JPS588780A - 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】 本発明はＴＮ形液晶表示素子に用いる液晶組成物に関し
、特に動作温度範囲が広（、ンコノ１つ低温度において
高速度動作を可能にした液晶組成物に関１−るものでる
る。

液晶衣示累子は、動作電圧が低く、シかも消費電力が小
７；いなどの優７した特徴をイイすることから、すでに
電卓や腕時計の表示部に広く用いられており、さらに近
時では各種のメータやディスプレイの液晶化が漕、運に
進めら扛ている。°また。このＴＮ形液晶表示素子は軽
輩、薄形化、自由な形状に形成することが可能であり、
ざらに懺示が見やすいという％徴ケイ１しており、自動
車用ｉｉｔ器パネルとして有望視さｎている。

通常、自動車用に採用はれる液晶表示素子は、−３０〜
＋８０℃　という広い動作温度範囲と、−３０℃の低温
度において立上りおよび立下り時間が０．５秒以下とい
う窩速応答性とが要求されている。

一般にＴＮ形液晶表示素子の応答性（ｉ−表わす立上り
時間１ｒ、立下り時間輸は、次式で与えら扛る。すなわ
ち 但しη：液晶材料の粘度、ｄ：基板間の隙間。

ε０Δε：液晶の銹電率、■一液晶に印加する駆動電圧
、Ｋ：弾性係数、π：円周率 このように応答速度としての立上り時間鴨は、駆道電圧
Ｖによｐ制御可能であるが、豆下り時間ｔ、は駆動電圧
Ｖによらず、はぼ一定の値となる。

例えばメルク社の市販液晶ＺＬＩ　−１１３２を用いて
３２ｆ（ｚのスタティック駆動で一２０℃においては第
１図に示したような応答速度の駆動電圧依存性力５得ら
７１．る。同図において、例えば５〜８ボルトの電圧で
駆動させた楊＠、立上ｊ）時間１ｒに比べて立下り時間
１．の方が１倍大きく、自動車用の液晶材料の応答迂度
を改善するためには立下り時間時を短縮することが重要
となる。そして。

この立下り時間１，１；１℃式に示すように液晶材料の
粘度ηと弾性係数にの比η／Ｋに比例する。ところが第
２図に示し、たよりに温度降下に伴なう弾性係数にの増
加に此較し、粘度ηの増加が圧倒的に大きいため、低温
度領域にあ・けるη／にの大小は１”ユとんど粘度ηの
値の汐によって決定されてしまう。したがって、炉温度
の豆下り応答時間を短縮するためには低温度に訃ける液
晶の粘度をできる限り小でくする必要がある。

０万、液晶表示素子が＋８０℃の高温度で動作１“るた
めには、液晶材料の液晶液体転移点（Ｎ−１点）は少な
くとも８０℃以上、望ましくは８５℃以上であることが
必要である。混合液晶全正則溶液として取扱えは、混合
液晶のＮ−１点（、ＴＮ、）は成分１のＮ−Ｉ点をＴｌ
、モル分率ｆｘ　（とすると、次式で与えられる。

ＴＮＩ−ΣＴ１′ｘ　１ したがって、混合液晶のＮ−１点を高（することは比較
的容易である。しかしながら、液晶のＮ−１点と粘度η
との間には相関があり、Ｎ−Ｉ点を高くすると、粘度η
が増大し、粘度ηを小ざくするとＮ−Ｉ点が低下すると
いう一般的な傾向が存在する。このため、従来の液晶組
成分で高Ｎ−Ｉ点と低粘度を両Ｎ１．きせることは極め
て困難であった。

従来、市販品あるいはプンブルとし７て入手しうる液晶
材料の中で８０℃以上のＮ−Ｉ点を有し、比較的粘度η
の低いものでも０℃で２００　ＣＰ以上、−２０℃にお
いて２０００　ＣＰ以上の粘度を有しているので、−：
う０℃での応答性はおろか一２０℃においても立下り時
間ｔｆ　は２秒以上となってしまう。一般に一３０℃に
おける立上りおよび立下り時間の０．５秒以下を実現す
るためには、少なくとも０℃において５０〜６０　ＣＰ
以下、−２０℃において３００　ＣＰ以下、望ましくは
２００　ＣＰ　以下の粘度を有することが必要である。

現在のところＮ−Ｉ点が８０℃以上で、Ｃ−Ｎ点が一３
０℃以下の液晶組成分は存在しない。

多成分混合液晶のＣ−Ｎ点は通常−１５℃ないし一１０
℃前後である。このような液晶が一２０℃〜−３０℃の
低温度で動作しうるのはネマチック相が過冷却状態で存
在するからであり、この過冷却状態の安定性は混合液晶
の成分や組成によって異なってくる。自動車用の液晶材
料は一３０℃での低温度動作を保証するために一３０℃
において、過冷却状態が長期にわたって安定に存在しう
るものでなければならない。

以上説明したように自動車用の液晶材料は、−３０〜　
＋８０℃という広い動作温度範囲と、−３０℃において
０５秒以下という高速応答性とを実現するため、下記の
特性を満足させなければならなかった。

（１）８０℃以上、望唸しぐは８５℃以上のＮ−Ｉ点を
有すること、 （２）　−３０℃においてネマチック状態が畏期にわた
って安定に存在しうろこと。

（３）０℃において５０〜６０　ＣＰ以下、−２０℃に
おいて３０００Ｐ以下、望ましくは２００ＣＰ以下の粘
度をイアすること。

しかしながら、上記特性′（ｉ−有する液晶組成物は現
在のところ全く存在しなかった。

したがって本発明は、上記の特性を満足する全く新規の
液晶組成物を提供することを目的としている。

このような目的を達成するために本発明は、トランス−
４−ｎ−７’口ピルー（４−エチルフェニル）シクロヘ
キプン（以下化合物１と称する）。

トランス−４−ｎ　−フロピルー（４−シアノフェニル
）シクロヘキプン（以下化合物２と称する）、トランス
−４−ｎ−ペンチルー（４−シアノフェニル）シクロヘ
キ丈ン（以下化合物３と称すル）、トランス−４−ｎ−
ペンチルー（４’　　−エチルフェニルン／−４）−シ
クロヘキ丈ン（ＪＪ下体化合物４称する）訃よび４−（
トランス−４−ｎ−ペンチルシクロヘキシル）−４’−
（トランス−４−ｎ−７’ロピルシク口ヘキシル）−ビ
フェニル（以下化合物５と称する）の５種類の化合物を
必須成分とするものであシ、こ扛らの混合系により、前
記（１）〜（３〕の特性を満足する液晶組成物を得るこ
とを可能にしたものである。

なお、本発明による液晶組成物は、化合物１が１５〜２
６モル係、化合物２が１８〜２４モル％、化合物３が２
２〜３０モル係、化合物４が１６〜２５モル％および化
合物５が５〜９モル饅の範囲にあるとき、特に有効であ
る。

以下、本発明を具体的な実施例に基づき詳細に説明する
。

実施例１ 化合物１：２０モル％、化合物２：２２モル％、化合物
３：２８モル襲、化合物４：２４モル係、化合物５：６
モル饅からなる液晶組成物■を調製した。この液晶組成
物工のＮ−Ｉ点を測定したところ８３．１℃であった。

また、この組成物Ｉの粘度を回転粘度＃ｆを用いて測定
し７たとこる第３図に特性η１で示したような温度変化
が得られた。

ここで比較例として、従来よシ用いられている下記表１
の組成物からなる液晶材料の粘度の温度変化特性η、を
示した。同図からも明らかなように表　１ 組成物■の粘度は０℃において５１ＣＰ、−２０℃にお
いて２３７０Ｐであり、従来に全くない低粘度を実現す
ることができた。

一般に液晶の粘度は、温度の低下とともに急激に上昇し
、粘度の対数を絶対温度の逆数に対してプロットした曲
線は低温度側はど急勾配となる。

したがって、第３図で明らかなように組成物Ｉの粘度曲
線η１は比較例の液晶組成物の粘度曲線η□よりも低粘
度側にあるだけでなく、その温度勾配も比較例の液晶組
成物よりも小さくなっている。

このため、組成物■と比較例の液晶組成物との粘度差は
低温度側はど大となる。このように本発明による組成物
■の低粘度材料としての効果は低温度側はど顕著である
。

次に、上記組成物■を、対向配置された基板間の隙間ｄ
が７．９μｍの第１のセルに封入し、電気光学特性を測
定した。なおこの場合、液晶には立ＦＪ）応答時間を短
縮するため、液晶のコレステリックピッチがセルギャッ
プの４倍に等しくなる濃度にカイラル物質、例えば、４
−（４−ヘキシロ牛ジベンゾイロキシ）　−安息香酸−
ａ　−２−オクチルエステルを添加した。そして、スタ
ティック３２Ｈｚ、６Ｖ　にて駆動したとき、第１のセ
ルは−３０℃で立上９時間が０．３５秒、立下り時間が
０５秒であった。次に、この第１のセルラ−３０℃に放
置したか、１ケ月経過後も結晶化は起らず、正常に動作
することが確認された。

実施例２ 化合物１：２５モル％、化合物２：１９モル％、化合物
３：２４モル％、化合物４：２５モル％および化合物５
ニアモル％からなる液晶組成物■を調製した。そして、
この組成物■のＮ−Ｉ点は８３．３℃、粘度は０℃にお
いて４９ＣＰ、−２０℃において２３２　ＣＰであった
。また、この組成物■に実施例１と同様にカイラル物質
を添加した後、対向配置された基板間の隙間ｄが７．８
μｍの第２のセルに封入し、電気光学特性を測定した。

そして、スタティック３２Ｈｚ、５Ｖで駆動したとき、
−３０℃において立上り時間が０．３８秒、立下シ時間
が０．４８秒であった。また、この第２のセルを一３０
℃に放置したが、１ケ月経過後も結晶化は起らず、正常
に動作することが確認さ扛た。

実施例３ 化合物１：１６モル係、化合物２＝１８モル係、化合物
３：２２モル優、化合物４：２３モル饅、化合物５：６
モル係およびトランスル４−ｎ−プロピル−（４−エト
キシフェニル）シクロヘキブン＝１５モル饅からなる液
晶組成物■を調製［−た。この組成物■のＮ−Ｉ点は８
３８℃　、粘度は０℃に訃いて４８．５ＣＰ、−２０℃
に訃いて２２９ＣＰであった。また、この組成物ＩＩに
実施例１と同様にカイラル物質を添加した後、対向基板
間の隙間ｄが７．２μｍおよび８．５μｍの第３のセル
および第４のセルにそれぞれ封入した。そして、スタテ
ィック３２Ｈｚ　、６Ｖの条件で駆動したとき、−３０
℃において第３のセルは立−辷り時間が０．３２秒、立
下り時間が０．４２秒、第４のセルは立上り時間が０．
４２秒、立下り時間が０．５５秒であった。

また、この第３のセルおよび第４のセルを一３０℃に１
ケ月ざらに一４０℃に１週間放置したが、結晶化が起ら
ず、試験後も正常に動作することが確認さｎた。

なお、実施例３では、必須成分以外の成分として、トラ
ンス−４−１１−フロビルー（４−エトキシフェニル）
シクロヘキサンを１５そル％用イタが、必須成分以外の
成分と１〜ては最終的な液晶組成物のＮ−Ｉ点、粘度お
よび低温度安定性に悪影響を与えるものでなければ特に
制限はない。ただし、必須成分の温度は全体で８０モル
％以上であることが必要である。

実施例４ 化合物１：２０モル％、化合物２：２３モル％、化合物
３：３０モル係、化合物４：１８モル係、および化合物
５：９モル係からなる液晶組成物■を調製した。この組
成物■のＮ−Ｉ点は８４，０℃、粘度は０℃において５
２０Ｐ、−２０℃においては２４２ＣＰであった。また
、この組成物■に実施例１と同様にカイラル物質を添加
した後、対向基板間の隙間ｄが７．０μｍの第５のセル
に封入した。そしてスタティック３２Ｈｚで６ｖで駆動
したとき、−３０℃において立上り時間が０．３０秒、
立下り時間が０．４秒であった。また、この第５のセル
を一３０℃に放置したが、１ケ月経過後も結晶化が起ら
ず、正常に動作することが確認さ扛た。

以上説明り、たように本発明による液晶組成物によぉ、
げ、−３０〜　＋８０℃という広い動作温度範囲と、−
３０℃において０．５秒以下という高速応答と會実決す
ることが可能となり、自動車用計器パネルとして高品質
、高信頼性を有する液晶表示素子が実現可能となる極め
て優れた効果が得ら扛る。

【図面の簡単な説明】

第１図はＴＮ形液晶表示素子の立上りおよび立下り応答
時間の駆動電圧１ぺ存性を示す特性図、第２図は液晶の
粘度と弾性係数の温度変化の一般的頑向を示す図、第３
図は本発明による液晶組成物の粘度の温度変化を示す図
である。 ０　　　　１０　　　２０°Ｃ １７丁×１０ 第１頁の続き ■出　願　人　メルク・パテント・ゲーエムベーハー ドイツ連邦共和国Ｄ−６１００ダル ムシュタット・フランクメルク ？（に４）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　トランス−４−ｎ−プロピル−（４−エチルフェニ
   ル）シクロヘキチン。トランス−４−〇−フＣ１７”ル
   ー（４−シアノフェニル）シクロヘキチン。トランス−
   ４−ｎ−ペンチルー（４−シアノフェニル）シクロヘキ
   チン。トランス−４−ｎ−ペンチｌシー（４’　　−エ
   テルビフェニル−４）−シクロへギプンｂよび４−（ト
   ランス−４−〇−ペンチルシクーコヘギシル）−４’　
   −（トランス−４−ｎ−）”ロヒ九シクロヘキシル）−
   ビフェニルの５成分全必須成分と−することを％徴とし
   た液晶組成９勿。 ２、前記トランス−４−ｎ−プロピル−（４−エチルフ
   ェニル）シフｒ、）−＼キ丈ン全１５〜２６モル％、ｌ
   −ランス−４−１１−グ【コピルー（４−シアノフェニ
   ル）ンク１コヘ’Ｐブンをｌ）＋〜２４モル（石、１ラ
   ンス−／１−　ｎ−ペンテルー（４−シアノ７エール）
   ンクＤ′＼Ｖ」ノーン４＋２２〜３０モル饅、トランス
   −４−ｎ−ペンチルー（４′−エチルビフェニル−４）
   −シクロヘキ丈ンｔ１６〜２５モル係、４−（トランス
   −４−ｎ−ペンチルシクロヘキシルＬ−４’−（＋・ラ
   ンス−４−〇−プ［１ピルシクｌコへ牛ンル）−ビフェ
   ニルを５〜９モル％の範囲で言むことを特徴とする特許
   請求の純曲第１瑣記載の液晶組成物。