JP4385415B2 - ネマチック液晶組成物及びこれを用いた液晶表示装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
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】
最近、STN-LCDでの応答特性を改善する目的でアクティブアドレッシング駆動方式が提案されている。(Proc.12th International Display Research Conference p.503 1992年)この様な液晶材料として、弾性定数比K33/K11が1.5前後、複屈折率△nが0.11〜0.24の範囲で、誘電率異方性△εの大きさに比較してより小さい粘性が特に要求されている。従って、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】
本発明に関連する化合物は、以下のような化合物の記載が、例えば特表平3−503637では一般式(a)におけるRaがアルキル基、アルコキシ基でYaがFで表される化合物が、特開平4−300861では一般式(b)におけるRbがアルケニル基、アルケニルオキシ基で表される化合物が報告されている。また、本発明者らは、特開平9−157654号等において、一般式(a)で表される化合物を含む組成物を示している。
【0005】
【化4】
しかしながら、これらの化合物を用いても、応答性や急峻性等の電気光学特性を更に改善することが要望されており、依然として問題が残されたままである。
【0006】
より具体的には、例えば、誘電率異方性△εの大きさに比較してより小さい粘弾性により液晶表示の応答性を改善させたり、他の液晶材料に対し結晶化あるいは析出しやすい傾向を低減させ、低温での安定したネマチック相を得ることにより広い温度範囲で駆動可能な液晶表示をすることが望まれている。また、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では高デューティー化に対応して駆動電圧の周波数特性の安定化、あるいは携帯用では駆動電圧の温度依存性の安定化等が求められている。このため、更に優れている液晶材料が新たに必要とされている。
【0007】
本発明は上記の課題を解決しようとするものであり、少量の添加によっても、他の特性を損なうことなく、目的に応じた液晶材料を提供することにある。より詳しくは、低温でも駆動可能な温度範囲を有し、駆動電圧の大きさに対してより速い応答性を有し、またより低い電圧でも駆動可能なネマチック液晶組成物を提供することにあり、この液晶組成物を構成材料として用いた、電気光学特性の改善された液晶表示装置を提供することにある。
【0008】
【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、
1.3種〜40種の化合物からなる液晶組成物であって、該液晶組成物が、一般式(I-1)及び(I-2)
【0009】
【化5】
【0010】
(式中、R11及びR12は各々独立的に炭素原子数2〜7の直鎖状アルケニル基を表わし、Y11〜Y16は各々独立的に水素原子又はフッ素原子を表わす。)で表される1種又は2種以上の化合物からなる液晶成分Aを1〜50重量%含有し、−2〜2の誘電率異方性(Δε)を有する2種以上の化合物からなる液晶成分Bを10〜95重量%含有し、且つ該ネマチック液晶組成物のネマチック相−等方性液体相転移温度(TN-I)が60℃以上であり、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℃以下であることを特徴とするネマチック液晶組成物。
2.前記液晶成分Aが、一般式(I-1)及び(I-2)において、R11及びR12が共にブテニル基である化合物、及び/又はY13及びY16が共に水素原子である化合物、から選ばれる化合物を1種又は2種以上含有することを特徴とする上記1記載のネマチック液晶組成物。
3.液晶成分Bが、一般式(II-1)〜(II-3)
【0011】
【化6】
【0012】
(式中、R21〜R23は各々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、R24〜R26は各々独立的に炭素原子数1〜7の直鎖状アルキル基あるいはアルコキシ基、又は炭素原子数2〜7の直鎖状アルケニル基あるいはアルケニルオキシ基を表わし、Y21は水素原子、フッ素原子又は-CH3を表わし、Y22及びY23は各々独立的に水素原子又はフッ素原子を表わし、Z21〜Z24は各々独立的に単結合、-COO-、-C2H4-又は-C4H8-を表わし、Z25は単結合、-COO-又は-C≡C-を表わし、環Aはシクロヘキサン環又はシクロヘキセン環を表わし、m、n及びpは各々独立的に0又は1の整数を表わす。)で表される化合物群から選ばれる化合物を含有することを特徴とする上記1又は2記載のネマチック液晶組成物。
【0013】
4.前記液晶成分Bが、一般式(II-1)〜(II-3)において、R21〜R23が各々独立的に炭素原子数2〜7の直鎖状アルケニル基で表される化合物、R24〜R26が各々独立的に炭素原子数2〜7の直鎖状アルケニル基で表される化合物、一般式(II-1)におけるmが0又は1で表される化合物、一般式(II-2)におけるnが0で表される化合物、一般式(II-3)におけるpが0でありZ25が-C≡C-である化合物、一般式(II-3)におけるpが1でありZ25が単結合又は-C≡C-で表される化合物、から選ばれる化合物を1種又は2種以上含有することを特徴とする上記3記載のネマチック液晶組成物。
5.液晶成分A及び液晶成分Bの他に、加えることのできる液晶成分Cとして、一般式(III-1)〜(III-4)
【0014】
【化7】
【0015】
(式中、R31〜R34は各々独立的に炭素原子数2〜7の直鎖状アルキル基、アルケニル基又はCsH2s+1-O-CtH2tを表わし、s及びtは各々独立的に1〜5の整数を表わし、X31〜X34は各々独立的にフッ素原子、塩素原子、-OCF3、-OCHF2、-CF3又は-CNを表わし、Y31〜Y39は各々独立的に水素原子又はフッ素原子を表わし、Z31、Z33〜Z35は各々独立的に単結合、-COO-、-C2H4-又は-C4H8-を表わし、Z32、Z36は各々独立的に単結合、-COO-又は-C≡C-を表わし、各化合物におけるシクロヘキサン環における水素原子(H)うち少なくとも1つは重水素原子(D)で置換されていても良い。)で表される化合物群から選ばれる化合物を含有することを特徴とする上記1、2、3又は4記載のネマチック液晶組成物。
【0016】
6.前記液晶成分Cが、一般式(III-1)におけるZ31が単結合でありR31が炭素原子数2〜7の直鎖状アルキル基又はアルケニル基で表される化合物、一般式(III-2)におけるX32が-CNでありZ32が単結合又は-COO-で表される化合物、一般式(III-3)におけるZ33及びZ34の少なくとも一方が単結合でありR33が炭素原子数2〜7の直鎖状アルキル基又はアルケニル基で表される化合物、一般式(III-3)におけるZ33及びZ34の少なくとも一方が単結合でありX33がフッ素原子である化合物、一般式(III-4)におけるZ36が単結合又は-COO-を表しX34が-CNである化合物、一般式(III-4)におけるZ36が単結合、-COO-又は-C≡C-を表しX34がフッ素原子である化合物、から選ばれる化合物を1種又は2種以上含有することを特徴とする上記5記載のネマチック液晶組成物。
【0017】
7.該ネマチック液晶組成物の誘電率異方性(△ε)が3〜15の範囲であり、20℃における粘度(η)が8〜20c.p.の範囲であることを特徴とする上記1、2、3、4、5又は6記載のネマチック液晶組成物。
8.該ネマチック液晶組成物の誘電率異方性(△ε)が15〜30の範囲であることを特徴とする上記1、2、3、4、5又は6記載のネマチック液晶組成物。
9.上記1乃至8記載のネマチック液晶組成物を用いたツイスティッド・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。
を前記課題を解決するための手段として見出した。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の一例について説明する。
【0019】
本発明に係わる一般式(I-1)、(I-2)で表される化合物の代表的なものは、下記に示す式(I-1a)〜(I-2l)である。尚、各化合物は、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、充分精製したものを使用した。
【0020】
【化8】
【0021】
本発明の液晶組成物は、一般式(I-1)及び(I-2)で表される1種又は2種以上の化合物からなる液晶成分Aを必須成分として含有する。この一般式(I-1)、(I-2)で表される化合物は、誘電率異方性Δεが非常に大きいという特徴を有する。このため本発明の液晶組成物は広い範囲で誘電率異方性Δεを調整することが可能となり、低電圧で駆動できるという特徴を有している。誘電率異方性Δεが非常に大きい化合物は、同時に粘度も大きいという欠点を有している。しかし、本発明の液晶組成物は、一般式(I-1)及び(I-2)で表される1種又は2種以上の化合物からなる液晶成分Aを1〜50重量%含有し、−2〜2の誘電率異方性を有する2種以上の化合物からなる液晶成分Bを10〜95重量%含有させることで、誘電率異方性の大きさに対してより小さい粘度を有することを見いだした。
【0022】
更に、本発明の液晶成分Aを構成する一般式(I-1)及び(I-2)の化合物は、側鎖基がアルケニル基であることから、TN-LCD、STN-LCDの所望の駆動電圧に対しより改善した表示特性を示している。目的に応じた誘電率異方性を得るために、液晶成分Aを1〜50重量%の範囲で含有させることができるが、5〜40重量%の範囲が特に好ましい。また、低温での相溶性を好ましくさせるには、単体では7重量%以下が好ましく、1〜6重量%が特に好ましく、総量に応じて成分数を増やすことが好ましい。
【0023】
より好ましい形態は、液晶成分Aが、一般式(I-1)及び(I-2)において、R11及びR12が共にブテニル基である化合物、及び/又はY13及びY16が共に水素原子である化合物、から選ばれる化合物を1種又は2種以上含有させることであり、更に特に好ましい化合物は、式(I-1a)、(I-1b)、(I-1d)、(I-1g)、(I-1h)、(I-1j)である。これらを主な構成成分とした場合、駆動電圧と粘性を同時により好ましいものとさせる。
【0024】
本発明のネマチック液晶組成物は、必須成分である液晶成分Aに加えて、−2〜2の誘電率異方性を有する2種以上の化合物からなる液晶成分Bを含有させることが好ましい。本発明で述べる−2〜2より大きい誘電率異方性を有する液晶化合物の好ましいものとしては、以下に示すものである。即ち、液晶化合物の化学構造は棒状であり、中央部分が1個から4個の六員環を有したコア構造を有し、中央部分長軸方向の両端に位置する六員環が、液晶分子長軸方向に相当する位置で置換された末端基を有し、両端に存在する末端基の両方が非極性基であること、即ち例えばアルキル基、アルコキシ基、アルコキシアルキル基、アルケニル基、アルケニルオキシ基、アルカノイルオキシ基である化合物である。液晶成分Bは、2種以上20種以下の範囲で構成することが好ましく、5種以上12種以下の範囲で構成することがより好ましい。
【0025】
本発明の液晶成分Bとして、一般式(II-1)〜(II-3)で表される化合物群から選ばれる化合物を含有することが好ましい。一般式(II-1)〜(II-3)で表される好ましい化合物の代表的なものは、下記に示す一般式(II-1a)〜(II-3i)である。尚、各化合物は、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、充分精製したものを使用した。
【0026】
【化9】
【0027】
一般式(II-1a)〜(II-3i)で表される中で、特に好ましい化合物は、一般式(II-1a)、(II-1b)、(II-1d)、(II-2a)、(II-3c)、(II-3e)、(II-3g)で表される化合物であり、これらの化合物は、必須成分である液晶成分Aの一般式(I-1)、(I-2)の化合物と良く混合する特徴を有し、粘性の低減効果が大きく、低温でのネマチック相を改善させるのに有用である。
【0028】
更に、より好ましい形態を以下に示す。
【0029】
液晶成分Bが、一般式(II-1)〜(II-3)に対して、小群B1:R21〜R23が各々独立的に炭素原子数2〜7の直鎖状アルケニル基を表す化合物、及び/又はR24〜R26が各々独立的に炭素原子数2〜7の直鎖状アルケニル基を表す化合物、から選ばれる化合物を1種又は2種以上含有し、該化合物の含有量が5〜100重量%である。特に好ましいのは、R21〜R26が各々独立的に炭素原子数2〜5の直鎖状アルキル基又はCH2=CH2-(CH2)u(u=0、2)のアルケニル基である化合物であり、少なくとも1種以上含有させることにより好ましい効果が得られる。
【0030】
液晶成分Bが、小群B2:一般式(II-1)におけるmが0又は1で表される化合物を1種又は2種以上含有し、該化合物の含有量が5〜100重量%である。特に好ましい化合物を下記に示す。
【0031】
【化10】
【0032】
液晶成分Bが、小群B3:一般式(II-2)におけるnが0である化合物を1種又は2種以上含有し、該化合物の含有量が5〜100重量%である。特に好ましい化合物を下記に示す。
【0033】
【化11】
【0034】
液晶成分Bが、小群B4:一般式(II-3)におけるpが0でありZ25が-C≡C-である化合物を1種又は2種以上含有し、該化合物の含有量が5〜100重量%である。特に好ましい化合物を下記に示す。
【0035】
【化12】
【0036】
液晶成分Bが、小群B5:一般式(II-3)におけるpが1でありZ25が単結合又は-C≡C-で表される化合物を1種又は2種以上含有し、該化合物の含有量が5〜100重量%である。特に好ましい化合物を下記に示す。
【0037】
【化13】
【0038】
これら小群B1〜B5の各々について1種のみの小群で液晶成分Bを構成してもよく、2種以上の小群を組み合わせてもよく、あるいはすべての小群から選ばれる化合物を1種又は2種以上含有することもできる。但し、液晶成分Bが1種のみの小群からなる場合は、該群において少なくとも2種以上の化合物を含有するものである。このようにして、粘度を低減させることができ、比抵抗が比較的高いという特徴を有し、液晶組成物の複屈折率Δnを用途に応じて容易に最適化することができ、液晶表示装置の色むらの低減、視角特性の向上、コントラスト比の増加を容易に達成することができる。また、小群B4、B5の化合物を多用することで液晶層が1〜5μmの薄いTN-LCD、STN-LCD液晶表示素子の作製を可能とすることができる。
【0039】
更に、液晶成分Cとして、一般式(III-1)〜(III-4)で表される化合物群から選ばれる化合物を含有することが好ましい。一般式(III-1)〜(III-4)で表される特に好ましい化合物として、以下に示す一般式(III-1a)〜(III-4h)を示す。これらの化合物は、必須成分の液晶成分Aである一般式(I-1)、(I-2)の化合物や、これに一般式(II-1)〜(II-3)の化合物を含有する液晶成分Bを混合した液晶組成物と良く混合する特徴を有し、特に駆動電圧の目的に応じた調製やその温度依存性の改善あるいは応答性の改善に有用である。特に、一般式(III-1a)、(III-1b)、(III-2b)、(III-3a)、(III-4a)、(III-4d)、(III-4e)の化合物はこの効果に優れており、3〜20%と少量の添加でもこの効果を得ることができる。
【0040】
【化14】
【0041】
更により好ましい形態を以下に示す。
【0042】
液晶成分Cが、小群C1:一般式(III-1)におけるZ31が単結合でありR31が炭素原子数2〜7の直鎖状アルキル基又はアルケニル基で表される化合物を1種又は2種以上含有し、該化合物の含有量が5〜100重量%である。特に好ましい化合物を下記に示す。
【0043】
【化15】
【0044】
液晶成分Cが、小群C2:一般式(III-2)におけるX32が-CNでありZ32が単結合又は-COO-で表される化合物を1種又は2種以上含有し、該化合物の含有量が5〜100重量%である。特に好ましい化合物を下記に示す。
【0045】
【化16】
【0046】
液晶成分Cが、小群C3:一般式(III-3)におけるZ33及びZ34のうち少なくとも一方が単結合でありR33が炭素原子数2〜7の直鎖状アルキル基又はアルケニル基である化合物を1種又は2種以上含有し、該化合物の含有量が5〜100重量%である。特に好ましい化合物を下記に示す。
【0047】
【化17】
【0048】
液晶成分Cが、小群C4:一般式(III-3)におけるZ33及びZ34のうち少なくとも一方が単結合でありX33がフッ素原子である化合物を1種又は2種以上含有し、該化合物の含有量が5〜100重量%である。特に好ましい化合物を下記に示す。
【0049】
【化18】
【0050】
液晶成分Cが、小群C5:一般式(III-4)におけるZ36が単結合又は-COO-を表しX34が-CNである化合物を1種又は2種以上含有し、該化合物の含有量が5〜100重量%である。特に好ましい化合物を下記に示す。
【0051】
【化19】
【0052】
液晶成分Cが、小群C6:一般式(III-4)におけるZ36が単結合、-COO-又は-C≡C-を表しX34がフッ素原子である化合物を1種又は2種以上含有し、該化合物の含有量が5〜100重量%である。特に好ましい化合物を下記に示す。
【0053】
【化20】
【0054】
これら小群C1〜C6の各々について1種のみの小群で液晶成分Cを構成してもよく、2種以上の小群を組み合わせてもよく、あるいはすべての小群から選ばれる化合物を1種又は2種以上含有することもできる。これによって、所望の駆動電圧に対しより改善した応答性や駆動電圧のより安定な温度特性あるいは周波数特性を得ることができる。尚、小群C1、C3で示したアルケニル基については、液晶成分Bの小群B1で記述したアルケニル基が特に好ましい。また、R31〜R34がCsH2s+1-O-CtH2tで表される化合物の場合ではsが1又は2で、tが1〜3の化合物が好ましい。
【0055】
本発明の液晶組成物は、駆動電圧の大きさに対してより速い応答性を有することを特徴とするものである。中位の駆動電圧を目的とする場合は、本発明の液晶組成物の誘電率異方性(Δε)が3〜15の範囲であり、20℃における粘性(η)が8〜20c.p.の範囲であることが好ましい。特に低い駆動電圧を目的とする場合は、本発明の液晶組成物の誘電率異方性(Δε)が15〜30の範囲にあることが好ましく、18〜28の範囲が特に好ましい。また、後述の実施例でも明らかなように、液晶成分Bのみの粘性が25c.p.以下が好ましく、15c.p.以下がより好ましく、10c.p.以下が特に好ましい。
【0056】
本発明のネマチック液晶組成物における各群の化合物の含有量は、一般式(I-1)、(I-2)で表される化合物群から選ばれる化合物を30重量%以下で含有することが好ましく、総量では少なくとも1重量%以上の範囲が好ましく、1〜50重量%の範囲が好ましく、5〜40重量%の範囲が好ましい。また、一般式(II-1)〜(II-3)で表される化合物群から選ばれる化合物を液晶成分Bにおいて0〜30重量%の範囲で含有することが好ましく、総量では多くとも95重量%以下の範囲が好ましく、特に10〜95重量%の範囲が好ましく、なかでも10〜70重量%の範囲が好ましい。更に、一般式(III-1)〜(III-4)で表される化合物群から選ばれる化合物を液晶成分Cにおいて0〜30重量%の範囲で含有することが好ましく、総量では多くとも95重量%以下の範囲が好ましく、5〜50重量%の範囲が好ましい。
【0057】
本発明のネマチック液晶組成物は、液晶成分Cの化合物を用いない場合、液晶成分Aと液晶成分Bとの含有量比率を5:95〜40:60の範囲にすることが好ましく、液晶成分Cを用いる場合には、液晶成分Aと液晶成分Bとの含有量比率を20:80〜80:20の範囲にすることが好ましい。また、液晶成分Cを多用する場合、液晶成分Aと液晶成分Bの総量を10〜50重量%の範囲で用いることができる。
【0058】
本発明の液晶組成物は、上記一般式(II-1)〜(II-3)、(III-1)〜(III-4)で表される化合物以外にも、液晶組成物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いてもよい。しかしながら、これらの化合物を多量に用いることはネマチック液晶組成物の特性が低減することになるので、添加量は得られるネマチック液晶組成物の要求特性に応じて制限されるものである。
【0059】
本発明に関わる化合物は、構成する原子をその同位体原子で意識的に置換させることができる。この場合、水素原子を重水素原子に置換させた化合物は特に好ましく、相溶性、弾性定数、プレチルト角、電圧保持率等により好ましい効果を示す。好ましい形態は、上述してきた側鎖基、連結基あるいは環に存在する水素原子のうち少なくとも1個を重水素原子で置換した化合物である。
【0060】
現在、TN-LCD、STN-LCDあるいはTFT-LCDに用いられている配向膜は、ポリイミド系のものが多用されており、例えばLX1400、SE150、SE610、AL1051、AL3408等が使用されている。配向膜の仕様には、液晶表示特性、表示品位、信頼性、生産性が深く関係しており、液晶材料に対しては例えばプレチルト角特性が重要である。プレチルト角の大きさは、所望の液晶表示特性や均一な配向性を得るために、適時調整する必要がある。例えば、大きなプレチルト角の場合不安定な配向状態となりやすく、小さい場合充分な表示特性を満たされないこととなる。
【0061】
本発明者らは、プレチルト角がより大きい液晶材料とより小さい液晶材料とに選別されることを見いだしており、これを応用することによって所望の液晶表示特性や均一な配向性を液晶材料から達成させることを見いだした。この技術は、本発明にも応用できる。具体的には、一般式(II-1)〜(II-3)、一般式(III-1)、(III-3)、(III-4)におけるシクロヘキサン環において、該環の水素原子のうち少なくとも1個を重水素原子で置換した化合物の場合、置換位置によって異なり、プレチルト角の幅広い調整を可能にさせる。
【0062】
また、水素原子を重水素原子置換した化合物を多用した場合、不純物の混入に対して、より高い電圧保持率を維持する特段の効果があり、焼き付き防止等の表示特性や製造上の歩留まりに好適である。この様な効果は、重水の性質、即ち反応の平衡定数や速度定数の差異、低いイオン移動度、無機物や酸素の低い溶解性等の性質が、液晶化合物においても発現していることが考えられる。より高い電圧保持率を維持することを得るためには、上述した化合物を液晶組成物総量に対して10〜40重量%あるいはそれ以上含有させることによってほぼ得ることができる。
【0063】
上記ネマチック液晶組成物は、高速応答性のTN-LCDやSTN-LCDに有用であり、またカラーフィルター層を用いなくても、液晶層と位相差板の複屈折性でカラー表示をすることができる液晶表示素子に有用なものであり、透過型あるいは反射型の液晶表示素子の用いることができる。この液晶表示素子は、透明性電極層を有し少なくとも一方が透明である基板を有し、この基板間に前記ネマチック液晶組成物の分子をねじれた配向にさせ、目的に応じて30°〜360°の範囲で選択することができ、90°〜270°の範囲で選択することが好ましく、45°〜135°の範囲または180°〜260°の範囲で選択することが特に好ましい。この為に、本発明の液晶組成物は、誘起螺旋ピッチが0.5〜1000μmとなる光学活性基を有する化合物を含有させることができる。透明性電極基板に設けられる配向膜によって得られるプレチルト角は、1°〜20°の範囲で選択することが好ましく、ねじれ角が30°〜100°では1°〜4°のプレチルト角が好ましく、100°〜180°では2°〜6°のプレチルト角が好ましく、180°〜260°では3°〜12°のプレチルト角が好ましく、260°〜360°では6°〜20°のプレチルト角が好ましい。
【0064】
【実施例】
以下、実施例を挙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。また、以下の実施例及び比較例の組成物における「%」は「重量%」を意味する。
【0065】
組成物の化学的安定性は、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、150℃、1時間の加熱促進テストを行い、この液晶組成物の比抵抗を測定した。実施例中、測定した特性は以下の通りである。
【0066】
TN−I:ネマチック相−等方性液体相転移温度(℃)
T→N :固体相又はスメクチック相−ネマチック相転移温度(℃)
Vth :セル厚6μmのTN-LCDを構成した時のしきい値電圧(V)
Δε :誘電率異方性
Δn :複屈折率
η :20℃での粘度(c.p.)
(実施例1)
【0067】
【化21】
からなるネマチック液晶組成物(3-01)を調製し、この組成物の諸特性を測定した。結果は以下の通りであった。
【0068】
TN−I: 85.2 ℃
T→N :−30.0 ℃
Vth : 1.61V
Δε : 7.2
Δn : 0.169
η : 20.0 c.p.
テスト前の比抵抗 : 8.4×1012 Ω・cm
加熱促進テスト後の比抵抗 : 4.0×1012 Ω・cm
【0069】
このネマチック液晶組成物は加熱促進テスト後の比抵抗が高いことから、熱に安定であることが理解できる。またこの組成物を構成材料とするツイスティッド・ネマチック及びスーパー・ツイスティッド・ネマチック液晶表示装置を作製したところ、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。
【0070】
さらにこのネマチック液晶組成物にカイラル物質「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610」(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、速い応答性を有し、視差の小さな視角特性という特段の効果を有するSTN-LCD表示特性を示す液晶表示装置が得られた。
【0071】
なお、カイラル物質はカイラル物質の添加による混合液晶の固有らせんピッチPと表示用セルのセル厚dが、Δn・d=0.85、d/P=0.53となるように添加した。
【0072】
更にまた、セル厚dが3.0μmのTN-LCDを構成してその表示特性を測定したところ、しきい値電圧が1.39V、応答速度が1.2msecであった。
TN-LCD表示特性を示す液晶表示装置が得られた。
(参考例1)
【0073】
【化22】
からなるネマチック液晶組成物(3-02)を調製し、この組成物の諸特性を測定した。結果は以下の通りであった。
【0074】
TN−I:100.0 ℃
T→N :−40.0 ℃
Vth : 1.80 V
Δε : 6.9
Δn : 0.114
η : 12.3 c.p.
テスト前の比抵抗 : 4.1×1013 Ω・cm
加熱促進テスト後の比抵抗 : 1.0×1013 Ω・cm
【0075】
このネマチック液晶組成物は加熱促進テスト後の比抵抗が高いことから、熱に安定であることが理解できる。またこの組成物を構成材料とするツイスティッド・ネマチック及びスーパー・ツイスティッド・ネマチック液晶表示装置を作製したところ、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。
【0076】
また、ここで作製したTN-LCDを用いて電気光学特性の−10℃〜60℃での温度依存性を測定したところ、1.7mV/℃と優れた表示特性を示す液晶表示装置が得られた。
(実施例3)
【0077】
【化23】
からなるネマチック液晶組成物(3-03)を調製し、この組成物の諸特性を測定した。結果は以下の通りであった。
【0078】
TN−I: 74.0 ℃
T→N :−20.0 ℃
Vth : 1.32 V
Δε : 10.8
Δn : 0.130
η : 13.9 c.p.
【0079】
さらにこのネマチック液晶組成物にカイラル物質「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610」(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、速い応答性を有し、視差の小さな視角特性という特段の効果を有するSTN-LCD表示特性を示す液晶表示装置が得られた。
【0080】
なお、カイラル物質はカイラル物質の添加による混合液晶の固有らせんピッチPと表示用セルのセル厚dが、Δn・d=0.85、d/P=0.53となるように添加した。
(実施例4)
【0081】
【化24】
からなるネマチック液晶組成物(3-04)を調製し、この組成物の諸特性を測定した。結果は以下の通りであった。
【0082】
TN−I: 82.1 ℃
T→N :−30.0 ℃
Vth : 0.81 V
Δε : 21.2
Δn : 0.107
η : 36.5 c.p.
テスト前の比抵抗 : 8.0×1011 Ω・cm
加熱促進テスト後の比抵抗 : 3.2×1011 Ω・cm
【0083】
このネマチック液晶組成物は加熱促進テスト後の比抵抗が高いことから、熱に安定であることが理解できる。またこの組成物を構成材料とするツイスティッド・ネマチック液晶表示装置を作製したところ、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。
【0084】
また、ここで作製したTN-LCDを用いて電気光学特性の−10℃〜40℃での温度依存性を測定したところ、1.0mV/℃と優れた表示特性を示す液晶表示装置が得られた。また、低温での応答性も良好であった。
(実施例5)
【0085】
【化25】
からなるネマチック液晶組成物(3-05)を調製し、この組成物の諸特性を測定した。結果は以下の通りであった。
【0086】
TN−I: 83.0 ℃
T→N :−70.0 ℃
Vth : 1.32 V
Δε : 10.0
Δn : 0.094
η : 19.1 c.p.
テスト前の比抵抗 : 4.1×1012 Ω・cm
加熱促進テスト後の比抵抗 : 1.0×1012 Ω・cm
【0087】
このネマチック液晶組成物は加熱促進テスト後の比抵抗が高いことから、熱に安定であることが理解できる。またこの組成物を構成材料として、「サンエバー610」の配向膜を有する液晶表示セルを作製したところ、高いチルト角を有していた。
(実施例6及び比較例)
本発明に関わる一般式(II-1b)で表される化合物を等量混合したネマチック液晶組成物
【0088】
【化26】
を調製した。これは本発明における液晶成分Bに相当する。
【0089】
これに、本発明において必須成分である液晶成分Aに相当する一般式(I-1)で表される式(3-06)、(3-07)の化合物、及び本発明の必須成分に相当しない比較のための式(c)、(d)の化合物
【0090】
【化27】
をそれぞれ混合した液晶組成物を調製した。式(3-06)の化合物を含有する液晶組成物については、上記した母体液晶に対する式(3-06)の化合物の含有比率を10重量%、15重量%、20重量%、25重量%及び30重量%として、各々5種の液晶組成物を調整した。式(c)を含有する液晶組成物の場合も、式(3-06)の場合と同様にして液晶組成物を調整した。また、式(3-07)の化合物を含有する液晶組成物については、上記した母体液晶に対する式(3-07)の化合物の含有比率を10重量%、15重量%及び20重量%として、各々3種の液晶組成物を調整した。式(d)を含有する液晶組成物の場合も、式(3-07)の化合物の場合と同様にして液晶組成物を調整した。
【0091】
上記のようにして調整した液晶組成物各々について、20℃における粘度及びしきい値電圧を測定した。第1図はこの測定結果を示したものである。
【0092】
第1図の示す結果から明らかなように、本発明に関わる式(3-06)の化合物を含有する液晶組成物及び式(3-07)の化合物を含有する液晶組成物は、本発明外の式(c)を含有する液晶組成物及び式(d)を含有する液晶組成物と比較して、しきい値電圧(Vth)に対する粘度(η)が低くなっていることが明らかである。これより、本発明のネマチック液晶組成物が、駆動電圧の大きさに対してより速い応答性を有する表示装置に好適なものであることが理解できる。
【0093】
この効果は、−2〜2の誘電率異方性を有する2種以上の化合物からなる液晶成分Bの粘性が小さいほど達成されやすい傾向があり、液晶成分Bのみの粘性が25c.p.以下が好ましく、15c.p.以下がより好ましく、10c.p.以下が更に好ましく、8c.p.以下が特に好ましい。特に、Y13、Y16がフッ素原子の場合、具体的には式(I-1b)、(I-1d)、(I-1e)、(I-1g)、(I-1i)、(I-1j)、(I-2b)、(I-2d)、(I-2e)、(I-2g)、(I-2i)、(I-2j)の化合物を液晶成分Aとして用いた場合には、液晶成分Bとして一般式(II-1d)、(II-2a)、(II-2d)(II-3c)の化合物、特に好ましい具体的化合物としては小群B1あるいはB2〜B4の化合物を含有させて用いることが粘性改善に好ましい。このような使用により、上述の化合物式(3-07)を含有したネマチック液晶組成物の粘性は更に改良される。
(実施例7)
【0094】
【化28】
からなるネマチック液晶組成物(3-08)を調製し、この組成物の諸特性を測定した。結果は以下の通りであった。
【0095】
TN−I: 91.7 ℃
T→N :−50.0 ℃
Vth : 1.32 V
Δε : 18.9
Δn : 0.145
η : 44.8 c.p.
【0096】
さらにこのネマチック液晶組成物にカイラル物質「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610」(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240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、視差の小さな視角特性という特段の効果を有するSTN-LCD表示特性を示す液晶表示装置が得られた。
【0097】
なお、カイラル物質はカイラル物質の添加による混合液晶の固有らせんピッチPと表示用セルのセル厚dが、Δn・d=0.85、d/P=0.53となるように添加した。
ツイスト角240度のSTN-LCD表示特性
Vth : 0.98 V
γ : 1.027
△(Vth)/△(T): 1.3 mV/℃
【0098】
【発明の効果】
本発明のネマチック液晶組成物は、少量の添加によっても、他の特性を損なうことなく、目的に応じた液晶材料を提供することができる。より詳しくは、低温でも駆動可能な温度範囲を有し、駆動電圧の大きさに対してより速い応答性を有し、またより低い電圧でも駆動可能なネマチック液晶組成物である。従って、本発明の液晶組成物を用いることにより、表示画面のちらつき、クロストーク現象の改善された液晶表示装置を得ることができる。また複屈折率を大きくした場合、液晶層の厚みdを低減でき応答特性を改善でき、特に情報量の多いTN-LCD、STN-LCD形液晶表示装置において良好な駆動特性及び表示特性が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例6及び比較例において測定した20℃における粘度(η)及びしきい値電圧(Vth)を示した図表である。
Claims (8)
- 3種〜40種の化合物からなる液晶組成物であって、該液晶組成物が、一般式(I-1)
- 液晶成分Bが、一般式(II-1)〜(II-3)
- 前記液晶成分Bが、一般式(II-1)〜(II-3)において、R21〜R23が各々独立的に炭素原子数2〜7の直鎖状アルケニル基で表される化合物、R24〜R26が各々独立的に炭素原子数2〜7の直鎖状アルケニル基で表される化合物、一般式(II-1)におけるmが0又は1で表される化合物、一般式(II-2)におけるnが0で表される化合物、一般式(II-3)におけるpが0でありZ25が-C≡C-である化合物、一般式(II-3)におけるpが1でありZ25が単結合又は-C≡C-で表される化合物、から選ばれる化合物を1種又は2種以上含有することを特徴とする請求項2記載のネマチック液晶組成物。
- 液晶成分A及び液晶成分Bの他に、加えることのできる液晶成分Cとして、一般式(III-1)〜(III-4)
- 前記液晶成分Cが、一般式(III-1)におけるZ31が単結合でありR31が炭素原子数2〜7の直鎖状アルキル基又はアルケニル基で表される化合物、一般式(III-2)におけるX32が-CNでありZ32が単結合又は-COO-で表される化合物、一般式(III-3)におけるZ33及びZ34の少なくとも一方が単結合でありR33が炭素原子数2〜7の直鎖状アルキル基又はアルケニル基で表される化合物、一般式(III-3)におけるZ33及びZ34の少なくとも一方が単結合でありX33がフッ素原子である化合物、一般式(III-4)におけるZ36が単結合又は-COO-を表しX34が-CNである化合物、一般式(III-4)におけるZ36が単結合、-COO-又は-C≡C-を表しX34がフッ素原子である化合物、から選ばれる化合物を1種又は2種以上含有することを特徴とする請求項4記載のネマチック液晶組成物。
- 該ネマチック液晶組成物の誘電率異方性(Δε)が3〜15の範囲であり、20℃における粘度(η)が8〜20c.p.の範囲であることを特徴とする請求項1、2、3、4又は5記載のネマチック液晶組成物。
- 該ネマチック液晶組成物の誘電率異方性(Δε)が15〜30の範囲であることを特徴とする請求項1、2、3、4又は5記載のネマチック液晶組成物。
- 請求項1乃至7記載のネマチック液晶組成物を用いたツイスティッド・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。
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