JP2008050608A - 液晶媒体 - Google Patents
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Abstract
【課題】従来技術の欠点を有しないか、または有していても比較的低い程度にのみであり、同時に特に低い温度において、高い正の誘電異方性、低いしきい値電圧、短い応答時間、および極めて良好な急峻度を有する、特にＴＮおよびＳＴＮディスプレイのための新規な化合物および液晶媒体を提供する。
【解決手段】本発明は、式Ｉ
で表される化合物を含む液晶媒体並びに、前記媒体を含む液晶ディスプレイ、特にねじれネマティック（ＴＮ）および超ねじれネマティック（ＳＴＮ）液晶ディスプレイに関する。
【選択図】なし
【解決手段】本発明は、式Ｉ
で表される化合物を含む液晶媒体並びに、前記媒体を含む液晶ディスプレイ、特にねじれネマティック（ＴＮ）および超ねじれネマティック（ＳＴＮ）液晶ディスプレイに関する。
【選択図】なし
Description
本発明は、液晶媒体並びに、極めて短い応答時間並びに良好な急峻度および角度依存性を有する、これを含む液晶ディスプレイ、特にねじれネマティック（ＴＮ）および超ねじれネマティック（ＳＴＮ）液晶ディスプレイに関する。
ＴＮディスプレイは、例えば、M. SchadtおよびW. Helfrich, Appl. Phys. Lett., 18, 127 (1971)から知られている。ＳＴＮディスプレイは、例えば、EP 0 131 216 B1; DE 34 23 993 A1; EP 0 098 070 A2; M. SchadtおよびF. Leenhouts, 17th Freiburg Congress on Liquid Crystals (8.-10.04.87); K. Kawasakiら、SID 87 Digest 391 (20.6); M. SchadtおよびF. Leenhouts, SID 87 Digest 372 (20.1); K. Katohら、Japanese Journal of Applied Physics, Vol. 26, No. 11, L 1784-L 1786 (1987); F. Leenhoutsら、Appl. Phys. Lett. 50 (21), 1468 (1987); H.A. van SprangおよびH.G. Koopman, J. Appl. Phys. 62 (5), 1734 (1987); T.J. SchefferおよびJ. Nehring, Appl. Phys. Lett. 45 (10), 1021 (1984), M. SchadtおよびF. Leenhouts, Appl. Phys. Lett. 50 (5), 236 (1987)並びにE.P. Raynes, Mol. Cryst. Liq. Cryst. Letters Vol. 4 (1), pp. 1-8 (1986)から知られている。
ＳＴＮの用語は、ここでは、１６０°〜３６０°の値を有するねじれ角を有するすべての比較的高度にねじれたディスプレイ素子、例えばWatersら(C.M. Watersら、Proc. Soc. Inf. Disp. (New York) (1985)（3rd Intern. Display Conference, 日本国神戸）によるディスプレイ素子、ＳＴＮ−ＬＣＤ(DE-A 35 03 259)、ＳＢＥ−ＬＣＤ(T.J. SchefferおよびJ. Nehring, Appl. Phys. Lett. 45 (1984) 1021)、ＯＭＩ−ＬＣＤ(M. SchadtおよびF. Leenhouts, Appl. Phys. Lett. 50 (1987), 236、ＤＳＴ−ＬＣＤ(EP-A 0 246 842)またはＢＷ−ＳＴＮ−ＬＣＤ(K. Kawasakiら、SID 87 Digest 391 (20.6))を包含する。
ＳＴＮディスプレイは、標準的なＴＮディスプレイと比較して、電気光学的特性曲線の顕著に一層良好な急峻度および、これに関連して一層良好なコントラスト値により、並びにコントラストの顕著に一層低い角度依存性により、優れている。
特に興味深いのは、特にまた比較的低い温度において極めて短い応答時間を有するＴＮおよびＳＴＮディスプレイである。短い応答時間を達成するために、液晶混合物の回転粘度は、現在まではほとんど比較的高い蒸気圧を有するモノトロピック単変性添加剤を用いて最適化されていた。しかし、達成された応答時間は、すべての用途について適切ではなかった。
本発明のディスプレイにおいて急峻な電気光学的特性曲線を達成するために、液晶混合物は、弾性定数Ｋ３３／Ｋ１１間の比率についての比較的大きい値およびΔε／ε⊥についての比較的小さい値を有しなければならず、ここでΔεは誘電異方性であり、ε⊥は分子長軸に垂直な誘電定数である。
コントラストおよび応答時間の最適化に加えて、他の重要な要求が、このタイプの混合物についてなされる：
１．広いｄ／ｐウインドウ
２．高い長期間の化学的安定性
３．高い電気抵抗
４．しきい値電圧の低い周波数および温度依存性。
１．広いｄ／ｐウインドウ
２．高い長期間の化学的安定性
３．高い電気抵抗
４．しきい値電圧の低い周波数および温度依存性。
達成されたパラメーターの組み合わせは、特に高いマルチプレックスのＳＴＮディスプレイ（約１／４００の程度のマルチプレックス比を有する）、しかしまた中程度の、および低いマルチプレックスのＳＴＮディスプレイ（それぞれ約１／６４および１／１６の程度のマルチプレックス比を有する）並びにＴＮディスプレイについては、尚適切とはほど遠い。これは、種々の要求が反対の方式で材料パラメーターにより影響されるという事実に、部分的に起因する。
従って、極めて短い応答時間および同時に大きい動作温度範囲、高い特性曲線の急峻度、コントラストの良好な角度依存性および低いしきい値電圧を有し、前述の要求を満たすＴＮおよびＳＴＮディスプレイ、特に中程度の、および低いマルチプレックスのＳＴＮディスプレイについての多大な要求が継続している。
さらに、現代の用途、例えば遠隔通信などには、所要の低いしきい値電圧を達成するために、高い正の値の誘電異方性Δεを有する液晶混合物が必要である。しかし、低下したしきい値電圧により、しばしば応答時間の増大がもたらされる。従って、Δεの高い正の値および同時に迅速な応答時間を有する液晶混合物を提供する必要がある。
本発明は、前述の欠点を有しないか、または有していても比較的低い程度にのみであり、同時に特に低い温度において、高い正のΔε、低いしきい値電圧、短い応答時間、および極めて良好な急峻度を有する、特にＴＮおよびＳＴＮディスプレイのための新規な化合物および液晶媒体を提供する目的を有する。
ここで、この目的は、本発明の液晶媒体を用いる場合に達成することができることが、見出された。
本発明は、式Ｉ
で表される化合物を含む液晶媒体に関する。
本発明は、式Ｉ
本発明のＴＮおよびＳＴＮディスプレイのための混合物において式Ｉで表される化合物を用いることにより、以下のことがもたらされる。
・電気光学的特性曲線の一層高い急峻度、
・改善された周波数依存性による、動作電圧の一層低い温度依存性、
・特に低い温度における一層迅速な応答時間。
・電気光学的特性曲線の一層高い急峻度、
・改善された周波数依存性による、動作電圧の一層低い温度依存性、
・特に低い温度における一層迅速な応答時間。
式Ｉで表される化合物により、特にＴＮおよびＳＴＮ混合物の応答時間が顕著に短縮され、一方同時に誘電異方性および急峻度が増大し、しきい値電圧の温度依存性が低下する。
さらに、本発明の混合物は、以下の利点により優れている：
−これらは、低い粘度を有する、
−これらは、低いしきい値電圧および動作電圧を有する、並びに
−これらは、低い温度でディスプレイにおいて長い保存寿命をもたらす。
さらに、本発明の混合物は、以下の利点により優れている：
−これらは、低い粘度を有する、
−これらは、低いしきい値電圧および動作電圧を有する、並びに
−これらは、低い温度でディスプレイにおいて長い保存寿命をもたらす。
本発明はさらに、
−フレームと共にセルを形成する２つの外側板、
−セル中に配置された、正の誘電異方性を有するネマティック液晶混合物、
−外側板の内側上の、配向層を有する電極層、
−０°〜３０°の、外側板の表面における分子の長軸と外側板との間のティルト角、および
−２２．５°〜６００°の値を有する、配向層毎のセル中の液晶混合物のねじれ角、
−フレームと共にセルを形成する２つの外側板、
−セル中に配置された、正の誘電異方性を有するネマティック液晶混合物、
−外側板の内側上の、配向層を有する電極層、
−０°〜３０°の、外側板の表面における分子の長軸と外側板との間のティルト角、および
−２２．５°〜６００°の値を有する、配向層毎のセル中の液晶混合物のねじれ角、
−ａ）＋１．５より高い誘電異方性を有する１種または２種以上の化合物からなる液晶成分Ａ１５〜７５重量％；
ｂ）−１．５〜＋１．５の誘電異方性を有する１種または２種以上の化合物からなる液晶成分Ｂ２５〜８５重量％；
ｃ）−１．５より低い誘電異方性を有する１種または２種以上の化合物からなる液晶成分Ｄ０〜２０重量％および
ｄ）所望により、層の厚さ（外側板の距離）とキラルなネマティック液晶混合物のナチュラルピッチとの間の比率が約０．２〜１．３であるような量の、光学的に活性な成分Ｃ
からなるネマティック液晶混合物
を有する液晶ディスプレイであって、
ネマティック液晶混合物が、本明細書中に記載したように定義されていることを特徴とする、前記ディスプレイに関する。
ｂ）−１．５〜＋１．５の誘電異方性を有する１種または２種以上の化合物からなる液晶成分Ｂ２５〜８５重量％；
ｃ）−１．５より低い誘電異方性を有する１種または２種以上の化合物からなる液晶成分Ｄ０〜２０重量％および
ｄ）所望により、層の厚さ（外側板の距離）とキラルなネマティック液晶混合物のナチュラルピッチとの間の比率が約０．２〜１．３であるような量の、光学的に活性な成分Ｃ
からなるネマティック液晶混合物
を有する液晶ディスプレイであって、
ネマティック液晶混合物が、本明細書中に記載したように定義されていることを特徴とする、前記ディスプレイに関する。
本発明はまた、本発明の液晶混合物を含む、ＴＮおよびＳＴＮディスプレイ、特に中程度の、および低いマルチプレックスのＳＴＮディスプレイに関する。
式Ｉで表される化合物を本発明の液晶混合物において用いる結果、特に低い回転粘度値並びに、特に低い温度において高い急峻度および迅速な応答時間を有するＴＮおよびＳＴＮディスプレイが得られる。
式Ｉで表される化合物を本発明の液晶混合物において用いる結果、特に低い回転粘度値並びに、特に低い温度において高い急峻度および迅速な応答時間を有するＴＮおよびＳＴＮディスプレイが得られる。
式Ｉで表される化合物に加えて、本発明の液晶混合物は、さらに、好ましくは式ＩＩ
式中、
Ａは、１，４−フェニレンまたはトランス−１，４−シクロヘキシレンであり、
ａは、０または１であり、
Ｒ３は、２〜９個の炭素原子を有するアルケニル基であり、
Ｒ４は、非置換であるか、ＣＮもしくはＣＦ３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、これらの基中の１つまたは２つ以上のＣＨ２基はまた、各々、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−、−ＣＨ＝ＣＨ−、−Ｃ≡Ｃ−、−ＣＯ−、−ＣＯ−Ｏ−、−Ｏ−ＣＯ−または−Ｏ−ＣＯ−Ｏ−により置換されていてもよい、
で表される１種または２種以上のアルケニル化合物を含む。
Ａは、１，４−フェニレンまたはトランス−１，４−シクロヘキシレンであり、
ａは、０または１であり、
Ｒ３は、２〜９個の炭素原子を有するアルケニル基であり、
Ｒ４は、非置換であるか、ＣＮもしくはＣＦ３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、これらの基中の１つまたは２つ以上のＣＨ２基はまた、各々、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−、−ＣＨ＝ＣＨ−、−Ｃ≡Ｃ−、−ＣＯ−、−ＣＯ−Ｏ−、−Ｏ−ＣＯ−または−Ｏ−ＣＯ−Ｏ−により置換されていてもよい、
で表される１種または２種以上のアルケニル化合物を含む。
式ＩＩで表される特に好ましい化合物は、以下の式：
式中、Ｒ３ａおよびＲ４ａは、互いに独立して、Ｈ、ＣＨ３、Ｃ２Ｈ５またはｎ−Ｃ３Ｈ７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、
から選択されたものである。
から選択されたものである。
特に好ましいのは、式ＩＩａで表され、特に式中Ｒ３ａおよびＲ４ａがＨまたはＣＨ３である化合物、並びに式ＩＩｅ、ＩＩｆ、ＩＩｇ、ＩＩｈおよびＩＩｉで表され、特に式中Ｒ３ａがＨまたはＣＨ３である化合物である。
−１．５〜＋１．５の誘電異方性を有する（「誘電的に中性の」）式ＩおよびＩＩで表される化合物は、上記で定義した成分Ｂの一部である。
−１．５〜＋１．５の誘電異方性を有する（「誘電的に中性の」）式ＩおよびＩＩで表される化合物は、上記で定義した成分Ｂの一部である。
式ＩおよびＩＩで表される化合物に加えて、本発明の液晶混合物は、さらに、好ましくは、正の誘電異方性を有する式ＩＩ＊で表される１種または２種以上のアルケニル化合物を含む。
式中、
Ｒ３は、２〜７個の炭素原子を有するアルケニル基であり、
Ｑは、ＣＦ２、ＯＣＦ２、ＣＦＨ、ＯＣＦＨまたは単結合であり、
Ｙは、ＦまたはＣｌであり、
Ｌ１およびＬ２は、互いに独立してＨまたはＦである。
Ｒ３は、２〜７個の炭素原子を有するアルケニル基であり、
Ｑは、ＣＦ２、ＯＣＦ２、ＣＦＨ、ＯＣＦＨまたは単結合であり、
Ｙは、ＦまたはＣｌであり、
Ｌ１およびＬ２は、互いに独立してＨまたはＦである。
特に好ましいのは、式ＩＩ＊で表され、式中Ｌ１および／またはＬ２がＦであり、Ｑ−ＹがＦまたはＯＣＦ３である化合物である。
さらに好ましいのは、式ＩＩ＊で表され、式中Ｒ３が２〜７個、好ましくは２個、３個または４個の炭素原子を有する１Ｅ−アルケニルまたは３Ｅ−アルケニルである化合物である。
さらに好ましいのは、式ＩＩ＊で表され、式中Ｒ３が２〜７個、好ましくは２個、３個または４個の炭素原子を有する１Ｅ−アルケニルまたは３Ｅ−アルケニルである化合物である。
極めて好ましいのは、式ＩＩ＊ａ
式中、Ｒ３ａは、Ｈ、ＣＨ３、Ｃ２Ｈ５またはｎ−Ｃ３Ｈ７、特にＨまたはＣＨ３である、
で表される化合物である。
で表される化合物である。
＋１．５より大きい誘電異方性を有する式ＩＩ＊で表される極性化合物は、上記で定義した成分Ａの一部である。
好ましい液晶混合物は、成分Ａの１種または２種以上の化合物を、好ましくは１５％〜７５％、一層好ましくは２０％〜６５％の比率で含む。これらの化合物は、好ましくは、Δε≧＋３、一層好ましくはΔε≧＋８および最も特に好ましくはΔε≧＋１２の誘電異方性を有する。
好ましい液晶混合物は、成分Ａの１種または２種以上の化合物を、好ましくは１５％〜７５％、一層好ましくは２０％〜６５％の比率で含む。これらの化合物は、好ましくは、Δε≧＋３、一層好ましくはΔε≧＋８および最も特に好ましくはΔε≧＋１２の誘電異方性を有する。
成分Ａは、好ましくは、以下の式
Ｒは、１〜１２個の炭素原子を有するアルキル、アルコキシまたはアルケニル基であり、ここで、これらの基中の１つまたは２つ以上のＣＨ２基はまた、各々、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−、−ＣＨ＝ＣＨ−、−ＣＯ−、−ＯＣＯ−または−ＣＯＯ−により置換されていてもよく、
Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３およびＬ４は、互いに独立して、ＨまたはＦである、
から選択された１種または２種以上のシアノ化合物を含む。
これらの化合物中のＲは、好ましくは、１〜８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２〜７個の炭素原子を有するアルケニルである。
極めて好ましいのは、特に式中Ｌ１および／またはＬ２がＦである、式ＩＩＩｂ、ＩＩＩｃ、ＩＩＩｄおよびＩＩＩｅ、さらにＩＩＩｇから選択された１種または２種以上の化合物を含む混合物である。
極めて好ましいのは、特に式中Ｌ１および／またはＬ２がＦである、式ＩＩＩｂ、ＩＩＩｃ、ＩＩＩｄおよびＩＩＩｅ、さらにＩＩＩｇから選択された１種または２種以上の化合物を含む混合物である。
さらに好ましいのは、式ＩＩＩｃおよび／またはＩＩＩｄで表され、式中Ｒが２〜７個の炭素原子を有するアルケニル、好ましくは−アルケニルまたは３Ｅ−アルケニル、一層好ましくはビニル、１Ｅ−プロペニル、１Ｅ−ブテニル、３Ｅ−ブテニルまたは３Ｅ−ペンテニル、最も好ましくは１Ｅ−ブテニルである、１種または２種以上の化合物を含む混合物である。
さらに好ましいのは、式ＩＩＩｄで表され、式中Ｌ３およびＬ４がＨである、１種または２種以上の化合物を含む混合物である。
好ましい液晶混合物は、好ましくは２５〜８５％の成分Ｂの１種または２種以上の化合物を含む。群Ｂからの化合物は、特に、回転粘度γ１についてのこれらの低い値により優れている。
好ましい液晶混合物は、好ましくは２５〜８５％の成分Ｂの１種または２種以上の化合物を含む。群Ｂからの化合物は、特に、回転粘度γ１についてのこれらの低い値により優れている。
成分Ｂは、好ましくは、さらに以下の式
で表される二環式化合物からなる群から選択された１種もしくは２種以上の化合物および／または以下の式
ここで、
Ｒ１およびＲ２は、各々独立して、非置換であるか、ＣＮもしくはＣＦ３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、これらの基中の１つまたは２つ以上のＣＨ２基はまた、各々、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−、−ＣＨ＝ＣＨ−、−Ｃ≡Ｃ−、−ＣＯ−、−ＣＯ−Ｏ−、−Ｏ−ＣＯ−または−Ｏ−ＣＯ−Ｏ−により置換されていてもよく、
Ｌは、ＨまたはＦであり、
またここで、式ＩＶ１０〜ＩＶ１９および式ＩＶ２３〜ＩＶ３３中の１，４−フェニレン基は、随意にＦにより単置換または多置換されている。
Ｒ１およびＲ２は、各々独立して、非置換であるか、ＣＮもしくはＣＦ３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、これらの基中の１つまたは２つ以上のＣＨ２基はまた、各々、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−、−ＣＨ＝ＣＨ−、−Ｃ≡Ｃ−、−ＣＯ−、−ＣＯ−Ｏ−、−Ｏ−ＣＯ−または−Ｏ−ＣＯ−Ｏ−により置換されていてもよく、
Ｌは、ＨまたはＦであり、
またここで、式ＩＶ１０〜ＩＶ１９および式ＩＶ２３〜ＩＶ３３中の１，４−フェニレン基は、随意にＦにより単置換または多置換されている。
特に好ましいのは、式ＩＶ２７〜ＩＶ３３で表され、式中、各々１〜７個の炭素原子を有する、Ｒ１がアルキルであり、Ｒ２がアルキルまたはアルコキシ、特にアルコキシである化合物である。好ましいのは、さらに、式ＩＶ２７およびＩＶ３３で表され、式中ＬがＦである化合物である。
特に好ましいのは、式ＩＶ１２、ＩＶ２７およびＩＶ３２で表される化合物である。
式ＩＶ１〜ＩＶ３３で表される化合物中のＲ１およびＲ２は、特に好ましくは、１〜１２個の炭素原子を有する直鎖状アルキルまたはアルコキシである。
式ＩＶ１〜ＩＶ３３で表される化合物中のＲ１およびＲ２は、特に好ましくは、１〜１２個の炭素原子を有する直鎖状アルキルまたはアルコキシである。
特に好ましいのは、式ＩＶ２４で表され、好ましくは式中Ｒ１が２〜７個の炭素原子を有するアルケニルである、極めて好ましくは式ＩＶ２４ａおよびＩＶ２４ｂ
式中、Ｒ３ａは、上記で定義した通りである、
から選択された１種または２種以上の化合物を含む、本発明の混合物である。
から選択された１種または２種以上の化合物を含む、本発明の混合物である。
他の好ましい態様において、液晶混合物は、式Ｔａ〜Ｔｉ
式中、Ｒ１およびＲ２は、上記の式ＩＶにおいて定義した通りであり、
Ｚ４は、−ＣＯ−Ｏ−、−ＣＨ２ＣＨ２−または単結合であり、また
Ｌ１〜Ｌ６は、互いに独立してＨまたはＦである、
からなる群から選択された１種または２種以上のトラン化合物を含む。
Ｚ４は、−ＣＯ−Ｏ−、−ＣＨ２ＣＨ２−または単結合であり、また
Ｌ１〜Ｌ６は、互いに独立してＨまたはＦである、
からなる群から選択された１種または２種以上のトラン化合物を含む。
特に好ましいのは、式Ｔａ、ＴｂおよびＴｃで表される化合物である。
他の好ましい態様において、本発明の液晶混合物の成分Ａは、さらに、好ましくは、以下の式
から選択された、極性の末端基を有する１種もしくは２種以上の化合物を含む。好ましくは、これらの化合物中のＲは、１〜８個の炭素原子を有するアルキルまたはアルコキシである。
特に好ましいのは、式Ｖａ、Ｖｂ、Ｖｃ、Ｖｄ、Ｖｍ、ＶｎおよびＶＩｍで表される化合物、特に式Ｖａ、Ｖｍ、ＶｎおよびＶＩｍで表される化合物である。
他の好ましい態様において、液晶混合物は、１種または２種以上、特に好ましくは１種、２種または３種の、式ＶＩＩａおよび／またはＶＩＩｂ
式中、Ｒ６およびＲ７は、Ｒを式ＩＩＩにおいて定義したように定義されており、Ｙは、ＦまたはＣｌである、
で表される複素環式化合物を含む。
で表される複素環式化合物を含む。
所望により、液晶混合物は、光学的に活性な成分Ｃを、層の厚さ（外側板の距離）とキラルなネマティック液晶混合物のナチュラルピッチとの間の比率が０．２より大きいような量で含む。数種が商業的に入手できる多数のキラルなドーパントは、当業者に、成分、例えばMerck KGaA, Darmstadtからのノナン酸コレステリル、Ｓ−８１１、Ｓ−１０１１、Ｓ−２０１１、Ｓ−３０１１、Ｓ−４０１１またはＣＢ１５について有用である。ドーパントの選択は、自体決定的ではない。
成分Ｃの化合物の比率は、好ましくは０〜１０％、一層好ましくは０〜５％および特に０〜３％である。
本発明の混合物はまた、所望により、−２より低い誘電異方性を有する１種または２種以上の化合物（成分Ｄ）を２０％まで含んでいてもよい。
本発明の混合物はまた、所望により、−２より低い誘電異方性を有する１種または２種以上の化合物（成分Ｄ）を２０％まで含んでいてもよい。
混合物が成分Ｄの化合物を含む場合には、これらは、好ましくは、構造単位２，３−ジフルオロ−１，４−フェニレンを含む１種または２種以上の化合物、例えばDE-A 38 07 801、38 07 861、38 07 863、38 07 864および38 07 908に記載されている化合物である。特に好ましいのは、国際特許出願WO 88/07514に記載されているこの構造単位を含むトラン類である。
成分Ｄの他の既知の化合物は、例えば、DE-A 32 31 707およびDE-A 34 07 013に記載されている、構造単位
を含む２，３−ジシアノヒドロキノン類の誘導体またはシクロヘキサン誘導体である。
本発明の液晶ディスプレイは、好ましくは、成分Ｄの化合物を含まない。
本発明の液晶ディスプレイは、好ましくは、成分Ｄの化合物を含まない。
ＲおよびＲ１〜Ｒ７の定義における用語「アルケニル」は、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、３Ｅ−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−ヘプテニルなどである。５個までの炭素原子を有する基が、一般的に好ましい。
特に好ましい態様において、液晶混合物は、以下のものを含む。
−式ＩＩａ〜ＩＩｉおよび／またはＩＩ＊から選択された１種または２種以上の化合物、
−式ＩＩＩａ〜ＩＩＩｉから選択された１種または２種以上の化合物、
−式ＩＶ２４で表される１種または２種以上の化合物、
−式Ｔａ〜Ｔｃから選択された１種または２種以上の化合物、
−式ＩＶ１２および／またはＩＶ２７および／またはＩＶ３２から選択された１種または２種以上の化合物。
−式ＩＩａ〜ＩＩｉおよび／またはＩＩ＊から選択された１種または２種以上の化合物、
−式ＩＩＩａ〜ＩＩＩｉから選択された１種または２種以上の化合物、
−式ＩＶ２４で表される１種または２種以上の化合物、
−式Ｔａ〜Ｔｃから選択された１種または２種以上の化合物、
−式ＩＶ１２および／またはＩＶ２７および／またはＩＶ３２から選択された１種または２種以上の化合物。
他の特に好ましい態様において、液晶混合物は、
−２〜３０％、好ましくは４〜２０％の式Ｉで表される化合物、
−０〜３０％、好ましくは３〜２０％の式ＩＶ２４で表される化合物、
−８〜７０％、好ましくは１４〜６０％の式ＩＩａ〜ＩＩｉおよび／またはＩＩ＊で表される化合物、
−４〜５０％、好ましくは５〜４０％の式Ｔａ〜Ｔｃで表される化合物、
−５〜４０％、好ましくは１０〜３０％の式ＩＩＩａ〜ＩＩＩｉで表される化合物、
−０〜２０％、好ましくは２〜１０％の式ＩＶ１２および／またはＩＶ２７および／またはＩＶ３２で表される化合物
を含む。
−２〜３０％、好ましくは４〜２０％の式Ｉで表される化合物、
−０〜３０％、好ましくは３〜２０％の式ＩＶ２４で表される化合物、
−８〜７０％、好ましくは１４〜６０％の式ＩＩａ〜ＩＩｉおよび／またはＩＩ＊で表される化合物、
−４〜５０％、好ましくは５〜４０％の式Ｔａ〜Ｔｃで表される化合物、
−５〜４０％、好ましくは１０〜３０％の式ＩＩＩａ〜ＩＩＩｉで表される化合物、
−０〜２０％、好ましくは２〜１０％の式ＩＶ１２および／またはＩＶ２７および／またはＩＶ３２で表される化合物
を含む。
前述の式およびこれらの従属式で表される個別の化合物並びに本発明の混合物またはＴＮおよびＳＴＮディスプレイにおいて用いることができる他の化合物は、知られているかまたは既知の化合物と同様にして調製することができる。
本発明の混合物は、特に大きい層の厚さを有するＴＮおよびＳＴＮディスプレイにおいて用いるにあたり、極めて低い合計応答時間（ｔｓｕｍ＝ｔｏｎ＋ｔｏｆｆ）により優れている。
本発明の混合物は、特に大きい層の厚さを有するＴＮおよびＳＴＮディスプレイにおいて用いるにあたり、極めて低い合計応答時間（ｔｓｕｍ＝ｔｏｎ＋ｔｏｆｆ）により優れている。
本発明のＴＮおよびＳＴＮセルにおいて用いる液晶混合物は、好ましくは誘電的に正であり、Δε≧１である。好ましいのは、Δε≧５である液晶混合物である。
本発明の液晶混合物の透明点は、好ましくは８０℃またはこれより高く、一層好ましくは９０℃またはこれより高い。
本発明の液晶混合物の透明点は、好ましくは８０℃またはこれより高く、一層好ましくは９０℃またはこれより高い。
本発明の液晶混合物は、しきい値電圧Ｖ１０／０／２０および回転粘度γ１についての好ましい値を有する。光学的経路差異ｄ・Δｎについての値が予め特定されている場合には、層の厚さｄについての値は、光学異方性Δｎにより決定される。特に、ｄ・Δｎについての比較的高い値において、光学異方性についての比較的高い値を有する本発明の液晶混合物を用いることは、一般的に好ましい。その理由は、ｄについての値を次に、比較的小さく選択することができ、この結果応答時間についての一層好ましい値が得られるからである。しかし、Δｎについての比較的小さい値を有する本発明の液晶混合物を含む本発明の液晶ディスプレイはまた、応答時間についての有利な値により特徴づけられる。
好ましくは、本発明の液晶混合物は、＞０．１２、極めて好ましくは≧０．１４である複屈折Δｎを有する。さらに好ましくは、本発明の液晶混合物は、＜０．２５である、極めて好ましくは≦０．２２である複屈折Δｎを有する。
本発明の液晶混合物は、さらに、電気光学的特性曲線の急峻度についての有利な値により特徴づけられ、特に２０℃より高い温度において高いマルチプレックス比で動作することができる。さらに、本発明の液晶混合物は、高い安定性並びに電気抵抗およびしきい値電圧の周波数依存性についての好ましい値を有する。本発明の液晶ディスプレイは、大きい動作温度範囲およびコントラストの良好な角度依存性を有する。
偏光板、電極ベースプレートおよび、各々の場合においてこれに隣接する液晶分子の優先的な配向（ダイレクター）が通常、一方の電極から他方の電極まで１６０°〜７２０°の値でねじれているようにした表面処理を有する電極からの本発明の液晶ディスプレイ素子の構造は、このタイプのディスプレイ素子についての通常の構造に相当する。用語「通常の構造」は、ここでは、広く引用され、またＴＮおよびＳＴＮセルのすべての派生物および修正物、特にまたマトリックスディスプレイ素子および追加の磁石を含むディスプレイ素子を包含する。
２つの外側板における表面ティルト角は、同一であっても異なっていてもよい。同一のティルト角が好ましい。好ましいＴＮディスプレイは、外側板の表面における分子の長軸と外側板との間の、０°〜７°、好ましくは０．０１°〜５°および特に０．１〜２°のプレティルト角を有する。ＳＴＮディスプレイにおいて、プレティルト角は、１°〜３０°、好ましくは１°〜１２°および特に３°〜１０°である。
セル中のＴＮ混合物のねじれ角は、２２．５°〜１７０°、好ましくは４５°〜１３０°および特に８０°〜１１５°の値を有する。配向層間のセルにおけるＳＴＮ混合物のねじれ角は、１００°〜６００°、好ましくは１７０°〜３００°および特に１８０°〜２７０°の値を有する。
本発明の液晶混合物はまた、コレステリック液晶ディスプレイ、特にＳＳＣＴ（「表面安定化コレステリック組織」）およびＰＳＣＴ（「ポリマー安定化コレステリック組織」）ディスプレイにおいて用いるための液晶媒体として好適であり、これは、例えばWO 92/19695、US 5,384,067、US 5,453,863、US 6,172,720およびUS 5,661,533に記載されている通りである。コレステリック液晶ディスプレイは、典型的には、ネマティック成分および光学的に活性な成分からなるコレステリック液晶媒体を含み、ＴＮおよびＳＴＮディスプレイと比較して、顕著に一層高いらせんねじれを示し、円偏光した光の選択的な反射を示す。反射波長は、コレステリックらせんのピッチとコレステリック液晶媒体の平均の屈折率との積により、与えられる。
この目的のために、１種または２種以上のキラルなドーパントを、本発明の液晶混合物に加え、ここで、ドーパントのねじれ力および濃度を、得られた液晶媒体が室温でコレステリック相を有し、好ましくは電磁スペクトルの可視、ＵＶまたはＩＲ範囲内、特に４００〜８００ｎｍの範囲内にある反射波長を有するように、選択する。
好適なキラルなドーパントは、専門家に知られており、商業的に入手でき、これは、例えば、ノナン酸コレステリル（ＣＮ）、ＣＢ−１５、Ｒ／Ｓ−８１１、Ｒ／Ｓ−１０１１、Ｒ／Ｓ−２０１１、Ｒ／Ｓ−３０１１、Ｒ／Ｓ−４０１１およびＲ／Ｓ−５０１１(Merck KGaA, Darmstadt)である。特に好適なのは、キラルな糖基を含む高いねじれ力を有するドーパント、特にソルビトール、マンニトールまたはイジトールの誘導体、極めて好ましくはソルビトール誘導体であり、これはWO 98/00428に開示されている通りである。さらに好ましいのは、GB 2,328,207に記載されているヒドロベンゾイン基を含むドーパント、WO 02/94805に記載されているキラルなビナフチル誘導体、WO 02/34739に記載されているキラルなビナフトールアセタール誘導体、WO 02/06265に記載されているキラルなＴＡＤＤＯＬ誘導体並びにWO 02/06196およびWO 02/06195に記載されている、少なくとも１つのフッ素化結合基および末端の、または中心のキラルな基を有するキラルなドーパントである。
２種または３種以上のドーパントを用いる場合には、これらは、同一の、または反対のねじれ方向およびねじれの一次温度係数の同一の、または反対の符号を示し得る。
ネマティック成分として本発明の液晶混合物および、光学的に活性な成分として１種または２種以上のキラルなドーパントを含む、コレステリック液晶媒体は、本発明の他の目的である。本発明の尚他の目的は、上記のコレステリック液晶媒体を含むコレステリック液晶ディスプレイ、特にＳＳＣＴおよびＰＳＣＴディスプレイである。
本発明において用いることができる液晶混合物は、自体慣用の方式で、例えば式Ｉで表される化合物を前述の式から選択された１種または２種以上の化合物と、および随意に他の化合物または添加剤と混合することにより、調製される。一般的に、少ない方の量で用いられる成分の所望の量を、主成分を構成する成分に、有利には加温して溶解する。また、成分を有機溶媒、例えばアセトン、クロロホルムまたはメタノールに溶解した溶液を混合し、十分に混合した後に、溶媒を再び、例えば蒸留により除去することも、可能である。混合物を調製する方法は、本発明の他の観点である。
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んでいてもよい。例えば、０〜１５％の多色性色素、ナノ粒子、安定剤またはキラルなドーパントを、加えることができる。好適なドーパントおよび安定剤を、以下の表ＣおよびＤに示す。
本出願において、および以下の例において、液晶化合物の構造を、頭文字により示し、化学式への変換を、表ＡおよびＢに従って行う。すべての基ＣｎＨ２ｎ＋１およびＣｍＨ２ｍ＋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。アルケニル基は、トランス構造を有する。表Ｂのコード付けは自明である。表Ａにおいて、基本構造についての頭文字のみを示す。個別の場合において、基本構造についての頭文字の後に、ダッシュにより分離されて、置換基Ｒ１、Ｒ２、Ｌ１、Ｌ２およびＬ３についての以下の表に示すコードが続く。
ＴＮおよびＳＴＮディスプレイは、好ましくは表ＡおよびＢからの１種または２種以上の化合物から構成される液晶混合物を含む。
表Ａ：（Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３＝ＨまたはＦ）
表Ａ：（Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３＝ＨまたはＦ）
表Ｃ
表Ｃは、本発明の混合物において好ましく用いられるドーパントを示す：
表Ｃは、本発明の混合物において好ましく用いられるドーパントを示す：
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：
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：
本発明の前述の態様に対する変系も、尚本発明の範囲内で成し得ることが認められるであろう。本明細書中に開示した各々の特徴は、他に述べない限り、同一の、同等の、または同様の目的を奏する代替の特徴により置き換えることができる。従って、他に述べない限り、開示した各々の特徴は、一般的な一連の同等の、または同様の特徴の１つのみの例である。
本明細書中に開示した特徴のすべてを、このような特徴および／または段階の少なくともいくつかが相互に排他的である組み合わせを除くすべての組み合わせにおいて、組み合わせてもよい。特に、本発明の好ましい特徴は、本発明のすべての観点に適用可能であり、すべての組み合わせにおいて用いることができる。同様に、必須ではない組み合わせにおいて記載した特徴を、別個に（組み合わせてではなく）用いてもよい。
上記の特徴の多くは、特に好ましい態様は、独立して新規であり、同時に本発明の態様の単なる一部としてではないことが、認められるであろう。本出願中でクレームしたすべての発明に加えて、またはこれに代えて、これらの特徴について独立した保護を求めることができる。
以下の略語を用いる：
Ｃｌｐ． 透明点（ネマティック−アイソトロピック相転移温度）、
Ｓ−Ｎ スメクティック−ネマティック相転移温度、
Δｎ 光学異方性（５８９ｎｍ、２０℃）、
Δε 誘電異方性（１ｋＨｚ、２０℃）、
νＴ 流動粘度（Ｔ／℃においてｍｍ２・ｓ−１）、
γ１ 回転粘度（２０℃においてｍＰａ・ｓ）、
ｋ１ 弾性定数（「広がり」、２０℃においてｐＮ）、
ｋ” 弾性定数（「ねじれ」、２０℃においてｐＮ）、
ｋ３ 弾性定数（「曲がり」、２０℃においてｐＮ）、
Ｓ 特性曲線の急峻度＝（１−Ｖ９０／Ｖ１０）＊１００、
ｄ セルギャップ（μｍ）、
Ｐ コレステリックピッチ（μｍ、２０℃において）、
ＨＴＰ Ｓ−８１１のらせんねじれ力（μｍ−１、２０℃において）、
Ｃｌｐ． 透明点（ネマティック−アイソトロピック相転移温度）、
Ｓ−Ｎ スメクティック−ネマティック相転移温度、
Δｎ 光学異方性（５８９ｎｍ、２０℃）、
Δε 誘電異方性（１ｋＨｚ、２０℃）、
νＴ 流動粘度（Ｔ／℃においてｍｍ２・ｓ−１）、
γ１ 回転粘度（２０℃においてｍＰａ・ｓ）、
ｋ１ 弾性定数（「広がり」、２０℃においてｐＮ）、
ｋ” 弾性定数（「ねじれ」、２０℃においてｐＮ）、
ｋ３ 弾性定数（「曲がり」、２０℃においてｐＮ）、
Ｓ 特性曲線の急峻度＝（１−Ｖ９０／Ｖ１０）＊１００、
ｄ セルギャップ（μｍ）、
Ｐ コレステリックピッチ（μｍ、２０℃において）、
ＨＴＰ Ｓ−８１１のらせんねじれ力（μｍ−１、２０℃において）、
Ｖ１０ しきい値電圧＝１０％の相対的コントラストにおける特性電圧、
Ｖ５０ ミッドグレー(mid-grey)電圧＝５０％の相対的コントラストにおける特性電圧、
Ｖ９０ 飽和電圧＝９０％の相対的コントラストにおける特性電圧、
τ Ｖ（τｏｎ＝τｏｆｆ）における応答時間τｏｎ＋τｏｆｆ
τｏｎ ０％から９０％までの相対的コントラストの増大時間
τｏｆｆ １００％から１０％までの相対的コントラストの減少時間
Ｍ マルチプレックス比および
Ｂ バイアス比。
Ｖ５０ ミッドグレー(mid-grey)電圧＝５０％の相対的コントラストにおける特性電圧、
Ｖ９０ 飽和電圧＝９０％の相対的コントラストにおける特性電圧、
τ Ｖ（τｏｎ＝τｏｆｆ）における応答時間τｏｎ＋τｏｆｆ
τｏｎ ０％から９０％までの相対的コントラストの増大時間
τｏｆｆ １００％から１０％までの相対的コントラストの減少時間
Ｍ マルチプレックス比および
Ｂ バイアス比。
本明細書中で、すべての温度を、℃で示す。百分率は、重量パーセントである。すべての値は、他に述べない限り２０℃に関する。ディスプレイは、他に述べない限り、２４０°のねじれを有し、１／６４のマルチプレックス比および１／７のバイアスでアドレスされる。他に述べない限り、光学的遅延は０．８５μｍであり、ｄ／Ｐ比は０．５２である。
ここで、本発明を、以下の例を参照することにより一層詳細に記載し、これは例示的であるに過ぎず、本発明の範囲を制限するものではない。
以下の例に示す液晶混合物を、これ自体調製し、調査する。次に、各々これらの液晶混合物の１種を含むＳＴＮディスプレイを、製造し、調査する。それぞれの組成物および対応する結果を、以下に示す。
以下の例に示す液晶混合物を、これ自体調製し、調査する。次に、各々これらの液晶混合物の１種を含むＳＴＮディスプレイを、製造し、調査する。それぞれの組成物および対応する結果を、以下に示す。
例１
例２
例３
例４
例５
例６
例７
例８
例９
例１０
例１１
例１２
例１３
例１４
例１５
例１６
例１７
例１８
例１９
例２０
例２１
例２２
例２３
例２４
例２５
例２６
例２７
例２８
例２９
例３０
例３１
例３２
例３３
例３４
Claims (11)
- 液晶媒体であって、これが、式Ｉ
- さらに、以下の式
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に記載の液晶媒体。 - さらに、式ＩＩ
Ａは、１，４−フェニレンまたはトランス−１，４−シクロヘキシレンであり、
ａは、０または１であり、
Ｒ３は、２〜９個の炭素原子を有するアルケニル基であり、
Ｒ４は、非置換であるか、ＣＮもしくはＣＦ３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、これらの基中の１つまたは２つ以上のＣＨ２基はまた、各々、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−、−ＣＨ＝ＣＨ−、−Ｃ≡Ｃ−、−ＣＯ−、−ＣＯ−Ｏ−、−Ｏ−ＣＯ−または−Ｏ−ＣＯ−Ｏ−により置換されていてもよい、
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または２に記載の液晶媒体。 - さらに、以下の式
Ｒは、１〜１２個の炭素原子を有するアルキル、アルコキシまたはアルケニル基であり、ここで、これらの基中の１つまたは２つ以上のＣＨ２基はまた、各々、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−、−ＣＨ＝ＣＨ−、−ＣＯ−、−ＯＣＯ−または−ＣＯＯ−により置換されていてもよく、
Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３およびＬ４は、互いに独立して、ＨまたはＦである、
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１〜３のいずれかに記載の液晶媒体。 - さらに、以下の式
Ｒ１およびＲ２は、各々独立して、非置換であるか、ＣＮもしくはＣＦ３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、これらの基中の１つまたは２つ以上のＣＨ２基はまた、各々、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−、−ＣＨ＝ＣＨ−、−Ｃ≡Ｃ−、−ＣＯ−、−ＣＯ−Ｏ−、−Ｏ−ＣＯ−または−Ｏ−ＣＯ−Ｏ−により置換されていてもよい、
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１〜４のいずれかに記載の液晶媒体。 - さらに、以下の式
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１〜５のいずれかに記載の液晶媒体。 - −２〜３０％の式Ｉで表される化合物、
−０〜３０％の式ＩＶ２４ａおよび／またはＩＶ２４ｂで表される化合物、
−８〜７０％の式ＩＩａ〜ＩＩｉおよび／またはＩＩ＊で表される化合物、
−４〜５０％の式Ｔａ〜Ｔｃで表される化合物、
−５〜４０％の式ＩＩＩａ〜ＩＩＩｉで表される化合物、
−０〜２０％の式ＩＶ１２および／またはＩＶ２７および／またはＩＶ３２で表される化合物
を含むことを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載の液晶媒体。 - 請求項１〜７のいずれかに記載の液晶媒体または化合物の、電気光学的目的のための使用。
- 請求項１〜７のいずれかに記載の液晶媒体を含む、電気光学的液晶ディスプレイ。
- −フレームと共にセルを形成する２つの外側板、
−セル中に配置された、正の誘電異方性を有するネマティック液晶混合物、
−外側板の内側上の、配向層を有する電極層、
−０°〜３０°の、外側板の表面における分子の長軸と外側板との間のティルト角、および
−２２．５°〜６００°の値を有する、配向層毎のセル中の液晶混合物のねじれ角、
−ａ）＋１．５より高い誘電異方性を有する１種または２種以上の化合物からなる液晶成分Ａ１５〜７５重量％；
ｂ）−１．５〜＋１．５の誘電異方性を有する１種または２種以上の化合物からなる液晶成分Ｂ２５〜８５重量％；
ｃ）−１．５より低い誘電異方性を有する１種または２種以上の化合物からなる液晶成分Ｄ０〜２０重量％および
ｄ）所望により、層の厚さ（外側板の距離）とキラルなネマティック液晶混合物のナチュラルピッチとの間の比率が約０．２〜１．３であるような量の、光学的に活性な成分Ｃ
からなるネマティック液晶混合物
を有するＴＮまたはＳＴＮ液晶ディスプレイであって、
ネマティック液晶混合物が、請求項１〜８のいずれかに記載の媒体であることを特徴とする、前記ディスプレイ。 - 請求項１〜７のいずれかに記載の液晶媒体の調製方法であって、請求項１に記載の化合物を、請求項２〜７のいずれかに記載の１種もしくは２種以上の化合物または１種もしくは２種以上の他の化合物および／または添加剤と混合することによる、前記方法。
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