JP5374930B2 - Liquid crystal material, liquid crystal display element, and liquid crystal display device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、液晶材料、液晶表示素子、及び該液晶表示素子を備えた液晶表示装置に関する。 The present invention relates to a liquid crystal material, a liquid crystal display element, and a liquid crystal display device including the liquid crystal display element.
近年、液晶材料を用いた液晶表示素子を駆動することによって映像表示を行う液晶表示装置が、薄型で軽量かつ消費電力が小さいことから、テレビやモニターなどの画像表示装置や、デジタルカメラ、携帯電話などの情報端末などに広く活用されている。このような液晶表示装置では、液晶表示素子の液晶表示方式として、ネマチック液晶を用いたツイステッドネマチック（ＴＮ；Twisted Nematic）モード、垂直配向（ＶＡ；Vertical Alignment）モード、横電界（ＩＰＳ；In Plane Switching）モード、及びフリンジフィールドスイッチング（ＦＦＳ；Fringe Field Switching）モードが知られている。また、その他に、スメクチック液晶（強誘電性液晶あるいは反強誘電性液晶）を用いた液晶表示方式なども知られている。しかしながら、強誘電性液晶又は反強誘電性液晶を用いた液晶表示方式では、液晶表示素子の応答が速いと言う利点を有しているものの、耐ショック性、温度特性等の面で大きな欠点があり、広く実用化されるまでには至っていない。 In recent years, liquid crystal display devices that display images by driving liquid crystal display elements using liquid crystal materials are thin, lightweight, and have low power consumption. Therefore, image display devices such as televisions and monitors, digital cameras, mobile phones, etc. It is widely used for information terminals. In such a liquid crystal display device, twisted nematic (TN) mode, nematic liquid crystal (TN; Twisted Nematic) mode, vertical alignment (VA; Vertical Alignment) mode, lateral electric field (IPS; In Plane Switching) ) Mode and fringe field switching (FFS) mode are known. In addition, a liquid crystal display system using a smectic liquid crystal (ferroelectric liquid crystal or antiferroelectric liquid crystal) is also known. However, a liquid crystal display system using a ferroelectric liquid crystal or an antiferroelectric liquid crystal has an advantage that the response of the liquid crystal display element is fast, but has a major drawback in terms of shock resistance, temperature characteristics, and the like. Yes, it has not been widely put into practical use.
図５に、一般的なＶＡモードの液晶表示素子の断面構成を示す。この液晶表示素子では基板２０１及び電極２０２からなる駆動基板２００と、基板３０１及び電極３０２からなる対向基板３００との間に液晶層５００が封止され、液晶層５００には液晶分子５００Ａが含まれている。駆動基板２００と対向基板３００との各対向面には、電極２０２，３０２上に、互いに対向しない線状突起４１０と、電極２０２，３０２及び線状突起４１０を覆う配向膜４００とが設けられている。このＶＡモードでは、電圧を印加していない状態において、液晶分子５００Ａは配向膜４００の面に対してほぼ垂直に配向するようになっている。よって、液晶分子５００Ａは、線状突起４１０近傍の領域では駆動基板２００及び対向基板３００の表面に対してわずかに傾斜している一方で、それ以外の領域では駆動基板２００及び対向基板３００の表面に対してほぼ垂直となる姿勢をとっている。この状態の液晶層５００に電圧が印加されると、線状突起４１０近傍の液晶分子５００Ａの傾斜が他の液晶分子５００Ａへ順次伝播し、それらの液晶分子５００Ａは駆動基板２００及び対向基板３００の表面に対してほぼ水平に倒れた姿勢をとるように応答する。これにより入射する光が変調されることとなる。これは、ＶＡモードの液晶分子が負の誘電異方性、即ち分子の長軸方向の誘電率が短軸方向に比べて小さい性質を有しているためである。
しかしながら、上記したＶＡモード等の液晶表示素子では応答速度が遅いことが問題となっていて、その高速化が強く望まれている。
FIG. 5 shows a cross-sectional configuration of a general VA mode liquid crystal display element. In this liquid crystal display element, a liquid crystal layer 500 is sealed between a driving substrate 200 including a substrate 201 and an electrode 202 and a counter substrate 300 including a substrate 301 and an electrode 302, and the liquid crystal layer 500 includes liquid crystal molecules 500A. ing. On the opposing surfaces of the drive substrate 200 and the counter substrate 300, a linear protrusion 410 that does not oppose each other and an alignment film 400 that covers the electrodes 202, 302 and the linear protrusion 410 are provided on the electrodes 202 and 302. Yes. In the VA mode, the liquid crystal molecules 500 </ b> A are aligned substantially perpendicular to the surface of the alignment film 400 when no voltage is applied. Accordingly, the liquid crystal molecules 500A are slightly inclined with respect to the surfaces of the drive substrate 200 and the counter substrate 300 in the region in the vicinity of the linear protrusion 410, while the surfaces of the drive substrate 200 and the counter substrate 300 in the other regions. Is almost vertical. When a voltage is applied to the liquid crystal layer 500 in this state, the inclination of the liquid crystal molecules 500A in the vicinity of the linear protrusions 410 sequentially propagates to the other liquid crystal molecules 500A, and these liquid crystal molecules 500A are transferred to the driving substrate 200 and the counter substrate 300. Responds to take a posture that lies almost horizontally against the surface. As a result, incident light is modulated. This is because the VA mode liquid crystal molecules have a negative dielectric anisotropy, that is, the property that the dielectric constant in the major axis direction of the molecules is smaller than that in the minor axis direction.
However, the above-mentioned liquid crystal display elements such as the VA mode have a problem that the response speed is slow, and it is strongly desired to increase the speed.
このような問題を解決するために、液晶材料にナノ粒子などを添加して応答速度を向上させることが提案されている。
例えば特許文献１では、液晶材料に添加するナノ粒子として、金属系の粒子が提案されている。しかしながら、金属を液晶材料に添加した場合には、長期間に亘って金属が液晶材料に触れることにより金属が酸化等を起こし、その結果、特性が変化するだけではなく、液晶の電圧保持率低下も引き起こし、液晶表示素子としての信頼性が悪化する問題があった。
そこで、例えば特許文献２では、液晶材料に添加するナノ粒子として、有機物や無機物の粒子が提案されている。この場合、上述した金属の酸化等を起因とする信頼性悪化の問題は抑制できる。
In order to solve such problems, it has been proposed to improve the response speed by adding nanoparticles or the like to the liquid crystal material.
For example, Patent Document 1 proposes metal-based particles as nanoparticles added to the liquid crystal material. However, when a metal is added to the liquid crystal material, the metal touches the liquid crystal material over a long period of time, causing the metal to oxidize and the like. As a result, not only the characteristics change but also the liquid crystal voltage holding ratio decreases. This also causes a problem that the reliability as a liquid crystal display element deteriorates.
Thus, for example, Patent Document 2 proposes organic or inorganic particles as nanoparticles added to the liquid crystal material. In this case, the problem of deterioration in reliability due to the above-described metal oxidation or the like can be suppressed.
しかしながら、液晶材料にナノ粒子を添加した場合、これらの問題に加えてさらに大きな問題がある。液晶材料にナノ粒子を添加して長期間保持すると、しばしばナノ粒子同士の凝集が生じる。液晶表示素子内にナノ粒子同士の凝集が発生すると、凝集が発生したエリアでは電圧に対する応答挙動が、その他のエリアと大きく異なるため、表示素子としては表示むらが発生し、問題となる。また凝集したエリアでは光を散乱するため、コントラストの低下につながり、問題となる。 However, when nanoparticles are added to the liquid crystal material, there are further problems in addition to these problems. When nanoparticles are added to a liquid crystal material and kept for a long time, aggregation of the nanoparticles often occurs. When the aggregation of nanoparticles occurs in the liquid crystal display element, the response behavior with respect to the voltage is greatly different from the other areas in the area where the aggregation occurs, which causes display unevenness as a display element. In addition, since the light is scattered in the aggregated area, the contrast is lowered, which causes a problem.
一方、特許文献３では、高いコントラスト比及び高い電圧保持率（高い電流リーク防止能）を得ると共に、応答速度を向上させる目的で、液晶材料に一環若しくは二環の芳香族エーテル類又は一環若しくは二環の芳香族チオエーテル類を含有させる技術が提案されている。しかしながら、かかる技術で得られる応答特性よりも、さらに優れた応答特性が望まれている。 On the other hand, in Patent Document 3, in order to obtain a high contrast ratio and a high voltage holding ratio (high current leakage prevention capability) and to improve the response speed, the liquid crystal material may be partly or bicyclic aromatic ethers or part or two. Techniques have been proposed that include aromatic thioethers of the ring. However, a response characteristic that is superior to the response characteristic obtained by such a technique is desired.
本発明は上記問題に鑑みて為されたものであって、その目的は、応答特性を向上させた信頼性が高い液晶材料及び液晶表示素子を提供すること、並びに該液晶表示素子を備えた液晶表示装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide a highly reliable liquid crystal material and a liquid crystal display element with improved response characteristics, and a liquid crystal including the liquid crystal display element. It is to provide a display device.
本発明の液晶材料は、一種又は二種以上の液晶化合物と、下記化合物（１Ａ）、（１Ｂ）、（１Ｃ）、（１Ｆ）、（１Ｉ）、（２Ｂ）または（２Ｉ）を少なくとも１種含む。 The liquid crystal material of the present invention includes one or more liquid crystal compounds and at least one of the following compounds (1A), (1B), (1C), (1F), (1I), (2B) or (2I). Including.
そして本発明の液晶表示素子は、対向配置された一対の基板と、前記一対の基板間に設けられた電極および液晶層とを有し、該液晶層は、上記本発明の液晶材料から構成される。
そしてまた本発明の液晶表示装置は、上記本発明の液晶表示素子を備えている。
The liquid crystal display element of the present invention has a pair of substrates arranged opposite to each other, and an electrode and a liquid crystal layer provided between the pair of substrates, and the liquid crystal layer is composed of the liquid crystal material of the present invention. The
The liquid crystal display device of the present invention also includes the liquid crystal display element of the present invention.
本発明によれば、応答特性を向上させた信頼性が高い液晶材料及び液晶表示素子が得られる。
また、本発明によれば、応答特性を向上させた信頼性が高い液晶表示素子を備えた液晶表示装置が得られる。
According to the present invention, a highly reliable liquid crystal material and liquid crystal display element with improved response characteristics can be obtained.
In addition, according to the present invention, a liquid crystal display device including a highly reliable liquid crystal display element with improved response characteristics can be obtained.
以下、本発明の液晶材料、液晶表示素子、及び該液晶表示素子を備えた液晶表示装置について詳細に説明する。 Hereinafter, a liquid crystal material, a liquid crystal display element, and a liquid crystal display device including the liquid crystal display element of the present invention will be described in detail.
〔液晶材料の実施の形態〕
（液晶材料からなる液晶層の液晶表示素子における配置関係）
先ず、本発明に係る液晶材料について詳細に説明するが、本発明に係る液晶材料は、後述する本発明に係る液晶表示素子の一部である液晶層５０を構成するものであるため、液晶表示素子における液晶層５０の配置関係について簡単に説明する。
本発明に係る液晶表示素子の実施の形態は、図１に示すように、一対の偏光板１０が互いに対向配置され、その間に画素電極基板２０及び透明電極基板３０が対向配置されてなる。さらに画素電極基板２０及び透明電極基板３０の間に、一対の垂直配向膜４０が、いずれか一方が画素電極基板２０を、他方が透明電極基板３０を覆うようにして対向配置されてなる。また、画素電極基板２０及び透明電極基板３０は、一対の垂直配向膜４０を介して、その間に液晶材料からなる液晶層５０を封入している。液晶表示素子の実施の形態の詳細については後述する。
[Embodiment of liquid crystal material]
(Disposition relationship of liquid crystal layers made of liquid crystal materials in liquid crystal display elements)
First, the liquid crystal material according to the present invention will be described in detail. Since the liquid crystal material according to the present invention constitutes a liquid crystal layer 50 that is a part of the liquid crystal display element according to the present invention described later, a liquid crystal display is provided. The arrangement relationship of the liquid crystal layer 50 in the element will be briefly described.
In the embodiment of the liquid crystal display element according to the present invention, as shown in FIG. 1, a pair of polarizing plates 10 are disposed to face each other, and a pixel electrode substrate 20 and a transparent electrode substrate 30 are disposed to face each other. Further, a pair of vertical alignment films 40 are disposed between the pixel electrode substrate 20 and the transparent electrode substrate 30 so that one of them covers the pixel electrode substrate 20 and the other covers the transparent electrode substrate 30. The pixel electrode substrate 20 and the transparent electrode substrate 30 enclose a liquid crystal layer 50 made of a liquid crystal material between the pair of vertical alignment films 40. Details of the embodiment of the liquid crystal display element will be described later.
（液晶材料）
本発明の液晶材料は、一種又は二種以上の液晶化合物と、下記一般式（１）または（２）で表される化合物を少なくとも１種含むものである。
(Liquid crystal material)
The liquid crystal material of the present invention contains one or more liquid crystal compounds and at least one compound represented by the following general formula (1) or (2).
ＣＨ(4-n)（Ｒ1）n …（１） CH (4-n) (R 1 ) n (1)
上記（１）式中、Ｒ1はそれぞれ独立に、置換されていても良いフェニル基、または置換されていても良いシクロヘキシル基を示し、ｎは３または４を示す。 In the above formula (1), each R 1 independently represents an optionally substituted phenyl group or an optionally substituted cyclohexyl group, and n represents 3 or 4.
（Ｒ2）m−Ａ−（Ｘ）p …（２） (R 2) m -A- (X ) p ... (2)
上記（２）式中、Ａはベンゼン環またはシクロヘキサン環を示し、Ｒ2はそれぞれ独立に、置換されていても良いフェニル基、置換されていても良いシクロペンタジエニル基、またはナフチル基を示し、Ｘはそれぞれ独立に、ハロゲン原子を示し、ｍは３、ｐは０〜３の整数を示す。 In the above formula (2), A represents a benzene ring or a cyclohexane ring, and each R 2 independently represents an optionally substituted phenyl group, an optionally substituted cyclopentadienyl group, or a naphthyl group. , X each independently represents a halogen atom, m represents 3, and p represents an integer of 0-3.
（液晶化合物）
本発明の液晶化合物は、負の誘電異方性を有すると共に室温でネマチック液晶相を示すものが好ましい。液晶材料は液晶表示素子、及び液晶表示装置として用いるので、室温（２０℃から４０℃）でネマチック液晶相を示すことが好ましい。ここで、液晶表示素子は、透過型で用いる場合には液晶表示素子の背面にバックライトを取り付けて用いる。バックライトとしては蛍光管などが用いられ、この蛍光管が発熱して液晶表示素子の温度を１０℃〜２０℃程度上昇させる。よって、実際に表示素子を用いる温度が１５℃〜２５℃程度の場合、表示素子自体の温度は２５℃〜４０℃程度になる。よって、液晶材料は２０℃から４０℃（室温）でネマチック液晶相を示すことが好ましい。また、液晶表示素子、及び液晶表示装置を実際に使用するのは、室温を含む０℃から６０℃程度が想定されるので、この温度範囲でネマチック液晶相を示すことがより好ましい。
ネマチック液晶相を示すことで、強誘電性液晶や反強誘電性液晶などのスメクチック液晶とは異なり、耐ショック性に強い表示素子を作成できる。
(Liquid crystal compound)
The liquid crystal compound of the present invention preferably has a negative dielectric anisotropy and exhibits a nematic liquid crystal phase at room temperature. Since the liquid crystal material is used as a liquid crystal display element and a liquid crystal display device, it preferably exhibits a nematic liquid crystal phase at room temperature (20 ° C. to 40 ° C.). Here, when the liquid crystal display element is used in a transmission type, a backlight is attached to the back surface of the liquid crystal display element. A fluorescent tube or the like is used as the backlight, and the fluorescent tube generates heat to raise the temperature of the liquid crystal display element by about 10 ° C. to 20 ° C. Therefore, when the temperature at which the display element is actually used is about 15 ° C. to 25 ° C., the temperature of the display element itself is about 25 ° C. to 40 ° C. Therefore, the liquid crystal material preferably exhibits a nematic liquid crystal phase at 20 ° C. to 40 ° C. (room temperature). In addition, since the liquid crystal display element and the liquid crystal display device are actually used at about 0 ° C. to 60 ° C. including room temperature, it is more preferable to exhibit a nematic liquid crystal phase in this temperature range.
By exhibiting a nematic liquid crystal phase, unlike a smectic liquid crystal such as a ferroelectric liquid crystal or an anti-ferroelectric liquid crystal, a display element having high shock resistance can be produced.
本発明の液晶材料に用いられる液晶化合物は、常誘電体であることが好ましく、さらに自発分極を有しないものである（自発分極が実質的に０である）ことが好ましい。自発分極を有すると液晶材料の配向が乱れやすくなり、スイッチング性が低下しやすくなるからである。以下、具体的に説明する。
自発分極を有すると液晶層５０内に自己電場が形成され、液晶材料中に存在するイオンがこの自己電場を中和するように液晶層５０内を移動することで、液晶層５０と透明基板（２１，３１）との間に存在する絶縁層（配向膜４０など）に電荷が蓄積される。この状態において駆動電圧を印加しスイッチングを行うと、液晶材料の配向方向の変化に伴い分極（の向き）の反転が生じ、絶縁層に蓄積された電荷は液晶材料と絶縁層とに容量分割されることとなる。このため、駆動電圧が印加されていない状態に戻すと液晶層５０には逆方向の電場（以下、逆電場という。）が誘起されてしまう。この逆電場は、液晶層５０と絶縁層との並列回路によって決まる時定数で減衰するが、液晶材料の配向を乱し、スイッチング性を低下し易くする原因となる。この逆電場は液晶材料の自発分極の大きさに比例することから、自発分極が０であれば逆電場による液晶材料の配向乱れが生じないのでスイッチング性を損なうことがない。尚、自発分極を測定する方法としては、焦電性を利用する方法や、Ｄ−Ｅヒステリシスを利用する方法や、分極反転電流を観測する方法などがある。
The liquid crystal compound used in the liquid crystal material of the present invention is preferably a paraelectric material, and further preferably has no spontaneous polarization (the spontaneous polarization is substantially 0). This is because when the material has spontaneous polarization, the orientation of the liquid crystal material is likely to be disturbed, and the switching performance is likely to be lowered. This will be specifically described below.
When it has spontaneous polarization, a self electric field is formed in the liquid crystal layer 50, and ions existing in the liquid crystal material move in the liquid crystal layer 50 so as to neutralize the self electric field, whereby the liquid crystal layer 50 and the transparent substrate ( Charges are accumulated in an insulating layer (alignment film 40 or the like) existing between them. When switching is performed by applying a driving voltage in this state, the polarization is reversed in accordance with the change in the orientation direction of the liquid crystal material, and the charge accumulated in the insulating layer is capacitively divided between the liquid crystal material and the insulating layer. The Rukoto. For this reason, when returning to the state where the drive voltage is not applied, an electric field in the reverse direction (hereinafter referred to as a reverse electric field) is induced in the liquid crystal layer 50. This reverse electric field attenuates with a time constant determined by the parallel circuit of the liquid crystal layer 50 and the insulating layer, but it disturbs the orientation of the liquid crystal material and tends to lower the switching performance. Since this reverse electric field is proportional to the magnitude of the spontaneous polarization of the liquid crystal material, if the spontaneous polarization is 0, the orientation of the liquid crystal material is not disturbed by the reverse electric field, so that the switching property is not impaired. As a method for measuring spontaneous polarization, there are a method using pyroelectricity, a method using DE hysteresis, a method of observing a polarization reversal current, and the like.
自発分極を有するものとは、例えば、電場が印加されていない状態であっても分子の永久双極子モーメントが揃っていたり、個々の原子やイオンが対称的な平衡位置からずれていたりすることにより、巨視的な分極を有する物質を言う。自発分極を有し、かつ液晶相を示す物質としては、例えば、強誘電性液晶（液晶相を示す強誘電体）やフェリ誘電性液晶（液晶相を示すフェリ誘電体）が挙げられる。強誘電体とは、自発分極を有するもののうち、外部からの電場によって分極の向きを反転させることのできるものである。フェリ誘電体とは、自らを構成する分子の双極子が互いに反対向きとなるように配列（互いのモーメントを打ち消し合う向きに配列）されているが、順方向の双極子モーメントの大きさと逆方向の双極子モーメントの大きさとが異なる為に巨視的な分極を有するものである。 Spontaneous polarization means that, for example, the permanent dipole moments of molecules are aligned even when no electric field is applied, or individual atoms and ions are displaced from symmetrical equilibrium positions. , Refers to a substance with macroscopic polarization. Examples of the substance having spontaneous polarization and exhibiting a liquid crystal phase include ferroelectric liquid crystal (ferroelectric material exhibiting a liquid crystal phase) and ferrielectric liquid crystal (ferrielectric material exhibiting a liquid crystal phase). Among ferroelectric materials having spontaneous polarization, the direction of polarization can be reversed by an external electric field. Ferrielectric materials are arranged so that the dipoles of the molecules that make up them are opposite to each other (arranged so that each other's moments cancel each other out). It has a macroscopic polarization because of its different dipole moment.
一方、自発分極を有しないものとは、例えば、そのもの（物質）を分子の集合体と捉えた場合、それらの分子が双極子モーメントを有していても、それらは互いにランダムな方向を向いており全体として相殺され（打ち消され）巨視的な分極を有しないものを言う。若しくは、その物質を原子あるいは分子などが配列した固体として捉えた場合、個々の原子または分子もしくはそれらを構成するイオンなどが対称的な平衡位置にあり、分極を有しないものを言う。このような自発分極を有しない物質としては、例えば、常誘電体が挙げられる。常誘電体は、双極子の向きが特定方向に揃っておらず、乱雑に双極子が配列された（合計の双極子モーメントが０である）誘電体である。 On the other hand, what does not have spontaneous polarization is, for example, when the substance (substance) is regarded as an assembly of molecules, even if those molecules have a dipole moment, they are oriented in random directions. This means that it is offset (cancelled) as a whole and has no macroscopic polarization. Alternatively, when the substance is regarded as a solid in which atoms or molecules are arranged, the individual atoms or molecules or ions constituting them are in symmetrical equilibrium positions and do not have polarization. Examples of such a substance that does not have spontaneous polarization include a paraelectric material. The paraelectric material is a dielectric material in which dipoles are not aligned in a specific direction, and dipoles are randomly arranged (the total dipole moment is 0).
尚、フェリ誘電体と同様に、分子の双極子が互いに反対向きに配列されている誘電体として反強誘電体がある。この反強誘電体は、順方向の双極子モーメントの大きさと逆方向の双極子モーメントの大きさとが互いに等しいので自発分極は有しない。しかし、所定の閾値以上の電圧を印加して電場を発生させた場合には、全ての双極子が電場方向を向くので、強誘電相を示すこととなる（反強誘電相から強誘電相への相転移が生ずる）。このような反強誘電体を液晶材料として採用し、強制的に相転移させて使用する場合には、液晶層５０の面内方向に沿ったストライプ状のドメイン成長を伴うので、コントラスト比の劣化を招くおそれがある。 Similar to the ferrielectric material, there is an antiferroelectric material as a dielectric material in which molecular dipoles are arranged in opposite directions. This antiferroelectric has no spontaneous polarization because the magnitude of the forward dipole moment and the magnitude of the dipole moment in the reverse direction are equal to each other. However, when an electric field is generated by applying a voltage exceeding a predetermined threshold value, all dipoles are directed in the direction of the electric field, so that a ferroelectric phase is indicated (from antiferroelectric phase to ferroelectric phase). Phase transition occurs). When such an antiferroelectric material is used as a liquid crystal material and is forced to undergo phase transition, it is accompanied by stripe-like domain growth along the in-plane direction of the liquid crystal layer 50, resulting in deterioration of the contrast ratio. May be incurred.
以上のように、液晶材料としては、常誘電体であることが好ましく、また自発分極を有しないものであることが好ましい。しかし、液晶材料としては、強誘電性、フェリ誘電性、反強誘電性を示してもかまわない。これは液晶表示素子として、例えば非常に高いコントラストを要求されない場合、これら常誘電体ではない液晶材料を表示素子に用いても、少しの配向乱れなどが許容される場合があるからである。例えば屋外で用いる表示素子などが応用用途として考えられる。 As described above, the liquid crystal material is preferably a paraelectric material, and preferably has no spontaneous polarization. However, the liquid crystal material may exhibit ferroelectricity, ferrielectricity, or antiferroelectricity. This is because, for example, when a very high contrast is not required as the liquid crystal display element, even if a liquid crystal material that is not a paraelectric material is used for the display element, a slight alignment disorder may be allowed. For example, a display element used outdoors is considered as an application.
本発明に用いる液晶化合物は、既に述べたように負の誘電異方性を有しているので、高い開口率が得られると共に、優れた応答特性が得られる。尚、誘電異方性（Δε）は、Δε＝ε１−ε２で求められる。ε１とは、液晶分子の長軸方向の誘電率であり、ε２とは、液晶分子の短軸方向の誘電率である。この誘電率εは、ε＝Ｃｐｄ／Ｓ（Ｃｐは液晶の静電容量を表す。ｄは液晶層の厚さを表す。Ｓは２枚の基板の電極の重なり部分の面積を表す。）により求めることができる。尚、後述する立体的形状の分子５０Ｂ１、及び平面的形状の分子５０Ｂ２の場合も同様に、分子全体の長軸方向の誘電率をε１、分子全体の単軸方向の誘電率をε２とする。 Since the liquid crystal compound used in the present invention has negative dielectric anisotropy as described above, a high aperture ratio is obtained and an excellent response characteristic is obtained. The dielectric anisotropy (Δε) is obtained by Δε = ε1−ε2. ε1 is the dielectric constant in the major axis direction of the liquid crystal molecules, and ε2 is the dielectric constant in the minor axis direction of the liquid crystal molecules. The dielectric constant ε is expressed by ε = Cpd / S (Cp represents the capacitance of the liquid crystal. D represents the thickness of the liquid crystal layer. S represents the area of the overlapping portion of the electrodes of the two substrates). Can be sought. Similarly, in the case of a three-dimensionally shaped molecule 50B1 and a planarly shaped molecule 50B2, which will be described later, the dielectric constant in the major axis direction of the whole molecule is ε1, and the dielectric constant in the uniaxial direction of the whole molecule is ε2.
（一般式（１）または（２）で表される化合物）
本発明の液晶材料は、前記液晶化合物と共に、立体的形状の分子である前記一般式（１）の化合物、または主として平面的形状の分子である前記一般式（２）の化合物を含むものである。
ここで、立体的形状の分子とは、立体的な拡がりを有している分子を指し、平面的形状の分子とは、平面的な拡がりを有している分子を指す。
(Compound represented by formula (1) or (2))
The liquid crystal material of the present invention contains, together with the liquid crystal compound, a compound of the general formula (1) that is a three-dimensional molecule, or a compound of the general formula (2) that is mainly a planar molecule.
Here, a three-dimensionally shaped molecule refers to a molecule having a three-dimensional extension, and a two-dimensionally shaped molecule refers to a molecule having a two-dimensional extension.
（Ｉ）：立体的形状の分子
図２は、液晶化合物と共に用いられる化合物が立体的形状の分子の場合の、本発明に係る液晶表示素子の一部である液晶層における液晶材料の状態を説明するための模式図である。
本発明の液晶材料は、液晶化合物（以下、液晶分子５０Ａとも称する。）に加えて、該液晶化合物の配向変化をよりスムース（円滑）にする立体的形状の分子である前記一般式（１）または（２）で表される化合物を少なくとも１種含む。この場合、ｎ個あるＲ1またはｍ個あるＲ2のうちの少なくとも１が他と同一平面上にないことから立体的形状の分子５０Ｂ１となる。
(I): Three-dimensionally shaped molecule FIG. 2 illustrates the state of the liquid crystal material in the liquid crystal layer that is part of the liquid crystal display device according to the present invention when the compound used together with the liquid crystal compound is a three-dimensionally shaped molecule. It is a schematic diagram for doing.
In addition to the liquid crystal compound (hereinafter also referred to as the liquid crystal molecule 50A), the liquid crystal material of the present invention is a molecule having a three-dimensional shape that makes the change in orientation of the liquid crystal compound smoother. Or at least 1 type of the compound represented by (2) is included. In this case, since at least one of n R 1 or m R 2 is not on the same plane as the others, the molecule 50B1 has a three-dimensional shape.
即ち、液晶化合物の配向変化をよりスムースにする化合物である立体的形状の分子５０Ｂ１とは、前記一般式（１）で表される化合物、及び前記一般式（２）で表される化合物のうちＡがシクロヘキサン環を示すものである。 That is, the three-dimensionally shaped molecule 50B1, which is a compound that makes the orientation change of the liquid crystal compound smoother, includes the compound represented by the general formula (1) and the compound represented by the general formula (2). A represents a cyclohexane ring.
このとき、液晶層５０では、図２に示したように、棒状の液晶分子５０Ａの間に立体的形状の分子５０Ｂ１が入りこむことにより、液晶分子５０Ａの配向相関がやや弱まる。つまり、液晶材料中に立体的形状の分子５０Ｂ１が存在すると、液晶分子５０Ａ同士の配向相関を弱めることに寄与するため、液晶状態を維持したままで配向変化がスムースになる。よって、立体的形状の分子５０Ｂ１が含まれることで応答速度が向上し、優れた応答特性が得られる。 At this time, in the liquid crystal layer 50, as shown in FIG. 2, the three-dimensionally shaped molecules 50B1 enter between the rod-like liquid crystal molecules 50A, so that the alignment correlation of the liquid crystal molecules 50A is slightly weakened. In other words, the presence of the three-dimensionally shaped molecule 50B1 in the liquid crystal material contributes to weakening the alignment correlation between the liquid crystal molecules 50A, so that the alignment change is smooth while maintaining the liquid crystal state. Therefore, the response speed is improved by including the three-dimensionally shaped molecule 50B1, and excellent response characteristics can be obtained.
立体的形状の分子５０Ｂ１（Ｒ1またはＲ2）における置換基は、ハロゲン原子、炭素数１〜８の炭化水素基、炭素数１〜６のアルコキシ基、からなる群のうちのいずれかであることが好ましい。
ハロゲン原子としては、比抵抗が大きく、信頼性に優れたものが得られる塩素またはフッ素がより好ましく、特にフッ素が好ましい。
但し、立体的形状の分子５０Ｂ１に含まれるハロゲン元素の数が、０〜１２であることが好ましい。ハロゲン元素の数が多くなりすぎると、立体的形状の分子５０Ｂ１の結晶性が上がり、立体的形状の分子５０Ｂ１と液晶分子５０Ａとの相溶性が悪化する。
The substituent in the three-dimensional molecule 50B1 (R 1 or R 2 ) is any one selected from the group consisting of a halogen atom, a hydrocarbon group having 1 to 8 carbon atoms, and an alkoxy group having 1 to 6 carbon atoms. It is preferable.
As the halogen atom, chlorine or fluorine, which can obtain a material having a large specific resistance and excellent reliability, is more preferable, and fluorine is particularly preferable.
However, the number of halogen elements contained in the three-dimensionally shaped molecule 50B1 is preferably 0-12. When the number of halogen elements is too large, the crystallinity of the three-dimensionally shaped molecule 50B1 is increased, and the compatibility between the three-dimensionally shaped molecule 50B1 and the liquid crystal molecule 50A is deteriorated.
立体的形状の分子５０Ｂ１が、Ｃ、Ｈ、Ｏ及びハロゲン以外の構成元素を含まないことで、耐熱性や耐光性に優れ、比抵抗が大きくなる。耐熱性に優れ、比抵抗が大きいことで、高温でも高い電圧保持率を維持することができる。また、耐光性に優れていると、製造時の光照射プロセス（例えば、光照射により硬化するシール剤を用いた貼り合わせ、液晶注入口の封止、光照射により配向方向を規定する光配向膜作成）や、液晶表示素子として用いた時に、外光に対して強い耐性を持つため好ましい。よって、可視光や紫外光に対する耐光性に優れていると、液晶材料や液晶表示素子が光照射されても、分解や異性化が起こらず、高い比抵抗を維持することが可能になり好ましい。一方、例えば、構成元素としてＮを含むアゾ基などは可視光や紫外光照射に対して光異性化が起こるので好ましくない。 Since the three-dimensionally shaped molecule 50B1 does not contain a constituent element other than C, H, O, and halogen, the heat resistance and the light resistance are excellent, and the specific resistance is increased. A high voltage holding ratio can be maintained even at high temperatures due to excellent heat resistance and large specific resistance. In addition, when it is excellent in light resistance, it is a photo-irradiation process at the time of manufacturing (for example, bonding using a sealant that is cured by light irradiation, sealing a liquid crystal injection port, and photo-alignment film that defines the alignment direction by light irradiation. Preparation) and when used as a liquid crystal display element, it is preferable because it has strong resistance to external light. Therefore, it is preferable that the light resistance to visible light and ultraviolet light is excellent, because even when the liquid crystal material or the liquid crystal display element is irradiated with light, decomposition and isomerization do not occur and a high specific resistance can be maintained. On the other hand, for example, an azo group containing N as a constituent element is not preferable because photoisomerization occurs with respect to irradiation with visible light or ultraviolet light.
その他、立体的形状の分子５０Ｂ１における置換基としては、トリフルオロ基、ジフルオロメトキシ基、トリフルオロメトキシ基などのフッ素原子を含むものが好ましい。このような置換基を有する含フッ素系の分子は、比抵抗が高いため、高温でも高い電圧保持率を維持することができる。
また、含フッ素系の分子は粘性が低くなるため、応答速度向上の効果があり好ましい。
In addition, the substituent in the three-dimensional molecule 50B1 preferably includes a fluorine atom such as a trifluoro group, a difluoromethoxy group, or a trifluoromethoxy group. Since the fluorine-containing molecule having such a substituent has a high specific resistance, a high voltage holding ratio can be maintained even at a high temperature.
In addition, fluorine-containing molecules are preferable because of their low viscosity, which has an effect of improving response speed.
液晶材料を液晶表示素子に用いた場合、電圧保持率が低い場合には表示面ではコントラストの低下を招き、フリッカーの発生などが生じる。一方、充分高い電圧保持率を有する場合は、焼き付きが防止され好ましい。ここで焼き付きとは、液晶表示装置に用いて同じパターンを長時間表示したときに、そのパターンの表示が残ってしまうような現象を言う。また、この焼きつきの原因としてはイオン性不純物の影響なども指摘されている。 When a liquid crystal material is used for a liquid crystal display element, if the voltage holding ratio is low, the display surface is lowered in contrast and flickering occurs. On the other hand, when it has a sufficiently high voltage holding ratio, image sticking is prevented, which is preferable. Here, burn-in refers to a phenomenon in which display of the pattern remains when the same pattern is displayed for a long time in a liquid crystal display device. The cause of this burn-in is also pointed out by the influence of ionic impurities.
ここで用いられる、電圧保持率とは、特定の時間（例えば１６．７ｍｓ）に亘って積算してセルに蓄積された電荷と、理想的なキャパシタに蓄積された電荷との比である。これは即ち、液晶の電流リークの割合を意味する。従って電圧保持率は、所定の時間後のセルの電圧の降下の観測により測定できる。もしもセルが一定レベルの電圧を保持していれば、電圧保持率は高いとされる。高い電圧保持率の液晶とは、低い電流リークと等価であり、長寿命で、光学的ちらつき（optical flicker）が低レベルである液晶表示装置に好適に用いられる。 As used herein, the voltage holding ratio is a ratio of the charge accumulated in the cell accumulated over a specific time (for example, 16.7 ms) and the charge accumulated in an ideal capacitor. This means the ratio of liquid crystal current leakage. Therefore, the voltage holding ratio can be measured by observing the voltage drop of the cell after a predetermined time. If the cell holds a certain level of voltage, the voltage holding ratio is high. A liquid crystal having a high voltage holding ratio is equivalent to a low current leakage, is long-life, and is preferably used for a liquid crystal display device having a low level of optical flicker.
前記一般式（１）で表される化合物、または（２）で表される化合物であってＡがシクロヘキサン環を示すものにおいて、フェニル基及びシクロヘキシル基の総数が３〜４であることが好ましい。 In the compound represented by the general formula (1) or the compound represented by (2) in which A represents a cyclohexane ring, the total number of phenyl groups and cyclohexyl groups is preferably 3 to 4.
さらに、前記一般式（１）で表される化合物において、Ｒ1は、フェニル基またはシクロヘキシル基で置換されているフェニル基であっても良い。またさらに、前記一般式（１）で表される化合物において、Ｒ1は、フェニル基またはシクロヘキシル基で置換されているシクロヘキシル基であっても良い。但し、このときの前記一般式（１）で表される化合物におけるフェニル基及びシクロヘキシル基の総数が４〜１０であることが好ましい。 Furthermore, in the compound represented by the general formula (1), R 1 may be a phenyl group substituted with a phenyl group or a cyclohexyl group. Furthermore, in the compound represented by the general formula (1), R 1 may be a cyclohexyl group substituted with a phenyl group or a cyclohexyl group. However, the total number of phenyl groups and cyclohexyl groups in the compound represented by the general formula (1) at this time is preferably 4 to 10.
また、前記一般式（２）で表される化合物であって、Ａがシクロヘキサン環を示すものにおいて、Ｒ2は、フェニル基またはシクロヘキシル基で置換されているフェニル基であっても良い。またさらに、前記一般式（２）で表される化合物であって、Ａがシクロヘキサン環を示すものにおいて、Ｒ2は、フェニル基またはシクロヘキシル基で置換されているシクロヘキシル基であっても良い。但し、このときの前記一般式（２）で表される化合物におけるフェニル基及びシクロヘキシル基での総数が４〜１０であることが好ましい。 Further, in the compound represented by the general formula (2), in which A represents a cyclohexane ring, R 2 may be a phenyl group substituted with a phenyl group or a cyclohexyl group. Furthermore, in the compound represented by the general formula (2), in which A represents a cyclohexane ring, R 2 may be a cyclohexyl group substituted with a phenyl group or a cyclohexyl group. However, the total number of phenyl groups and cyclohexyl groups in the compound represented by the general formula (2) at this time is preferably 4 to 10.
また、前記立体的形状の分子５０Ｂ１の分子量が、２００より大きいことが好ましい。このような構成にすることにより、液晶表示素子に液晶を注入する際に、揮発を抑制することが出来る。分子量が２００より大きいことによって、液晶材料中の成分比は低下しにくく、液晶材料の応答特性の変化を抑制できる。 The molecular weight of the three-dimensionally shaped molecule 50B1 is preferably larger than 200. With this configuration, volatilization can be suppressed when liquid crystal is injected into the liquid crystal display element. When the molecular weight is larger than 200, the component ratio in the liquid crystal material is unlikely to decrease, and a change in response characteristics of the liquid crystal material can be suppressed.
液晶化合物の配向変化をよりスムースにする立体的形状の分子５０Ｂ１である化合物としては、具体的には下記化合物（１Ａ）〜（１Ｉ）および化合物（２Ａ）が好ましいものとして挙げられる。 Specific examples of the compound that is the three-dimensional molecule 50B1 that makes the change in orientation of the liquid crystal compound smoother include the following compounds (1A) to (1I) and the compound (2A).
前記立体的形状の分子５０Ｂ１の含有量は、液晶材料中０．１重量％以上３０重量％以下であることが好ましく、０．１重量％以上１０重量％以下であることがより好ましい。０．１重量％以上であれば上述した応答速度が向上の効果が充分得られるからである。また、３０重量％よりも配合量が多いと、液晶材料が液晶相を示さなくなるので好ましくない。さらに、１０重量％よりも配合量が多いと、立体形状の分子５０Ｂ１が溶け難くなり、凝集物が発生し易くなるため好ましくない。
立体的形状の分子５０Ｂ１の含有量を、上記した範囲内とすることで、広い温度範囲において液晶材料がネマチック液晶相を示すが、含有量を５重量％以下にすることで、さらに広い温度範囲において液晶材料がネマチック液晶相を示すため、特に好ましい。
The content of the three-dimensionally shaped molecule 50B1 is preferably 0.1 wt% or more and 30 wt% or less in the liquid crystal material, and more preferably 0.1 wt% or more and 10 wt% or less. This is because if the content is 0.1% by weight or more, the above-described response speed can be sufficiently improved. On the other hand, when the blending amount is more than 30% by weight, the liquid crystal material does not exhibit a liquid crystal phase, which is not preferable. Further, when the blending amount is larger than 10% by weight, the three-dimensional molecule 50B1 is difficult to dissolve and aggregates are easily generated, which is not preferable.
By setting the content of the three-dimensionally shaped molecule 50B1 within the above-described range, the liquid crystal material exhibits a nematic liquid crystal phase in a wide temperature range, but by setting the content to 5% by weight or less, a wider temperature range Is particularly preferable because the liquid crystal material exhibits a nematic liquid crystal phase.
（II）：平面的形状の分子
図３は、液晶化合物と共に用いられる化合物が平面的形状の分子の場合の、本発明に係る液晶表示素子の一部である液晶層における液晶材料の状態を説明するための模式図である。図３（Ａ）は、平面的形状の分子５０Ｂ２を含有しない液晶分子５０Ａの斜視模式図であり、図３（Ｂ）は、平面的形状の分子５０Ｂ２を含有する液晶分子５０Ａの斜視模式図であり、図３（Ｃ）は、平面的形状の分子５０Ｂ２を含有する液晶分子５０Ａの上面模式図である。
(II): Planar Shaped Molecule FIG. 3 illustrates the state of the liquid crystal material in the liquid crystal layer that is part of the liquid crystal display element according to the present invention when the compound used together with the liquid crystal compound is a planar shape molecule. It is a schematic diagram for doing. 3A is a schematic perspective view of a liquid crystal molecule 50A that does not contain the planar molecule 50B2, and FIG. 3B is a schematic perspective view of the liquid crystal molecule 50A that contains the planar molecule 50B2. FIG. 3C is a schematic top view of the liquid crystal molecules 50A containing the planar-shaped molecules 50B2.
本発明の液晶材料は、液晶化合物（以下、液晶分子５０Ａとも称する。）に加えて、該液晶化合物の配向変化をよりスムース（円滑）にする平面的形状の分子である前記一般式（２）で表される化合物を少なくとも１種含む。この場合、ｍ個あるＲ2及びＡがいずれも同一平面上にあることから平面的形状の分子５０Ｂ２となる。 In addition to the liquid crystal compound (hereinafter also referred to as the liquid crystal molecule 50A), the liquid crystal material of the present invention is a molecule having a planar shape that makes the orientation change of the liquid crystal compound smoother (smooth). The compound represented by these is included. In this case, since m R 2 and A are all on the same plane, the molecule 50B2 has a planar shape.
即ち、液晶化合物の配向変化をよりスムースにする化合物である平面的形状の分子５０Ｂ２とは、前記一般式（２）で表される化合物のうちＡがベンゼン環を示すものである。 That is, the planar-shaped molecule 50B2, which is a compound that makes the change in the orientation of the liquid crystal compound smoother, indicates that A represents a benzene ring among the compounds represented by the general formula (2).
このとき、液晶層５０では、図３に示したように、棒状の液晶分子５０Ａの間に平面的形状の分子５０Ｂ２が入りこむことにより、液晶分子５０Ａ同士の配向相関がやや弱まる。つまり、液晶材料中にこの平面的形状の分子５０Ｂ２が存在すると、液晶分子５０Ａ同士の配向相関を弱めることに寄与するため、液晶状態を維持したままで配向変化がスムースになる。よって、平面的形状の分子５０Ｂ２が含まれることで応答速度が向上し、優れた応答特性が得られる。 At this time, in the liquid crystal layer 50, as shown in FIG. 3, when the planar molecules 50B2 enter between the rod-like liquid crystal molecules 50A, the alignment correlation between the liquid crystal molecules 50A is slightly weakened. In other words, the presence of the planar-shaped molecule 50B2 in the liquid crystal material contributes to weakening the alignment correlation between the liquid crystal molecules 50A. Therefore, the alignment change is smooth while maintaining the liquid crystal state. Accordingly, the response speed is improved by including the planar molecule 50B2, and excellent response characteristics can be obtained.
平面的形状の分子５０Ｂ２の液晶層５０内における液晶分子５０Ａへの作用について詳述する。図３（Ｂ）及び図３（Ｃ）に示すように、平面的形状の分子５０Ｂ２が液晶分子５０Ａの間に入り込む場合、Ｙ方向において、Ｘ方向に比べてより広い空間が生まれる。詳細なメカニズムは定かではないが、この異方的な空間が生まれたことにより、液晶分子５０Ａの配向変化の過程において、液晶分子５０Ａの倒れる方向に偏りを作り、配向特性が適切に行われるようになり、応答特性が向上したものと考えられる。 The action of the planar shape molecules 50B2 on the liquid crystal molecules 50A in the liquid crystal layer 50 will be described in detail. As shown in FIGS. 3B and 3C, when the planar-shaped molecules 50B2 enter between the liquid crystal molecules 50A, a wider space is created in the Y direction than in the X direction. Although the detailed mechanism is not clear, the creation of this anisotropic space creates a bias in the direction in which the liquid crystal molecules 50A are tilted in the process of changing the orientation of the liquid crystal molecules 50A, so that the alignment characteristics are appropriately performed. Thus, it is considered that the response characteristics are improved.
平面的形状の分子５０Ｂ２における（Ｒ2における）置換基は、ハロゲン原子、炭素数１〜８の炭化水素基、炭素数１〜６のアルコキシ基、からなる群のうちのいずれかであることが好ましい。
ハロゲン原子としては、比抵抗が大きく、信頼性に優れたものが得られる塩素またはフッ素がより好ましく、特にフッ素が好ましい。
但し、平面的形状の分子５０Ｂ２に含まれるハロゲン元素の数が、０〜１２であることが好ましい。ハロゲン元素の数が多くなりすぎると、平面的形状の分子５０Ｂ２の結晶性が上がり、平面的形状の分子５０Ｂ２と液晶分子５０Ａとの相溶性が悪化する。
The substituent (in R 2 ) in the planar-shaped molecule 50B2 may be any one selected from the group consisting of a halogen atom, a hydrocarbon group having 1 to 8 carbon atoms, and an alkoxy group having 1 to 6 carbon atoms. preferable.
As the halogen atom, chlorine or fluorine, which can obtain a material having a large specific resistance and excellent reliability, is more preferable, and fluorine is particularly preferable.
However, the number of halogen elements contained in the planar-shaped molecule 50B2 is preferably 0-12. If the number of halogen elements is too large, the crystallinity of the planar shape molecule 50B2 increases, and the compatibility between the planar shape molecule 50B2 and the liquid crystal molecules 50A deteriorates.
平面的形状の分子５０Ｂ２が、Ｃ、Ｈ、Ｏ及びハロゲン以外の構成元素を含まないことで、耐熱性や耐光性に優れ、比抵抗が大きくなる。耐熱性に優れ、比抵抗が大きいことで、高温でも高い電圧保持率を維持することができる。また、耐光性に優れていると、製造時の光照射プロセス（例えば、光照射により硬化するシール剤を用いた貼り合わせ、液晶注入口の封止、光照射により配向方向を規定する光配向膜作成）や、液晶表示素子として用いた時に、外光に対して強い耐性を持つため好ましい。よって、可視光や紫外光に対する耐光性に優れていると、液晶材料や液晶表示素子が光照射されても、分解や異性化が起こらず、高い比抵抗を維持することが可能になり好ましい。一方、例えば、構成元素としてＮを含むアゾ基などは可視光や紫外光照射に対して光異性化が起こるので好ましくない。 Since the planar-shaped molecule 50B2 does not contain constituent elements other than C, H, O, and halogen, the heat resistance and the light resistance are excellent, and the specific resistance is increased. A high voltage holding ratio can be maintained even at high temperatures due to excellent heat resistance and large specific resistance. In addition, when it is excellent in light resistance, it is a photo-irradiation process at the time of manufacturing (for example, bonding using a sealant that is cured by light irradiation, sealing a liquid crystal injection port, and photo-alignment film that defines the alignment direction by light irradiation. Preparation) and when used as a liquid crystal display element, it is preferable because it has strong resistance to external light. Therefore, it is preferable that the light resistance to visible light and ultraviolet light is excellent, because even when the liquid crystal material or the liquid crystal display element is irradiated with light, decomposition and isomerization do not occur and a high specific resistance can be maintained. On the other hand, for example, an azo group containing N as a constituent element is not preferable because photoisomerization occurs with respect to irradiation with visible light or ultraviolet light.
その他、平面的形状の分子５０Ｂ２における置換基としては、トリフルオロ基、ジフルオロメトキシ基、トリフルオロメトキシ基などのフッ素原子を含むものが好ましい。このような置換基を有する含フッ素系の分子は、比抵抗が高いため、高温でも高い電圧保持率を維持することができる。 In addition, the substituent in the planar molecule 50B2 preferably includes a fluorine atom such as a trifluoro group, a difluoromethoxy group, or a trifluoromethoxy group. Since the fluorine-containing molecule having such a substituent has a high specific resistance, a high voltage holding ratio can be maintained even at a high temperature.
液晶材料を液晶表示素子に用いた場合、電圧保持率が低い場合には表示面ではコントラストの低下を招き、フリッカーの発生などが生じる。一方、充分高い電圧保持率を有する場合は、焼き付きが防止され好ましい。 When a liquid crystal material is used for a liquid crystal display element, if the voltage holding ratio is low, the display surface is lowered in contrast and flickering occurs. On the other hand, when it has a sufficiently high voltage holding ratio, image sticking is prevented, which is preferable.
また、含フッ素系の分子は粘性が低くなるため、応答速度向上の効果があり好ましい。
さらに、短軸方向にフッ素を備えた平面的形状の分子５０Ｂ２は、平面的形状の分子５０Ｂ２の短軸方向における極性が高くなるため好ましい。短軸方向における極性が高いことは、例えば、液晶配向膜４０との反発を強めることにより、平面的形状の分子５０Ｂ２の初期配向を垂直とすることが容易となる。またさらに、大きな負の誘電異方性を有するためにも、短軸方向にフッ素基など極性基を有することは好ましい。
In addition, fluorine-containing molecules are preferable because of their low viscosity, which has an effect of improving response speed.
Furthermore, the planar molecule 50B2 having fluorine in the minor axis direction is preferable because the polarity of the planar molecule 50B2 in the minor axis direction is high. The high polarity in the minor axis direction makes it easy to make the initial alignment of the planar-shaped molecules 50B2 vertical by increasing the repulsion with the liquid crystal alignment film 40, for example. Furthermore, in order to have a large negative dielectric anisotropy, it is preferable to have a polar group such as a fluorine group in the minor axis direction.
前記一般式（２）で表される化合物であって、Ａがベンゼン環を示すものにおいて、フェニル基及びシクロヘキシル基の総数が４であることが好ましい。 In the compound represented by the general formula (2), in which A represents a benzene ring, the total number of phenyl groups and cyclohexyl groups is preferably 4.
また、前記一般式（２）で表される化合物であって、Ａがベンゼン環を示すものにおいて、Ｒ2は、フェニル基またはシクロヘキシル基で置換されているフェニル基であっても良い。またさらに、前記一般式（２）で表される化合物であって、Ａがベンゼン環を示すものにおいて、Ｒ2は、フェニル基またはシクロヘキシル基で置換されているシクロヘキシル基であっても良い。但し、このときの前記一般式（２）で表される化合物におけるフェニル基及びシクロヘキシル基での総数が４〜１０であることが好ましい。 In the compound represented by the general formula (2), in which A represents a benzene ring, R 2 may be a phenyl group substituted with a phenyl group or a cyclohexyl group. Furthermore, in the compound represented by the general formula (2), in which A represents a benzene ring, R 2 may be a cyclohexyl group substituted with a phenyl group or a cyclohexyl group. However, the total number of phenyl groups and cyclohexyl groups in the compound represented by the general formula (2) at this time is preferably 4 to 10.
また、前記平面的形状の分子５０Ｂ２の分子量が、２００より大きいことが好ましい。このような構成にすることにより、液晶表示素子に液晶を注入する際に、揮発を抑制することが出来る。分子量が２００より大きいことによって、液晶材料中の成分比は低下しにくく、液晶材料の応答特性の変化を抑制できる。 The molecular weight of the planar shape molecule 50B2 is preferably larger than 200. With this configuration, volatilization can be suppressed when liquid crystal is injected into the liquid crystal display element. When the molecular weight is larger than 200, the component ratio in the liquid crystal material is unlikely to decrease, and a change in response characteristics of the liquid crystal material can be suppressed.
液晶化合物の配向変化をよりスムースにする平面的形状の分子５０Ｂ２である化合物としては、具体的には下記化合物（２Ｂ）〜（２Ｉ）が好ましいものとして挙げられる。 Specific examples of the compound that is the planar-shaped molecule 50B2 that makes the change in alignment of the liquid crystal compound smoother include the following compounds (2B) to (2I).
前記平面的形状の分子５０Ｂ２の含有量は、液晶材料中０．１重量％以上３０重量％以下であることが好ましく、０．１重量％以上１０重量％以下であることがより好ましい。０．１重量％以上であれば上述した応答速度が向上の効果が充分得られるからである。また、３０重量％よりも配合量が多いと、液晶材料が液晶相を示さなくなるので好ましくない。さらに、１０重量％よりも配合量が多いと、立体形状の分子５０Ｂ２が溶け難くなり、凝集物が発生し易くなるため好ましくない。
立体的形状の分子５０Ｂ２の含有量を、上記した範囲内とすることで、広い温度範囲において液晶材料がネマチック液晶相を示すが、含有量を５重量％以下にすることで、さらに広い温度範囲において液晶材料がネマチック液晶相を示すため、特に好ましい。
The content of the planar molecule 50B2 is preferably 0.1% by weight or more and 30% by weight or less in the liquid crystal material, and more preferably 0.1% by weight or more and 10% by weight or less. This is because if the content is 0.1% by weight or more, the above-described response speed can be sufficiently improved. On the other hand, when the blending amount is more than 30% by weight, the liquid crystal material does not exhibit a liquid crystal phase, which is not preferable. Furthermore, if the blending amount is more than 10% by weight, the three-dimensional molecule 50B2 becomes difficult to dissolve and aggregates are easily generated, which is not preferable.
By setting the content of the three-dimensionally shaped molecule 50B2 within the above-mentioned range, the liquid crystal material exhibits a nematic liquid crystal phase in a wide temperature range, but by setting the content to 5% by weight or less, a wider temperature range Is particularly preferable because the liquid crystal material exhibits a nematic liquid crystal phase.
（その他）
本発明の液晶材料には、本発明の効果を損なわない範囲で、上記したもの以外のものを含有させても良い。例えば、減粘剤等が挙げられる。
(Other)
The liquid crystal material of the present invention may contain a material other than those described above as long as the effects of the present invention are not impaired. For example, a viscosity reducer etc. are mentioned.
［液晶表示素子、液晶表示装置の実施の形態］
（液状表示素子）
図１は、本発明に係る液晶表示装置の実施の形態に搭載される液晶表示素子の断面模式図であり、図１（Ａ）は、駆動電圧が印加されていない状態を表し、図１（Ｂ）は、駆動電圧が印加されている状態を表している。
図１に示すように、本実施の形態に係る液晶表示素子の構成は、一対の偏光板１０が互いに対向配置され、その間に画素電極基板２０及び透明電極基板３０が対向配置されてなる。さらに画素電極基板２０及び透明電極基板３０の間に、一対の垂直配向膜４０が、いずれか一方が画素電極基板２０を、他方が透明電極基板３０を覆うようにして対向配置されてなる。また、画素電極基板２０及び透明電極基板３０は、一対の垂直配向膜４０を介して、その間に液晶材料からなる液晶層５０を封入している。
[Embodiments of liquid crystal display element and liquid crystal display device]
(Liquid display element)
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a liquid crystal display element mounted on an embodiment of a liquid crystal display device according to the present invention. FIG. 1 (A) shows a state in which a drive voltage is not applied. B) shows a state in which a drive voltage is applied.
As shown in FIG. 1, the configuration of the liquid crystal display element according to the present embodiment is such that a pair of polarizing plates 10 are disposed to face each other, and a pixel electrode substrate 20 and a transparent electrode substrate 30 are disposed to face each other. Further, a pair of vertical alignment films 40 are disposed between the pixel electrode substrate 20 and the transparent electrode substrate 30 so that one of them covers the pixel electrode substrate 20 and the other covers the transparent electrode substrate 30. The pixel electrode substrate 20 and the transparent electrode substrate 30 enclose a liquid crystal layer 50 made of a liquid crystal material between the pair of vertical alignment films 40.
本実施の形態に係る液晶表示素子は、いわゆる透過型液晶表示素子であって、その表示モードは、いわゆる垂直配向（ＶＡ）モードである。ＶＡモードでは、負の誘電異方性を有する液晶材料と垂直配向膜４０を用いる。また、透明基板（２１，３１）平面に対して縦方向の電界を印加することにより負の誘電異方性を有する液晶材料の配向方向を変化させる。ＶＡモードは、電圧無印加状態において黒表示を行う。このとき、負の屈折率異方性を持つ位相差板などを用いて、電圧無印加状態の垂直配向した液晶層５０による複屈折をおおよそ補償することによって、極めて広い視角方向で良好な黒表示を得ることができる。即ち、このようにすることで、広い視角方向において高いコントラストを持つ表示が可能になるため好ましい。
また、本実施の形態では、液晶材料として負の誘電異方性を有する液晶材料を用いたが、本発明はこれに限定されるものではなく、液晶材料の誘電率異方性（Δε）は、正であっても負であっても良い。誘電率異方性が負の液晶材料を用いた場合は、開口率が高いと言う点で好ましい。
The liquid crystal display element according to this embodiment is a so-called transmissive liquid crystal display element, and its display mode is a so-called vertical alignment (VA) mode. In the VA mode, a liquid crystal material having negative dielectric anisotropy and the vertical alignment film 40 are used. In addition, the orientation direction of the liquid crystal material having negative dielectric anisotropy is changed by applying a vertical electric field to the plane of the transparent substrate (21, 31). In the VA mode, black display is performed when no voltage is applied. At this time, by using a phase difference plate having a negative refractive index anisotropy or the like to roughly compensate for the birefringence caused by the vertically aligned liquid crystal layer 50 in the state where no voltage is applied, a good black display can be achieved in a very wide viewing angle direction. Can be obtained. In other words, this is preferable because a display with high contrast in a wide viewing angle direction is possible.
In this embodiment, a liquid crystal material having negative dielectric anisotropy is used as the liquid crystal material. However, the present invention is not limited to this, and the dielectric anisotropy (Δε) of the liquid crystal material is It can be positive or negative. The use of a liquid crystal material having a negative dielectric anisotropy is preferable in that the aperture ratio is high.
（偏光板１０）
偏光板１０は、入射光に対して特定の偏光成分を透過させる機能を有する光学部材であり、光の振動方向を制御するものである。偏光板１０は、例えば、染色されたＰＶＡ（ポリビニルアルコール）と、それを両側から支える支持体としてのＴＣＡ（トリアセテート）とから構成される。また、偏光板１０には表面反射を抑えるための表面処理をしても良く、視野角拡大のための位相差付加の機能等を付与しても良い。
(Polarizing plate 10)
The polarizing plate 10 is an optical member having a function of transmitting a specific polarization component with respect to incident light, and controls the vibration direction of the light. The polarizing plate 10 is composed of, for example, dyed PVA (polyvinyl alcohol) and TCA (triacetate) as a support that supports the PVA from both sides. Further, the polarizing plate 10 may be subjected to a surface treatment for suppressing surface reflection, and may be provided with a function of adding a phase difference for expanding a viewing angle.
（画素電極基板２０：透明基板２１、画素電極２２）
画素電極基板２０は、駆動素子を含む駆動回路が形成された透明基板２１の一面に、画素電極２２が設けられた構成を有している。
透明基板２１は、例えば、ガラスやプラスチックなどの透明（光透過性）材料により構成されている。
(Pixel electrode substrate 20: transparent substrate 21, pixel electrode 22)
The pixel electrode substrate 20 has a configuration in which a pixel electrode 22 is provided on one surface of a transparent substrate 21 on which a drive circuit including a drive element is formed.
The transparent substrate 21 is made of, for example, a transparent (light transmissive) material such as glass or plastic.
画素電極２２は、液晶層５０に電圧を印加するための一方の電極である。また、画素電極２２は、例えば、複数存在し、マトリックス状の配列パターンを形成している。すなわち、各画素電極２２には、独立して個別に電位が供給されるようになっている。画素電極２２は、例えば、光透過性を有する透明電極であり、例えば、酸化インジウム錫（ＩＴＯ；Indium Tin Oxide）などの透明電極材料により構成されている。透明電極は、蒸着などにより作成することができる。酸化インジウム錫で透明電極を作成する場合、４００Å〜１２００Åの厚さで酸化インジウム錫層を形成することが好ましい。 The pixel electrode 22 is one electrode for applying a voltage to the liquid crystal layer 50. Further, for example, a plurality of pixel electrodes 22 are present, and form a matrix arrangement pattern. That is, each pixel electrode 22 is supplied with a potential independently. The pixel electrode 22 is a transparent electrode having optical transparency, for example, and is made of a transparent electrode material such as indium tin oxide (ITO). The transparent electrode can be created by vapor deposition or the like. When producing a transparent electrode with indium tin oxide, it is preferable to form an indium tin oxide layer with a thickness of 400 to 1200 mm.
（透明電極基板３０：透明基板３１、透明電極３２）
透明電極基板３０は、透明基板３１上に、例えば、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）のフィルタがストライプ状に設けられたカラーフィルタ（図示せず）と、有効表示領域のほぼ全面に亘って透明電極３２とが設けられた構成を有している。
(Transparent electrode substrate 30: transparent substrate 31, transparent electrode 32)
The transparent electrode substrate 30 includes, for example, a color filter (not shown) in which red (R), green (G), and blue (B) filters are provided in stripes on the transparent substrate 31, and an effective display area. The transparent electrode 32 is provided over almost the entire surface.
透明基板３１は、例えば、ガラスやプラスチックなどの透明（光透過性）材料により構成されている。透明電極３２は、液晶層５０に電圧を印加するためのもう一方の電極であり、例えば、酸化インジウム錫などの透明電極材料により構成されている。 The transparent substrate 31 is made of, for example, a transparent (light transmissive) material such as glass or plastic. The transparent electrode 32 is another electrode for applying a voltage to the liquid crystal layer 50, and is made of a transparent electrode material such as indium tin oxide, for example.
（垂直配向膜４０）
垂直配向膜４０は、液晶層５０に含有される液晶分子５０Ａを所定の配向状態となるように配向させるものである。この垂直配向膜４０は、上記したように、画素電極基板２０および透明電極基板３０のそれぞれの内側面、すなわち液晶層５０に隣接する側の面を覆っている。より具体的には、垂直配向膜４０は、画素電極基板２０においては画素電極２２およびその周辺の基板１１を覆っていると共に、透明電極基板３０においては透明電極３２を覆っている。垂直配向膜４０は、例えば、ポリイミド等の有機材料により構成されており、液晶分子５０Ａを基板面に対して垂直方向に配向させる垂直配向膜である。例えば、JALS-2131-R6：ＪＳＲ社製などが上げられる。上記以外にオクタデシルエトキシシランやレシチン等垂直配向性を有している材料を広く用いることができる。垂直配向膜４０には、さらに、ラビング等の配向方向を規制する処理が施されていてもよい。
(Vertical alignment film 40)
The vertical alignment film 40 aligns the liquid crystal molecules 50A contained in the liquid crystal layer 50 so as to be in a predetermined alignment state. As described above, the vertical alignment film 40 covers the inner surfaces of the pixel electrode substrate 20 and the transparent electrode substrate 30, that is, the surfaces adjacent to the liquid crystal layer 50. More specifically, the vertical alignment film 40 covers the pixel electrode 22 and the peripheral substrate 11 in the pixel electrode substrate 20, and covers the transparent electrode 32 in the transparent electrode substrate 30. The vertical alignment film 40 is made of, for example, an organic material such as polyimide, and is a vertical alignment film that aligns the liquid crystal molecules 50A in a direction perpendicular to the substrate surface. For example, JALS-2131-R6: manufactured by JSR Corporation. In addition to the above, materials having vertical orientation such as octadecylethoxysilane and lecithin can be widely used. The vertical alignment film 40 may be further subjected to a process for regulating the alignment direction such as rubbing.
この垂直配向膜４０の膜厚は０．０２〜０．４μｍであることが好ましい。
垂直配向膜４０は公知の製法によって形成可能であり、例えばスピンコート法、ロール印刷法、インクジェット塗布法などで形成される。
The thickness of the vertical alignment film 40 is preferably 0.02 to 0.4 μm.
The vertical alignment film 40 can be formed by a known manufacturing method, for example, a spin coating method, a roll printing method, an ink jet coating method, or the like.
（液晶層５０）
液晶層５０は、上述した本発明に係る液晶材料が注入されてなる。
液晶層の厚さは２〜５μｍが好ましく、２．５〜４μｍが特に好ましい。この範囲とすることで液晶の複屈折を印加電圧により効率よく変化させることができるため、液晶表示素子として好適に用いることができる。
(Liquid crystal layer 50)
The liquid crystal layer 50 is formed by injecting the above-described liquid crystal material according to the present invention.
The thickness of the liquid crystal layer is preferably 2 to 5 μm, particularly preferably 2.5 to 4 μm. By setting it within this range, the birefringence of the liquid crystal can be efficiently changed by the applied voltage, so that it can be suitably used as a liquid crystal display element.
（液晶表示装置）
次に、図４を参照して、上記した液晶表示素子を備える液晶表示装置の構成について説明する。図４は、本発明に係る液晶表示装置の実施の形態における構成を示す概略図であって、図１に示した液晶表示素子を備える液晶表示装置の回路構成を表している。
(Liquid crystal display device)
Next, a configuration of a liquid crystal display device including the above-described liquid crystal display element will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a schematic diagram showing the configuration of the liquid crystal display device according to the embodiment of the present invention, and shows the circuit configuration of the liquid crystal display device including the liquid crystal display element shown in FIG.
本発明の液晶表示装置は、例えば、図４に示したような構成のものに適用できる。図４の液晶表示装置は、表示領域６０と、表示領域６０内に設けられた複数の画素Ｇと、その表示領域６０の周囲に設けられたソースドライバ６１およびゲートドライバ６２と、タイミングコントローラ６３と、電源回路６４とを含んで構成されている。タイミングコントローラ６３は、ソースドライバ６１およびゲートドライバ６２を制御し、電源回路６４は、ソースドライバ６１およびゲートドライバ６２に電力を供給する。 The liquid crystal display device of the present invention can be applied, for example, to the configuration as shown in FIG. 4 includes a display area 60, a plurality of pixels G provided in the display area 60, a source driver 61 and a gate driver 62 provided around the display area 60, a timing controller 63, and the like. The power supply circuit 64 is included. The timing controller 63 controls the source driver 61 and the gate driver 62, and the power supply circuit 64 supplies power to the source driver 61 and the gate driver 62.
表示領域６０は、映像が表示される領域であり、複数の画素Ｇがマトリックス状に配列されることにより映像を表示可能に構成された領域である。なお、図４では、複数の画素Ｇを含む表示領域６０を示している他、４つの画素Ｇに対応する領域を別途拡大して示している。 The display area 60 is an area in which an image is displayed, and is an area configured to display an image by arranging a plurality of pixels G in a matrix. 4 shows a display area 60 including a plurality of pixels G, and separately shows an area corresponding to four pixels G.
この表示領域６０では、行方向に複数のソース線７１が配列されていると共に、列方向に複数のゲート線７２が配列されており、それらのソース線７１およびゲート線７２が互いに交差する位置に画素Ｇがそれぞれ配置されている。各画素Ｇは、画素電極２２および液晶層５０と共に、トランジスタ１２１およびキャパシタ１２２を含んで構成されている。各トランジスタ１２１では、ソース電極がソース線７１に接続され、ゲート電極がゲート線７２に接続され、ドレイン電極がキャパシタ１２２および画素電極２２に接続されている。各ソース線７１は、ソースドライバ６１に接続されており、そのソースドライバ６１から画像信号が供給されるようになっている。また、各ゲート線７２は、ゲートドライバ６２に接続されており、そのゲートドライバ６２から走査信号が順次供給されるようになっている。
ソースドライバ６１およびゲートドライバ６２は、複数の画素Ｇの中から特定の画素Ｇを選択するものである。
In the display area 60, a plurality of source lines 71 are arranged in the row direction, and a plurality of gate lines 72 are arranged in the column direction, and the source lines 71 and the gate lines 72 cross each other. Pixels G are respectively arranged. Each pixel G includes a transistor 121 and a capacitor 122 together with the pixel electrode 22 and the liquid crystal layer 50. In each transistor 121, the source electrode is connected to the source line 71, the gate electrode is connected to the gate line 72, and the drain electrode is connected to the capacitor 122 and the pixel electrode 22. Each source line 71 is connected to a source driver 61, and an image signal is supplied from the source driver 61. Each gate line 72 is connected to a gate driver 62, and scanning signals are sequentially supplied from the gate driver 62.
The source driver 61 and the gate driver 62 select a specific pixel G from the plurality of pixels G.
タイミングコントローラ６３は、例えば、画像信号（例えば、赤、緑、青に対応するＲＧＢの各映像信号）と、ソースドライバ６１の動作を制御するためのソースドライバ制御信号とをソースドライバ６１に出力する。また、タイミングコントローラ６３は、例えば、ゲートドライバ６２の動作を制御するためのゲートドライバ制御信号をゲートドライバ６２に出力する。ソースドライバ制御信号としては、例えば、水平同期信号、スタートパルス信号、ソースドライバ用のクロック信号等が挙げられる。ゲートドライバ制御信号としては、例えば、垂直同期信号や、ゲートドライバ用のクロック信号などが挙げられる。 For example, the timing controller 63 outputs an image signal (for example, RGB video signals corresponding to red, green, and blue) and a source driver control signal for controlling the operation of the source driver 61 to the source driver 61. . The timing controller 63 outputs a gate driver control signal for controlling the operation of the gate driver 62 to the gate driver 62, for example. Examples of the source driver control signal include a horizontal synchronization signal, a start pulse signal, and a source driver clock signal. Examples of the gate driver control signal include a vertical synchronizing signal and a gate driver clock signal.
次に、図１および図４を参照して、液晶表示装置の動作について説明する。
この液晶表示装置では、以下の要領で画素電極２２と透明電極３２との間に駆動電圧を印加することにより、映像が表示される。具体的には、ソースドライバ６１が、タイミングコントローラ６３からのソースドライバ制御信号の入力により、同じくタイミングコントローラ６３から入力された画像信号に基づいて所定のソース線７１に個別の画像信号を供給する。これと共に、ゲートドライバ６２が、タイミングコントローラ６３からのゲートドライバ制御信号の入力により所定のタイミングでゲート線７２に走査信号を順次供給する。これにより、画像信号が供給されたソース線７１と走査信号が供給されたゲート線７２との交差点に位置する画素Ｇが選択され、その画素Ｇに駆動電圧が印加されることとなる。
Next, the operation of the liquid crystal display device will be described with reference to FIGS.
In this liquid crystal display device, an image is displayed by applying a drive voltage between the pixel electrode 22 and the transparent electrode 32 in the following manner. Specifically, the source driver 61 supplies an individual image signal to a predetermined source line 71 based on the image signal similarly input from the timing controller 63 in response to the input of the source driver control signal from the timing controller 63. At the same time, the gate driver 62 sequentially supplies the scanning signal to the gate line 72 at a predetermined timing by the input of the gate driver control signal from the timing controller 63. As a result, the pixel G located at the intersection of the source line 71 supplied with the image signal and the gate line 72 supplied with the scanning signal is selected, and the drive voltage is applied to the pixel G.
選択された画素Ｇでは、駆動電圧が印加されると、液晶層５０に含まれる液晶分子５０Ａの配向状態が、画素電極２２と透明電極３２との間の電位差に応じて変化する。具体的には、液晶分子５０Ａの配向状態は、画素電極基板２０および透明電極基板３０に対して垂直（直角）方向から、水平（平行）方向となる姿勢をとるように応答する。
これにより、液晶層５０の光学的特性が変化し、液晶表示素子への入射光が変調された射出光となり、その射出光に基づいて階調表現されることで映像が表示される。
また、このとき図３及び図４に示したように、立体的形状の分子５０Ｂ１または平面的形状の分子５０Ｂ２を添加することにより、液晶分子５０Ａ同士の配向相関が弱まり空間が生まれ、配向変化し易くなり、応答特性が向上する。
In the selected pixel G, when a driving voltage is applied, the alignment state of the liquid crystal molecules 50 </ b> A included in the liquid crystal layer 50 changes according to the potential difference between the pixel electrode 22 and the transparent electrode 32. Specifically, the alignment state of the liquid crystal molecules 50 </ b> A responds to the pixel electrode substrate 20 and the transparent electrode substrate 30 so as to take a posture from the vertical (right angle) direction to the horizontal (parallel) direction.
As a result, the optical characteristics of the liquid crystal layer 50 change, and the incident light to the liquid crystal display element becomes the emitted light that is modulated, and an image is displayed by gradation expression based on the emitted light.
At this time, as shown in FIG. 3 and FIG. 4, by adding the three-dimensionally shaped molecule 50B1 or the planarly shaped molecule 50B2, the alignment correlation between the liquid crystal molecules 50A is weakened, and a space is created and the orientation changes. The response characteristics are improved.
このように、本実施の形態の液晶材料、液晶表示素子及び液晶表示装置によれば、液晶層５０に立体的形状の分子５０Ｂ１または平面的形状の分子５０Ｂ２を含有させることで、液晶分子５０Ａの配向状態に影響を与え、配向変化し易くなる。この結果、立体的形状の分子５０Ｂ１または平面的形状の分子５０Ｂ２を含まない場合と比べて応答特性（応答速度）が向上する。
さらに、電極表面などに線状突起を設けた場合に懸念されるような透過率の低下や、モノマーを重合させて得た高分子材料によって配向変化の際の配向方向を安定化させる場合に懸念される液晶材料の電圧保持性悪化などの問題が生ずることがない。よって、良好な表示特性を維持することもできる。加えて、線状突起を設けたり、電圧を印加した状態でモノマーを重合させたりする場合と比べて製造工程も簡素化できる。
As described above, according to the liquid crystal material, the liquid crystal display element, and the liquid crystal display device of the present embodiment, the liquid crystal layer 50 contains the three-dimensionally shaped molecule 50B1 or the two-dimensionally shaped molecule 50B2. The orientation state is affected, and the orientation changes easily. As a result, the response characteristics (response speed) are improved as compared with the case where the three-dimensionally shaped molecule 50B1 or the planarly shaped molecule 50B2 is not included.
In addition, there is a concern about the decrease in transmittance, which is a concern when linear protrusions are provided on the electrode surface, and the case where the orientation direction is stabilized by a polymer material obtained by polymerizing monomers. There is no problem such as deterioration of the voltage holding property of the liquid crystal material. Therefore, good display characteristics can be maintained. In addition, the manufacturing process can be simplified as compared with the case where the linear protrusions are provided or the monomer is polymerized with a voltage applied.
また、本実施の形態によれば、液晶材料として自発分極をほとんど有しない、特に自発分極が実質的に０となる常誘電性液晶を用いるようにすれば、自発分極を有する強誘電性液晶などを用いた場合よりも良好なスイッチング性が得られ、応答特性の向上に有利となる。さらに、液晶材料中における立体的形状の分子５０Ｂ１または平面的形状の分子５０Ｂ２の含有量を０．１重量％以上１０重量％以下の範囲内とすることで、より良好な表示特性の確保と共に、さらなる応答特性の向上が実現された。 In addition, according to the present embodiment, if a paraelectric liquid crystal that has almost no spontaneous polarization as the liquid crystal material, in particular, a spontaneous liquid crystal in which the spontaneous polarization is substantially zero, a ferroelectric liquid crystal having spontaneous polarization, etc. As compared with the case of using, better switching performance is obtained, which is advantageous in improving the response characteristics. Furthermore, by ensuring the content of the three-dimensionally shaped molecule 50B1 or the two-dimensionally shaped molecule 50B2 in the liquid crystal material within the range of 0.1% by weight or more and 10% by weight or less, ensuring better display characteristics, Further improvement of response characteristics was realized.
尚、上記した実施の形態において、液晶層５０に含まれる液晶分子５０Ａとして、負の誘電異方性を有する液晶分子を用いたＶＡモードについて例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに換えて正の誘電異方性を有する液晶分子を用いた液晶表示素子であっても、液晶層５０に立体的形状の分子５０Ｂ１または平面形状の分子５０Ｂ２を含ませることにより、同様の作用、効果が得られることは言うまでもない。 In the above-described embodiment, the VA mode using liquid crystal molecules having negative dielectric anisotropy as the liquid crystal molecules 50A included in the liquid crystal layer 50 has been described as an example. However, in the present invention, even in the case of a liquid crystal display element using liquid crystal molecules having positive dielectric anisotropy, the liquid crystal layer 50 includes the three-dimensional molecule 50B1 or the planar molecule 50B2. Thus, it goes without saying that similar actions and effects can be obtained.
また、立体的形状の分子５０Ｂ１では色を呈する場合もあるが、本発明に係る液晶表示素子では、ＶＡモード、ＩＰＳモード、ＴＮモード、ＦＦＳモード等の液晶表示素子に適するため、色を呈する分子は好ましくない。 In addition, although the three-dimensionally shaped molecule 50B1 may exhibit a color, the liquid crystal display element according to the present invention is suitable for a liquid crystal display element such as a VA mode, an IPS mode, a TN mode, and an FFS mode. Is not preferred.
ここで、一般的に液晶の応答速度は、粘度に比例することが知られている。従って、液晶の応答速度を高速化するために液晶材料の低粘性化が試みられている。例えば、液晶材料全体の粘性を下げる働きを有する減粘剤を用いる方法もよく用いられる。ここで、減粘剤としては、嵩高くない直線的な、単純な分子を用いて低粘性化することが一般的である。
このような観点から見ると、本発明に用いる立体的形状の分子５０Ｂ１または平面形状の分子５０Ｂ２は直線的ではなく、粘性も低くないと考えられるので好ましくない。つまり、従来の観点から見ると応答特性を悪化させると予想される。しかし、適切な形状の分子を加えることによる配向安定化効果が大きいために、応答速度の高速化が実現できたと考えられる。
Here, it is generally known that the response speed of the liquid crystal is proportional to the viscosity. Accordingly, attempts have been made to lower the viscosity of the liquid crystal material in order to increase the response speed of the liquid crystal. For example, a method using a thickening agent having a function of reducing the viscosity of the entire liquid crystal material is often used. Here, as the viscosity reducing agent, it is common to reduce the viscosity by using a simple molecule that is not bulky.
From this point of view, the three-dimensionally shaped molecule 50B1 or the planarly shaped molecule 50B2 used in the present invention is not preferable because it is considered not to be linear and has a low viscosity. In other words, it is expected that the response characteristics will be deteriorated from the conventional viewpoint. However, it is considered that the response speed can be increased because the effect of stabilizing the alignment by adding molecules of an appropriate shape is great.
次に、本発明に関する実施例について説明する。
（実施例１）
図１に示した第１の実施の形態に係る液晶表示素子（ＶＡモード）を以下の手順により作製した。
先ず、ガラス製の透明基板２１にＩＴＯよりなる画素電極２２が設けられた画素電極基板２０と、ガラス製の透明基板３１にＩＴＯよりなる透明電極３２が設けられた透明電極基板３０とを準備した。続いて、画素電極基板２０および透明電極基板３０のそれぞれに垂直配向膜４０を０．１μｍの厚さで形成した。さらに、垂直配向膜４０同士が向かい合うように画素電極基板２０および透明電極基板３０を対向させた後、それらの基板間のセルギャップが４μｍとなるようにプラスチックビーズを介してシール材で封止して、セルを作製した。
Next, examples relating to the present invention will be described.
Example 1
The liquid crystal display element (VA mode) according to the first embodiment shown in FIG. 1 was produced by the following procedure.
First, a pixel electrode substrate 20 provided with a pixel electrode 22 made of ITO on a glass transparent substrate 21 and a transparent electrode substrate 30 provided with a transparent electrode 32 made of ITO on a glass transparent substrate 31 were prepared. . Subsequently, a vertical alignment film 40 having a thickness of 0.1 μm was formed on each of the pixel electrode substrate 20 and the transparent electrode substrate 30. Further, the pixel electrode substrate 20 and the transparent electrode substrate 30 are made to face each other so that the vertical alignment films 40 face each other, and then sealed with a sealing material via plastic beads so that the cell gap between these substrates becomes 4 μm. Thus, a cell was produced.
この後、セル内の間隙に残存する水分子を除去して、セル内に液晶を注入する。
水分子除去後、室温まで冷却されたセルを、液晶注入装置の真空槽内へ搬入する。液晶注入装置は、内部を減圧及び増圧可能とされた真空槽と、該真空槽内部を排気して減圧する真空ポンプと、真空槽を大気圧又は加圧状態にする装置と、液晶注入口が下向きとなるようにセルを保持した状態で上下方向に搬送可能な搬送手段とを備えるものである。
Thereafter, water molecules remaining in the gaps in the cell are removed, and liquid crystal is injected into the cell.
After removing water molecules, the cell cooled to room temperature is carried into the vacuum chamber of the liquid crystal injection device. A liquid crystal injection apparatus includes a vacuum chamber whose inside can be depressurized and increased, a vacuum pump that exhausts and depressurizes the inside of the vacuum chamber, a device that brings the vacuum chamber to atmospheric pressure or a pressurized state, and a liquid crystal injection port And a transporting means capable of transporting in a vertical direction while holding the cell so as to face downward.
液晶材料としては、負の誘電異方性を有すると共に室温でネマチック液晶相を示すアキラルな液晶分子５０ＡとしてＭＪ−９６１２１３（メルク社製）と、立体的形状の分子５０Ｂ１として前記化合物（１Ａ）とを含む液晶材料を用いた。
この際、前記化合物（１Ａ）の含有量は、液晶材料中において１重量％となるようにした。
Examples of the liquid crystal material include MJ-9621313 (manufactured by Merck) as an achiral liquid crystal molecule 50A having negative dielectric anisotropy and exhibiting a nematic liquid crystal phase at room temperature, and the compound (1A) as a three-dimensionally shaped molecule 50B1. A liquid crystal material containing was used.
At this time, the content of the compound (1A) was 1% by weight in the liquid crystal material.
次に、真空ポンプを作動させて真空槽内部を排気して所定の到達真空度まで減圧し、減圧状態を保持する。到達真空度及び真空保持時間は、セルのサイズ及びセル内の間隙等を考慮して適宜決定される。 Next, the vacuum pump is operated to evacuate the inside of the vacuum chamber and reduce the pressure to a predetermined ultimate vacuum, and the reduced pressure state is maintained. The ultimate vacuum and the vacuum holding time are appropriately determined in consideration of the cell size, the gap in the cell, and the like.
尚、真空槽内に搬入する注入用液晶材料には、液晶材料中の溶存ガス等を除去する目的で、予め脱泡処理を施しておいても良い。脱泡処理に際しては、先ず、例えば表面張力で所定量***する程度に、注入用液晶材料を液晶皿等の容器に滴下する。次に、脱泡処理を行うため、脱泡槽内を減圧して注入用液晶材料の脱泡処理を行う。 Note that the liquid crystal material for injection carried into the vacuum chamber may be subjected to defoaming treatment in advance for the purpose of removing dissolved gas and the like in the liquid crystal material. In the defoaming process, first, the liquid crystal material for injection is dropped into a container such as a liquid crystal dish so that the liquid crystal material is raised by a predetermined amount due to surface tension, for example. Next, in order to perform the defoaming process, the inside of the defoaming tank is depressurized to perform the defoaming process of the liquid crystal material for injection.
本実施例では、上述の脱泡処理の完了後、その注入用液晶材料を減圧状態で保持したまま、且つ、真空槽の減圧状態を解除することなく、セルの液晶注入口を注入用液晶材料へ接触させ、注入用液晶材料と液晶注入口とが充分に接触した状態をしばらく保持する。 In this embodiment, after completion of the above-described defoaming treatment, the liquid crystal material for injection is maintained in the reduced pressure state of the cell while the liquid crystal material for injection is held in a reduced pressure state and the reduced pressure state of the vacuum chamber is released. The liquid crystal material for injection and the liquid crystal inlet are kept in contact with each other for a while.
次に、真空槽内を徐々に増圧し、大気圧に戻す。この結果、セル内外での圧力差及び毛細管現象により、注入用液晶材料がセル内に注入される。 Next, the pressure in the vacuum chamber is gradually increased to return to atmospheric pressure. As a result, the liquid crystal material for injection is injected into the cell due to the pressure difference inside and outside the cell and capillary action.
セルの全体に注入用液晶材料が注入されたら、セルを真空槽外へ搬出する。そして、注入用液晶材料が注入されたセルをプレス機等により所望の圧力及び時間にて加圧する。次いで、液晶注入口から吹き出した液晶材料を拭き取った後に、液晶注入口を、例えば紫外線硬化樹脂等の封止材により封止する。
その後、偏光板１０をその吸収軸が直交するように、透明基板２１，３１の外側、即ち透明基板２１又は透明基板３１を介して垂直配向膜４０を形成した面と対向する位置に貼り付けた。以上により、透過型の液晶表示素子を作製した。
When the liquid crystal material for injection is injected into the entire cell, the cell is carried out of the vacuum chamber. The cell into which the liquid crystal material for injection is injected is pressurized with a press machine or the like at a desired pressure and time. Next, after the liquid crystal material blown from the liquid crystal injection port is wiped off, the liquid crystal injection port is sealed with a sealing material such as an ultraviolet curable resin.
Thereafter, the polarizing plate 10 was attached to the outside of the transparent substrates 21 and 31, that is, the position facing the surface on which the vertical alignment film 40 was formed via the transparent substrate 21 or the transparent substrate 31 so that the absorption axes thereof were orthogonal. . Thus, a transmissive liquid crystal display element was produced.
（実施例２）
実施例１の前記化合物（１Ａ）に換えて、前記化合物（２Ｂ）を用いた。この際、前記化合物（２Ｂ）に示した化合物の含有量は、液晶材料中において０．７重量％となるようにした。これ以外は実施例１と同様にして液晶表示素子を作製した。
(Example 2)
The compound (2B) was used in place of the compound (1A) of Example 1. At this time, the content of the compound shown in the compound (2B) was 0.7% by weight in the liquid crystal material. A liquid crystal display element was fabricated in the same manner as in Example 1 except for this.
（実施例３）
実施例１の前記化合物（１Ａ）に換えて、前記化合物（１Ｂ）を用いた。この際、前記化合物（１Ｂ）に示した化合物の含有量は、液晶材料中において０．１５重量％となるようにした。これ以外は実施例１と同様にして液晶表示素子を作製した。
(Example 3)
The compound (1B) was used in place of the compound (1A) of Example 1. At this time, the content of the compound shown in the compound (1B) was 0.15% by weight in the liquid crystal material. A liquid crystal display element was fabricated in the same manner as in Example 1 except for this.
（実施例４）
実施例１の前記化合物（１Ａ）に換えて、前記化合物（１Ｃ）を用いた。この際、前記化合物（１Ｃ）に示した化合物の含有量は、液晶材料中において０．１１重量％となるようにした。これ以外は実施例１と同様にして液晶表示素子を作製した。
Example 4
The compound (1C) was used in place of the compound (1A) of Example 1. At this time, the content of the compound shown in the compound (1C) was 0.11% by weight in the liquid crystal material. A liquid crystal display element was fabricated in the same manner as in Example 1 except for this.
（実施例５）
実施例１の前記化合物（１Ａ）に換えて、前記化合物（１Ｆ）を用いた。この際、前記化合物（１Ｆ）に示した化合物の含有量は、液晶材料中において０．１２重量％となるようにした。これ以外は実施例１と同様にして液晶表示素子を作製した。
(Example 5)
The compound (1F) was used in place of the compound (1A) of Example 1. At this time, the content of the compound shown in the compound (1F) was 0.12% by weight in the liquid crystal material. A liquid crystal display element was fabricated in the same manner as in Example 1 except for this.
（実施例６）
実施例１の前記化合物（１Ａ）に換えて、前記化合物（１Ｉ）を用いた。この際、前記化合物（１Ｉ）に示した化合物の含有量は、液晶材料中において０．１重量％となるようにした。これ以外は実施例１と同様にして液晶表示素子を作製した。
(Example 6)
The compound (1I) was used in place of the compound (1A) of Example 1. At this time, the content of the compound shown in the compound (1I) was 0.1% by weight in the liquid crystal material. A liquid crystal display element was fabricated in the same manner as in Example 1 except for this.
（実施例７）
実施例１の前記化合物（１Ａ）に換えて、前記化合物（２Ｉ）を用いた。この際、前記化合物（２Ｉ）に示した化合物の含有量は、液晶材料中において０．１重量％となるようにした。これ以外は実施例１と同様にして液晶表示素子を作製した。
(Example 7)
The compound (2I) was used in place of the compound (1A) of Example 1. At this time, the content of the compound shown in the compound (2I) was 0.1% by weight in the liquid crystal material. A liquid crystal display element was fabricated in the same manner as in Example 1 except for this.
（比較例１）
液晶材料に前記化合物（１Ａ）を含まない点を除き、実施例１と同様にして液晶表示素子を作製した。
(Comparative Example 1)
A liquid crystal display device was produced in the same manner as in Example 1 except that the liquid crystal material did not contain the compound (1A).
上記した実施例１〜７及び比較例１について、応答特性と、信頼性特性としての電圧保持率特性とを調べた。応答特性は、室温において閾値以上の駆動電圧を印加した状態から、駆動電圧無印加のときの液晶分子が配向し終わるまでの時間（応答時間）を測定した。電圧保持率特性は、６０度で閾値電圧以上の電圧を印加したときの１６．７ｍｓ後の電圧保持率を測定した。 With respect to Examples 1 to 7 and Comparative Example 1 described above, the response characteristics and the voltage holding ratio characteristics as reliability characteristics were examined. For the response characteristics, the time (response time) from the state in which a driving voltage equal to or higher than the threshold was applied at room temperature to the end of alignment of liquid crystal molecules when no driving voltage was applied was measured. For the voltage holding ratio characteristic, the voltage holding ratio after 16.7 ms when a voltage equal to or higher than the threshold voltage was applied at 60 degrees was measured.
応答時間を測定した結果、実施例１では７．６ｍ秒、実施例２では７．５ｍｓ、実施例３〜７では７．９ｍｓ、比較例１では８ｍｓとなった。即ち、実施例１〜７の液晶表示素子では、液晶層５０が、負の誘電異方性を有する液晶分子５０Ａに立体的形状の分子５０Ｂ１または平面的形状の分子５０Ｂ２を含むようにすることにより、応答特性の向上の効果が得られること確認された。尚、上記の液晶材料は、自発分極が０であり、常誘電体である。
また、電圧保持率は実施例１〜７、比較例１のいずれも９８％であった。つまり、構成元素が、Ｃ、Ｈ、Ｏ及びハロゲンのいずれかのみである立体的形状の分子５０Ｂ１または平面的形状の分子５０Ｂ２を液晶分子５０Ｂに添加しても電圧保持率に変化はなく、信頼性特性が悪化しないことが確認された。
As a result of measuring the response time, Example 1 was 7.6 msec, Example 2 was 7.5 ms, Examples 3 to 7 were 7.9 ms, and Comparative Example 1 was 8 ms. That is, in the liquid crystal display elements of Examples 1 to 7, the liquid crystal layer 50 includes the three-dimensionally shaped molecule 50B1 or the planarly shaped molecule 50B2 in the liquid crystal molecule 50A having negative dielectric anisotropy. It was confirmed that the effect of improving the response characteristics can be obtained. The above liquid crystal material has a spontaneous polarization of 0 and is a paraelectric material.
The voltage holding ratio was 98% in each of Examples 1 to 7 and Comparative Example 1. That is, even if the three-dimensionally shaped molecule 50B1 or the planarly shaped molecule 50B2 whose constituent element is only one of C, H, O, and halogen is added to the liquid crystal molecule 50B, the voltage holding ratio does not change, and the reliability It was confirmed that the sex characteristics do not deteriorate.
（参考例１）
実施例３の前記化合物（１Ｂ）の含有量を、液晶材料中において１１重量％となるようにした。これ以外は実施例３と同様にして液晶表示素子を作製した。
この参考例１の場合、約２５℃において凝集物が見られる場合があった。液晶表示素子において、表示領域に凝集物が存在すると画像表示上好ましくない。
(Reference Example 1)
The content of the compound (1B) in Example 3 was set to 11% by weight in the liquid crystal material. A liquid crystal display element was produced in the same manner as in Example 3 except for this.
In the case of the reference example 1, an aggregate was sometimes observed at about 25 ° C. In the liquid crystal display element, if aggregates are present in the display region, it is not preferable for image display.
以上、本発明の液晶材料、液晶表示素子及び液晶表示装置について、実施の形態及び実施例を挙げて説明をしたが、本発明はこれらにおいて説明した態様に限定されるものではない。即ち、本発明の効果を損なわない範囲で、液晶材料、液晶表示素子及び液晶表示装置の構成は自由に変更可能である。 Although the liquid crystal material, the liquid crystal display element, and the liquid crystal display device of the present invention have been described with reference to the embodiments and examples, the present invention is not limited to the embodiments described above. That is, the configurations of the liquid crystal material, the liquid crystal display element, and the liquid crystal display device can be freely changed within a range not impairing the effects of the present invention.
具体的には、例えば、上記実施の形態及び実施例では、ＶＡモードの液晶表示素子を使用したが、必ずしもこれに限られるものではなく、ＩＰＳモードやＴＮモードやＦＦＳモードなどにおいても同様の効果を得ることができる。 Specifically, for example, in the above-described embodiments and examples, the VA mode liquid crystal display element is used. However, the present invention is not necessarily limited to this, and the same effect can be obtained in the IPS mode, the TN mode, the FFS mode, and the like. Can be obtained.
また、上記実施の形態及び実施例では、本発明を透過型の液晶表示素子及び液晶表示装置に適用するようにしたが、必ずしもこれに限られるものではない。例えば、反射型の液晶表示素子及び液晶表示装置に適用することも可能である。これらの反射型の液晶表示素子及び液晶表示装置では、画素電極がアルミニウムなどの光反射性を有する電極材料により構成される。この場合、一方の基板にはＩＴＯなどの透明電極を形成し、もう一方の電極にはアルミニウムなどの光反射性を有し、光透過性の小さい材料により電極を形成する。この場合においても、透過型の液晶表示素子及び液晶表示装置と同様の効果を得ることができる。 In the above-described embodiments and examples, the present invention is applied to a transmissive liquid crystal display element and a liquid crystal display device, but is not necessarily limited thereto. For example, the present invention can be applied to a reflective liquid crystal display element and a liquid crystal display device. In these reflective liquid crystal display elements and liquid crystal display devices, the pixel electrode is made of an electrode material having light reflectivity such as aluminum. In this case, a transparent electrode such as ITO is formed on one substrate, and an electrode is formed on the other electrode using a material having light reflectivity such as aluminum and low light transmittance. Even in this case, the same effects as those of the transmissive liquid crystal display element and the liquid crystal display device can be obtained.
１０ 偏光板、２０ 画素電極基板、２１，３１ 透明基板、２２ 画素電極、３０ 透明電極基板、３２ 透明電極、４０ 垂直配向膜、５０ 液晶層、５０Ａ 液晶分子、５０Ｂ１ 立体的形状の分子、５０Ｂ２ 平面的形状の分子、６０ 表示領域、６１ ソースドライバ、６２ ゲートドライバ、６３ タイミングコントローラ、６４ 電源回路、７１ ソース線、７２ ゲート線 10 polarizing plate, 20 pixel electrode substrate, 21, 31 transparent substrate, 22 pixel electrode, 30 transparent electrode substrate, 32 transparent electrode, 40 vertical alignment film, 50 liquid crystal layer, 50A liquid crystal molecule, 50B1 three-dimensional molecule, 50B2 plane Molecule, 60 display area, 61 source driver, 62 gate driver, 63 timing controller, 64 power supply circuit, 71 source line, 72 gate line
Claims (5)
液晶材料。
Liquid crystal material.
請求項１に記載の液晶材料。 The compound (1A), the content of (1B), (1C), (1F), (1I), (2B) or (2I) is Ru der 0.1 wt% to 30 wt% or less
The liquid crystal material according to 請 Motomeko 1.
請求項１または２に記載の液晶材料。 Nematic liquid crystal phase is exhibited at 20 to 40 ° C
The liquid crystal material according to claim 1 or 2 .
液晶表示素子。 Comprises a pair of substrates facing each other, and an electrode and a liquid crystal layer provided between the pair of substrates, the liquid crystal layer, Ru is a liquid crystal material according to any one of claims 1 to 3
Liquid crystal display element.
液晶表示装置。 That it has a liquid crystal display device according to claim 4
Liquid crystal display device.
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