DE60101983T2

DE60101983T2 - Flüssigkristallanzeige

Info

Publication number: DE60101983T2
Application number: DE60101983T
Authority: DE
Inventors: Go Minamisaitama-gun Sudo; Shotaro Oosato-gun Kawakami; Haruyoshi Higashiyamato-shi Takatsu; Hiroyuki Saitama-shi Ohnishi; Naoe Katsushika-ku Katoh
Original assignee: Dainippon Ink and Chemicals Co Ltd
Current assignee: DIC Corp
Priority date: 2000-07-25
Filing date: 2001-07-25
Publication date: 2004-12-16
Anticipated expiration: 2021-07-26
Also published as: SG95668A1; TWI288776B; HK1041019A1; KR100655202B1; DE60101983D1; EP1176185B1; CA2353760C; JP2002038155A; US20020033929A1; US6620467B2; HK1041019B; EP1176185A1; CA2353760A1; CN1336413A; KR20020009501A; JP4872147B2

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Diese Erfindung betrifft eine Flüssigkristallanzeige, insbesondere mit verbesserter Temperaturabhängigkeit der Schwellenspannung, stabil hohem Kontrast in einem breiteren Temperaturbereich und einer verbesserten Schaltzeit bei Raumtemperatur und niedrigen Temperaturbereichen.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Nicht auf den Gebrauch im Haus beschränkt, haben Flüssigkristallanzeigen (LCDs) ihre Verwendung außer Haus unter schweren Temperaturbedingungen ausgedehnt, wie z.B. in persönlichen, digitalen Unterstützungen ("personal digital assistances", PDAs) für Computer, Kraftfahrzeuginstrumenten und anderen Instrumenten zur Verwendung außer Haus. Mit dieser Verbreiterung des Anwendungsbereichs hat die Verringerung im Anzeigekontrast von LCDs wegen der Änderung der Umgebungstemperatur ein Problem verursacht. Die Verringerung in der LCD-Anzeigequalität mit einer Veränderung der Umgebungstemperatur ist weitgehend auf die Temperaturabhängigkeit der Schwellenspannung V_th zurückzuführen. Denkbare Ursachen der Änderung von V_th mit der Temperatur beinhalten Änderungen des elastischen Koeffizienten, der dielektrischen Konstanten, etc. von nematischen Flüssigkristallen mit der Temperatur und Änderungen des inneren Abstands einer zugegebenen, chiralen Dotierungssubstanz mit der Temperatur. Es ist vorgeschlagen worden, die Temperaturabhängigkeit einer Schwellenspannung durch Kontrollieren der Temperaturänderung im inneren Abstand einer chiralen Dotierungssubstanz zu verbessern (siehe JP-A-55-38869). Jedoch ist diese Technik darin nachteilig, dass die Wirkung abhängig von der Kombination von Mutterflüssigkristallen und einer verwendeten, chiralen Dotierungssubstanz in der eingesetzten Flüssigkristallzusammensetzung variiert und dass sich eine Erhöhung der chiralen Dotierungssubstanz nachteilig auf die Anzeigeeigenschaften, wie einem Ansprechverhalten, auswirkt.
Weil sich darüber hinaus der Strom mit der Temperaturänderungs-induzierten Änderung in der Beweglichkeit der ionischen Substanz, die in Flüssigkristallen enthalten ist, vergrößert, wird die wirksame Spannung, die an die Flüssigkristalle angelegt ist, durch Ionen verbraucht, was zu einer Verringerung des Kontrasts führt. Daher ist die Kontrolle des Stromflusses ein wichtiger Faktor zur Verbesserung des Kontrasts.
Um das Ansprechverhalten in supertwisted-nematischen (STN) LCDs zu verbessern, ist vor kurzem ein aktives Adressierungs-Betriebssystem vorgeschlagen worden (Proc. 12^th International Display Research Conference, S. 503 (1992)). Es ist gefordert worden, dass PDAs zufrieden stellende Anzeigeeigenschaften in einem breiteren Temperaturbereich besitzen. Für flüssigkristalline Materialien, die in diesen Anwendungen verwendet werden sollen, ist es erforderlich, eine niedrige Viskosität zu besitzen und dazu in der Lage zu sein, bei einer niedrigen Betriebsspannung betrieben zu werden und dennoch eine konstante Spannung über einen breiten Temperaturbereich zu halten. Diesbezügliche Verbesserungen sind in JP-A-3-38572, US-PS 5 030 382, JP-A-12-336364, JP-A-10-330754 und JP-A-11-106752 vorgeschlagen worden. Die vorgeschlagenen Techniken können jedoch nicht als zufrieden stellend bezüglich Schaltzeit und Kontrast bei einer gewünschten Schwellenspannung oder bei einem gewünschten Zeitmultiplexbetrieb betrachtet werden. Vorschläge zu neuartigen Flüssigkristallanzeigen werden immer noch erwartet.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Flüssigkristallanzeige bereitzustellen, die die Nachteile, die mit Flüssigkristallanzeigen nach dem Stand der Technik verbunden sind, verringert, d.h. die eine verringerte Temperaturabhängigkeit der Betriebsspannung, einen höheren Kontrast (Steilheit) und eine kurze Schaltzeit zeigt.
Insbesondere ist es die Aufgabe, eine Verbesserung der Temperaturabhängigkeit der Schwellenspannung zu erzielen, ohne verschiedene Charakteristika von Flüssigkristallen zu beeinträchtigen, wenn sie bei einer gewünschten Schwellenspannung oder einer gewünschten Betriebsart (Zeitmultiplexbetrieb) betrieben werden, und dabei einen höheren Kontrast stabil über einen breiteren Temperaturbereich zu gewährleisten und die Schaltzeit bei Raumtemperatur und in niedrigen Temperaturbereichen zu verringern.
Eine andere Aufgabe der Erfindung ist es, ein LCD (STN-LCD) mit ausgezeichneten Eigenschaften, wie beispielsweise einer vergrößerten Displaykapazität, einer vergrößerten Fähigkeit zur Anzeige von Farbfilmen bereitzustellen, die beispielsweise für Mobiltelefone der nächsten Generation erforderlich sind, die beispielsweise in einer 1/32- bis 1/480-Betriebsart, vorzugsweise in einer 1/64- bis 1/240-Betriebsart betrieben werden.
Andere erfindungsgemäße Aufgaben und Wirkungen werden aus der folgenden Beschreibung ersichtlich.
Als ein Ergebnis ausgedehnter Forschungsarbeiten auf dem Gebiet der Flüssigkristallanzeigen, die verschiedene Flüssigkristallzusammensetzungen umfassen, haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung die folgende Flüssigkristallanzeige gefunden:
Eine supertwisted-nematische Flüssigkristallanzeige mit einem Drehwinkel (Verdrehungswinkel) von 180° bis 270°, umfassend:
ein Paar von Trägern mit jeweils einer Orientierungs-kontrollierenden Schicht und einer transparenten Elektrode;
eine Flüssigkristallschicht, umfassend eine Flüssigkristallzusammensetzung, die sich zwischen den Trägern befindet, und
mindestens eine Polarisierungsfolie, die auf mindestens einem der Träger aufgebracht ist,
worin die Flüssigkristallzusammensetzung umfasst:
mindestens eine Verbindung der Formel (I):
worin R¹ eine Alkylgruppe mit 1 bis 16 Kohlenstoffatomen, eine Alkoxygruppe mit 1 bis 16 Kohlenstoffatomen, eine Alkenylgruppe mit 2 bis 16 Kohlenstoffatomen, eine Alkoxyalkylgruppe mit 2 bis 16 Kohlenstoffatomen oder eine Alkenyloxygruppe mit 3 bis 16 Kohlenstoffatomen darstellt und mindestens eine Verbindung der Formel (II):
worin R² und R³ jeweils unabhängig voneinander eine fluorsubstituierte oder unsubstituierte Alkylgruppe mit 1 bis 16 Kohlenstoffatomen, eine fluorsubstituierte oder unsubstituierte Alkoxygruppe mit 1 bis 16 Kohlenstoffatomen oder eine fluorsubstituierte oder unsubstituierte Alkenylgruppe mit 2 bis 16 Kohlenstoffatomen darstellen, und
worin die Flüssigkristallzusammensetzung eine Übergangstemperatur von der nematischen in die isotrope Phase von 75°C bis 150°C und eine Anisotropie des Brechungsindex (Δn) von 0,07 bis 0,25 besitzt.
Flüssigkristallanzeigen, die Verbindungen der Formeln (I) verwenden, sind von einer Viskositätserhöhung begleitet, während sie zur Reduktion der Schwellenspannung wirksam sind. Andererseits sind Flüssigkristallanzeigen, die die Verbindungen der Formeln (II) verwenden, niedrigviskose, zur Verkürzung der Schaltzeit wirksame Verbindungen; sie besitzen aber eine geringe Polarität, was die Betriebsspannung erhöht. Unter diesen Umständen erzielten die Erfinder die Resultate, dass eine Flüssigkristallanzeige, die mindestens eine der Verbindungen der Formel (I) und mindestens eine der Verbindungen der Formel (II) in Kombination verwendet, die jeweiligen Nachteile miteinander kompensiert und ebenso eine überraschende Verbesserung bezüglich der Temperaturabhängigkeit der Schwellenspannung bewirkt, insbesondere bezüglich der Schaltzeit bei niedriger Temperatur.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
1 zeigt ein Beispiel der Struktur der erfindungsgemäßen elektro-optischen Vorrichtung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Ein typisches Beispiel der Struktur der erfindungsgemäßen Flüssigkristallanzeige ist in 1 gezeigt. In 1 bezeichnet Bezugszeichen 1 eine Polarisationsfolie, 2 einen Träger, 3 eine transparente Elektrode oder eine transparente Elektrode mit einem aktiven Element, 4 eine Orientierungsschicht und 5 einen Flüssigkristall.
Die Flüssigkristallzusammensetzung zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung umfasst mindestens eine Verbindung der Formel (I). Es ist für die Flüssigkristallzusammensetzung bevorzugt, zwischen einer und vier Arten, insbesondere einer oder zwei Arten, der Verbindungen der Formel (I) zu umfassen. In Formel (I) ist R¹ vorzugsweise eine Al kylgruppe mit 1 bis 16 Kohlenstoffatomen oder eine Alkenylgruppe mit 2 bis 16 Kohlenstoffatomen, noch bevorzugter eine Alkylgruppe mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen oder eine Alkenylgruppe mit 2 bis 8 Kohlenstoffatomen, in besonderem Maße bevorzugt eine Alkylgruppe mit 1 bis 5 Kohlenstoffatomen oder eine Alkenylgruppe der Formeln (a) bis (e):
R¹ ist besonders bevorzugterweise die Alkenylgruppe (a) oder (b).
Der Gesamtgehalt der Verbindungen der Formel (I) in der Flüssigkristallzusammensetzung ist vorzugsweise 2 bis 20 Gew.-%, noch bevorzugter 2 bis 10 Gew.-%. Wenn auf Kontrast Wert gelegt wird, ist der Gesamtgehalt der Verbindungen der Formel (I) vorzugsweise 2 bis 8 Gew.-%.; wenn auf eine niedrige Betriebsspannung (bzw. Ansteuerungsspannung) oder eine kurze Schaltzeit Wert gelegt wird, beträgt er vorzugsweise 8 bis 20 Gew.-%.
Die Flüssigkristallzusammensetzung zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung umfasst mindestens eine Verbindung der Formel (II). Es ist für die Flüssigkristallzusammensetzung bevorzugt, mindestens eine der Verbindungen der Formeln (II-a) bis (II-h), die unten als mindestens eine Verbindung der Formel (II) gezeigt sind, zu umfassen. Es ist besonders bevorzugt, dass die Zusammensetzung die Verbindung (II-c) und/oder die Verbindung (II-d) umfasst:
Der Gesamtgehalt der Verbindungen der Formel (II) in der Zusammensetzung ist vorzugsweise 5 bis 30 Gew.-%, noch bevorzugter 10 bis 20 Gew.-%. Wo auf Schaltzeit Wert gelegt wird, beträgt der Gesamtgehalt der Verbindungen der Formel (II) mindestens 10 Gew.-%.
Die Flüssigkristallzusammensetzung zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung besitzt das Merkmal, eine Übergangstemperatur von der nematischen in die isotrope Phase in einem Bereich von 75°C bis 150°C zu besitzen. Die Übergangstemperatur von der nematischen in die isotrope Phase ist vorzugsweise 80°C bis 120°C und in besonderem Maße bevorzugt 85°C bis 110°C. Wo eine Schaltzeit von besonderem Interesse ist, beträgt diese Phasenübergangstemperatur vorzugsweise 75°C bis 95°C. Ist die Temperaturabhängigkeit von V_th bei hoher Temperatur von Bedeutung, beträgt diese Phasenübergangstemperatur 95°C bis 120°C.
Das erfindungsgemäße STN-LCD, das aus der Flüssigkristallzusammensetzung hergestellt ist, zeigt unerwartete Verbesserungen in den Parametern (i) dV/dT (Temperaturabhängigkeit von V_th) und (ii) τ^25°C (Schaltzeit bei 25°C), die für die Anzeigeeigenschaften in besonderem Maße bedeutsam sind.
Das heißt, (i) in einem Temperaturbereich von –20°C bis 50°C ist dV/dT ≤ 7 mV/°C, worin dV/dT = |(V_th(50°C) – V_th(–20°C))/(50°C – (–20°C))|. STN-LCS, die Flüssigkristallzusammensetzungen aus dem Stand der Technik umfassen, besitzen diesbezügliche Parameter, die 10 übersteigen und beträchtliche Änderungen im Anzeigekontrast mit Änderungen der Umgebungstemperatur erleiden.
Es wurde gezeigt, dass das erfindungsgemäße STN-LCD, das die Flüssigkristallzusammensetzung umfasst, in der Lage ist, (ii) τ^25°C ≤ 200 ms zu erzielen und dabei die Anzeigeeigenschaften bei niedriger Temperatur und den Kontrast bei hoher Temperatur zu verbessern und ausgezeichnete Eigenschaften zu zeigen, wie eine verbesserte Anzeigekapazität und eine verbesserte Fähigkeit, Farbfilme zu zeigen, die beispielsweise für Mobiltelefone der nächsten Generation gefordert sind, die bei einer 1/32- bis 1/480-Betriebsart, vorzugsweise bei einer 1/64- bis 1/240-Betriebsart betrieben werden.
Die Flüssigkristallzusammensetzung zur erfindungsgemäßen Verwendung ist ebenso durch eine Anisotropie des Brechungsindex Δn von 0,07 bis 0,25, vorzugsweise von 0,08 bis 0,20, noch bevorzugter 0,12 bis 0,18 gekennzeichnet. Wenn auf eine Schaltzeit Wert gelegt wird, liegt Δn vorzugsweise im Bereich von 0,15 bis 0,20.
Es ist für die Flüssigkristallzusammensetzung bevorzugt, weiter mindestens eine Verbindung der Formel (III) zu umfassen:
worin R⁴ und R⁵ jeweils unabhängig voneinander eine fluorsubstituierte oder unsubstituierte Alkylgruppe mit 1 bis 16 Kohlenstoffatomen, eine fluorsubstituierte oder unsubstituierte Alkoxygruppe mit 1 bis 16 Kohlenstoffatomen, eine fluorsubstituierte oder unsubstituierte Alkenylgruppe mit 2 bis 16 Kohlenstoffatomen, eine fluorsubstituierte oder unsubstituierte Alkoxyalkylgruppe mit 2 bis 16 Kohlenstoffatomen oder eine fluorsubstituierte oder unsubstituierte Alkenyloxygruppe mit 3 bis 16 Kohlenstoffatomen darstellen, Ring A, Ring B und Ring C jeweils unabhängig voneinander eine 1,4-Phenylengruppe, eine 2- oder 3-Fluor-1,4-phenylengruppe, eine 2,3-Difluor-1,4-phenylengruppe, eine 3,5-Difluor-1,4-phenylengruppe, eine 2,6-Difluor-1,4-phenylengruppe, eine 2-Methyl-1,4-phenylengruppe, eine 3-Methyl-1,4-phenylengruppe, eine Naphthalin-2,6-diylgruppe, eine Phenanthren-2,7-diylgruppe, eine Fluoren-2,7-diylgruppe, eine trans-1,4-Cyclohexylengruppe, eine 1,2,3,4-Tetrahydronaphthalin-2,6-diylgruppe, eine Decahydronaphthalin-2,6-diylgruppe, eine trans-1,3-Dioxan-2,5-diylgruppe, eine Pyridin-2,5-diylgruppe, eine Pyrimidin-2,5-diylgruppe, eine Pyrazin-2,5-diylgruppe oder eine Pyridazin-2,5-diylgruppe darstellen und jeweils mono- oder disubstituiert mit einer Gruppe/mit Gruppen, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus einem Fluoratom, einem Chloratom und einer Methylgruppe, sein kann, 1 für 0, 1 oder 2 steht und Z¹ und Z² jeweils unabhängig voneinander eine Einfachbindung, -CH₂CH₂-, -(CH₂)₄-, -OCH₂-, -CH₂O-, -COO-, -OCO-, -CH=CH- oder -C≡C- darstellen.
In Formel (III) stellen R⁴ und R⁵ jeweils vorzugsweise eine Alkylgruppe mit 1 bis 16 Kohlenstoffatomen oder eine Alkenylgruppe mit 2 bis 16 Kohlenstoffatomen, noch bevorzugter eine Alkylgruppe mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen oder eine Alkenylgruppe mit 2 bis 8 Kohlenstoffatomen, in besonderem Maße bevorzugt eine Alkylgruppe mit 1 bis 5 Kohlenstoffatomen oder eine Alkenylgruppe der Formeln (a) bis (e) dar:
Die Ringe A, B und C stellen jeweils bevorzugt eine 1,4-Phenylengruppe oder eine trans-1,4-Cyclohexylengruppe dar. Insbesondere stellen die Ringe A und B jeweils noch bevorzugter eine trans-1,4-Cyclohexylengruppe dar, und Ring C stellt noch bevorzugter eine 1,4-Phenylengruppe dar.
1 steht vorzugsweise für 0 oder 1.
Z¹ und Z² stellen jeweils bevorzugt eine Einfachbindung oder -CH₂CH₂- dar, wobei eine Einfachbindung in besonderem Maße bevorzugt ist.
Zur Gewährleistung der Verbesserung bezüglich der Schaltzeit ist mindestens eine Verbindung der Formel (III) vorzugsweise ausgewählt aus den Verbindungen der Formeln (III-a) bis (III-o) (worin R⁷ und R⁸ dieselben Bedeutungen besitzen wie R⁴ und R⁵), die unten gezeigt sind. 3 bis 20 Arten, insbesondere 5 bis 15 Arten der Verbindungen (III), werden bevorzugt in Kombination miteinander verwendet:
Der Gesamtgehalt der Verbindungen der Formeln (III) in der Flüssigkristallzusammensetzung beträgt vorzugsweise 5 bis 85 Gew.-%, noch bevorzugter 30 bis 80 Gew.-% und in besonderem Maße bevorzugt 40 bis 70 Gew.-%.
Es ist für die Flüssigkristallzusammensetzung bevorzugt, weiter mindestens eine Verbindung der Formel (IV) zu umfassen:
worin R⁶ eine fluorsubstituierte oder unsubstituierte Alkylgruppe mit 1 bis 16 Kohlenstoffatomen, eine fluorsubstituierte oder unsubstituierte Alkoxygruppe mit 1 bis 16 Kohlenstoffatomen, eine fluorsubstituierte oder unsubstituierte Alkenylgruppe mit 2 bis 16 Kohlenstoffatomen, eine fluorsubstituierte oder unsubstituierte Alkoxyalkylgruppe mit 2 bis 16 Kohlenstoffatomen oder eine fluorsubstituierte oder unsubstituierte Alkenyloxygruppe mit 3 bis 16 Kohlenstoffatomen darstellt, m für 0 oder 1 steht, X¹ ein Fluoratom, ein Chloratom, eine Trifluormethylgruppe, eine Trifluormethoxygruppe oder eine Cyanogruppe darstellt und Y¹ und Y² jeweils ein Wasserstoffatom oder ein Fluoratom darstellen.
In Formel (IV) stellt R⁶ vorzugsweise eine Alkylgruppe mit 1 bis 16 Kohlenstoffatomen oder eine Alkenylgruppe mit 2 bis 16 Kohlenstoffatomen dar, insbesondere eine Alkylgruppe mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen oder eine Alkenylgruppe mit 2 bis 8 Kohlenstoffatomen, speziell eine Alkylgruppe mit 1 bis 5 Kohlenstoffatomen oder eine Alkenylgruppe der Formeln (a) bis (e):
Die Verbindung/die Verbindungen der Formel (IV) ist/sind vorzugsweise ausgewählt aus den Verbindungen der Formeln (IV-a) bis (IV-o) (worin R⁹ dieselbe Bedeutung besitzt wie R⁶), die unten gezeigt sind. 3 bis 20 Arten, insbesondere 5 bis 15 Arten der Verbindungen (IV) werden bevorzugt in Kombination miteinander verwendet:
Der Gesamtgehalt der Verbindungen der Formeln (IV) in der Zusammensetzung beträgt vorzugsweise 5 bis 60 Gew.-%, noch bevorzugter 5 bis 50 Gew.-% und insbesondere bevorzugt 10 bis 30 Gew.-%.
Um eine Auswahl unter den Verbindungen (III) und den Verbindungen (IV) zu treffen, wird folgender Vorrang vorgeschlagen. Wo eine Verringerung der Viskosität der Zusammensetzung gewünscht ist, wobei der Schaltzeit Bedeutung beigemessen wurde, ist es für die Zusammensetzung bevorzugt, mindestens eine der Verbindungen (III-a), (III-d), (III-e), (III-f), (III-i), (IV-b) und (IV-c) zu enthalten. Wo ein vergrößerter Wert für Δn gewünscht ist, wobei der Schaltzeit Wert beigemessen wurde, ist es gewünscht, dass mindestens eine der Verbindungen (III-i), (III-j), (III-k), (III-l), (III-m), (III-n) und (III-o) eingearbeitet werden, oder wo Kontrast von Bedeutung ist, ist es bevorzugt, dass mindestens eine der Verbindungen (III-c), (III-e), (III-f), (IV-a), (IV-b) und (IV-c) eingearbeitet werden. Wo eine weitere Verringerung der Temperaturabhängigkeit der Schwellenspannung von besonderem Interesse ist, ist es bevorzugt, mindestens eine der Verbindungen (IV-b), (IV-c), (IV-i) und (IV-j) zu verwenden.
Flüssigkristallanzeigen, die Flüssigkristallzusammensetzungen verwenden, die die Verbindung (I), die Verbindung (II) und eine optimale Kombination einer Auswahl der Verbindung (III) und der Verbindung (IV) umfassen, erzielen eine Verbesserung bezüglich der Temperaturabhängigkeit der Schwellenspannung, ohne verschiedene Eigenschaften der Flüssigkristalle zu beeinträchtigen, wenn sie bei einer gewünschten Schwellenspannung oder in einer gewünschten Betriebsart bei einem Zeitmultiplex-Betriebssystem angesteuert werden, wodurch sie einen hohen Kontrast (ausgezeichnete Steilheit) gewährleisten, Stabilität in einem breiteren Temperaturbereich gewährleisten und die Schaltzeit bei Raumtemperatur und niedriger Temperatur verringern.
Das LCD, das die oben beschriebene Flüssigkristallzusammensetzung umfasst, zeigt einen Strom von 0,3 μA/cm² oder darunter nach einer 16stündigen UV-Bestrahlung in einem Sonnentest, was eine überaus ausgezeichnete UV-Beständigkeit zeigt, und daher Anzeigen mit hoher Verlässlichkeit und hohem Kontrast liefert.
In bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung genügt die Flüssigkristallzusammensetzung, die das erfindungsgemäße LCD bildet, mindestens einer der folgenden Bedingungen im Hinblick auf Parameter (iii) der dielektrischen Anisotropie, (iv) des elastischen Koeffizienten und (v) der Viskosität (alle Parameter sind bei 20°C gemessen): 4 ≤ Δε ≤ 40 (iii), 1,1 ≤ k33/k11 ≤ 3,0 (iv), 10 mPa · s ≤ Viskosität ≤ 80 mPa · s (v).
Während die dielektrische Anisotropie Δε 1 oder größer sein kann, ist sie in einem Bereich von 4 bis 60 bevorzugt. Wenn die Schwellenspannung in einem Bereich von 1,8 bis 2,9 Volt liegt, beträgt Δε vorzugsweise 4 bis 10. Wenn die Schwellenspannung in einem Bereich von 1,5 V bis 1,9 V liegt, beträgt Δε vorzugsweise 5 bis 15. Wenn die Schwellenspannung in einem Bereich von 1,2 V bis 1,6 V liegt, beträgt Δε vorzugsweise 12 bis 30. Für eine Schwellenspannung im Bereich von 0,8 V bis 1,3 V beträgt Δε vorzugsweise 12 bis 40. Wenn einer kurzen Schaltzeit Bedeutung beigemessen wird, ist ein Δε-Bereich von 4 bis 13 bevorzugt.
Das Verhältnis der elastischen Koeffizienten k33/k11 beträgt vorzugsweise 1,1 bis 3,0, noch bevorzugter 1,2 bis 2,8, insbesondere bevorzugt 1,3 bis 2,7.
Die Viskosität liegt vorzugsweise im Bereich von 10 bis 80 mPa · s, insbesondere von 10 bis 60 mPa · s, besonders 10 bis 40 mPa · s. Wenn Wert auf eine kurze Schaltzeit gelegt wird, ist ein Bereich von 10 bis 20 mPa · s in besonderem Maße bevorzugt.
Die Erfüllung der Bedingungen (iii), (iv) und (v) können durch geeignete Auswahl der Verbindungen (I) bis (IV) erreicht werden. Selbstverständlich ist es eine noch bevorzugtere Ausführungsform, dass zwei oder mehrere der Bedingungen (iii) bis (v) genügt wird, insbesondere ihren jeweiligen, bevorzugten Bereichen.
Der Drehwinkel der erfindungsgemäßen STN-LCD ist 180° bis 270°, vorzugsweise 220° bis 270°, noch bevorzugter 230° bis 260°.
Das erfindungsgemäße STN-LCD genügt vorzugsweise mindestens einer der folgenden Bedingungen (i) und (ii): dV/dT ≤ 7 mV/°C (i) (Temperaturabhängigkeit der Schwellenspannung in einem Temperaturbereich von –20°C bis 50°C).
Verglichen mit gewöhnlichen STN-LCDs zeigt die Schwellenspannung des STN-LCD, das der Bedingung (i) genügt, eine Temperaturabhängigkeit von nur 7 mV/°C oder sogar darunter bei einem Temperaturbereich von –20°C bis 50°C, was es ermöglicht, eine Anzeige mit hohem Kontrast über einen breiten Temperaturbereich zu bieten. Die Temperaturabhängigkeit (dV/dT) einer Schwellenspannung (V_th) ist noch bevorzugter 6 mV/°C oder darunter. Die Temperaturabhängigkeit ist vorzugsweise 5 mV/°C oder darunter an der niedrigeren Seite des Temperaturbereichs von –20°C bis 25°C. An der höheren Seite des Temperaturbereichs von 25°C bis 50°C ist die Temperaturabhängigkeit vorzugsweise 9 mV/°C oder darunter: τ25°C ≤ 200 ms (ii) (Schaltzeit bei 25°C).
Die Schaltzeit bei 25°C, τ^25°C, ist vorzugsweise 200 ms oder kürzer. Die Schaltzeit bei –20°C ist vorzugsweise 2000 ms oder kürzer.
Das erfindungsgemäße STN-LCD zeigt eine überragende Steilheit um einen zufrieden stellenden Kontrast bereitzustellen. Der γ-Wert (γ = V_th/V_sat) (V_th: Schwellenspannung; V_sat: Sättigungsspannung), ein Parameter für die Steilheit der erfindungsgemäßen STN-LCD, ist 1,08 oder darunter; vorzugsweise 1,06 oder darunter; noch bevorzugter 1,05 oder darunter. In einem Temperaturbereich von –20°C bis 50°C kann das Verhältnis von maximalem γ zu minimalem γ 3% oder niedriger sein, vorzugsweise 2% oder niedriger.
Es ist insbesondere bevorzugt für das erfindungsgemäße STN-LCD, dass es den Bedingungen (i) und (ii) genügt.
Die Flüssigkristallzusammensetzung, die das erfindungsgemäße LCD bildet, kann bekannte nematische, flüssigkristalline Verbindungen; smektische, flüssigkristalline Verbindungen; cholesterische, flüssigkristalline Verbindungen etc. zusätzlich zu den Verbindungen der Formeln (I) bis (IV) enthalten.
Die oben beschriebene, nematische Flüssigkristallzusammensetzung ist in TN-LCDs und STN-LCDs nützlich, insbesondere in STN-LCDs. Beispielsweise ist die Zusammensetzung zur Verbesserung der Anzeigeeigenschaften bei einer 1/32- bis 1/480-Betriebsart, insbesondere bei einer 1/64- bis 1/240-Betriebsart wirksam um ein STN-LCD mit ausgezeichneten Eigenschaften bereitzustellen, wie einer vergrößerten Anzeigekapazität und der Fähigkeit, Farbfilme anzuzeigen, was von Mobiltelefonen der nächsten Generation etc. gefordert wird. Das LCD kann entweder vom Transmissions-Typ, vom Semitransmissions-Typ oder vom Reflexions-Typ sein.
Die vorliegende Erfindung wird nun mehr im Detail mit Bezug auf Beispiele veranschaulicht; aber sie soll so verstanden werden, dass sie nicht ausgelegt ist, darauf beschränkt zu sein. Soweit nicht anders angemerkt, sind alle Prozentangaben auf Gewicht bezogen.
Die in den Beispielen gemessenen Parameter sind wie folgt:

T_N–I: Übergangstemperatur von der nematischen in die isotrope Phase (°C)
T_→N: Übergangstemperatur von der festen oder smektischen in die nematische Phase (°C)
η: Viskosität (mPa · s) bei 20°C
Δn: Anisotropie des Brechungsindex
V_th: Schwellenspannung (V) eines STN-LCD mit einer Zelldicke d (μm), wobei die Zelldicke d durch die Gleichung: Δn · d = 0,90 bestimmt ist (V_th ist eine Betriebsspannung bei einer Transmission von 90%)
V_sat: Sättigungsspannung (V) eines STN-LCD mit einer Zelldicke d (μm) (V_sat ist eine Betriebsspannung bei einer Transmission von 10%)
γ: Steilheit bei 25°C (γ = V_sat/V_th)
τ^25°C: Schaltzeit (ms) in einem STN-LCD bei 25°C
τ^–20°C: Schaltzeit (ms) in einer STN-LCD bei –20°C
Ir: Stromfluss (μA/cm²) in einem STN-LCD mit einer angelegten Spannung von 2,5 V in einer Quadratwellenform bei 200 Hz nach einem Sonnentest (UV-Strahlung für 16 Stunden bei 25°C)
dV/dT^a°C–b°C: Temperaturabhängigkeit der Schwellenspannung in einem Temperaturbereich von a°C bis b°C: dV/dT = |(Vth(a°C) – Vth(b°C))/(a°C) – (b°C))|.

Eine Anzeigezelle wurde aus einem Paar einander gegenüberliegender Elektrodenschichten mit einer Orientierungsschicht (gebildet durch Reiben eines Films eines Polyimid Sunever 150, erhältlich von Nissan Chemical Industries, Ltd.), die auf die Innenseite davon angebracht wurde, hergestellt um einen Drehwinkel von 240° zu erreichen. Eine chirale Dotierungssubstanz S-811 (erhältlich von Merck & Co., Inc.) wurde zu einer nematischen Flüssigkristallzusammensetzung gegeben, und das Gemisch wurde in die Zelle eingefüllt, um ein STN-LCD herzustellen. Die chirale Dotierungssubstanz S-811 wurde in einer derartigen Menge zugegeben, dass die dotierungsinduzierte, helikale Ganghöhe P der gemischten, flüssigkristallinen Substanz und der Zelldicke d den Gleichungen: Δn · d = 0,90 und d/P = 0,50 genügen kann.
In typischen, in den Beispielen verwendeten Verbindungen werden die folgenden Abkürzungen verwendet:

Endgruppe -n- (Figur): -C_nH_2n+1
ndm-: C_nH_2n+1-CH=CH-(CH₂)_m–1-
-ndm: -(C_nH_2n+1-CH=CH-(CH₂)_m–1)
-On: -OC_nH_2n+1
-T-: -C≡C-
-Z-: -CH=N-N=CH-
-VO-: -COO-
-CN: -C≡N
-F: -F

Beispiele der Darstellung unter Verwendung dieser Abkürzungen sind unten gezeigt.
BEISPIELE 1 UND 2 SOWIE VERGLEICHSBEISPIEL 1
Die unten in Tabelle 1 (Nrn. 1 und 2) gezeigten, nematischen Flüssigkristallzusammensetzungen wurden hergestellt. Unter Verwendung dieser Zusammensetzungen wurden Flüssigkristallanzeigen mit der oben beschriebenen Bauart hergestellt, und ihre Eigenschaften wurden gemessen. Die erzielten Ergebnisse sind in Tabelle 1 zusammen mit denen aus Vergleichsbeispiel 1 gezeigt. TABELLE 1
Tabelle 1 zeigt Vergleiche der Eigenschaften, die durch Zugabe zu den Mutterkomponenten (80%) des Referenzbeispiels, 5-Ma-Ph3-CN (Verbindung der Formel (I)); Od3-Ph-Z-Ph- (Od3) (Verbindung der Formel (II)) und 3-Cy-Ph-CN in verschiedenen Kombinationen erhalten wurde. Es ist ersichtlich, dass das Ersetzen eines Teils oder des gesamten, in Vergleichsbeispiel 1 verwendeten 3-Cy-Ph-CN durch 5-Ma-Ph3-CN die Temperaturabhängigkeit der Schwellenspannung sowohl im niedrigen Temperaturbereich von –20°C bis 25°C als auch im hohen Temperaturbereich von 25°C bis 50°C in den erfindungsgemäßen Beispielen unter Verwendung von Flüssigkristallzusammensetzungen, die die Mutterkomponenten, 5-Ma-Ph3-CN; Od3-Ph-Z-Ph- (Od3) und 3-Cy-Ph-CN enthielten, im Vergleich zu Vergleichsbeispiel 1 verbesserte, wobei eine Flüssigkristallzusammensetzung, die die Mutterkomponenten, Od3-Ph-Z-Ph- (Od3) und 3-Cy-Ph-CN umfasste, verbesserte. Das Ersetzen bewirkt auch eine große Verringerung der Schaltzeit τ bei 25°C von 220 ms auf 182 ms oder 161 ms. Die Messung wurde bei einer 1/64-Betriebsart durchgeführt. Der Stromfluss Ir in den Beispielen 1 und 2 betrug 0,25 μA/cm².
BEISPIELE 3 UND 4
Die unten in Tabelle 2 gezeigten (Nrn. 3 und 4) nematischen Flüssigkristallzusammensetzungen wurden hergestellt. Unter Verwendung dieser Zusammensetzungen wurden Flüssigkristallanzeigen mit dem oben beschriebenen Bauplan hergestellt, und ihre Eigenschaften wurden gemessen. Die erzielten Ergebnisse sind in Tabelle 2 gezeigt. TABELLE 2
Die Flüssigkristallanzeigen, die mit Flüssigkristallzusammensetzungen Nr. 3, die 4% 3-Ma-Ph3-CN; 4% 5-Ma-Ph3-CN und 15% Od3-Ph-Z-Ph- (Od3) umfasst, und mit der Flüssigkristallzusammensetzung Nr. 4, die 4% 3-Ma-Ph3-CN; 4% Od1-Cy-Ph3-CN und 15% Od3-Ph-Z- (Od3) umfasst, gebildet wurden, zeigten jeweils mit 161 ms bzw. 104 ms eine kurze Schalt zeit bei 25°C. Die Steilheit γ bei dieser Temperatur betrug 1,055 bzw. 1,062, was einen ausreichend hohen Kontrast zeigt. Die Temperaturabhängigkeit der Schwellenspannung dV/dT war mit 3,0 mV/°C bzw. 2,8 mV/°C jeweils gering in einem Temperaturbereich von –20°C bis 25°C. Die Messung wurde bei einer 1/80-Betriebsart durchgeführt.
Aus diesen Ergebnissen ist es offensichtlich, dass die erfindungsgemäße Flüssigkristallanzeige die Nachteile der Flüssigkristallzusammensetzungen nach dem Stand der Technik verringert, wobei sie eine verringerte Temperaturabhängigkeit der Betriebsspannung, einen hohen Kontrast und eine kurze Schaltzeit besitzt.
Die erfindungsgemäße Flüssigkristallanzeige umfasst eine Flüssigkristallzusammensetzung, die durch Kombination einer speziellen Flüssigkristallverbindung erhalten wurde, und verringert die Nachteile der Flüssigkristallzusammensetzungen nach dem Stand der Technik, wobei sie eine reduzierte Temperaturabhängigkeit der Betriebsspannung (bzw. Ansteuerungsspannung), einen hohen Kontrast (Steilheit) und eine kurze Schaltzeit besitzt. Insbesondere stellt die Erfindung eine Flüssigkristallzusammensetzung bereit, die eine verbesserte Temperaturabhängigkeit der Schwellenspannung besitzt, einen hohen Kontrast stabil in einem breiteren Temperaturbereich gewährleistet und bei Raumtemperatur und einer niedrigen Temperatur eine verringerte Schaltzeit besitzt, ohne verschiedene Eigenschaften der flüssigkristallinen Materialien zu beeinträchtigen, wenn sie bei einer gewünschten Schwellenspannung oder einer gewünschten Betriebsart (Zeitmultiplex-Betriebssystem) betrieben werden. Somit stellt die vorliegende Erfindung ein STN-LCD mit guten Anzeigeeigenschaften bereit, wie einer erhöhten Anzeigekapazität und einer erhöhten Fähigkeit der Anzeige von Farbfilmen, was für Mobiltelefone der nächsten Generation und dergleichen gefordert wird.

Claims

Supertwisted-nematische Flüssigkristallanzeige mit einem Drehwinkel von 180° bis 270°, umfassend: ein Paar von Trägern mit jeweils einer Orientierungs-steuernden Schicht und einer transparenten Elektrode; eine Flüssigkristallschicht, umfassend eine Flüssigkristallzusammensetzung, die sich zwischen den Trägern befindet, und mindestens eine Polarisierungsfolie, die auf mindestens einen der Träger aufgebracht ist, wobei die Flüssigkristallzusammensetzung umfasst: mindestens eine Verbindung der Formel (I):
worin R¹ eine Alkylgruppe mit 1 bis 16 Kohlenstoffatomen, eine Alkoxygruppe mit 1 bis 16 Kohlenstoffatomen, eine Alkenylgruppe mit 2 bis 16 Kohlenstoffatomen, eine Alkoxyalkylgruppe mit 2 bis 16 Kohlenstoffatomen oder eine Alkenyloxygruppe mit 3 bis 16 Kohlenstoffatomen darstellt, und mindestens eine Verbindung der Formel (II):
worin R² und R³ jeweils unabhängig voneinander eine Fluor-substituierte oder unsubstituierte Alkylgruppe mit 1 bis 16 Kohlenstoffatomen, eine Fluor-substituierte oder unsub stituierte Alkoxygruppe mit 1 bis 16 Kohlenstoffatomen oder eine Fluor-substituierte oder unsubstituierte Alkenylgruppe mit 2 bis 16 Kohlenstoffatomen darstellen und worin die Flüssigkristallzusammensetzung eine Übergangstemperatur von der nematischen in die isotrope Phase von 75°C bis 150°C und eine Anisotropie des Brechungsindex (Δn) von 0,07 bis 0,25 besitzt.
Supertwisted-nematische Flüssigkristallanzeige nach Anspruch 1, die der Bedingung: dV/dT ≤ 7 mV/°C (i)genügt, worin dV/dT die Temperaturabhängigkeit einer Schwellenspannung zeigt und wie folgt dargestellt ist: dV/dT = |(Vth(50°C) – Vth(–20°C))/(50°C – (–20°C))|,worin V_th eine Schwellenspannung bei einer Betriebstemperatur ist.
Supertwisted-nematische Flüssigkristallanzeige nach Anspruch 1 oder 2, worin mindestens eine Verbindung der Formel (I) in einer Menge von 2 bis 20 Gew.-% vorliegt und mindestens eine Verbindung der Formel (II) in einer Menge von 5 bis 30 Gew.-% vorliegt, jeweils bezogen auf die Flüssigkristallzusammensetzung.
Supertwisted-nematische Flüssigkristallanzeige nach Anspruch 1 oder 2, worin die Flüssigkristallzusammensetzung weiter mindestens eine Verbindung der Formel (III) umfasst:
worin R⁴ und R⁵ jeweils unabhängig voneinander eine Fluor-substituierte oder unsubstituierte Alkylgruppe mit 1 bis 16 Kohlenstoffatomen, eine Fluor-substituierte oder unsubstituierte Alkoxygruppe mit 1 bis 16 Kohlenstoffatomen, eine Fluor-substituierte oder unsubstituierte Alkenylgruppe mit 2 bis 16 Kohlenstoffatomen, eine Fluor-substituierte oder unsubstituierte Alkoxyalkylgruppe mit 2 bis 16 Kohlenstoffatomen oder eine Fluor-substituierte oder unsubstituierte Alkenyloxygruppe mit 3 bis 16 Kohlenstoffatomen darstellen; Ring A, Ring B und Ring C jeweils unabhängig eine 1,4-Phenylengruppe, eine 2- oder 3-Fluor-1,4-phenylengruppe, eine 2,3-Difluor-1,4-phenylengruppe, eine 3,5-Difluor-1,4-phenylengruppe, eine 2,6-Difluor-1,4-phenylengruppe, eine 2-Methyl-1,4-phenylengruppe, eine 3-Methyl-1,4-phenylengruppe, eine Naphthalin-2,6-diylgruppe, eine Phenanthren-2,7-diylgruppe, eine Fluoren-2,7-diylgruppe, eine trans-1,4-Cyclohexylengruppe, eine 1,2,3,4-Tetrahydronaphthalin-2,6-diylgruppe, eine Decahydronaphthalin-2,6-diylgruppe, eine trans-1,3-Dioxan-2,5-diylgruppe, eine Pyridin-2,5-diylgruppe, eine Pyrimidin-2,5-diylgruppe, eine Pyrazin-2,5-diylgruppe oder eine Pyridazin-2,5-diylgruppe darstellen und mono- oder disubstituiert mit einer Gruppe (mit Gruppen), ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus einem Fluoratom, einem Chloratom und einer Methylgruppe, sein können; 1 für 0, 1 oder 2 steht, und Z¹ und Z² jeweils unabhängig voneinander eine Einfachbindung, -CH₂CH₂-, -(CH₂)₄-, -OCH₂-, -CH₂O-, -COO-, -OCO-, -CH=CH- oder -C≡C- darstellen.
Supertwisted-nematische Flüssigkristallanzeige nach einem der Ansprüche 1, 2 und 4, worin die Flüssigkristallzusammensetzung weiter mindestens eine Verbindung der Formel (IV) umfasst:
worin R⁶ eine Fluor-substituierte oder unsubstituierte Alkylgruppe mit 1 bis 16 Kohlenstoffatomen, eine Fluor-substituierte oder unsubstituierte Alkoxygruppe mit 1 bis 16 Kohlenstoffatomen, eine Fluor-substituierte oder unsubstituierte Alkenylgruppe mit 2 bis 16 Kohlenstoffatomen, eine Fluor-substituierte oder unsubstituierte Alkoxyalkylgruppe mit 2 bis 16 Kohlenstoffatomen oder eine Fluor-substituierte oder unsubstituierte Alkenyloxygruppe mit 3 bis 16 Kohlenstoffatomen darstellt, m für 0 oder 1 steht, X¹ ein Fluoratom, ein Chloratom, eine Trifluormethylgruppe, eine Trifluormethoxygruppe oder eine Cyanogruppe darstellt und Y¹ und Y² jeweils ein Wasserstoffatom oder ein Fluoratom darstellen.
Supertwisted-nematische Flüssigkristallanzeige nach Anspruch 5, worin die Flüssigkristallzusammensetzung 2 bis 20 Gew.-% mindestens einer Verbindung der Formel (I), 5 bis 30 Gew.-% mindestens einer Verbindung der Formel (II), 5 bis 85 Gew.-% mindestens einer Verbindung der Formel (III) und 5 bis 60 Gew.-% mindestens einer Verbindung der Formel (IV) umfasst.
Supertwisted-nematische Flüssigkristallanzeige nach Anspruch 6, die der Bedingung: dV/dT ≤ 7 mV/°C (i)genügt, worin dV/dT die Temperaturabhängigkeit einer Schwellenspannung zeigt und wie folgt dargestellt wird: dV/dT = |(Vth(50°C) – Vth(–20°C))/(50°C – (–20°C))|,worin V_th eine Schwellenspannung bei einer Betriebstemperatur ist.
Supertwisted-nematische Flüssigkristallanzeige nach Anspruch 2, die der Bedingung: τ25°C ≤ 200 msgenügt, worin τ^25°C eine Schaltzeit bei 25°C ist.
Supertwisted-nematische Flüssigkristallanzeige nach Anspruch 7, die der Bedingung: τ25°C ≤ 200 msgenügt, worin τ^25°C eine Schaltzeit bei 25°C ist.