JP3529776B6 - グレートーン表示が改良されたｔｎセル - Google Patents

Description

本発明は電極および配向層付きの２種の基体間で正の誘電異方性および実質的に90゜のねじれ角を有するネマチック性の液晶を電極層と配向層付きの基体間に含有するTNセルに関し、ただし基体板の間隔ｄおよび液晶の光学異方性Δｎの積が0.15および0.70μｍ間にある。
DE30 22 818に記載されているこのタイプのセルはコントラストの好ましい視角依存性に特徴があり、アクチブマトリックスでアドレスされている高いインフォメーションディスプレイにあっては特に一般的に有力になっている。
しかしながら、そのようなセルにおいても、グレートーン（中間調）を表示するときに、逆コントラストと名付けられている好ましくない効果が観測されることがあった。このことは取りも直さず、比較的高い電圧を印加した当初にコントラストが増加した後、再び減少することを意味している。図１は90゜のねじれ角度およびｄ＝5.94μｍのセル間隔であって、以下の液晶混合物LC Ｉを含有するTNセルについて種々の視角θでの特性線を示している。
5.0％ ４−（トランス−４−ペンチルシクロヘキシル）−１−フルオロベンゼン；
5.0％ ４−（トランス−４−ヘプチルシクロヘキシル）−１−フルオロベンゼン；
8.0％ ４−［トランス−４−（トランス−４−エチルシクロヘキシル）シクロヘキシル］−１−トリフルオロメトキシベンゼン；
9.0％ ４−［トランス−４−（トランス−４−プロピルシクロヘキシル）シクロヘキシル］−１−トリフルオロメトキシベンゼン；
9.0％ ４−［トランス−４−（トランス−４−ペンチルシクロヘキシル）シクロヘキシル］−１−トリフルオロメトキシベンゼン；
11.0％ １−［トランス−４−（トランス−４−プロピルシクロヘキシル）シクロヘキシル］−２−（3,4−ジフルオロフェニル）エタン；
11.0％ １−［トランス−４−（トランス−４−ペンチルシクロヘキシル）シクロヘキシル］−２−（3,4−ジフルオロフェニル）エタン；
5.0％ 2,6−ジフルオロ−４−（トランス−４−プロピルシクロヘキシル）−3',4'−ジフロロビフェニル；
4.0％ 2,6−ジフルオロ−４−（トランス−４−ペンチルシクロヘキシル）−3',4'−ジフロロビフェニル；
8.0％ ４−［トランス−４−（トランス−４−プロピルシクロヘキシル）シクロヘキシル］−2,6−ジフルオロ−１−ジフルオロメトキシベンゼン；
14.0％ ４−［トランス−４−（トランス−４−ペンチルシクロヘキシル）シクロヘキシル］−2,6−ジフルオロ−１−ジフルオロメトキシベンゼン；
6,0％ ４−トリフルオロメトキシフェニル トランス−４−（トランス−４−プロピルシクロヘキシル）−シクロヘキシルカルボキシレート；
6,0％ ４−トリフルオロメトキシフェニル トランス−４−（トランス−４−ペンチルシクロヘキシル）−シクロヘキシルカルボキシレート。
液晶混合物LC Ｉは以下のような特性を示す：
透明点 Ｎ 103℃ Ｉ
粘性 η（20℃）＝21mm² s^-1
誘電異方性 Δε（20℃、1kHz）＝6.9
光学異方性 Δｎ（20℃、589nm）＝0.0848
セルの光路差はｄ・Δｎ＝0.50μｍである。セルは両面に線型偏光子を有し、その吸収軸はお互いに90゜回転しており、前面偏光子および分子の優先方向は基体に90゜の角をなしている。偏光子が分子の優先配向を平行に配列しているならば、類似の結果が得られる。互いに90゜回転している偏光子の場合には、アドレス状態では（正のコントラストモードとして知られている）セルは暗くなる。逆に、互いに平行に配列している偏光子を持つセルはアドレスされてない状態では暗く、さらにアドレスされた状態では（負のコントラストモードとして知られている）明るくなる。
図２は視角θの定義を示している。ディスプレイを上から斜めに観察した場合には、θは＜０であり、したがって下からの斜めの観察した場合には、θは＞０である。視角依存性の特性化には第二の角度Фを必要とし、この角はθ＝０゜に直角の面内にあり、しかも０−360゜の間で変動する。Фは観測角度として以下に引用されている。
図１は種々の視角について印加電圧の関数として上記のセルの相対コントラストを示している。100％の相対コントラストは光学測定装置中で（ハロゲン）ランプをスィッチオンおよびオフしたときに、透過が液晶なしで測定されたときに得られる。電圧軸に関して電気光学特性線の位置は電圧値V_x,_y,_zを使用して記載されている。その際ｘ％のコントラストがｙ゜の視角θおよびｚ℃の温度で観測される。V₁₀,₀,₂₀は閾値電圧としてよく知られており、V₉₀,₀,₂₀は飽和電圧としてよく知られている。
図１から明らかなことは、電圧軸に関して電気光学特性線の位置と形状が視角θが変化するとともに変化することである。ディスプレイが下から斜めの、例えばθ≒10゜の観察で最もよいコントラストが得られるように調整されている場合に、視角θをある特定の固定電圧、例えばV₉₀,₀,₂₀において変化させたとき、相対コントラストＣの減少が観測される。すなわちディスプレイはθ＜０では、すなわち上方斜めから見たときには、より明るくなる。θ＞０、すなわち下方斜めから見たときには、まずコントラストＣの増加が観測され、すなわちV₉₀,₀,₂₀で定義されている灰色調がより暗くなる。さらに視角を増加させると、灰色調が再びより明るくなり、小さい視角θの場合に観測されたコントラストよりさらに低下する。この現象は逆コントラストとして知られており、ディスプレイの観測中の重大な厄介物であることが明らかになっている。黒／白ディスプレイを斜め下から観察するときに（θ＞０゜）、視角を増大していったときに（典型的にはθ〜30゜）、比較的小さい正のθの場合には暗灰色であるディスプレイ中の部分が黒色になり、一方比較的小さい正のθの場合に黒色である部分が大きな正のθの場合に暗灰色になって現れる。カラーディスプレイの場合には、その効果は一部分の色が交換するような原因となる。逆コントラストの強さのグラフ上の測定は、大きな視覚θ（例えばθ＝45゜）における電気光学特性線において、初めて最大コントラストに到達した後に観察されるコントラストの下降の程度である（図１では概ねθ＝45゜において1.8および2.7間の電気光学特性線の部分）。
グレートーンを表示するためには、セルは特性線上の上昇領域にアドレスされ、例えば、V₅₀,₀,₂₀、V₆₀,₀,₂₀、V₉₀,₀,₂₀等で観測される相対コントラスト値Ｃは異なったグレートーンに一致している。逆コントラストの現象を解明するために、図３では２種の異なった電圧V₉₀,₁₀,₂₀±100mVで測定したコントラスト値から逆コントラストを視角θおよび観測角度Фの関数として等コントラストダイアグラムの中で示している。比ａ＝Ｃ（V₉₀,₁₀,_RT＋100mV）/C（V₉₀,₁₀,_RT−100mV）が＞１であるならば、コントラストの増加は電圧が増大したときに観測され、灰色調がしたがって暗くなっている（通常コントラスト）。コントラストによってこの比が１より小さいならば、電圧の上昇とともにコントラストは減少し、灰色調はより明るくなる（逆コントラスト）。図３では0.9＜ａ≦１である部分が薄い灰色に塗られており、0.8＜ａ≦0.9である部分は暗い灰色に塗られており、ａ≦0.8である部分は黒色に塗られている。セルを斜め下から観察すると、通常のTNセルについては逆コントラストを有する大きな領域が生ずることがわかるのである。
本発明は、逆コントラストの現象が従来のセルの中よりも顕著ではないというTNセルを製造することを目的としている。本発明のその他の目的はこれ以上の説明がなくても以下の詳細な記載から当業者には自明のことである。
本発明によるTNセルの製造によってこれらの目的を達成したことを見出したのである。
したがって、本発明は電極および配向層付きの２枚の基体間で正の誘電異方性および実質的に90゜であるねじれ角度を有するネマチック性の液晶を含有するTNセルに関し、ただし基体板の間隔ｄおよび液晶の光学異方性Δｎの積が0.15および0.70μｍ間にあり、その特徴とするところはその液晶がグレートーン（中間調）の表示性能を改善するために、ドーピング成分を含有しており、その結果セルは基体板間の間隔ｄおよび液晶の未撹乱状態のピッチ（自然ピッチ）ｐの比の値が0.1≦d/p≦0.5である値を有している。
本発明によるTNセルの構造は通常のTNセルの構造に対応している。液晶層は枠と一緒にセルを構成している２枚の基体あるいは外側板間に存在する。
例えば、薄い平板なおよび透明なインジウム／錫酸化物（ITO）あるいはインジウム酸化物（In₂O₃）層からなる電極層は基体の内部に存在する。システムがカラー再現の能力があるならば、２枚の基体の少なくとも１枚は有機カラー素材を含有する別な層を持っているか、あるいはセルは着色光で照射されている。
液晶と接触しており、しかも液晶分子の実質的に平面的なエッジ配向を起こしている配向層はセルの内側に存在している。ここでは液晶分子はある種のプレチルトαを有し、一般的には０゜≦α≦10゜（低傾斜配向）である。比較的低いプレチルトの平面配向層を製造するためには、ポリマー層、例えばポリイミドあるいはポリビニルアルコール層が通常使用されており、摩擦することによって、場合によっては同時に加圧することによって優先配向をさせるのである。
例えば補償層および絶縁層のようなその他の層を電極および配向層間に配置してもよい。
配向層が引き起こした前面および後方基体板中の平面内にネマチック性の方向指示の優先方向は一般的にはお互いに実質的に90゜回転しており、これが液晶層のねじれ構造を生成している。実質的に90゜であるという用語はここでは広い意味の用語と理解すべきであり、ねじれ角β＝90゜±30、特にβ＝90゜±15を有するTNセルを包含する。
１種またはそれ以上の光学活性ドープからなるドーピング成分は逆ねじれ領域の生成を防止するために頻繁に液晶混合物に添加され、そのことはE.P.レインズ（Raynes）著、エレクトロン レター（Electron.Lett.）10（1974）141に記載されている通りである。しかしながら、ドーピング成分の濃度およびHTPはセル厚さと使用した液晶混合物のピッチの比が小さくなるように、しかも典型的にはd/pが＜0.1であるように、特に＜0.05であるよに選択されていた。ただしHTPはドーピングについて
HTP＝1/（ｐ・ｃ）
と定義されており、
ここではｐはμｍで表示した未撹乱状態のピッチ（自然ピッチ）であり、ｃは％で表示したドーピングの濃度である。
そこでさらに広範囲の実験検討の結果、
＊もし、0.15μｍ≦ｄ・Δｎ≦0.70μｍになるように液晶混合物を選択し、さらに
＊もし１種またはそれ以上のドープ剤からなり、しかもTNセルが0.1≦d/p≦0.5になるような未撹乱状態のd/p値を有するように、濃度およびHTPを有するドーピング成分が液晶混合物に添加するならば、
コントラストの視角依存性が低く、かつグレートーン（灰色色調）表示が改善されたTNセルが得られることが見出された。
今までおよび今後d/p値は、例えば表面配向なしのくさびセル中に起こるような未撹乱状態でのd/p値である。
例えば0.1≦d/p≦0.5である未撹乱状態のドーピングについて、90゜のねじれ角度を有しているTNセルでは、配向層によってお互いに90゜回転しているネマチック性の方向指示の優先方向は前面および後方基体板の平面内に強制されており、その結果TNセルの実際のあるいは撹乱状態のd/p値は常にd/p＝0.25である。ドーピングのレベルが高く、その結果未撹乱状態のd/p値が0.5以上になるように選択されているならば、270゜のねじれ角がこのような境界条件付きでTNセル中に形成され、すなわち撹乱状態のd/p値0.75を有するSTNセルが生ずる。
対照的に以上および以下に示したd/p値は境界条件を守っていない場合に得られた未撹乱状態あるいは計算によるd/p値である。
図４および５は、図１に記載したTNセルに実質的に対応するTNセルの電気光学特性線を示しており、ただし異なっているところは、図１ではTNセル中に存在する液晶混合物はドーピングされていない状態（d/p＝０）であり、一方、図４および図５では、下の表に示す量のドープＳ−811（E.メルク（Merck）ダルムシュタット（Darmstadt）の市販品）：

が添加されている。

上記の液晶混合物LC Ｉは図１、４および５からの各TNセル中に使用されている。
図１と図４および５と比較すると、明らかに示されていることは逆コントラストの効果がd/pの増加とともに顕著に減少していることである。最初のコントラスト最大を通過した後の電気光学特性線中の最小の深さ（これが逆コントラストの強さの可視的な尺度である）が、本発明によるTNセルであるd/p＝0.2および特にd/p＝0.4では、従来のd/p≒０よりも著しく顕著でなくなる。
図６および7aは図４および５に記載したTNセルについて図３に対応する等コントラストダイアグラムを示している。V₉₀,₁₀,₂₀±100mV（図６、d/p＝0.20）あるいはV₉₀,₁₀,₂₀±100mV（図7a、d/p＝0.40）におけるコントラスト値の比ａをぞれぞれの場合にプロットした。電圧を変化させたときに（0.9＜ａ≦１、淡い灰色マーク、0.8＜ａ≦0.9、暗い灰色マーク、ａ≦0.8、黒色マーク）コントラストの逆転が観測された領域が有意に小さくなっていることが見出された。
図7bは図５（LC Ｉ、d/p＝0.40）において記載されたTNセルの等コントラストダイアグラムを示しており、ただし、V₉₀,₁₀,₂₀±117mVにおけるコントラスト値の比ａがプロットされている。図１でドープしていないシステムについてV₉₀,₁₀,₂₀より100mV上から100mV下までに電圧を変化したことによって得られるコントラストと同じ相対的な（目に見える）変化が、図５のドーピングしたシステムについては、V₉₀,₁₀,₂₀より17mV上から117mV下までに電圧を変化したことによって達成される。
｛V₉₀/V₁₀（d/p＝０）｝／｛V₉₀/V₁₀（d/p＝0.4）｝×100mV＝117mV

電圧の大きな変化がドーピングしたシステムにおいては必要であって、その理由はその増加の上の領域において電気光学特性線が低い勾配を持っているためである。
図３および7bの比較が示していることは、本発明によるTNセルはたとえセルが同一の可視的なコントラストを示す条件下で操作されていても、逆コントラストを示す角度領域が、在来のTNセルよりも有意に小さいということである。
図10aは在来のドーピングされていないTNセル、しかも90゜のねじれ角度およびｄ＝4.72μｍのセル間隔を有し、液晶混合物LC Ｉを含有しているTNセルについての種々の視角θについて電気光学特性線を示しており、ｄ・Δｎ＝0.4μｍである。図10bはこのセルの等コントラストダイアグラムを示しており、V₉₀,₁₀,₂₀±100mVにおけるコントラスト値の比ａがプロットされているのである。
図11aは本発明によるTNセルの種々の視角θについての電気光学特性線を示しており、ただしd/p＝0.49（ねじれ角度90゜、ｄ＝4.72μｍ、ドーピングＳ−811 0.86％が添加されている液晶混合物LC Ｉ）および図11bはこのセルの等コントラストダイアグラムを示しており、V₉₀,₁₀,₂₀±100mVにおけるコントラスト値の比ａがプロットされているのである。
図10aおよび10bあるいは図11aおよび11bを比較するならば、逆コントラストの顕著な減少を示しており、本発明によるTNセルの場合にグレートーン表示能力の増加を示している。
しかしながら、未撹乱状態のd/p値は本発明によりセル中では無限に高くは選択できない。配向層によって引き起こされているネマチック方向指示の優先方向が２枚の基体のところで実質的にはお互いに直角であるならば、未撹乱状態のd/p値は0.5より大きな値を選択することはできない。その理由はそうでなければβ＝270゜というねじれ角が生ずるからである。
他方、逆コントラストの十分な減少を得るためには未撹乱状態のd/p値は0.10より小さな値を選択することができなく、特に、0.15およびさらに特に0.20より小さな値を選択することはできない。0.10≦d/p≦0.50の範囲内の、あるいは0.15あるいは0.20≦d/p≦0.50という好ましい間隔中のd/p作業点の選択は以下の２種類の効果の影響を受ける。
（１）図１、４および５の比較が示していることは電気光学特性線が高電圧側にシフトしていることである。このことは特に次の表から特に明らかである。すなわちこの表は図１に示したTNセルに対応するTNセルについて、d/p値を０と0.5の間で変化させたときの、V₁₀,₁₀,₂₀、V₅₀,₁₀,₂₀およびV₉₀,₁₀,₂₀電圧を示している。

d/p値が増大するにつれて全ての特性電圧、すなわち例えば閾電圧V₁₀,₁₀,₂₀が大きくなり、このことは比較的高い閾電圧は一般にさらに複雑な、さらに高価な駆動力を要求するので、不利である。特殊な場合になお許されるd/p値はかくして基本的には使用予定の駆動力エレクトロニクスの仕様によって決定されるのである。
（２）図８ではパラメーターとしての種々の温度Ｔにおける相対勾配

および

をd/p値から離れて図１に記載したセルに対応するTNセルd/p値の関数としてプロットした。
Ｖ_50/10が実際上一定であるにも関わらず、Ｖ_90/10値はd/p値が増大するにつれて、増大する。Ｖ_90/10の増加は特性線が上昇の上の部分でフラットになることを示しており、すなわち、最初のコントラストマキシマムに達する前にフラットになることを意味しており、このことは重要な暗灰色領域（正のコントラストモードのTNセル、直交偏光）においてより多いグレートーン（中間調）の表示を可能にするので、好ましい。
当業者は、逆コントラストの効果の抑制および特性線上の領域中の勾配の減少が、できるだけ大きくなるように、しかし、閾電圧および飽和電圧を増大することが予定の駆動用エレクトロニクスを使用することを不可能にしないように、各々の場合に表記のd/p範囲からd/p値を選択することができる。この最適化は当業者が少しの実験でインベンチブステップの必要性もなく、実行できる。範囲0.25≦d/p≦0.50、特に0.35＜d/p≦0.50が好ましい。
従来、
＊ 0.1より小さくないd/p値を有し、
＊ 0.15μｍ≦ｄ・Δｎ≦0.70μｍの光路差を有するTNセルは文献には記載されていない。
JP195,221/1982は液晶混合物が0.15＜d/p＜0.35、特にd/p〜0.25になるように光学活性化合物でドーピングするようなTNセルを提案している。液晶層の光学光路差は記載されておらず、唯一の実施例にはｄ・Δｎ＝1.3μｍと記載されている。光学活性化合物を液晶層中の非配向状態を抑制するために添加されており、この非配向状態は不完全な配向層から生起している可能性がある。TNセルの電気光学特性の改善、特にコントラストの低視角依存性と、逆コントラストの効果の実質的な抑制による暗灰色領域における増大したグレートーン表示性能との両方の解決は検討されてない。加えて、JP195,221/1982が新規に教えるところはその液晶混合物が

（ただし、この式の中ではR'およびR''はCN、アルキル、アルコキシ、アルカノイルオキシあるいはアルコキシカルボニルオキシである。）
タイプの液晶混合物を高い割合で含有するようなTNセルに限定しており、実施例では液晶混合物中のこのタイプの化合物の割合は約2/3（液晶混合物ZLI−1565,E.メルク、ダルムシュタットの市販品）である。
US4,143,947はねじれセルの応答時間の改善方法を提案しており、応答時間を減少するために、その液晶混合物をドーピングし、さらにその液晶混合物は0.25＜d/p＜１のd/p値を有している。この条件はTNセルおよびSTNセル両者をカバーし、その内の後者は完全に異なった電気光学特性の特徴（電気光学特性線の急勾配、したがって低いグレートーン表示能力、コントラストの低い視角依存性、干渉色等）を有している。光学異方性は詳細には検討されてなく、１実施例中でｄ・Δｎ＝2.81μｍ（ｄ＝12.5μｍ、混合物E7の複屈折Δｎ＝0.225、E7は英国メルク社の市販品）である。
本発明の技術上の教示、すなわち
＊ グレートーン（中間調）表示能力の増大および
＊ 逆コントラストの抑制
ただし
＊ 許容できないほどに高い閾電圧にすることなく、
という教示を利用するに際して、達成可能な有利な点を実質的にできる限り達成するためには、当業者は、好ましくは、液晶混合物がドーピング成分の添加前に低い閾電圧を持つように液晶混合物を選択する。
１実施例として、図９では、θ＝０゜と45゜における電気光学特性線を、図１に示したTNセル（細い実線と破線）と、さらに対応するTNセル（太い実線と破線）とについて比較している。ただし図１のTNセル中（細い実線と破線）では液晶混合物LC Ｉが使用され、一方太い実線と破線では以下の組成を有するLC IIが使用されている。
4.0％ ４−（トランス−４−ペンチルシクロヘキシル）−１−ベンゼン；
9.0％ ４−［トランス−４−（トランス−４−エチルシクロヘキシル）シクロヘキシル］−１−トリフルオロメトキシベンゼン；
9.0％ ４−［トランス−４−（トランス−４−プロピルシクロヘキシル）シクロヘキシル］−１−トリフルオロメトキシベンゼン；
9.0％ ４−［トランス−４−（トランス−４−ペンチルシクロヘキシル）シクロヘキシル］−１−トリフルオロメトキシベンゼン；
7.0％ 2,6−ジフルオロ−４−（トランス−４−エチルシクロヘキシル）−3',4'−ジフルオロビフェニル；
7.0％ 2,6−ジフルオロ−４−（トランス−４−プロピルシクロヘキシル）−3',4'−ジフルオロビフェニル；
8.0％ 2,6−ジフルオロ−４−（トランス−４−ペンチルシクロヘキシル）−3',4'−ジフルオロビフェニル；
16.0％ ４−［トランス−４−（トランス−４−エチルシクロヘキシル）シクロヘキシル］−１−ジフルオロメトキシベンゼン；
14.0％ ４−［トランス−４−（トランス−４−プロピルシクロヘキシル）シクロヘキシル］−１−ジフルオロメトキシベンゼン；
17.0％ ４−［トランス−４−（トランス−４−ペンチルシクロヘキシル）シクロヘキシル］−１−ジフルオロメトキシベンゼン。
LC IIはＳ−811の添加によってドーピングされており、その結果d/p＝0.49（Ｓ−811の濃度:0.63％）である。ドーピングされていない液晶混合物IIは以下の特性を持っている：
透明点 Ｎ 85℃ Ｉ
誘電異方性 Δε（1kHz、20℃）＝9.4
光学異方性 Δｎ（589nm、20℃）＝0.0911
許容できるd/p範囲の上限に近い極めて高いドーピングレベルのために、θ＝45℃でのドーピングされたTNセルの電気光学特性線のミニマムが実質的には消失していることが認められる。ドーピングされたTNセルの電気光学特性線の勾配は上の領域では比較的小さく、この領域では高いグレートーン（中間調）表示能力を示している。図９の中で特徴づけているTNセルは両視角θ＝０およびθ＝45℃についてほぼ同一の閾電圧を有している。このことはドーピングされたTNセルのドーピングされていない出発液晶混合物LC IIは、ドーピングされていないTNセルの液晶混合物LC Ｉよりも顕著に低い閾電圧を有しているという事実によって達成された。
多くの実験検討の中で、液晶混合物が式Ｉの１種またはそれ以上の化合物を含有しているようなこのタイプの新規なTNセルは極めて特に好ましいことが見出された。

（式中、Ｒはアルキル基であって、隣接していないCH₂基の１つまたは２つは、−Ｏ−、−CO−、−COO−、−OCO−または−CH＝CH−で置換されていてもよく、

は、互いに独立して、トランス−1,4−シクロヘキシレン、1,4−フェニレン、２−フルオロ−1,4−フェニレン、３−フルオロ−1,4−フェニレン、2,3−ジフルオロ−1,4−フェニレンまたは3,5−ジフルオロ−1,4−フェニレンを表し、その際

の１つは、ピリミジン−2,5−ジイル、ピリジン−2,5−ジイルまたはトランス−1,4−ジオキサン−2,5−ジイルを表してもよく、
Z¹およびZ²は、互いに独立して、単結合、−CH₂CH₂−、−COO−、−OCO−または−Ｃ≡Ｃ−であり、
X¹、X²およびX³は、互いに独立してＨまたはＦであり、
Ｑは、CF₂、OCF₂、C₂F₄、OC₂F₄または単結合であり、
Ｙは、Ｈ、ＦまたはClであり、
ｎは、０、１または２である。）
液晶混合物が１種あるいはそれ以上の式Ｉの化合物を50％以上、しかも特に75％より多く含有しているような本発明によるTNセルは本発明によるTNセルのその他の利点に加えて、高いHRを持ち、およびしたがって特にアクチブマトリックスアドレッシングには適している。
式Ｉの液晶化合物は公知であり、またSFM（スーパー弗素化素材、superflourinated materials）としても公知であり、例えばホウベン−ヴァイル著、有機化学の方法、シュツットガルトで当業者に明らかなように自身公知の方法で合成することができる。
ドーピング成分は１種またはそれ以上のキラル化合物を含有していてもよく、ドーピングをさらに添加してもよくおよび／または液晶混合物の化合物もまたキラルであることもできる。
１種より多い例えば２種のキラル化合物が使用されたならば、得られた全ピッチｐの逆数が個々の化合物の寄与の一次結合によって示されることが明らかになった。例えば
1/p＝HTP₁c₁＋HTP₂c₂、
ここで指数は２種の異なった化合物を示している。
試験混合物として使用した液晶混合物ZLI−1132（E.メルク ドイツの市販品）の中で
|HTP （20℃）｜≧10μm^-1
のHTP値を持つキラル化合物が好ましい。
ドーピング成分は好ましくは10種より多くない、特に５より多くない、特に好ましくは１〜３種のキラル化合物を含有している。
本発明によるTNセルが実質的に温度依存性がない電気光学パラメーターおよび特に実質的に温度依存性のない閾電圧を持っているようにドーピング成分を好ましく選択する。このことについて、２種の妥当なドーピングからなるドーピング成分は例えばDE28 27 471で提案されており、一方DE33 33 677およびDE35 23 185に記載されているドーピングが単独のドーピングだけを使用したときでさえ電気光学パラメーターの低い温度依存性を有するTNセルにするのである。
式IIのキラルドーピング
R¹−CO−Ｏ−CHR⁰−CH₂−Ｏ−OC−R² II
が好ましい、
ただし、式中、R¹およびR²は、互いに独立して
−（A³−Z³）_ｍ−（A⁴）_ｏ−Ｖ 基
を表す。
ただし、
A³およびA⁴は、互いに独立して1,4−フェニレン、ピリミジン−2,5−ジイル、1,4−シクロヘキシレン、1,3−ジオキサン−2,5−ジイル、1,4−ジチアン−2,5−ジイルまたは1,4−ビシクロ−（2,2,2）オクチレン基を表し、その際これらの基はＦ、Cl、Br、CNおよび／または隣接していない１個または２個のCH₂基がＯ原子で置換されていてもよい炭素数12個までのアルキル基でモノ置換またはポリ置換されていてもよく、
Z³は、−CO−Ｏ−、−Ｏ−CO−、−CH₂CH₂−、−OCH₂−、−CH₂O−、−CH＝Ｎ−、−Ｎ＝CH−、−Ｎ＝Ｎ−、−Ｎ（Ｏ）＝Ｎ−または単結合であり、
ｍおよびｏは、それぞれ独立して、０、１または２であり、
Ｖは、隣接していない１個または２個のCH₂基がＯ原子で置換されていてもよい炭素数12個までの直鎖または分岐アルキル基であり、ただし、ｏが１または２であるときは、Ｖは、Ｆ、Cl、BrまたはCNであってもよい。
R⁰は、１〜５個の炭素原子を有するアルキル基、または置換もしくは無置換の（C₆−C₁₈）アリールもしくは（C₅−C₁₂）シクロアルキルである。
式IIの特に好ましい化合物およびその合成方法はDE35 23 185に詳しく記載されている。
キラルドーピングは１あるいはそれ以上のキラリティー中心を持っている。少なくとも１種のキラルドーピングが２個のキラリティー中心を持っているようなドーピング成分が好ましい。構造単位IIを含有するキラル成分が特に好ましい。

ただし、Ｓは互いに独立に、１〜５個の炭素原子を有するアルキルあるいはアルコキシ基、CNあるいはハロゲンであり、
Ｔは互いに独立に、−Ｏ−、−COO−、−OOC−、−CH₂CH₂−または単結合であり、
Ａは、

または

である。
Ａは好ましくは、

であり、特に

が好ましい。
Ｓは好ましくはCH₃−、CH₃−CH₂、ClまたはCNであり、特に好ましくはCH₃−、ClまたはCNである。
本発明によるTNセルは改善なった電気光学特性では傑出しており、さらに特にコントラストの高い視角非依存性、減少した逆コントラストおよび改善なったグレートーン表示能力では傑出している。本発明によるTNセルは光学部品を内蔵する光学機器におよび／または光学部品を内蔵する電子装置に使用可能である。本発明によるTNセルは特にTVセット中の、ビデオ装置中の、あるいは娯楽電子機器中のディスプレイとして、コンピュータースクリーンとしておよびさらにマルチメディア再生装置あるいは交通ガイダンスシステムおよび極めて広範囲なディスプレイ用途に使用することが可能である。本発明によるTNセルは特に正確なグレートーン表示を要求する用途に使用することが可能であって、１つの例としてコンピューター用ディスプレイとしての使用が挙げられる。

Claims (10)

1. 電極および配向層付きの２枚の基体間に正の誘電異方性を有するネマチック液晶組成物を含有し、実質的に90゜であるねじれ角度を有するTNセルであって、
   前記基体板間の間隔ｄおよび前記液晶組成物の光学異方性Δｎの積ｄ・Δｎが0.15〜0.70μｍの間にあり、
   前記液晶組成物が、グレートーンの表示能力を改善するためにドーピング成分を、基体板間の間隔ｄおよび液晶のピッチｐの未撹乱状態の比d/pが、
   0.35＜d/p≦0.5
   となるように含有し、その際、下記条件（１）および（２）：
   （１）下記の一般式Ｉで表される化合物の少なくとも１種以上含むこと
   （２）ドーピング成分として、下記の一般式IIで表されるキラル化合物、下記Ｓ−811で示されるキラル化合物およびそれらの鏡像体からなる群より選ばれる少なくとも１種の化合物を含むこと
   の少なくとも一方の条件を満足することを特徴とするTNセル。
   

   

   （式中、Ｒは、アルキル基であって、隣接していないCH₂基の１つまたは２つは、−Ｏ−、−CO−、−COO−、−OCO−または−CH＝CH−で置換されていてもよく、
   

   

   は、互いに独立して、トランス−1,4−シクロヘキシレン、1,4−フェニレン、２−フルオロ−1,4−フェニレン、３−フルオロ−1,4−フェニレン、2,3−ジフルオロ−1,4−フェニレンまたは3,5−ジフルオロ−1,4−フェニレンを表し、その際
   

   

   の１つは、ピリミジン−2,5−ジイル、ピリジン−2,5−ジイルまたはトランス−1,4−ジオキサン−2,5−ジイルを表してもよく、
   Z¹およびZ²は、互いに独立して、単結合、−CH₂CH₂−、−COO−、−OCO−または−Ｃ≡Ｃ−であり、
   X¹、X²およびX³は、互いに独立してＨまたはＦであり、
   Ｑは、CF₂、OCF₂、C₂F₄、OC₂F₄または単結合であり、
   Ｙは、Ｈ、ＦまたはClであり、
   ｎは、０、１または２である。）
   R¹−CO−Ｏ−CHR⁰−CH₂−Ｏ−OC−R² II
   （式中、R¹およびR²は、互いに独立して
   −（A³−Z³）_ｍ−（A⁴）_ｏ−Ｖ 基
   を表す。ただし、
   A³およびA⁴は、互いに独立して1,4−フェニレン、ピリミジン−2,5−ジイル、1,4−シクロヘキシレン、1,3−ジオキサン−2,5−ジイル、1,4−ジチアン−2,5−ジイルまたは1,4−ビシクロ−（2,2,2）オクチレン基を表し、その際これらの基はＦ、Cl、Br、CNおよび／または隣接していない１個または２個のCH₂基かＯ原子で置換されていてもよい炭素数12個までのアルキル基でモノ置換またはポリ置換されていてもよく、
   Z³は、−CO−Ｏ−、−Ｏ−CO−、−CH₂CH₂−、−OCH₂−、−CH₂O−、−CH＝Ｎ−、−Ｎ＝CH−、−Ｎ＝Ｎ−、−Ｎ（Ｏ）＝Ｎ−または単結合であり、
   ｍおよびｏは、それぞれ独立して、０、１または２であり、
   Ｖは、隣接していない１個または２個のCH₂基がＯ原子で置換されていてもよい炭素数12個までの直鎖または分岐アルキル基であり、ただし、ｏが１または２であるときには、ＶはＦ、Cl、BrまたはCNであってもよい。
   R⁰は、１〜５個の炭素原子を有するアルキル基、または置換もしくは無置換の（C₆−C₁₈）アリールもしくは（C₅−C₁₂）シクロアルキルである。）
   

   
2. 上記条件（１）を満足する請求項１記載のTNセル。
3. 上記条件（２）を満足する請求項１記載のTNセル。
4. 上記条件（１）および（２）の両方を満足する請求項１記載のTNセル。
5. 前記液晶組成物が、前記一般式Ｉで表される化合物の少なくとも１種以上を、50％以上含有することを特徴とする請求項２または４記載のTNセル。
6. 比d/pが、0.40≦d/pを満足する請求項１〜５のいずれかに記載のTNセル。
7. 比d/pが、d/p≦0.49を満足する請求項１〜６のいずれかに記載のTNセル。
8. しきい電圧の温度依存性が、ドーピング成分を添加しない場合に比べて低くなるようにドーピング成分を選択することを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のTNセル。
9. TVセットもしくはビデオ装置のディスプレイ、コンピュータースクリーン、マルチメディア再生装置のディスプレイ、交通ガイダンスシステム用ディスプレイ、光学部品を内蔵する光学装置もしくは電子装置のディスプレイとして用いられる請求項１〜８のいずれかに記載のTNセル。
10. 請求項１〜８のいずれかに記載のTNセルを用いた表示装置。

Images