JP3584486B2 - Nematic liquid crystal composition and liquid crystal display device using the same - Google Patents
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は、電気光学的表示材料として有用なネマチック液晶組成物及びこれを用いた液晶表示装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
液晶表示素子の代表的なものにTN−LCD(ツイスティッド・ネマチック液晶表示素子)があり、時計、電卓、電子手帳、ポケットコンピュータ、ワードプロセッサ、パーソナルコンピュータなどに使用されている。一方、OA機器の処理情報の増加に伴い、一画面に表示される情報量が増大しており、シェファー(Scheffer)等[SID ’85 Digest, 120頁(1985年)]、あるいは衣川等[SID ’86 Digest, 122頁(1986年)]によって、STN(スーパー・ツイスティッド・ネマチック)−LCDが開発され、ワードプロセッサ、パーソナルコンピュータなどの高情報処理用の表示に広く普及しはじめている。
【0003】
更に、その表示品質が優れていることから、アクティブ・マトリクス形液晶表示装置が液晶テレビ、プロジェクター表示、コンピューター等のディスプレイの応用分野に有力なものとして市場に出されている。アクティブ・マトリクス表示方式は、画素毎にTFT(薄膜トランジスタ)あるいはMIM(メタル・インシュレータ・メタル)等のスイッチング素子が使われており、この方式には漏れ電流の小さいこと、即ち高電圧保持率であることが重要視されている。従って、この様な表示素子に対応するために、現在も新しい液晶化合物あるいは液晶組成物の提案がなされている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
このTN−LCDやSTN−LCDには、液晶材料の化学的安定性、液晶表示装置の低電圧駆動性及び応答特性等の課題がある。
【0005】
例えば、ワードプロセッサ、パーソナルコンピューター等の情報量の多いSTN−LCDには高時分割数で良好な駆動特性が要求されるが、時分割数の増大は駆動電圧の上昇を起こし、駆動回路に大きな影響を与える。これを低減させる一つの方法として、
【0006】
【数1】
【0007】
(式中、Vthはしきい値電圧を、kは比例定数を、Kは弾性定数を、Δεは誘電異方性をそれぞれ表わす。)の関係から、誘電異方性の大きな液晶材料を用いて駆動電圧を低下させる方法が知られている。しかしながら、このような液晶材料は液晶材料の粘性を増加させる傾向を有するものが多いので、良好な応答特性を得ることを困難にさせる、あるいは各画素毎のキャパシタンス成分を増加させるものであり、表示可能な駆動周波数範囲を狭め、クロストーク現象を発生させる等の問題を有している。
【0008】
一方、低電圧で駆動可能な従来の液晶材料の場合、一般的に、調製された初期あるいは加熱や紫外線照射による促進テスト後の抵抗値が低いことが知られている。この様な液晶材料の低い抵抗値は、時分割数の増大により表示画面のちらつきやコントラストの低下等を引き起こす原因となり、好ましくなかった。
【0009】
更に、情報量の増加による暗い画質を補う目的で、STN−LCDにはバックライトを補助光源として利用することが一般的である。このために、バックライト方式のSTN−LCDに用いられる液晶材料には、耐熱性及び耐光性等の化学的安定性が新たに要求されている。
【0010】
これらの要求特性に加えて、特にアクティブ・マトリクス方式においては、均一で高いコントラストを得るために、漏れ電流が小さく、高い電圧保持率を有することが重要である。この様な特性を得るために、例えば、下記のような化合物が用いられてきた。
【0011】
【化6】
【0012】
(式中、R10は直鎖状アルキル基を表わし、X2は水素原子又はフッ素原子を表わす。)
しかしながら、このような化合物を用いても広い温度範囲、特に低温においてネマチック液晶性を保持することと、アクティブ・マトリクス方式に要求されるしきい値電圧を充分に低減させることを共に満足する組成物を調製することはできなかった。
【0013】
更に加えて、均一で高いコントラストの液晶表示特性を得るために、液晶パネルの液晶層の厚みdと液晶材料の複屈折率△nとの積△n・dを0.40〜0.55(以下、このことをファーストミニマムと呼称する)の範囲に調整することが好ましいとされている。現在の液晶パネルの作製工程で行われている調光層の厚みdは約4.5μm以上であることから、液晶材料の複屈折率△nを0.07〜0.10の範囲になるように調整することが要求されている。しかしながら、従来は液晶材料の複屈折率Δnをこの範囲に調整しようとすると、それを用いて作製される表示装置のしきい値電圧Vthは逆に上昇してしまう傾向にあり、両者を同時に満足することは困難であった。
【0014】
本発明が解決しようとする課題は、上記の問題に応えることにあり、特に広い温度範囲で液晶性を示し、しきい値電圧が低く、しかも充分に高い電圧保持率を有し、装置の設定条件に適した複屈折率Δnを有する液晶組成物を提供し、更にこの液晶組成物を用い、フリッカが発生せず、コントラストに優れた液晶表示装置を提供することにある。
【0015】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するために、以下に示すネマチック液晶組成物を提供する。
【0016】
まず、本発明の第1の液晶組成物として、(1)一般式(I)
【0017】
【化7】
【0018】
(式中、R1は炭素原子数2〜7の直鎖状アルキル基を表わす。)
で表わされる化合物及び(2)一般式(II)〜(III)
【0019】
【化8】
【0020】
(式中、R2は炭素原子数2〜7の直鎖状アルケニル基を表わし、R3は炭素原子数2〜7の直鎖状アルキル基を表わす。)
で表わされる化合物からなる群から選ばれる化合物を含有することを特徴とするネマチック液晶組成物を提供する。
【0021】
また、本発明の第2の液晶組成物として、(1)前述の一般式(I)で表わされる化合物及び(2)一般式(IV)〜(V)
【0022】
【化9】
【0023】
(式中、R4はそれぞれ独立的に、炭素原子数2〜7の直鎖状アルキル基を表わす。)
で表わされる化合物からなる群から選ばれる化合物を含有することを特徴とするネマチック液晶組成物を提供する。
【0024】
更に、本発明の第3の液晶組成物として、(1)前述の一般式(I)で表わされる化合物、(2)前述の一般式(II)〜(III)で表わされる化合物からなる群から選ばれる化合物及び(3)前述の一般式(IV)〜(V)で表わされる化合物からなる群から選ばれる化合物を含有することを特徴とするネマチック液晶組成物を提供する。
【0025】
本発明は上記の第1〜第3の液晶組成物において、上記以外の成分として(A)
一般式(VI)〜(XI)
【0026】
【化10】
【0027】
(式中、R5は炭素原子数2〜7の直鎖状アルケニル基を表わし、R6はそれぞれ独立的に、炭素原子数2〜7の直鎖状アルキル基を表わし、X1はそれぞれ独立的に、H又はFを表わし、rは0又は1を表わす。)
で表わされる化合物からなる群から選ばれる1種又はそれ以上の化合物を含有することが好ましい。
【0028】
ここで、本発明に係わる一般式(I)〜(XI)で表わされる化合物の代表的なものの例とその相転移温度を下記第1表に示す。下記表中、m.p.は結晶相から液晶相又は等方性液体相に相転移する温度を、c.p.は液晶相から等方性液体相に相転移する温度をそれぞれ表わす。また、各液晶化合物は、蒸留、カラム精製、再結晶等の方法を用いて不純物を除去し、十分精製したものを使用した。
【0029】
【表1】
【0030】
本発明の液晶組成物の特徴は、必須成分として前述の一般式(I)で表わされる化合物を含有する点にある。この一般式(I)で表わされる化合物は、誘電異方性が+8前後と比較的小さいにも係わらず、液晶組成物の駆動電圧を低減させ、しかも高い電圧保持率を維持向上させる効果を有する。また、複屈折率Δnが0.06前後と極めて小さいので、前述のファーストミニマムの条件を満足するために用いられる装置に使用される液晶組成物を調製する上で優れた特性を有するものである。しかしながら、一般式(I)の化合物はスメクチック相を示し易いという欠点がある。例えば、一般式(I)の化合物のみからなる組成物(2−1)
【0031】
【化11】
【0032】
は、ネマチック相の温度範囲が77〜56℃と非常に狭く、一般式(I)の化合物のみを用いて、特に低温で駆動可能なネマチック液晶組成物を調製することは困難であった。
【0033】
本発明者等は、一般式(I)で表わされる化合物と種々の液晶化合物との組み合わせを検討した結果、本発明の第1〜第3の液晶組成物のように、一般式(II)〜(III)で表わされる化合物からなる群から選ばれる化合物及び/又は一般式(IV)〜(V)で表わされる化合物からなる群から選ばれる化合物を組み合わせて用いることにより、一般式(I)で表わされる化合物の優れた特性を損なうことなく、広い温度範囲で使用できるネマチック液晶組成物を調製できることを見い出した。
【0034】
本発明の第1〜第3のネマチック液晶組成物においては、一般式(I)で表わされる化合物以外の化合物としては、一般式(II)で表わされる化合物を含有することが好ましく、また、これに加えて、一般式(III)で表わされる化合物及び/又は一般式(V)で表わされる化合物を含有することも好ましい。
【0035】
前述の通り、本発明の第1〜第3の液晶組成物において、一般式(I)〜(V)で表わされる成分以外にも、(A)一般式(VI)〜(XI)で表わされる化合物からなる群から選ばれる化合物を含有することが好ましい。
【0036】
その中でも、(1)一般式(VI)〜(VII)で表わされる化合物からなる群から選ばれる化合物及び/又は(2)一般式(IX)〜(X)で表わされる化合物からなる群から選ばれる化合物を含有することが好ましく、例えば、具体的な組み合わせとしては以下のようなものを挙げることができる。
【0037】
・(I)+(II)+(VI)+(VII)+(X)
・(I)+(II)+(VI)+(VII)+(IX)+(X)
・(I)+(II)+(III)+(VI)
・(I)+(II)+(VII)
・(I)+(II)+(III)+(V)+(VIII)+(IX)+(X)+(XI)
【0038】
本発明のネマチック液晶組成物で使用する一般式(II)〜(XI)で表わされる各化合物は、組成物の電圧保持率を低下させることなく、駆動電圧を維持あるいは低減させる効果を有する。このような効果は、一般式(II)〜(XI)の各化合物が、3,4,5−トリフルオロフェニル基又は3,4−ジフルオロフェニル基を有することによると考えられる。
【0039】
この中でも一般式(II)あるいは(VI)で表わされる化合物は、表示特性に重要な役割を果たす弾性定数比(K33/K11)を、用途に応じて調製する上で重要な化合物でもあり、ネマチック液晶組成物の粘性を低下させることもできる。従って、一般式(I)の化合物と組み合わせて用いることによって、広い温度範囲でネマチック相を示し、しかも高速応答性を有する液晶材料を容易に調製することができる。これらの一般式(II)あるいは(VI)で表わされる化合物としては、特に下記のものが優れている。
【0040】
【化12】
【0041】
また、一般式(III)〜(V)で表わされる化合物は、液晶組成物の駆動電圧を低減させるという効果を有するものの、これらの化合物を用いて低温までネマチック相を示す液晶組成物を調製することは困難であった。特に一般式(V)の化合物は他の液晶化合物に比べて相溶性の点で劣っており、従来この化合物は例えば一般式(2−2)〜(2−4)
【0042】
【化13】
【0043】
(式中、R11はアルキル基を表わし、X3はF、OCF3、OCHF2又はCF3を表わし、X4及びX5はそれぞれ独立的に、H又はFを表わし、X6はOCF3、OCHF2又はCF3を表わし、sは0又は1を表わす。)で表わされる化合物と組み合わせて用いることが必須であった。しかしながら、この様な手段を用いても依然として前述のような問題は十分に解決されていなかった。
【0044】
この一般式(III)〜(V)で表わされる化合物について、例えば、特表平5−500681号公報には、上記一般式(2−2)の化合物と、本発明に関わる一般式(III)〜(V)あるいは(VII)の化合物とを混合した液晶組成物に関する記載があり、この混合比は1:4〜1:1が良く、一般式(2−2)の化合物の含有量は40%以上であることが更に好適であるとの記載がある。しかしながら、このような組成物は、ネマチック相−等方性液体相転移温度TN−Iが80℃以下と低いか、あるいはTN−LCDを構成したときのしきい値電圧Vthが1.5V以上と高くなるなど、現在要求されている特性を満足するものは得られていないのが現状であった。更に、一般式(2−2)の化合物の含有量が多いために、蒸気圧温度特性が悪化し、液晶表示パネルの作製工程における液晶注入条件が厳しくなる、あるいは注入ムラを発生させる等、新たな問題を発生させてしまい、実用的ではなかった。
【0045】
また、例えば特表平5−500830号公報には、上記一般式(2−4)の化合物と本発明に関わる一般式(III)〜(V)あるいは(VII)の化合物とを混合した液晶組成物に関する記載があり、この混合比は1:4〜1:1が良く、一般式(2−4)の化合物の含有量は40%以上であることが更に好適であるとの記載がある。しかしながら、このような組成物も、低温でのネマチック相を改善させるために、実際には一般式(2−4)の化合物の含有量が多いために、上述と同様に、TN−IあるいはVthに対する要求特性を満足するものは得られていないのが現状であった。更に、複屈折率△nが0.12以上と大きいものを用いた場合、ファーストミニマム(△n・d=0.5)の条件を満たすためには、セル厚dを約4μmあるいはそれ以下にする必要があり、液晶表示パネルの作製工程における均一なセル作製条件が厳しくなる、あるいは表示ムラを発生させる等新たな問題を発生させてしまい、実用的ではなかった。
【0046】
これに対して、本発明では一般式(I)の化合物と組み合わせて用いることにより、上述のような問題点を解決することができ、個々の化合物が有する優れた特性を損なうことなく、低温まで広い温度範囲で駆動できる優れた組成物を得ることができる。
【0047】
このような効果は、例えば、以下の例からも明らかである。
一般式(V)の化合物のみからなる組成物(2−5)
【0048】
【化14】
【0049】
は71〜44℃の範囲でネマチック相を示す。また一般式(V)の化合物及び一般式(VII)の化合物からなる組成物(2−6)
【0050】
【化15】
【0051】
は85〜33℃の範囲でネマチック相を示し、成分数が増えてもネマチック相の温度範囲、特に下限温度はあまり低下していない。しかしながら、本発明の必須成分である一般式(I)の化合物と一般式(V)の化合物を混合して得られる組成物(2−7)
【0052】
【化16】
【0053】
は74〜18℃の範囲でネマチック相を示し、一般式(I)の化合物と一般式(VII)の化合物を混合して得られる組成物(2−8)
【0054】
【化17】
【0055】
は89〜0℃の範囲でネマチック相を示し、低温側に大きくネマチック相が拡大している。
また、一般式(I)の化合物及び一般式(II)の化合物を混合して得られる組成物(2−9)
【0056】
【化18】
【0057】
は83〜15℃の範囲でネマチック相を示し、一般式(I)の化合物、一般式(II)の化合物及び一般式(VI)の化合物を混合して得られる組成物(2−10)
【0058】
【化19】
【0059】
は90〜−30℃の範囲でネマチック相を示し、一般式(I)の化合物及び一般式(VI)の化合物を混合して得られる組成物(2−11)
【0060】
【化20】
【0061】
は96〜−20℃の範囲でネマチック相を示し、いずれもネマチック相の上限温度は高く、しかもネマチック相の温度範囲は低温側に大きく拡大していることが明らかである。
【0062】
従って、一般式(I)で表わされる化合物と一般式(II)〜(XI)で表わされる化合物を組み合わせて用いることにより、更に広い温度範囲、特に低温側でも使用できるネマチック液晶組成物を得られることが明らかである。
【0063】
比較例3
実施例1において、MCTCの添加量を0.595gに、BHTCAの添加量を0.650gに替えた以外は実施例1と同じ操作を繰り返し、テトラカルボン酸成分としてMCTC45%およびBHTCA55%を含むポリイミドを合成した。このポリマーはNMP、γ−ブチロラクトン、DMFなどの一般極性溶媒に容易に溶解した。
【0064】
しかしながら、本発明の液晶組成物は、一般式(I)〜(III)又は(V)で表わされる3,4,5−トリフルオロフェニル基を有する化合物と、一般式(IV)、(VI)又は(VII)で表わされる3,4−ジフルオロフェニル基を有する化合物との混合比が1:1以上であっても、あるいは3,4,5−トリフルオロフェニル基を有する化合物の総含有量が50重量%以上であっても、上記の例示からも明らかなように、広い温度範囲で使用できるネマチック液晶組成物を調製できる。
【0065】
本発明の第1〜第3のネマチック液晶組成物に用いることができる(A)一般式(VI)〜(XI)で表わされる化合物は、上述のような特性を維持向上する効果をそれぞれ有する。
【0066】
詳しくは、一般式(VI)〜(XI)で表わされる化合物は、液晶組成物の複屈折率(△n)を0.07〜0.10の範囲に最適化することができ、これにより液晶表示装置の視角特性の向上、コントラスト比の増加等の効果が得られる。また、組成物のネマチック相温度範囲を高温側及び低温側に拡大させる効果を有し、液晶表示装置の駆動可能な温度範囲を更に拡大することができる。
【0067】
これらの化合物のうち、一般式(VIII)、(IX)あるいは(XI)の化合物は−(CH2)4−あるいは−(CH2)2−の連結基を有し、前述の一般式(I)〜(VII)の化合物からなる液晶組成物との相溶性にも優れている。更に、一般式(IX)で表わされる化合物は、一般式(VIII)においてr=0である化合物に比べ、蒸気圧温度特性にも優れており、本発明の液晶組成物において、一般式(IX)の化合物を多用しても、液晶表示パネルの作製工程における液晶注入条件を緩和することができ、大型液晶パネルの作製工程における注入ムラを低減させるという特徴も有する。
【0068】
また、本発明の第1〜第3の液晶組成物は、(B)一般式(XII)〜(XVI)
【0069】
【化21】
【0070】
(式中、R7はそれぞれ独立的に、炭素原子数2〜7の直鎖状アルキル基又はアルケニル基を表わし、R8はそれぞれ独立的に、炭素原子数2〜7の直鎖状アルキル基、アルケニル基、アルコキシ基又はアルケニルオキシ基を表わし、R9はそれぞれ独立的に、炭素原子数2〜7の直鎖状アルキル基を表わす。)
で表わされる化合物からなる群から選ばれる化合物を含有してもよい。
【0071】
その中でも特に一般式(XII)で表わされる化合物を含有することが好ましく、一般式(I)、(II)、(VI)、(IX)、(X)及び(XII)で表わされる化合物を含有する液晶組成物が特に好ましい。
【0072】
この一般式(XII)〜(XVI)で表わされる化合物は、液晶組成物のネマチック相の温度範囲を特に低温側に拡大し得るものである。また、これらの化合物はネマチック液晶組成物の粘性を低下させることもできるので、広い温度範囲で高速応答性を有する液晶材料を得ることができる。特に一般式(XII)あるいは(XIII)で表わされる化合物はこのような効果を得るのに非常に適している。
【0073】
更に、本発明の液晶組成物は、一般式(I)〜(XVI)の化合物に加えて、液晶組成物の他の特性を改善するために、液晶化合物として認識される通常のネマチック液晶、スメクチック液晶、コレステリック液晶などを含有してもよい。
【0074】
本発明の液晶組成物における一般式(I)で表わされる化合物の含有量は、3〜60重量%の範囲にあることが好ましい。また、(2)一般式(II)〜(III)で表わされる化合物からなる群から選ばれる化合物の含有量は、総量で3〜50重量%の範囲にあることが好ましく、このとき、各化合物の含有量は、一般式(II)で表わされる化合物を0〜25重量%の範囲で、且つ一般式(III)で表わされる化合物を0〜30重量%の範囲で含有することがより好ましい。
【0075】
また、(3)一般式(IV)〜(V)で表わされる化合物からなる群から選ばれる化合物の含有量は、総量で3〜40重量%の範囲にあることが好ましく、このとき、各化合物の含有量は、一般式(IV)で表わされる化合物を0〜30重量%の範囲で、一般式(V)で表わされる化合物を3〜30重量%の範囲で含有することが好ましい。
【0076】
一般式(VI)〜(VII)で表わされる化合物を含有する場合は、その含有量が総量で3〜55重量%の範囲にあることが好ましく、このとき、各化合物の含有量は、各々0〜35重量%の範囲にあることが好ましい。また、一般式(VIII)〜(XI)で表わされる化合物を含有する場合は、その含有量が総量で3〜35重量%の範囲にあることが好ましく、このとき、各化合物の含有量はね各々0〜20重量%の範囲にあることが好ましい。また、一般式(XII)〜(XVI)で表わされる化合物からなる群から選ばれる化合物を含有する場合は、総量で3〜25重量%の範囲で含有することが好ましく、特に一般式(XII)の化合物を3〜25重量%の範囲で含有することが好ましい。
【0077】
本発明の液晶組成物は、その使用目的に応じて、例えば以下のような組成で用いることが好ましい。
液晶組成物の結晶相又はスメクチック相−ネマチック相転移温度T→Nを特に低くする目的には、(1)一般式(I)の化合物及び(2)一般式(II)〜(IV)の化合物からなる群から選ばれる化合物を組み合わせて用いることが好ましく、よりT→Nを低下させる目的には、(3)一般式(VI)〜(VII)の化合物からなる群から選ばれる化合物を組み合わせて用いることが好ましく、更に(4)一般式(IX)〜(XI)の化合物からなる群から選ばれる化合物を組み合わせて用いることが好ましい。
【0078】
液晶組成物のネマチック相−等方性液体相転移温度TN−Iを高くし、且つ結晶相又はスメクチック相−ネマチック相転移温度T→Nを低くする目的には、(1)一般式(I)の化合物及び(2)一般式(II)〜(IV)の化合物からなる群から選ばれる化合物を組み合わせて用いることが好ましく、更に(3)一般式(X)〜(XI)の化合物からなる群から選ばれる化合物を組み合わせて用いることが好ましい。
【0079】
液晶表示のしきい値電圧Vthを低くする目的には、(1)一般式(I)の化合物、(2)一般式(II)〜(III)の化合物からなる群から選ばれる化合物及び(3)一般式(V)の化合物を組み合わせて用いることが好ましく、更に(4)一般式(IX)〜(XI)の化合物からなる群から選ばれる化合物を組み合わせて用いることが好ましい。
【0080】
液晶表示の応答特性を速くする目的には、(1)一般式(I)の化合物、(2)一般式(II)の化合物及び(3)一般式(VI)の化合物を組み合わせて用いることが好ましく、更に一般式(4)一般式(XII)〜(XVI)の化合物からなる群から選ばれる化合物を組み合わせて用いることが好ましい。
【0081】
液晶組成物の複屈折率△nを0.07〜0.08の範囲に調整する目的には、(1)一般式(I)の化合物、(2)一般式(III)〜(V)の化合物からなる群から選ばれる化合物及び(3)一般式(VII)の化合物を組み合わせて用いることが好ましく、液晶組成物の複屈折率△nを0.08〜0.10の範囲に調整する目的には、(1)一般式(I)の化合物、(2)一般式(II)の化合物及び(3)一般式(VI)の化合物を組み合わせて用いることが好ましく、更に一般式(4)一般式(X)〜(XI)の化合物からなる群から選ばれる化合物を組み合わせて用いることが好ましい。
【0082】
この様にして得られる本発明の液晶組成物は、後述の実施例にも示したように、ネマチック相−等方性液体相転移温度(TN−I)が80〜100℃の範囲にあり、しかもしきい値電圧(Vth)が1.2〜1.6Vの範囲にあるものが得られ、あるいはネマチック相−等方性液体相転移温度(TN−I)が100〜120℃の範囲にあり、しかもしきい値電圧(Vth)が1.6〜2.0Vの範囲にあるものが得られ、これらのネマチック液晶組成物は、結晶相又はスメクチック相−ネマチック相転移温度(T→N)が−10℃以下であり、複屈折率△nが0.07〜0.10の範囲にあり、誘電異方性(△ε)は+6〜9にあるという非常に実用的であり、要求される特性をほぼ満足するものが得られた。
【0083】
また、本発明のネマチック液晶組成物は、後述の実施例にも示したように、加熱促進テスト、紫外線照射促進テストを行ったところ、各促進テスト後も98%以上の高い電圧保持率を有することや、化学的にも非常に安定で高い抵抗値を有することが確認された。
【0084】
よって、このようなネマチック液晶組成物を用いた液晶表示装置も非常に優れた特性を有するものであり、本発明は前述の種々のネマチック液晶組成物を用いた液晶表示装置をも提供する。
【0085】
本発明の液晶表示装置、特にアクティブ・マトリクス形液晶表示装置あるいはツイスティッド・ネマチック又はスーパー・ツイスティッド・ネマチック液晶表示装置は、広い温度範囲で液晶性を示し、しきい値電圧が低く、しかも充分に高い電圧保持率を示す。特にアクティブ・マトリクス液晶表示装置においては、フリッカが発生せずコントラストにも優れ、TN−LCDやSTN−LCD液晶表示装置は、広範な駆動周波数で表示可能であることが確認された。
【0086】
【実施例】
以下、実施例を挙げて本発明を詳述するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。また、以下の実施例の組成物における「%」は『重量%』を意味する。
【0087】
なお、組成物の比抵抗は、液晶組成物2gをアンプル管に入れ、真空脱気後、窒素置換の処理をして封入し、180℃、1時間の加熱促進テスト、及び10時間の紫外線照射促進テスト「SUNTEST」(オリジナルハナウ社製)を行った後の液晶組成物の比抵抗を測定した。
【0088】
また、実施例中、測定した特性の各記号の意味は以下の通りである。
TN−I : ネマチック相−等方性液体相転移温度(℃)
T→N : 結晶相又はスメクチック相−ネマチック相転移温度(℃)
Vth : パネル液晶層の厚みをdとし、ファーストミニマム△n・d=0.5のTN−LCDを構成した時のしきい値電圧(V)
△ε : 誘電異方性
△n : 複屈折率
τr=τd: 電圧無印加状態から電圧を印加して光が透過する状態になるまでの立ち上がり時間τr、と電圧印加状態から電圧を除いて光が透過しなくなるまでの立ち下がり時間τdが等しくなる応答時間( msec)
【0089】
(実施例1)
【0090】
【化22】
【0091】
からなるネマチック液晶組成物(3−1)を調製し、この組成物の諸特性を測定したところ、結果は以下の通りであった。
TN−I : 82.0 ℃
T→N : −32.0 ℃
Vth : 1.37 V
△ε : 9.2
△n : 0.076
テスト前の比抵抗 : 7.5×1013Ω cm
加熱促進テスト後比抵抗 : 5.6×1013Ω cm
紫外線照射促進テスト後比抵抗: 3.0×1013Ω cm
テスト前の電圧保持率 : 99.6%(測定温度80℃)
加熱促進テスト後電圧保持率 : 98.7%(測定温度80℃)
紫外線照射促進テスト後電圧保持率: 98.3%(測定温度80℃)
【0092】
このネマチック液晶組成物(3−1)を構成材料とするアクティブ・マトリクス液晶表示装置を作製したところ、漏れ電流が小さくフリッカの発生しない優れたものであることが確認できた。
【0093】
(実施例2)
【0094】
【化23】
【0095】
からなるネマチック液晶組成物(3−2)を調製し、この組成物の諸特性を測定したところ、結果は以下の通りであった。
TN−I : 85.7 ℃
T→N : −25.0 ℃
Vth : 1.42 V
Δε : 7.4
Δn : 0.074
【0096】
(実施例3)
【0097】
【化24】
【0098】
からなるネマチック液晶組成物(3−3)を調製し、この組成物の諸特性を測定したところ、結果は以下の通りであった。
TN−I : 93.2 ℃
T→N : −30.0 ℃
Vth : 1.60 V
△ε : 7.2
△n : 0.080
【0099】
(実施例4)
【0100】
【化25】
【0101】
からなるネマチック液晶組成物(3−4)を調製し、この組成物の諸特性を測定したところ、結果は以下の通りであった。
TN−I : 92.1 ℃
T→N :<−70.0 ℃
Vth : 1.58 V
△ε : 6.5
△n : 0.084
【0102】
(実施例5)
【0103】
【化26】
【0104】
からなるネマチック液晶組成物(3−5)を調製し、この組成物の諸特性を測定したところ、結果は以下の通りであった。
TN−I : 119.3 ℃
T→N :<−70.0 ℃
Vth : 1.63 V
△ε : 7.3
△n : 0.091
τr=τd: 29.0 msec
【0105】
(実施例6)
【0106】
【化27】
【0107】
からなるネマチック液晶組成物(3−6)を調製し、この組成物の諸特性を測定したところ、結果は以下の通りであった。
TN−I : 124.5 ℃
T→N :<−70.0 ℃
Vth : 2.00 V
△ε : 7.0
△n : 0.093
テスト前の比抵抗 : 7.0×1013Ω cm
加熱促進テスト後比抵抗 : 5.8×1013Ω cm
紫外線照射促進テスト後比抵抗: 2.7×1013Ω cm
テスト前の電圧保持率 : 99.8%
加熱促進テスト後電圧保持率 : 98.6%
紫外線照射促進テスト後電圧保持率: 97.5%
【0108】
このネマチック液晶組成物(3−6)を構成材料とするアクティブ・マトリクス液晶表示装置を作製したところ、漏れ電流が小さくフリッカの発生しない優れたものであることが確認できた。
【0109】
(実施例7)
【0110】
【化28】
【0111】
からなるネマチック液晶組成物(3−7)を調製し、この組成物の諸特性を測定したところ、結果は以下の通りであった。
TN−I : 98.6 ℃
T→N :<−70.0 ℃
Vth : 1.73 V
△ε : 6.0
△n : 0.087
テスト前の比抵抗 : 7.2×1013Ω cm
加熱促進テスト後比抵抗 : 5.5×1013Ω cm
紫外線照射促進テスト後比抵抗: 3.2×1013Ω cm
テスト前の電圧保持率 : 99.0%
加熱促進テスト後電圧保持率 : 97.8%
紫外線照射促進テスト後電圧保持率: 97.3%
【0112】
このネマチック液晶組成物(3−7)を構成材料とするアクティブ・マトリクス液晶表示装置を作製したところ、漏れ電流が小さくフリッカの発生しない優れたものであることが確認できた。
【0113】
また、このネマチック液晶組成物(3−7)にカイラル物質「S−811」(メルク社製)を添加して混合液晶を調製した。一方、対向する平面透明電極上に「サンエバー150」(日産化学社製)の有機膜をラビングして配向膜を形成し、ツイスト角220度のSTN−LCD表示用セルを作製した。上記の混合液晶をこのセルに注入して液晶表示装置を構成し、表示特性を測定した。その結果、しきい値電圧が低く、高時分割特性に優れ、表示画面のちらつきやクロストーク現象が改善されたSTN−LCD表示特性を示す液晶表示装置が得られた。
【0114】
(実施例8)
【0115】
【化29】
【0116】
からなるネマチック液晶組成物(3−8)を調製し、この組成物の諸特性を測定したところ、結果は以下の通りであった。
TN−I : 83.0 ℃
Vth : 1.29 V
△ε : 8.6
△n : 0.076
【0117】
(実施例9)
【0118】
【化30】
【0119】
からなるネマチック液晶組成物(3−9)を調製し、この組成物の諸特性を測定したところ、結果は以下の通りであった。
TN−I : 84.3 ℃
Vth : 1.30 V
△ε : 8.8
△n : 0.077
【0120】
(実施例10)
【化31】
【0121】
からなるネマチック液晶組成物(3−10)を調製し、この組成物の諸特性を測定したところ、結果は以下の通りであった。
TN−I : 89.3 ℃
T→N : −45.0 ℃
Vth : 1.48 V
△ε : 7.9
△n : 0.088
【0122】
(実施例11)
【0123】
【化32】
【0124】
からなるネマチック液晶組成物(3−11)を調製し、この組成物の諸特性を測定したところ、結果は以下の通りであった。
TN−I : 83.3 ℃
T→N :<−70.0 ℃
Vth : 1.32 V
△ε : 8.7
△n : 0.082
【0125】
【発明の効果】
本発明のネマチック液晶組成物は、広い温度範囲でネマチック相を示し、しきい値電圧が低く、高い電圧保持率を有し、しかも化学的安定性が高い。従って、これを用いた本発明の液晶表示装置は、表示画面のちらつき、クロストーク現象を改善することができ、情報量の多いTN−LCD、STN−LCDあるいはアクティブ・マトリクス方式において良好な駆動特性及び表示特性が得られる。[0001]
[Industrial applications]
The present invention relates to a nematic liquid crystal composition useful as an electro-optical display material and a liquid crystal display using the same.
[0002]
[Prior art]
A typical liquid crystal display device is a TN-LCD (twisted nematic liquid crystal display device), which is used in watches, calculators, electronic organizers, pocket computers, word processors, personal computers, and the like. On the other hand, with the increase in the processing information of the OA device, the amount of information displayed on one screen is increasing, and Scheffer et al. [SID '85 Digest, 120, p. '86 Digest, p. 122 (1986)], STN (Super Twisted Nematic) -LCD has been developed and has begun to be widely used for display for high information processing such as word processors and personal computers.
[0003]
Further, due to its excellent display quality, active matrix type liquid crystal display devices are being marketed as being promising in display application fields such as liquid crystal televisions, projector displays, and computers. In the active matrix display system, a switching element such as a TFT (thin film transistor) or MIM (metal insulator metal) is used for each pixel, and this system has a small leakage current, that is, a high voltage holding ratio. That is important. Therefore, a new liquid crystal compound or liquid crystal composition has been proposed to cope with such a display element.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
The TN-LCD and the STN-LCD have problems such as chemical stability of a liquid crystal material, low-voltage drivability and response characteristics of a liquid crystal display device.
[0005]
For example, a STN-LCD having a large amount of information such as a word processor and a personal computer requires good driving characteristics with a high time division number. However, an increase in the time division number causes an increase in driving voltage, which greatly affects a driving circuit. give. As one way to reduce this,
[0006]
(Equation 1)
[0007]
(Where VthRepresents a threshold voltage, k represents a proportional constant, K represents an elastic constant, and Δε represents dielectric anisotropy. According to the relationship (1), there is known a method of lowering the driving voltage using a liquid crystal material having a large dielectric anisotropy. However, such liquid crystal materials often have a tendency to increase the viscosity of the liquid crystal material, which makes it difficult to obtain good response characteristics, or increases the capacitance component of each pixel. There is a problem that the possible driving frequency range is narrowed and a crosstalk phenomenon occurs.
[0008]
On the other hand, in the case of a conventional liquid crystal material that can be driven at a low voltage, it is generally known that the resistance value is low at the initial stage of preparation or after an accelerated test by heating or irradiation with ultraviolet rays. Such a low resistance value of the liquid crystal material is not preferable because it causes flickering of the display screen and a decrease in contrast due to an increase in the number of time divisions.
[0009]
Further, in order to compensate for dark image quality due to an increase in the amount of information, STN-LCDs generally use a backlight as an auxiliary light source. For this reason, a liquid crystal material used for a backlight type STN-LCD is required to have new chemical stability such as heat resistance and light resistance.
[0010]
In addition to these required characteristics, especially in the active matrix system, it is important to have a small leakage current and a high voltage holding ratio in order to obtain a uniform and high contrast. In order to obtain such properties, for example, the following compounds have been used.
[0011]
Embedded image
[0012]
(Where R10Represents a linear alkyl group;2Represents a hydrogen atom or a fluorine atom. )
However, a composition that satisfies both the nematic liquid crystallinity in a wide temperature range, particularly at a low temperature, and the sufficient reduction of the threshold voltage required for an active matrix system even when such a compound is used. Could not be prepared.
[0013]
In addition, in order to obtain uniform and high-contrast liquid crystal display characteristics, the product Δnd of the thickness d of the liquid crystal layer of the liquid crystal panel and the birefringence Δn of the liquid crystal material is set to 0.40 to 0.55 ( Hereinafter, this is referred to as a first minimum). Since the thickness d of the light control layer performed in the current manufacturing process of the liquid crystal panel is about 4.5 μm or more, the birefringence Δn of the liquid crystal material is set to be in the range of 0.07 to 0.10. Adjustment is required. However, conventionally, when it is attempted to adjust the birefringence Δn of the liquid crystal material to this range, the threshold voltage V of a display device manufactured using the same is adjusted.thOn the contrary, it was difficult to satisfy both at the same time.
[0014]
The problem to be solved by the present invention is to respond to the above-mentioned problems. In particular, the present invention exhibits liquid crystallinity over a wide temperature range, has a low threshold voltage, has a sufficiently high voltage holding ratio, and has a device setting. An object of the present invention is to provide a liquid crystal composition having a birefringence index Δn suitable for the conditions, and to provide a liquid crystal display device which does not generate flicker and has excellent contrast by using the liquid crystal composition.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
The present invention provides the following nematic liquid crystal composition to solve the above problems.
[0016]
First, as the first liquid crystal composition of the present invention, (1) general formula (I)
[0017]
Embedded image
[0018]
(Where R1Represents a linear alkyl group having 2 to 7 carbon atoms. )
And (2) compounds represented by the general formulas (II) to (III):
[0019]
Embedded image
[0020]
(Where R2Represents a linear alkenyl group having 2 to 7 carbon atoms;3Represents a linear alkyl group having 2 to 7 carbon atoms. )
A nematic liquid crystal composition comprising a compound selected from the group consisting of compounds represented by the formula:
[0021]
Further, as the second liquid crystal composition of the present invention, (1) the compound represented by the aforementioned general formula (I) and (2) the general formulas (IV) to (V)
[0022]
Embedded image
[0023]
(Where R4Each independently represents a linear alkyl group having 2 to 7 carbon atoms. )
A nematic liquid crystal composition comprising a compound selected from the group consisting of compounds represented by the formula:
[0024]
Further, the third liquid crystal composition of the present invention includes (1) a compound represented by the aforementioned general formula (I), and (2) a compound represented by the aforementioned general formulas (II) to (III). A nematic liquid crystal composition comprising a compound selected and (3) a compound selected from the group consisting of compounds represented by formulas (IV) to (V) described above is provided.
[0025]
The present invention relates to the first to third liquid crystal compositions described above, in which (A)
General formulas (VI) to (XI)
[0026]
Embedded image
[0027]
(Where R5Represents a linear alkenyl group having 2 to 7 carbon atoms;6Each independently represents a linear alkyl group having 2 to 7 carbon atoms;1Each independently represents H or F, and r represents 0 or 1. )
It is preferable to contain one or more compounds selected from the group consisting of the compounds represented by
[0028]
Here, typical examples of the compounds represented by the general formulas (I) to (XI) according to the present invention and their phase transition temperatures are shown in Table 1 below. In the table below, m. p. Is a temperature at which a phase transition from a crystal phase to a liquid crystal phase or an isotropic liquid phase is performed; c. p. Represents a temperature at which a phase transition from a liquid crystal phase to an isotropic liquid phase is performed. In addition, each liquid crystal compound used was sufficiently purified by removing impurities by a method such as distillation, column purification, and recrystallization.
[0029]
[Table 1]
[0030]
The feature of the liquid crystal composition of the present invention resides in that it contains the compound represented by the general formula (I) as an essential component. The compound represented by the general formula (I) has the effect of reducing the driving voltage of the liquid crystal composition and maintaining and improving the high voltage holding ratio, despite the relatively small dielectric anisotropy of around +8. . Further, since the birefringence Δn is as extremely small as about 0.06, it has excellent characteristics in preparing a liquid crystal composition used in a device used to satisfy the above-mentioned first minimum requirements. . However, the compound of the formula (I) has a disadvantage that it tends to exhibit a smectic phase. For example, a composition (2-1) consisting only of the compound of the general formula (I)
[0031]
Embedded image
[0032]
Has a very narrow temperature range of the nematic phase of 77 to 56 ° C., and it has been difficult to prepare a nematic liquid crystal composition which can be driven at a low temperature, particularly using only the compound of the general formula (I).
[0033]
The present inventors have studied combinations of the compound represented by the general formula (I) with various liquid crystal compounds, and as a result, as in the first to third liquid crystal compositions of the present invention, By using a compound selected from the group consisting of the compounds represented by (III) and / or a compound selected from the group consisting of the compounds represented by the general formulas (IV) to (V) in combination, the compound represented by the general formula (I) It has been found that a nematic liquid crystal composition that can be used in a wide temperature range can be prepared without impairing the excellent properties of the compound represented.
[0034]
In the first to third nematic liquid crystal compositions of the present invention, the compound other than the compound represented by the general formula (I) preferably contains a compound represented by the general formula (II). In addition, it is also preferable to contain a compound represented by the general formula (III) and / or a compound represented by the general formula (V).
[0035]
As described above, in the first to third liquid crystal compositions of the present invention, in addition to the components represented by general formulas (I) to (V), (A) represented by general formulas (VI) to (XI). It preferably contains a compound selected from the group consisting of compounds.
[0036]
Among them, (1) a compound selected from the group consisting of compounds represented by the general formulas (VI) to (VII) and / or (2) a compound selected from the group consisting of compounds represented by the general formulas (IX) to (X) It is preferable to include the following compounds, for example, specific combinations include the following.
[0037]
・ (I) + (II) + (VI) + (VII) + (X)
(I) + (II) + (VI) + (VII) + (IX) + (X)
・ (I) + (II) + (III) + (VI)
・ (I) + (II) + (VII)
(I) + (II) + (III) + (V) + (VIII) + (IX) + (X) + (XI)
[0038]
The compounds represented by the general formulas (II) to (XI) used in the nematic liquid crystal composition of the present invention have an effect of maintaining or reducing the driving voltage without lowering the voltage holding ratio of the composition. Such an effect is considered to be due to the fact that each compound of the general formulas (II) to (XI) has a 3,4,5-trifluorophenyl group or a 3,4-difluorophenyl group.
[0039]
Among them, the compound represented by the general formula (II) or (VI) has an elastic constant ratio (K) which plays an important role in display characteristics.33/ K11Is also an important compound for preparing according to the application, and can also reduce the viscosity of the nematic liquid crystal composition. Therefore, when used in combination with the compound of the general formula (I), a liquid crystal material exhibiting a nematic phase in a wide temperature range and having high-speed response can be easily prepared. As the compounds represented by the general formula (II) or (VI), the following compounds are particularly excellent.
[0040]
Embedded image
[0041]
Although the compounds represented by the general formulas (III) to (V) have an effect of reducing the driving voltage of the liquid crystal composition, a liquid crystal composition exhibiting a nematic phase up to a low temperature is prepared using these compounds. It was difficult. In particular, the compound of the general formula (V) is inferior in compatibility with other liquid crystal compounds, and conventionally, this compound has, for example, the general formulas (2-2) to (2-4)
[0042]
Embedded image
[0043]
(Where R11Represents an alkyl group; X3Is F, OCF3, OCHF2Or CF3And X4And X5Each independently represents H or F;6Is OCF3, OCHF2Or CF3And s represents 0 or 1. ) Was indispensable. However, even if such a means is used, the above-mentioned problem has not been sufficiently solved.
[0044]
With respect to the compounds represented by the general formulas (III) to (V), for example, JP-A-5-500681 discloses a compound represented by the general formula (2-2) and a compound represented by the general formula (III) related to the present invention. To (V) or (VII), the mixture ratio is preferably 1: 4 to 1: 1 and the content of the compound of the general formula (2-2) is 40. % Is more preferable. However, such compositions have a nematic phase-isotropic liquid phase transition temperature TNIIs as low as 80 ° C. or lower, or the threshold voltage V when a TN-LCD is formed.thAt present, such as 1.5 V or higher, satisfying the characteristics required at present has not been obtained. Further, since the content of the compound of the general formula (2-2) is large, the vapor pressure-temperature characteristics are deteriorated, the liquid crystal injection conditions in the manufacturing process of the liquid crystal display panel are strict, or the injection unevenness is generated. Problems occurred and were not practical.
[0045]
Also, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-500830 discloses a liquid crystal composition obtained by mixing the compound of the general formula (2-4) with the compound of the general formulas (III) to (V) or (VII) according to the present invention. It is described that the mixing ratio is preferably 1: 4 to 1: 1 and the content of the compound of the general formula (2-4) is more preferably 40% or more. However, such a composition also has a high content of the compound of the general formula (2-4) in order to improve the nematic phase at a low temperature, and thus, as described above,NIOr VthAt present, there has not been obtained any material that satisfies the characteristics required for the above. Further, when a birefringence Δn of as large as 0.12 or more is used, in order to satisfy the condition of the first minimum (Δn · d = 0.5), the cell thickness d is reduced to about 4 μm or less. In such a case, the uniform cell manufacturing conditions in the manufacturing process of the liquid crystal display panel become severe, or a new problem such as display unevenness occurs, which is not practical.
[0046]
On the other hand, in the present invention, the above-mentioned problems can be solved by using the compound of the general formula (I) in combination with the compound of the general formula (I). An excellent composition that can be driven in a wide temperature range can be obtained.
[0047]
Such an effect is apparent from, for example, the following example.
Composition (2-5) consisting only of compound of general formula (V)
[0048]
Embedded image
[0049]
Shows a nematic phase in the range of 71 to 44 ° C. Further, a composition (2-6) comprising a compound of the general formula (V) and a compound of the general formula (VII)
[0050]
Embedded image
[0051]
Shows a nematic phase in the range of 85 to 33 ° C., and the temperature range of the nematic phase, particularly the lower limit temperature, does not decrease so much even when the number of components increases. However, the composition (2-7) obtained by mixing the compound of the general formula (I) and the compound of the general formula (V), which are essential components of the present invention.
[0052]
Embedded image
[0053]
Shows a nematic phase in the range of 74 to 18 ° C, and is a composition (2-8) obtained by mixing a compound of the general formula (I) and a compound of the general formula (VII).
[0054]
Embedded image
[0055]
Shows a nematic phase in the range of 89 ° C. to 0 ° C., and the nematic phase greatly expands toward the low temperature side.
Further, a composition (2-9) obtained by mixing a compound of the general formula (I) and a compound of the general formula (II)
[0056]
Embedded image
[0057]
Shows a nematic phase in the range of 83 to 15 ° C, and is obtained by mixing a compound of the general formula (I), a compound of the general formula (II) and a compound of the general formula (VI) (2-10)
[0058]
Embedded image
[0059]
Shows a nematic phase in the range of 90 to -30 ° C, and is obtained by mixing the compound of the general formula (I) and the compound of the general formula (VI) (2-11)
[0060]
Embedded image
[0061]
Shows a nematic phase in the range of 96 to -20 ° C., and it is clear that the maximum temperature of the nematic phase is high in all cases, and that the temperature range of the nematic phase is greatly expanded to a lower temperature side.
[0062]
Therefore, by using the compound represented by the general formula (I) and the compounds represented by the general formulas (II) to (XI) in combination, it is possible to obtain a nematic liquid crystal composition which can be used in a wider temperature range, especially in a lower temperature range. It is clear that.
[0063]
Comparative Example 3
A polyimide containing 45% of MCTC and 55% of BHTCA as a tetracarboxylic acid component was repeated by repeating the same operation as in Example 1 except that the addition amount of MCTC was changed to 0.595 g and the addition amount of BHTCA was changed to 0.650 g. Was synthesized. This polymer was easily dissolved in common polar solvents such as NMP, γ-butyrolactone, DMF and the like.
[0064]
However, the liquid crystal composition of the present invention comprises a compound having a 3,4,5-trifluorophenyl group represented by the general formulas (I) to (III) or (V) and a compound represented by the general formulas (IV) and (VI) Or even if the mixing ratio with the compound having a 3,4-difluorophenyl group represented by (VII) is 1: 1 or more, or the total content of the compound having a 3,4,5-trifluorophenyl group is Even when the content is 50% by weight or more, a nematic liquid crystal composition that can be used in a wide temperature range can be prepared as is clear from the above examples.
[0065]
The compounds (A) represented by the general formulas (VI) to (XI) which can be used in the first to third nematic liquid crystal compositions of the present invention have the effects of maintaining and improving the above-described properties, respectively.
[0066]
Specifically, the compounds represented by the general formulas (VI) to (XI) can optimize the birefringence (Δn) of the liquid crystal composition in the range of 0.07 to 0.10. Effects such as improvement of the viewing angle characteristics of the display device and increase of the contrast ratio can be obtained. Further, the composition has the effect of expanding the nematic phase temperature range of the composition to the high temperature side and the low temperature side, and can further expand the temperature range in which the liquid crystal display device can be driven.
[0067]
Among these compounds, the compound of the general formula (VIII), (IX) or (XI) is-(CH2)4-Or- (CH2)2And has excellent compatibility with the liquid crystal composition comprising the compounds of the aforementioned general formulas (I) to (VII). Furthermore, the compound represented by the general formula (IX) is more excellent in the vapor pressure temperature characteristic than the compound in which r = 0 in the general formula (VIII), and the compound represented by the general formula (IX) in the liquid crystal composition of the present invention. Even when the compound of the above) is frequently used, the liquid crystal injection conditions in the manufacturing process of the liquid crystal display panel can be relaxed, and the injection unevenness in the manufacturing process of the large liquid crystal panel can be reduced.
[0068]
In addition, the first to third liquid crystal compositions of the present invention can be obtained by: (B) General formulas (XII) to (XVI)
[0069]
Embedded image
[0070]
(Where R7Each independently represents a linear alkyl group or alkenyl group having 2 to 7 carbon atoms;8Each independently represents a linear alkyl group, alkenyl group, alkoxy group or alkenyloxy group having 2 to 7 carbon atoms;9Each independently represents a linear alkyl group having 2 to 7 carbon atoms. )
And a compound selected from the group consisting of compounds represented by
[0071]
Among them, it is particularly preferable to contain a compound represented by the general formula (XII), and to contain a compound represented by the general formulas (I), (II), (VI), (IX), (X) and (XII). Liquid crystal compositions are particularly preferred.
[0072]
The compounds represented by the general formulas (XII) to (XVI) can extend the temperature range of the nematic phase of the liquid crystal composition to a lower temperature side. Further, since these compounds can also reduce the viscosity of the nematic liquid crystal composition, a liquid crystal material having high-speed response in a wide temperature range can be obtained. Particularly, the compound represented by the general formula (XII) or (XIII) is very suitable for obtaining such an effect.
[0073]
Furthermore, in addition to the compounds of the general formulas (I) to (XVI), the liquid crystal composition of the present invention may be used in order to improve other properties of the liquid crystal composition. Liquid crystals, cholesteric liquid crystals and the like may be contained.
[0074]
The content of the compound represented by formula (I) in the liquid crystal composition of the present invention is preferably in the range of 3 to 60% by weight. Further, (2) the content of the compound selected from the group consisting of the compounds represented by the general formulas (II) to (III) is preferably in the range of 3 to 50% by weight in total, and at this time, each compound More preferably, the compound represented by the general formula (II) is contained in the range of 0 to 25% by weight, and the compound represented by the general formula (III) is contained in the range of 0 to 30% by weight.
[0075]
Further, (3) the content of the compound selected from the group consisting of the compounds represented by the general formulas (IV) to (V) is preferably in the range of 3 to 40% by weight in total, and at this time, each compound Is preferably in the range of 0 to 30% by weight of the compound represented by the general formula (IV) and in the range of 3 to 30% by weight of the compound represented by the general formula (V).
[0076]
When the compound represented by any of the general formulas (VI) to (VII) is contained, its content is preferably in the range of 3 to 55% by weight, and at this time, the content of each compound is 0%. It is preferably in the range of ~ 35% by weight. When the compound represented by any of the general formulas (VIII) to (XI) is contained, its content is preferably in the range of 3 to 35% by weight in total. Each is preferably in the range of 0 to 20% by weight. When a compound selected from the group consisting of compounds represented by the general formulas (XII) to (XVI) is contained, the compound is preferably contained in a total amount of 3 to 25% by weight, and particularly preferably the general formula (XII) Is preferably contained in the range of 3 to 25% by weight.
[0077]
The liquid crystal composition of the present invention is preferably used, for example, in the following composition according to the intended use.
Crystalline or smectic-nematic phase transition temperature T →NIn particular, for the purpose of lowering the value, it is preferable to use a combination of a compound selected from the group consisting of (1) a compound of the general formula (I) and (2) a compound of the general formulas (II) to (IV). →NFor the purpose of lowering the value, it is preferable to use a combination of compounds selected from the group consisting of (3) compounds of the general formulas (VI) to (VII), and (4) a compound of the general formulas (IX) to (XI) It is preferable to use a combination of compounds selected from the group consisting of compounds.
[0078]
Nematic phase-isotropic liquid phase transition temperature T of liquid crystal compositionNIAnd the crystal phase or the smectic phase-nematic phase transition temperature T →NFor the purpose of lowering the value, it is preferable to use a combination of a compound selected from the group consisting of (1) a compound of the general formula (I) and (2) a compound of the general formulas (II) to (IV). ) It is preferable to use a combination of compounds selected from the group consisting of compounds of general formulas (X) to (XI).
[0079]
Liquid crystal display threshold voltage Vth(1) a compound of the general formula (I), (2) a compound selected from the group consisting of the compounds of the general formulas (II) to (III), and (3) a compound of the general formula (V) Are preferably used in combination, and more preferably (4) a compound selected from the group consisting of compounds represented by formulas (IX) to (XI) is used in combination.
[0080]
For the purpose of speeding up the response characteristics of the liquid crystal display, a combination of (1) the compound of the general formula (I), (2) the compound of the general formula (II) and (3) the compound of the general formula (VI) is used. More preferably, it is preferable to use a combination of compounds selected from the group consisting of compounds of the general formulas (4) and (XII) to (XVI).
[0081]
In order to adjust the birefringence Δn of the liquid crystal composition in the range of 0.07 to 0.08, (1) the compound of the general formula (I), (2) the compound of the general formula (III) to (V) It is preferable to use a combination of a compound selected from the group consisting of compounds and (3) the compound of the general formula (VII), and to adjust the birefringence Δn of the liquid crystal composition to a range of 0.08 to 0.10. It is preferable to use a combination of (1) a compound of the general formula (I), (2) a compound of the general formula (II) and (3) a compound of the general formula (VI). It is preferable to use a combination of compounds selected from the group consisting of compounds of formulas (X) to (XI).
[0082]
The liquid crystal composition of the present invention thus obtained has a nematic phase-isotropic liquid phase transition temperature (TNI) Is in the range of 80 to 100 ° C. and the threshold voltage (Vth) In the range of 1.2 to 1.6 V, or a nematic phase-isotropic liquid phase transition temperature (TNI) Is in the range of 100 to 120 ° C. and the threshold voltage (VthIs obtained in the range of 1.6 to 2.0 V, and these nematic liquid crystal compositions have a crystalline phase or a smectic phase-nematic phase transition temperature (T →N) Is −10 ° C. or lower, the birefringence Δn is in the range of 0.07 to 0.10, and the dielectric anisotropy (Δε) is in the range of +6 to 9, which is very practical. What almost satisfied the required characteristics was obtained.
[0083]
Further, the nematic liquid crystal composition of the present invention was subjected to a heating acceleration test and an ultraviolet irradiation acceleration test, as shown in Examples described later, and had a high voltage holding ratio of 98% or more after each acceleration test. In addition, it was confirmed that it was very stable chemically and had a high resistance value.
[0084]
Therefore, a liquid crystal display device using such a nematic liquid crystal composition also has very excellent characteristics, and the present invention also provides a liquid crystal display device using the above-described various nematic liquid crystal compositions.
[0085]
The liquid crystal display device of the present invention, in particular, an active matrix type liquid crystal display device or a twisted nematic or super twisted nematic liquid crystal display device exhibits liquid crystallinity over a wide temperature range, has a low threshold voltage, and has a sufficient Shows a high voltage holding ratio. In particular, in an active matrix liquid crystal display device, flicker does not occur and the contrast is excellent, and it has been confirmed that a TN-LCD or STN-LCD liquid crystal display device can display a wide range of driving frequencies.
[0086]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples. Further, “%” in the compositions of the following examples means “% by weight”.
[0087]
The specific resistance of the composition was determined by placing 2 g of the liquid crystal composition in an ampoule tube, degassing in vacuum, treating with nitrogen replacement, sealing the mixture, heating at 180 ° C. for 1 hour, and irradiating with ultraviolet light for 10 hours The specific resistance of the liquid crystal composition after the accelerated test “SUNEST” (manufactured by Original Hanau) was measured.
[0088]
In the examples, the meaning of each symbol of the measured characteristics is as follows.
TNI : Nematic phase-isotropic liquid phase transition temperature (℃)
T →N : Crystalline phase or smectic phase-nematic phase transition temperature (° C)
Vth : Threshold voltage (V) when TN-LCD with first minimum Δn · d = 0.5, where d is the thickness of the panel liquid crystal layer
Δε: dielectric anisotropy
Δn: birefringence
τr = τd: The rise time τr from when no voltage is applied to when a voltage is applied and the light is transmitted is equal to the fall time τd when the voltage is not applied and the light is not transmitted except for the voltage. Response time (msec)
[0089]
(Example 1)
[0090]
Embedded image
[0091]
Was prepared, and various properties of the composition were measured. The results were as follows.
TNI : 82.0 ° C
T →N : -32.0 ° C
Vth : 1.37 V
Δε: 9.2
Δn: 0.076
Specific resistance before test: 7.5 × 10ThirteenΩ cm
Specific resistance after heating acceleration test: 5.6 × 10ThirteenΩ cm
Specific resistance after UV irradiation acceleration test: 3.0 × 10ThirteenΩ cm
Voltage holding ratio before test: 99.6% (measuring temperature 80 ° C)
Voltage holding ratio after heating acceleration test: 98.7% (measuring temperature 80 ° C)
Voltage holding ratio after UV irradiation acceleration test: 98.3% (measuring temperature 80 ° C)
[0092]
When an active matrix liquid crystal display device using the nematic liquid crystal composition (3-1) as a constituent material was manufactured, it was confirmed that the device was excellent in that the leakage current was small and flicker did not occur.
[0093]
(Example 2)
[0094]
Embedded image
[0095]
Was prepared, and various properties of the composition were measured. The results were as follows.
TNI : 85.7 ° C
T →N : -25.0 ° C
Vth : 1.42 V
Δε: 7.4
Δn: 0.074
[0096]
(Example 3)
[0097]
Embedded image
[0098]
Was prepared, and various properties of the composition were measured. The results were as follows.
TNI : 93.2 ° C
T →N : -30.0 ° C
Vth : 1.60 V
Δε: 7.2
Δn: 0.080
[0099]
(Example 4)
[0100]
Embedded image
[0101]
Was prepared, and various characteristics of the composition were measured. The results were as follows.
TNI : 92.1 ° C
T →N : <-70.0 ° C
Vth : 1.58 V
Δε: 6.5
Δn: 0.084
[0102]
(Example 5)
[0103]
Embedded image
[0104]
Was prepared, and various characteristics of the composition were measured. The results were as follows.
TNI : 119.3 ° C
T →N : <-70.0 ° C
Vth : 1.63 V
Δε: 7.3
Δn: 0.091
τr = τd: 29.0 msec
[0105]
(Example 6)
[0106]
Embedded image
[0107]
Was prepared, and various properties of the composition were measured. The results were as follows.
TNI : 124.5 ° C
T →N : <-70.0 ° C
Vth : 2.00 V
Δε: 7.0
Δn: 0.093
Specific resistance before test: 7.0 × 10ThirteenΩ cm
Specific resistance after heating acceleration test: 5.8 × 10ThirteenΩ cm
Specific resistance after UV irradiation acceleration test: 2.7 × 10ThirteenΩ cm
Voltage holding ratio before test: 99.8%
Voltage holding ratio after heating acceleration test: 98.6%
Voltage retention after UV irradiation acceleration test: 97.5%
[0108]
When an active matrix liquid crystal display device using the nematic liquid crystal composition (3-6) as a constituent material was manufactured, it was confirmed that the device was excellent in that the leakage current was small and flicker did not occur.
[0109]
(Example 7)
[0110]
Embedded image
[0111]
Was prepared, and various properties of the composition were measured. The results were as follows.
TNI : 98.6 ° C
T →N : <-70.0 ° C
Vth : 1.73 V
Δε: 6.0
Δn: 0.087
Specific resistance before test: 7.2 × 10ThirteenΩ cm
Specific resistance after heating acceleration test: 5.5 × 10ThirteenΩ cm
Specific resistance after UV irradiation acceleration test: 3.2 × 10ThirteenΩ cm
Voltage holding ratio before test: 99.0%
Voltage holding ratio after heating acceleration test: 97.8%
Voltage holding ratio after UV irradiation acceleration test: 97.3%
[0112]
When an active matrix liquid crystal display device using the nematic liquid crystal composition (3-7) as a constituent material was produced, it was confirmed that the device was excellent in that the leakage current was small and flicker did not occur.
[0113]
Further, a chiral substance “S-811” (manufactured by Merck) was added to the nematic liquid crystal composition (3-7) to prepare a mixed liquid crystal. On the other hand, an organic film of “Sun Ever 150” (manufactured by Nissan Chemical Industries, Ltd.) was rubbed on the opposed flat transparent electrode to form an alignment film, and a STN-LCD display cell having a twist angle of 220 ° was manufactured. The mixed liquid crystal was injected into this cell to construct a liquid crystal display, and the display characteristics were measured. As a result, a liquid crystal display device having a low threshold voltage, excellent high time division characteristics, and exhibiting STN-LCD display characteristics with improved display screen flicker and crosstalk was obtained.
[0114]
(Example 8)
[0115]
Embedded image
[0116]
Was prepared, and various properties of the composition were measured. The results were as follows.
TNI : 83.0 ° C
Vth : 1.29 V
Δε: 8.6
Δn: 0.076
[0117]
(Example 9)
[0118]
Embedded image
[0119]
Was prepared, and various characteristics of the composition were measured. The results were as follows.
TNI : 84.3 ° C
Vth : 1.30 V
Δε: 8.8
Δn: 0.077
[0120]
(Example 10)
Embedded image
[0121]
Was prepared, and various properties of the composition were measured. The results were as follows.
TNI : 89.3 ° C
T →N : -45.0 ° C
Vth : 1.48 V
Δε: 7.9
Δn: 0.088
[0122]
(Example 11)
[0123]
Embedded image
[0124]
Was prepared, and various characteristics of the composition were measured. The results were as follows.
TNI : 83.3 ° C
T →N : <-70.0 ° C
Vth : 1.32 V
Δε: 8.7
Δn: 0.082
[0125]
【The invention's effect】
The nematic liquid crystal composition of the present invention exhibits a nematic phase in a wide temperature range, has a low threshold voltage, has a high voltage holding ratio, and has high chemical stability. Therefore, the liquid crystal display device of the present invention using the same can improve the flickering of the display screen and the crosstalk phenomenon, and has good driving characteristics in a TN-LCD, STN-LCD or an active matrix system having a large amount of information. And display characteristics.
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