JP4639408B2 - Liquid crystal display element - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、幅広い動作温度範囲を有するスーパーツイスト液晶ディスプレイ(以下STNと略す)に関し、かつまた液晶組成物に特定の構造を持つ材料を使用した電気光学液晶ディスプレイに関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示装置(LCD)は、電卓のディスプレイとして登場して以来、コンピューターの開発と歩みを同じくして、TN-LCD(ツイスティッド・ネマチック液晶表示装置)から、STN-LCD(スーパー・ツイスト・ネマチック)へと表示容量の拡大に対応してきた。STN-LCDは、シェファー(Scheffer)等[SID '85 Digest, 120頁(1985年)]、あるいは衣川等[SID '86 Digest, 122頁(1986年)]によって開発され、ワードプロセッサ、パーソナルコンピュータなどの高情報処理用の表示に広く普及しはじめている。STN-LCDはTN-LCDでは90゜程度の捻りを更に強く捻ったものである。捻りを上げることにより、印加電圧に対する光学応答が急峻になり、TN-LCDでは達成できなかった高密度表示での十分なコントラストを得ることが出来る。一方、強く捻ったために、ねじれた配向を安定して維持することが難しくなり、アンダードメインと呼ばれる十分ねじれない状態や、ストライプドメインと呼ばれ、ねじれが安定せずセル中央の分子が波打ったように配列し散乱が起こり、著しくコントラストを悪化させる状態が起こるようになった。このような好ましくない状態を起こりにくくするには、液晶組成物の分子構造や、チルト角、弾性定数、分子間相互作用等のパラメータの制御が重要になってきた。また近年携帯を目的としたノート型コンピューターの需要が高まり、特にこれらの用途に使用されるSTN-LCDには、戸外での使用にも耐える特性が求められている。このため、高温でのコントラストに優れ、低温での結晶析出やスメクチック相の発現が見られず、UV光・太陽光暴露下に放置されても、コントラストの低下や表示不良がみられない特性が強く求められていたが、従来の液晶組成物及びこれらを使用した液晶表示素子は必ずしもこれらを満足するものではなかった。すなわち、高いネマチックーアイソトロピック転移温度、低いクリスタル(若しくはスメクチック)転移温度、高コントラストを可能とする急峻な電気光学特性、熱・光に対する高い信頼性を同時に満足する液晶組成物および液晶表示素子はなかった。
【０００３】
たとえば、WO9403558号や、特開昭63-61083には、トリフルオロ化合物とジフルオロ化合物とを用いた液晶組成物の例が開示されているが、液晶温度範囲が狭かったり、低温での温度安定性が不十分であったり、しきい値電圧が高い等多くの問題点を抱えているのが現状である。また特表平4-501878や特開平5-70777にはSTN-LCDの液晶組成物による改善が開示されているが、上記の課題に対して十分な解決とはなっていなかった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
最も重要な課題は、電気光学特性の急峻性に優れ、高コントラストであり、不安定なねじれ構造を起こしにくく、歩留まりよく、高速応答を兼ね備えたSTN-LCDを製造できる液晶組成物及びディスプレイ特性に最適化された複屈折、弾性定数を持つ液晶組成物とディスプレイパラメータの最適の組み合わせを見いだすことである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
液晶材料化合物及び液晶組成物を網羅的に検討した結果、上記課題を満足する若しくは上記欠点を従来よりは小さい程度で抑えることができるSTN-LCD用液晶組成物を見い出し、これを用いたSTN-LCDを作成することができた。以下本発明について詳述する。
【０００６】
第1の発明は、2枚の基板上に配向膜が形成され、基板間に正の誘電異方性を有するネマチック液晶組成物が封入され、配向膜上に配向した液晶分子の長軸と基板のなす角が、1°から30°のチルト角であり、上下基板間でのねじれ角が100°から600°であるスーパーツイスト液晶ディスプレイにおいて、前記ネマチック液晶組成物が、下記式(1)の化合物を少なくとも1種含むことを特徴とするスーパーツイスト液晶ディスプレイに関する。
【０００７】
【化９】
[式中R1、R2は、炭素数1〜15のアルキル基または炭素数2〜15のアルケニル基であり、この基は非置換であるか、あるいは置換基として少なくとも1個のハロゲンを有しており、そしてこれらの基中に存在する1個または2個以上のCH2基はそれぞれ独立してO原子が相互に直接結合しないものとして -O-、-S-、-CO-、-COO-、-OCO-、-OCO-O-により置き換えられても良く、環A1及び環A2はそれぞれ相互に独立して、
(a) トランス-1,4-シクロへキシレン基(この基中に存在する1個のCH2基または隣接していない2個以上のCH2基は -O- 及びまたは -S- に置き換えられてもよい)
(b) 1,4-フェニレン基(この基中に存在する1個のCH2基または隣接していない2個以上のCH2基は -N- に置き換えられてもよい)
(c) 1,4-シクロヘキセニレン、1,4-ビシクロ(2.2.2)オクチレン、ピペリジン-1,4-ジイル、ナフタレン-2,6-ジイル、デカヒドロナフタレン-2,6-ジイル及び1,2,3,4-テトラヒドロナフタレン-2,6-ジイル
からなる群より選ばれる基であり、上記の基(a)、基(b)、基(c)はCNまたはハロゲンで置換されていてもよく、nは0または1である。]
【０００９】
第2の発明は、液晶組成物が、R1、R2の少なくとも一方が炭素数2〜15のアルケニルである式(1)の群から選ばれた化合物を、少なくとも1種含むことを特徴とする第1の発明に記載のスーパーツイスト液晶ディスプレイに関する。
【００１０】
第3の発明は、液晶組成物が、式(1)の群から選ばれた化合物を少なくとも2種以上含むことを特徴とする第1の発明または第2の発明に記載のスーパーツイスト液晶ディスプレイに関する。
【００１１】
第4の発明は、液晶組成物が式(2)を含むことを特徴とする第1の発明ないし第3の発明に記載のスーパーツイスト液晶ディスプレイに関する。
【００１２】
【化１０】
(式中Rは式(1)でのR1の定義と同じであり、環A3、環A4及び環A5はそれぞれ相互に独立して環A1と同じ定義であり、X1,X2はそれぞれ独立してHまたはFであり、Z1、Z2、Z3はそれぞれ独立して、-COO-,-OCO-,-CH2O-,-OCH2-,-CH2CH2-,-CH=CH-,-C≡C-,-(CH2)4-,-CH=CH-CH2CH2-,-CH2CH2-CH=CH- または単結合であり、a、bはそれぞれ独立して0または1であり、Y1はFまたはCNである。)
【００１４】
第5の発明は、式(2)の化合物が、式(3)で表される化合物であることを特徴とする第4の発明に記載のスーパーツイスト液晶ディスプレイに関する。
【００１５】
【化１１】
(式(3)は式(2)におけるbが0であり、環A4が、式(4)
【００１７】
【化１２】
であり、X3、X4はそれぞれ独立してX1と同じ定義であり、その他の記号の定義は式(2)の定義と同じである。)
【００１９】
第6の発明は、式(2)の化合物が、式(5)で表される化合物であることを特徴とする第4の発明に記載のスーパーツイスト液晶ディスプレイに関する。
【００２０】
【化１３】
(式(5)は式(2)におけるa,bが両方とも0であって、環A4がピリミジン-2,5-ジイル基、ピリジン-2,5-ジイル基、トランス1,4-シクロヘキシレン基または1,4-フェニレン環であり、Z3が単結合であり、Y1はCNであり、その他の定義は式(2)の定義と同じである。)
【００２２】
第7の発明は、液晶組成物が式(6)を含むことを特徴とする第1の発明ないし第6の発明に記載のスーパーツイスト液晶ディスプレイに関する。
【００２３】
【化１４】
(式中Rは式(1)のR1と同じ定義であり、Y2はRと同じ定義であり、環A6、環A7、環A8、環A9はそれぞれ独立して環A1と同じ定義であるが、但しデカヒドロナフタレンではなく、c、dはそれぞれ独立して0または1であり、Z4、Z5、Z6はそれぞれ独立してZ1と同じ定義である。但しZ5は更に-CF=CF-であってもよい。)
【００２５】
第8の発明は、式(6)の化合物において、Z5が-CF=CF-であることを特徴とする第7の発明に記載のスーパーツイスト液晶ディスプレイに関する。
【００２６】
第9の発明は、式(6)の化合物において、Z5が-C≡C-あることを特徴とする第7の発明記載のスーパーツイスト液晶ディスプレイに関する。
【００２７】
第10の発明は式(6)の化合物が、式(7-1)ないし式(7-4)で表される化合物であることを特徴とする第7の発明に記載のスーパーツイスト液晶ディスプレイに関する。
【００２８】
【化１５】
(式中R、Y2はそれぞれ独立に式(1)のR1と同じ定義であり、Zは単結合、-COO-、-OCO-、-C≡C-、-CH=CH-、-CF=CF-または-CH2CH2-である。)
【００３０】
第11の発明は、液晶組成物が光学活性成分としてコレステリックノナノエートまたは式(8)の化合物を含有することを特徴とする請求項1ないし請求項10の少なくとも1つに定義されたスーパーツイスト液晶ディスプレイに関する。
【００３１】
【化１６】
(式中R、R'はそれぞれ独立に式(1)のR1と同じ定義である。)
【００３３】
第12の発明は、液晶組成物の自発ピッチ(P; μm)とパネルの液晶層の厚み(d;μm)の比d/pが0.2から1.2であることを特徴とする第1の発明ないし第11の発明の少なくとも1つに定義されたスーパーツイスト液晶ディスプレイに関する。
【００３４】
第13の発明は、液晶組成物のネマティック-アイソトロピック転移温度(Tni)が少なくとも60℃であり、クリスタル(あるいはスメクティック)-ネマティック転移温度(T-n)が高くとも-30℃であり、複屈折(Δn)が0.04から0.20であることを特徴とする第1の発明ないし第12の発明の少なくとも1つに定義されたスーパーツイスト液晶ディスプレイに関する。
【００３５】
第14の発明は、液晶組成物の弾性定数の比K33/K11(K33：曲げの弾性定数、K11：スプレイの弾性定数)が1.0〜2.0であることを特徴とする第1の発明ないし第13の発明の少なくとも1つに定義されたスーパーツイスト液晶ディスプレイに関する。
【００３６】
第15の発明は、第1の発明ないし第14の発明の少なくとも1つに定義されたネマチック液晶組成物。
【００３７】
【発明の実施の形態】
STN-LCDは複屈折を利用するモードであるため、Δn・dの微細な調整が必要である。液晶化合物のΔnは主にその環構造により決まり、従来はシクロヘキサン環、フェニル環、ヘテロ環などの骨格の組み合わせによりΔnの調整を行っていた。しかし、STN-LCDに求められる様々なパラメータを満足しつつ、Δnの調整を行う事は非常に困難であった。特にネマチック温度範囲はその中でも、もっとも重要なパラメータであり、ネマチック温度範囲の拡大とΔnの調整を同時に行うことが強く求められていたが、従来満足できる液晶組成物及びこれを使用したスーパーツイストディスプレイは得られていなかった。本発明は、環構造としてデカリン構造を有する比較的Δnの小さい液晶化合物を使用することにより、ネマチック温度範囲の拡大とΔnの調整を同時に可能とするものである。
【００３８】
ネマチック温度範囲の拡大は、最近要望の高まっている携帯端末ディスプレイ用として有用である。本発明による組成物は、温度範囲拡大がネマティック上限温度だけでなく、結晶やスメクチックになるネマティック下限温度に対しても拡大効果があるため、本発明の組成物を使用したスーパーツイスト液晶ディスプレイは、戸外の高温の環境でも、低温の環境でも高いコントラストでの動作が可能となる。本発明の組成物に使用される化合物の組み合わせは、従来の組成物に比べ、液晶温度範囲が広く、STNでの電気光学特性の急峻性に優れるためコントラストが高く、高温度での信頼性が高いSTNディスプレイを作製することができる。
【００３９】
さらに詳述すると、式(1)の構造を有する好ましい例は、
【００４０】
【化１７】
(R1、R2は、式(1)と同じ定義である。)
であるが、R1、R2のいずれかがアルケニル基であることが好ましく、特にR2がアルケニルであることが好ましく、両方の基がアルケニルであることが更に好ましい。アルケニル基は、炭素数は2〜5が好ましく、特に下記の構造が好ましい。
【００４２】
【化１８】
【００４３】
式(2)の好ましい例は、
【００４４】
【化１９】
(Rは式(1)のR1と同じ定義である。)
であるが、Rはアルキル基またはアルコキシル基であることが好ましくその炭素数は1から5であることが好ましい。またRはアルケニル基であることが好ましく、炭素数は2〜5が好ましく、特に下記の構造が好ましい。
【００４６】
【化２０】
【００４７】
式(2)の化合物の内、式(3)で表される化合物の好ましい例は、
【００４８】
【化２１】
(Rは式(1)のR1と同じ定義である。)
であるが、Rはアルキル基またはアルコキシル基であることが好ましくその炭素数は1から5であることが好ましい。またRはアルケニル基であることが好ましく、炭素数は2〜5が好ましく、特に下記の構造が好ましい。
【００５０】
【化２２】
【００５１】
式(6)で表される化合物の好ましい例としては、
【００５２】
【化２３】
(R、Y2は式(1)のR1と同じ定義である。)
であるが、R、Y2はアルキル基またはアルコキシル基であることが好ましくその炭素数は1から5であることが好ましい。またR、Y2はアルケニル基であることが好ましく、炭素数は2〜5が好ましく、特に下記の構造が好ましい。
【００５４】
【化２４】
R、Y2は両方ともアルケニル基であることが特に好ましい。
【００５５】
式(1)の化合物は5%以上含有することが好ましく、さらに好ましくは10%以上含有することが好ましい。各式の化合物を1種以上使用することが好ましいが、2種以上使用することがさらに好ましい。全成分数は10成分以上にすることが好ましい。Rは炭素数1から10のアルキル基、若しくは炭素数2〜10のアルケニル基が好ましく、Rがアルケニル基である場合、特に下記の構造が好ましい。
【００５６】
【化２５】
【００５７】
本発明の液晶組成物の弾性定数比K33/K11は1.0から2.0の間の値であることが好ましく、バランスを考えた系では、1.2から1.7であることが好ましい。ディスプレイのセル厚dと液晶組成物の自発ピッチpとの比d/pは、液晶のねじれ角に依存するが、0.2から1.2であることが好ましく、特に好ましくは0.4から0.8である。Δn・dはSTN-LCDにおいて非常に重要なパラメータであるが、本発明によるSTN-LCDのΔn・dは0.5〜1.3であることが好ましい。
【００５８】
本発明の液晶組成物は、公知の方法で作製することができる。
【００５９】
【実施例】
以下、実施例を挙げて本発明を更に詳述するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。また、以下の実施例及び比較例の組成物における「%」は『重量%』を意味する。
【００６０】
実施例中、測定した特性は以下の通りである。
【００６１】
Tni ：ネマチック相-等方性液体相転移温度(℃)
T→N ：固体相又はスメクチック相-ネマチック相転移温度(℃)
Vth ：セル厚6μmのTN-LCDを構成した時のしきい値電圧(V)
Δε ：誘電異方性
Δn ：複屈折
K11 ：25℃でのスプレイの弾性定数(PN)
K33 ：25℃での曲げの弾性定数(PN)
η ：20℃での粘度(c.p.)
γ ：240°ツイストセルにて測定した輝度90%と10%での印加電圧の比(急峻性)。
【００６２】
また、化合物記載に下記の略号を使用する。
【００６３】
【化２６】
(式中シクロヘキサン環の立体はトランス体を表す。)
E -COO-
A -CH2CH2-
T -C≡C-
CN -C≡N (末端基)
F -F (末端基)
F 末端基のオルト位に結合したF原子
OCF3 OCF3 (末端基)
ndm- CnH2n+1-C=C-(CH2)m-1-
(実施例1、2及び比較例1)
【００６５】
【表１】
【化２７】
C1
比較例1中の化合物0d1CC5の10%を式(1)の化合物であるC1で置換した実施例1、20%を置換した実施例2は、ネマチック温度範囲がいずれも広がっていることがわかる。比較例1、実施例1及び実施例2で得られた液晶組成物にカイラル物質「S-811」(メルク社製)を添加して混合液晶を調製した。対向する平面透明電極上に「サンエバー150」(日産化学社製)の有機膜を形成しラビングにより配向処理を行ったツイスト角は240度に設定したセル中に液晶組成物注入し、スーパーツイストディスプレイを作製した。なお、カイラル物質はカイラル物質の添加による混合液晶の固有らせんピッチPと表示用セルのセル厚dが、Δn・d=0.85、d/P=0.50となるように添加した。表1に示すように、実施例1、実施例2の液晶組成物を使用したスーパーツイストディスプレイは、比較例に比べ急峻性γが改善されている(γが1に近づいている)。-30℃の低温においても析出やスメクチックの発生が見られず、低温安定性も優れ、熱・光に対しても安定なディスプレイが得られた。
【００６８】
【発明の効果】
式(1)の化合物を含む液晶組成物を使用することにより、スーパーツイスト液晶ディスプレイに求められる種々の要求特性を満足し、電気光学特性の急峻性に優れ、高コントラストであり、低温安定性も優れ、熱・光に対しても安定な液晶組成物及びこれを使用したスーパーツイスト液晶ディスプレイを提供することができた。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a super twist liquid crystal display (hereinafter abbreviated as STN) having a wide operating temperature range, and also relates to an electro-optical liquid crystal display using a material having a specific structure in a liquid crystal composition.
[0002]
[Prior art]
The liquid crystal display (LCD) has been developed in the same way as computers since its appearance as a calculator display. From the TN-LCD (twisted nematic liquid crystal display) to the STN-LCD (super twist nematic) ) To support the expansion of display capacity. STN-LCD was developed by Scheffer et al. [SID '85 Digest, p. 120 (1985)] or Kinukawa et al. [SID '86 Digest, p. 122 (1986)]. Widely used in displays for high information processing. STN-LCD is a TN-LCD that twists about 90 ° more strongly. By increasing the twist, the optical response to the applied voltage becomes steep, and sufficient contrast in high-density display that cannot be achieved with TN-LCD can be obtained. On the other hand, because it is strongly twisted, it is difficult to stably maintain the twisted orientation, and it is not sufficiently twisted, called the under domain, or is called the stripe domain, and the molecules in the center of the cell are wavy because the twist is not stable. Thus, scattering occurs, and a state in which contrast is remarkably deteriorated occurs. In order to make such an undesirable state difficult to occur, control of parameters such as the molecular structure of the liquid crystal composition, the tilt angle, the elastic constant, and the intermolecular interaction has become important. In recent years, there has been a growing demand for notebook computers for portable use, and STN-LCDs used for these applications are required to have characteristics that can withstand outdoor use. For this reason, it has excellent contrast at high temperature, no crystal precipitation or smectic phase is observed at low temperature, and it has the characteristics that it does not show a decrease in contrast or display failure even when left under UV light or sunlight exposure. Although strongly demanded, conventional liquid crystal compositions and liquid crystal display devices using them have not always satisfied these requirements. That is, a liquid crystal composition and a liquid crystal display element that simultaneously satisfy a high nematic-isotropic transition temperature, a low crystal (or smectic) transition temperature, steep electro-optical characteristics that enable high contrast, and high reliability against heat and light. There wasn't.
[0003]
For example, WO9403558 and JP-A-63-61083 disclose examples of liquid crystal compositions using a trifluoro compound and a difluoro compound, but the liquid crystal temperature range is narrow or the temperature stability at low temperatures is disclosed. Currently, there are many problems such as insufficient voltage and high threshold voltage. Further, JP-A-4-501878 and JP-A-5-70777 disclose improvement by the liquid crystal composition of STN-LCD, but it has not been a sufficient solution to the above problems.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
The most important issues are the liquid crystal composition and display characteristics that can produce STN-LCDs with excellent steepness of electro-optical characteristics, high contrast, hardly causing unstable twisted structure, high yield, and high-speed response. Finding the optimal combination of liquid crystal composition with optimized birefringence and elastic constants and display parameters.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
As a result of exhaustive examination of liquid crystal material compounds and liquid crystal compositions, a liquid crystal composition for STN-LCD that satisfies the above-mentioned problems or can suppress the above disadvantages to a lesser extent than before has been found, and STN- I was able to create an LCD. The present invention is described in detail below.
[0006]
In the first invention, an alignment film is formed on two substrates, a nematic liquid crystal composition having positive dielectric anisotropy is enclosed between the substrates, and the major axis of the liquid crystal molecules aligned on the alignment film and the substrate Is a tilt angle of 1 ° to 30 °, and in a super twist liquid crystal display in which a twist angle between the upper and lower substrates is 100 ° to 600 °, the nematic liquid crystal composition has the following formula (1): The present invention relates to a super twist liquid crystal display comprising at least one compound.
[0007]
[Chemical 9]
[Wherein R1 and R2 are an alkyl group having 1 to 15 carbon atoms or an alkenyl group having 2 to 15 carbon atoms, and this group is unsubstituted or has at least one halogen as a substituent. And one or more CH2 groups present in these groups are each independently an O atom that is not directly bonded to each other -O-, -S-, -CO-, -COO-, -OCO- and -OCO-O- may be substituted, and ring A1 and ring A2 are each independently of each other,
(a) trans-1,4-cyclohexylene group (one CH2 group present in this group or two or more non-adjacent CH2 groups may be replaced by -O- and / or -S- Good)
(b) 1,4-phenylene group (one CH2 group present in this group or two or more non-adjacent CH2 groups may be replaced by -N-)
(c) 1,4-cyclohexenylene, 1,4-bicyclo (2.2.2) octylene, piperidine-1,4-diyl, naphthalene-2,6-diyl, decahydronaphthalene-2,6-diyl and 1 , 2,3,4-tetrahydronaphthalene-2,6-diyl, the group (a), the group (b) and the group (c) are substituted with CN or halogen. N is 0 or 1. ]
[0009]
The second invention is characterized in that the liquid crystal composition contains at least one compound selected from the group of the formula (1) in which at least one of R1 and R2 is alkenyl having 2 to 15 carbon atoms. The present invention relates to a super twist liquid crystal display according to the invention of 1.
[0010]
A third invention relates to the super twist liquid crystal display according to the first invention or the second invention, wherein the liquid crystal composition contains at least two kinds of compounds selected from the group of the formula (1) .
[0011]
A fourth invention relates to the super twist liquid crystal display according to any one of the first to third inventions, wherein the liquid crystal composition contains the formula (2).
[0012]
Embedded image
(In the formula, R is the same as the definition of R1 in formula (1), ring A3, ring A4 and ring A5 are each independently the same definition as ring A1, and X1 and X2 are each independently H or F, and Z1, Z2, and Z3 are each independently -COO-, -OCO-, -CH2O-, -OCH2-, -CH2CH2-, -CH = CH-, -C≡C-,- (CH2) 4-,-CH = CH-CH2CH2-,-CH2CH2-CH = CH- or a single bond, a and b are each independently 0 or 1, and Y1 is F or CN.)
[0014]
A fifth invention relates to the super twist liquid crystal display according to the fourth invention, wherein the compound of the formula (2) is a compound represented by the formula (3).
[0015]
Embedded image
(In Formula (3), b in Formula (2) is 0, ring A4 is Formula (4)
[0017]
Embedded image
And X3 and X4 are each independently the same definition as X1, and the definitions of the other symbols are the same as those of the formula (2). )
[0019]
A sixth invention relates to the super twist liquid crystal display according to the fourth invention, wherein the compound of the formula (2) is a compound represented by the formula (5).
[0020]
Embedded image
(In Formula (5), a and b in Formula (2) are both 0, and ring A4 is pyrimidine-2,5-diyl group, pyridine-2,5-diyl group, trans 1,4-cyclohexylene. A group or a 1,4-phenylene ring, Z3 is a single bond, Y1 is CN, and other definitions are the same as those in formula (2).)
[0022]
A seventh invention relates to the super twist liquid crystal display according to any one of the first to sixth inventions, characterized in that the liquid crystal composition contains the formula (6).
[0023]
Embedded image
(In the formula, R has the same definition as R1 in formula (1), Y2 has the same definition as R, and ring A6, ring A7, ring A8, and ring A9 are each independently the same definition as ring A1. However, not decahydronaphthalene, c and d are each independently 0 or 1, and Z4, Z5 and Z6 are each independently the same definition as Z1, provided that Z5 is further -CF = CF-. May be.)
[0025]
The eighth invention relates to the super twist liquid crystal display according to the seventh invention, wherein in the compound of the formula (6), Z5 is -CF = CF-.
[0026]
A ninth invention relates to the super twist liquid crystal display according to the seventh invention, wherein in the compound of the formula (6), Z5 is —C≡C—.
[0027]
A tenth invention relates to the super twist liquid crystal display according to the seventh invention, wherein the compound of the formula (6) is a compound represented by the formula (7-1) to the formula (7-4) .
[0028]
Embedded image
(Wherein R and Y2 are each independently the same definition as R1 in formula (1), Z is a single bond, -COO-, -OCO-, -C≡C-, -CH = CH-, -CF = CF- or -CH2CH2-.)
[0030]
The eleventh aspect of the present invention is the super twist liquid crystal as defined in at least one of claims 1 to 10, wherein the liquid crystal composition contains cholesteric nonanoate or a compound of formula (8) as an optically active component Regarding display.
[0031]
Embedded image
(In the formula, R and R ′ each independently has the same definition as R1 in formula (1).)
[0033]
The twelfth invention is characterized in that the ratio d / p between the spontaneous pitch (P; μm) of the liquid crystal composition and the thickness (d; μm) of the liquid crystal layer of the panel is 0.2 to 1.2. The present invention relates to a super twist liquid crystal display defined in at least one of the eleventh inventions.
[0034]
According to a thirteenth aspect of the invention, the nematic-isotropic transition temperature (Tni) of the liquid crystal composition is at least 60 ° C., the crystal (or smectic) -nematic transition temperature (Tn) is at most −30 ° C., and birefringence ( The present invention relates to a super twist liquid crystal display defined in at least one of the first to twelfth inventions, wherein Δn) is 0.04 to 0.20.
[0035]
In a fourteenth aspect of the invention, the ratio K33 / K11 (K33: elastic constant of bending, K11: elastic constant of spray) of the liquid crystal composition is 1.0 to 2.0. The present invention relates to a super twist liquid crystal display defined in at least one of the inventions.
[0036]
A fifteenth invention is a nematic liquid crystal composition defined in at least one of the first invention to the fourteenth invention.
[0037]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Since STN-LCD is a mode that utilizes birefringence, fine adjustment of Δn · d is required. Δn of a liquid crystal compound is mainly determined by its ring structure, and Δn is conventionally adjusted by a combination of skeletons such as a cyclohexane ring, a phenyl ring, and a hetero ring. However, it is very difficult to adjust Δn while satisfying various parameters required for STN-LCD. In particular, the nematic temperature range is the most important parameter, and there has been a strong demand for simultaneous expansion of the nematic temperature range and adjustment of Δn, but a liquid crystal composition that can be satisfied conventionally and a super twist display using the same. Was not obtained. In the present invention, by using a liquid crystal compound having a decalin structure as a ring structure and having a relatively small Δn, the nematic temperature range can be expanded and Δn can be adjusted simultaneously.
[0038]
The expansion of the nematic temperature range is useful for portable terminal displays that have recently been demanded. The composition according to the present invention has an effect of expanding not only the nematic upper limit temperature but also the nematic lower limit temperature at which the temperature or range becomes crystalline or smectic, so the super twist liquid crystal display using the composition of the present invention is It is possible to operate with high contrast even in outdoor high-temperature environments or low-temperature environments. The combination of the compounds used in the composition of the present invention has a wider liquid crystal temperature range than the conventional composition, and is excellent in steep electro-optical characteristics in STN, so it has high contrast and high temperature reliability. A high STN display can be produced.
[0039]
More specifically, preferred examples having the structure of formula (1) are:
[0040]
Embedded image
(R1 and R2 have the same definition as in formula (1).)
However, either R 1 or R 2 is preferably an alkenyl group, particularly preferably R 2 is alkenyl, and more preferably both groups are alkenyl. The alkenyl group preferably has 2 to 5 carbon atoms, and particularly preferably has the following structure.
[0042]
Embedded image
[0043]
Preferred examples of formula (2) are
[0044]
Embedded image
(R has the same definition as R1 in formula (1).)
However, R is preferably an alkyl group or an alkoxyl group, and preferably has 1 to 5 carbon atoms. R is preferably an alkenyl group, preferably having 2 to 5 carbon atoms, and particularly preferably the following structure.
[0046]
Embedded image
[0047]
Of the compounds of formula (2), preferred examples of the compound represented by formula (3) are:
[0048]
Embedded image
(R has the same definition as R1 in formula (1).)
However, R is preferably an alkyl group or an alkoxyl group, and preferably has 1 to 5 carbon atoms. R is preferably an alkenyl group, preferably having 2 to 5 carbon atoms, and particularly preferably the following structure.
[0050]
Embedded image
[0051]
As a preferred example of the compound represented by the formula (6),
[0052]
Embedded image
(R and Y2 have the same definition as R1 in formula (1).)
However, R and Y2 are preferably alkyl groups or alkoxyl groups, and preferably have 1 to 5 carbon atoms. R and Y2 are preferably alkenyl groups, preferably having 2 to 5 carbon atoms, and particularly preferably have the following structure.
[0054]
Embedded image
R and Y2 are particularly preferably both alkenyl groups.
[0055]
The compound of the formula (1) is preferably contained at 5% or more, more preferably 10% or more. It is preferable to use one or more compounds of each formula, but it is more preferable to use two or more compounds. The total number of components is preferably 10 or more. R is preferably an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms or an alkenyl group having 2 to 10 carbon atoms. When R is an alkenyl group, the following structure is particularly preferable.
[0056]
Embedded image
[0057]
The elastic constant ratio K33 / K11 of the liquid crystal composition of the present invention is preferably a value between 1.0 and 2.0, and in a system considering balance, it is preferably 1.2 to 1.7. The ratio d / p between the cell thickness d of the display and the spontaneous pitch p of the liquid crystal composition depends on the twist angle of the liquid crystal, but is preferably 0.2 to 1.2, particularly preferably 0.4 to 0.8. Δn · d is a very important parameter in the STN-LCD, but Δn · d of the STN-LCD according to the present invention is preferably 0.5 to 1.3.
[0058]
The liquid crystal composition of the present invention can be produced by a known method.
[0059]
【Example】
EXAMPLES Hereinafter, although an Example is given and this invention is further explained in full detail, this invention is not limited to these Examples. Further, “%” in the compositions of the following Examples and Comparative Examples means “% by weight”.
[0060]
In the examples, the measured characteristics are as follows.
[0061]
Tni: Nematic phase-isotropic liquid phase transition temperature (℃)
T → N : Solid phase or smectic phase-nematic phase transition temperature (℃)
Vth: Threshold voltage (V) when a TN-LCD with a cell thickness of 6μm is constructed
Δε: Dielectric anisotropy Δn: Birefringence
K11: Elastic constant of spray (PN) at 25 ° C
K33: Elastic constant of bending (PN) at 25 ° C
η: Viscosity at 20 ° C (cp)
γ: Ratio of applied voltage (steepness) at 90% and 10% luminance measured with a 240 ° twist cell.
[0062]
In addition, the following abbreviations are used in the compound description.
[0063]
Embedded image
(In the formula, the cyclohexane ring represents a trans form.)
E -COO-
A -CH 2 CH 2-
T -C≡C-
CN -C≡N (terminal group)
F -F (terminal group)
F atom bonded to the ortho position of the F end group
OCF3 OCF 3 (terminal group)
ndm- C n H 2n + 1 -C = C- (CH 2 ) m-1-
(Examples 1 and 2 and Comparative Example 1)
[0065]
[Table 1]
Embedded image
C1
It can be seen that Example 1 in which 10% of Compound 0d1CC5 in Comparative Example 1 is substituted with C1 of the compound of formula (1) and Example 2 in which 20% is substituted have both expanded the nematic temperature range. A chiral substance “S-811” (manufactured by Merck) was added to the liquid crystal compositions obtained in Comparative Example 1, Example 1 and Example 2 to prepare mixed liquid crystals. An organic film of “Sunever 150” (Nissan Chemical Co., Ltd.) is formed on the opposing flat transparent electrodes, and alignment treatment is performed by rubbing. The liquid crystal composition is injected into a cell with a twist angle set to 240 degrees, and a super twist display. Was made. The chiral material was added so that the intrinsic helical pitch P of the mixed liquid crystal and the cell thickness d of the display cell were Δn · d = 0.85 and d / P = 0.50 by adding the chiral material. As shown in Table 1, in the super twist display using the liquid crystal compositions of Example 1 and Example 2, the steepness γ is improved compared to the comparative example (γ approaches 1). Even at a low temperature of −30 ° C., no precipitation or smectic was observed, and the low-temperature stability was excellent, and a display stable against heat and light was obtained.
[0068]
【The invention's effect】
By using the liquid crystal composition containing the compound of the formula (1), it satisfies various required characteristics required for a super twist liquid crystal display, has excellent steep electro-optical characteristics, high contrast, and low temperature stability. An excellent liquid crystal composition that is stable against heat and light and a super twist liquid crystal display using the same can be provided.
Claims (14)
(a) トランス-1,4-シクロへキシレン基
からなる群より選ばれる基であり、上記の基(a)はCNまたはハロゲンで置換されていてもよく、nは0または1である。]
(a) A group selected from the group consisting of trans-1,4-cyclohexylene groups, wherein the group (a) may be substituted with CN or halogen, and n is 0 or 1. ]
(a) トランス-1,4-シクロへキシレン基(この基中に存在する1個のCH2基または隣接していない2個以上のCH2基は -O- 及びまたは -S- に置き換えられてもよい)
(b) 1,4-フェニレン基
(c) 1,4-シクロヘキセニレン、1,4-ビシクロ(2.2.2)オクチレン、ピペリジン-1,4-ジイル、ナフタレン-2,6-ジイル、デカヒドロナフタレン-2,6-ジイル及び1,2,3,4-テトラヒドロナフタレン-2,6-ジイル
からなる群より選ばれる基であり、上記の基(a)、基(b)、基(c)はCNまたはハロゲンで置換されていてもよく、
X1,X2はそれぞれ独立してHまたはFであり、Z1、Z2、Z3はそれぞれ独立して、-COO-,-OCO-,-CH2O-,-OCH2-,-CH2CH2-,-CH=CH-,-C≡C-,-(CH2)4-,-CH=CH-CH2CH2-,-CH2CH2-CH=CH- または単結合であり、a、bはそれぞれ独立して0または1であり、Y1はFまたはCNである。)4. The nematic liquid crystal composition according to claim 1, comprising the formula (2).
(a) trans-1,4-cyclohexylene group (one CH2 group present in this group or two or more non-adjacent CH2 groups may be replaced by -O- and / or -S- Good)
(b) 1,4-phenylene group
(c) 1,4-cyclohexenylene, 1,4-bicyclo (2.2.2) octylene, piperidine-1,4-diyl, naphthalene-2,6-diyl, decahydronaphthalene-2,6-diyl and 1 , 2,3,4-tetrahydronaphthalene-2,6-diyl, the group (a), the group (b) and the group (c) are substituted with CN or halogen. Well,
X1 and X2 are each independently H or F, and Z1, Z2, and Z3 are each independently -COO-, -OCO-, -CH2O-, -OCH2-, -CH2CH2-, -CH = CH- , -C≡C-,-(CH2) 4-,-CH = CH-CH2CH2-,-CH2CH2-CH = CH- or a single bond, a and b are each independently 0 or 1, Y1 Is F or CN. )
(a) トランス-1,4-シクロへキシレン基(この基中に存在する1個のCH2基または隣接していない2個以上のCH2基は -O- 及びまたは -S- に置き換えられてもよい)
(b) 1,4-フェニレン基
(c) 1,4-シクロヘキセニレン、1,4-ビシクロ(2.2.2)オクチレン、ピペリジン-1,4-ジイル、ナフタレン-2,6-ジイル、デカヒドロナフタレン-2,6-ジイル及び1,2,3,4-テトラヒドロナフタレン-2,6-ジイル
からなる群より選ばれる基であり、上記の基(a)、基(b)、基(c)はCNまたはハロゲンで置換されていてもよいが、但しデカヒドロナフタレンではなく、c、dはそれぞれ独立して0または1であり、Z4、Z5、Z6はそれぞれ独立してZ1と同じ定義である。但しZ5は更に-CF=CF-であってもよい。)6. The nematic liquid crystal composition according to claim 1, comprising formula (6).
(a) trans-1,4-cyclohexylene group (one CH2 group present in this group or two or more non-adjacent CH2 groups may be replaced by -O- and / or -S- Good)
(b) 1,4-phenylene group
(c) 1,4-cyclohexenylene, 1,4-bicyclo (2.2.2) octylene, piperidine-1,4-diyl, naphthalene-2,6-diyl, decahydronaphthalene-2,6-diyl and 1 , 2,3,4-tetrahydronaphthalene-2,6-diyl, the group (a), the group (b) and the group (c) are substituted with CN or halogen. However, it is not decahydronaphthalene, c and d are each independently 0 or 1, and Z4, Z5 and Z6 are each independently the same definition as Z1. However, Z5 may further be -CF = CF-. )
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