また、下記に示す第５表には一般式

【式】で表わされ る化合物の混合系と一般式 で表わされる化合物との混合系の液晶温度範囲
（MR）を示した。

【表】

【表】

【表】 上記これらの表より明らかなように を加えるにしたがつて液晶温度範囲（MR）の上
限が上昇する。場合によつては下限も多少上昇す
ることがある。また第５表に示したように種々の
実施例において、 の添加量を約10から20wt％程度にした場合、MR
の幅が最大となる。また、実施例が示すように を添加することにより、MRの広い混合系液晶を
得ることができる。この場合、MRの上限の上昇
は、上記 の添加量に比例するのが一般であり、混合系の粘
度の上昇などを考慮すると、その添加量は2wt％
以上30wt％以下に設定することが望ましい。特
に15wt％±7wt％の範囲が最も好ましい結果が得
られる。次に、ツイストネマチツク電界効果型液
晶表示素子においては、これらの混合系液晶を用
いる場合、混合系液晶の誘電率の異方性が正であ
ること、すなわち、ε‖−ε⊥（Δε）が正であるこ
とが必要である。 上記混合系液晶を改質して正の誘電率異方性を
付与することは極めて容易である。すなわち、本
発明の液晶、

【式】と との混合系は誘電率の異方性が負であるが、これ
に強い正の誘電率異方性のネマチツク液晶（N_P）
またはその類似物を比較的少量添加することによ
り、上記混合系が保有している望ましい物性、例
えば広い液晶温度領域範囲、低い粘度などを大幅
に変質させることなく、その誘電率異方性を上記
のようにN_PないしN_P類似物をさらに添加するこ
とによつて正に変更することができる。 また、望ましいN_P型液晶および／またはN_P型
液晶類似物として下記の物質を見出した。すなわ
ち、 〔(24)〜(37)式におけるｍは１〜10の整数〕 など(24)ないし(37)式の物質が好ましい。 また、下記の物質を母体系に添加し、良好な結
果を得た。 ｍは１〜８の整数 ｍは１〜８の整数 ＸはハロゲンＦ，B_r，Cl，Ｉを表わす。 ｍは１〜10の整数 ＸはハロゲンＦ，B_r，Cl，Ｉを表わす。 ｍは１〜10の整数 ｍは１〜10の整数 これら(24)ないし(42)の各物質あるいはこれら
の任意の混合系を第三成分として添加するに際
し、その添加すべき量を決定するには、次の一般
的事実または法則が指導原理となる。すなわち、
母体であるNn型液晶に混合するN_P型液晶およ
び／またはN_P型液晶類似物の量は、混合系液晶
の必要とする動作しきい電圧値によつて決められ
るものであるが、その混合とする量と動作しきい
電圧値との関係は、ほぼ次のような考え方にした
がつて決められる。すなわち、ツイストネマチツ
ク液晶素子のしきい電圧値（Vth）は次式で与え
られる。 （4π）^-1（ε‖−ε⊥）Vth² ＝π³・K₁₁＋（K₃₃−2K₂₂）φ² ……(43) 但し、φはツイスト角で通常はπ／２の値を取
る。K₁₁，K₂₂，K₃₃はそれぞれスプレイ
（splay），ツイスト（twist），ベンド（bend）の
弾性定数である。ここで、上式(43)を簡単にかく
と、 Vth＝2π^3/2・（Ｋ／ΔE）^1/2 ……(43)′ 但しΔε＝ε‖−ε⊥ Ｋ＝K₁₁＋１／４（K₃₃−2K₂₂） ……(43)″ Δεの異なる値の液晶の混合により、任意のΔε
の液晶を原理的には得ることができる。いま二種
の液晶ＡおよびＢの誘電率をそれぞれε‖^A，ε⊥
とし、また混合比をＡ／Ｂ＝Ｘ／（１−Ｘ）とす
る。誘電率の加成性が成り立つとすると、混合系
のΔεは次のように与えられる。 Δε＝XΔε^A＋（１−Ｘ）Δε^B ＝Ｘ（Δε^A−Δε^B）＋Δε^B ……(44) また、Ｋについても加成性が成り立つとする
と、混合液晶のＫは、次のように与えられる。 Ｋ＝XK^A＋（１−Ｘ）K^B ＝Ｘ（K^A−K^B）＋K^B ……(45) そして、(44)，(45)式を(43)′式に代入すると、 Vth＝2π^3/2・√（_A−^B）＋^B ／√（_A−^B）＋^B ……(46) ここで、各定数に具体的数値をあてはめ、しき
い電圧値の算出を例示する。 Nn型液晶のΔε^Bを−0.3，N_P型液晶

【式】のΔε^Aを 25とする。また、K^B＝４×10^-7dyne，K^A＝17×
10^-17dyneとおくと、(46)式は PVth＝2π^3/2√（13＋４）10^-7 ／√25.3−0.3 ……(46)′ となる。ここでΔε^A，Δε^B，K^A，K^Bの値の与え方
は決して恣意的なものではなく、現実の液晶の物
性を良く反映した値であることは当業者であれば
容易に納得し得るものである。 第９図は、N_P型液晶として

【式】を、また、 Nn型液晶として第２表の母体１−４を用いてN_P
とN_o両型の液晶を混合したときの混合比とV_th
（static drive）の値との関係を示したものであ
る。理論式（計算式）(46)または(46)′と実験結果
は良い一致を示している。 しかしながら、上記組合せのみ、すなわち

【式】と とN_P型液晶またはその類似物質の組合せのみで
はその相互の相溶性に関して十分満足しきれない
ものがある。そこで第四の成分としてのN_o型、
特に極性のN_o型物質（極性のN_o型液晶および／
またはN_o型液晶類似物）を添加する必要がある。
その添加量は、N_P型液晶および／またはN_P型液
晶類似物の量に合わせて種々調整すれば良い。そ
の例は後述の実施例によつて説明する。 非極性なN_o型母体系液晶と、極性のN_P型液晶
および／またはN_P型液晶の類似物との相溶性を
増大させ、かつ広いMRを得るには、第四成分と
して前記のN_o系母体混合系以外の種類のN_o型液
晶系を添加させると良い。特に第四成分のN_o型
としては、その分子内に電気的に極性をもち、か
つ負の誘電率異方性をもつネマチツク液晶または
液晶類似物であると上記の好ましい性質、すなわ
ち混合系の相溶性を増大させ、かつ広いMRを得
ることができる。このような第四成分としてN_o
型液晶および／またはN_o型液晶類似物として好
ましいものは次の通りである。 〔以上、(47)〜(59)におけるｍおよび／または
ｑは１〜10の整数〕 但し、ＲはCH₂−Ｏ−CH₂CH₂−Ｏまたは CH₃−Ｏ−（CH₂）₈−Ｏ （ｍは１〜９の整数） Ｒは（CH₂）₂−CH−Ｏまたは （CH₂）₂−CH（CH₂）₂−Ｏ （ｍ，ｑは１〜10の整数） ＲはCH₂−Ｏ−CH₂−Ｏ，CH₃−Ｏ−（CH₂）₂
−Ｏ，C₂H₅−Ｏ−（CH₂）₂−Ｏ，CH₃−Ｏ−
（CH₂）₃−Ｏ，C₃H₇−Ｏ−（CH₂）₂−Ｏ，または
C₂H₅−Ｏ−（CH₂）₃−Ｏ Ｒは

【式】または

【式】

〔以上(64)〜(74)式のｍおよび／またはｑは１
〜10の整数〕 （ｍは１〜10の整数、ｑは８の整数） （ｍは１〜12の整数、ｑは１〜10の整数） （ｍ，ｑは１〜10の整数） （ｍは１〜18の整数、ｑは１〜６の整数） （ｍ，ｑは３〜８の整数） （ｍ，ｑは１〜10の整数） ここで、N_o型液晶を使用した実施例として、
第５表にFK−３に示す混合液晶を示した。これ
は 液晶を用いたが、液晶温度範囲（MR）は−４〜
62℃と広く、実用的に十分使用できる混合液晶で
ある。これに比べN_o型液晶 の添加されていない系のMRは、第２表の例１に
示すうに13〜70℃とMRが高温側に移動し、相溶
性が前者より劣る。したがつて、第四成分として
のN_o液晶の添加量は、2wt％から40wt％が好ま
しい結果を与える。特に20wt％±10％が極めて
良好な結果を与える。 次に下記に示す第６表は、本発明による 混合液晶にN_P液晶を添加したときのMRを示し
たものであり、この表から明らかなようにMRの
下限は、N_P液晶５〜10wt％の添加では下る傾向
を示すが、20wt％以上では上昇する傾向がある。

【表】

【表】

【表】 次に、時分割駆動特性について実施例にしたが
つて説明する。まず、母体液晶としてFK−３（表
５）を用い、N_P液晶として

【式】を添加 したときの時分割特性を示したのが第１０図であ
る。同図においては、N_P液晶量を増加するにし
たがつてΔε（ε‖−ε⊥）が大きくなり、

【式】にしたがつて電圧が次第に低下 し、低電圧駆動（3V，1/3バイアス，1/3デユテ
イ）が可能となる。しかしながら、時分割特性を
みると、電圧が低下するにしたがつてマージンが
小さくなる傾向にあり、3V，1/3バイアス，1/3
デユテイで駆動するときには、マージンが約５％
前後であり、実用上問題である。この場合マージ
ンが小さくなる原因は、同図から明らかなように
ΔTつまりVthの温度依存性が大きくなるのとΔφ
つまりVthの角度依存性が大きくなるためであ
る。 次に、上記実施例１の系に本発明による を添加したときの特性を実施例２として第１１図
に示す。まず、実施例１の系で

【式】を20wt％ 加えた混合系に を０〜15wt％加えた場合の特性は、添加量が増
加するにしたがつてマージンは約８％から約10.5
％に増加する。この場合、この増加原因は、ΔT
（Vthの温度依存性）が約７％から約4.5％へと変
動値が小さくなつたためである。また、一般に、
ベンゼン環を３個を有する長い液晶分子MRの上
限の高い材料を添加すると、第１２図に示すよう
に を用いた場合、Vthの上昇とVthの角度依存性
（Δφ）が大きくなる欠点があるため、低電圧駆
動、高マージンの材料として不適当である。これ
に対して本発明である 材料を添加した系は、低電圧駆動ができ、高マー
ジンが得られる。 下記に示す第７表は各混合母体液晶に32.5〜
80wt％ ５〜15wt％と

【式】20〜25wt％ とを加えた場合の実施例２〜５を示し、時分割特
性、応答度を示したものである。

【表】

【表】

【表】 この表において、時分割特性は、実施例２とほ
ぼ同様な特性を示し、いかなる液晶に対しても有
効であることを示している。また応答度はｔ∝η
の式にしたがつて粘度と比例関係にあることが知
られている。また、実施例２において、 を15wt％添加した材料は、添加しない系に比べ
て約50％粘度が増加している。したがつて応答も
約1.5倍になると考えられる。しかしながら、第
７表に示す実施例のように約15％添加した系にお
いても加えない系に比べて約15％程度しか増加し
ておらず、ｔ∝ηの式が成り立たない。これは弾
性常数が関与して好ましい結果を与えているもの
である。 以上説明したように本発明による表示装置用ネ
マチツク液晶体は、高マージンを有し、応答度も
速いため、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、液
晶材料として信頼性の高いものがあるので液晶表
示装置用として種々の特長を有する優れたもので
ある。

【図面の簡単な説明】

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図は視界の定義を示す
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N_PとN_oとの混合比に対す
るVthの関係を示す特性図、第１０図は

【式】の添加量 に対する電気光学特性図、第１１図は の添加量に対する電気光学特性図、第１２図は 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。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 一般式【式】 〔式中、R₁はｎ−CmH_2n+1，R₂はｎ−CqH_2q+1−
   Ｏを表す。（但しｍ，ｑは１〜10の整数）〕の化合
   物を32.5〜80wt％、一般式 〔式中、R₃はｎ−CrH_2r+1，R₄はｎ−CsH_2s+1を
   表す。（但しｒ，ｓは１〜10の整数）〕の化合物を
   ５〜15wt％、正の誘電率異方性を有するネマチ
   ツク液晶および／または正の誘電率異方性をもつ
   ネマチツク液晶類似物たる化合物として一般式
   【式】〔式中、Ｒ はｎ−CmH_2n+1（但しｍは１〜10の整数）を表
   す。〕の化合物を20〜25wt％含む表示装置用ネマ
   チツク液晶体。