JP4547733B2 - 液晶表示素子 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶に印加する電界の方向が基板界面にほぼ平行である方式に関し、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】
従来のTN、STN等の液晶ディスプレイでは、相対向した2枚の基板に形成した電極間に電圧を印加する事により、ほぼ基板界面に垂直な電界を発生させ、電界方向(またはそれと垂直な方向)に液晶を動作させることにより表示を行っていた。
特表平5-505247、EP588568には、液晶層に対して平行な有効成分を持つ電界が液晶を動作させる方式IPS(In-Plain Switching)が記載されている。IPSディスプレイは、TNやSTNなどのねじれ構造を持ち、電界により液晶が基板面とほぼ平行な状態から垂直な状態に動作する事により表示する方式に比べ、基板とほぼ平行な面内で動作する事により表示するため、視角特性が優れたものである。しかし基板にほぼ平行な横電界を印加するため、従来のねじれ型方式とは異なったIPS方式に最適化された幅広い液晶温度範囲、低温での液晶安定性、低い粘性、短い応答時間、加熱・光に対する安定性、高い電圧保持率、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が望まれていたが十分満足する液晶材料は得られていなかった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、IPSディスプレイにおいて、幅広い液晶温度範囲、低温での液晶安定性、低い粘性、短い応答時間、加熱・光に対する安定性、高い電圧保持率、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を見いだすことにある。
【０００４】
【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液晶組成物を見いだすことができ、これを用いたIPSディスプレイを作成できた。以下本発明について詳述する。
【０００５】
本発明の第1は、マトリクス状に配置された画素部にスイッチング素子が設けられているアクティブマトリクス型液晶表示素子であり、配向制御層を有する2枚の基板間の液晶層が液晶分子の長軸をほぼ基板と平行にして配向し、液晶を駆動するための電場が液晶層に対してほぼ平行になるように駆動されるよう構成され、該液晶層を形成する液晶組成物が式(1)、式(3)、式(4)で表される群の中から選ばれる少なくとも一群に属する化合物を少なくとも一種以上含み、液晶組成物の特性が、ネマチック−アイソトロピック転移温度(Tni)が少なくとも60℃、クリスタル又はスメクチック−ネマチック転移温度(T-n)が高くとも-30℃、25℃での複屈折率(Δn)が0.04〜0.15 であることを特徴とする液晶表示素子に関する。
【０００６】
【化８】
【０００７】
[式中Ｒ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を非置換であるか、あるいは置換基として1個のCNまたはCF3を有するか、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よい。
環Ａ及び環Ｂはそれぞれ独立して
(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良い。
Ｚ1及びＺ2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- または単結合である。
ｍ、ｎは0、1または2である。
Ｙ1は、-F、-CF3、-OCF3、-OCHF2、-OCH2F、-CN、アルコキシ基、Ｒと同じ定義または式(2)であり、
【０００８】
【化９】
【０００９】
(式中Ｘ1及びＸ2はそれぞれ独立してH、FまたはClであり、
Ｑ1は-OCH2-、-OCF2-、-OCHF-、-CF2-または単結合であり、
Ｙ2はF、ClまたはCNである。)]
【００１０】
【化１０】
【００１１】
(式中Ｒは互いにそれぞれ独立して式(1)でのＲの定義と同じであり、
環Ｃ及び環Ｄはそれぞれ独立して
(d) 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）
(e) 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）
(f) 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(d)、基(e)、基(f)はCNまたはハロゲンで置換されていても良い。
Ｚ3及びＺ4は互いにそれぞれ独立してＺ1、Ｚ2と同じ定義であり、
ｐ及びｑは互いにそれぞれ独立してｍ、ｎと同じ定義であり、
Ｘ3、Ｘ4及びＸ5は互いにそれぞれ独立して、H、FまたはClである。
Ｙ3はＹ1と同じ定義である。）
【００１２】
【化１１】
【００１３】
(式中Ｒは互いにそれぞれ独立して式(1)でのＲの定義と同じであり、
環Ｅ、環Ｆ、環Ｇ及び環Ｈは互いにそれぞれ独立して
(g) 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）
(h) 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）
(i) 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(g)、基(h)、基(i)はCNまたはハロゲンで置換されていてもよい。
Ｚ5及びＺ6は互いにそれぞれ独立してＺ1、Ｚ2と同じ定義であり、
ｓ及びｔは互いにそれぞれ独立してｍ、ｎと同じ定義であり、
Ｘ6〜Ｘ11は互いにそれぞれ独立して、H、FまたはClであり、
Ｙ4はＹ1と同じ定義である。)
【００１４】
本発明の第2は、液晶組成物が、式(5)の化合物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本発明第1記載の液晶表示素子に関する。
【００１５】
【化１２】
【００１６】
(式中Ｒは互いに独立して式(1)でのＲの定義と同じであり、
環I及び環Jはそれぞれ相互に独立して、
(j) 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）
(k) 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）
(l) 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、
からなる群より選ばれる基であり、上記の基(j)、基(k)、基(l)はCNまたはハロゲンで置換されていてもよい。
Ｚ7及びＺ8は互いにそれぞれ独立してＺ1、Ｚ2と同じ定義であり、
Ｘ12及びＸ13は互いにそれぞれ独立してＸ1、Ｘ2と同じ定義であり、
ｕは0、１または2であり、
Ｙ5は、FまたはClであり、
Ｑ2は、単結合、-CF2-、-OCF2-、-OCH2-または-OCHF-である。）
【００１７】
本発明の第3は、液晶組成物が、式(6)及び式(7)の化合物群のいずれか一方若しくは両方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本発明第1または2記載の液晶表示素子に関する。
【００１８】
【化１３】
【００１９】
(式中Ｒ及びＲ'は互いにそれぞれ独立して式(1)でのＲの定義と同じであり、環Ｉは環Ｇ、環Ｈの定義と同じであり、
Ｚ9及びＺ10はそれぞれ独立して単結合、-COO-、-OCO-、-CH2CH2-、-C=C-または-C≡C-であり、
Ｚ11及びＺ12はそれぞれ独立して単結合、-COO-、-OCO-、-CH2CH2-、-CF=CF-、-C=C-または-C≡C-である。
Ｘ14〜Ｘ17はそれぞれ独立して、H、FまたはClである。
ａ1は0または1であり、
ａ2及びａ3はそれぞれ独立に0、1または2である。
Ｙ6はCNである。）
【００２０】
本発明の第4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1種含むことを特徴とする本発明第1、2または3記載の液晶表示素子に関する。
【００２１】
本発明の第5は、液晶組成物が、式(3)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本発明第1、2または3記載の液晶表示素子に関する。
【００２２】
本発明の第6は、液晶組成物が、式(4)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本発明第1、2または3記載の液晶表示素子に関する。
【００２３】
本発明の第7は、液晶組成物が、式(1)及び式(3)、または式(1)及び式(4)、若しくは式(3)及び式(4)の2群の組み合わせの内の1群ずつから少なくとも1種を含むことを特徴とする本発明第1または2記載の液晶表示素子に関する。
【００２４】
本発明の第8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本発明第1または2記載の液晶表示素子に関する。
【００２５】
本発明の第9は、液晶組成物が、式(3)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本発明第1または2記載の液晶表示素子に関する。
【００２６】
本発明の第10は、液晶組成物が、式(4)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本発明第1または2記載の液晶表示素子に関する。
【００２７】
本発明の第11は、式(7)の化合物が、下記の式(8-1)〜(8-5)で表される化合物であることを特徴とする本発明第3記載の液晶表示素子に関する。
【００２８】
【化１４】
【００２９】
(式中Ｒ、Ｒ'はそれぞれ独立に式(1)のＲと同じ定義であり、Ｚは単結合、-COO-、-OCO-または-CH2CH2-である。)
【００３０】
本発明の第12は、液晶組成物が式(1)で表される化合物を10〜50%、式(3)で表される化合物を10〜50%、式(4)で表される化合物を10〜50%含有することを特徴とする本発明第1記載の液晶表示素子に関する。
【００３１】
本発明の第13は、液晶表示素子が、偏光された紫外線を照射することにより液晶配向能を付与された液晶配向膜を有する事を特徴とする本発明第1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12記載の液晶表示素子に関する。
【００３２】
本発明の液晶媒体に用いられる一般式(5)の化合物はWO91/03450や特開平2-233626号公報に記載の化合物であって、フルオロ系の化学的に安定性の高い液晶化合物である。しかしこれらの化合物だけでは、得られる組成物は析出やスメクチック発現等の問題があった。
【００３３】
本発明はIPSディスプレイ用の組成物の改善を鋭意行った結果、従来知られていた基(9)及び基(10)に換えて、基(11)、基(12)または基(13)を有する化合物を含んだ液晶組成物をIPSディスプレイに使用することにより、動作温度範囲が幅広く、化学安定性に優れ、高い電圧保持率を有する等、従来のIPSディスプレイが有していた特性の欠点を改善、若しくはより軽減するディスプレイを見出すに至り本願発明が可能となった。
【００３４】
【化１５】
【００３５】
【発明の実施の形態】
本発明の特徴は、IPSに使用する液晶組成物が式(1)、式(3)、式(4)で表される群の中から選ばれる少なくとも一群に属する化合物を少なくとも1種以上含む組成物であって、式(5)の化合物群から選ばれた化合物を少なくとも1種及び／または式(6)、式(7)の化合物群から選ばれた化合物を少なくとも１種からなる液晶媒体であり、該液晶組成物の特性が、ネマチック−アイソトロピック転移温度(Tni)が少なくとも60℃、クリスタル又はスメクチック−ネマチック転移温度(T-n)が高くとも-30℃、25℃での複屈折率(Δn)が0.04〜0.15 である。
式(5)で表される化合物としては、
Ｒは炭素数1〜10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、環Ｇ、環Ｈはトランス-1,4-シクロヘキシレン基、1,4-フェニレン基、ナフタレン-2,6-ジイル基、1,2,3,4-テトラヒドロナフタレン-2,6-ジイル基が好ましく、Ｘ12、Ｘ13はいずれかがＦであることが好ましく、さらに好ましいのは両方ともＦである。
ｕは0または１が好ましい。
Ｙ5はＦであることが好ましく、
Ｑ2は単結合、-OCHF-、-OCF2- が好ましく、
また連結基Ｚ7、Ｚ8は、単結合、-CH2CH2-、-(CH2)4-、-C≡C-であることが好ましく、単結合が特に好ましい。
式(5)の化合物の好ましい例としては、
【００３６】
【化１６】
【００３７】
式(1)、式(3)、式(4)で表される化合物としては、
環Ａ〜環Ｆはトランス-1,4-シクロヘキシレン基、1,4-フェニレン基が好ましく、また、連結基Ｚ1〜Ｚ8は単結合、-CH2CH2-、-(CH2)4-、エステル結合が好ましく、
置換基Ｘ1〜Ｘ11は、いずれかがＦであることが好ましい。Ｘ3、Ｘ6はＦであることが特に好ましい。
ｍ、ｎ、ｐ、ｑ、ｓ、ｔは0または1が好ましい。
Ｙ1、Ｙ3及びＹ4はアルキル基、アルケニル基、アルコキシ基、-F、-CF3、-OCF3、-OCHF2、-OCH2F、-CNが好ましい。
Ｒは炭素数1〜5のアルキル基または炭素数2〜5のアルケニル基が好ましく、特に炭素数2〜5のアルケニル基の場合下記の構造が好ましい。
【００３８】
【化１７】
【００３９】
(上記それぞれの構造において、右端は環に接合している。)
式(1)の化合物の好ましい例としては、
【００４０】
【化１８】
【００４１】
（式中Ｒは、互いに独立して式(1)のＲと同じ定義であり、
Ｙ7はそれぞれ独立して-F、-CF3、-OCF3、-OCHF2、-OCH2F、-CNまたはＲであり、
それぞれの式において、ＲとＹ7を入れ換えて表される化合物も含む。）
式(3)の化合物の好ましい例としては、
【００４２】
【化１９】
【００４３】
（式中Ｒは、互いに独立して式(1)のＲと同じ定義であり、
Ｙ8はそれぞれ独立して-F、-CF3、-OCF3、-OCHF2、-OCH2F、-CNまたはＲであり、
それぞれの式において、ＲとＹ8を入れ換えて表される化合物も含む。）
式(4)の化合物の好ましい例としては、
【００４４】
【化２０】
【００４５】
（式中Ｒは互いに独立して式(1)のＲと同じ定義であり、Ｙ9はそれぞれ独立して-F、-CF3、-OCF3、-OCHF2、-OCH2F、-CNまたはＲであり、それぞれの式において、ＲとＹ9を入れ換えて表される化合物も含む。）
特に式(14)の構造をもつ化合物が好ましい。
【００４６】
【化２１】
式（６）、式（７）の化合物としては、
Ｒ、Ｒ'は炭素数1〜5のアルキル基または炭素数2〜5のアルケニル基が好ましく、特に炭素数2〜5のアルケニル基の場合下記の構造が好ましい。
【化２２】
【００４７】
(上記それぞれの構造において、右端は環に接合している。)
環Ｉはトランス-1,4-シクロヘキシレン基、1,4-フェニレン基、ナフタレン-2,6-ジイル基、1,2,3,4-テトラヒドロナフタレン-2,6-ジイル基が好ましく、
置換基Ｘ14〜Ｘ17はＦまたはClが好ましく、特にＦを2個または3個含んでいることが好ましい。
連結基Ｚ9〜Ｚ12は単結合、-CH2CH2-、-(CH2)4-、エステル結合が好ましく、
Ｙ6は、CNが好ましい。
【００４８】
【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。
【００４９】
実施例中、測定した特性は以下の通りである。
【００５０】
Ｔni：ネマチック−アイソトロピック転移温度（℃）
Ｔ-n：クリスタル又はスメクチック−ネマチック転移温度（℃）
Ｖth：セル厚６μｍのTN-LCDに注入した時のしきい値電圧（Ｖ）
（電圧無印加時の輝度から１０％輝度が低下したときの電圧）
△ε ：25℃での誘電率異方性 （-）
Δｎ ：25℃での複屈折率（-）
τ ：IPS-LCDに注入したときのレスポンス（ｍｓｅｃ）
（立ち上がり時間と立ち下がり時間の平均値）
実験で使用した試験用IPSディスプレイは、特表平5-505247号公報記載の櫛形構造を有するセルを作成した。電極間隔は20μm、セル厚は5μmである。
(実施例1)
【００５１】
【化２３】
【００５２】
(比較例1)
【００５３】
【化２４】
【００５４】
【表１】
【００５５】
表１に示すように実施例1は比較例1に比べＴni−T-n間のネマチック転移温度範囲を拡大する効果を得られた。また、高い電圧保持率と高温でも高いコントラストを得ることができた。
(実施例2)
【００５６】
【化２５】
【００５７】
【表２】
【００５８】
表2に示すように実施例2は、Ｔni−T-n間のネマチック転移温度範囲を拡大する効果を得られた。また、高い電圧保持率を得ることができた。
【００５９】
US5,807,498実施例1に記載の方法に従い、偏光UVにより液晶配向能を付与した配向膜を有するIPSセルを作製した。
このセルに実施例2の組成物を注入し、レスポンスτを測定したところ５０msecであり、良好なコントラストが得られた。
(実施例3)
【００６０】
【化２６】
【００６１】
(比較例2)
【００６２】
【化２７】
【００６３】
【表３】
【００６４】
表3に示すように実施例3は比較例2に比べＴni−T-n間のネマチック転移温度範囲を拡大する効果とを得られた。また、高い電圧保持率と高温でも高いコントラストを得ることができた。
【００６５】
US5,807,498実施例1に記載の方法に従い、偏光UVにより液晶配向能を付与した配向膜を有するIPSセルを作製した。
このセルに実施例3の組成物を注入し、レスポンスτを測定したところ６０msecであり、良好なコントラストが得られた。
【００６６】
【発明の効果】
本発明は、ナフタレン-2,6-ジイル基、デカヒドロナフタレン-2,6-ジイル基または1,2,3,4-テトラヒドロナフタレン-2,6-ジイル基を有する化合物を含んだ液晶組成物をIPSディスプレイに使用することにより、動作温度範囲が幅広く、化学安定性に優れた、高い電圧保持率を提供することができ、および従来のIPSディスプレイ用組成物の欠点を改善若しくは軽減することが可能な液晶組成物およびこれを使用した液晶表示素子を提供することができる。
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶に印加する電界の方向が基板界面にほぼ平行である方式に関し、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】
従来のTN、STN等の液晶ディスプレイでは、相対向した2枚の基板に形成した電極間に電圧を印加する事により、ほぼ基板界面に垂直な電界を発生させ、電界方向(またはそれと垂直な方向)に液晶を動作させることにより表示を行っていた。
特表平5-505247、EP588568には、液晶層に対して平行な有効成分を持つ電界が液晶を動作させる方式IPS(In-Plain Switching)が記載されている。IPSディスプレイは、TNやSTNなどのねじれ構造を持ち、電界により液晶が基板面とほぼ平行な状態から垂直な状態に動作する事により表示する方式に比べ、基板とほぼ平行な面内で動作する事により表示するため、視角特性が優れたものである。しかし基板にほぼ平行な横電界を印加するため、従来のねじれ型方式とは異なったIPS方式に最適化された幅広い液晶温度範囲、低温での液晶安定性、低い粘性、短い応答時間、加熱・光に対する安定性、高い電圧保持率、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が望まれていたが十分満足する液晶材料は得られていなかった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、IPSディスプレイにおいて、幅広い液晶温度範囲、低温での液晶安定性、低い粘性、短い応答時間、加熱・光に対する安定性、高い電圧保持率、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を見いだすことにある。
【０００４】
【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液晶組成物を見いだすことができ、これを用いたIPSディスプレイを作成できた。以下本発明について詳述する。
【０００５】
本発明の第1は、マトリクス状に配置された画素部にスイッチング素子が設けられているアクティブマトリクス型液晶表示素子であり、配向制御層を有する2枚の基板間の液晶層が液晶分子の長軸をほぼ基板と平行にして配向し、液晶を駆動するための電場が液晶層に対してほぼ平行になるように駆動されるよう構成され、該液晶層を形成する液晶組成物が式(1)、式(3)、式(4)で表される群の中から選ばれる少なくとも一群に属する化合物を少なくとも一種以上含み、液晶組成物の特性が、ネマチック−アイソトロピック転移温度(Tni)が少なくとも60℃、クリスタル又はスメクチック−ネマチック転移温度(T-n)が高くとも-30℃、25℃での複屈折率(Δn)が0.04〜0.15 であることを特徴とする液晶表示素子に関する。
【０００６】
【化８】
[式中Ｒ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を非置換であるか、あるいは置換基として1個のCNまたはCF3を有するか、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よい。
環Ａ及び環Ｂはそれぞれ独立して
(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良い。
Ｚ1及びＺ2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- または単結合である。
ｍ、ｎは0、1または2である。
Ｙ1は、-F、-CF3、-OCF3、-OCHF2、-OCH2F、-CN、アルコキシ基、Ｒと同じ定義または式(2)であり、
【０００８】
【化９】
(式中Ｘ1及びＸ2はそれぞれ独立してH、FまたはClであり、
Ｑ1は-OCH2-、-OCF2-、-OCHF-、-CF2-または単結合であり、
Ｙ2はF、ClまたはCNである。)]
【００１０】
【化１０】
(式中Ｒは互いにそれぞれ独立して式(1)でのＲの定義と同じであり、
環Ｃ及び環Ｄはそれぞれ独立して
(d) 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）
(e) 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）
(f) 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(d)、基(e)、基(f)はCNまたはハロゲンで置換されていても良い。
Ｚ3及びＺ4は互いにそれぞれ独立してＺ1、Ｚ2と同じ定義であり、
ｐ及びｑは互いにそれぞれ独立してｍ、ｎと同じ定義であり、
Ｘ3、Ｘ4及びＸ5は互いにそれぞれ独立して、H、FまたはClである。
Ｙ3はＹ1と同じ定義である。）
【００１２】
【化１１】
(式中Ｒは互いにそれぞれ独立して式(1)でのＲの定義と同じであり、
環Ｅ、環Ｆ、環Ｇ及び環Ｈは互いにそれぞれ独立して
(g) 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）
(h) 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）
(i) 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(g)、基(h)、基(i)はCNまたはハロゲンで置換されていてもよい。
Ｚ5及びＺ6は互いにそれぞれ独立してＺ1、Ｚ2と同じ定義であり、
ｓ及びｔは互いにそれぞれ独立してｍ、ｎと同じ定義であり、
Ｘ6〜Ｘ11は互いにそれぞれ独立して、H、FまたはClであり、
Ｙ4はＹ1と同じ定義である。)
【００１４】
本発明の第2は、液晶組成物が、式(5)の化合物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本発明第1記載の液晶表示素子に関する。
【００１５】
【化１２】
(式中Ｒは互いに独立して式(1)でのＲの定義と同じであり、
環I及び環Jはそれぞれ相互に独立して、
(j) 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）
(k) 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）
(l) 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、
からなる群より選ばれる基であり、上記の基(j)、基(k)、基(l)はCNまたはハロゲンで置換されていてもよい。
Ｚ7及びＺ8は互いにそれぞれ独立してＺ1、Ｚ2と同じ定義であり、
Ｘ12及びＸ13は互いにそれぞれ独立してＸ1、Ｘ2と同じ定義であり、
ｕは0、１または2であり、
Ｙ5は、FまたはClであり、
Ｑ2は、単結合、-CF2-、-OCF2-、-OCH2-または-OCHF-である。）
【００１７】
本発明の第3は、液晶組成物が、式(6)及び式(7)の化合物群のいずれか一方若しくは両方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本発明第1または2記載の液晶表示素子に関する。
【００１８】
【化１３】
(式中Ｒ及びＲ'は互いにそれぞれ独立して式(1)でのＲの定義と同じであり、環Ｉは環Ｇ、環Ｈの定義と同じであり、
Ｚ9及びＺ10はそれぞれ独立して単結合、-COO-、-OCO-、-CH2CH2-、-C=C-または-C≡C-であり、
Ｚ11及びＺ12はそれぞれ独立して単結合、-COO-、-OCO-、-CH2CH2-、-CF=CF-、-C=C-または-C≡C-である。
Ｘ14〜Ｘ17はそれぞれ独立して、H、FまたはClである。
ａ1は0または1であり、
ａ2及びａ3はそれぞれ独立に0、1または2である。
Ｙ6はCNである。）
【００２０】
本発明の第4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1種含むことを特徴とする本発明第1、2または3記載の液晶表示素子に関する。
【００２１】
本発明の第5は、液晶組成物が、式(3)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本発明第1、2または3記載の液晶表示素子に関する。
【００２２】
本発明の第6は、液晶組成物が、式(4)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本発明第1、2または3記載の液晶表示素子に関する。
【００２３】
本発明の第7は、液晶組成物が、式(1)及び式(3)、または式(1)及び式(4)、若しくは式(3)及び式(4)の2群の組み合わせの内の1群ずつから少なくとも1種を含むことを特徴とする本発明第1または2記載の液晶表示素子に関する。
【００２４】
本発明の第8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本発明第1または2記載の液晶表示素子に関する。
【００２５】
本発明の第9は、液晶組成物が、式(3)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本発明第1または2記載の液晶表示素子に関する。
【００２６】
本発明の第10は、液晶組成物が、式(4)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本発明第1または2記載の液晶表示素子に関する。
【００２７】
本発明の第11は、式(7)の化合物が、下記の式(8-1)〜(8-5)で表される化合物であることを特徴とする本発明第3記載の液晶表示素子に関する。
【００２８】
【化１４】
(式中Ｒ、Ｒ'はそれぞれ独立に式(1)のＲと同じ定義であり、Ｚは単結合、-COO-、-OCO-または-CH2CH2-である。)
【００３０】
本発明の第12は、液晶組成物が式(1)で表される化合物を10〜50%、式(3)で表される化合物を10〜50%、式(4)で表される化合物を10〜50%含有することを特徴とする本発明第1記載の液晶表示素子に関する。
【００３１】
本発明の第13は、液晶表示素子が、偏光された紫外線を照射することにより液晶配向能を付与された液晶配向膜を有する事を特徴とする本発明第1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12記載の液晶表示素子に関する。
【００３２】
本発明の液晶媒体に用いられる一般式(5)の化合物はWO91/03450や特開平2-233626号公報に記載の化合物であって、フルオロ系の化学的に安定性の高い液晶化合物である。しかしこれらの化合物だけでは、得られる組成物は析出やスメクチック発現等の問題があった。
【００３３】
本発明はIPSディスプレイ用の組成物の改善を鋭意行った結果、従来知られていた基(9)及び基(10)に換えて、基(11)、基(12)または基(13)を有する化合物を含んだ液晶組成物をIPSディスプレイに使用することにより、動作温度範囲が幅広く、化学安定性に優れ、高い電圧保持率を有する等、従来のIPSディスプレイが有していた特性の欠点を改善、若しくはより軽減するディスプレイを見出すに至り本願発明が可能となった。
【００３４】
【化１５】
【発明の実施の形態】
本発明の特徴は、IPSに使用する液晶組成物が式(1)、式(3)、式(4)で表される群の中から選ばれる少なくとも一群に属する化合物を少なくとも1種以上含む組成物であって、式(5)の化合物群から選ばれた化合物を少なくとも1種及び／または式(6)、式(7)の化合物群から選ばれた化合物を少なくとも１種からなる液晶媒体であり、該液晶組成物の特性が、ネマチック−アイソトロピック転移温度(Tni)が少なくとも60℃、クリスタル又はスメクチック−ネマチック転移温度(T-n)が高くとも-30℃、25℃での複屈折率(Δn)が0.04〜0.15 である。
式(5)で表される化合物としては、
Ｒは炭素数1〜10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、環Ｇ、環Ｈはトランス-1,4-シクロヘキシレン基、1,4-フェニレン基、ナフタレン-2,6-ジイル基、1,2,3,4-テトラヒドロナフタレン-2,6-ジイル基が好ましく、Ｘ12、Ｘ13はいずれかがＦであることが好ましく、さらに好ましいのは両方ともＦである。
ｕは0または１が好ましい。
Ｙ5はＦであることが好ましく、
Ｑ2は単結合、-OCHF-、-OCF2- が好ましく、
また連結基Ｚ7、Ｚ8は、単結合、-CH2CH2-、-(CH2)4-、-C≡C-であることが好ましく、単結合が特に好ましい。
式(5)の化合物の好ましい例としては、
【００３６】
【化１６】
式(1)、式(3)、式(4)で表される化合物としては、
環Ａ〜環Ｆはトランス-1,4-シクロヘキシレン基、1,4-フェニレン基が好ましく、また、連結基Ｚ1〜Ｚ8は単結合、-CH2CH2-、-(CH2)4-、エステル結合が好ましく、
置換基Ｘ1〜Ｘ11は、いずれかがＦであることが好ましい。Ｘ3、Ｘ6はＦであることが特に好ましい。
ｍ、ｎ、ｐ、ｑ、ｓ、ｔは0または1が好ましい。
Ｙ1、Ｙ3及びＹ4はアルキル基、アルケニル基、アルコキシ基、-F、-CF3、-OCF3、-OCHF2、-OCH2F、-CNが好ましい。
Ｒは炭素数1〜5のアルキル基または炭素数2〜5のアルケニル基が好ましく、特に炭素数2〜5のアルケニル基の場合下記の構造が好ましい。
【００３８】
【化１７】
(上記それぞれの構造において、右端は環に接合している。)
式(1)の化合物の好ましい例としては、
【００４０】
【化１８】
（式中Ｒは、互いに独立して式(1)のＲと同じ定義であり、
Ｙ7はそれぞれ独立して-F、-CF3、-OCF3、-OCHF2、-OCH2F、-CNまたはＲであり、
それぞれの式において、ＲとＹ7を入れ換えて表される化合物も含む。）
式(3)の化合物の好ましい例としては、
【００４２】
【化１９】
（式中Ｒは、互いに独立して式(1)のＲと同じ定義であり、
Ｙ8はそれぞれ独立して-F、-CF3、-OCF3、-OCHF2、-OCH2F、-CNまたはＲであり、
それぞれの式において、ＲとＹ8を入れ換えて表される化合物も含む。）
式(4)の化合物の好ましい例としては、
【００４４】
【化２０】
（式中Ｒは互いに独立して式(1)のＲと同じ定義であり、Ｙ9はそれぞれ独立して-F、-CF3、-OCF3、-OCHF2、-OCH2F、-CNまたはＲであり、それぞれの式において、ＲとＹ9を入れ換えて表される化合物も含む。）
特に式(14)の構造をもつ化合物が好ましい。
【００４６】
【化２１】
Ｒ、Ｒ'は炭素数1〜5のアルキル基または炭素数2〜5のアルケニル基が好ましく、特に炭素数2〜5のアルケニル基の場合下記の構造が好ましい。
【化２２】
(上記それぞれの構造において、右端は環に接合している。)
環Ｉはトランス-1,4-シクロヘキシレン基、1,4-フェニレン基、ナフタレン-2,6-ジイル基、1,2,3,4-テトラヒドロナフタレン-2,6-ジイル基が好ましく、
置換基Ｘ14〜Ｘ17はＦまたはClが好ましく、特にＦを2個または3個含んでいることが好ましい。
連結基Ｚ9〜Ｚ12は単結合、-CH2CH2-、-(CH2)4-、エステル結合が好ましく、
Ｙ6は、CNが好ましい。
【００４８】
【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。
【００４９】
実施例中、測定した特性は以下の通りである。
【００５０】
Ｔni：ネマチック−アイソトロピック転移温度（℃）
Ｔ-n：クリスタル又はスメクチック−ネマチック転移温度（℃）
Ｖth：セル厚６μｍのTN-LCDに注入した時のしきい値電圧（Ｖ）
（電圧無印加時の輝度から１０％輝度が低下したときの電圧）
△ε ：25℃での誘電率異方性 （-）
Δｎ ：25℃での複屈折率（-）
τ ：IPS-LCDに注入したときのレスポンス（ｍｓｅｃ）
（立ち上がり時間と立ち下がり時間の平均値）
実験で使用した試験用IPSディスプレイは、特表平5-505247号公報記載の櫛形構造を有するセルを作成した。電極間隔は20μm、セル厚は5μmである。
(実施例1)
【００５１】
【化２３】
(比較例1)
【００５３】
【化２４】
【表１】
表１に示すように実施例1は比較例1に比べＴni−T-n間のネマチック転移温度範囲を拡大する効果を得られた。また、高い電圧保持率と高温でも高いコントラストを得ることができた。
(実施例2)
【００５６】
【化２５】
【表２】
表2に示すように実施例2は、Ｔni−T-n間のネマチック転移温度範囲を拡大する効果を得られた。また、高い電圧保持率を得ることができた。
【００５９】
US5,807,498実施例1に記載の方法に従い、偏光UVにより液晶配向能を付与した配向膜を有するIPSセルを作製した。
このセルに実施例2の組成物を注入し、レスポンスτを測定したところ５０msecであり、良好なコントラストが得られた。
(実施例3)
【００６０】
【化２６】
(比較例2)
【００６２】
【化２７】
【表３】
表3に示すように実施例3は比較例2に比べＴni−T-n間のネマチック転移温度範囲を拡大する効果とを得られた。また、高い電圧保持率と高温でも高いコントラストを得ることができた。
【００６５】
US5,807,498実施例1に記載の方法に従い、偏光UVにより液晶配向能を付与した配向膜を有するIPSセルを作製した。
このセルに実施例3の組成物を注入し、レスポンスτを測定したところ６０msecであり、良好なコントラストが得られた。
【００６６】
【発明の効果】
本発明は、ナフタレン-2,6-ジイル基、デカヒドロナフタレン-2,6-ジイル基または1,2,3,4-テトラヒドロナフタレン-2,6-ジイル基を有する化合物を含んだ液晶組成物をIPSディスプレイに使用することにより、動作温度範囲が幅広く、化学安定性に優れた、高い電圧保持率を提供することができ、および従来のIPSディスプレイ用組成物の欠点を改善若しくは軽減することが可能な液晶組成物およびこれを使用した液晶表示素子を提供することができる。
Claims (13)
- マトリクス状に配置された画素部にスイッチング素子が設けられているアクティブマトリクス型液晶表示素子であり、配向制御層を有する2枚の基板間の液晶層が液晶分子の長軸をほぼ基板と平行にして配向し、液晶を駆動するための電場が液晶層に対してほぼ平行になるように駆動されるよう構成され、該液晶層を形成する液晶組成物が式(1)及び式(3)、式(1)及び式(4)、又は式(3)及び式(4)の2群の組み合わせの内の1群ずつから少なくとも1種を含み、液晶組成物の特性が、ネマチック−アイソトロピック転移温度(Tni)が少なくとも60℃、クリスタル又はスメクチック−ネマチック転移温度(T-n)が高くとも-30℃、25℃での複屈折率(Δn)が0.04〜0.15 であることを特徴とする液晶表示素子。
環Ａ及び環Ｂはそれぞれ独立して
(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-に置き換えられてもよい)
(b) 1,4-フェニレン基
(c) 1,4-ビシクロ(2.2.2)オクチレン
からなる群より選ばれる基であり、上記の基(a)、基(b)、基(c)はハロゲンで置換されていても良い。
Ｚ1及びＺ2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- または単結合である。
ｍ、ｎは0、1または2である。
Ｙ1は、-F、-CF3、-OCF3、-OCHF2、-OCH2F、-CN、アルコキシ基、Ｒと同じ定義または式(2)であり、
Ｑ1は-OCH2-、-OCF2-、-OCHF-、-CF2-または単結合であり、
Ｙ2はF、ClまたはCNである。)]
環Ｃ及び環Ｄはそれぞれ独立して
(d) 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-に置き換えられてもよい）
(e) 1,4-フェニレン基
(f) 1,4-ビシクロ(2.2.2)オクチレン
からなる群より選ばれる基であり、上記の基(d)、基(e)、基(f)はハロゲンで置換されていても良い。
Ｚ3及びＺ4は互いにそれぞれ独立してＺ1、Ｚ2と同じ定義であり、
ｐ及びｑは互いにそれぞれ独立してｍ、ｎと同じ定義であり、
Ｘ3、Ｘ4及びＸ5は互いにそれぞれ独立して、H、FまたはClである。
Ｙ3はＹ1と同じ定義である。）
環Ｅ及び環Ｆは互いにそれぞれ独立して
(g) 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-に置き換えられてもよい）
(h) 1,4-フェニレン基
(i) 1,4-ビシクロ(2.2.2)オクチレン
からなる群より選ばれる基であり、上記の基(g)、基(h)、基(i)はCNまたはハロゲンで置換されていてもよい。
Ｚ5及びＺ6は互いにそれぞれ独立してＺ1、Ｚ2と同じ定義であり、
ｓ及びｔは互いにそれぞれ独立してｍ、ｎと同じ定義であり、
Ｘ6〜Ｘ11は互いにそれぞれ独立して、H、FまたはClであり、
Ｙ4はＹ1と同じ定義である。
但し、ｍ＋ｎ＝０のとき、Ｙ１は式（２）であり、
ｍ＋ｎ＝２、ｍ＝２又はｎ＝２のとき、Ｙ１は-F、-CF3、-OCF3、-OCHF2、-OCH2F、-CN、アルコキシ基又はＲと同じ定義であり、
且つｍ＋ｎは３以上を表すことは無く、
ｐ＋ｑ＝０のとき、Ｙ１は式（２）であり、
ｐ＋ｑ＝２、ｐ＝２又はｑ＝２のとき、Ｙ１は-F、-CF3、-OCF3、-OCHF2、-OCH2F、-CN、アルコキシ基又はＲと同じ定義であり、
且つｐ＋ｑは３以上を表すことは無く、
ｓ＋ｔ＝０のとき、Ｙ１は式（２）であり、
ｓ＋ｔ＝２、ｓ＝２又はｔ＝２のとき、Ｙ１は-F、-CF3、-OCF3、-OCHF2、-OCH2F、-CN、アルコキシ基又はＲと同じ定義であり、
且つｓ＋ｔは３以上を表すことは無い。) - 液晶組成物が、式(5)の化合物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請求項1記載の液晶表示素子。
環Ｇ及び環Ｈはそれぞれ相互に独立して、
(j) 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）
(k) 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）
(l) 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、
からなる群より選ばれる基であり、上記の基(j)、基(k)、基(l)はCNまたはハロゲンで置換されていてもよい。
Ｚ7及びＺ8は互いにそれぞれ独立してＺ1、Ｚ2と同じ定義であり、
Ｘ12及びＸ13は互いにそれぞれ独立してＸ1、Ｘ2と同じ定義であり、
ｕは0、１または2であり、
Ｙ5は、FまたはClであり、
Ｑ2は、単結合、-CF2-、-OCF2-、-OCH2-または-OCHF-である。） - 液晶組成物が、式(6)及び式(7)の化合物群のいずれか一方若しくは両方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請求項1または2記載の液晶表示素子。
環Ｉは環Ｇ、環Ｈの定義と同じであり、
Ｚ9及びＺ10はそれぞれ独立して単結合、-COO-、-OCO-、-CH2CH2-、-C=C-または-C≡C-であり、
Ｚ11及びＺ12はそれぞれ独立して単結合、-COO-、-OCO-、-CH2CH2-、-CF=CF-、-C=C-または-C≡C-である。
Ｘ14〜Ｘ17はそれぞれ独立して、H、FまたはClである。
ａ1は0または1であり、
ａ2及びａ3はそれぞれ独立に0、1または2である。
Ｙ6はCNである。） - 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1種含むことを特徴とする請求項1、2または3記載の液晶表示素子。
- 液晶組成物が、式(3)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請求項1、2または3記載の液晶表示素子。
- 液晶組成物が、式(4)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請求項1、2または3記載の液晶表示素子。
- 式（１）、式（３）及び式（４）において、ｍ、ｎ、ｐ、ｑ、ｓ及び／又はｔが０又は１を表す請求項1または2記載の液晶表示素子。
- 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請求項1または2記載の液晶表示素子。
- 液晶組成物が、式(3)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請求項1または2記載の液晶表示素子。
- 液晶組成物が、式(4)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請求項1または2記載の液晶表示素子。
- 式(7)の化合物が、下記の式(8-1)〜(8-5)で表される化合物であることを特徴とする請求項3記載の液晶表示素子。
- 液晶組成物が式(1)で表される化合物を10〜50%、式(3)で表される化合物を10〜50%、式(4)で表される化合物を10〜50%含有することを特徴とする請求項1記載の液晶表示素子。
- 液晶表示素子が、偏光された紫外線を照射することにより液晶配向能を付与された液晶配向膜を有する事を特徴とする請求項1、2、3、4，5、6、7、8、9、10、11又は12のいずれか1項に記載の液晶表示素子。
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| JP2002053861A (ja) * | 2000-08-07 | 2002-02-19 | Dainippon Ink & Chem Inc | 液晶組成物 |
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