説明

液晶媒体

【課題】非常に高い比抵抗、低い閾電圧、改良されたLTS及び速いスイッチング時間を同時に有する液晶媒体を提供する。
【解決手段】20℃における複屈折率が0.075より低く、1〜30質量%の範囲のピラン環とシクロヘキサン環とフェニル環からなる骨格構造を有する1種類以上の化合物と、1〜10質量%の範囲のシクロヘキサン環3つからなり、その2つは−COO−で結合される骨格構造を有する1種類以上の化合物と、0〜9質量%の範囲のフェニル環3つに1つの−CFO−で結ばれ、Fをフェニル環2つに2つ結合した骨格構造を有する1種類以上の化合物とを含む液晶媒体。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、液晶媒体、その電気光学的目的のための使用、およびこの媒体を備えるディスプレイに関する。
【背景技術】
【0002】
液晶は、印加電圧によって物質の光学的性質を変化させることができるため、主に表示装置の中の誘電体として使用される。液晶に基づいた電気光学装置は、当業者に極めて公知であり、種々の効果に基づくことができる。そのような装置の例として、動的散乱を有するセル、DAP(整列相の変形:deformation of aligned phases)セル、ゲスト/ホストセル、捩れネマチック構造を有するTNセル、STN(スーパーツイストネマチック)セル、SBE(超複屈折効果:superbirefringence effect)セル及びOMI(光学モード干渉:optical mode interference)セルが挙げられる。最も一般的な表示装置は、Schadt−Helfrich効果に基づく、ツイストネマチック構造を有する。
【0003】
液晶材料としては、良好な化学的および熱的安定性を有すると共に、電場と電磁線放射に対しても優れた安定性を有することが必要である。さらに、液晶材料は、低粘度であり、セル中で使用されて、アドレス時間が短く、閾電圧が低く及びコントラストが高いものでなければならない。
【0004】
さらに、液晶材料は、通常の動作温度において、即ち、室温以上または室温以下の出来る限り広い範囲において、適切な中間相、例えば前述のセル用のネマチック中間相またはコレステリック中間相を有していなければならない。液晶は通常、複数成分の混合物として使用されるため、成分が互いに容易に混和することが重要である。さらに導電率、誘電率異方性および光学異方性のような特性は、セルの型、用途分野に応じて、種々の要求を満足しなければならない。 例えば、ツイストネマチック型セルの材料は、正の誘電異方性および低い導電率を有していなければならない。
【0005】
例えば、個々のピクセルのスイッチングのために集積非線形素子を有するマトリックス型液晶ディスプレイ(MLCディスプレイ)については、大きな正の誘電異方性、広いネマチック相、比較的低い複屈折率、非常に高い比抵抗、優れたUVおよび温度安定性、および低い蒸気圧を有する媒体が望まれる。
【0006】
この型のマトリックス型液晶ディスプレイは公知である。個々のピクセルの夫々のスイッチングに使用することができる非線形素子は、例えばアクティブ素子(つまりトランジスター)である。この用語「アクティブマトリックス」は、2つの区別される型に分けられる。
【0007】
1.基板としてのシリコンウエハー上のMOS(金属酸化物半導体)または他のダイオード。
【0008】
2.基板としてのガラス板上の薄膜トランジスター(TFT)。
【0009】
基板材料として単結晶シリコンを使用する場合、色々な部品ディスプレイのモジュール組み立て品の場合であっても、接続部での問題が生じるため、ディスプレイの大きさが制限される。
【0010】
好適であってより有望な第2の型の場合には、TN効果が電気光学的効果として使用される。この場合、区別される2つの技術がある。即ち、例えばCdSeのように、化合物半導体を含むTFTと、多結晶またはアモルファスシリコンに基づいたTFTとである。
【0011】
TFTマトリックスは、ディスプレイの1つのガラス板の内面に形成され、もう一方のガラス板は、内面に透明な対向電極を有する。ピクセル電極の大きさと比較して、TFTは非常に小さく、事実上、画像に対する悪影響はない。この技術は、フルカラー対応のディスプレイにも適用できる。このディスプレイでは、フィルター素子がスイッチング可能なピクセルの各々に対向するように、赤、緑および青フィルターのモザイクが配置される。
【0012】
TFTディスプレイは、通常、透過光に対して直交した偏光板を備えたTNセルを作動させ、バックライトで照らされる。
【0013】
ここで用語「MLCディスプレイ」は、集積非線形素子を備えた全てのマトリックスディスプレイも含む。即ち、アクティブマトリックスに加えて、バリスター又はダイオード(MIM、即ち、metal−insulator−metal)のような受動素子を備えたディスプレイも含む。
【0014】
この型のMLCディスプレイは、特にテレビ用途(例えばポケット・テレビ)、またはコンピュータ用(ラップトップ)および自動車または航空機内で使用される高度情報表示装置用途に適している。コントラストの角度依存性と応答時間の問題に加えて、MLCディスプレイにおいては、液晶混合物の比抵抗が十分に高くないことに起因する問題がある(非特許文献1及び2参照)。抵抗の低下に伴い、MLCディスプレイのコントラストが劣化し、また、残像消去の問題も生じ得る。液晶混合物の比抵抗は、ディスプレイの内部表面との相互作用のために、一般に、MLCディスプレイの寿命に全体に渡って関与するので、許容される耐用年数を得るためには、高い(初期)抵抗を有することが非常に重要である。特に、低電圧用混合物の場合には、高い抵抗値を達成することは従来不可能であった。さらに、温度の上昇および加熱および/またはUV照射後に、比抵抗の減少が可能な限り小さいことも重要である。また、低温特性、特に当業者によってマトリックスの「低温安定性」(LTS、low temperature stability)と呼ばれている特性も不具合である。低温であっても、結晶および/またはスメクチック相が生じないことが要求され、さらに、粘性の温度依存性も可能な限り低いことが要求される。よって、先行技術のMLCディスプレイは今日の必要条件を満たさない。
【0015】
したがって、非常に高い比抵抗と同時に、広い動作温度範囲、低温でも短い応答時間および低い閾電圧を有しているMLCディスプレイであって、これらの不具合を有していないか、有していたとしても低減されているものが、引き続き強く要求されている。
【0016】
TN(Schadt−Helfrich)セルでは、セル中で以下の利点を促進する媒体が望まれる:
・ネマチック相のより広い範囲(特に、低温まで)
・極度に低い温度でのスイッチ能力(屋外用途、自動車、航空機)
・紫外線照射に対するより高い抵抗性(より長い寿命)。
【0017】
先行技術から入手可能な媒体では、これらの利点を、同時に他の特性を維持しながら達成することはできない。
【0018】
スーパーツイスト型(STN)セルの場合には、より大きな時分割駆動および/または低い閾電圧および/またはより広いネマチック相範囲(特に、低温において)を可能にする媒体が望まれる。この目的のために、特性値の実現可能な範囲(透明点、スメクチック−ネマチック相転移または融点、粘度、誘電特性値、弾性特性値)を一層広げることが、至急望まれている。
【0019】
テレビ及びモニターの用途においては、速い応答時間および低い閾電圧を有する媒体が望まれており、さらに優れた低温安定性が要求される。また、スイッチ可能な液晶層の厚みによっては、高い複屈折率が要求される場合もある。
【非特許文献1】TOGASHI,S.、SEKIGUCHI,K.、TANABE,H.、YAMAMOTO,E.、SORIMACHI,K.、TAJIMA,E.、WATANABE,H.及びSHIMIZU,H.、「Matrix LCD Controlled by Double Stage Diode Rings」、Proc. Eurodisplay、(パリ)、1984年9月、第84巻、第A210−288号、第141ff頁
【非特許文献2】STROMER,M.、「Design of Thin Film Transistors for Matrix Addressing of Television Liquid Crystal Displays」、Proc. Eurodisplay、(パリ)、1984年9月、第84巻、第145ff頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0020】
よって、本発明は、上記の不具合を有していないか、有していても低減されており、および好ましくは非常に高い比抵抗、低い閾電圧、改良されたLTS及び速いスイッチング時間を同時に有する媒体、特にこの型のMLC、TN又はSTNディスプレイ用の媒体を提供することを目的とする。
【0021】
この目的は、ディスプレイにおいて本発明による媒体を使用すれば達成されることが分かる。
【課題を解決するための手段】
【0022】
従って、本発明は、1〜30質量%の範囲の式IAで表される1種類以上の化合物と、1〜10質量%の範囲の式IBで表される1種類以上の化合物と、0〜9質量%の範囲の式ICで表される1種類以上の化合物とを含むことを特徴とする液晶媒体、特に、極性化合物の混合物に基づく液晶媒体に関する。
【0023】
【化1】


但し、R及びRは、夫々互いに独立に、置換されていないか、CN又はCFによって1置換されているか又はハロゲンによって少なくとも1置換されている1〜12個の炭素原子を有するアルキル基であり、但し、1個以上のCH基は、夫々互いに独立に、酸素原子が互いに直接結合しないようにして、−O−、−S−、
【0024】
【化2】

−CH=CH−、−C≡C−、−CO−、−CO−O−、−O−CO−又は−O−CO−O−で置き換えられていてもよく、
は、H又はFであり、
Xは、F、Cl、または6個以下の炭素原子を有するハロゲン化アルキル、アルケニル、アルコキシ又はアルケニルオキシ基である。
【0025】
式IA、IB及びICの化合物は、純粋な状態で無色であり、一般に電気光学的な使用のために好ましい温度範囲中で液晶中間相を形成する。これらの化合物は、化学的に、熱的に、および光に対して安定である。
【発明を実施するための最良の形態】
【0026】
式IA、IB及びIC中のR及びRは、好ましくは直鎖で、1〜12個、非常に好ましくは2、3、4、5、6又は7個の炭素原子を有するアルキル又はアルコキシ基である。
【0027】
式IA中のXは、好ましくは、F、Cl、CF、CHF、OCF、OCHF、OCFHCF、OCFHCHF、OCFHCHF、OCFCH、OCFCHF、OCFCHF、OCFCFCHF、OCFCFCHF、OCFHCFCF、OCFHCFCHF、OCFCFCF、OCFCFCClF、OCClFCFCF又はCH=CF、最も好ましくは、F又はOCFである。
【0028】
式IAの特に好ましい化合物は、以下の式より選ばれるものである。
【0029】
【化3】

但し、Rは式IAで与えられる意味である。式IA1の化合物が特に好ましい。
【0030】
式IBの特に好ましい化合物は、R及びRが直鎖のアルキル基で炭素数が2、3、4、5又は6個から選ばれたものである。
【0031】
式ICの特に好ましい化合物は、Rが直鎖のアルキル基で炭素数が2、3、4、5又は6個から選ばれたものである。
【0032】
式IA、IB及びICの化合物は、それ自身文献に公知の方法で合成される(例えば標準的なものとして、Houben−Weyl著、Methoden der Organischen Chemie[Methods of Organic Chemistry]、Georg−Thieme−Verlag社、(Stuttgart)等)。正確には、これらの化合物の合成に適した公知の反応条件下で合成される。また、ここでは非常に詳しくは述べないが、それ自身公知の方法の変法を使用することもできる。
【0033】
本発明は、また、この型の液晶媒体を含む電気光学的ディスプレイ(特に、セル、各ピクセルをスイッチングするための外板上の集積非線形素子、および正の誘電異方性および高比抵抗でセル内にあるネマチック液晶混合物を、外枠と共に構成する2枚の平行な外板を有するSTN又はMLCディスプレイ)に関し、また、これらの媒体を電気光学的目的のために使用することに関する。また、反射型ディスプレイに加え、本発明による混合物は、IPS(in plane switching、面内切り替え型)用の用途、OCB(optically controlled birefringence、光学的制御複屈折型)用の用途およびVA(vertical alignment、垂直整列型)用の用途に適している。
【0034】
本発明による液晶混合物により、特性の利用可能な範囲を著しく広げることができる。特に、式IA及びIB、および随意的にICの化合物を含有する液晶混合物を利用することにより、閾電圧が低く、特に−20℃以下、特には−40℃以下の温度においてLTSが改良された混合物を得ることができることが分かった。
【0035】
透明点、回転粘度γ、低いΔn及び誘電異方性の達成可能な組み合わせは、先行技術による従来材料より遥かに優れている。
【0036】
高い透明点、低温でのネマチック相および高い正のΔεに対する要求は、従来は不十分な程度までしか達成できなかった。例えばMLC−6424のような高い正のΔεを有する先行技術の混合物があるが、これらの混合物は低い値の透明点および高い値の回転粘度γを有するに過ぎない。他の混合物系は良好な流体粘度ν20およびΔεの値を有しているが、60℃の領域の透明点を有しているに過ぎない。
【0037】
20℃における本発明による混合物の複屈折率は、好ましくは0.075より低く、非常に好ましくは0.06〜0.074、最も好ましくは0.07〜0.073である。
【0038】
本発明による液晶混合物は、−20℃まで、好ましくは−30℃まで、特に好ましくは−40℃までネマチック相を保持しながら、80℃を超える、好ましくは85℃を超える透明点を可能にし、同時に8以上、好ましくは10以上の誘電異方性Δε及び高い比抵抗が達成可能とされ、優れたSTNおよびMLCディスプレイが実現可能とされる。特に、この混合物は、低い電圧駆動によって特徴づけられる。TNの閾値は、2.0V未満であり、好ましくは1.7V未満、特に好ましくは1.5V未満である。
【0039】
言うまでもなく、本発明による混合物の化合物を適切に選択することにより、他の有利な性質を保持しながら、より高い閾電圧においてより高い透明点(例えば110℃を超え)を達成できるか、またはより低い閾電圧においてより低い透明点を達成することも可能である。粘度の上昇を僅かにとどめながら、より大きなΔεと従ってより低い閾電圧を達成することも同様に可能である。本発明によるMLCディスプレイは、好ましくは、グーチ・タリーの第1次透過極小で動作させることが好ましい(C.H.Gooch及びH.A.Tarry、Electron.Lett.、1974年、第10巻、第2〜4頁;C.H.Gooch及びH.A.Tarry、Appl.Phys.、1975年、第8巻、第1575〜1584頁)。ここで、例えば特性線の高い急峻性およびコントラストの低視野角依存性(独国特許第3022818号)のような特に好ましい電気光学的特性に加え、第2次極小で類似のディスプレイと同じ閾電圧において、より小さな誘電異方性でも十分である。これにより、第1次極小で本発明による混合物を使用することにより、シアノ化合物を含む混合物の場合に比べ、極めて高い比抵抗値を達成することができる。個々の成分と其の量を適切に選択することにより、当業者は簡単なルーチンの方法によりMLCのあらかじめ指定された層の厚さに必要な複屈折率を定めることができる。
【0040】
20℃における流体粘度ν20は、好ましくは60mm・s−1未満であり、特に好ましくは50mm・s−1未満である。本発明による混合物の20℃における回転粘度γは、好ましくは250mPa・s未満であり、特に好ましくは210mPa・s未満である。ネマチック相の範囲は、少なくとも90℃あることが好ましく、特に少なくとも100℃あることが好ましい。この範囲は少なくとも−20℃から+80℃に渡ることが好ましい。
【0041】
キャパシティ保持率(HR)を測定[S.Matsumotoら、Liquid Crystals、1989年、第5巻、第1320頁;K.Niwaら、Proc.SID Conference、(サンフランシスコ)、1984年6月、第304頁、;G.Weberら、Liquid Crystals、1989年、第5巻、第1381頁]した結果、例えば、以下の式
【0042】
【化4】


のシアノフェニルシクロヘキサン類、または以下の式
【0043】
【化5】

のエステル類を本発明の化合物の代わりに含み本発明と類似した混合物に比べて、本発明による混合物の方が、温度上昇に伴うHRの低下が著しく小さいことが示された。
【0044】
また、本発明による混合物のUV安定性は極めて優れている。即ち、これらの混合物は、UVに暴露されてもHRの低下が著しく小さい。
【0045】
本発明による媒体は、好ましくは、シアノ基を有する化合物を微量(10質量%以下)含んでいるのみで、非常に好ましくは、そのような化合物を含まない。本発明による媒体の保持率は、20℃において、好ましくは98%を超え、非常に好ましくは99%を超える。
【0046】
液晶表示装置中、とりわけビデオ及びテレビ用の用途分野で使用される場合においては、スイッチング時間が短いことが特に好ましい。これらの用途分野においては、25msより短いスイッチング時間(ton+toff)が要求される。スイッチング時間の上限は、画像の反復速度によって決定される。
【0047】
本発明の好ましい実施形態は、以下に示す通りである。
【0048】
・本発明の媒体は、一般式II〜VIIからなる群より選ばれる1種類以上の化合物を更に含む。
【0049】
【化6】

式中、各基は次の意味を有する:
は、夫々9個以下の炭素原子を有するn−アルキル、アルコキシ、オキサアルキル、フルオロアルキル又はアルケニルを表し、
は、F、Cl、夫々1〜6個までの炭素原子を有するハロゲン化アルキル、ハロゲン化アルケニル、ハロゲン化アルケニルオキシ又はハロゲン化アルコキシを表し、
は、−C−、−(CH−、−CH=CH−、−CF=CF−、−C−、−CHCF−、−CFCH−、−CHO−、−OCH−、−COO−、−OCF−又は−CFO−を表し、
〜Yは、式VII中のZが−CFO−の場合、式VII中のY〜Yの少なくとも1つはHであると言う条件の下に、夫々互いに独立に、H又はFであり、
rは、0又は1である。
【0050】
・式IIの化合物は、好ましくは、以下の式から選ばれる。
【0051】
【化7】

但し、Rは式IIで与えられる意味である。式IIaの化合物が特に好ましい。
【0052】
・式IVの化合物は、好ましくは、以下の式から選ばれる。
【0053】
【化8】


但し、X及びRは式IIで与えられる意味であり、好ましくは、XはF又はOCFである。式IVa及びIVeの化合物が特に好ましい。
【0054】
・式VIの化合物は、好ましくは、以下の式から選ばれる。
【0055】
【化9】

但し、Rは式IIで与えられる意味である。式VIa及びVIbの化合物が特に好ましい。
【0056】
・式VIIの化合物は、好ましくは、以下の式から選ばれる。
【0057】
【化10】


但し、X及びRは式IIで与えられる意味であり、好ましくは、XはF又はOCFである。
【0058】
・本発明の媒体は、以下の式から選ばれる1種類以上の化合物を更に含む。
【0059】
【化11】

但し、R及びRは式IBで定義される通りであり、好ましくは、2、3、4、5又は6個の炭素原子を有する直鎖のアルキル基から選ばれる。
【0060】
・本発明の媒体は、以下の式から選ばれる1種類以上の化合物を更に含む。
【0061】
【化12.1】

【0062】
【化12.2】


但し、R、X及びY〜Yは、夫々互いに独立に、式II〜VIIで定義される通りである。Xは、好ましくは、F、Cl、CF、OCF又はOCHFである。Rは、好ましくは、夫々6個以下の炭素を有するアルキル、オキサアルキル、フルオロアルキル又はアルケニル基である。
【0063】
・本発明の媒体は、以下の式の1種類以上の化合物を更に含む。
【0064】
【化13】

但し、R及びRは、式IBで定義される通りで、Yは式IIで定義される通りである。YがFである化合物が、特に好ましい。
【0065】
・本発明の媒体は、以下の式から選ばれる1種類以上の化合物を更に含む。
【0066】
【化14】

但し、R及びRは、式IBで定義される通りで、好ましくは、1、2、3、4、5又は6個の炭素原子を有する直鎖のアルキル又はアルコキシから選ばれる。
【0067】
・本発明の媒体は、以下の式の1種類以上のアルケニル化合物を更に含む。
【0068】
【化15】


但し、Aは、1,4−フェニレン又はトランス−1,4−シクロヘキシレンを表し、
aは、0又は1であり、
は、2〜9個の炭素原子を有するアルケニル基を表し、および
は、式IA中のRで定義される通りである。
【0069】
特に好ましいアルケニル化合物は、以下の式から選ばれるものである。
【0070】
【化16.1】

【0071】
【化16.2】

【0072】
【化16.3】

但し、R3a及びR4aは、夫々互いに独立に、H、CH、C又はn−Cであり、「alkyl」は1〜8個の炭素原子を有するアルキル基である。
【0073】
式XXa、XXf及びXXgの化合物が特に好ましく、とりわけR3aがH又はCHである。
【0074】
・本発明の媒体は、以下の式の1種類以上のアルケニル化合物を更に有する。
【0075】
【化17】


但し、Rは、2〜7個の炭素原子を有するアルケニル基であり、
Qは、CF、OCF、CFH、OCFH又は単結合であり、
Yは、F又はClであり、および
及びLは、夫々互いに独立に、H又はFである。
【0076】
及び/又はLがFで、Q−YがF又はOCFである式XXIの化合物が特に好ましい。Rが、2〜7個、好ましくは、2、3又は4個の炭素原子を有する1E−アルケニル又は3E−アルケニルである式XIの化合物が更に好ましい。
【0077】
以下の式の化合物は、非常に好ましい。
【0078】
【化18】

但し、R3aは、H、CH、C又はn−C、特に、H又はCHである。
【0079】
・本発明の媒体は、好ましくは以下の式からなる群より選ばれる、更なる化合物を含む。
【0080】
【化19】


但し、R、X、Y〜Yは、夫々互いに独立に、式II〜VIIで定義される通りで、1,4−フェニレン環は、CN、塩素またはフッ素で置換されている場合もある。Xは、好ましくは、F、Cl、CF、OCF又はOCHFである。Rは、好ましくは、夫々6個以下の炭素原子を有するアルキル、オキサアルキル、フルオロアルキル又はアルケニルである。1,4−フェニレン環は、好ましくは、フッ素原子により1置換または多置換されている。
【0081】
・本発明の媒体は、好ましくは以下の式からなる群より選択される化合物を更に含む。
【0082】
【化20】

但し、Rは、式II〜VIIで定義される通りであり、dは0、1又は2であり、「alkyl」及び「alkyl」は、夫々互いに独立に、直鎖または分岐で1〜9個の炭素原子を有するアルキル基である。Rは、好ましくは、夫々6個以下の炭素原子を有するアルキル、オキサアルキル、フルオロアルキル又はアルケニルである。
【0083】
・また、
【0084】
【化21.1】


は、好ましくは、
【0085】
【化21.2】

である。
【0086】
・本発明の媒体は、式II、III、IV、V、VI又はVIIの1種類以上の化合物を含む。
【0087】
・本発明の媒体は、R及びRが2、3、4、5又は6個の炭素原子を有する直鎖のアルキルである式VIIIの1種類以上の化合物を含む。
【0088】
・本発明の媒体は、R及びRが1、2、3、4、5又は6個の炭素原子を有する直鎖のアルキル又はアルコキシである式XIXの1種類以上の化合物を含む。
【0089】
・Rは2〜7個の炭素原子を有する直鎖のアルキル又はアルケニルである。
【0090】
・本発明の媒体は、1〜6種類、好ましくは1、2、3又は4種類の式IAの化合物、最も好ましくは式IA1を含む。
【0091】
・本発明の媒体は、1〜5種類、好ましくは1、2又は3種類の式IBの化合物を含む。
【0092】
・本発明の媒体は、1、2又は3種類の式ICの化合物を含む。
【0093】
・本発明の媒体は、式IA、IB、IC、IIa、VIa及びVIIIの1種類以上の化合物を含み、随意的に、式IVa、VIb及びXIXの1種類以上の化合物を含む。
【0094】
・本発明の媒体中における式IAの化合物の比率は1〜40質量%であり、非常に好ましくは10〜35質量%である。
【0095】
・本発明の媒体中における式IBの化合物の比率は1〜15質量%であり、非常に好ましくは1〜10質量%であり、最も好ましくは1〜8質量%である。
【0096】
・本発明の媒体中における式ICの化合物の比率は1〜9質量%であり、非常に好ましくは1〜6質量%である。
【0097】
・本発明の媒体中における式IIの化合物の比率は10〜50質量%であり、非常に好ましくは15〜40質量%である。
【0098】
・本発明の媒体中における式VIの化合物の比率は10〜50質量%であり、非常に好ましくは15〜40質量%である。
【0099】
・本発明の媒体中における式IVの化合物の比率は1〜20質量%であり、非常に好ましくは1〜10質量%である。
【0100】
・本発明の媒体中における式VIIの化合物の比率は1〜15質量%であり、非常に好ましくは1〜10質量%である。
【0101】
・本発明の媒体中における式VIIIの化合物の比率は1〜12質量%であり、非常に好ましくは1〜8質量%である。
【0102】
・本発明の媒体中における式XIXの化合物の比率は1〜10質量%であり、非常に好ましくは1〜5質量%である。
【0103】
・本発明の媒体は、実質的に、一般式IA、IB、随意的にIC、及びII〜XXIXからなる群より選ばれる化合物よりなる。
【0104】
用語「アルキル」は、1〜7個の炭素原子を有する直鎖および分岐のアルキル基を網羅し、特にメチル、エチル、プロピル、ブチル、ペンチル、ヘキシル及びヘプチルの直鎖基である。2〜5個の炭素原子を有する基が一般に好ましい。
【0105】
用語「アルケニル」は、2〜7個の炭素原子を有する直鎖および分岐のアルケニル基を網羅し、特に直鎖基である。とりわけ好ましいアルケニル基は、C−C−1E−アルケニル、C−C−3E−アルケニル、C−C−4−アルケニル、C−C−5−アルケニル及びC−6−アルケニル、特にC−C−1E−アルケニル、C−C−3E−アルケニル及びC−C−4−アルケニルである。好ましいアルケニル基の例としては、ビニル、1E−プロペニル、1E−ブテニル、1E−ペンテニル、1E−ヘキセニル、1E−ヘプテニル、3−ブテニル、3E−ペンテニル、3E−ヘキセニル、3E−ヘプテニル、4−ペンテニル、4Z−ヘキセニル、4E−ヘキセニル、4Z−ヘプテニル、5−ヘキセニル、6−ヘプテニル等を挙げることができる。5個以下の炭素原子を有する基が一般に好ましい。
【0106】
用語「フルオロアルキル」は、好ましくは、末端にフッ素を有する直鎖基、即ち、フルオロメチル、2−フルオロエチル、3−フルオロプロピル、4−フルオロブチル、5−フルオロペンチル、6−フルオロヘキシル及び7−フルオロヘプチルを網羅する。しかしながら、フッ素の他の置換位置を除外するものではない。
【0107】
用語「オキサアルキル」は、好ましくは、式C2n+1−O−(CHの直鎖基を網羅する。但し、n及びmは、夫々互いに独立に、1〜6である。好ましくは、nは1であり、mは1〜6である。
【0108】
たとえ僅かな量であっても式IA、IB及び随意的にICの化合物を、従来の液晶材料、しかしながら特に式II、III、IV、V、VI及び/又はVIIの1種類以上の化合物と混合することにより、結果として閾電圧が著しく低下され、複屈折率の値が低下され、同時に広い範囲でのネマチック相および低いスメクチック−ネマチック転移温度が観測され、貯蔵寿命が改良されることが判明した。特に、混合物が、式IA、IB及び随意的にICの1種類以上の化合物に加え、式VIの化合物を1種類以上含有していることが好ましく、特に、式VIaの化合物である。式IA、IB及びIC及びII〜VIIの化合物は無色で安定であり、夫々互いに及び他の液晶材料と容易に相溶する。更に、本発明による混合物は、高い透明点、比較的低い回転粘度γ、および高いLTSによって特徴付けられる。
【0109】
とXの意味を適切に選択することにより、アドレス時間、閾電圧、透過特性曲線の急峻性等を所望の様式に修正することができる。例えば、1E−アルケニル基、3E−アルケニル基、2E−アルケニルオキシ基などを使用すると、アルキルまたはアルコキシ基と比較して、一般により短いアドレス時間、ネマチック性向の改善、および弾性定数k33(ベンド)とk11(スプレイ)のより高い比率を達成することができる。4−アルケニル基、3−アルケニル基等は、アルキルおよびアルコキシ基と比較して、一般に低しきい電圧およびより低いk33/k11値を与える。
【0110】
−CHCH−基は、単結合の場合と比較して、一般により高いk33/k11値を与える。k33/k11がより高いと、例えば、90°ねじれのTNセルにおいてよりなだらかな透過曲線(グレイスケールを達成するため)とすることが容易になり、STN、SBEおよびOMIセルにおいては、より急峻な透過曲線(より大きな時分割駆動)が容易になり、また逆も可能である。
【0111】
式IA、IB及びIC及びII+III+IV+V+VI+VIIの化合物の最適な混合比は、所望の特性、式IA、IB、IC、II、III、IV、V、VI及び/又はVIIの成分の選択、および存在する場合もある他の成分の選択に、実質上依存する。前述の与えられた範囲内での適切な混合比は、場合ごとに容易に決めることができる。
【0112】
本発明による混合物中の式IA、IB及びIC及びII〜XXIXの化合物の総量は、決定的なものではない。したがって、混合物は、様々な特性の最適化のために、さらに1種類以上の成分を含むことができる。しかしながら、式IA、IB、IC及びII〜XXIXの化合物の総量が多くなるほど、アドレス時間および閾電圧に対する観察される効果は大きくなる。
【0113】
特に好ましい実施形態において、本発明による媒体は、Xが、F、OCF、OCHF、OCH=CF、OCF=CF又はOCF−CFHである式II〜VII(好ましくは、式II及び/又はVI、特にIIa及びVIa)の化合物を含む。式IA、IB及びICの化合物との好ましい相乗効果により、特に有利な特性が得られる。特に、式IA、IB、IC及び式VIaの化合物を含む混合物は、閾電圧が低いことで特徴付けられる。
【0114】
式IA、IB及びICの化合物を含有し、式II〜XXIXの1種類以上の化合物を更に含有する本発明による液晶媒体は、回転粘度の値が低く、高い複屈折率および良好なLTSで特徴付けられ、速い応答時間を示す。特に、本発明の媒体は、テレビ、ビデオ及びモニター用の用途分野に適している。
【0115】
本発明による媒体で使用できる、式IA、IB及びIC及びII〜XXIXの夫々の化合物および其の下位の式の化合物の調製方法は公知であるか、または公知の方法に類似の方法で調製できる。
【0116】
偏光板、電極基板および表面処理された電極を備える本発明によるMLCディスプレイの構成は、この型のディスプレイの従来の構成に対応する。「従来の構成」という用語は、ここでは広い意味で用いられ、MLCディスプレイに関する全ての誘導および変形を網羅し、特に多結晶シリコンTFT又はMIMに基づくマトリックスディスプレイ素子を含む。
【0117】
しかしながら、本発明によるディスプレイと従来のツイストネマチックセルに基づくディスプレイとの大きな相違点は、液晶層の液晶パラメーターの選択にある。
【0118】
本発明に従って使用できる液晶混合物は、それ自体公知の方法で調製される。例えば、式IA、IB及び随意的にICの1種類以上の化合物と、式II〜XIXから選ばれる1種類以上の化合物または更なる1種類以上の液晶化合物および/または添加剤とを混合する。一般に、より少ない量で使用される成分の所望の量を、主要な組成を構成する成分中で、好ましくは加温して溶解する。さらに、例えば、アセトン、クロロホルム又はメタノール等の有機溶媒と液晶成分溶液を混合し、完全に混合後、例えば蒸留によって溶媒を再び除去することも可能である。
【0119】
誘電体は、当業者に公知で文献記載の添加剤をさらに含んでもよい。例えば0〜15%の多色性色素、ナノ粒子、安定剤またはキラルドーパントを加えることができる。適切なドーパント及び安定剤は以下の表Cおよび表Dに示されている。
【0120】
本出願および以下に示す例において、液晶化合物の構造は頭文字で示されており、その化学式への変換は以下の表AおよびBに従って行われる。全ての基C2n+1及びC2m+1は、n及びm個の炭素原子を夫々有する直鎖のアルキル基である。n及びmは夫々互いに独立に、0、1、2、3、4、5、6又は7である。表Bのコードは、それ自体で明らかである。表Aには、親構造にかかわる頭文字のみが示されている。夫々の場合において、この親構造の頭文字の後に、ダッシュにより分離されて、置換基R、R、L及びLのためのコードが続く。
【0121】
【表1】


本発明による混合物の概念の好適な混合物成分を、表Aおよび表Bに示す。
【0122】
<表A>
【0123】
【表2.1】

【0124】
【表2.2】


<表B>
【0125】
【表3.1】

【0126】
【表3.2】

【0127】
【表3.3】

【0128】
【表3.4】


<表C>
表Cは、一般に本発明による混合物に添加される使用可能なドーパントを示す。ドーパントの比率は、好ましくは、0.1〜10質量%であり、非常に好ましくは、0.1〜6質量%である。
【0129】
【表4.1】

【0130】
【表4.2】

<表D>
例えば本発明の混合物に添加することができる安定剤を以下に示す。
【0131】
【表5.1】

【0132】
【表5.2】

【0133】
【表5.3】

【0134】
【表5.4】

式IA、IB及び随意的にICの1種類以上の化合物に加え、特に好ましい混合物は、表Bの1、2、3、4、5又は其れ以上の種類の化合物を含む。
【実施例】
【0135】
以下の例は、制限することなく、本発明を説明するものである。以上および以下において、パーセンテージは質量パーセントである。温度はすべて摂氏で示される。m.p.は融点を表わし、cl.p.は透明点を表わす。さらに、Cは結晶状態、Nはネマチック相、Sはスメクティック相、およびIはアイソトロピック相を表す。これらの記号間のデータは相転移温度を表す。Δnは光学異方性を表わし、nは屈折率を表す(589nm、20℃)。流動粘度ν20(mm/sec)及び回転粘度γ(mPa・s)は、夫々20℃で決定した。V10は、10%透過(基板表面に垂直な視角)の電圧を表す。tonはスイッチオン時間を表し、toffはスイッチオフ時間を表し、V10の値の2倍に対応する動作電圧における時間を表す。Δεは、誘電異方性(Δε=ε−ε、ここでεは分子軸に平行な誘電率、εは其れに垂直の誘電率を表す)を表わす。電気光学的データは、特に別に述べない限り、20℃において第1次透過極小(即ち、0.5μmのd・Δn値)でTNセル中において測定した。光学的データは、特に別に述べない限り、20℃で測定した。

<例1>
【0136】
【表6】


<例2>
【0137】
【表7】


<例3>
【0138】
【表8】


<例4>
【0139】
【表9】


<例5>
【0140】
【表10】


<例6>
【0141】
【表11】


<例7>
【0142】
【表12】


<例8>
【0143】
【表13】


<例9>
【0144】
【表14】


<例10>
【0145】
【表15】

<例11>
【0146】
【表16】


<例12>
【0147】
【表17】


【特許請求の範囲】
【請求項1】
20℃における複屈折率が0.075より低く、1〜30質量%の範囲の式IAで表される1種類以上の化合物と、1〜10質量%の範囲の式IBで表される1種類以上の化合物と、0〜9質量%の範囲の式ICで表される1種類以上の化合物とを含むことを特徴とする液晶媒体。
【化1】


(式中、R及びRは、夫々互いに独立に、置換されていないか、CN又はCFによって1置換されているか又はハロゲンによって少なくとも1置換されている1〜12個の炭素原子を有するアルキル基であり、但し、1個以上のCH基は、夫々互いに独立に、酸素原子が互いに直接結合しないようにして、−O−、−S−、
【化2】

−CH=CH−、−C≡C−、−CO−、−CO−O−、−O−CO−又は−O−CO−O−で置き換えられていてもよく、
は、H又はFであり、
Xは、F、Cl、または6個以下の炭素原子を有するハロゲン化アルキル、アルケニル、アルコキシ又はアルケニルオキシ基である。)
【請求項2】
以下の式で表される1種類以上の化合物を含むことを特徴とする請求項1記載の媒体。
【化3】

(式中、Rは請求項1で与えられる意味である。)
【請求項3】
一般式II、III、IV、V、VI及びVIIからなる群より選ばれる1種類以上の化合物を更に含むことを特徴とする請求項1又は2記載の媒体。
【化4】

(式中、夫々の基は以下の意味を有する。
は、夫々9個以下の炭素原子を有するn−アルキル、アルコキシ、オキサアルキル、フルオロアルキル又はアルケニルであり、
は、F、Cl、1〜6個の炭素原子を有するハロゲン化アルキル、ハロゲン化アルケニル、ハロゲン化アルケニルオキシ又はハロゲン化アルコキシであり、
は、−C−、−(CH−、−CH=CH−、−CF=CF−、−C−、−CHCF−、−CFCH−、−CHO−、−OCH−、−COO−、−OCF−又は−CFO−であり、
〜Yは、式VII中のZが−CFO−の場合、式VII中のY〜Yの少なくとも1つはHであると言う条件の下に、夫々互いに独立に、H又はFであり、
rは、0又は1である。)
【請求項4】
以下の式で表される1種類以上の化合物を更に含むことを特徴とする請求項1乃至3の何れかに記載の媒体。
【化5】

(式中、Rは、請求項3で与えられる意味である。)
【請求項5】
以下の式で表される1種類以上の化合物を更に含むことを特徴とする請求項1乃至4の何れかに記載の媒体。
【化6】


(式中、Rは、請求項3で与えられる意味である。)
【請求項6】
以下の式で表される1種類以上の化合物を更に含むことを特徴とする請求項1乃至5の何れかに記載の媒体。
【化7】

(式中、X及びRは式IIで与えられる意味である。)
【請求項7】
は、F又はOCFであることを特徴とする請求項6記載の媒体。
【請求項8】
以下の式で表される1種類以上の化合物を更に含むことを特徴とする請求項1乃至7の何れかに記載の媒体。
【化8】


(式中、R及びRは、請求項1で定義される通りである。)
【請求項9】
式IA、IB、IC、IIa、VIa及びVIIIで表される1種類以上の化合物と、任意成分として下記式IVa、式VIb及び下記式XIXで表される1種類以上の化合物とを含むことを特徴とする請求項1乃至8の何れかに記載の媒体。
【化9】

(式中、R及びXは前記式IIで定義される通りである。)
【化10】

(式中、R及びRは前記の式IBで定義される通りである。)
【請求項10】
1〜30質量%の範囲の式IAで表される化合物と、
1〜10質量%の範囲の式IBで表される化合物と、
1〜9質量%の範囲の式ICで表される化合物と、
10〜50質量%の範囲の式IIで表される化合物と、
10〜50質量%の範囲の式VIで表される化合物と
を含むことを特徴とする請求項1乃至9の何れかに記載の媒体。
【請求項11】
請求項1乃至10の何れかに記載の液晶媒体を備える電気光学的液晶ディスプレイ。
【請求項12】
請求項1で定義される式IA及びIB、及び任意成分として式ICで表される1種類以上の化合物と、請求項3乃至8の何れかで定義される1種類以上の化合物または更なる1種類以上の液晶化合物および/または添加剤とを混合して、請求項1乃至10の何れかに記載の液晶媒体を調製する方法。

【公開番号】特開2007−186703(P2007−186703A)
【公開日】平成19年7月26日(2007.7.26)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2007−5058(P2007−5058)
【出願日】平成19年1月12日(2007.1.12)
【出願人】(591032596)メルク パテント ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフトング (1,043)
【氏名又は名称原語表記】Merck Patent Gesellschaft mit beschraenkter Haftung
【住所又は居所原語表記】Frankfurter Str. 250,D−64293 Darmstadt,Federal Republic of Germany
【Fターム(参考)】