JP2001011458A - 液晶媒体及び該液晶媒体を含有する液晶表示素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 AM-LCDに求められる種々の特性を満足し、か
つ、しきい値電圧が低く、広いネマティック温度範囲、
低い粘性を有し、高速応答性が優れ、高い保持率を高温
度まで維持できる液晶組成物およびこれを使用した液晶
表示素子を提供する、若しくは従来より上記の欠点を改
善した液晶組成物・液晶表示素子の提供。 【解決手段】 一般式(1) で表わされる化合物、及び一般式(3) で表わされる化合物〔式中、Y₁はアルキル、アルコキ
シ、Ｆ、CF₃、ＣＮ等、Y₃はＦまたはＣｌ、X₁〜X₆、
X₉、X₁₀はＨまたはＦである。〕を含有した組成物であ
り、正の誘電異方性を有する極性化合物の混合物を基礎
とするネマチック液晶組成物。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は正の誘電異方性を有
するナフタレン誘導体を含有する液晶媒体に関し、およ
びこの媒体を含有するディスプレイに関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示素子は、電卓のディスプレイと
して登場して以来、コンピューターの開発と歩みを同じ
くして、TN (Twisted Nematic)モードからSTN (Supertw
istedNematic)モードへと表示容量を増やし、コンピュ
ーターと人とのインターフェースとして広く普及してき
た。特に、各画素に薄膜トランジスタをつけたアクティ
ブマトリクス液晶表示素子(AM-LCD)は、CRTにも代替で
きる高画質を備え、フラット化・省エネルギー化の後押
しを受けて、もっとも将来性のあるディスプレイとして
期待されている。

【０００３】AM-LCDではコントラストを上げるために、
各画素に薄膜トランジスタやダイオードのスイッチング
素子をつけて、画素に電圧を供給する。

【０００４】AM-LCDはTN・STNのパッシブ駆動方式とは異
なり、スイッチング素子を通して、各画素に数十msec毎
に電荷を供給することにより駆動する。このため、電荷
が供給されてから数十msec後の次の書き込み時間までの
間は、与えられた電荷を完全に保持できないと、表示の
悪化をきたすことになる。電荷が逃げると電極間の電位
が下がり、透過光強度が変化してコントラストが低下し
てしまう。このため、AM-LCDでは、高い電圧保持特性が
求められる。高い電圧保持特性を得るため、AM-LCD用液
晶組成物は、高比抵抗を維持しやすい材料を取捨選択し
て使用する必要がある。

【０００５】近年携帯を目的としたノート型コンピュー
ターの需要が高まり、屋外での使用を可能とする広い使
用温度範囲や長時間のバッテリー駆動を可能とする低消
費電力の要請が強まっている。低消費電力には低電圧で
駆動できるしきい値電圧の低い液晶組成物が求められて
いる。しきい値電圧を低くするためには、誘電率異方性
Δεを大きくする材料が必要であるが、誘電率異方性が
大きい系では、粘性が増大し、レスポンスが悪化するこ
とに加え、周囲の汚染の影響を受けやすくなるため、高
抵抗を維持することが難しくなるという問題があった。
このため、AM-LCD用組成物には、 (1) 高い電圧保持率 (2) 屋外でも使用できる広い液晶温度範囲 (3) 高温条件でも使用できる安定性 (4) 低いしきい値電圧 (5) 色づきを防ぎ、広い視角で最適なコントラストを得
るために、調節可能なΔｎ が求められている。

【０００６】従来の液晶組成物は、これらの要請に必ず
しも応えることができず、高温での電圧保持率の低下に
よるコントラスト低下、低温での結晶析出やスメクチッ
ク相の発現が見られた。また、屋外の高温やUV光・太陽
光暴露下に放置されると、保持率低下や表示不良がみら
れた。

【０００７】すなわち、高いネマチック-アイソトロピ
ック転移温度、低いクリスタル(若しくはスメクチック)
転移温度、低電圧駆動可能な低いしきい値電圧、高速応
答を可能とする低粘性、かつ高温での高い保持率を同時
に満足する液晶組成物及び液晶表示素子はなかった。

【０００８】たとえば、WO9403558号には、トリフルオ
ロ化合物とジフルオロ化合物とを用いた液晶組成物の例
が開示されているが、液晶温度範囲が狭かったり、しき
い値電圧が高い等多くの問題点を抱えているのが現状で
ある。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、電気
光学表示素子、特に上記のアクティブマトリクス駆動を
行うAM-LCDに求められる種々の特性を満足し、かつ、し
きい値電圧が低く、広いネマティック温度範囲、低い粘
性を有し、高速応答性が優れ、高い保持率を高温度まで
維持できる液晶組成物及びこれを使用した液晶表示素子
を提供する、若しくは従来より上記の欠点を改善した液
晶組成物・液晶表示素子を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】以下詳細に本発明を説明
する。

【００１１】本発明の第1は、正の誘電異方性を有する
極性化合物の混合物を基礎とする液晶媒体であって、式
(1)

【００１２】

【化６】

【００１３】[式中Ｒは、炭素数1〜15のアルキル基また
は炭素数2〜15のアルケニル基で有りこの基を非置換で
あるか、あるいは置換基として少なくとも1個のハロゲ
ンを有しており、そしてこれらの基中に存在する1個ま
たは2個以上のCH2基はそれぞれ独立してO原子が相互に
直接結合しないものとして -O-、-S-、-CO-、-COO-、-O
CO-、-OCO-O-により置き換えられても良い。環Ａ及び環
Ｂはそれぞれ相互に独立して、 (a) トランス-1,4-シクロへキシレン基(この基中に存在
する1個のCH2基または隣接していない2個以上のCH2基は
-O- 及びまたは -S- に置き換えられてもよい) (b) 1,4-フェニレン基(この基中に存在する1個のCH2基
または隣接していない2個以上のCH2基は -N- に置き換
えられてもよい) (c) 1,4-シクロヘキセニレン、1,4-ビシクロ(2.2.2)オ
クチレン、ピペリジン-1,4-ジイル、ナフタレン-2,6-ジ
イル、デカヒドロナフタレン-2,6-ジイル及び1,2,3,4-
テトラヒドロナフタレン-2,6-ジイルからなる群より選
ばれる基であり、上記の基(a)、基(b)、基(c)はCNまた
はハロゲンで置換されていてもよい。Ｚ1及びＺ2はそれ
ぞれ独立して、-COO-、-OCO-、-CH2O-、-OCH2-、-CH2CH
2-、-CH=CH-、-C≡C-、-(CH2)4-、-CH=CH-CH2CH2-、-CH
2CH2-CH=CH- または単結合である。Ｘ1〜Ｘ6はそれぞれ
独立してHまたはFであり、ｍ、ｎは0、1または2であ
り、Ｙ1は、-F、-CF3、-OCF3、-OCHF2、-OCH2F、-CN、
Ｒと同じ定義または式(2)であり、

【００１４】

【化７】

【００１５】(式中Ｘ7及びＸ8はそれぞれ独立してH、F
またはClであり、Ｑ1は-OCH2-、-OCF2-、-OCHF-、-CF2-
または単結合であり、Ｙ2はＦ、ClまたはCNである。)]
の１種またはそれ以上の化合物及び式(3)

【００１６】

【化８】

【００１７】(式中Ｒは互いに独立して式(1)でのＲの定
義と同じであり、環Ｃ及び環Ｄはそれぞれ相互に独立し
て、 (d) トランス-1,4-シクロへキシレン基(この基中に存在
する1個のCH2基または隣接していない2個以上のCH2基は
-O- 及びまたは -S- に置き換えられてもよい) (e) 1,4-フェニレン基(この基中に存在する1個のCH2基
または隣接していない2個以上のCH2基は -N- に置き換
えられてもよい） (f) 1,4-シクロヘキセニレン、1,4-ビシクロ(2.2.2)オ
クチレン、ピペリジン-1,4-ジイル、デカヒドロナフタ
レン-2,6-ジイル及び1,2,3,4-テトラヒドロナフタレン-
2,6-ジイルからなる群より選ばれる基であり、上記の基
(d)、基(e)、基(f)はCNまたはハロゲンで置換されてい
ても良い。Ｚ3、Ｚ4はそれぞれ相互に独立して式(1)で
のＺ1、Ｚ2と同じ定義である。Ｘ9、Ｘ10はそれぞれ独
立してHまたはFであり、ｐは、0、1または2であり、Ｙ3
は、FまたはClであり、Ｑ2は、単結合、-CF2-、-OCF2-
または -OCHF- である。)の1種またはそれ以上の化合物
を含有することを特徴とする液晶媒体に関する。

【００１８】本発明の第2は、少なくとも2種以上の式
(1)の化合物を含むことを特徴とする本発明第1記載の液
晶媒体に関する。

【００１９】本発明の第3は、少なくとも2種以上の式
(3)の化合物を含むことを特徴とする本発明第1記載の液
晶媒体に関する。

【００２０】本発明の第4は、式(3)の化合物として、下
記の式(3-1)〜(3-6)から選んだ、少なくとも1種の化合
物を含むことを特徴とする本発明第1、第2または第3記
載の液晶媒体に関する。

【００２１】

【化９】

【００２２】（式中Ｒは、互いに独立して式(3)のＲと
同じ定義であり、Ｚはそれぞれ独立して、-CH2CH2-、-C
H=CH-、-C≡C-、-(CH2)4-または単結合である。） 本発明の第5は、式(3)の化合物として、式(3-1)〜(3-6)
から選んだ、少なくとも2種以上の化合物を含むことを
特徴とする本発明第1、第2、第3または第4記載の液晶媒
体に関する。

【００２３】本発明の第6は、式(1)の化合物として、下
記の式(1-1)〜(1-9)から選んだ、少なくとも1種の化合
物を含むことを特徴とする本発明第1、第2、第3、第4ま
たは第5記載の液晶媒体に関する。

【００２４】

【化１０】

【００２５】（式中Ｒは式(1)のＲと同じ定義であり、
Ｙ4はそれぞれ独立して-F、-CF3、-OCF3、-OCHF2、-OCH
2F、-CNまたはＲであり、Ｘa〜Ｘnはそれぞれ独立してH
またはFである。

【００２６】式(1-1)〜(1-9)のそれぞれにおいて、Ｒと
Ｙ4を入れ換えて表される化合物も含む。）

【００２７】本発明の第7は、本発明第１記載の液晶媒
体であって、少なくとも 65℃のネマチック-アイソトロ
ピック転移温度、-20℃より低いネマチック-クリスタル
（若しくはスメクティック）転移温度を有し、かつ 25
℃での光学異方性が 0.07から0.20にあり、25℃での誘
電率異方性が3以上であり、20℃での粘度が 35mPa・s以
下であることを特徴とする本発明第1、第2、第3、第4、
第5または第6記載の液晶媒体に関する。

【００２８】本発明の第8は、本発明第1、第2、第3、第
4、第5、第6または第7記載の液晶媒体を含むことを特徴
とする電気光学表示素子に関する。

【００２９】本発明の液晶媒体に用いられる一般式(3)
の化合物はWO91/03450や特開平2-233626に記載の化合物
であって、フルオロ系の化学的に安定性の高い液晶化合
物である。しかしこれらの化合物だけでは、得られる組
成物は析出やスメクチック発現等の問題があった。ま
た、式(1)記載の化合物は、Δｎが比較的大きく化学的
に安定な低粘性化合物である。本発明は、アクティブ用
液晶媒体の組成検討を鋭意行った結果、これらの化合物
を組み合わせることにより、本願発明が可能となった。

【００３０】

【発明の実施の形態】本発明の特徴は、式(1)で表され
る化合物より少なくとも1種及び式(3)で表される化合物
より少なくとも1種からなる液晶媒体である。式(1)、式
(2)及び式(3)で表される化合物としては、Ｒは炭素数1
〜10のアルキル基、若しくは炭素数2〜10のアルケニル
基が好ましく、環Ｃ、環Ｄはトランス-1,4-シクロヘキ
シレン基、1,4-フェニレン基、デカヒドロナフタレン-
2,6-ジイル基、1,2,3,4-テトラヒドロナフタレン-2,6-
ジイル基が好ましく、Ｘ1、Ｘ2、Ｘ9及びＸ10はいずれ
かがFであることが好ましく、さらに好ましいのは両方
ともFである。ｍ、ｎ及びｐは0または1が好ましい。Ｙ1
は-F、-CF3、-OCF3、-OCHF2、-OCH2F、式(2)であること
が好ましい。Ｙ2、Ｙ3はFであることが好ましく、Ｑ1、
Ｑ2は単結合、-OCHF-、-OCF2- 、-CF2-が好ましい。ま
た連結基Ｚ3、Ｚ4は、単結合、-CH2CH2-、-(CH2)4-、-C
≡C-であることが好ましく、単結合が特に好ましい。式
(3)の化合物は10%以上含有することが好ましく、さらに
好ましくは15%以上含有することが好ましい。式(3)の化
合物の中では、式(3-1)〜(3-6)の化合物が特に好まし
く、式(3-1)〜(3-6)の化合物の中から2種以上使用する
ことがさらに好ましい、さらに好ましくは式(3-1)〜(3-
6)の連結基Ｚは単結合が好ましい。式(1)の化合物は10%
以上含有することが好ましく、さらに好ましくは15%以
上含有することが好ましい。式(1)の化合物としては、
環Ａ、環Ｂはトランス-1,4-シクロヘキシレン基、1,4-
フェニレン基が好ましく、トランス-1,4-シクロヘキシ
レン基が特に好ましい。また、連結基Ｚ1、Ｚ2は単結
合、-CH2CH2-が好ましく、特に単結合が好ましい。式(1
-1)〜(1-9)で表される化合物がさらに好ましく、式(1-
1)〜(1-9)の中から2種以上使用することがさらに好まし
い。全成分数は10成分以上にすることが好ましい。Ｒが
アルケニル基である場合炭素数は2〜5であることが好ま
しく、特に下記の構造が好ましい。

【００３１】

【化１１】

【００３２】(上記それぞれの構造において、右端は環
に接合している。) 式(1)と式(3)の好ましい組み合わせとしては、式(3)化
合物

【００３３】

【化１２】

【００３４】と式(1)の化合物

【００３５】

【化１３】

【００３６】の組み合わせが好ましい。

【００３７】

【実施例】以下、実施例をあげて本発明を更に詳述する
が、本発明はこれらの実施例に限定されるものではな
い。

【００３８】実施例中、測定した特性は以下の通りであ
る。

【００３９】Ｔni :ネマチック−アイソトロピック転移
温度(℃) Ｔ-n :クリスタル又はスメクチック−ネマチック転移温
度(℃) Ｖth :セル厚6μｍのTN-LCDに注入した時のしきい値電
圧(Ｖ)（電圧無印加時の輝度から10%輝度が低下したと
きの電圧） △ε:25℃での誘電率異方性 (-) △ｎ:25℃での複屈折率(-) η:20℃での粘度(mPa・s) ＨＲ:80℃での保持率(%)(セル厚6μｍのTN-LCDに注入
し、5V印加、フレームタイム20ms、ハ゜ルス幅64μsで測定したとき
の測定電圧と初期印加電圧との比を%で表した値) 常法に従い、下記の組成比の組成物をそれぞれ作製し、
特性を測定した。特性測定結果を下記の表１に示す。

【００４０】(実施例1)

【００４１】

【化１４】

【００４２】(実施例2)

【００４３】

【化１５】

【００４４】(比較例1)

【００４５】

【化１６】

【００４６】(比較例2)

【００４７】

【化１７】

【００４８】(実施例3)

【００４９】

【化１８】

【００５０】(比較例3)

【００５１】

【化１９】

【００５２】(実施例4)

【００５３】

【化２０】

【００５４】(比較例4) (WO9403558号 実施例4 より)

【００５５】

【化２１】

【００５６】

【表１】 表１に示すように実施例1〜4は比較例1〜4に比べＴni−
T-n間のネマチック転移温度範囲が拡大する効果を得ら
れた。また、比較例4に示すようにWO9403558号公報−実
施例4にて開示されている組成物は、液晶温度範囲が狭
く、Δｎが小さい等問題が多かった。しかし、本発明の
液晶材料を用いることによりそれらの特性の改善ができ
た。

【００５７】

【発明の効果】本発明の液晶材料の組み合わせにより、
AM-LCDに求められる種々の特性を満足し、かつ、しきい
値電圧が低く、広いネマティック温度範囲、低い粘性を
有し、高速応答性が優れ、高い保持率を高温度まで維持
できる液晶組成物およびこれを使用した液晶表示素子を
提供することができた。

フロントページの続き (72)発明者 竹内 清文 東京都板橋区高島平１−67−12 Ｆターム(参考） 4H027 BA01 BC04 BD02 BD03 BD05 BD08 BE02 BE03 BE04 BE05 CK04 CL04 CM04 CN04 CQ04 CR04 CS04 CT02 CT03 CT04 CU04 DK01 DK02 DK03 DK04 DK05 DM01 DM02 DM03 DM04 DM05 DP01 DP02 DP03 DP04 DP05

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 正の誘電異方性を有する極性化合物の混
   合物を基礎とする液晶媒体であって、式(1) 【化１】 [式中Ｒは、炭素数1〜15のアルキル基または炭素数2〜1
   5のアルケニル基で有りこの基を非置換であるか、ある
   いは置換基として少なくとも1個のハロゲンを有してお
   り、そしてこれらの基中に存在する1個または2個以上の
   CH2基はそれぞれ独立してO原子が相互に直接結合しない
   ものとして -O-、-S-、-CO-、-COO-、-OCO-、-OCO-O-に
   より置き換えられても良い。環Ａ及び環Ｂはそれぞれ相
   互に独立して、 (a) トランス-1,4-シクロへキシレン基(この基中に存在
   する1個のCH2基または隣接していない2個以上のCH2基は
   -O- 及びまたは -S- に置き換えられてもよい) (b) 1,4-フェニレン基(この基中に存在する1個のCH2基
   または隣接していない2個以上のCH2基は -N- に置き換
   えられてもよい) (c) 1,4-シクロヘキセニレン、1,4-ビシクロ(2.2.2)オ
   クチレン、ピペリジン-1,4-ジイル、ナフタレン-2,6-ジ
   イル、デカヒドロナフタレン-2,6-ジイル及び1,2,3,4-
   テトラヒドロナフタレン-2,6-ジイルからなる群より選
   ばれる基であり、上記の基(a)、基(b)、基(c)はCNまた
   はハロゲンで置換されていてもよい。Ｚ1及びＺ2はそれ
   ぞれ独立して、-COO-、-OCO-、-CH2O-、-OCH2-、-CH2CH
   2-、-CH=CH-、-C≡C-、-(CH2)4-、-CH=CH-CH2CH2-、-CH
   2CH2-CH=CH- または単結合である。Ｘ1〜Ｘ6はそれぞれ
   独立してHまたはFであり、ｍ、ｎは0、1または2であ
   り、Ｙ1は、-F、-CF3、-OCF3、-OCHF2、-OCH2F、-CN、
   Ｒと同じ定義または式(2)であり、 【化２】 (式中Ｘ7及びＸ8はそれぞれ独立してH、FまたはClであ
   り、Ｑ1は-OCH2-、-OCF2-、-OCHF-、-CF2-または単結合
   であり、Ｙ2はＦ、ClまたはCNである。)]の１種または
   それ以上の化合物及び式(3) 【化３】 (式中Ｒは互いに独立して式(1)でのＲの定義と同じであ
   り、環Ｃ及び環Ｄはそれぞれ相互に独立して、 (d) トランス-1,4-シクロへキシレン基(この基中に存在
   する1個のCH2基または隣接していない2個以上のCH2基は
   -O- 及びまたは -S- に置き換えられてもよい) (e) 1,4-フェニレン基(この基中に存在する1個のCH2基
   または隣接していない2個以上のCH2基は -N- に置き換
   えられてもよい） (f) 1,4-シクロヘキセニレン、1,4-ビシクロ(2.2.2)オ
   クチレン、ピペリジン-1,4-ジイル、デカヒドロナフタ
   レン-2,6-ジイル及び1,2,3,4-テトラヒドロナフタレン-
   2,6-ジイルからなる群より選ばれる基であり、上記の基
   (d)、基(e)、基(f)はCNまたはハロゲンで置換されてい
   ても良い。Ｚ3、Ｚ4はそれぞれ相互に独立して式(1)で
   のＺ1、Ｚ2と同じ定義である。Ｘ9、Ｘ10はそれぞれ独
   立してHまたはFであり、ｐは、0、1または2であり、Ｙ3
   は、FまたはClであり、Ｑ2は、単結合、-CF2-、-OCF2-
   または -OCHF- である。)の1種またはそれ以上の化合物
   を含有することを特徴とする液晶媒体。
2. 【請求項２】 少なくとも2種以上の式(1)の化合物を含
   むことを特徴とする請求項1記載の液晶媒体。
3. 【請求項３】 少なくとも2種以上の式(3)の化合物を含
   むことを特徴とする請求項1記載の液晶媒体。
4. 【請求項４】 式(3)の化合物として、下記の式(3-1)〜
   (3-6)から選んだ、少なくとも1種の化合物を含むことを
   特徴とする請求項1、2または3記載の液晶媒体。 【化４】 （式中Ｒは、互いに独立して式(3)のＲと同じ定義であ
   り、Ｚはそれぞれ独立して、-CH2CH2-、-CH=CH-、-C≡C
   -、-(CH2)4-または単結合である。）
5. 【請求項５】 式(3)の化合物として、式(3-1)〜(3-6)
   から選んだ、少なくとも２種以上の化合物を含むことを
   特徴とする請求項1、2、3または4記載の液晶媒体。
6. 【請求項６】 式(1)の化合物として、下記の式(1-1)〜
   (1-9)から選んだ、少なくとも1種の化合物を含むことを
   特徴とする請求項1、2、3、4または5記載の液晶媒体。 【化５】 （式中Ｒは式(1)のＲと同じ定義であり、Ｙ4はそれぞれ
   独立して-F、-CF3、-OCF3、-OCHF2、-OCH2F、-CNまたは
   Ｒであり、Ｘa〜Ｘnはそれぞれ独立してHまたはFであ
   る。式(1-1)〜(1-9)のそれぞれにおいて、ＲとＹ4を入
   れ換えて表される化合物も含む。）
7. 【請求項７】 請求項1記載の液晶媒体であって、少な
   くとも 65℃のネマチック-アイソトロピック転移温度、
   -20℃より低いネマチック-クリスタル（若しくはスメク
   ティック）転移温度を有し、かつ 25℃での光学異方性
   が 0.07から0.20にあり、25℃での誘電率異方性が3以上
   であり、20℃での粘度が 35mPa・s以下であることを特徴
   とする請求項1、2、3、4、5、6記載の液晶媒体。
8. 【請求項８】 請求項1、2、3、4、5、6または7記載の
   液晶媒体を含むことを特徴とする電気光学表示素子。