JP2008266642A - 液晶媒体 - Google Patents
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Abstract
【課題】ＬＣ媒体、とくにＴＦＴ型、およびＯＣＢディスプレイのようなアクティブマトリクスディスプレイ用のものとして、前記欠点を有していないか、または有していても小さい程度であり、また好ましくは極めて高い比抵抗値、低いしきい値電圧、小さい回転粘度、広いネマチック相範囲とともに高い透明点、改善されたＬＴＳおよび速い切り換え速度を同時に有するものの提供。
【解決手段】液晶媒体として、極性化合物の混合物をベースとするもの、その電気光学的使用、および当該媒体を含むディスプレイ。
【選択図】なし
【解決手段】液晶媒体として、極性化合物の混合物をベースとするもの、その電気光学的使用、および当該媒体を含むディスプレイ。
【選択図】なし
Description
本発明は液晶媒体およびこの液晶媒体を含む液晶ディスプレイに関し、とくにアクティブマトリクスによってアドレスされるディスプレイおよびなかんずく光学補償ベンド（optically compensated bend、ＯＣＢ）モードのディスプレイに関する。
ＬＣＤ（液晶ディスプレイ）、とくにマトリクスタイプのものには、極めて高い比抵抗とともに、広い動作温度範囲、低温下においても短い応答速度および低いしきい値電圧に対する多大なる要求がある。とくに、ＴＮ（twisted nematic、ねじれネマチック）ディスプレイセル用のＬＣ媒体としては、以下の優位点を具備するセルを有するものが必要とされている：
−ネマチック相範囲が拡大されていること（とくに、低温にまで）
−極端な低温下における切り換え能（野外における使用、自動車、航空機）
−ＵＶ照射に対して耐性が向上していること（より長い耐用年数）
−ネマチック相範囲が拡大されていること（とくに、低温にまで）
−極端な低温下における切り換え能（野外における使用、自動車、航空機）
−ＵＶ照射に対して耐性が向上していること（より長い耐用年数）
ＴＶおよびモニター用途においては、ＬＣ媒体として速い応答速度および低いしきい値電圧、さらに、良好なＬＴＳ（low temperature stability、低温安定性）を有するものが望まれている。また、切り換え可能なＬＣ層の厚みに依存して、中程度の、または高い複屈折性が要求される場合もある。
とくに、ＯＣＢモードはＴＶ用途のＬＣＤに用いられ、自動車および 他の携帯用アプリケーションのディスプレイへの適用が予想されている。本発明の液晶は、これらのタイプのディスプレイに好ましく用いられる。
とくに、ＯＣＢモードはＴＶ用途のＬＣＤに用いられ、自動車および 他の携帯用アプリケーションのディスプレイへの適用が予想されている。本発明の液晶は、これらのタイプのディスプレイに好ましく用いられる。
これらのディスプレイにおいては、新たな液晶媒体として物性が改善されているものが要求されている。とくに、応答速度は、数多くのタイプのアプリケーションにおいて改善されなければならない。したがって、液晶媒体として、粘度（η）が低いもの、とくに回転粘度（γ１）が低いものが必要とさていれる。媒体において、回転粘度は１６０ ｍＰａ・ｓ以下、好ましくは１５５ ｍＰａ・ｓ以下であり、とくに１４５ ｍＰａ・ｓ以下であり、透明点としては１００℃以上、好ましくは１１０℃以上を有するべきである。このパラメータに加えて、これらのディスプレイは好適に広いネマチック相範囲、適切な複屈折性（Δｎ）を示すものでなければならず、さらに誘電異方性（Δε）は十分に高く、作動電圧が相応に低くなければならない。好ましくはΔεは８より高く、極めて好ましくは８．５より高いべきであるが、好ましくは１０以下であり、とくに９以下であるべきである。これは、少なくとも相応に高さの比抵抗に不利になるからである。
本発明のディスプレイは、好ましくはアクティブマトリクス(active matrix ＬＣＤｓ：ＡＭＤｓ）によってアドレスされ、好ましくは薄膜トランジスタ(thin film transistors、ＴＦＴｓ) のマトリクスによってアドレスされる。しかしながら、本発明の液晶は、他の公知のアドレス手段に用いた場合にも、ディスプレイにおいて利益をもたらすことができる。
ＬＣＤｓ 、とくにＯＣＢディスプレイに用いられる液晶組成物は知られていて、例えば特許文献１および特許文献２に記載されている。しかし、これらの組成物は、物性に重篤な欠点がある。かかる欠点の多くは、他にも欠陥は生じるが、好ましくないＬＣＤのパフォーマンスにつながる。例えば、応答速度の鈍化、低すぎる比抵抗および／または狭い作動温度範囲等である。
したがって、液晶媒体において、実用的なアプリケーションに好適な物性、広いネマチック相範囲、適切な高さのネマチック−アイソトロピック相変移温度（透明点）、高い光学異方性Δｎ、用いるディスプレイモードに応じて、比較的高いΔεおよびとくに低い粘度等、に対する多大なる要求が存在している。
本発明の目的は、ＬＣ媒体、とくにＴＦＴ型、およびＯＣＢディスプレイのようなアクティブマトリクスディスプレイ用のものとして、前記欠点を有していないか、または有していても小さい程度であり、また好ましくは極めて高い比抵抗値、低いしきい値電圧、小さい回転粘度、広いネマチック相範囲とともに高い透明点、改善されたＬＴＳおよび速い切り換え速度を同時に有するもの、を与えることにある。もう一つの目的は、専門家が用い得るＬＣ媒体のプールを拡大せしめることにある。他の目的は、以下の記載から自明である。
驚くべきことに、好適な高さのΔε、好適な相範囲、およびΔｎを具備する液晶媒体の実現が可能であることが見出された。かかる液晶媒体は、従来技術の材料の欠点を有さないかまたは少なくともかかる欠点の表出の程度が有意に低減されていて、ＯＣＢディスプレイへの適用に極めて好適である。
すなわち、本発明は、以下を含むＬＣ媒体に関する：
以下を含む液晶媒体：
− １種または２種以上の式Ｉの化合物を１４〜２０％、
− １種または２種以上の式ＩＩの化合物を０〜５％、
− １種または２種以上の式ＩＩＩの化合物を１５〜１９％、
− １種または２種以上の式ＩＶの化合物を２０〜２３％、
− １種または２種以上の式Ｖの化合物を０〜７％、
− １種または２種以上の式ＶＩの化合物を１１〜１８％、
− １種または２種以上の式ＶＩＩの化合物を５〜７％
− １種または２種以上の式ＶＩＩＩの化合物を０〜５％、
− １種または２種以上の式ＩＸの化合物を１５〜２０％。
以下を含む液晶媒体：
− １種または２種以上の式Ｉの化合物を１４〜２０％、
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− １種または２種以上の式ＶＩＩＩの化合物を０〜５％、
− １種または２種以上の式ＩＸの化合物を１５〜２０％。
Ｒ１およびＲ２は相互に独立して１〜５個のＣ原子を有する直鎖のアルキルであり、好ましくはメチル、エチル、ｎ−プロピル、ｎ−ブチルまたはｎ−ペンチルであり、
Ｒ３は２〜４個のＣ原子を有する直鎖のアルケニルであり、好ましくはビニルまたは１Ｅ−プロペニルであり、
Ｒ４は１〜２個のＣ原子を有するアルコキシであり、好ましくはメトキシであり
Ｒ５は２〜４個のＣ原子を有する直鎖のアルケニルであり、好ましくはビニルまたは３−ブテニルである。
本発明の液晶媒体は、好適なΔεおよび広いネマチック相範囲を具備するとともに、透明点が高く、粘度が低く、複屈折率が中程度に高く、さらにしきい値電圧が低いといった格別な効果を奏する。また、本発明の液晶媒体は、速い切り換え速度、良好なＬＴＳ、高い比抵抗、高いＵＶ安定性および高い電圧保持率（ＨＲ）も達成する。さらに、透明点、回転粘度、低いΔｎおよび誘電異方性の組み合わせは従来技術において知られているものより優れている。本発明の液晶媒体は、従来技術の材料の欠点を有さないかまたは少なくとも従来技術の欠点の表出の程度が有意に低減されていて、ＯＣＢディスプレイへの適用に極めて好適である。
とくに好ましいＬＣ媒体は、以下の式から選択される１種または２種以上の化合物を含む。
本発明の第一の好ましい態様において、ＬＣ媒体は以下を含む：
−１種または２種以上の式Ｉの化合物、とくに式ＩａおよびＩｂの化合物を１５〜１６％、
−１種または２種以上の式ＩＩ化合物、とくに式ＩＩａの化合物を２〜４％
−１種または２種以上の式ＩＩＩの化合物、とくに式ＩＩＩａおよびＩＩＩｂの化合物を１７〜１９％
−１種または２種以上の式ＩＶの化合物、とくに式ＩＶａおよびＩＶｂの化合物を２１〜２３％
−１種または２種以上の式ＶＩの化合物、とくに式ＶＩａおよびＶＩｂの化合物を１５〜１７％
−１種または２種以上の式ＶＩＩの化合物、とくに式ＶＩＩａの化合物を５〜７％および
−１種または２種以上の式ＩＸの化合物、とくに式ＩＸａ、ＩＸｂおよびＩＸｃの化合物を１８〜２０％。
−１種または２種以上の式Ｉの化合物、とくに式ＩａおよびＩｂの化合物を１５〜１６％、
−１種または２種以上の式ＩＩ化合物、とくに式ＩＩａの化合物を２〜４％
−１種または２種以上の式ＩＩＩの化合物、とくに式ＩＩＩａおよびＩＩＩｂの化合物を１７〜１９％
−１種または２種以上の式ＩＶの化合物、とくに式ＩＶａおよびＩＶｂの化合物を２１〜２３％
−１種または２種以上の式ＶＩの化合物、とくに式ＶＩａおよびＶＩｂの化合物を１５〜１７％
−１種または２種以上の式ＶＩＩの化合物、とくに式ＶＩＩａの化合物を５〜７％および
−１種または２種以上の式ＩＸの化合物、とくに式ＩＸａ、ＩＸｂおよびＩＸｃの化合物を１８〜２０％。
本発明の第二の好ましい態様において、ＬＣ媒体は以下を含む：
−１種または２種以上の式Ｉの化合物、とくに式ＩａおよびＩｂの化合物を１８〜２０％、
−１種または２種以上の式ＩＩＩの化合物、とくに式ＩＩＩｂの化合物を１５〜１７％、
−１種または２種以上の式ＩＶの化合物、とくに式ＩＶａおよびＩＶｂの化合物を２０〜２２％、
−１種または２種以上の式Ｖの化合物、とくに式Ｖａの化合物を４〜６％、
−１種または２種以上の式ＶＩの化合物、とくに式ＶＩａおよびＶＩｂの化合物を１６〜１８％、
−１種または２種以上の式ＶＩＩの化合物、とくに式ＶＩＩａの化合物を５〜７％、および
−１種または２種以上の式ＩＸの化合物、とくに式ＩＸｂおよびＩＸｃの化合物を１５〜１７％。
−１種または２種以上の式Ｉの化合物、とくに式ＩａおよびＩｂの化合物を１８〜２０％、
−１種または２種以上の式ＩＩＩの化合物、とくに式ＩＩＩｂの化合物を１５〜１７％、
−１種または２種以上の式ＩＶの化合物、とくに式ＩＶａおよびＩＶｂの化合物を２０〜２２％、
−１種または２種以上の式Ｖの化合物、とくに式Ｖａの化合物を４〜６％、
−１種または２種以上の式ＶＩの化合物、とくに式ＶＩａおよびＶＩｂの化合物を１６〜１８％、
−１種または２種以上の式ＶＩＩの化合物、とくに式ＶＩＩａの化合物を５〜７％、および
−１種または２種以上の式ＩＸの化合物、とくに式ＩＸｂおよびＩＸｃの化合物を１５〜１７％。
本発明のＬＣ媒体は、有利なものである。なぜなら、広いネマチック相範囲を具備するとともに、透明点が高く、粘度が低く、複屈折性の高さが中程度にであり、さらにしきい値電圧が低いからである。
純粋な状態において、式Ｉ〜ＩＸの化合物は無色であり、相互に組み合わせると、電気光学的使用において好ましい位置にある温度範囲において液晶メソフェーズを形成する。これらの化合物は化学的に、熱的に、そして光に対して、安定である。
純粋な状態において、式Ｉ〜ＩＸの化合物は無色であり、相互に組み合わせると、電気光学的使用において好ましい位置にある温度範囲において液晶メソフェーズを形成する。これらの化合物は化学的に、熱的に、そして光に対して、安定である。
式Ｉ〜ＶＩＩの化合物は自体公知の方法によって製造され、かかる方法は文献（例えばHouben-Weyl, Methoden der organischen Chemie [Methods of Organic Chemistry], Georg- Thieme-Verlag, Stuttgartのような標準的な学術書）に記載されている。正確には、公知であり、該反応に対して好適な条件下における製造である。自体公知の変法も用いることができるが、本明細書においてはそれらについてこれ以上詳しくは述べない。
本発明は、このタイプのＬＣ媒体を含む電気光学ディスプレイ、電気光学目的におけるその使用にも関する。極めて好ましいのは、以下を具備するＴＦＴディスプレイである：フレームとともにセルを形成する２つの面平行な外部プレート、外部プレート上の画素の切り換えを行うための集積非線形素子、および正の誘電異方性および高い比抵抗を有し、セル中に配置される本発明のネマチックＬＣ媒体。
本発明のＬＣ混合物は、用い得るパラメータの許容度を顕著に拡大せしめることができる。とくに、同混合物が、速い切り換え速度、低いしきい値電圧、良好なＬＴＳ、高い比抵抗、高いＵＶ安定性および高い電圧保持率（ＨＲ）［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)に定義されている］を有することが見出された。また、透明点、回転粘度γ1、相応な高さのΔｎおよび比較的高い誘電異方性の組み合わせは従来技術において知られているものより優れている。
本発明のＬＣディスプレイの構造は、偏光板、電極基板および表面処理電極を含めて、このタイプのディスプレイの通常の構造に相当する。「通常の構造」の語によって、ＬＣディスプレイの全ての誘導体および改変体が網羅され、とくにマトリクスで素子としてポリ−Ｓｉ ＴＦＴまたはＭＩＭ（金属−絶縁体−金属）を基礎とするものが含まれる。しかしながら、本発明のディスプレイとＴＮセルを基礎とする通常のディスプレイとの間の顕著な相違は、ＬＣ層のパラメータの選択にある。
本発明に従って用い得るＬＣ混合物の調製は自体通常の方法によって行われる。一般に、より少ない量で用いる成分を、所望の量で、主成分を構成する成分中に溶解する。昇温下で行うと有利である。
本発明のＬＣ媒体は、当業者に公知であり、文献に記載されている添加剤をさらに含んでよい。例えば、０〜１５％の多色性色素、安定化剤またはキラルドーパントを任意に添加することができる。好適な安定化剤およびキラルドーパントは下記に示す。
本明細書および下記の例において、ＬＣ媒体の成分は以下の頭字語を用いて示す。
以下のリストは、本発明のＬＣ媒体に添加し得るキラルドーパントを示す。割合は、好ましくは０．１〜１０ ｗｔ．％であり、極めて好ましくは０．１〜６ ｗｔ．％である：
以下のリストは、本発明のＬＣ媒体に添加し得る安定化剤である：
本明細書全体をとおして、パーセンテージは重量によるパーセントである。温度はいずれも、摂氏度で示されている。ｍ．ｐ．は融点を表し、ｃｌ．ｐ．＝透明点である。さらにまた、Ｃ＝結晶状態、Ｎ＝ネマチック相、Ｓ＝スメクチック相およびＩ＝アイソトロピック相である。これらの記号間の数字は転移温度を表す。Δｎは光学異方性を表し、ｎｅは異常光の複屈折率を表す（５８９ｎｍ、２０℃）。回転粘度γ１ ［ｍＰａ．ｓ］は２０℃で決定する。Ｖ１０は、１０％相対透過率（視野角はプレート表面に対して垂直）における電圧を示し、Ｖ９０は、９０％相対透過率における電圧を示す。Δεは誘電率異方性を表す（Δε＝ε‖−ε⊥、ここでε‖は分子の長軸に平行な誘電定数を表し、ε⊥は分子の長軸に垂直な誘電定数を表す）。電気光学データの測定は、他に明記されていない限りＴＮセル内にて、第一極小値において（すなわちｄ・Δｎ値が０．５μｍである点において）、２０℃で行う。光学データの測定は、他に明記されていない限り２０℃で行う。
以下の例は、本発明を限定することなく説明するものである。
例１
この混合物は、ＯＣＢモードで作動するディスプレイに極めて良好に適する。
例１
例２
この混合物は、ＯＣＢモードで作動するディスプレイに極めて良好に適する。
Claims (6)
- 以下を含む液晶媒体：
− １種または２種以上の式Ｉの化合物を１４〜２０％、
− １種または２種以上の式ＩＩの化合物を０〜５％、
− １種または２種以上の式ＩＩＩの化合物を１５〜１９％、
− １種または２種以上の式ＩＶの化合物を２０〜２３％、
− １種または２種以上の式Ｖの化合物を０〜７％、
− １種または２種以上の式ＶＩの化合物を１１〜１８％、
− １種または２種以上の式ＶＩＩの化合物を５〜７％
− １種または２種以上の式ＶＩＩＩの化合物を０〜５％、
− １種または２種以上の式ＩＸの化合物を１５〜２０％。
Ｒ１およびＲ２は相互に独立して１〜５個のＣ原子を有する直鎖のアルキルであり、
Ｒ３は２〜４個のＣ原子を有する直鎖のアルケニルであり、
Ｒ４は１〜２個のＣ原子を有するアルコキシであり、
Ｒ５は２〜４個のＣ原子を有する直鎖のアルケニルである。 - 以下の群から選択される１種または２種以上の化合物を含む、請求項１に記載の液晶媒体。
- 以下を含む、請求項１または２に記載の液晶媒体。
−１種または２種以上の式Ｉの化合物を１５〜１６％、
−１種または２種以上の式ＩＩ化合物を２〜４％、
−１種または２種以上の式ＩＩＩの化合物を１７〜１９％、
−１種または２種以上の式ＩＶの化合物を２１〜２３％、
−１種または２種以上の式ＶＩの化合物を１５〜１７％、
−１種または２種以上の式ＶＩＩの化合物を５〜７％および
−１種または２種以上の式ＩＸの化合物を１８〜２０％。 - 以下を含む、請求項１または２に記載の液晶媒体。
−１種または２種以上の式Ｉの化合物を１８〜２０％、
−１種または２種以上の式ＩＩＩの化合物を１５〜１７％、
−１種または２種以上の式ＩＶの化合物を２０〜２２％、
−１種または２種以上の式Ｖの化合物を４〜６％、
−１種または２種以上の式ＶＩの化合物を１６〜１８％、
−１種または２種以上の式ＶＩＩの化合物を５〜７％および
−１種または２種以上の式ＩＸの化合物を１５〜１７％。 - 請求項１〜４のいずれかに記載の液晶媒体の、電気光学目的における使用。
- 請求項１〜４のいずれかに記載の液晶媒体を含む、電気光学液晶ディスプレイ。
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