JP2005060703A - 電気光学的液晶システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】液晶媒体を含有してさらに光学的媒体を含み、前記液晶媒体および光学的等方媒体は、相分離しているかまたはミクロ相分離しており、前記液晶媒体は下記式1で表される化合物を1または2以上を含む液晶媒体。
[式中、Rはアルキル基、アルコキシ基等を表し、環Aはフェニレン基やシクロヘキシレン基等を表す。Z1,Z2は−CF2O−、−OCF2−等の連結基を示し、X0はハロゲン、ハロゲン化アルキルあるいはアルケニル基等を表す。Y1−Y6は、HまたはFを示し、rは0または1である。]
【選択図】なし
Description
これら用途の例は:
ゲストホスト(guest-host (GH))表示システムであって、そのスペクトルは単一セグメントディスプレイから、従来のプリント技術を用いて望ましい電極パターンに適用することが可能であるディスプレイに広がっている。可能な用途は:自動車、巨大ディスプレイ、広告板、時計であり、
能動的または受動的マトリックスにより制御される高度の情報含有量を有するディスプレイ、
投写システム、
スイッチである。
ミクロ液滴マトリックスシステムにおいては、現在まで、アルキル−またはアルコキシシアノビフェニルおよび−テルフェニルからなるLC混合物、例えばUS 4,671,618, US 4,688,900およびEP 0 272 585において記載されているE7およびE8(Merck Ltd., Poole, UKから入手できる) が慣習的に用いられていた。E8混合物は光学的異方性の高い値および流動粘度の比較的高い値により特徴づけられるが、同時に比較的低い透明点を有する。E7混合物は、比較的低い流動粘度とE8よりもいくらか小さい光学的異方性Δnを有するが、同時に透明点がかなり低い。
本発明の他の目的は、以下の詳細な説明により当業者に直ちに明らかになる。
これらの目的は、本発明の電気光学的LCシステムを提供することにより実現され、前記電気光学的LCシステムにおいて、LC媒体は請求項1において定義された式Iの化合物を少なくとも1つ含むものである。
本発明は、電気光学的液晶システムにおける使用のための液晶媒体であって、前記電気光学的液晶システムは、前記液晶媒体を含有して光学的等方媒体をさらに含み、前記液晶媒体および光学的等方媒体は、相分離しているかまたはミクロ相分離しており、前記液晶媒体は式I
Rは、1〜15個の炭素原子を有するアルキルもしくはアルコキシまたは置換されていないか、CNもしくはCF3 により1置換されているか、あるいはハロゲンにより1置換または多置換されている2〜15個の炭素原子を有するアルキレンであって、ここで、1または2以上のCH2基が任意に、各場合においてそれぞれ互いに独立に、酸素原子が互いに直接結合しないように-O-、-S-、-CO-、-CO-O-、-O-CO-、-O-CO-O-または-C≡C- により置換されており、
Z1は、-CF2O-または-OCF2-であり、
Z2は、-O-、-S-、-CO-、-COO-、-OCO-、-S-CO-、-CO-S-、-OCH2-、-CH2O-、-SCH2-、-CH2S-、-CF2O-、-OCF2-、-CF2S-、-SCF2-、-CH2CH2-、-CF2CH2-、-CH2CF2-、-CF2CF2-、-CH=CH-、-CF=CH-、-CH=CF-、-CF=CF-、-C≡C- または単結合であり、
X0は、F、Cl、または1〜6個の炭素原子を有するハロゲン化アルキルもしくはアルコキシあるいは2〜6個の炭素原子を有するアルケニルであり、そして
rは、0または1である、
で表される化合物を1または2以上含むことを特徴とする、前記液晶媒体に関する。
複屈折率Δn=ne-noである正誘電性を有するLC媒体および任意に基板シートに適用される電極間で屈折率がnmである光学的透明媒体を含み、
LC媒体および光学的等方媒体が、相分離しているかまたはミクロ相分離しており、
LC媒体のLC分子が、2つの電極間の電場を印加することにより少なくとも2つの状態の間を切り替えることができ、
前記切り替え状態の1つ、好ましくは電場印加がないスイッチオフ状態(switch-off state)において、LC媒体のLC分子が不規則な方向性を有し、
LC媒体の屈折率のうちの1つが、本質的に光学的等方媒体の屈折率nmと一致し、および/またはLC媒体の質量および光学的透明媒体の質量の比(商)が1.5以上であり、そして、
入射光の偏光とは独立に、前記システムが、他の状態と比較して少なくとも2つの切り替え状態のうちの1つにおいて、好ましくはスイッチオフ状態において、減少した透過性を有する、
前記電気光学的LCシステムに関する。
本発明の電気光学的システムにおけるLC媒体の質量含有量に依存して、LC媒体は、LCミクロ液滴中の、程度が多かれ少なかれ分離しているかまたは多かれ少なかれ密着した例えば粒子の形態で光学的透明媒体が存在する連続層を形成する、光学的透明媒体に包埋されている。また、例えば光学的透明媒体がスポンジ様の3次元ネットワークを形成する場合には、前記光学的透明媒体のLCが位置する孔隙は程度が多かれ少なかれ互いに融合しており、連続層が得られる。
しかし、互いに分離している表示液体部は、全く球形でないが、不規則な形にされおよび/または変形されうる。
したがって、例えば、PDLCおよびNCAPフィルムの場合には、LC混合物がミクロ分散されているかまたはミクロカプセル化されている透明媒体により形成されるマトリックスは、サンドイッチのように導電電極間に配置される。
文献においては、マトリックスまたはネットワークの製造に特に適した材料について様々な詳細が記載されている。したがって、例えば、US 4,435,047またはLiquid Crystal, 3, (1988) 1543においては、ポリビニルアルコール(PVA)またはラテックス様エマルジョンなどの水溶性高分子が提案されている。
EP 0 272 585は、光硬化ビニル化合物に基づくマトリックスまたはネットワーク材料について述べており、WO 89/06264は多機能メルカプタンを含む多官能アクリレートの共重合体を提案している。特にマトリックスシステムに適したポリマーについての他の詳細は、EP 0 165 063, EP 0 345 029, EP 0 357 234またはEP 0 205 261において見出すことができる。
しかし、さらに、例えば無機ガラスモノリス(US 4,814,211) 、他の無機材料(例えば日本の公開された明細書 303325/1988参照)などの他の透明材料、または代替的な他の材料は、マトリックスおよびネットワークシステムに用いられうる。
本発明の電気光学的LCシステムの好ましい態様は、修飾された方法により製造されたNCAPフィルム、PDLCフィルムおよびミクロ液滴マトリックスシステムである。これらのフィルムの製造方法は、例えば、US 4,688,900, US 4,673,255, US 4,671,618, WO 85/04262, US 4,435,047, EP 0 272 595, Mol. Cryst. Liq. Cryst. 157 (1988), 427, Liquid Crystals, 3 (1988), 1543, EP 0 165 063, EP 0 345 029, EP 0 357 234およびEP 0 205 261に記載されている。
しかし、さらにまた、本発明の態様は、透明媒体が、片側のネットワーク構造ともう一方側の液滴マトリックス構造との間に存在する構造を有する態様が含まれる。
加えて、ここで明らかには述べていない本発明の他の態様も含まれる。
本発明のLC媒体は、好ましくは2またはそれ以上のLC化合物の混合物であり、少なくとも1つの式Iの化合物を含む。
から選択される。
式I、I1およびI2の化合物において、式中、さらに好ましくはY1、 Y2、 Y4、 Y5、 Y7 およびY8の基のうちの少なくとも1つが、特に好ましくはY1、 Y2、 Y4 およびY5 の基のうちの少なくとも1つが、Fである。
さらに好ましくは、式I、I1およびI2の化合物において、Z1 が-CF2O-である。
・液晶媒体が、さらに、下記式:
r、X0、Y1-4およびR0は、式IおよびI1の意味を有し、
Z0は、-CF2O-、-OCF2-、-C2F4-、-CF=CF-、-CH=CF-、-CF=CH-、-C2H4-、-(CH2)4-、-OCH2- または -CH2O-であり、そして
Z3は、-C2F4-、-CF=CF-、-CH=CF-、-CF=CH-、-C2H4-、-(CH2)4-、-OCH2-または-CH2O-
である、
から選択される1または2以上の化合物を含む。
から選択される。特に好ましいのは、式IIIbの化合物である。
から選択される。特に好ましいのは、式IVaの化合物である。
Lは、H、FまたはClである、
から選択される1または2以上の化合物を含む。X0は、好ましくはFまたはClである。式VIII、IXおよびXの化合物において、好ましくは、X0はClであり、LはHである。
から選択される1または2以上の化合物を含む。X0は、好ましくはF、Cl、CF3、OCF3またはOCHF2である。R0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、アルコキシ、オキサアルキル、フルオルアルキル、フルオルアルコキシまたはアルケニルである。特に好ましいのは、式XIVおよびXVIIの化合物である。
上記式中において、X0は、好ましくは-CF3、-C2F5、-C3F7、-OCF3、-CH=CHF、-(CH2)n-CH=CHF、-CH=CF2、-(CH2)n-CH=CF2、-CF=CF2、-(CH2)n-CF=CF2、-OCH=CHF、-OCH=CF2または-OCF=CF2である。
・LC媒体は、本質的に、式I、II、III、VIII、IX、XIVおよびXVの化合物からなる。
・全体混合物における式II〜VIIの化合物の量は、10〜60%であり、好ましくは20〜45%である。
・全体混合物における式VIII〜XIIIの化合物の量は、20〜70%であり、好ましくは30〜60%である。
・全体混合物における式XIV〜XXIの化合物の量は、1〜20%であり、好ましくは2〜15%である。
上記式I〜XXIにおいて、「フッ化されたアルキルまたはアルコキシ」とは、好ましくは、CF3、OCF3、CFH2、OCFH2、CF2H、OCF2H、C2F5、OC2F5、CFHCF3、CFHCF2H、CFHCFH2、CH2CF3、CH2CF2H、CH2CFH2、CF2CF2H、CF2CFH2、OCFHCF3、OCFHCF2H、OCFHCFH2、OCH2CF3、OCH2CF2H、OCH2CFH2、OCF2CF2H、OCF2CFH2、C3F7 またはOC3F7、特に、CF3、OCF3、CF2H、OCF2H、C2F5、OC2F5、CFHCF3、CFHCF2H、CFHCFH2、CF2CF2H、CF2CFH2、OCFHCF3、OCFHCF2H、OCFHCFH2、OCF2CF2H、OCF2CFH2、C3F7またはOC3F7、特に好ましくはOCF3またはOCF2Hである。
「アルケニル」という語は、2〜7個の炭素原子を有する直鎖または分枝アルケニル基、特に、直鎖基を包含する。特に好ましいアルケニル基は、C2-C7-1E-アルケニル、C4-C7-3E-アルケニル、C5-C7-4-アルケニル、C6-C7-5-アルケニルおよびC7-6-アルケニル、特にC2-C7-1E-アルケニル、C4-C7-3E-アルケニルおよびC5-C7-4-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-ヘキセニルおよび6-ヘプテニルである。5個までの炭素原子を有する基が一般的には好ましい。
「フルオロアルキル」という語は、好ましくは末端にフッ素を有する直鎖基、すなわち、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、フッ素が他の位置にあることも除外されない。
ハロゲンは、好ましくはFまたはClであり、特にはFである。
本発明のLC媒体は、好ましくは、ネマチック相範囲が<-10℃および>+70℃の間にあり、極めて好ましくは<-20℃および>+80℃の間にあり、最も好ましくは、<-20℃および>+90℃の間にある。
本発明のLC媒体は、好ましくは、複屈折率Δn≧0.18、極めて好ましくは≧0.2、最も好ましくは≧0.25を有する。
本発明のLC媒体は、好ましくは、誘電異方性Δε≧+12、極めて好ましくは≧+18、最も好ましくは≧+23を有する。
R’-L-E-R’’ 1
R’-L-COO-E-R’’ 2
R’-L-OOC-E-R’’ 3
R’-L-CH2CH2-E-R’’ 4
R’-L-C≡C-E-R’’ 5
により特徴づけられる。
群1:20〜90%、特には30〜90%、
群2:10〜80 %、特には10〜50 %、
であって、本発明の化合物ならびに群1および2の化合物の比率の合計は、100%になる。
また、チオール−エン(thiol-ene)は、例えば、市販されている製品Norland 65 (Norland Products)などが好ましい。
さらには、例えばEbecryl(登録商標)270、5129または350 (UCB Chemicals, Ltd.より市販)などのEbecryl(登録商標)シリーズといった重合可能な材料または構成を含む前駆物質が好ましい。
本発明のLC混合物は、本発明の全ての電気光学的システムにおいて用いられうるようにさらなる添加剤により修飾されうる。
さらに、キラルメソゲニック(mesogenic)または代わりにノンメソゲニック化合物を、例えばDE 40 07 039において記載されているように、不透明状態の散乱を増加させるためおよび/または電気光学的曲線の傾きに影響を与えるために、本発明のLC混合物に加えてもよい。本発明のLCには0〜15%、特に0〜10%のキラル添加剤を含むことが好ましい。
本発明のLC媒体混合物はまた、1または2以上の安定剤または抗酸化剤などのさらなる添加剤を含んでもよい。
Δn 589nmにおける光学的異方性(optical anisotropy)
ne 589nmにおける異常光屈折率(extraordinary refractive index)
no 589nmにおける常光屈折率(ordinary refractive index)
Δε 誘電異方性(dielectric anisotropy)
εll 分子の縦軸に平行な誘電定数(dielectric constant)
エチルヘキシルアクリル酸 87%
Ebecryl(登録商標) 10%
トリメチロールプロパントリアクリレート 2%
Darcour 4265(登録商標) 1%
20℃におけるPDCI装置のVHRは98.4%である。PDLC装置の電気光学曲線を図1に示す。PDLC装置は低い閾値電圧と高いコントラストを有することがわかる。
Claims (19)
- 電気光学的液晶システムにおける使用のための液晶媒体であって、前記電気光学的液晶システムは、前記液晶媒体を含有してさらに光学的等方媒体を含み、前記液晶媒体および光学的等方媒体は、相分離しているかまたはミクロ相分離しており、前記液晶媒体は式I
Rは、1〜15個の炭素原子を有するアルキルもしくはアルコキシまたは置換されていないか、CNもしくはCF3 により1置換されているか、あるいはハロゲンにより1置換または多置換されている2〜15個の炭素原子を有するアルキレンであって、ここで、1または2以上のCH2基が任意に、各場合においてそれぞれ互いに独立に、酸素原子が互いに直接結合しないように-O-、-S-、-CO-、-CO-O-、-O-CO-、-O-CO-O-または-C≡C- により置換されており、
Z1は、-CF2O-または-OCF2-であり、
Z2は、-O-、-S-、-CO-、-COO-、-OCO-、-S-CO-、-CO-S-、-OCH2-、-CH2O-、-SCH2-、-CH2S-、-CF2O-、-OCF2-、-CF2S-、-SCF2-、-CH2CH2-、-CF2CH2-、-CH2CF2-、-CF2CF2-、-CH=CH-、-CF=CH-、-CH=CF-、-CF=CF-、-C≡C- または単結合であり、
X0は、F、Cl、または1〜6個の炭素原子を有するハロゲン化アルキルもしくはアルコキシあるいは2〜6個の炭素原子を有するアルケニルであり、そして
rは、0または1である、
で表される化合物を1または2以上含むことを特徴とする、前記液晶媒体。 - 式I、II、III、VIII、IX、XIVおよびXVIIの化合物を1または2以上含むことを特徴とする、請求項1〜9のいずれかに記載の液晶媒体。
- 式Iの化合物を2〜40%含むことを特徴とする、請求項1〜10のいずれかに記載の液晶媒体。
- 式Iの化合物を2〜40%、式II〜VIIの化合物を10〜60%、式VIII〜XIIIの化合物を20〜70%、式XIV〜XXIの化合物を1〜20%含むことを特徴とする、請求項1〜11のいずれかに記載の液晶媒体。
- 請求項1〜12に記載の液晶媒体の、電気光学的液晶システムにおける使用であって、前記電気光学的液晶システムは、前記液晶媒体を含有してさらに光学的等方媒体を含み、前記液晶媒体および光学的等方媒体は、相分離しているかまたはミクロ相分離している、前記使用。
- 相分離しているかまたはミクロ相分離している液晶媒体および光学的等方媒体を含む電気光学的液晶システムであって、媒体が請求項1〜12のいずれかに記載の媒体であることを特徴とする、前記電気光学的液晶システム。
- 光学的等方媒体が高分子媒体であり、液晶媒体が等方高分子媒体中に液滴の形態で包埋されているかまたは等方高分子媒体により形成される3次元ネットワーク中に連続層として存在することを特徴とする、請求項14に記載の電気光学的液晶システム。
- 電気光学的液晶システムがPDLC、NCAPまたは高分子ネットワークシステムであることを特徴とする、請求項14または15に記載の電気光学的液晶システム。
- システムが、複屈折率Δn=ne-noである正誘電性を有する液晶媒体および任意に基板シートに適用される電極間で屈折率がnmである光学的透明媒体を含み、
液晶媒体および光学的等方媒体が、相分離しているかまたはミクロ相分離しており、
液晶媒体の液晶分子が、2つの電極間の電場を印加することにより少なくとも2つの状態の間を切り替えることができ、
前記切り替え状態の1つ、好ましくは電場印加がないスイッチオフ状態において、液晶媒体の液晶分子が不規則な方向性を有し、
液晶媒体の屈折率のうちの1つが、本質的に光学的等方媒体の屈折率nmと一致し、および/または液晶媒体の質量指数および光学的透明媒体の質量の比(商)が1.5以上であり、
入射光の偏光とは独立に、前記システムが、他の状態と比較して2つの切り替え状態のうちの1つにおいて、好ましくはスイッチオフ状態において、減少した透過性を有する、
ことを特徴とする、請求項14〜16のいずれかに記載の電気光学的液晶システム。 - 請求項1〜17のいずれかに記載の液晶媒体または電気光学的システムの、ディスプレイ装置、巨大表面積表示システム、広告板、時計、投写システム、スイッチ、窓、間仕切りまたはサンルーフなどの建築用途、自動車の窓またはサンルーフ、太陽光照射の遮蔽制御による温度調節装置、およびゲストホスト表示システムのための使用。
- 請求項1〜17のいずれかに記載の液晶媒体または電気光学的システムを含む、ディスプレイ装置、巨大表面積表示システム、広告板、時計、投写システム、スイッチ、窓、間仕切りまたはサンルーフなどの建築用途、自動車の窓またはサンルーフ、太陽光照射の遮蔽制御による温度調節装置、およびゲストホスト表示システム。
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