JP2004149774A - 液晶媒体 - Google Patents

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Abstract

【課題】極めて高い比抵抗値および低いしきい値電圧を有する、MLC、TNまたはSTNディスプレイ用の媒体を提供する。
【解決手段】式Iで表される液晶化合物および、極性化合物の混合物に基づく液晶媒体であって、これが、1種または2種以上の一般式I
Figure 2004149774

(式中、Rは置換、非置換アルキル基等を、環Aは1、4−フェニレン,1、4−シクロヘキシレン等をL1〜6はHまたはFを、Z,Zは−COO−CFO−を、XはF、Cl、CN等を,u、vは1または2をそれぞれ表す。)、で表される化合物を含む液晶媒体。
【選択図】なし

Description

本発明は、液晶化合物および液晶媒体、電気光学的目的のためのこの使用並びにこの媒体を含むディスプレイに関する。
液晶は、このような物質の光学的特性が印加される電圧により改変され得るため、原理的に、ディスプレイ装置における誘電体として用いられる。液晶に基づく電気光学的装置は、当業者に極めてよく知られており、種々の効果に基づくことができる。このような装置の例は、動的散乱を有するセル、DAP(配向相の変形)セル、ゲスト/ホストセル、ねじれネマティック構造を有するTNセル、STN(スーパーツイストネマティック)セル、SBE(超複屈折効果)セルおよびOMI(光学モード干渉)セルである。最も一般的なディスプレイ装置は、シャット−ヘルフリッヒ(Schadt-Helfrich)効果に基づいており、ねじれネマティック構造を有する。
液晶材料は、良好な化学的および熱的安定性並びに電場および電磁気放射に対する良好な安定性を有しなければならない。さらに、液晶材料は、低い粘度を有し、およびセルにおいて短いアドレス時間、低いしきい値電圧および高いコントラストを生じなければならない。
さらに、これらは、通常の駆動温度において、即ち、室温よりも高いおよび低い可能な限り広い範囲において、好適な中間相、例えば前述のセルについてのネマティックまたはコレステリック中間相を有しなければならない。液晶は、一般的に、多くの成分の混合物として用いられるため、成分が、互いに容易に混和性であることが重要である。他の特性、例えば導電性、誘電異方性および光学異方性は、セルのタイプおよび応用分野に依存して、種々の要求を満たさなければならない。例えば、ねじれネマティック構造を有するセル用の材料は、正の誘電異方性および低い導電性を有しなければならない。
例えば、個別の画素を切り換えるための集積非線形素子を有するマトリックス液晶ディスプレイ(MLCディスプレイ)について、大きい正の誘電異方性、広いネマティック相、比較的低い複屈折、極めて高い比抵抗、良好なUVおよび温度安定性並びに低い蒸気圧を有する媒体が望ましい。
このタイプのマトリックス液晶ディスプレイは、知られている。個別の画素を個別に切り換えるために用いることができる非線形素子は、例えば能動的素子(即ちトランジスタ)である。次に、用語「アクティブマトリックス」を用い、ここで、2つのタイプの間で区別をすることができる:
1.基板としてのシリコンウエファー上のMOS(金属酸化物半導体)または他のダイオード。
2.基板としてのガラス板上の薄膜トランジスタ(TFT)。
基板材料としての単結晶シリコンの使用は、ディスプレイの大きさを制限する。この理由は、種々の部分表示をモジュラー集合させてさえも、接合部分に問題が生じるからである。
好ましく、さらに有望なタイプ2の場合において、用いられる電気光学効果は、通常TN効果である。2つの技術の間で、区別がなされる:化合物半導体、例えばCdSeを含むTFT、または多結晶形もしくは無定形シリコンを基材とするTFT。
TFTマトリックスは、ディスプレイの1枚のガラス板の内側に施され、一方他方のガラス板は、この内側に、透明な対向電極を担持している。画素電極の大きさと比較すると、TFTは極めて小さく、像に対する悪影響をほとんど有していない。この技術はまた、フィルター素子が各々の切換可能な画素に対向するように、モザイク状の赤色、緑色および青色フィルターを配列した全色可能性ディスプレイに拡張することができる。
TFTディスプレイは、通常、透過光内に交差偏光板を備えたTNセルとして動作し、裏側から照射される。
用語MLCディスプレイは、ここで、集積非線型素子を備えたすべてのマトリックスディスプレイを含み、即ちアクティブマトリックスに加えて、受動素子、例えばバリスターまたはダイオード(MIM=金属−絶縁体−金属)を有するディスプレイをも含む。
このタイプのMLCディスプレイは、特に、TV用途に(例えば、ポケット型TV)、またはコンピューター用途(ラップトップ)および自動車もしくは航空機構築用の高度情報ディスプレイ用に適する。コントラストの角度依存性および応答時間に関する問題に加えて、また、MLCディスプレイでは、液晶混合物の不適切に高い比抵抗値による困難が生じる[非特許文献1;非特許文献2]。
抵抗値が減少するに従って、MLCディスプレイのコントラストは低下し、残像消去の問題が生じ得る。液晶混合物の比抵抗値は一般に、ディスプレイの内部表面との相互作用によって、MLCディスプレイの寿命全般を通じて減少するため、許容し得る有効寿命を得るためには、高い(初期)抵抗値は極めて重要である。特に、低電圧混合物の場合、極めて高い比抵抗値を達成することは、従来不可能であった。さらに、温度上昇に伴って、並びに熱暴露および/またはUVへの暴露の後に、比抵抗値が、可能な限り小さい上昇を示すことが重要である。従来技術からの混合物の低温特性もまた、特に不利である。低温でさえも、結晶化および/またはスメクティック相が生じず、かつ粘度の温度依存性が可能な限り低いことが要求される。従って、従来技術からのMLCディスプレイは、今日の要求を満たさない。
従って、これらの欠点を有しないか、または有しても小さい程度のみである、極めて高い比抵抗値および同時に大きい動作温度範囲、低温においても短い応答時間および低いしきい値電圧を有するMLCディスプレイに対する多大の要求が継続している。
TN(シャット−ヘルフリッヒ)セルにおいて、このセルには以下の利点を容易にする媒体が望ましい:
−拡大したネマティック相範囲(特に、低温の方向に)、
−超低温における切換能力(野外での使用、自動車、航空機)、
−UV照射線に対する増大した抵抗性(一層長い有効寿命)。
従来技術から利用できた媒体は、これらの利点を達成し、一方同時に他のパラメーターを維持することを可能にしない。
スーパーツイスト(STN)セルの場合、一層大きい時分割特性および/または一層低いしきい値電圧および/または一層広いネマティック相範囲(特に低温における)が可能である媒体が望ましい。この目的のために、利用できるパラメーター寛容度(透明点、スメクティック−ネマティック転移または融点、粘度、誘電パラメーター、弾性パラメーター)のさらなる拡大が、早急に望まれている。
トガシ・エス、セキグチ・ケー、タナベ・エイチ、ヤマモト・イー、ソリマチ・ケー、タジマ・イー、ワタナベ・エイチ、シミズ・エイチ(TOGASHI, S., SEKIGUCHI, K., TANABE, H., YAMAMOTO, E., SORIMACHI, K., TAJIMA, E., WATANABE, H., SHIMIZU, H.)、プロク・ユーロディスプレイ(Proc. Eurodisplay)84, 1984年9月:A210-288 マトリックス・エルシーディー・コントロールド・バイ・ダブル・ステージ・ダイオード・リングズ(Matrix LCD Controlled by Double Stage Diode Rings)、141頁以降、Paris ストロマー・エム(STROMER, M.)、プロク・ユーロディスプレイ(Proc. Eurodisplay)84, 1984年9月: デザイン・オブ・シン・フィルム・トランジスタズ・フォア・マトリックス・アドレシング・オブ・テレビジョン・リキッド・クリスタル・ディスプレイズ(Design of Thin Film Transistors for Matrix Addressing of Television Liquid Crystal Displays)、145頁以降、Paris
従って、本発明は、前述の欠点を有しないか、または有しても小さい程度のみであり、かつ好ましくは同時に極めて高い比抵抗値および低いしきい値電圧を有する、特にこのタイプのMLC、TNまたはSTNディスプレイ用の媒体を提供する目的を有する。特に、極めて良好なγ/透明点比率および比較的低いΔn値を有する、低Vth混合物の製造のための、式Iで表される化合物を用いることが可能である。本発明の混合物は、低Δn用途に特に好適である。本発明の混合物は、好ましくは、反射性および透過反射性(transflective)用途において用いられる。
ここで、この目的は、本発明の媒体をディスプレイにおいて用いる場合に達成することができることが見出された。
従って、本発明は、極性化合物の混合物に基づく液晶媒体であって、これが、一般式I
Figure 2004149774
式中、
は、非置換であるか、CNもしくはCFにより単置換されているか、またはハロゲンにより少なくとも単置換されている、1〜12個の炭素原子を有するアルキル基であり、ここで、また、これらの基における1つまたは2つ以上のCH基は、各々の場合において、互いに独立して、O原子が互いに直接結合しないように、−O−、−S−、
Figure 2004149774
−CH=CH−、−C≡C−、−CO−、−CO−O−、−O−CO−または−O−CO−O−により置換されていることができ、
Figure 2004149774
は、
Figure 2004149774
であり、
1−6は、各々、互いに独立して、HまたはFであり、
およびZは、各々、互いに独立して、−COO−または−CFO−であり、ここで、Z≠Zであり、
Xは、F、Cl、CN、OCN、NCS、SCN、SF、6個までの炭素原子を有する非置換アルキルもしくはアルコキシ基、ハロゲン化アルキル基、ハロゲン化アルケニル基、ハロゲン化アルコキシ基またはハロゲン化アルケニルオキシ基であり、
uは、1または2であり、
vは、1または2である、
で表される1種または2種以上の化合物を含むことを特徴とする、前記液晶媒体に関する。
本発明は、さらに、式Iで表される化合物に関する。式Iで表される化合物は、広範囲の用途を有する。置換基の選択に依存して、これらの化合物は、液晶媒体を主として構成する基材として作用することができる;しかし、また、式Iで表される化合物を、別の群の化合物からの液晶基材に加えて、例えばこのタイプの誘電体の誘電異方性および/または光学異方性を変化させることができ、および/またはこのしきい値電圧および/またはこの粘度を最適にすることができる。
純粋な状態において、式Iで表される化合物は無色であり、電気光学的使用に対して好ましく位置する温度範囲で液晶中間相を形成する。これらは、化学的、熱的および光に対して安定である。
が、アルキル基またはアルコキシ基である場合には、これは、直鎖状または分枝状であることができる。これは、好ましくは、直鎖状であり、2、3、4、5、6または7個の炭素原子を有し、従って好ましくはメチル、エチル、プロピル、ブチル、ペンチル、ヘキシル、ヘプチル、エトキシ、プロポキシ、ブトキシ、ペントキシ、ヘキシルオキシまたはヘプチルオキシ、さらにオクチル、ノニル、デシル、ウンデシル、ドデシル、メトキシ、オクチルオキシ、ノニルオキシ、デシルオキシまたはウンデシルオキシである。
オキサアルキルは、好ましくは、直鎖状2−オキサプロピル(=メトキシメチル)、2−(=エトキシメチル)もしくは3−オキサブチル(=2−メトキシエチル)、2−、3−もしくは4−オキサペンチル、2−、3−、4−もしくは5−オキサヘキシル、2−、3−、4−、5−もしくは6−オキサヘプチル、2−、3−、4−、5−、6−もしくは7−オキサオクチル、2−、3−、4−、5−、6−、7−もしくは8−オキサノニル、または2−、3−、4−、5−、6−、7−、8−もしくは9−オキサデシルである。
が、1つのCH基が−CH=CH−により置換されているアルキル基である場合には、これは、直鎖状または分枝状であることができる。これは、好ましくは直鎖状であり、2〜10個の炭素原子を有する。従って、これは、特に好ましくは、ビニル、プロプ−1−もしくは−2−エニル、ブト−1−、−2−もしくは−3−エニル、ペント−1−、−2−、−3−もしくは−4−エニル、ヘクス−1−、−2−、−3−、−4−もしくは−5−エニル、ヘプト−1−、−2−、−3−、−4−、−5−もしくは−6−エニル、オクト−1−、−2−、−3−、−4−、−5−、−6−もしくは−7−エニル、ノン−1−、−2−、−3−、−4−、−5−、−6−、−7−もしくは−8−エニル、またはデク−1−、−2−、−3−、−4−、−5−、−6−、−7−、−8−もしくは−9−エニルである。
が、1つのCH基が−O−により置換されており、1つが−CO−により置換されているアルキル基である場合には、これらは、好ましくは隣接している。従って、これらは、アシルオキシ基−CO−O−またはオキシカルボニル基−O−CO−を含む。これらは、好ましくは直鎖状であり、2〜6個の炭素原子を有する。
従って、これらは、特に好ましくは、アセトキシ、プロピオニルオキシ、ブチリルオキシ、ペンタノイルオキシ、ヘキサノイルオキシ、アセトキシメチル、プロピオニルオキシメチル、ブチリルオキシメチル、ペンタノイルオキシメチル、2−アセトキシエチル、2−プロピオニルオキシエチル、2−ブチリルオキシエチル、3−アセトキシプロピル、3−プロピオニルオキシプロピル、4−アセトキシブチル、メトキシカルボニル、エトキシカルボニル、プロポキシカルボニル、ブトキシカルボニル、ペントキシカルボニル、メトキシカルボニルメチル、エトキシカルボニルメチル、プロポキシカルボニルメチル、ブトキシカルボニルメチル、2−(メトキシカルボニル)エチル、2−(エトキシカルボニル)エチル、2−(プロポキシカルボニル)エチル、3−(メトキシカルボニル)プロピル、3−(エトキシカルボニル)プロピルまたは4−(メトキシカルボニル)ブチルである。
が、1つのCH基が非置換または置換−CH=CH−により置換されており、隣接するCH基が、COまたはCO−OまたはO−COにより置換されているアルキル基である場合には、これは、直鎖状または分枝状であることができる。これは、好ましくは、直鎖状であり、4〜12個の炭素原子を有する。従って、これは、特に好ましくは、アクリロイルオキシメチル、2−アクリロイルオキシエチル、3−アクリロイルオキシプロピル、4−アクリロイルオキシブチル、5−アクリロイルオキシペンチル、6−アクリロイルオキシヘキシル、7−アクリロイルオキシヘプチル、8−アクリロイルオキシオクチル、9−アクリロイルオキシノニル、10−アクリロイルオキシデシル、メタクリロイルオキシメチル、2−メタクリロイルオキシエチル、3−メタクリロイルオキシプロピル、4−メタクリロイルオキシブチル、5−メタクリロイルオキシペンチル、6−メタクリロイルオキシヘキシル、7−メタクリロイルオキシヘプチル、8−メタクリロイルオキシオクチルまたは9−メタクリロイルオキシノニルである。
が、CNまたはCFにより単置換されたアルキルまたはアルケニル基である場合には、この基は、好ましくは直鎖状である。CNまたはCFによる置換は、任意の所望の位置において可能である。
が、少なくともハロゲンにより単置換されたアルキルまたはアルケニル基である場合には、この基は、好ましくは直鎖状であり、ハロゲンは、好ましくはFまたはClである。多置換の場合において、ハロゲンは、好ましくはFである。得られた基はまた、過フッ素化基を含む。単置換の場合において、フッ素または塩素置換基は、任意の所望の位置であることができるが、好ましくはω位においてである。
重合反応に適する翼基Rを有する、式Iで表される化合物は、液晶ポリマーの製造に適する。
分枝した翼基Rを含む化合物は、時々、慣用の液晶基材への一層良好な溶解性により、重要であり得るが、これらが光学的に活性である場合には、特にキラルなドーパントとして重要である。このタイプのスメクティック化合物は、強誘電材料の成分として好適である。
相を有する式Iで表される化合物は、熱的にアドレスされたディスプレイ用に適する。
このタイプの分枝基は、一般的に、1つより多くない鎖分枝を含む。好ましい分枝基Rは、イソプロピル、2−ブチル(=1−メチルプロピル)、イソブチル(=2−メチルプロピル)、2−メチルブチル、イソペンチル(=3−メチルブチル)、2−メチルペンチル、3−メチルペンチル、2−エチルヘキシル、2−プロピルペンチル、イソプロポキシ、2−メチルプロポキシ、2−メチルブトキシ、3−メチルブトキシ、2−メチルペントキシ、3−メチルペントキシ、2−エチルヘキシルオキシ、1−メチルヘキシルオキシおよび1−メチルヘプチルオキシである。
が、2つまたは3つ以上のCH基が−O−および/または−CO−O−により置換されているアルキル基である場合には、これは、直鎖状または分枝状であることができる。これは、好ましくは分枝状であり、3〜12個の炭素原子を有する。従って、これは、特に好ましくは、ビスカルボキシメチル、2,2−ビスカルボキシエチル、3,3−ビスカルボキシプロピル、4,4−ビスカルボキシブチル、5,5−ビスカルボキシペンチル、6,6−ビスカルボキシヘキシル、7,7−ビスカルボキシヘプチル、8,8−ビスカルボキシオクチル、9,9−ビスカルボキシノニル、10,10−ビスカルボキシデシル、ビス(メトキシカルボニル)メチル、2,2−ビス(メトキシカルボニル)エチル、3,3−ビス(メトキシカルボニル)プロピル、4,4−ビス(メトキシカルボニル)ブチル、5,5−ビス(メトキシカルボニル)ペンチル、6,6−ビス(メトキシカルボニル)ヘキシル、7,7−ビス(メトキシカルボニル)ヘプチル、8,8−ビス(メトキシカルボニル)オクチル、ビス(エトキシカルボニル)メチル、2,2−ビス(エトキシカルボニル)エチル、3,3−ビス(エトキシカルボニル)プロピル、4,4−ビス(エトキシカルボニル)ブチルまたは5,5−ビス(エトキシカルボニル)ヘキシルである。
式Iで表される特に好ましい化合物は、以下の従属式I1〜I15からなる群から選択される:
Figure 2004149774
Figure 2004149774
Figure 2004149774
式Iで表される化合物は、文献(例えば標準的な学術書、例えばHouben-Weyl, Methoden der organischen Chemie[有機化学の方法]、Georg-Thieme-Verlag, Stuttgart)に記載されているように、正確には知られており、前述の反応に好適な反応条件下で、自体公知の方法により調製する。また、ここで、自体公知であるが、ここでは一層詳細には述べない変法を用いることができる。
式Iで表される化合物は、好ましくは、以下のようにして調製される:
スキーム1
Figure 2004149774
スキーム2
Figure 2004149774
スキーム3
Figure 2004149774
本発明はまた、このタイプの媒体を含む電気光学的ディスプレイ(特に、フレームと共にセルを形成する2枚の面平行外板、外板上の個別の画素を切り換えるための、集積非線形素子、並びにセル中に配置された、正の誘電異方性および高い比抵抗を有するネマティック液晶混合物を有するSTNまたはMLCディスプレイ)およびこれらの媒体の、電気光学的目的のための使用に関する。反射性ディスプレイに加えて、本発明の混合物はまた、IPS(面内切換)用途、OCB(光学的に制御された複屈折)用途およびVA(垂直配向)用途に適する。
本発明の液晶混合物は、利用できるパラメーター寛容度の顕著な拡大を可能にする。
透明点、回転粘度γ、低いΔnおよび誘電異方性の達成可能な組み合わせは、従来技術からの以前の材料に比較してはるかに優れている。
高い透明点、低温におけるネマティック相および高いΔεに対する要件は、従来では不十分な程度にまで達成されたに過ぎなかった。混合物、例えばMLC−6424は、本発明の混合物に類似する特性を有するが、しかしこれらは、回転粘度γについての値が顕著に一層劣悪である。
他の混合物系は、匹敵する流動粘度ν20およびΔε値を有するが、約60℃の透明点を有するのみである。
本発明の液晶混合物は、−20℃まで、好ましくは−30℃まで、特に好ましくは−40℃までのネマティック相を維持しながら、80℃を超える、好ましくは90℃を超える、特に好ましくは100℃を超える透明点、同時に≧6、好ましくは≧8の誘電異方性値Δε並びに優れたSTNおよびMLCディスプレイを得ることを可能にする比抵抗値についての高い値を達成することを可能にする。特に、この混合物は、低い動作電圧により特徴づけられる。TNしきい値は、2.0Vより低く、好ましくは1.8Vより低く、特に好ましくは1.7Vより低い。
また、本発明の混合物の成分の好適な選択により、他の有利な特性を維持しながら、一層高いしきい値電圧において一層高い透明点(例えば110℃を超える)を達成することが可能であるか、または一層低いしきい値電圧において一層低い透明点を達成することが可能であることは、言うまでもない。わずかにのみ対応して増大する粘度において、同様に、比較的大きいΔεおよび従って比較的低いしきい値を有する混合物を得ることが可能である。本発明のMLCディスプレイは、グーチ(Gooch)およびタリー(Tarry)の第一透過率極小値で好ましく動作し[C.H. GoochおよびH.A. Tarry, Electron. Lett. 10, 2-4, 1974; C.H. GoochおよびH.A. Tarry, Appl. Phys., Vol. 8, 1575-1584, 1975]、ここで、特に好ましい電気光学的特性、例えば特性曲線の高い急峻度およびコントラストの低い角度依存性(ドイツ国特許30 22 818)に加えて、一層低い誘電異方性は、第二極小値において、類似ディスプレイにおける同一のしきい値電圧において十分である。
これは、シアノ化合物を含む混合物の場合と比較して、本発明の混合物を用いて第一極小値において顕著に高い比抵抗値を達成することを可能にする。個別の成分およびこれらの重量割合を好適に選択することにより、当業者は、MLCディスプレイの既定の層の厚さに必要な複屈折率を、簡単で常習的な方法を用いて設定することができる。
20℃における流動粘度ν20は、好ましくは<60mm・s−1、特に好ましくは<50mm・s−1である。20℃における本発明の混合物の回転粘度γは、好ましくは<180mPa・s、特に好ましくは<150mPa・sである。ネマティック相範囲は、好ましくは少なくとも90°、特に好ましくは少なくとも100°である。この範囲は、好ましくは少なくとも−20°〜+80°まで拡大される。
「容量保持率」(HR)の測定値は、[S. Matsumoto et al., Liquid Crystals 5, 1320 (1989); K. Niwa et al., Proc. SID Conference, San Francisco, 1984年6月、 p. 304 (1984); G. Weber et al., Liquid Crystals 5, 1381 (1989)]式Iで表される化合物を含む本発明の混合物は、本発明の式Iで表される化合物の代わりに例えば、式
Figure 2004149774
で表されるシアノフェニルシクロヘキサン類または式
Figure 2004149774
で表されるエステル類を、含む類似する混合物よりも、温度の上昇に伴うHRの減少が顕著に小さいことを示した。
本発明の混合物のUV安定性はまた、顕著に良好である。即ち、これらは、UVにさらされた場合におけるHRの減少が顕著に小さい。
本発明の媒体は、好ましくは、複数種(好ましくは2種または3種以上)の式Iで表される化合物を基材とし、即ちこれらの化合物の割合は、5〜95%、好ましくは10〜60%および特に好ましくは約15〜50%である。
本発明の媒体において用いることができる式II〜XVIIIおよびこれらの従属式で表される個別の化合物は、知られているかまたはこれらを、既知の化合物と同様に製造することができる。
好ましい態様を、以下に示す:
−媒体は、式I1〜I32で表される1種または2種以上の化合物を含む:
Figure 2004149774
Figure 2004149774
Figure 2004149774
Figure 2004149774
Figure 2004149774
−Xは、好ましくは、
Figure 2004149774
である。
−媒体は、さらに、一般式II〜VIII:
Figure 2004149774
式中、個別の基は、以下の意味を有する:
:各々9個まで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、フルオロアルキルまたはアルケニル、
: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またはハロゲン化アルコキシ、
:−C−、−CH=CH−、−CHO−、−COO−、−OCH−、−OCF−、−CFO−、−CF=CF−、−C−、−CHCF−またはCFCH−、
、Y、YおよびY:各々、互いに独立して、HまたはF、
r:0または1
からなる群から選択された1種または2種以上の化合物を含む。
式IVで表される化合物は、好ましくは、
Figure 2004149774
である。
媒体は、さらに、式D1〜D4:
Figure 2004149774
式中、Rは、前に定義した通りである、
で表される1種または2種以上のジオキサンを含む。
−媒体は、さらに、一般式IX〜XVIII:
Figure 2004149774
Figure 2004149774
式中、R、X、YおよびYは、各々、互いに独立して、請求項2において定義した通りである。
およびYは、各々、互いに独立して、HまたはFである。Xは、好ましくは、F、Cl、CF、OCFまたはOCHFである。Rは、好ましくは、各々6個までの炭素原子を有するアルキル、オキサアルキル、フルオロアルキルまたはアルケニルである。
からなる群から選択された1種または2種以上の化合物を含む。
−媒体は、さらに、式A−1〜A−6:
Figure 2004149774
式中、Rは、請求項2において定義した通りである、
で表される、縮合環を有する1種または2種以上の化合物を含む。
−式A−1〜A−6で表される化合物の比率は、0〜20重量%、好ましくは3〜15重量%、特に3〜10重量%である;
−全体としての混合物中の、式I〜VIIIで表される化合物の合計の比率は、少なくとも30重量%、好ましくは少なくとも50重量%である;
−全体としての混合物中の式Iで表される化合物の比率は、1〜50重量%、好ましくは2〜30重量%および特に好ましくは5〜25重量%である;
−全体としての混合物中の式II〜VIIIで表される化合物の比率は、20〜80重量%である;
Figure 2004149774
は、好ましくは、
Figure 2004149774
である。
−媒体は、式II、III、IV、V、VI、VIIまたはVIIIで表される1種または2種以上の化合物を含む;
−Rは、2〜7個の炭素原子を有する直鎖状アルキルまたはアルケニルである;
−媒体は、本質的に、式I〜VIIIで表される化合物からなる;
−媒体は、好ましくは、式Iで表される1種、2種または3種の化合物を含む;
−媒体は、Rがメチル、エチル、n−C、n−C、n−C11またはn−C13である、式Iで表される化合物の混合物を含む;
−媒体は、好ましくは以下の一般式XIX〜XXII:
Figure 2004149774
式中、R、X、Y、YおよびYは、前に定義した通りであり、1.4−フェニレン環は、メチル、CN、塩素またはフッ素により置換されていることができる、
1.4−フェニレン環は、好ましくは、フッ素原子により単置換または多置換されている、からなる群から選択された他の化合物を含む。
−媒体は、好ましくは、式XXIII
Figure 2004149774
式中、
Figure 2004149774
は、各々、互いに独立して、
Figure 2004149774
であり、
0’は、単結合、−C−、−C−、−COO−、−CHO−、−OCH−、−O−CO−、−CFO−または−OCF−であり、
は、1または2であり、
0’は、Rについて定義した通りであり、
0”は、OCF、F、Cl、CF、アルキル、アルコキシまたはアルケニルである、
で表される二環式炭素環式化合物を含む。
−式XXIIIの好ましい従属式は、
Figure 2004149774
である。
式XXIIIで表される極めて特に好ましい従属式は、
Figure 2004149774
式中、
alkylは、1〜8個の炭素原子を有する、特に2〜5個の炭素原子を有する直鎖状アルキル基である、
である。
−媒体は、好ましくは、式XXIIIで表される2種または3種の化合物を含む。
−本発明の媒体中の式XXIIIで表される化合物の比率は、5〜40重量%、特に5〜35重量%である。
−I:(II+III+IV+V+VI+VII+VIII)の重量比は、好ましくは、1:10〜10:1である。
−媒体は、本質的に、一般式I〜XVIIIからなる群から選択された化合物からなる。
「alkyl」の用語は、1〜7個の炭素原子を有する直鎖状および分枝状アルキル基、特に直鎖状基メチル、エチル、プロピル、ブチル、ペンチル、ヘキシルおよびヘプチルを包含する。2〜5個の炭素原子を有する基が、一般的に好ましい。
「alkenyl」の用語は、2〜7個の炭素原子を有する直鎖状および分枝状アルケニル基、特に直鎖状基を包含する。特定のアルケニル基は、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、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。好ましいアルケニル基の例は、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−ヘプテニル等である。5個までの炭素原子を有する基が、一般的に好ましい。
「fluoroalkyl」の用語は、好ましくは、末端フッ素を有する直鎖状基、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−フルオロヘキシルおよび7−フルオロヘプチルを包含する。しかし、他の位置のフッ素は、除外されない。
「oxaalkyl」の用語は、好ましくは、式C2n+1−O−(CHで表され、式中、nおよびmは、各々、互いに独立して、1〜6である直鎖状基を包含する。nは、好ましくは=1であり、mは、好ましくは1〜6である。
慣用の液晶材料、しかし特に式II、III、IV、V、VI、VIIおよび/またはVIIIで表される1種または2種以上の化合物と混合された、式Iで表される化合物の比較的小さい比率さえも、しきい値電圧および低い複屈折値の顕著な低下をもたらし、低いスメクティック−ネマティック転移温度を有する広いネマティック相が、同時に観察され、寿命が改善されることが見出された。特に好ましいのは、式Iで表される1種または2種以上の化合物に加えて、式IVで表される1種または2種以上の化合物、特に、XがF、OCHFまたはOCFである、式IVaで表される化合物を含む混合物である。式I〜VIIIで表される化合物は、無色であり、安定であり、互いに、および他の液晶物質と容易に混和可能である。さらに、本発明の混合物は、極めて高い透明点により区別され、回転粘度γについての値は、比較的低い。
およびXの意味を好適に選択することにより、アドレス時間、しきい値電圧、透過特性曲線の急峻度などを、所望の方法で改変することができる。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は、一般的に、アルキル基またはアルコキシ基と比較して、短いアドレス時間、改善されたネマティック傾向および弾性定数k33(曲がり)とk11(広がり)との高い比率をもたらす。4−アルケニル基、3−アルケニル基などは、一般的に、アルキル基およびアルコキシ基と比較して、低いしきい値電圧および小さいk33/k11値をもたらす。
−CHCH−基は、一般的に、単共有結合と比較して高いk33/k11の値をもたらす。k33/k11の一層大きい値は、例えば、90°のねじれを有するTNセルにおいて、一層平坦な透過特性曲線を容易にし(グレーシェードを達成するために)、STN、SBEおよびOMIセル(一層大きい時分割特性)において一層急峻な透過特性曲線を容易にし、その逆もまた同様である。
式Iで表される化合物とII+III+IV+V+VI+VII+VIIIで表される化合物との最適な混合比は、実質的に、所望の特性、式I、II、III、IV、V、VI、VIIおよび/またはVIIIで表される成分の選択並びに存在できるすべての他の成分の選択に依存する。前述の範囲内の好適な混合比は、場合毎に容易に決定することができる。
本発明の混合物中の式I〜XVIIIで表される化合物の総量は、決定的ではない。従って、この混合物は、種々の特性を最適にする目的のために、1種または2種以上の他の成分を含むことができる。しかし、アドレス時間およびしきい値電圧に対して観察される効果は、一般的に、式I〜XVIIIで表される化合物の総濃度が高いほど大きくなる。
特に好ましい態様において、本発明の媒体は、XがF、OCF、OCHF、OCH=CF、OCF=CFまたはOCF−CFHである、式II〜VIII(好ましくは式II、IIIおよび/またはIV、特にIVa)で表される化合物を含む。式Iで表される化合物との好ましい相乗効果は、特に有利な特性をもたらす。特に、式Iおよび式IVaで表される化合物を含む混合物は、これらの低いしきい値電圧により区別される。
偏光子、電極基板および表面処理された電極からの本発明のMLCディスプレイの構造は、このタイプのディスプレイに慣用の構造に相当する。ここで、「慣用の構造」の用語は、広く解釈され、また特にポリ−Si TFTまたはMIMに基づくマトリックス表示素子を含むMLCディスプレイのすべての誘導型および改変型を包含する。
しかし、本発明のディスプレイとねじれネマティックセルに基づく慣用のディスプレイとの顕著な相違点は、液晶層の液晶パラメーターの選択にある。
本発明において用いることができる液晶混合物は、それ自体慣用の方法において製造される。一般的に、少ない方の量で用いる成分の所望の量を、有利には高温で、主要成分を構成する成分中に溶解する。有機溶剤、例えばアセトン、クロロホルムまたはメタノール中の成分の溶液を混合し、十分に混合した後に、例えば蒸留により溶剤を再び除去することも可能である。
誘電体はまた、当業者に知られており、文献中に記載されている他の添加剤を含むことができる。例えば、0〜15%の多色性染料、安定剤またはキラルなドーパントを加えることができる。
Cは結晶相を示し、Sはスメクティック相を示し、SはスメクティックC相を示し、Nはネマティック相を示し、Iはアイソトロピック相を示す。
10は、10%透過率にかかわる電圧を示す(板表面に対して垂直の視野角)。tonは、V10の数値の2倍に対応する動作電圧におけるスイッチオン時間を示し、toffは、スイッチオフ時間を示す。Δnは、光学異方性を示し、nは、屈折率を示す。Δεは、誘電異方性を示す(Δε=ε−ε、この式においてεは分子の長軸に対して平行な誘電定数を示し、εは分子の長軸に対して垂直な誘電定数を示す)。電気光学的データは、他に特に述べない限り、20℃でTNセルにおいて第一極小値(即ち0.5μmのd・Δn値において)で測定した。光学的データは、他に特に述べない限り、20℃で測定した。
本出願および以下の例において、液晶化合物の構造を頭文字で示し、その化学式への変換は、以下の表AおよびBに従って得られる。すべての基C2n+1およびC2m+1は、それぞれn個およびm個の炭素原子を有する直鎖状アルキル基である;nおよびmは、好ましくは、0、1、2、3、4、5、6または7である。表Bにおけるコードは自明である。表Aにおいて、基本構造にかかわる頭文字のみを示す。各場合において、基本構造にかかわる頭文字の後に、ダッシュで分離して、置換基R、R、LおよびLに関するコードが示されている:
Figure 2004149774
本発明の混合物の概念の好ましい混合物成分を、表AおよびBに示す。
表A:
Figure 2004149774
Figure 2004149774
Figure 2004149774
Figure 2004149774
表B:
Figure 2004149774
Figure 2004149774
Figure 2004149774
Figure 2004149774
Figure 2004149774
Figure 2004149774
Figure 2004149774
表C:
表Cは、本発明の化合物に一般的に加えられる可能なドーパントを示す。
Figure 2004149774
Figure 2004149774
表D:
例えば本発明の混合物に加えることができる安定剤を、以下に示す。
Figure 2004149774
Figure 2004149774
Figure 2004149774
Figure 2004149774
式Iで表される1種または2種以上の化合物に加えて、特に好ましい混合物は、表Bからの1種、2種、3種、4種、5種または6種以上の化合物を含む。
以下の例は、本発明を限定せずに、本発明を説明することを意図する。本明細書中、パーセンテージは重量パーセントである。すべての温度を、摂氏度で示す。m.p.は融点を示し、cl.p.=透明点である。さらに、C=結晶状態、N=ネマティック相、S=スメクティック相およびI=アイソトロピック相である。これらの記号間のデータは、転移温度を示す。Δnは、光学異方性(589nm、20℃)を示す。流動粘度ν20(mm/秒)および回転粘度γ[mPa・s]を、各々20℃において決定した。
例において、「慣用の精製操作(work-up)」は、所要に応じて水を加え、混合物を、ジクロロメタン、ジエチルエーテル、メチルtert−ブチルエーテルまたはトルエンで抽出し、相を分離し、有機相を乾燥し、蒸発させ、生成物を、減圧下での蒸留または結晶および/またはクロマトグラフィーにより精製することを意味する。以下の略語を用いる:
n−BuLi n−ブチルリチウムをn−ヘキサンに溶解した1.6モルの溶液
DMAP 4−(ジメチルアミノ)ピリジン
THF テトラヒドロフラン
DCC N,N’−ジシクロヘキシルカルボジイミド
RT 室温
例1
Figure 2004149774
段階1.1
Figure 2004149774
0.2molの2を300mlのTHFに溶解した溶液を、0.21molのリチウムジイソプロピルアミド(LDA;THF中1M)で、−40℃において処理する。0.5時間後、COの激しい流れを通じる。反応混合物を、1.5lの氷冷した1NのHCl中に注入する。溶液を、CHClで抽出し、混ぜ合わせた有機抽出物を、NaSOで乾燥し、蒸発乾固させる。精製のために、粗製の生成物を、トルエンから再結晶する。このようにして得られたカルボン酸を、200mlのSOClに溶解し、0.1mlのDMFを加えた後に、沸騰において3時間加熱する。過剰のSOClを、蒸留により除去する。
段階1.2
Figure 2004149774
先ず、0.11molのプロパン−1,3−ジチオール、次に0.25molのトリフルオロメタンスルホン酸を、0.1molの3に、0℃で加える。この混合物を、1時間、氷冷しながらかきまぜ、次に、0.4molの無水酢酸を、ゆっくりと流し込む。さらに1時間後、500mlのジエチルエーテルを加え、沈殿したジチアニリウム塩4を、吸引しながら濾別し、減圧下で乾燥する:収率82%。
段階1.3
Figure 2004149774
0.1molの4を300mlのCHClに懸濁させた懸濁液を、−70℃に冷却し、0.15molの4−ヒドロキシ安息香酸エチル、0.17molのNEtおよび100mlのCHClの混合物を、滴加する。5分後、先ず0.5molのNEt・3HFおよび、さらに5分後、0.5molのBrを、滴加する。この混合物を、−70℃において1時間かきまぜ、次に、放置して室温とし、オレンジ黄色の溶液を、氷冷した0.1NのNaOH中に注入する。この混合物を、CHClで抽出し、混ぜ合わせた有機抽出物を、NaSOで乾燥し、回転蒸発器中で蒸発乾固させる。さらなる精製のために、粗製のエステルを、n−ヘプタンに溶解し、シリカゲルフリットを通して濾過する。生成物を、室温で1時間、200mlのエタノールおよび50mlの1NのNaOHの混合物中でかきまぜる。次に、この混合物を、濃HClを用いて酸性化し、生成物を、500mlの水を加えることにより、沈殿させる。
段階1.4
Figure 2004149774
50mmolの5、55mmolの3,4,5−トリフルオロフェノール、55mmolのジシクロヘキシルカルボジイミド(DCC)および5mmolの4−ジメチルアミノピリジン(DMAP)を200mlのTHFに溶解した溶液を、室温で18時間かきまぜ、これに慣用の水性精製操作を施す。粗製の生成物を、ヘプタン/酢酸エチル9:1を有するシリカゲル上でクロマトグラフィー分離し、その後n−ヘプタンから再結晶する。

Figure 2004149774
で表される以下の化合物を、同様にして製造する:
Figure 2004149774
Figure 2004149774
Figure 2004149774
Figure 2004149774
例2
Figure 2004149774
段階2.1
Figure 2004149774
2.858molの2−トリメチルシリル−1,3−ジチアンを、先ず、1.5lの無水THF中に導入し、2.868molのBuLi(15%溶液)を、−70℃で0.5時間にわたり滴加する。この混合物を、ゆっくりと放置して加温して室温とし、1lの無水THF中の2.852molの8を、−70℃で滴加する。反応混合物を、室温で一晩かきまぜ、氷上に注入し、メチルtert−ブチルエーテルで抽出する。混ぜ合わせた有機相を、飽和塩化ナトリウム溶液で洗浄し、硫酸ナトリウムを用いて乾燥し、濾過し、蒸発させる。残留物を、減圧下で蒸留する。
沸点150〜160℃(1mbar)
段階2.2
Figure 2004149774
0.325molの9を、400mlのジクロロメタンに溶解し、0.330molのトリフルオロメタンスルホン酸を、氷冷しながら滴加する。15分後、冷却を除去し、混合物を、室温で0.5時間かきまぜる。この混合物を、その後70℃に冷却し、0.575molのトリエチルアミンおよび0.490molの3,5−ジフルオロフェノールの、200mlのジクロロメタン中の混合物を加え、混合物を、−70℃において1時間かきまぜる。次に、1.613molのトリエチルアミンフッ化水素酸塩を加え、5分後、200mlのジクロロメタン中に懸濁させた1.609molの1,3−ジブロモ−5,5−ジメチルヒダントインを、ゆっくりと加える。反応混合物を、1時間かきまぜ、−20℃に放置して加温し、オレンジ色の溶液を、かきまぜながら氷および500mlの水酸化ナトリウム溶液の混合物に加える。有機相を分離して除去し、水性相を、ジクロロメタンで抽出する。最後に、混合物に、慣用の精製操作を施す。生成物を、シリカゲル(n−ヘプタン/酢酸エチル10:1)上で溶解する。最後に、溶出液を蒸発させる。
段階2.3
Figure 2004149774
0.19molのブチルリチウム(15%溶液)を、500mlの無水THF中の0.106molの10に、−70℃において、窒素雰囲気中で加える。添加が完了した際に、反応混合物を、1時間かきまぜ、ドライアイス上に注入する。反応混合物を、放置して0℃に加温し、50mlの水を加え、混合物を、25mlの濃塩酸を用いて酸性化する。50mlのメチルtert−ブチルエーテルを加えた後、水性相を、分離して除去し、メチルtert−ブチルエーテルで抽出する。混ぜ合わせた有機相に、慣用の精製操作を施す。生成物を、n−ヘプタン/トルエン2:1から再結晶する。
段階2.4
Figure 2004149774
120mlのジクロロメタン中の18.66molの11および18.91mmolの3,4,5−トリフルオロフェノールを、5℃に冷却する。30mlのジクロロメタン中のN,N’−ジシクロヘキシルカルボジイミドを加えた後、混合物を、室温で一晩かきまぜる。3.174mmolのシュウ酸二水和物を加えた後、混合物を、さらに1時間かきまぜる。沈降物を、吸引しながら濾過し、溶液を蒸発させる。残留物を、n−ヘプタン/メチルtert−ブチルエーテルに溶解し、シリカゲルカラムを通して濾過する。溶出液を蒸発させ、残留物を、n−ヘプタンから再結晶する。C 61 N 71.6 I;Δn=0.0870;Δε=24.5。

Figure 2004149774
で表される以下の化合物を、同様にして製造する:
Figure 2004149774
Figure 2004149774
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混合物例
例M1
Figure 2004149774
例M2
Figure 2004149774
例M3
Figure 2004149774
例M4
Figure 2004149774
例M5
Figure 2004149774
例M6
Figure 2004149774
例M7
Figure 2004149774
例M8
Figure 2004149774

Claims (12)

  1. 極性化合物の混合物に基づく液晶媒体であって、これが、一般式I
    Figure 2004149774
    式中、
    は、非置換であるか、CNもしくはCFにより単置換されているか、またはハロゲンにより少なくとも単置換されている、1〜12個の炭素原子を有するアルキル基であり、ここで、また、これらの基における1つまたは2つ以上のCH基は、各々の場合において、互いに独立して、O原子が互いに直接結合しないように、−O−、−S−、
    Figure 2004149774
    −CH=CH−、−C≡C−、−CO−、−CO−O−、−O−CO−または−O−CO−O−により置換されていることができ、
    Figure 2004149774
    は、
    Figure 2004149774
    であり、
    1−6は、各々、互いに独立して、HまたはFであり、
    およびZは、各々、互いに独立して、−COO−または−CFO−であり、ここで、Z≠Zであり、
    Xは、F、Cl、CN、OCN、NCS、SCN、SF、6個までの炭素原子を有する非置換アルキルもしくはアルコキシ基、ハロゲン化アルキル基、ハロゲン化アルケニル基、ハロゲン化アルコキシ基またはハロゲン化アルケニルオキシ基であり、
    uは、1または2であり、
    vは、1または2である、
    で表される1種または2種以上の化合物を含むことを特徴とする、前記液晶媒体。
  2. さらに、一般式II、III、IV、V、VI、VIIおよびVIII:
    Figure 2004149774
    式中、個別の基は、以下の意味を有する:
    :各々9個まで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、フルオロアルキルまたはアルケニル、
    :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またはハロゲン化アルコキシ、
    :−C−、−CH=CH−、−CHO−、−OCH−、−COO−、−OCF−、−CFO−、−CF=CF−、−C−、−CHCF−または−CFCH−、
    およびY:各々、互いに独立して、HまたはF、
    r:0または1
    からなる群から選択された1種または2種以上の化合物を含むことを特徴とする、請求項1に記載の媒体。
  3. 全体としての混合物中の、式I〜VIIIで表される化合物の合計の比率が、少なくとも30重量%であることを特徴とする、請求項2に記載の媒体。
  4. 全体としての混合物中の、式Iで表される化合物の比率が、1〜50重量%であることを特徴とする、請求項1または2に記載の媒体。
  5. 全体としての混合物中の、式II〜VIIIで表される化合物の比率が、20〜80重量%であることを特徴とする、請求項2または3に記載の媒体。
  6. 式IVa
    Figure 2004149774
    式中、R、XおよびYは、請求項2において定義した通りである、
    で表される1種または2種以上の化合物を含むことを特徴とする、請求項1〜5のいずれかに記載の媒体。
  7. が、F、OCHFまたはOCFであり、Yが、HまたはFであることを特徴とする、請求項2または6に記載の媒体。
  8. 式Iで表される化合物中のRが、直鎖状アルキルであることを特徴とする、請求項1〜7のいずれかに記載の媒体。
  9. 式I
    Figure 2004149774
    式中、
    は、非置換であるか、CNもしくはCFにより単置換されているか、またはハロゲンにより少なくとも単置換されている、1〜12個の炭素原子を有するアルキル基であり、ここで、また、これらの基における1つまたは2つ以上のCH基は、各々の場合において、互いに独立して、O原子が互いに直接結合しないように、−O−、−S−、
    Figure 2004149774
    −CH=CH−、−C≡C−、−CO−、−CO−O−、−O−CO−または−O−CO−O−により置換されていることができ、
    Figure 2004149774
    は、
    Figure 2004149774
    であり、
    1−6は、各々、互いに独立して、HまたはFであり、
    およびZは、各々、互いに独立して、−COO−または−CFO−であり、ここで、Z≠Zであり、
    Xは、F、Cl、CN、OCN、NCS、SCN、SF、6個までの炭素原子を有する非置換アルキルもしくはアルコキシ基、ハロゲン化アルキル基、ハロゲン化アルケニル基、ハロゲン化アルコキシ基またはハロゲン化アルケニルオキシ基であり、
    uは、1または2であり、
    vは、1または2である、
    で表される液晶化合物。
  10. 式I1〜I32
    Figure 2004149774
    Figure 2004149774
    Figure 2004149774
    Figure 2004149774
    Figure 2004149774
    式中、Rは、請求項9において定義した通りである、
    で表される液晶化合物。
  11. 請求項1に記載の液晶媒体の、電気光学的目的のための使用。
  12. 請求項1に記載の液晶媒体を含む、電気光学的液晶ディスプレイ。
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