説明

液晶媒体

【課題】大きな高い比抵抗および非常に低温における安定性を有する優れた液晶媒体を提供する。
【解決手段】式Iの化合物を少なくとも1種類と、式Iの化合物を少なくとも1種類とを含み、負の誘電異方性を有する極性化合物の混合物を基礎とする液晶媒体、特に、ECB効果に基づいてパッシブマトリクスアドレッシングを備える電気光学的ディスプレイ。



【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、式Iの化合物を少なくとも1種類と、式Iの化合物を少なくとも1種類とを含み、負の誘電異方性を有する極性化合物の混合物を基礎とする液晶媒体、特に、ECB効果に基づいてパッシブマトリクスアドレッシングを備える電気光学的ディスプレイに関する。
に関する。
【0002】
【化1】

【0003】
【化2】

式中、
、R、R1*およびR2*は、それぞれ独立に、炭素数1〜8のアルキルまたはアルコキシで、ただし、これらの基のなかの1個以上のCH基は−CH=CH−で置き換えられていてもよく、
【0004】
【化3】

1〜4は、それぞれ独立に、Cl、F、CFまたはCHFであり、好ましくは、L1〜4は、それぞれ独立に、Fであり、および
sは、0または1である。
【背景技術】
【0005】
電気的制御複屈折率の原理、ECB効果、またはDAP効果(整列相の変形:deformation of aligned phases)は、1971年に最初に記載された(M.F.SchieckelおよびK.Fahrenschon、「Deformation of nematic liquid crystals with vertical orientation in electrical fields」、Appl.Phys.Lett.19(1971)、3912;非特許文献1)。その後、J.F.Kahn(Appl.Phys.Lett.20(1972)、1193;非特許文献2)およびG.LabrunieおよびJ.Robert(J.Appl.Phys.44(1973)、4869;非特許文献3)による報文が発行された。
【0006】
J.RobertおよびF.Clerc(SID 80 Digest Techn.Papers(1980)、30;非特許文献4)、J.Duchene(Displays 7(1986)、3;非特許文献5)およびH.Schad(SID 82 Digest Techn.Papers(1982)、244;非特許文献6)は、ECB効果に基づく高情報量のディスプレイに使用可能なためには、液晶相が、高い値の弾性定数比K/K、高い光学異方性値Δn、−0.5〜−5の値の誘電異方性Δεを有していなければならないことを示した。ECB効果に基づく電気光学的ディスプレイ素子はホメオトロピックなエッジ配向を有している。
【0007】
この効果を電気光学的ディスプレイ素子中で工業的に応用するには、多数の要求を満足するLC相が必要となる。ここで特に重要なものは、水分、空気、および熱、赤外線、可視および紫外領域の放射、直流および交流電界などの物理的効果に対する化学的安定性である。さらに、工業的に使用できるLC相は、適切な温度範囲での液晶中間相および低粘度が必要である。
【0008】
現在までに開示された液晶中間相を有する一連の化合物には、単一の化合物でこれら全ての要求を見たすものはなかった。従って、LC相として使用できる材料を得るためには、一般に、2〜25種類、好ましくは3〜18種類の化合物の混合物が調製される。しかしながら、実質的に負の誘電異方性および適切な長期安定性を有する液晶材料がこれまで入手できなかったため、理想的な相はこのように簡単には製造できない。
【0009】
マトリックス液晶ディスプレイ(MLCディスプレイ)は公知である。個々のピクセルをそれぞれスイッチングするために使用することができる非線形素子の例としては、アクティブ素子(即ち、トランジスター)がある。これは「アクティブマトリックス」と呼ばれ、2つの区別される型に分けられる。
【0010】
1.基体としてのシリコンウエハー上のMOS(金属酸化物半導体)トランジスター。
【0011】
2.基体としてのガラス板上の薄膜トランジスター(TFT)。
【0012】
この型1の場合、使用される電気光学的効果は、通常、動的散乱またはゲストホスト効果である。基体材料として単結晶シリコンを使用すると、色々な部品ディスプレイのモジュール組み立てでさえ接続部での問題が生じるので、ディスプレイのサイズが制限される。
【0013】
好適であってより有望な型2の場合には、使用される電気光学的効果は、通常TN効果である。2つの技術の間に区別がある: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くTFTである。後者の技術に関して、集中的な研究が世界的に行われている。
【0014】
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。ピクセル電極のサイズと比較して、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、そこでは、それぞれのフィルター素子がスイッチング可能なピクセルに対向するように、赤、緑および青フィルターのモザイクが配置される。
【0015】
現在までに開示されたTFTディスプレイは、通常、透過光中の直交偏光板を備えたTNセルとして作動し、背面から照らされる。
【0016】
ここで用語MLCは、集積非線形素子を備えたどのような任意のマトリックスディスプレイも含み、即ち、能動型マトリックスに加えて、バリスターやダイオード(MIM、metal−insulator−metal)のような受動型素子を備えたディスプレイも含む。
【0017】
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 セット)、または自動車または航空機内で使用される高度情報ディスプレイ用途に適している。コントラストの角度依存性および応答時間の問題に加えて、MLCディスプレイにおいては、液晶混合物の不適切な比抵抗に起因する問題が生じる(TOGASHI、S.、SEKIGUCHI、K.、TANABE、H.、YAMAMOTO、E.、SORIMACHI、K.、TAJIMA、E.、WATANABE、H.、SHIMIZU、H.、Proc.Eurodisplay 84、1984年9月:A 210〜288 Matrix LCD Controlled by Double Stage Diode Rings、第141ff頁、パリ(非特許文献7);STROMER、M.、Proc.Eurodisplay 84、1984年9月:Design of Thin Film Transistors for Matrix Addressing of Television Liquid Crystal Displays、第145ff頁、パリ(非特許文献8))。抵抗が低下するほど、MLCディスプレイのコントラストが劣化する。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の全体に渡って低下するので、長期にわたり許容される抵抗値を有さなければならないディスプレイにとっては、高い(初期)抵抗を有することが非常に重要である。
【0018】
現在までに開示されたMLC−TNディスプレイの不利益は、これらのディスプレイにおいて、コントラストが比較的低いこと、視野角度依存性が比較的大きいこと、およびグレーシェイド(中間調)の生成が困難であることに起因している。
【0019】
欧州特許0474062号明細書(特許文献1)は、ECB効果に基づくMLCを開示している。そこに記載されているLC混合物は、エステル、エーテルまたはエチル橋架けを有する2,3−ジフルオロフェニル誘導体類に基づいており、UVへ暴露した後の「電圧保有率」(HR)の値が小さく、したがって、投射型ディスプレイには使用することができない。
【0020】
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、短い応答時間および低い閾電圧を有し、それらにより色々なグレーシェイドが生成できるMLCディスプレイが、引き続き強く要求されている。
【特許文献1】欧州特許0474062号明細書
【非特許文献1】M.F.SchieckelおよびK.Fahrenschon、「Deformation of nematic liquid crystals with vertical orientation in electrical fields」、Appl.Phys.Lett.19(1971)、3912
【非特許文献2】J.F.Kahn、Appl.Phys.Lett.20(1972)、1193
【非特許文献3】G.LabrunieおよびJ.Robert、J.Appl.Phys.44(1973)、4869
【非特許文献4】J.RobertおよびF.Clerc、SID 80 Digest Techn.Papers(1980)、30
【非特許文献5】J.Duchene、Displays 7(1986)、3
【非特許文献6】H.Schad、SID 82 Digest Techn.Papers(1982)、244
【非特許文献7】TOGASHI、S.、SEKIGUCHI、K.、TANABE、H.、YAMAMOTO、E.、SORIMACHI、K.、TAJIMA、E.、WATANABE、H.、SHIMIZU、H.、Proc.Eurodisplay 84、1984年9月:A 210〜288 Matrix LCD Controlled by Double Stage Diode Rings、第141ff頁、パリ
【非特許文献8】STROMER、M.、Proc.Eurodisplay 84、1984年9月:Design of Thin Film Transistors for Matrix Addressing of Television Liquid Crystal Displays、第145ff頁、パリ
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0021】
本発明は、ECB効果に基づくMLCディスプレイ、特に投射型ディスプレイであって、前述の不都合を有していないか、有していたとしてもより少ない程度であり、そして同時に、大きな高い比抵抗および非常に低温における安定性を有するものを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0022】
ここで、この目的は、式Iの化合物を少なくとも1種類と、式Iの化合物を少なくとも1種類とを含むネマチック液晶混合物を、これらのディスプレイ素子中で使用することにより達成できることが見出された。
【0023】
よって、本発明は、式Iの化合物を少なくとも1種類と、式Iの化合物を少なくとも1種類とを含む負の誘電異方性を有する極性化合物の混合物を基礎とする液晶媒体に関する。
【0024】
【化4】

【0025】
【化5】

式中、
、R、R1*およびR2*は、それぞれ独立に、炭素数1〜8のアルキルまたはアルコキシで、ただし、これらの基のなかの1個以上のCH基は−CH=CH−で置き換えられていてもよく、
【0026】
【化6】

1〜4は、それぞれ独立に、Cl、F、CFまたはCHFであり、好ましくは、L1〜4は、それぞれ独立に、Fであり、および
sは、0または1である。
【発明を実施するための最良の形態】
【0027】
好ましい実施形態は以下の通りである。
【0028】
a)式Ia〜Ihから選択される1種類以上の化合物を含む媒体。
【0029】
【化7.1】

【0030】
【化7.2】

【0031】
特に、式Ibおよび/またはIdの化合物を少なくとも1種類含む媒体が好ましい。
【0032】
alkyl、alkylおよびalkoxy(O−アルキル)は、それぞれの場合で、炭素数1〜6の直鎖状の残基である。式IおよびI中の用語「アルケニル」は、2から7の炭素原子を有する直鎖状または分岐状のアルケニル基を含む。直鎖状のアルケニル基が好ましい。さらに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−アルケニルおよびC−6−アルケニルであり、特に、C−C−1E−アルケニル、C−C−3E−アルケニルおよびC−C−4−アルケニルである。これらのうち、特に好ましいアルケニル基は、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−ヘキセニルおよび6−ヘプテニルである。5までの炭素原子を有するアルケニル基が特に好ましい。
【0033】
b)式Ia〜Ilから選択される1種類以上の化合物を含む媒体。
【0034】
【化8.1】

【0035】
【化8.2】

式中、alkylおよびalkylは、上で与えられる意味を有する。
【0036】
式Iにおいて、好ましくは、L、L、LおよびLは、それぞれFである。好ましい実施形態では、環Aおよび/または環Bは
【0037】
【化9】

である。
【0038】
c)式IIの少なくとも1種類の化合物を含む媒体。
【0039】
【化10】

式中、
およびRは、RおよびRで与えられる意味を有し、
環Dは、
【0040】
【化11】

mは、0または1であり、
およびXは、それぞれ独立に、F、Cl、OCF、OCHFまたはCFである。
【0041】
式IIにおいて、環Dは、好ましくは、
【0042】
【化12】

およびXは、好ましくはFであり、
は、好ましくは、アルキルまたはアルケニルであり、
は、好ましくは、アルキルまたはアルコキシである。
【0043】
d)1種類以上の式IIIの化合物を付加的に含む媒体。
【0044】
【化13】

式中、
【0045】
【化14】

およびRは、それぞれ独立に、炭素数1〜8のアルキルまたはアルコキシであり、ただし、これらの基の中の1個以上の−CH−基は−CH=CH−または−O−で置き換えられていてもよく、
mは、0、1または2である。
【0046】
式IIIの好ましい化合物は、以下の化合物群より選ばれる。
【0047】
【化15.1】

【0048】
【化15.2】

式中、
alkylおよびalkylは、それぞれ互いに独立に、炭素数1〜6の直鎖状のアルキル基を表す。
【0049】
e)混合物全体における式Iの化合物の割合が2〜45質量%である媒体。
【0050】
f)混合物全体における式Iの化合物の割合が少なくとも5〜30質量%である媒体。
【0051】
g)混合物全体における式IIIの化合物の割合が0〜20質量%、好ましくは5〜20質量%である媒体。
【0052】
h)式IIa〜IIvより選ばれる少なくとも1種類の化合物を含む液晶媒体。
【0053】
【化16.1】

【0054】
【化16.2】

【0055】
【化16.3】

式中、
alkylおよびalkylは、それぞれ独立に、炭素数1〜6のアルキルであり、
alkenylは炭素数2〜6のアルケニルで、好ましくは、CH=CH、CH=CHCHCH、CHCH=CHCHCHまたはCHCH=CHである。
【0056】
特には、式IIa、IIb、IIcまたはIIdの少なくとも1種類の化合物を含む媒体が好ましい。
【0057】
j)式IIIa〜IIIdから選ばれる少なくとも3種類の化合物を含む液晶媒体。
【0058】
【化17】


式中、
alkylは、炭素数1〜6のアルキルで、
Rは、炭素数1〜6のアルキルまたはアルコキシまたは炭素数2〜6のアルケニルであり、および
Lは、HまたはFである。
【0059】
k)式IVa〜IVjから選ばれる少なくとも1種類の化合物を含む液晶媒体。
【0060】
【化18.1】

【0061】
【化18.2】

式中、
およびRは、Rで与えられるものと同一の意味を有し、
Lは、H、FまたはClである。
【0062】
l)2〜45質量%の1種類以上の式Iの化合物と、
5〜30質量%の1種類以上の式Iの化合物と、
20〜85質量%の1種類以上の式IIの化合物と、
0〜20質量%の1種類以上の式IIIの化合物と
を実質的に含む液晶媒体。
【0063】
m)以下の式の1種類以上の4環化合物を付加的に含む液晶媒体。
【0064】
【化19】


式中、
は、Rで示される意味の1つを有し、
wおよびxは、それぞれ互いに独立に、1〜6を表す。
【0065】
n)以下の式の1種類以上の化合物:
【0066】
【化20】

を付加的に、好ましくは3質量%より多く、特には5質量%以上で、非常に特に好ましくは5〜25質量%の量で含む液晶媒体。ただし、R21はRで示される意味を有し、mは1〜6を表す。
【0067】
o)式B−1〜B−4の1種類以上のビフェニル類を付加的に含む液晶媒体。
【0068】
【化21.1】

【0069】
【化21.2】

式中、
alkylおよびalkylは、それぞれ互いに独立に、炭素数1〜6の直鎖状アルキルを表し、および
alkenylおよびalkenylは、それぞれ互いに独立に、炭素数2〜6の直鎖状アルケニル基を表す。
【0070】
混合物全体における式B−1〜B−4のビフェニル類の割合は、好ましくは、少なくとも3質量%、特には5質量%以上である。式B−1〜B−4の化合物の中でも、式B−1およびB−4の化合物が特に好ましい。
【0071】
特に好ましいビフェニル類は、以下の通りである。
【0072】
【化22.1】

【0073】
【化22.2】

本発明の媒体は、特に好ましくは、式B−1aおよび/またはB−2cの1種類以上の化合物を含む。
【0074】
p)以下の式の1種類以上の化合物を付加的に含む液晶媒体。
【0075】
【化23】

好ましくは、3質量%より多く、特には5質量%以上であり、非常に好ましくは5〜25質量%の量である。
【0076】
ただし、R22はRで示される意味を有し、R23はCH、Cまたはn−Cを表し、qは1または2を表す。
【0077】
q)式Z−1〜Z−15の少なくとも1種類の化合物を付加的に含む液晶媒体。
【0078】
【化24.1】

【0079】
【化24.2】

式中、Rおよびalkylは上で示される意味を有し、pは1または2であり、
好ましくは、5質量%以上、特には10質量%以上の量である。
【0080】
式Z−1〜Z−9の1種類または2種類以上の化合物を含み、式IIの1種類または2種類以上の化合物を付加的に含む媒体が特に好ましい。この型の混合物は、好ましくは、10質量%以上の式IIの化合物を含む。
【0081】
r)式O−1〜O−12の少なくとも1種類の化合物を含む液晶媒体。
【0082】
【化25.1】

【0083】
【化25.2】

【0084】
【化25.3】

式中、RおよびRは、上で示される意味を有し、RおよびRは、それぞれ互いに独立に、好ましくは直鎖状のアルキルを表し、更にはアルケニルである。
【0085】
s)本発明の好ましい液晶媒体は、例えば、式N−1〜N−5の化合物のような、テトラヒドロナフチルまたはナフチル単位を含む1種類以上の物質を含む。
【0086】
【化26】

式中、R1NおよびR2Nは、それぞれ互いに独立に、Rで示される意味を有し、好ましくは、直鎖状のアルキル、直鎖状のアルコキシまたは直鎖状のアルケニルを表し、およびZ、ZおよびZは、それぞれ互いに独立に、−C−、−CH=CH−、−(CH−、−(CHO−、−O(CH−、−CH=CHCHCH−、−CHCHCH=CH−、−CHO−、−OCH−、−COO−、−OCO−、−C−、−CF=CF−、−CF=CH−、−CH=CF−、−CFO−、−OCF−、−CH−または単結合を表す。
【0087】
t)好ましい混合物は、式BC:
【0088】
【化27】

のジフルオロベンゾクロマン化合物類を1種類以上含む。式中、RB1およびRB2は、それぞれ互いに独立に、Rで示される意味を有する。好ましくは3〜20質量%の量、特には3〜15質量%の量で含有される。
【0089】
式BCの特に好ましい化合物は、式BC−1〜BC−7の化合物である。
【0090】
【化28.1】

【0091】
【化28.2】

式中、
alkylおよびalkylは、それぞれ互いに独立に、炭素数1〜6の直鎖状アルキル基を表し、および
alkenylおよびalkenylは、それぞれ互いに独立に、炭素数2〜6の直鎖状アルケニル基を表す。
【0092】
非常に特に好ましい混合物は、1種類、2種類または3種類の式BC−2の化合物を含む。
【0093】
u)媒体は、式Pの化合物群より選択される1種類以上の化合物を付加的に含む。
【0094】
【化29】

式中、RおよびRは、上で示される意味を有する。
【0095】
式P−1〜P−3において、Rは好ましくはアルキル、Rは好ましくはアルキルである。alkylは、炭素数1〜6の直鎖状のアルキルである。式Pの化合物は、好ましくは、5〜35%の量で、混合物中で使用される。
【0096】
本発明は、さらに、上記の液晶媒体を誘電体として含むことを特徴とする、ECB効果に基づいて能動型または受動型マトリクスアドレッシングを備える電気光学投射型ディスプレイに関する。
【0097】
本発明の液晶媒体は、好ましくは、−20℃以下〜70℃以上、特に好ましくは30℃以下〜80℃以上、非常に特に好ましくは40℃以下〜90℃以上でネマチック相を有する。
【0098】
ここで、用語「ネマチック相を有する」は、対応する温度で低温でスメクチック相および結晶化が観測されないことを意味し、一方、加熱してもネマチック相から透明化しないことを意味する。低温における検討は、対応する温度で流動粘度計中で行い、電気光学的用途に対応する層厚の試験セル中に少なくとも100時間保存して確認する。
【0099】
対応する試験セル中で−20℃の温度における貯蔵安定性が1000時間以上の場合、この温度で媒体は安定と見なす。−30℃および−40℃の温度において、対応する時間は、それぞれ500時間および250時間である。高温では、従来法により毛細管中で透明点を測定する。
【0100】
液晶混合物は、好ましくは、少なくとも60Kのネマチック相の範囲と、20℃において最大で30mm・s−1の流動粘度ν20とを有する。
【0101】
本発明の液晶混合物は、−0.5〜−8.0、特に−3.0から−6.0のΔεを有し、ただし、Δεは誘電異方性を表す。回転粘度γは、好ましくは、200mPa・sより小さく、特には、170mPa・sより小さい。
【0102】
液晶混合物の複屈折の値Δnは、一般には、0.07および0.25の間で、好ましくは0.08および0.24の間である。
【0103】
本発明の液晶媒体は負の誘電異方性と、比較的高い誘電異方性の絶対値(|Δε|)とを有しており、好ましくは、2.0以上〜4.5以上である。
【0104】
本発明の液晶媒体は、比較的小さい値の閾電圧(V)を有している。その値は、好ましくは、1.7V〜2.5Vの範囲であり、特に好ましくは2.3V以下であり、非常に特に好ましくは2.2V以下である。
【0105】
加えて、本発明の液晶媒体は、液晶セル中における高い値の電圧保持率を有している。20℃において新たに充填されたセル中において、その値は95%以上、好ましくは97%以上、非常に特に好ましくは99%以上で、セル中において100℃のオーブン中で5分後では、90%以上、好ましくは93%以上、非常に特に好ましくは98%以上である。
【0106】
一般に、低いアドレス電圧または閾電圧を有する液晶媒体は、大きいアドレス電圧または閾電圧を有する液晶媒体よりも低い電圧保持率を有しており、逆もそうである。
【0107】
本発明において、用語「誘電的に正の化合物」は、Δε>1.5である化合物を表し、用語「誘電的に中性の化合物」は、−1.5≦Δε≦1.5の化合物を表し、用語「誘電的に負の化合物」は、Δε<−1.5の化合物を表す。ここで、化合物の誘電異方性は化合物の10%を液晶ホスト中に溶解して決定され、それぞれの場合で、1kHzで配向されたホメオトロピック表面配向およびホモジニアス表面配向を有する層厚が20μmの少なくとも1つ試験セルにおいて、得られた混合物の容量を決定する。測定電圧は典型的には0.5V〜1.0Vであるが、検討されるそれぞれの液晶混合物の容量閾値よりも常に低く選択される。
【0108】
誘電的に正および誘電的に中性の化合物のために使用されるホスト混合物はZLI−4792であり、誘電的に負の化合物のために使用されるホスト混合物はZLI−2857で、両方ともメルク社製、ドイツ国である。検討されるそれぞれの化合物の値は、検討される化合物の添加によるホスト混合物の誘電率の変化から得られ、使用された化合物の濃度100%に外挿する。検討される化合物は、10%でホスト混合物に溶解される。化合物の溶解度が低すぎる場合は、所望の温度で検討が行えるまで、濃度を半分づつ段階的に低下させる。
【0109】
本発明においては、全ての温度の値は℃である。
【0110】
本発明において、用語「閾電圧」は、明示的に他に示さない限り、フレデリクス閾値としても知られる容量的閾電圧(V)に関する。例においては、普通、一般的通常と同じように、10%相対的コントラストについての光学的閾値(V10)も決定し、示される。
【0111】
電気光学的特性、例えば閾電圧(V)(容量的測定)および光学的閾値(V10)は、スイッチング挙動のように、メルク社によって製造された試験用セル中で測定される。測定用セルはソーダライムガラスを有し、互いに直交するようにラビングされたポリイミド配向層(**26希釈(混合比1:1)のSE−1211、日産化学社、日本製)を備えるECBまたはVA型構成で作製される。透明な領域は、ITOを備える実質的に正方形の電極で1cmである。使用される試験用セルの層厚みは、光学的位相差が(0.33±0.01)μmとなるよう検討される液晶混合物の複屈折率に対応して選択される。ポーラライザーは、一方はセルの前面にあり他方はセルの後ろにあり、吸収軸が互いに90°を成しており、これらの軸は、それぞれのポーラライザーが接触している材料のラビング方向に平行である。層厚みは、通常、約4.0μmである。セルは大気圧下で毛管現象を利用して充填され、非密封の状態で検討される。
【0112】
使用される液晶混合物は、他に示さない限り、キラルドーパントとは混合されないが、そのようなドープが必要な用途にも特に適している。
【0113】
試験用セルの電気光学的特性および応答時間は、独国Karlsruche市のAutronic−Melchers社製DMS301測定装置により、20℃の温度において決定される。使用されるアドレス波の形式は、周波数60Hzの矩形波である。電圧は、Vrms(2乗平均平方根)で示される。応答時間の測定の間、電圧は0Vから光学的閾値の2倍(2V10)まで上昇され戻される。示された応答時間は光の強度のそれぞれの全体の変化が90%に達するまでの電圧の変化から経過する全時間に適用され、即ち、τon≡t(0%→90%)およびτoff≡t(100%→10%)、即ち、それぞれの遅延時間も含まれる。個々の応答時間はアドレス電圧に依存するため、結果をより良く比較できるように、それぞれの応答時間の合計(Σ=τon+τoff)または平均応答時間(τav.=(τon+τoff)/2)も示される。
【0114】
本発明の混合物は、例えば、VAN、MVA、(S)−PVAおよびASVのような全ての能動型および受動型VA−TFTの用途に適している。それらは、更に、IPS(In−Plane Switching)、FFS(Fringe Field Switching)およびΔεが負のPALC用途に適している。
【0115】
本発明のディスプレイ中のネマチック液晶混合物は、一般に、2つの成分AおよびBを含み、それ自身1種類以上の個々の化合物からなる。
【0116】
成分Aは著しい負の誘電異方性を有し、ネマチック相を−0.5以下の誘電異方性とする。成分Aは、好ましくは、式IおよびIIの化合物を含む。
【0117】
成分Aの割合は、好ましくは、45および100%の間で、特には、60および100%の間である。
【0118】
成分Aについては、−0.8以下のΔεの値を有する1種類(または、それ以上)の個々の化合物が、好ましくは選択される。この値は、混合物全体中の成分Aの割合が小さくなるほど、大きくしなければならない。
【0119】
成分Bは顕著なネマトゲン性を有しており、20℃で30mm・s−1以下、好ましくは25mm・s−1以下の流動粘度を有する。
【0120】
成分Bの特に好ましい個々の化合物は、20℃で18mm・s−1以下、好ましくは12mm・s−1以下の流動粘度を有する、非常に低粘度のネマチック液晶である。
【0121】
成分Bはモノトロピックまたはエナンチオトロピックなネマチックであり、スメクチック相を有しておらず、液晶混合物中で非常に低温まで下げた際にスメクチック相の出現を妨げる。例えば、高いネマトゲン性の各種材料をスメクチック液晶混合物に加えたとき、スメクチック相の抑制の達成の程度を通じて、これらの材料のネマトゲン性を比較することができる。
【0122】
多数の好適な材料が、文献中において当業者に知られている。式IIIの化合物が、特に好ましい。
【0123】
加えて、これらの液晶相は、18種類より多い成分、好ましくは18〜25種類の成分を含むこともできる。
【0124】
相は、好ましくは4〜15種類、特には5〜12種類、特に好ましくは10種類より少ない式I、IおよびIIの成分を含み、任意に式IIIの化合物も含んでよい。
【0125】
式I、IおよびIIの化合物に加え、他の構成成分も、例えば、混合物全体の45質量%までの量で存在させることもできるが、好ましくは、35質量%まで、特には、10質量%までである。
【0126】
その他の構成成分は、好ましくは、ネマチックまたはネマトゲン性物質から選ばれ、特には、アゾキシベンゼン類、ベンジリデンアニリン類、ビフェニル類、ターフェニル類、フェニルまたはシクロヘキシル安息香酸エステル類、シクロヘキサンカルボン酸のフェニルまたはシクロヘキシルエステル類、フェニルシクロヘキサン類、シクロヘキシルビフェニル類、シクロヘキシルシクロヘキサン類、シクロヘキシルナフタレン類、1,4−ビスシクロヘキシルビフェニル類またはシクロヘキシルピリミジン類、フェニル−またはシクロヘキシルジオキサン類、ハロゲン化されていてもよいスチルベン類、ベンジルフェニルエーテル類、トラン類および置換されたケイ皮酸エステル類の種類からの公知の物質である。
【0127】
この型の液晶相の構成成分として適当な最も重要な化合物は、式Xによって特徴付けられる。
【0128】
−L−G−E−R10
式中、
LおよびEは、それぞれ、1,4−2置換ベンゼンおよびシクロヘキサン環、4,4’−2置換ビフェニル、フェニルシクロヘキサンおよびシクロヘキシルシクロヘキサン系、2,5−2置換ピリミジンおよび1,3−ジオキサン環、2,6−2置換ナフタレン、ジ−およびテトラヒドロナフタレン、キナゾリンおよびテトラヒドロキナゾリンからなる群より選ばれる炭素環またはヘテロ環を表し、
Gは、−CH=CH−、−N(O)=N−、−CH−CQ−、−CH=N(O)−、−C≡C−、−CH−CH−、−CO−O−、−CH−O−、−CO−S−、−CH−S−、−CH=N−、−COO−Phe−COO−、−CFO−、−CF=CF−、−OCF−、−OCH−、−(CH−、−(CHO−またはC−C単結合を表し、
Qは、ハロゲン、好ましくはCl、またはCNを表し、および
およびR10は、それぞれ互いに独立に、炭素数18まで、好ましくは8までのアルキル、アルケニル、アルコキシ、アルカノイルオキシまたはアルコキシカルボニルオキシを表すか、または、これらの基の1つは、代わりに、CN、NC、NO、SF、SCN、NCS、CF、OCF、F、ClまたはBrを表す。
【0129】
これらの化合物の大部分では、RおよびR10は、互いに異なっており、これらの基の1つは通常アルキルまたはアルコキシ基である。提案されている置換基の他の異種のものも公知である。これらの物質または混合物の多くは、それ自身、商業的に入手可能である。これらすべての物質は、文献より公知の方法によって合成可能である。
【0130】
当業者にとっては言うまでもなく、本発明のVA、IPS、FFSまたはPALC混合物は、例えばH、N、O、ClおよびFが対応する同位体で置き換えられている化合物を含有してもよい。
【0131】
本発明の液晶ディスプレイの構造は、例えば、EP A 0240379に記載されている通常の構成に対応する。
【実施例】
【0132】
下記の例は、制限することなく、本発明を説明するものである。上および下において、パーセンテージは質量パーセントを表し、温度はすべて摂氏で示される。
【0133】
式IおよびIの化合物に加え、本発明の混合物は、好ましくは、以下に示す1種類以上の化合物を含有する。
【0134】
以下の略号を使用する(n、m、zは、それぞれ互いに独立に、1、2、3、4、5または6である)。
【0135】
【化30.1】

【0136】
【化30.2】

【0137】
【化30.3】

【0138】
【化30.4】

【0139】
【化30.5】

【0140】
【化30.6】

【0141】
【化30.7】

【0142】
【化30.8】

【0143】
【化30.9】

【0144】
【化30.10】

【0145】
【化30.11】

本発明で使用することができる液晶混合物は、それ自体は従来の方法で調製される。一般に、より少ない量で使用される成分の所望量を、主要成分を構成する成分に溶解し、過熱すると効果がある。成分の溶液を有機溶媒、例えば、アセトン、クロロホルムまたはメタノール中に混合し、完全に混合後、例えば蒸留により、再び溶媒を除去することも可能である。
【0146】
誘電体は当業者に公知で文献に記載されている更なる添加剤、例えば、UV吸収剤、抗酸化剤、ナノ微粒子およびフリーラジカル補足剤を含むこともできる。例えば、0〜15%の多色性色素、安定剤またはキラルドーパントを添加できる。
【0147】
例えば、0〜15%で多色性染料を添加することができ、更に加えて、導電性を改良するために、導電性塩、好ましくはエチルジメチルドデシルアンモニウム−4−ヘキソキシベンゾエート、テトラブチルアンモニウムテトラフェニルボレートまたはクラウンエーテルの錯体塩(例えば、Hallerら、Mol.Cryst.Liq.Cryst.第24巻、第249〜258頁(1973年)参照)を添加でき、誘電異方性、粘度および/またはネマチック相の配向性を改良するために物質を添加できる。この型の物質は、DE−A 2209127、2240864、2321632、2338281、2450088、2637430および2853728に記載されている。
【0148】
表Aは、本発明の混合物に、添加可能なドーパントを示す。混合物がドーパントを含む場合、0.01〜4質量%、好ましくは0.1〜1.0質量%の量で使用される。
【0149】
【表1.1】

【0150】
【表1.2】

【0151】
【表1.3】

例えば、本発明の混合物に添加できる安定剤を、以下の表Bに示す。
【0152】
【表2.1】

【0153】
【表2.2】

【0154】
【表2.3】

【0155】
【表2.4】

【0156】
【表2.5】

下記の例は、制限することなく、本発明を説明するものである。上および下において、以下の通りである。
【0157】
は、20℃における容量的閾電圧(V)を表す。
【0158】
Δnは、20℃および589nmで測定された光学異方性を表す。
【0159】
Δεは、20℃および1kHzでの誘電異方性を表す。
【0160】
cl.p.は、透明点(℃)を表す。
【0161】
は、20℃におけるスプレイ変形に対する弾性定数(pN)を表す。
【0162】
は、20℃におけるベンド変形に対する弾性定数(pN)を表す。
【0163】
γは、20℃で測定された回転粘度(mPa・s)を表す。
【0164】
LTSは、試験セル中で決定された低温安定性(ネマチック相)を表す。
【0165】
閾電圧の測定に使用したディスプレイは、20μm間隔の2枚の平行外板を有しており、これら外板の内側には、液晶のホメオトロピック配向に有効なSE−1211(日産化学)の被覆配向層を有する電極層が設けられている。
【0166】
<例>
以下の例は、パッシブマトリクス用途向けのVA混合物である。
【0167】
【表3】

【0168】
【表4】

【0169】
【表5】

【0170】
【表6】

【0171】
【表7】

【0172】
【表8】

【0173】
【表9】

【0174】
【表10】

【0175】
【表11】

【0176】
【表12】

【0177】
【表13】


【特許請求の範囲】
【請求項1】
式Iの化合物を少なくとも1種類と、式Iの化合物を少なくとも1種類とを含み、負の誘電異方性を有する極性化合物の混合物を基礎とする液晶媒体。
【化1】


【化2】

(式中、
、R、R1*およびR2*は、それぞれ独立に、炭素数1〜8のアルキルまたはアルコキシで、ただし、これらの基のなかの1個以上のCH基は−CH=CH−で置き換えられていてもよく、
【化3】

1〜4は、それぞれ独立に、Cl、F、CFまたはCHFであり、および
sは、0または1である。)
【請求項2】
1種類以上の式IIの化合物を付加的に含むことを特徴とする請求項1記載の液晶媒体。
【化4】

(式中、
およびRは、RおよびRで与えられる意味を有し、
環Dは、
【化5】


mは、0または1であり、
およびXは、それぞれ独立に、F、Cl、OCF、OCHFまたはCFである。)
【請求項3】
3種類以上の式IIIの化合物を付加的に含むことを特徴とする請求項1または2記載の液晶媒体。
【化6】

(式中、
【化7】

およびRは、それぞれ独立に、炭素数1〜8のアルキルまたはアルコキシであり、ただし、これらの基の中の1個以上の−CH−基は−CH=CH−または−O−で置き換えられていてもよく、
mは、0、1または2である。)
【請求項4】
式IVa〜IVjの少なくとも1種類の化合物を付加的に含むことを特徴とする請求項1ないし3いずれか記載の液晶媒体。
【化8.1】

【化8.2】

(式中、
およびRは、請求項1でRに与えられるものと同一の意味を有し、
Lは、H、FまたはClである。)
【請求項5】
式I、IおよびIIから選択される4種類以上の化合物と、式IIIの少なくとも1種類の化合物とを含むことを特徴とする請求項1ないし4いずれか記載の液晶媒体。
【請求項6】
式IIa〜IIvから選択される少なくとも1種類の化合物を含むことを特徴とする請求項1ないし5いずれか記載の液晶媒体。
【化9.1】

【化9.2】

【化9.3】

(式中、
alkylおよびalkylは、それぞれ独立に炭素数1〜6のアルキルであり、
alkenylは、炭素数2〜6のアルケニルである。)
【請求項7】
式IIa、IIb、IIcまたはIIdの少なくとも1種類の化合物を含むことを特徴とする請求項1ないし6いずれか記載の液晶媒体。
【請求項8】
式IIIa〜IIIdから選択される少なくとも1種類の化合物を含むことを特徴とする請求項1ないし7いずれか記載の液晶媒体。
【化10】

(式中、
alkylは、炭素数1〜6のアルキルで、
Rは、炭素数1〜6のアルキルまたはアルコキシまたは炭素数2〜6のアルケニルであり、および
Lは、HまたはFである。)
【請求項9】
2〜45質量%の1種類以上の式Iの化合物と、
5〜30質量%の1種類以上の式Iの化合物と、
20〜85質量%の1種類以上の式IIの化合物と、
0〜20質量%の1種類以上の式IIIの化合物と
を含み、
混合物中における式I、I、IIおよびIIIの化合物の総量は100%以下である
ことを特徴とする請求項1ないし8いずれか記載の液晶媒体。
【請求項10】
式IおよびIの化合物を更なるメソゲン化合物と混合することを特徴とする、請求項1ないし9いずれか記載の液晶媒体の調製方法。
【請求項11】
請求項1ないし9いずれか記載の液晶媒体を誘電体として含むことを特徴とする、ECB効果に基づいて、能動型または受動型マトリクスアドレシングを備える電気光学的ディスプレイ。
【請求項12】
投射型ディスプレイであることを特徴とする請求項11記載のディスプレイ。

【公開番号】特開2008−266567(P2008−266567A)
【公開日】平成20年11月6日(2008.11.6)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2007−326116(P2007−326116)
【出願日】平成19年12月18日(2007.12.18)
【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)】