JP3723590B2 - 高多重スーパーツイスト液晶ディスプレイ - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は極めて短いスイッチングタイムを有し、かつ良好な急峻性および角度依存性を有する高多重スーパーツイスト液晶ディスプレイ（ＳＦＡｓ）およびそのなかに使用される新規なネマチック液晶混合物に関する。
【０００２】
【従来の技術】
冒頭のＳＦＡｓは、例えばＥＰ ０，１３１，２１６ Ｂ１、ＤＥ ３，４２３，９９３Ａ１、ＥＰ ０，０９８，０７０Ａ２から、またＭ．シャット（ＳｃｈａｄｔおよびＦ．レーンハウツ（Ｌｅｅｎｈｏｕｔｓ）：液晶に関する第１７回フライブルク（Ｆｒｅｉｂｕｒｇ）会議（１９８７年４月８−１０日）、Ｋ．カワサキ（Ｋａｗａｓａｋｉ）等、ＳＩＤ８７ダイジェスト３９１（６月２０日）、Ｍ．シャットおよびＦ．レーンハウツ：ＳＩＤ８７ダイジェスト３７２（１月２０日）、Ｋ．カトー（Ｋａｔｏｈ）等 応用物理学雑誌（ＪａｐａｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ）第２６巻、１１号、Ｌ１７８４−Ｌ１７８６（１９８７）、Ｆ．レーンハウツ等応用物理学雑誌（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．第５０巻（２１号）１４６８頁（１９８７年）、Ｈ．Ａ．ファン シュプラング（ｖａｎ Ｓｐｒａｎｇ）およびＨ．Ｇ．クープマン（Ｋｏｏｐｍａｎ）応用物理学会誌（Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．）６２巻（５号）１７３４頁（１９８７年）Ｔ．Ｊ．シェファー（Ｓｃｈｅｆｆｅｒ）およびＪ．ネーリング（Ｎｅｈｒｉｎｇ）Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．４５巻（１０号）１０２１（１９８４年）、Ｍ．シャット（Ｓｃｈａｄｔ）およびＦ．レーンハウツ（Ｌｅｅｎｈｏｕｔｓ）Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ：５０巻（５号）２３６（１９８７年）およびＥ．Ｐ．レインズ（Ｒａｙｎｅｓ）Ｍｏｌ．Ｃｒｙｓｔ．Ｌｉｑ．Ｃｒｙｓｔ．Ｌｅｔｔｅｒｓ 巻４（１号）１−８頁（１９８６年）から公知である。ここの用語ＳＦＡは１６０°および７２０°との間の値を有するツイスト角を有するすべての比較的高いツイストデイスプレイ素子、例えばウォーターズ（Ｃ．Ｍ．Ｗａｔｅｒｓ）等 Ｐｒｏｃ．Ｓｏｃ．Ｉｎｔ．Ｄｉｓｐ．（ニューヨーク）（１９８５）（第３回国際ディスプレイ会議、神戸、日本）ＳＴＮ−ＬＣＤ（ＤＥ 公開番号 ３，５０３，２５９）、ＳＢＥ−ＬＣＤ（Ｔ．Ｊ．シェフナーおよびネーリング）Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．４５（１９８４）１０２１），ＯＭＩ−ＬＣＤ（Ｍ．シャットとレーンハウツ）Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．ｌｅｔｔ．５０（１９８７）２３６、ＤＳＴ−ＬＣＤ（ＥＰ 公開番号０，２４６，８４２）あるいはＢＷ−ＳＴＮ−ＬＣＤ（（Ｋ．カワサキ等、ＳＩＤ８７ダイジェスト３９１（６月２０日））を包含する。
【０００３】
標準的なＴＮディスプレイと比較して、このタイプのＳＦＡｓは電気光学特性曲線の顕著に優れた急峻性、それに付随して好ましいコントラスト値さらにコントラストの顕著に低い角度依存性に特徴を有している。特に興味あることは、特に比較的低温における極端に短いスイッチングタイムである。短いスイッチングタイムを達成するためには、粘性、特に液晶混合物の粘性を液晶成分の最適組合せ、しかも場合によっては比較的高い蒸気圧のモノトロピー性の添加物を通常使用して従来は最適化してきた。しかしながら、達成したスイッチングタイムはすべての利用に不適切であった。
【０００４】
最近（Ｔ．Ｊ．シェファー等デイスプレイ（Ｄｉｓｐｌａｙ）第１４巻、２号、１９９３年、７４−８５頁）極めて短い応答時間を有するスーパーツイストデイスプレイを電子的にアドレスすることが報告された。アクティブアドレッシングとして公知のこの技術はフレーム時間の大部分の間にそのディスプレイの各列をタイムアドレッシングフォーマットにおける従来のラインとは異なってアドレスし、そのフォーマットの中では各列は直交波形を有する各フレームの間で１回だけアドレスされている。後者の在来の技術を極めて短い応答時間を有するスーパーツイストＬＣＤに使用するならば、リフレッシュタイム（典型的にはＰＣ用のＶＧＡディスプレイでは１．６ｍｓである）が応答時間の１０％でなければならないと言う一般的なガイドラインが順守されなく、それによって液晶の「ＯＮ」状態からの緩和の結果としてコントラスト比の低下につながる。アクチブアドレッシングはスーパーツイストＬＣＤのアドレッシングのための可能性の道を開き、この単純な技術をつかってアクチブマトリックスでアドレスされている液晶ディスプレイによって現在達成されている高性能高価格水準に挑戦することを可能にしている。
【０００５】
より短いスイッチングタイムはＳＦＡのＬＣ層の厚さを薄くすることおよびより高い複屈折△ｎを有する液晶混合物を使用することによって達成することも出来る。
【０００６】
スイッチングタイムを短縮するこれらすべての試みはしかしながら、あらゆる使用には適してない混合物に遭遇するという結果になる。
【０００７】
ＳＦＡを求めるそのような要求はより高い多重性（ＩＣの数の減少になって表われる）、より低い閾値電圧および急峻な特性カーブである。
【０００８】
しかしながら、最適パラメーターを上記の全ての特性のために同時に達成することは出来ない。その理由は誘電および弾性特性のような異なった素材のパラメーターの逆方向の影響のためである。
【０００９】
従って、短いスイッチングタイムを有する改良されたＳＦＡのための大きな要求、同時に広い稼動温度範囲、低い勾配値、コントラストの良好な角度依存性および低い閾値電圧を求める要求が続いている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記の欠点を小規模にのみ有する、あるいは全く持たない、かつ同時に極めて有用な全体特性を有するＳＦＡを提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この目的はトラン−４、４’−ジイル部分構造を有する３種以上の化合物を４０−８０重量％含有するネマチック液晶混合物を使用するならば、達成されることを見出した。
【００１２】
そのネマチック液晶混合物は好ましくは少なくとも６０℃のネマチック相範囲、２５ｍＰａ・ｓより大きくない粘性、少なくとも０．２００の複屈折および少なくとも＋１の誘電異方性を有しており、化合物のその誘電異方性およびネマチック液晶混合物に関連するパラメーターは２０℃での測定に基づいている。
【００１３】
従って本発明は以下の特性を有する多重ＳＦＡに関し、
−フレームと共にセルを形成している２枚の面平行の外部板、
−セル中に存在する正の誘電異方性のネマチック液晶混合物、
−各画素を直交列波形によってアドレスする外部板の内側にスーパーポーズした配向層を有する電極層、
−外部板の表面での分子の長さ方向の軸と外部板間の約１°ないし３０°のプレチルト角度、
−配向層から配向層に１００°と６００°との間の値をもったセル中の液晶混合物のツイスト角を有し、ここでそのネマチック液晶混合物は基本的には
ａ） ＋１．５より大きな誘電異方性を有する１種以上の２環または３環化合物から成る液晶性成分Ａを１５−５０％、好ましくは２０−５０重量％，
ｂ） −１．５ないし＋１．５の誘電異方性を有する１種以上の２環または３環化合物から成る液晶性成分Ｂ０−４０重量％、
ｃ） トラン−４，４’−ジイル部分構造を有する３種以上の化合物から成る液晶性成分Ｔ４０−８０重量％、および
ｄ） 層厚さ（面平行外部板間の距離）とキラルネマチック液晶混合物の自然なピッチの比が約０．２ないし１．３になるような量での光学活性成分Ｄ
から成り、
しかもネマチック液晶混合物は少なくとも６０℃のネマチック相範囲を有し、２５ｍＰａ・ｓより大きくない粘性、少なくとも０．１９５０の複屈折および少なくとも＋１の誘電異方性を有しており、化合物のその誘電異方性およびネマチック液晶混合物に関係したパラメーターは２０℃の温度での測定に基づいており、その特徴とするところは
成分Ｔは式Ｉ
【００１４】
【化１５】
［式中
Ｒ1 は１ないし８個の炭素原子を有するアルキル、アルコキシ、アルケニルあるいはアルケニルオキシであり、
Ｌ1 およびＬ2 は互いに独立であってＨあるいはＦであり、
Ｒ2 はＦ、ＯＣＦ3 あるいは１ないし８個の炭素原子を有するアルキルあるいはアルコキシであり、
Ｚは−ＣＯＯ−、−ＣＨ2 ＣＨ2 −あるいは単結合であり、
ｐは０あるいは１である］
の少なくとも３種の化合物から成ることにある。
【００１５】
好ましくは成分Ａは式ＩＩ
【００１６】
【化１６】
および式ＩＩＩ
【００１７】
【化１７】
［式中
Ｒは１２個までの炭素原子を有するアルキル、アルコキシ、アルケニルあるいはアルケニルオキシであり、
【００１８】
【化１８】
【００１９】
【化１９】
および
【００２０】
【化２０】
はそれぞれ独立に
【００２１】
【化２１】
であり、
Ｌ3 からＬ6 まではそれぞれ独立にＨあるいはＦであり、
Ｚ1 は−ＣＯＯ−、−ＣＨ2 ＣＨ2 −あるいは単結合であり、
Ｚ2 は−ＣＯＯ−、−ＣＨ2 ＣＨ2 −、−Ｃ≡Ｃ−あるいは単結合であり、
ＱはＣＦ2 、ＯＣＦ2 、ＣＦＨ、ＯＣＦＨあるいは単結合であり、
ＹはＦあるいはＣｌであり、
ｍは１あるいは２であり、
ｎは０あるいは１である］
特に式ＩＩａないしＩＩｄ
【００２２】
【化２２】
［式中
ＲおよびＬ1 は既述の意味を有する］
から選択される。
【００２３】
本発明の他の面は式Ｉａ１
【００２４】
【化２３】
［式中
ｎおよびｍは既述の意味を有する］
の化合物をスイッチングタイムおよび各画素が直交列波形でアドレスされているＳＴＮ−デイスプレイの急峻性を改良するために使用することである。
【００２５】
式Ｉ、ＩＩおよびＩＩＩの個々の化合物および本発明によるＳＦＡ中で使用することができるその他の化合物は公知あるいは公知の化合物に類似の方法で合成することができる。
【００２６】
式Ｉの化合物はＵＳ３，９２５，４８２およびＷＯ８８／０７５１４から公知であるが、高多重ＳＦＡのスイッチングタイムをこの方法によって改良することができることについては何のヒントもなかった。
【００２７】
ＧＢ−Ａ−２ ２５５ ４６５は成分Ｂタイプの液晶を添加することが可能である成分Ａタイプの液晶と２環あるいは３環トランとの混合物を開示している。しかしながら、わずかに△ｎ０．１３３が達成できたにすぎない。
【００２８】
大きな△ｎを有するトラン液晶化合物を使用して△ｎを増大させることを目的とした液晶組成物は日本特許公開６１−９７３８３および６１−９７３８４およびＥＰ １７８９３７で開示されている。これらの液晶組成物は主に大きな△ｎを有するトラン液晶化合物を含有しており、その液晶化合物はエステル結合を有しおよび成分Ａタイプ液晶化合物は末端にシアノ基を有し、かつ大きな△εを持っている。
【００２９】
そのような慣用の液晶組成物が大きな△ｎを有するトラン液晶化合物を含有している故に、得られた組成物の光学異方性は比較的に大きい。加えて、エステル結合を有する化合物がその組成物に含有されているならば、スメクチック相は低温環境では出現しそうにない。エステル結合を有するフェニルシクロヘキサンカルボキシレート液晶化合物は小さい△ｎを有しており、従ってその組成物の光学異方性はそれほど高くない（最も良くても約０．１７５）。エステル結合を有する液晶化合物は低い粘性を有する液晶化合物のなかでも比較的高い粘性を有している。例えば、エステル結合を有する液晶化合物は約２０ｃｐの粘性を有している。この理由のために、そのような液晶化合物を含有する液晶組成物の粘性は例えば、２８ｃｐ或はそれ以上の高い粘性を有している。
【００３０】
ＥＰ０ ２６８ ２２６は約５５ないし６５℃という低い透明点から明らかなように低いあるいは中程度の多重ＴＮ用に２環の成分Ｂタイプ液晶を２０％以上含有している２環および３環トランの混合物を開示している。これらは典型的には携帯用の計算機あるいはビデオゲーム機に使用されている。これら混合物はそれらの装置のなかでは典型的には８５％の極めて低い勾配に特徴を持っている。
【００３１】
対照的に本発明の混合物は高い多重比、広い稼動温度範囲、低い閾値電圧（３ボルト以下、好ましくは１．２５および２．８０ボルトとの間にあり、特に１．６０と２．２０ボルトとの間にある）および急峻な特性曲線および７５℃より高い、好ましくは７６ないし１１０℃、特に９０ないし１００℃の透明点を有する高多重ＳＦＡを実現することを可能にしている。
【００３２】
式Ｉ、ＩＩおよびＩＩＩの化合物は低い粘性、特に低い回転粘性、弾性率の低い比率（Ｋ3 ／Ｋ1 ）を有しており、従って短いスイッチングタイムになる。
【００３３】
本発明による混合物は０．２００より大きな、好ましくは０．２０１−０．２７０、特に０．２２０−０．２５０の光学異方性（△ｎ）を有している。
【００３４】
本発明による混合物は下記のグループ
【００３５】
【化２４】
および
【００３６】
【化２５】
［式中
Ｒ、Ｌ3 およびＬ7 は既述の意味を有する］
から選択される式ＩＩおよび／または式ＩＩＩの化合物を好ましくは１種以上含有している。
【００３７】
好ましい混合物は式ＩＩａ、ＩＩｂ、ＩＩｃ、ＩＩｄ、ＩＩＩｈ、特に式ＩＩａあるいはＩＩｂの１種以上の化合物および式Ｉの３ないし６種の化合物を含有している。
【００３８】
本発明によって使用することができる好ましい液晶混合物はグループＡからの１種以上の化合物を好ましくは２０％ないし５０％、好ましくは２２％ないし４０％含有している。これらの化合物あるいはグループＡからの化合物は＋３より大きな（好ましくは＋８より大きな、特に＋１２より大きな）誘電異方性を有し、この発明の液晶混合物の成分Ａを構成している。
【００３９】
好ましくは混合物は式ＩＩの１種以上の化合物を２２％ないし４０％の範囲からなり立っている。Ｚ1 が単結合、−ＣＨ2 ＣＨ2 −あるいは−ＣＯ−Ｏ−を示す化合物が好ましく、特に好ましいのは以下の化合物である。
【００４０】
【化２６】
また以下の化合物も好ましい。
【００４１】
【化２７】
グループＡは好ましくは式ＩＩｂ１ないしＩＩｃ１から選択される１種以上の化合物からなり、しかも場合によっては式ＩＩｃ２の１種またはそれ以上の化合物から成っている。
【００４２】
混合物は好ましくはさらに、例えば以下の化合物
【００４３】
【化２８】
から選択される高い透明点を有する１種以上の極性化合物を含有する。
【００４４】
上記の４種の式では、１，４−フェニレン環が例えば
【００４５】
【化２９】
のように１個のフツ素原子でラテラルに置換されていてもよい。
【００４６】
高い透明点を有するこれらの極性化合物は２ないし２５％の範囲内で使用することが好ましい。
【００４７】
他の好ましい実施態様では、混合物は極めて高い誘電異方性を有する１種以上の化合物から成り立っている。そのような化合物は好ましくは２ないし１５％の範囲内で使用することが好ましい。このタイプの好ましい化合物は式Ｉ、ＩＩｃ２およびＩＩｊ１である。
【００４８】
好ましい液晶混合物はグループＢからの１種以上の化合物を，好ましくは０ないし２５％の割合で含有している。これらの化合物あるいはグループＢからのこの化合物は低い回転粘性値（γ１）＜１５０ｍＰａ・ｓあるいは１２０℃より高い透明点いずれかを有し、誘電的には中性（（Δε）＜２）、特に０ないし１０であり、この発明のＬＣ混合物の成分Ｂを構成している。
【００４９】
好ましくは成分Ｂは２環を有する式ＩＶ１ないしＩＶ７
【００５０】
【化３０】
［式中
Ｒ3 およびＲ4 はＲについて既述した意味を有する］
から成るグループから選択される１種以上の化合物および／または３環を有するＩＶ８ないしＩＶ１１
【００５１】
【化３１】
およびＩＶ１２ないしＩＶ２１
【００５２】
【化３２】
［式中
Ｒ3 およびＲ4 は既述の意味を有し、１，４−フェニレン基ＩＶ７ないしＩＶ１７およびＩＶ２１はそれぞれ互いに独立にフツ素で一置換あるいは多置換されていてもよい］
を含有する。成分Ｂが１種以上の２環の化合物を１０％より多く含む場合には、ネマチック混合物はさらに１種以上、好ましくは１種のみのＩＶ２２ないしＩＶ２７
【００５３】
【化３３】
［式中
Ｒ3 及びＲ4 は既述の意味を有し、かつＩＶ２２ないしＩＶ２７中の１，４−フェニレン基はそれぞれ互いに独立にフツ素で一置換あるいは多置換されている］から成るグループから選択される化合物を含有する。
【００５４】
如何なる場合においても、ネマチック混合物は式ＩＶ２２ないしＩＶ２７の化合物の１種以上を５重量％までのみ、好ましくは０ないし４重量％含有する。
【００５５】
ＬＣ混合物は層厚さ（面平行の荷電体板の距離）とキラルネマチック液晶混合物の自然なピッチの比が希望するツイスト角に適して０．２より大きい量だけ光学活性成分Ｃを含有する。
【００５６】
適したドーピング剤は既知のキラル物質の広い範囲内からしかもコレステリルノナノエートＳ８１１（Ｅ．メルク（Ｍｅｒｃｋ）社、ダルムシュタット（Ｄａｒｍｓｔａｄｔ）ドイツ連邦共和国）およびＣＢ１５（メルク社、以前のＢＤＨ社、プール（Ｐｏｏｌｅ）、英国）などの市販のドーピング剤から選択することが可能である。ただしその選択は決定的ではない。
【００５７】
更に好ましい実施態様では、ＬＣ混合物はＩａないしＩｅ
【００５８】
【化３４】
［式中
Ｒ1 は既述の意味を有し、アルキルは１ないし８個までの炭素原子を有するｎ−アルキルである］
から成るグループから選択された５種以上の化合物を含有している。
【００５９】
グループＴからの成分の割合は好ましくは４０ないし８０％、特に４２ないし６５％である。
【００６０】
式ＩａおよびＩｂの２環のトラン化合物の割合は好ましくは１６ないし６０％であり、式ＩｃないしＩｅの３環のトラン化合物の割合は好ましくは１８ないし３５％である。
【００６１】
末端をフツ素化した非トランタイプのすべての化合物の全割合は好ましくは約５％ないし２５％、特に約１０ないし２０％である。
【００６２】
誘電異方性＜−１．５を有する１種以上の化合物から成る追加の成分Ｃの化合物の割合は好ましくは約０ないし２０％であり、特に約０ないし１０％である。当業者は希望した閾値電圧を生じさせるために容易にこの割合を調製することが出来る。原理としてΔε＜−１．５であるすべての通常の液晶化合物を使用することができる。
【００６３】
特に好ましい実施態様では、本発明による混合物は−２（成分Ｃ）より少ない誘電異方性を有する１種以上の化合物を好ましくは約０ないし１０％含有している。このタイプの化合物は公知であり、例えばＤＥ公開３，２３１，７０７、あるいはＤＥ公開３４０７０１３に示されているように、部分構造
【００６４】
【化３５】
を有する２，３−ジシアノハイドロキノン或はシクロヘキサン誘導体である。
【００６５】
しかしながら、部分構造２，３−ジフロロ−１，４−フェニレンを含有する化合物は好ましくは、例えばＤＥ公開３，８０７，８０１、３，８０７，８６１，３，８０７，８６４，３，８０７，９０８の化合物から選択される。特に好ましい化合物は国際出願ＰＣＴ／ＤＥ８８／００１３３に示されるような，これらの部分構造を有するトラン類であり、特に式
【００６６】
【化３６】
［式中
Ｒ2 およびＲ3 はそれぞれ互いに独立であって、好ましくは１ないし７個の炭素原子を有するｎ−アルキルあるいは３ないし７個の炭素原子を有するｎ−アルケニルおよびＺ0 は−ＣＨ2 ＣＨ2 −あるいは単結合である］
の化合物である。
【００６７】
特に好ましいのは式
【００６８】
【化３７】
［式中
Ｒ3 は１ないし７個の炭素原子を有するｎ−アルキルあるいはｎ−アルコキシであり、あるいは３ないし７個の炭素原子を有するｎ−アルケニルあるいはｎ−アルケニルオキシである］
のフェニルシクロヘキシルカルボキシレートでもある。
【００６９】
成分Ｔは好ましくは式Ｔ３
【００７０】
【化３８】
［式中
Ｒ4 は
【００７１】
【化３９】
であり、
ｎは１ないし１５の整数であり、
Ｌ1 およびＬ2 はそれぞれ、互いに独立してＨあるいはＦであり、
ＸはＦ、ＣｌあるいはＯＣＦ3 である］
１種以上の成分を含有している。
【００７２】
更に特に好ましい実施態様においては、この混合物は
＊式Ｉの２種以上の化合物を１５−６０重量％含有し、ただしｐは０であり、好ましくは式Ｉａおよび／またはＩｂの化合物を少なくとも２種、特に式Ｉａ１
【００７３】
【化４０】
［式中
ｍは１あるいは２であり、ｎは１ないし７の整数、特に１あるいは２である］
の化合物１種ないし５種を含有し、
＊式Ｉの２種以上の化合物を１０−４０重量％含有し、ただしｐは０であり、好ましくは式Ｉｄおよび／またはＩｅの化合物を少なくとも２種含有し、
＊１−シアノ−トランス−１，４−シクロヘキシレン−基あるいは２，３−ジフロロ−１，４−フェニレン基を有する１種以上の化合物を含有する成分Ｃを含有し、
＊下記のグループ
【００７４】
【化４１】
［式中
アルキルは２−７個の炭素原子を有する直鎖のアルキル基であり、かつＸはＨあるいはＦである］
を含有し、
＊Ｒがトランスアルケニル基あるいはトランスアルケニルオキシ基である１種以上の化合物を含有し、
＊下記のグループ
【００７５】
【化４２】
［式中
Ｒ2 およびＲ3 は成分Ｂの場合に示した好ましい意味を有し、２種の１，４−フェニレン基の一つはフツ素で置換していてもよく、これらの化合物の割合は０％ないし２５％、好ましくは約５ないし１５％である］
から選択された１種以上の化合物を含有する。
【００７６】
更に特に好ましい実施態様においては、この混合物は
＊式ＩＩｂ１、ＩＩｃ１あるいはＩＩｃ２から選択される少なくとも２種の化合物、
＊式ＩａあるいはＩｂの２種以上の化合物、あるいは
＊以下のグループ
【００７７】
【化４３】
［式中
Ｒ2 およびＲ3 は式ＩＩＩの化合物に定義したとおりである］
から選択された１種以上の化合物
を含有する。
【００７８】
更に好ましい実施態様においては、この混合物は
＊式ＩＩＩの化合物、特に式ＩＩＩの化合物から本質的に成る液晶性成分Ａを１５−５０％含有し、かつ少なくとも
＊式Ｉ（ただし式中Ｒ2 がＦあるいはＯＣＦ3 である）の化合物を少なくとも１種３０−５０重量％
含有している。
【００７９】
偏光子、電極基礎板およびそれぞれの場合にそれに隣接している液晶分子の優先配向（ディレクター）が通常相互に１電極から他の電極に１６０°ないし７２０°だけツイストしているような表面処理を有する電極から構成されている本発明による液晶ディスプレイ素子の構造はこのタイプのディスプレイ素子のために通常の構造に対応している。ここで言う通常の構造と言う用語は広い意味で使用されており、スーパーツイストセル、特にマトリックスディスプレイ素子の全ての誘導形式および変法をも包含している。２本の支持板における表面傾斜角度は同一であっても異なっていてもよい。同一の傾斜角度が好ましい。
【００８０】
本発明のディスプレイはＴ．Ｊ．シェフアァーなど ディスプレイ（Ｄｉｓｐｌａｙ）１４巻、２号１９９３年７４−８５に記載されているように直交波形でアドレスされている。
【００８１】
本発明によるディスプレイ素子とツイストしたネマチックセルに基づく今迄の慣用のディスプレイ素子間の本質的な相違点はしかしながら、液晶層中の液晶成分の選択である。
【００８２】
本発明によって使用することができる液晶混合物はそれ自身通常の方法で製造することができる。一般的には、比較的少量使用する成分の希望量を主成分となる成分中に温度を上げて溶解することが便利である。成分を有機溶媒、例えばアセトン、クロロフォルム、メタノールに溶解した溶液を混合すること、および混合後に例えば、蒸留によって溶媒を除去することも可能である。
【００８３】
誘電体は更に当業者によく知られたおよび文献記載の添加物を含有していてもよい。例えば、多色性染料を０−１５％添加しても良い。
【００８４】
【実施例】
以下の実施例は発明を説明するためであり、これを制限するものではない。
略号は以下の意味を有する：
Ｓ−Ｎ スメクチック−ネマチック相転移温度、
Ｎ−Ｉ ネマチック−等方性相転移温度、
ｃ．ｐ． 透明点、
Ｖｉｓｃ． 粘性（ｍＰａ・ｓ）
Ｔave 平均スイッチングタイム＝（Ｔon＋Ｔoff ）／２、
Ｔon 最高コントラストの９０％に達するまでのスイッチオンからの時間
Ｔoff 最高コントラストの１０％に達するまでのスイッチオフからの時間
Ｖ10 閾値電圧（ボルト）
Ｖ90 飽和電圧
Ｖ90／Ｖ10 急峻性
ＳＦＡは正規直交波形（多重比１：２５６ バイアス１：１６ 動作電圧７．２ボルト）でアドレスされている。
【００８５】
今迄および今後もすべての温度表示は℃表示である。百分率は重量％である。スイッチングタイムおよび粘性の値は２０℃測定である。
【００８６】
本特許出願においても以下の全ての実施例においても、ＬＣ化合物の全ての化学構造を略成語で示し、その略成語からの化学式への転換は以下に示すようにして行なう。全ての基Ｃn Ｈ2n+1およびＣm Ｈ2m+1はそれぞれｎおよびｍ個の炭素原子を有する直鎖アルキル基である。表Ｂのコードは自明である。表Ａでは中心になる構造のみを示している。具体的な化合物では、この略成語の後にダッシュおよび置換基Ｒ1 、Ｒ2 、Ｌ1 およびＬ2 のためのコードが以下のように続く。
【００８７】
表ＡおよびＢに示す化合物は本発明の好ましい成分である。
【００８８】
【化４４】
【００８９】
【化４５】
【００９０】
【化４６】
実施例１
下記のパラメーターを有するＳＴＮディスプレイ
ツイスト角 ２４０°
バイアス １：１６
多重比 １：２５６
フレーム比 ８０Ｈｚ
チルト角 ５°
ｄ ４．２μｍ
が下記の特性を有する液晶性媒体を含有し、
Ｓ−Ｎ ＜−３０℃
Ｎ−Ｉ ９５℃
△ｎ ０．２０２４
回転粘性 ７５ｍＰａ・ｓ
［そのアキラル基礎混合物の組成は下記のとおりであり、
【００９１】
【化４７】
さらにＳ−８１１を１．０７％をドーピングする］
下記のスイッチングパラメーターを示す。
Ｔave １４０ｍｓ
Ｖ10 ２．３３Ｖ
Ｖ90／Ｖ10 １．０５６
実施例２
下記の特性とｄ＝３．５μｍとを有する液晶性媒体を含有する実施例１に記載したＳＴＮディスプレイは
Ｓ−Ｎ ＜−３０℃
Ｎ−Ｉ ９５℃
△ｎ ０．２４４４
回転粘性 ９５ｍＰａ・ｓ
［そのアキラル基礎混合物の組成は下記のとおりであり、
【００９２】
【化４８】
さらにＳ−８１１を１．３０％をドーピングする］
下記のスイッチングパラメーターを示す。
Ｔave １４０ｍｓ
Ｖ10 ２．０９Ｖ
Ｖ90／Ｖ10 １．０２８
実施例３
下記の特性パラメーターとｄ＝３．７５μｍとを有する液晶性媒体を含有する実施例１に記載したＳＴＮディスプレイは
Ｓ−Ｎ ＜０℃
Ｎ−Ｉ ７８℃
△ｎ ０．２２６７
回転粘性 ７０ｍＰａ・ｓ
［そのアキラル基礎混合物の組成は下記のとおりであり、
【００９３】
【化４９】
さらにＳ−８１１を１．４３％をドーピングする］
下記のスイッチングパラメーターを示す。
Ｔave １０２ｍｓ
Ｖ10 １．９２Ｖ
Ｖ90／Ｖ10 １．０６８
実施例４
下記の特性を有する液晶性媒体を含有する実施例１に記載したＳＴＮディスプレイは
Ｓ−Ｎ ＜０℃
Ｎ−Ｉ ８５℃
△ｎ ０．２４１６
［そのアキラル基礎混合物の組成は下記のとおりであり、
【００９４】
【化５０】
さらにＳ−８１１を１．４６％をドーピングする］
非常に早いスイッチングタイムと高い多重性を示す。
実施例５
下記の特性を有する液晶性媒体を含有する実施例１に記載したＳＴＮディスプレイは
Ｓ−Ｎ ＜０℃
Ｎ−Ｉ ８５℃
△ｎ ０．２３９８
［そのアキラル基礎混合物の組成は下記のとおりであり、
【００９５】
【化５１】
さらにＳ−８１１を１．５５％をドーピングする］
非常に早いスイッチングタイムと高い多重性を示す。
比較例１
下記の特性を有する液晶性媒体を含有する実施例１に記載したＳＴＮディスプレイは
Ｓ−Ｎ −３０℃
Ｎ−Ｉ ９１℃
△ｎ ０．２０７７
回転粘性 １１６ｍＰａ・ｓ
［その組成は下記のとおりであり、
【００９６】
【化５２】
さらにＳ−８１１を１．２７％をドーピングする」
下記のスイッチングパラメーターを示す。
Ｔave １６８ｍｓ
Ｖ10 ２．１２Ｖ
Ｖ90／Ｖ10 １．０５８
４環のＬＣ（ＣＢＣ−ｎｍＦ）５％以上と組合されている２環の成分ＢタイプＬＣ（ＰＣＨ−３０１）の高い含有量は遅いスイッチングタイムになることをこの比較例は明瞭に示している。
実施例６
下記の特性を有する液晶性媒体を含有する実施例１に記載したＳＴＮディスプレイは
Ｎ−Ｉ ９１℃
△ｎ ０．２３０５
［そのアキラル基礎混合物の組成は下記のとおりであり、
【００９７】
【化５３】
さらにＳ−８１１をドーピングする］
非常に早いスイッチングタイムと下記のパラメーターを示す。
Ｖ10 ３．２８Ｖ
Ｖ90／Ｖ10 １．３２６
実施例７ないし１０
下記の表中に特性と組成を示すその液晶性混合物を含有する実施例１に記載したＳＴＮディスプレイは非常に早いスイッチングタイムと高い多重性を示す。
【００９８】
【表１】
実施例１２ないし１８
実施例１に記載したＳＴＮディスプレーは液晶混合物を含んでおり、その混合物の物性および組成を以下の表に示す。
【００９９】
【表２】
【０１００】
【表３】
【０１０１】
【表４】
【産業上の利用分野】
本発明は極めて短いスイッチングタイムを有し、かつ良好な急峻性および角度依存性を有する高多重スーパーツイスト液晶ディスプレイ（ＳＦＡｓ）およびそのなかに使用される新規なネマチック液晶混合物に関する。
【０００２】
【従来の技術】
冒頭のＳＦＡｓは、例えばＥＰ ０，１３１，２１６ Ｂ１、ＤＥ ３，４２３，９９３Ａ１、ＥＰ ０，０９８，０７０Ａ２から、またＭ．シャット（ＳｃｈａｄｔおよびＦ．レーンハウツ（Ｌｅｅｎｈｏｕｔｓ）：液晶に関する第１７回フライブルク（Ｆｒｅｉｂｕｒｇ）会議（１９８７年４月８−１０日）、Ｋ．カワサキ（Ｋａｗａｓａｋｉ）等、ＳＩＤ８７ダイジェスト３９１（６月２０日）、Ｍ．シャットおよびＦ．レーンハウツ：ＳＩＤ８７ダイジェスト３７２（１月２０日）、Ｋ．カトー（Ｋａｔｏｈ）等 応用物理学雑誌（ＪａｐａｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ）第２６巻、１１号、Ｌ１７８４−Ｌ１７８６（１９８７）、Ｆ．レーンハウツ等応用物理学雑誌（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．第５０巻（２１号）１４６８頁（１９８７年）、Ｈ．Ａ．ファン シュプラング（ｖａｎ Ｓｐｒａｎｇ）およびＨ．Ｇ．クープマン（Ｋｏｏｐｍａｎ）応用物理学会誌（Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．）６２巻（５号）１７３４頁（１９８７年）Ｔ．Ｊ．シェファー（Ｓｃｈｅｆｆｅｒ）およびＪ．ネーリング（Ｎｅｈｒｉｎｇ）Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．４５巻（１０号）１０２１（１９８４年）、Ｍ．シャット（Ｓｃｈａｄｔ）およびＦ．レーンハウツ（Ｌｅｅｎｈｏｕｔｓ）Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ：５０巻（５号）２３６（１９８７年）およびＥ．Ｐ．レインズ（Ｒａｙｎｅｓ）Ｍｏｌ．Ｃｒｙｓｔ．Ｌｉｑ．Ｃｒｙｓｔ．Ｌｅｔｔｅｒｓ 巻４（１号）１−８頁（１９８６年）から公知である。ここの用語ＳＦＡは１６０°および７２０°との間の値を有するツイスト角を有するすべての比較的高いツイストデイスプレイ素子、例えばウォーターズ（Ｃ．Ｍ．Ｗａｔｅｒｓ）等 Ｐｒｏｃ．Ｓｏｃ．Ｉｎｔ．Ｄｉｓｐ．（ニューヨーク）（１９８５）（第３回国際ディスプレイ会議、神戸、日本）ＳＴＮ−ＬＣＤ（ＤＥ 公開番号 ３，５０３，２５９）、ＳＢＥ−ＬＣＤ（Ｔ．Ｊ．シェフナーおよびネーリング）Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．４５（１９８４）１０２１），ＯＭＩ−ＬＣＤ（Ｍ．シャットとレーンハウツ）Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．ｌｅｔｔ．５０（１９８７）２３６、ＤＳＴ−ＬＣＤ（ＥＰ 公開番号０，２４６，８４２）あるいはＢＷ−ＳＴＮ−ＬＣＤ（（Ｋ．カワサキ等、ＳＩＤ８７ダイジェスト３９１（６月２０日））を包含する。
【０００３】
標準的なＴＮディスプレイと比較して、このタイプのＳＦＡｓは電気光学特性曲線の顕著に優れた急峻性、それに付随して好ましいコントラスト値さらにコントラストの顕著に低い角度依存性に特徴を有している。特に興味あることは、特に比較的低温における極端に短いスイッチングタイムである。短いスイッチングタイムを達成するためには、粘性、特に液晶混合物の粘性を液晶成分の最適組合せ、しかも場合によっては比較的高い蒸気圧のモノトロピー性の添加物を通常使用して従来は最適化してきた。しかしながら、達成したスイッチングタイムはすべての利用に不適切であった。
【０００４】
最近（Ｔ．Ｊ．シェファー等デイスプレイ（Ｄｉｓｐｌａｙ）第１４巻、２号、１９９３年、７４−８５頁）極めて短い応答時間を有するスーパーツイストデイスプレイを電子的にアドレスすることが報告された。アクティブアドレッシングとして公知のこの技術はフレーム時間の大部分の間にそのディスプレイの各列をタイムアドレッシングフォーマットにおける従来のラインとは異なってアドレスし、そのフォーマットの中では各列は直交波形を有する各フレームの間で１回だけアドレスされている。後者の在来の技術を極めて短い応答時間を有するスーパーツイストＬＣＤに使用するならば、リフレッシュタイム（典型的にはＰＣ用のＶＧＡディスプレイでは１．６ｍｓである）が応答時間の１０％でなければならないと言う一般的なガイドラインが順守されなく、それによって液晶の「ＯＮ」状態からの緩和の結果としてコントラスト比の低下につながる。アクチブアドレッシングはスーパーツイストＬＣＤのアドレッシングのための可能性の道を開き、この単純な技術をつかってアクチブマトリックスでアドレスされている液晶ディスプレイによって現在達成されている高性能高価格水準に挑戦することを可能にしている。
【０００５】
より短いスイッチングタイムはＳＦＡのＬＣ層の厚さを薄くすることおよびより高い複屈折△ｎを有する液晶混合物を使用することによって達成することも出来る。
【０００６】
スイッチングタイムを短縮するこれらすべての試みはしかしながら、あらゆる使用には適してない混合物に遭遇するという結果になる。
【０００７】
ＳＦＡを求めるそのような要求はより高い多重性（ＩＣの数の減少になって表われる）、より低い閾値電圧および急峻な特性カーブである。
【０００８】
しかしながら、最適パラメーターを上記の全ての特性のために同時に達成することは出来ない。その理由は誘電および弾性特性のような異なった素材のパラメーターの逆方向の影響のためである。
【０００９】
従って、短いスイッチングタイムを有する改良されたＳＦＡのための大きな要求、同時に広い稼動温度範囲、低い勾配値、コントラストの良好な角度依存性および低い閾値電圧を求める要求が続いている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記の欠点を小規模にのみ有する、あるいは全く持たない、かつ同時に極めて有用な全体特性を有するＳＦＡを提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この目的はトラン−４、４’−ジイル部分構造を有する３種以上の化合物を４０−８０重量％含有するネマチック液晶混合物を使用するならば、達成されることを見出した。
【００１２】
そのネマチック液晶混合物は好ましくは少なくとも６０℃のネマチック相範囲、２５ｍＰａ・ｓより大きくない粘性、少なくとも０．２００の複屈折および少なくとも＋１の誘電異方性を有しており、化合物のその誘電異方性およびネマチック液晶混合物に関連するパラメーターは２０℃での測定に基づいている。
【００１３】
従って本発明は以下の特性を有する多重ＳＦＡに関し、
−フレームと共にセルを形成している２枚の面平行の外部板、
−セル中に存在する正の誘電異方性のネマチック液晶混合物、
−各画素を直交列波形によってアドレスする外部板の内側にスーパーポーズした配向層を有する電極層、
−外部板の表面での分子の長さ方向の軸と外部板間の約１°ないし３０°のプレチルト角度、
−配向層から配向層に１００°と６００°との間の値をもったセル中の液晶混合物のツイスト角を有し、ここでそのネマチック液晶混合物は基本的には
ａ） ＋１．５より大きな誘電異方性を有する１種以上の２環または３環化合物から成る液晶性成分Ａを１５−５０％、好ましくは２０−５０重量％，
ｂ） −１．５ないし＋１．５の誘電異方性を有する１種以上の２環または３環化合物から成る液晶性成分Ｂ０−４０重量％、
ｃ） トラン−４，４’−ジイル部分構造を有する３種以上の化合物から成る液晶性成分Ｔ４０−８０重量％、および
ｄ） 層厚さ（面平行外部板間の距離）とキラルネマチック液晶混合物の自然なピッチの比が約０．２ないし１．３になるような量での光学活性成分Ｄ
から成り、
しかもネマチック液晶混合物は少なくとも６０℃のネマチック相範囲を有し、２５ｍＰａ・ｓより大きくない粘性、少なくとも０．１９５０の複屈折および少なくとも＋１の誘電異方性を有しており、化合物のその誘電異方性およびネマチック液晶混合物に関係したパラメーターは２０℃の温度での測定に基づいており、その特徴とするところは
成分Ｔは式Ｉ
【００１４】
【化１５】
Ｒ1 は１ないし８個の炭素原子を有するアルキル、アルコキシ、アルケニルあるいはアルケニルオキシであり、
Ｌ1 およびＬ2 は互いに独立であってＨあるいはＦであり、
Ｒ2 はＦ、ＯＣＦ3 あるいは１ないし８個の炭素原子を有するアルキルあるいはアルコキシであり、
Ｚは−ＣＯＯ−、−ＣＨ2 ＣＨ2 −あるいは単結合であり、
ｐは０あるいは１である］
の少なくとも３種の化合物から成ることにある。
【００１５】
好ましくは成分Ａは式ＩＩ
【００１６】
【化１６】
【００１７】
【化１７】
Ｒは１２個までの炭素原子を有するアルキル、アルコキシ、アルケニルあるいはアルケニルオキシであり、
【００１８】
【化１８】
【化１９】
【００２０】
【化２０】
【００２１】
【化２１】
Ｌ3 からＬ6 まではそれぞれ独立にＨあるいはＦであり、
Ｚ1 は−ＣＯＯ−、−ＣＨ2 ＣＨ2 −あるいは単結合であり、
Ｚ2 は−ＣＯＯ−、−ＣＨ2 ＣＨ2 −、−Ｃ≡Ｃ−あるいは単結合であり、
ＱはＣＦ2 、ＯＣＦ2 、ＣＦＨ、ＯＣＦＨあるいは単結合であり、
ＹはＦあるいはＣｌであり、
ｍは１あるいは２であり、
ｎは０あるいは１である］
特に式ＩＩａないしＩＩｄ
【００２２】
【化２２】
ＲおよびＬ1 は既述の意味を有する］
から選択される。
【００２３】
本発明の他の面は式Ｉａ１
【００２４】
【化２３】
ｎおよびｍは既述の意味を有する］
の化合物をスイッチングタイムおよび各画素が直交列波形でアドレスされているＳＴＮ−デイスプレイの急峻性を改良するために使用することである。
【００２５】
式Ｉ、ＩＩおよびＩＩＩの個々の化合物および本発明によるＳＦＡ中で使用することができるその他の化合物は公知あるいは公知の化合物に類似の方法で合成することができる。
【００２６】
式Ｉの化合物はＵＳ３，９２５，４８２およびＷＯ８８／０７５１４から公知であるが、高多重ＳＦＡのスイッチングタイムをこの方法によって改良することができることについては何のヒントもなかった。
【００２７】
ＧＢ−Ａ−２ ２５５ ４６５は成分Ｂタイプの液晶を添加することが可能である成分Ａタイプの液晶と２環あるいは３環トランとの混合物を開示している。しかしながら、わずかに△ｎ０．１３３が達成できたにすぎない。
【００２８】
大きな△ｎを有するトラン液晶化合物を使用して△ｎを増大させることを目的とした液晶組成物は日本特許公開６１−９７３８３および６１−９７３８４およびＥＰ １７８９３７で開示されている。これらの液晶組成物は主に大きな△ｎを有するトラン液晶化合物を含有しており、その液晶化合物はエステル結合を有しおよび成分Ａタイプ液晶化合物は末端にシアノ基を有し、かつ大きな△εを持っている。
【００２９】
そのような慣用の液晶組成物が大きな△ｎを有するトラン液晶化合物を含有している故に、得られた組成物の光学異方性は比較的に大きい。加えて、エステル結合を有する化合物がその組成物に含有されているならば、スメクチック相は低温環境では出現しそうにない。エステル結合を有するフェニルシクロヘキサンカルボキシレート液晶化合物は小さい△ｎを有しており、従ってその組成物の光学異方性はそれほど高くない（最も良くても約０．１７５）。エステル結合を有する液晶化合物は低い粘性を有する液晶化合物のなかでも比較的高い粘性を有している。例えば、エステル結合を有する液晶化合物は約２０ｃｐの粘性を有している。この理由のために、そのような液晶化合物を含有する液晶組成物の粘性は例えば、２８ｃｐ或はそれ以上の高い粘性を有している。
【００３０】
ＥＰ０ ２６８ ２２６は約５５ないし６５℃という低い透明点から明らかなように低いあるいは中程度の多重ＴＮ用に２環の成分Ｂタイプ液晶を２０％以上含有している２環および３環トランの混合物を開示している。これらは典型的には携帯用の計算機あるいはビデオゲーム機に使用されている。これら混合物はそれらの装置のなかでは典型的には８５％の極めて低い勾配に特徴を持っている。
【００３１】
対照的に本発明の混合物は高い多重比、広い稼動温度範囲、低い閾値電圧（３ボルト以下、好ましくは１．２５および２．８０ボルトとの間にあり、特に１．６０と２．２０ボルトとの間にある）および急峻な特性曲線および７５℃より高い、好ましくは７６ないし１１０℃、特に９０ないし１００℃の透明点を有する高多重ＳＦＡを実現することを可能にしている。
【００３２】
式Ｉ、ＩＩおよびＩＩＩの化合物は低い粘性、特に低い回転粘性、弾性率の低い比率（Ｋ3 ／Ｋ1 ）を有しており、従って短いスイッチングタイムになる。
【００３３】
本発明による混合物は０．２００より大きな、好ましくは０．２０１−０．２７０、特に０．２２０−０．２５０の光学異方性（△ｎ）を有している。
【００３４】
本発明による混合物は下記のグループ
【００３５】
【化２４】
【００３６】
【化２５】
Ｒ、Ｌ3 およびＬ7 は既述の意味を有する］
から選択される式ＩＩおよび／または式ＩＩＩの化合物を好ましくは１種以上含有している。
【００３７】
好ましい混合物は式ＩＩａ、ＩＩｂ、ＩＩｃ、ＩＩｄ、ＩＩＩｈ、特に式ＩＩａあるいはＩＩｂの１種以上の化合物および式Ｉの３ないし６種の化合物を含有している。
【００３８】
本発明によって使用することができる好ましい液晶混合物はグループＡからの１種以上の化合物を好ましくは２０％ないし５０％、好ましくは２２％ないし４０％含有している。これらの化合物あるいはグループＡからの化合物は＋３より大きな（好ましくは＋８より大きな、特に＋１２より大きな）誘電異方性を有し、この発明の液晶混合物の成分Ａを構成している。
【００３９】
好ましくは混合物は式ＩＩの１種以上の化合物を２２％ないし４０％の範囲からなり立っている。Ｚ1 が単結合、−ＣＨ2 ＣＨ2 −あるいは−ＣＯ−Ｏ−を示す化合物が好ましく、特に好ましいのは以下の化合物である。
【００４０】
【化２６】
【００４１】
【化２７】
【００４２】
混合物は好ましくはさらに、例えば以下の化合物
【００４３】
【化２８】
【００４４】
上記の４種の式では、１，４−フェニレン環が例えば
【００４５】
【化２９】
【００４６】
高い透明点を有するこれらの極性化合物は２ないし２５％の範囲内で使用することが好ましい。
【００４７】
他の好ましい実施態様では、混合物は極めて高い誘電異方性を有する１種以上の化合物から成り立っている。そのような化合物は好ましくは２ないし１５％の範囲内で使用することが好ましい。このタイプの好ましい化合物は式Ｉ、ＩＩｃ２およびＩＩｊ１である。
【００４８】
好ましい液晶混合物はグループＢからの１種以上の化合物を，好ましくは０ないし２５％の割合で含有している。これらの化合物あるいはグループＢからのこの化合物は低い回転粘性値（γ１）＜１５０ｍＰａ・ｓあるいは１２０℃より高い透明点いずれかを有し、誘電的には中性（（Δε）＜２）、特に０ないし１０であり、この発明のＬＣ混合物の成分Ｂを構成している。
【００４９】
好ましくは成分Ｂは２環を有する式ＩＶ１ないしＩＶ７
【００５０】
【化３０】
Ｒ3 およびＲ4 はＲについて既述した意味を有する］
から成るグループから選択される１種以上の化合物および／または３環を有するＩＶ８ないしＩＶ１１
【００５１】
【化３１】
【００５２】
【化３２】
Ｒ3 およびＲ4 は既述の意味を有し、１，４−フェニレン基ＩＶ７ないしＩＶ１７およびＩＶ２１はそれぞれ互いに独立にフツ素で一置換あるいは多置換されていてもよい］
を含有する。成分Ｂが１種以上の２環の化合物を１０％より多く含む場合には、ネマチック混合物はさらに１種以上、好ましくは１種のみのＩＶ２２ないしＩＶ２７
【００５３】
【化３３】
Ｒ3 及びＲ4 は既述の意味を有し、かつＩＶ２２ないしＩＶ２７中の１，４−フェニレン基はそれぞれ互いに独立にフツ素で一置換あるいは多置換されている］から成るグループから選択される化合物を含有する。
【００５４】
如何なる場合においても、ネマチック混合物は式ＩＶ２２ないしＩＶ２７の化合物の１種以上を５重量％までのみ、好ましくは０ないし４重量％含有する。
【００５５】
ＬＣ混合物は層厚さ（面平行の荷電体板の距離）とキラルネマチック液晶混合物の自然なピッチの比が希望するツイスト角に適して０．２より大きい量だけ光学活性成分Ｃを含有する。
【００５６】
適したドーピング剤は既知のキラル物質の広い範囲内からしかもコレステリルノナノエートＳ８１１（Ｅ．メルク（Ｍｅｒｃｋ）社、ダルムシュタット（Ｄａｒｍｓｔａｄｔ）ドイツ連邦共和国）およびＣＢ１５（メルク社、以前のＢＤＨ社、プール（Ｐｏｏｌｅ）、英国）などの市販のドーピング剤から選択することが可能である。ただしその選択は決定的ではない。
【００５７】
更に好ましい実施態様では、ＬＣ混合物はＩａないしＩｅ
【００５８】
【化３４】
Ｒ1 は既述の意味を有し、アルキルは１ないし８個までの炭素原子を有するｎ−アルキルである］
から成るグループから選択された５種以上の化合物を含有している。
【００５９】
グループＴからの成分の割合は好ましくは４０ないし８０％、特に４２ないし６５％である。
【００６０】
式ＩａおよびＩｂの２環のトラン化合物の割合は好ましくは１６ないし６０％であり、式ＩｃないしＩｅの３環のトラン化合物の割合は好ましくは１８ないし３５％である。
【００６１】
末端をフツ素化した非トランタイプのすべての化合物の全割合は好ましくは約５％ないし２５％、特に約１０ないし２０％である。
【００６２】
誘電異方性＜−１．５を有する１種以上の化合物から成る追加の成分Ｃの化合物の割合は好ましくは約０ないし２０％であり、特に約０ないし１０％である。当業者は希望した閾値電圧を生じさせるために容易にこの割合を調製することが出来る。原理としてΔε＜−１．５であるすべての通常の液晶化合物を使用することができる。
【００６３】
特に好ましい実施態様では、本発明による混合物は−２（成分Ｃ）より少ない誘電異方性を有する１種以上の化合物を好ましくは約０ないし１０％含有している。このタイプの化合物は公知であり、例えばＤＥ公開３，２３１，７０７、あるいはＤＥ公開３４０７０１３に示されているように、部分構造
【００６４】
【化３５】
【００６５】
しかしながら、部分構造２，３−ジフロロ−１，４−フェニレンを含有する化合物は好ましくは、例えばＤＥ公開３，８０７，８０１、３，８０７，８６１，３，８０７，８６４，３，８０７，９０８の化合物から選択される。特に好ましい化合物は国際出願ＰＣＴ／ＤＥ８８／００１３３に示されるような，これらの部分構造を有するトラン類であり、特に式
【００６６】
【化３６】
Ｒ2 およびＲ3 はそれぞれ互いに独立であって、好ましくは１ないし７個の炭素原子を有するｎ−アルキルあるいは３ないし７個の炭素原子を有するｎ−アルケニルおよびＺ0 は−ＣＨ2 ＣＨ2 −あるいは単結合である］
の化合物である。
【００６７】
特に好ましいのは式
【００６８】
【化３７】
Ｒ3 は１ないし７個の炭素原子を有するｎ−アルキルあるいはｎ−アルコキシであり、あるいは３ないし７個の炭素原子を有するｎ−アルケニルあるいはｎ−アルケニルオキシである］
のフェニルシクロヘキシルカルボキシレートでもある。
【００６９】
成分Ｔは好ましくは式Ｔ３
【００７０】
【化３８】
Ｒ4 は
【００７１】
【化３９】
ｎは１ないし１５の整数であり、
Ｌ1 およびＬ2 はそれぞれ、互いに独立してＨあるいはＦであり、
ＸはＦ、ＣｌあるいはＯＣＦ3 である］
１種以上の成分を含有している。
【００７２】
更に特に好ましい実施態様においては、この混合物は
＊式Ｉの２種以上の化合物を１５−６０重量％含有し、ただしｐは０であり、好ましくは式Ｉａおよび／またはＩｂの化合物を少なくとも２種、特に式Ｉａ１
【００７３】
【化４０】
ｍは１あるいは２であり、ｎは１ないし７の整数、特に１あるいは２である］
の化合物１種ないし５種を含有し、
＊式Ｉの２種以上の化合物を１０−４０重量％含有し、ただしｐは０であり、好ましくは式Ｉｄおよび／またはＩｅの化合物を少なくとも２種含有し、
＊１−シアノ−トランス−１，４−シクロヘキシレン−基あるいは２，３−ジフロロ−１，４−フェニレン基を有する１種以上の化合物を含有する成分Ｃを含有し、
＊下記のグループ
【００７４】
【化４１】
アルキルは２−７個の炭素原子を有する直鎖のアルキル基であり、かつＸはＨあるいはＦである］
を含有し、
＊Ｒがトランスアルケニル基あるいはトランスアルケニルオキシ基である１種以上の化合物を含有し、
＊下記のグループ
【００７５】
【化４２】
Ｒ2 およびＲ3 は成分Ｂの場合に示した好ましい意味を有し、２種の１，４−フェニレン基の一つはフツ素で置換していてもよく、これらの化合物の割合は０％ないし２５％、好ましくは約５ないし１５％である］
から選択された１種以上の化合物を含有する。
【００７６】
更に特に好ましい実施態様においては、この混合物は
＊式ＩＩｂ１、ＩＩｃ１あるいはＩＩｃ２から選択される少なくとも２種の化合物、
＊式ＩａあるいはＩｂの２種以上の化合物、あるいは
＊以下のグループ
【００７７】
【化４３】
Ｒ2 およびＲ3 は式ＩＩＩの化合物に定義したとおりである］
から選択された１種以上の化合物
を含有する。
【００７８】
更に好ましい実施態様においては、この混合物は
＊式ＩＩＩの化合物、特に式ＩＩＩの化合物から本質的に成る液晶性成分Ａを１５−５０％含有し、かつ少なくとも
＊式Ｉ（ただし式中Ｒ2 がＦあるいはＯＣＦ3 である）の化合物を少なくとも１種３０−５０重量％
含有している。
【００７９】
偏光子、電極基礎板およびそれぞれの場合にそれに隣接している液晶分子の優先配向（ディレクター）が通常相互に１電極から他の電極に１６０°ないし７２０°だけツイストしているような表面処理を有する電極から構成されている本発明による液晶ディスプレイ素子の構造はこのタイプのディスプレイ素子のために通常の構造に対応している。ここで言う通常の構造と言う用語は広い意味で使用されており、スーパーツイストセル、特にマトリックスディスプレイ素子の全ての誘導形式および変法をも包含している。２本の支持板における表面傾斜角度は同一であっても異なっていてもよい。同一の傾斜角度が好ましい。
【００８０】
本発明のディスプレイはＴ．Ｊ．シェフアァーなど ディスプレイ（Ｄｉｓｐｌａｙ）１４巻、２号１９９３年７４−８５に記載されているように直交波形でアドレスされている。
【００８１】
本発明によるディスプレイ素子とツイストしたネマチックセルに基づく今迄の慣用のディスプレイ素子間の本質的な相違点はしかしながら、液晶層中の液晶成分の選択である。
【００８２】
本発明によって使用することができる液晶混合物はそれ自身通常の方法で製造することができる。一般的には、比較的少量使用する成分の希望量を主成分となる成分中に温度を上げて溶解することが便利である。成分を有機溶媒、例えばアセトン、クロロフォルム、メタノールに溶解した溶液を混合すること、および混合後に例えば、蒸留によって溶媒を除去することも可能である。
【００８３】
誘電体は更に当業者によく知られたおよび文献記載の添加物を含有していてもよい。例えば、多色性染料を０−１５％添加しても良い。
【００８４】
【実施例】
以下の実施例は発明を説明するためであり、これを制限するものではない。
略号は以下の意味を有する：
Ｓ−Ｎ スメクチック−ネマチック相転移温度、
Ｎ−Ｉ ネマチック−等方性相転移温度、
ｃ．ｐ． 透明点、
Ｖｉｓｃ． 粘性（ｍＰａ・ｓ）
Ｔave 平均スイッチングタイム＝（Ｔon＋Ｔoff ）／２、
Ｔon 最高コントラストの９０％に達するまでのスイッチオンからの時間
Ｔoff 最高コントラストの１０％に達するまでのスイッチオフからの時間
Ｖ10 閾値電圧（ボルト）
Ｖ90 飽和電圧
Ｖ90／Ｖ10 急峻性
ＳＦＡは正規直交波形（多重比１：２５６ バイアス１：１６ 動作電圧７．２ボルト）でアドレスされている。
【００８５】
今迄および今後もすべての温度表示は℃表示である。百分率は重量％である。スイッチングタイムおよび粘性の値は２０℃測定である。
【００８６】
本特許出願においても以下の全ての実施例においても、ＬＣ化合物の全ての化学構造を略成語で示し、その略成語からの化学式への転換は以下に示すようにして行なう。全ての基Ｃn Ｈ2n+1およびＣm Ｈ2m+1はそれぞれｎおよびｍ個の炭素原子を有する直鎖アルキル基である。表Ｂのコードは自明である。表Ａでは中心になる構造のみを示している。具体的な化合物では、この略成語の後にダッシュおよび置換基Ｒ1 、Ｒ2 、Ｌ1 およびＬ2 のためのコードが以下のように続く。
【００８７】
表ＡおよびＢに示す化合物は本発明の好ましい成分である。
【００８８】
【化４４】
【化４５】
【化４６】
下記のパラメーターを有するＳＴＮディスプレイ
ツイスト角 ２４０°
バイアス １：１６
多重比 １：２５６
フレーム比 ８０Ｈｚ
チルト角 ５°
ｄ ４．２μｍ
が下記の特性を有する液晶性媒体を含有し、
Ｓ−Ｎ ＜−３０℃
Ｎ−Ｉ ９５℃
△ｎ ０．２０２４
回転粘性 ７５ｍＰａ・ｓ
［そのアキラル基礎混合物の組成は下記のとおりであり、
【００９１】
【化４７】
下記のスイッチングパラメーターを示す。
Ｔave １４０ｍｓ
Ｖ10 ２．３３Ｖ
Ｖ90／Ｖ10 １．０５６
実施例２
下記の特性とｄ＝３．５μｍとを有する液晶性媒体を含有する実施例１に記載したＳＴＮディスプレイは
Ｓ−Ｎ ＜−３０℃
Ｎ−Ｉ ９５℃
△ｎ ０．２４４４
回転粘性 ９５ｍＰａ・ｓ
［そのアキラル基礎混合物の組成は下記のとおりであり、
【００９２】
【化４８】
下記のスイッチングパラメーターを示す。
Ｔave １４０ｍｓ
Ｖ10 ２．０９Ｖ
Ｖ90／Ｖ10 １．０２８
実施例３
下記の特性パラメーターとｄ＝３．７５μｍとを有する液晶性媒体を含有する実施例１に記載したＳＴＮディスプレイは
Ｓ−Ｎ ＜０℃
Ｎ−Ｉ ７８℃
△ｎ ０．２２６７
回転粘性 ７０ｍＰａ・ｓ
［そのアキラル基礎混合物の組成は下記のとおりであり、
【００９３】
【化４９】
下記のスイッチングパラメーターを示す。
Ｔave １０２ｍｓ
Ｖ10 １．９２Ｖ
Ｖ90／Ｖ10 １．０６８
実施例４
下記の特性を有する液晶性媒体を含有する実施例１に記載したＳＴＮディスプレイは
Ｓ−Ｎ ＜０℃
Ｎ−Ｉ ８５℃
△ｎ ０．２４１６
［そのアキラル基礎混合物の組成は下記のとおりであり、
【００９４】
【化５０】
非常に早いスイッチングタイムと高い多重性を示す。
実施例５
下記の特性を有する液晶性媒体を含有する実施例１に記載したＳＴＮディスプレイは
Ｓ−Ｎ ＜０℃
Ｎ−Ｉ ８５℃
△ｎ ０．２３９８
［そのアキラル基礎混合物の組成は下記のとおりであり、
【００９５】
【化５１】
非常に早いスイッチングタイムと高い多重性を示す。
比較例１
下記の特性を有する液晶性媒体を含有する実施例１に記載したＳＴＮディスプレイは
Ｓ−Ｎ −３０℃
Ｎ−Ｉ ９１℃
△ｎ ０．２０７７
回転粘性 １１６ｍＰａ・ｓ
［その組成は下記のとおりであり、
【００９６】
【化５２】
下記のスイッチングパラメーターを示す。
Ｔave １６８ｍｓ
Ｖ10 ２．１２Ｖ
Ｖ90／Ｖ10 １．０５８
４環のＬＣ（ＣＢＣ−ｎｍＦ）５％以上と組合されている２環の成分ＢタイプＬＣ（ＰＣＨ−３０１）の高い含有量は遅いスイッチングタイムになることをこの比較例は明瞭に示している。
実施例６
下記の特性を有する液晶性媒体を含有する実施例１に記載したＳＴＮディスプレイは
Ｎ−Ｉ ９１℃
△ｎ ０．２３０５
［そのアキラル基礎混合物の組成は下記のとおりであり、
【００９７】
【化５３】
非常に早いスイッチングタイムと下記のパラメーターを示す。
Ｖ10 ３．２８Ｖ
Ｖ90／Ｖ10 １．３２６
実施例７ないし１０
下記の表中に特性と組成を示すその液晶性混合物を含有する実施例１に記載したＳＴＮディスプレイは非常に早いスイッチングタイムと高い多重性を示す。
【００９８】
【表１】
実施例１に記載したＳＴＮディスプレーは液晶混合物を含んでおり、その混合物の物性および組成を以下の表に示す。
【００９９】
【表２】
【表３】
【表４】
Claims (13)
- −フレームと共にセルを形成している２枚の面平行の外部板、
−セル中に存在する正の誘電異方性のネマチック液晶混合物、
−各画素を直交列波形によってアドレスする外部板の内側にスーパーポーズした配向層を有する電極層、
−外部板の表面での分子の長さ方向の軸と外部板間の約１°ないし３０°のプレチルト角度、
−配向層から配向層に１００°と６００°との間の値をもったセル中の液晶混合物のツイスト角、
ここでそのネマチック液晶混合物は基本的には
ａ） ＋１．５より大きな誘電異方性を有する１種以上の２環または３環化合物から成る液晶性成分Ａを１５−５０％、好ましくは２０−５０重量％、
ｂ） −１．５ないし＋１．５の誘電異方性を有する１種以上の２環または３環化合物から成る液晶性成分Ｂ０−４０重量％、
ｃ） トラン−４，４’−ジイル部分構造を有する３種以上の化合物から成る液晶性成分Ｔ４０−８０重量％および
ｄ） 層厚さ（面平行外部板間の距離）とキラルネマチック液晶混合物の自然なピッチの比が約０．２ないし１．３になるような量での光学活性成分Ｄから成り、
しかもネマチック液晶混合物は少なくとも６０℃のネマチック相範囲を有し、２５ｍＰａ・ｓより大きくない粘性、少なくとも０．１９５０の複屈折および少なくとも＋１の誘電異方性を有し、少なくとも７５℃の透明点を有し、化合物のその誘電異方性およびネマチック液晶混合物に関係したパラメーターは２０℃の温度でいる高多重スーパーツイスト液晶ディスプレイであって、
成分Ｔは式Ｉ
Ｒ1は１ないし８個の炭素原子を有するアルキル、アルコキシ、アルケニルあるいはアルケニルオキシであり、
Ｌ1およびＬ2は互いに独立であってＨあるいはＦであり、
Ｒ2はＦ、ＯＣＦ3あるいは１ないし８個の炭素原子を有するアルキルあるいはアルコキシであり、
Ｚは−ＣＯＯ−、−ＣＨ2ＣＨ2−あるいは単結合であり、
ｐは０あるいは１である］
の少なくとも５種の化合物から成り
該成分Ｔは１種または複数種のトラン化合物を含有し、該トラン化合物は１つ又は複数のフッ素原子を有することを特徴とし、
ネマチック液晶混合物が本質的に式ＩＩＩの化合物と少なくとも式Ｉの少なくとも１種の化合物、（式中Ｒ2がＦあるいはＯＣＦ3である）とから成る液晶性成分Ａを含有する
Ｒは１２個までの炭素原子を有するアルキル、アルコキシ、アルケニルあるいはアルケニルオキシであり、
Ｌ5およびＬ6まではそれぞれ独立にＨあるいはＦであり、
Ｚ2は−ＣＯＯ−、−ＣＨ2ＣＨ2−、−Ｃ≡Ｃ−あるいは単結合であり、
ＱはＣＦ2、ＯＣＦ2、ＣＦＨ、ＯＣＦＨあるいは単結合であり、
ＹはＦあるいはＣｌであり、
ｎは０あるいは１である］
上記ディスプレイ。 - 前記液晶混合物の前記透明点は７６〜１１０℃の範囲内であることを特徴とする請求項１記載のディスプレイ。
- 前記液晶混合物の前記透明点は９０〜１００℃の範囲内であることを特徴とする請求項１記載のディスプレイ。
- 前記成分Ｔは式Ｉの化合物を８種以上含有することを特徴とする請求項１乃至３何れか記載のディスプレイ。
- 成分Ａは式ＩＩ
Ｒは１２個までの炭素原子を有するアルキル、アルコキシ、アルケニルあるいはアルケニルオキシであり、
Ｌ3およびＬ4まではそれぞれ独立にＨあるいはＦであり、
Ｚ1は−ＣＯＯ−、−ＣＨ2ＣＨ2−あるいは単結合であり、
ｍは１あるいは２である］
の化合物を更に含有することを特徴とする請求項１乃至４何れか記載のディスプレイ。 - 成分Ａは式ＩＩａないしＩＩｄ
ＲおよびＬ1は既述の意味を有する］
から選択される少なくとも１種の化合物を更に含有することを特徴とする請求項１乃至５何れか記載のディスプレイ。 - 成分Ｂは式ＩＶ１ないしＩＶ７
Ｒ3およびＲ4は請求項１においてＲについて定義した意味を有する］
から成るグループから選択される１種以上の化合物を含有することを特徴とする請求項１乃至６何れか記載のディスプレイ。 - 成分ＢはＩＶ８ないしＩＶ１１
Ｒ3およびＲ4は既述の意味を有し、１，４−フェニレン基ＩＶ７ないしＩＶ１７およびＩＶ２１はそれぞれ互いに独立にフツ素で一置換あるいは多置換されてもよい］
から成るグループから選択される１種以上の化合物を含有することを特徴とする請求項１乃至７何れか記載のディスプレイ。 - 成分ＴがＩａないしＩｅ
Ｒ1は既述の意味を有し、アルキルは１ないし８個までの炭素原子を有するアルキルである］
から成るグループから選択された５種以上の化合物を含有していることを特徴とする請求項１乃至８何れか記載のディスプレイ。 - 成分Ｔが式Ｉａ１
ｍは１または２であり、ｎは１ないし７の整数、特に１あるいは２である］
の１種ないし５種の化合物を含有することを特徴とする請求項１乃至９何れか記載のディスプレイ。 - ネマチック液晶混合物が式Ｉａの少なくとも１種の化合物を３０−６０重量％含有することを特徴とする請求項１乃至１０何れか記載のディスプレイ。
- ネマチック液晶混合物が本質的に式ＩＩＩの化合物と少なくとも式Ｉの少なくとも１種の化合物、（式中Ｒ2がＦあるいはＯＣＦ3である）の３０−５０重量％とから成る液晶性成分Ａを１０−５０重量％含有することを特徴とする請求項１乃至１１何れか記載のディスプレイ。
- 請求項１乃至１２何れかで定義した組成の液晶混合物。
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