JP2012097272A - 液晶混合物 - Google Patents

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Abstract

【課題】応答期間が非常に短く、急峻性および角度依存性が良好なねじれネマチック(TN)および超ねじれネマチック(STN)液晶ディスプレイを実現する。
【解決手段】式Iの少なくとも1種の化合物を含む液晶混合物を使用する。
【化1】
Figure 2012097272


但し、R11は、炭素原子2から7個を有するアルケニルまたはアルケニルオキシ基であり、R12は、炭素原子1から12個を有するアルキルまたはアルコキシ基か、炭素原子2から12個を有するアルケニルまたはアルケニルオキシ基かであり、さらに、これらの基の中の1個または複数のCH2基は、ヘテロ原子(−O−および−S−)が互いに直接連結しないように−O−、−S−、−C≡C−、−CO−、−OCO−または−COO−で置換されてもよい
【選択図】なし

Description

本発明は、新規な液晶混合物、液晶ディスプレイでのその使用、特に応答時間が非常に短く、良好な急峻性および角度依存性が良好なねじれネマチック(TN)および超ねじれネマチック(STN)液晶ディスプレイ、ならびに新規な混合物を含む液晶ディスプレイに関する。
TNディスプレイは、例えば、非特許文献1に記載されている。STNディスプレイは、例えば、特許文献1〜3及び非特許文献2〜10に記載されている。STNという用語は、本明細書では、たとえばWaters等によるディスプレイ要素(非特許文献11及び12)、STN−LCD(特許文献4)、SBE−LCD(非特許文献13)、OMI−LCD(非特許文献14)、DST−LCD(特許文献5)又はBW−STN−LCD(非特許文献15)などの160°〜360°の間の値を持つ捩れ角を有する任意の比較的高度に捩れたディスプレイ要素を包含する。
標準のTNディスプレイと比較すると、STNディスプレイは、電気光学特性線のかなり良好な急峻性、中程度および比較的高いマルチプレックス比、例えば32から64以上での良好なコントラスト値により特徴付けられる。対照的に、TNディスプレイのコントラストはその良好な暗値のため一般により高く、コントラストについての角度依存性は、例えば32未満の低マルチプレックス比を有するSTNディスプレイより低い。
欧州特許第0,131,216号 ドイツ国公開第34 23 993号公報 欧州公開第0,098,070号公報 ドイツ国公開第35 03 259号公報 欧州公開第0,246,842号公報 ドイツ国公開第38 07 801号公報 ドイツ国公開第38 07 861号公報 ドイツ国公開第38 07 863号公報 ドイツ国公開第38 07 864号公報 ドイツ国公開第38 07 908号公報 国際公開第88/07514号パンフレット ドイツ国公開第32 31 707号公報 ドイツ国公開第34 07 013号公報 ドイツ国公開第44 14 647号公報 国際公開第92/19695号パンフレット 米国特許第5384067号 米国特許第5453863号 米国特許第6172720号 米国特許第5661533号 国際公開第98/00428号パンフレット 英国特許第2328207号 国際公開第02/94805号パンフレット 国際公開第02/34739号パンフレット 国際公開第02/06265号パンフレット 国際公開第02/06196号パンフレット 国際公開第02/06195号パンフレット
M.Schadt及びW.Helfrich著、Appl.Phys.Lett.、第18巻、第127頁、1971年刊 M.Schadt及びF.Leenhouts著、17th Freiburg Congress on Liquid Crystal(8−10.04.87) K.Kawasakiら著、SID 87 Digest 391(20.6) M.Schadt及びF.Leenhouts著、SID 87 Digest 372(20.1) K.Katohら著、Japanese Journal of Applied Physics、第26巻、第11号、L1784−L1786、1987年刊 F.Leenhoutsら著、Appl.Phys.Lett.、第50巻、第21号、第1468頁、1987年刊 H.A.van Sprang及びH.G.Koopman著、J.Appl.Phys.、第62巻、第5号、第1734頁、1987年刊 T.J.Scheffer及びJ.Nehring著、Appl.Phys.Lett.、第45巻、第10号、第1021頁、1984年刊 M.Schadt及びF.Leenhouts著、Appl.Phys.Lett.、第50巻、第5号、第236頁、1987年刊 E.P.Raynes著、Mol.Cryst.Liq.Cryst.Letters、第4巻、第1号、第1〜8頁、1986年刊 C.M.Watersら著、Proc.Soc.Inf.Disp.、ニューヨーク、1985年刊 3rd Intern.Display Conference、神戸、日本 T.J.Scheffer及びJ.Nehring著、Appl.Phys.Lett.、第45巻、第1021頁、1984年刊 M.Schadt及びF.Leenhouts著、Appl.Phys.Lett.、第50巻、第236頁、1987年刊 K.Kawasaki等、SID 87 Digest 391(20.6)
特に興味があるのは、特に比較的低温で応答時間が非常に短いTNおよびSTNディスプレイである。短い応答時間を実現するために、液晶混合物の回転粘度はこれまで、蒸気圧が比較的高いほぼモノトロピークな添加剤を使用して最適化されてきた。しかし、得られた応答時間はすべての応用に十分であるわけではなかった。
本発明によるディスプレイにおいて急峻な電気光学特性線を実現するために、液晶混合物は、弾性定数の比K33/K11が比較的大きく、Δε/ε⊥の値が比較的小さくなければならず、ここでΔεは誘電異方性であり、ε⊥は長軸である分子軸に垂直な方向の誘電率である。
コントラストおよび応答時間を最適化することに加え、この種の混合物にはさらに以下の重要な要件がある;
1.d/pウィンドウが広いこと、
2.長期の化学的安定性が高いこと、
3.電気抵抗性が高いこと、
4.しきい値電圧の周波数および温度依存性が低いこと。
実現したパラメータの組合せは、特に高マルチプレックスSTNディスプレイ(約1/400のマルチプレックス比を有する)、さらに中マルチプレックスおよび低マルチプレックスSTNディスプレイ(それぞれ約1/64および1/16のマルチプレックス比を有する)、ならびにTNディスプレイに関して依然十分からは程遠い。これは、種々の要件が重要なパラメータと相反する影響を受けているという事実に部分的に起因している。
したがって、液晶混合物、特に上記の要件を満たす、応答時間が非常に短く、同時に使用温度範囲が広く、特性線急峻性が高く、コントラストの角度依存性が良好で、しきい値電圧が低い中マルチプレックスおよび低マルチプレックスSTNディスプレイが強く求められ続けている。
TN、および特にSTNディスプレイの特に重要な要件は、特に携帯電話およびPDA(Personal Digital Assistants、携帯情報端末)での使用に際する応答時間の短縮である。動作温度範囲、層厚、および電気光学的要件の所与の値を得るためには、その使用により液晶混合物の回転粘度が低下し、したがって液晶ディスプレイの応答時間を短縮する材料が課題となる。
本発明は、上記の欠点がない、またはあっても程度が低く、同時に特に低温で応答時間が短く、急峻性が非常に良好で、誘電率の周波数依存性が改善されているために動作電圧の温度依存性が改善された液晶ディスプレイ、特にTNおよびSTNディスプレイで使用するための液晶混合物を提供することを目的とする。
今回、この目的は、式Iの1種または複数の化合物を含むネマチック液晶混合物を使用することにより達成できることが分かった。
Figure 2012097272
但し、式中、R11は、炭素原子2から7個を有するアルケニルまたはアルケニルオキシ基である。
また、R12は、炭素原子1から12個を有するアルキルまたはアルコキシ基か、炭素原子2から12個を有するアルケニルまたはアルケニルオキシ基かであり、さらに、これらの基の中の1個または複数のCH2基は、ヘテロ原子(−O−および−S−)が互いに直接連結しないように−O−、−S−、−C≡C−、−CO−、−OCO−または−COO−で置換されてもよい。
式Iの化合物は特に、同時に透明点、複屈折、または電気光学特性線の急峻性を著しく損なうことなくTNおよびSTN混合物の粘度および応答時間を減少させる。さらに意外にも、本発明による混合物は、式Iの化合物を含まない参照混合物と比較して、さらにしきい値電圧および動作電圧が低下し、同時に応答時間がかなり速いことが分かった。本発明による混合物はさらに、低温でのLCディスプレイ中で保存寿命が長い。
本出願は式Iの少なくとも1種の化合物を含む液晶混合物に関する。
Figure 2012097272
但し、式中、R11は、炭素原子2から7個を有するアルケニルまたはアルケニルオキシ基である。
また、R12は、炭素原子1から12個を有するアルキルまたはアルコキシ基か、炭素原子2から12個を有するアルケニルまたはアルケニルオキシ基かであり、さらに、これらの基の中の1個または複数のCH2基は、ヘテロ原子(−O−および−S−)が互いに直接連結しないように−O−、−S−、−C≡C−、−CO−、−OCO−または−COO−で置換されてもよい。
また、本発明は、液晶ディスプレイ、特にTNおよびSTNディスプレイ、特に好ましくは中マルチプレックスおよび低マルチプレックスSTNディスプレイで使用する対応の液晶混合物に関する。
また、本発明は、
−フレームと一緒にセルを形成する2枚の外板と、
−セル内に位置する正の誘電異方性のネマチック液晶混合物と、
−外板の内側に配向膜を有する電極層と、
−外板表面上の分子の長軸と外板との間の0度から30度のチルト角と、
−セル中の液晶混合物の配向膜間の22.5°から600°の値のねじれ角と、
−a)誘電異方性が+1.5より大きい1種または複数の化合物からなる液晶成分Aを15〜80質量%と、
b)誘電異方性が−1.5から+1.5である1種または複数の化合物からなる液晶成分Bを20〜85質量%と、
c)誘電異方性が−1.5より小さい1種または複数の化合物からなる液晶成分Dを0〜20質量%と、
d)所望により、層厚(外板間の離隔)とキラルネマチック液晶混合物の本来のピッチとの間の比が0.2から1.3である量の光学活性成分Cと
からなるネマチック液晶混合物と
を有する液晶ディスプレイ(LCディスプレイ)に関し、この液晶ディスプレイは液晶混合物が式Iの少なくとも1種の化合物を含むことを特徴とする。
式Iの好ましい化合物は、R11およびR12が炭素原子2から7個を有するアルケニルであるものである。以下の式から選択される式Iの化合物がさらに好ましい。
Figure 2012097272
但し、式中、R11aおよびR12aは、それぞれ互いに独立にH、CH3、C25またはn−C37であり、alkylは、炭素原子1から8個を有するアルキル基である。
特にR11aおよびR12aがHまたはCH3である式Iaの化合物、ならびに特にR11aがHまたはCH3である式Ieの化合物が特に好ましい。
式Iの化合物は、1から25質量%、好ましくは2から20質量%、特に3から15質量%の量で本発明による液晶混合物中に存在する。
本発明による混合物は、式Iの化合物以外に式IIの1種または複数のアルケニル化合物を含むことが好ましい。
Figure 2012097272
但し、式中、
21は、R11で定義した通りであり、
22は、R12で定義した通りであり、
環A2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、
ただし、基R21およびR22の少なくとも一方はアルケニル基である。
式IIの特に好ましい化合物は、式IIaからIIgから選択される。
Figure 2012097272
Figure 2012097272
但し、式中、R21aおよびR22aは、それぞれ互いに独立にH、CH3、C25またはn−C37であり、alkylは、炭素原子1から8個を有するアルキル基である。
特にR21aおよびR22aがCH3である式IIaの化合物、ならびに特にR21aがHまたはCH3である式IIe、IIf、IIg、IIh、およびIIiの化合物が特に好ましい。
式IIの化合物を本発明による液晶混合物中で使用すると、特に低い回転粘度が得られ、特に低温で急峻性が高く、応答時間が速いTNおよびSTNディスプレイが得られる。
誘電異方性が−1.5から+1.5の式IおよびIIの化合物(誘電中性の化合物)は、上記定義の成分Bである。
式IIの誘電中性アルケニル化合物の他に、またはその代わりとして、本発明による混合物は、式IIAの1種または複数の誘電的に正のアルケニル化合物を含むことが好ましい。
Figure 2012097272
但し、式中、
21Aは、炭素原子2から7個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、
21AおよびL22Aは、それぞれ互いに独立にHまたはFである。
式IIAの好ましい化合物は、L21Aおよび/またはL22AがFであり、Q−YがFまたはOCF3である。
21Aが炭素原子2から7個、特に2、3または4個を有する1E−アルケニルまたは3E−アルケニルである式IIAの化合物がさらに好ましい。
式IIAaの化合物が特に好ましい。
Figure 2012097272
但し、式中、R21Aaは、H、CH3、C25、またはn−C37、特にHまたはCH3である。
誘電異方性が+1.5より大きい式IIAの極性化合物は、上記定義の成分Aである。成分Aは、以下の式の1種または複数のシアノ化合物を含むことが好ましい。
Figure 2012097272
Figure 2012097272
但し、式中、Rは、炭素原子1から12個を有するアルキルまたはアルコキシ基か、炭素原子2から12個を有するアルケニル基かであり、さらに、これらの基の1個または複数のCH2基は、ヘテロ原子(−O−および−S−)が互いに直接連結しないように−O−、−S−、−C≡C−、−CO−、−OCO−または−COO−で置換されていてもよい。
また、L1、L2およびL3は、それぞれ互いに独立にHまたはFである。
これらの化合物のRは、炭素原子1から8個を有するアルキルまたはアルコキシあるいは炭素原子2から7個を有するアルケニルであることが特に好ましい。
式IIIbおよび/またはIIIc、さらにIIIfの1種または複数の化合物、特にL1および/またはL2がFであるものを含む混合物が特に好ましい。
Rは炭素原子2から7個を有するアルケニルであり、L1およびL2はHまたはFであり、特に両方がHである1種または複数の式IIIbの化合物、ならびに/あるいはRは炭素原子1から7個を有するアルキルまたは炭素原子2から7個を有するアルケニルであり、L1およびL2は互いに独立にHまたはF、特に置換基L1およびL2の少なくとも一方はFである式IIIcの化合物を含む混合物が特に好ましい。以下の式の化合物が特に好ましい。
Figure 2012097272
但し、式中、R31aはH、CH3、C25またはn−C37、式IIIb−1およびIIIb−2では、好ましくはHまたはCH3、式IIIc−1およびIIIc−2では、好ましくはHまたはC25であり、式IIIc−3のR31bは、H、CH3、C25、n−C37、n−C49、n−C511またはn−C613、特にC25、n−C37、n−C49またはn−C511である。L2がHであり、L1がHまたはF、特にFである式IIIhの1種または複数の化合物を含む混合物がさらに好ましい。
具体的な実施形態では、成分Aは、以下の式の1種または複数の3,4,5−トリフルオロフェニル化合物を含むことが好ましい。
Figure 2012097272
Figure 2012097272
Figure 2012097272
Figure 2012097272
場合により、以下の式の極性末端基を有する1種または複数の化合物を含むことが好ましい。
Figure 2012097272
Figure 2012097272
Figure 2012097272
Figure 2012097272
但し、式中、Rは式IIIで上記定義の通りであり、L4およびL5はそれぞれ互いに独立にHまたはFである。これらの化合物のRは、炭素原子1から8個を有するアルキルまたはアルコキシであることが特に好ましい。
式IVa、IVb、IVc、IVd、IVmおよびVmの化合物、特に式IVa、IVmおよびVmの化合物が特に好ましい。
好ましい液晶混合物は、好ましくは15質量%から80質量%、特に好ましくは20質量%から70質量%の割合で成分Aの1種または複数の化合物を含む。これらの化合物は、Δε≧+3、特にΔε≧+8、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、好ましくは20から85質量%の割合、特に好ましくは30から75質量%の割合で成分Bの1種または複数の化合物を含む。グループBの化合物、特にアルケニル基を含むものは、特に回転粘度γ1の値が低いことによって特徴付けられる。
成分Bは、式IおよびIIの1種または複数の化合物の他に、以下の式の二環式化合物からなる群から選択される1種または複数の化合物を含むことが好ましい。
Figure 2012097272
また、以下の式の三環式化合物からなる群から選択される1種または複数の化合物を含むことが好ましい。
Figure 2012097272
Figure 2012097272
また、以下の式の四環式化合物からなる群から選択される1種または複数の化合物を含むことが好ましい。
Figure 2012097272
以上、式中で、R61およびR62は、互いに独立に炭素原子1から12個を有するアルキルまたはアルコキシ基か、炭素原子2から12個を有するアルケニル基かであり、さらに、これらの基の1個または複数のCH2基は、ヘテロ原子が互いに直接連結しないように−O−、−S−、−C≡C−、−CO−、−OCO−または−COO−で置換されていてもよい。
また、Lは、HまたはFである。
式VI10からVI19およびV123からVI32の1,4−フェニレン基はまた、それぞれ互いに独立にフッ素で一置換または多置換されていてもよい。
61はアルキルであり、R62は炭素原子1から7個を有するアルキルまたはアルコキシ、特にアルコキシである式VI25からVI31の化合物が特に好ましい。L=Fである式VI25およびVI31の化合物がさらに好ましい。R61がアルケニルであり、R62がアルキルである、式VI16の化合物も好ましい。
式VI25およびVI27の化合物および式VI16の化合物が特に好ましい。
式VI1からVI30の化合物のR61およびR62は、炭素原子1から12個を有する直鎖状アルキルまたはアルコキシあるいは炭素原子2から7個を有する直鎖状アルケニルであることが特に好ましい。
液晶混合物は、層厚(外板間の離隔)とキラルネマチック液晶混合物の本来のピッチとの間の比が約0.2より大きい量の光学活性成分Cを含むことがある。例えばCB15、ノナン酸コレステリル、Merck KGaA(ダルムシュタット)製のS−811またはS−1011などの種々のキラルドーパント(いくつかは市販されている)は、成分として当業者に入手可能である。ドーパントの選択自体は重大ではない。
成分Cの化合物の割合は、好ましくは0から10質量%、特に0から5質量%、特に好ましくは0から3質量%である。
本発明による混合物は、式Iの化合物の他に、1種または複数の液晶トラン化合物を含むことが好ましい。トラン化合物の複屈折率Δnが高いため、比較的薄い層厚で応答時間をかなり短くすることが可能である。トラン化合物はTaからTiからなる群から選択することが好ましい。
Figure 2012097272
Figure 2012097272
但し、式中、
1は、R61で定義した通りであり、R2は、R62で定義した通りであり、
1は、−CO−O−、−CH2CH2−、または単結合であり、
6からL13は、それぞれ互いに独立にHまたはFである。
式Teの好ましい化合物は、基L6からL11の1、2、または3個はFであり、その他はHであり、L6とL7またはL8とL9またはL10とL11は、両方が同時にFであることはないものである。式Tiの好ましい化合物は、L12およびL13がHであるものである。
式Ta、Tb、およびThの化合物が特に好ましい。これらの式中、R1は好ましくはアルキルであり、R62は好ましくはアルキルまたはアルコキシ、式TaおよびTbの化合物では特にアルコキシ、式Thの化合物では特にアルキルであり、いずれの場合も炭素原子1から7個を有する。
TaおよびTbからなる群からの化合物の割合は、好ましくは5から50質量%、特に10から40質量%である。式Thの化合物の割合は、好ましくは2から35質量%、特に4から25質量%である。
式TaからThの化合物の割合は、好ましくは2から55質量%、特に5から35質量%である。
本発明による混合物は、誘電異方性が−2未満の1種または複数の化合物(成分D)を最大20質量%含む場合もある。
混合物が成分Dの化合物を含む場合、これらは、構造単位2,3−ジフルオロ−1,4−フェニレン、例えば、特許文献6〜10に記載の化合物を含む1種または複数の化合物であることが好ましい。特許文献11に記載のこの構造単位を含むトランが特に好ましい。
成分Dのさらに知られている化合物は、例えば特許文献12または特許文献13に記載の
Figure 2012097272
または
Figure 2012097272
の構造単位を含む2,3−ジシアノヒドロキノンの誘導体またはシクロヘキサン誘導体である。
本発明による液晶ディスプレイは、成分Dの化合物を含まないことが好ましい。
本発明に関し、用語「alkyl」は、この明細書または特許請求の範囲で別段の定義がない限り、炭素原子1から12個(すなわち、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11または12個)を有する直鎖状または分枝鎖状脂肪族炭化水素基を表す。このアルキル基が飽和基である場合、それも「alkanyl」と呼ぶ。アルキル基中の1個または複数のCH2基は、ヘテロ原子(OおよびS)が互いに直接連結しないように−O−(「オキサアルキル」または「アルコキシ」)、−S−(「チオアルキル」)、−C≡C−(「アルキニル」)、−CO−、−CO−O−または−O−CO−で置換されていることも可能である。アルキルは、炭素原子1、2、3、4、5、6、7または8個を有する直鎖状の基、特にメチル、エチル、n−プロピル、n−ブチル、n−ペンチル、n−ヘキシル、n−ヘプチルまたはn−オクチルであることが好ましい。
用語アルコキシは、酸素原子がアルコキシ基で置換された基または置換された環に直接結合し、アルキルが上記定義の通りであり好ましくは分枝鎖状ではないO−アルキル基を意味する。好ましいアルコキシ基は、メトキシ、エトキシ、プロポキシ、ブトキシ、ペントキシ、ヘキソキシ、ヘプトキシおよびオクトキシである。アルコキシは、−OCH3、−OC25、−O−n−C37、−O−n−C49または−O−n−C511であることが特に好ましい。
用語「アルケニル」は、少なくとも1個のC=C二重結合を有する脂肪族炭化水素基を表し、本発明に関しては、それぞれ炭素原子2から7個(すなわち、2、3、4、5、6または7個)あるいは2から12個(すなわち、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11または12個)を有する直鎖状および分枝鎖状アルケニル基、特に直鎖状の基を包含する。用語「アルケニル」はまた、2個以上のC=C二重結合を有する基を包含する。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としては、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−ヘプテニルなどが挙げられる。最大5個の炭素原子を有する基が一般に好ましい。
用語「アルケニルオキシ」基は、酸素原子がアルケニルオキシ基で置換された基または置換された環に直接結合し、アルケニルが上記定義の通りであり好ましくは分枝鎖状ではないO−アルケニル基を意味する。
アルキル基中の1個または複数のCH2基は、本発明に従えば−O−で置換されていてもよいので、「アルキル」はまた「オキサアルキル」基を包含する。本発明に関し、用語「オキサアルキル」は、少なくとも1個の非末端CH2基が隣接するヘテロ原子(OおよびS)が存在しないように−O−で置換されているアルキル基を表す。オキサアルキルは、式−Ca2a+1−O−(CH2b−(aおよびbはそれぞれ互いに独立に1、2、3、4、5、6、7、8、9または10であり、aは1から6の整数であることが特に好ましく、bは1または2である)の直鎖状の基を包含することが好ましい。
上記定義のアルキル基中の1個または複数のCH2基がイオウで置換されている場合、「チオアルキル」基が存在する。「チオアルキル」は、式Ca2a+1−S−(CH2b−(aは1、2、3、4、5、6、7、8、9または10であり、bは0、1、2、3、4、5、6、7、8、9または10であり、aは1から6の整数であることが特に好ましく、bは0、1または2である)の直鎖状の基を包含することが好ましい。
アルキル基またはアルケニル基中の1個または複数のCH2基が−C≡C−で置換されている場合、アルキニル基またはアルケニル基が存在する。1個または複数のCH2基が−CO−、−CO−O−または−O−CO−で置換されていることも可能である。
式I、II、IIA、III、IV、V、VIおよびT、またはそれらの部分式の個々の化合物ならびに本発明に記載のTNディスプレイおよびSTNディスプレイで使用することができる他の化合物は、既知であるか既知の化合物と同様に調製することができる。したがって、式Iの化合物の調製方法は、例えば特許文献14から既知である。
特に好ましい実施形態では、混合物は、
−式IaからIeから選択される、特にIaおよび/またはIeの1種または複数の化合物、
−式IIaからIIi、特にIIe、IIf、およびIIgの1種または複数の化合物、
−式IIA、特に好ましくは式IIAa、特にR21AaがHまたはCH3である1種または2種の化合物、
−式IIIb−1、IIIb−2、IIIc−1、IIIc−2、およびIIIc−3、特に式IIIc−1、IIIc−2、およびIIIc−3の1種または複数の化合物、
−式Iの1種または複数の化合物1から25質量%、特に好ましくは2から20質量%、特に3から15質量%、
−式IIの1種または複数の化合物3から60質量%、特に好ましくは6から50質量%、特に8から40質量%、
−式IIAの1種または複数のアルケニル化合物5から45質量%、特に好ましくは10から40質量%、特に15から35質量%、
−式IIIの1種または複数の化合物5から55質量%、特に好ましくは10から50質量%、特に15から45質量%、
−R61は炭素原子2から7個を有するアルケニルであり、R62は上記定義の通りである式VI9および/またはVI24の1種または複数の化合物、
−式VI25のLがHまたはF、特にFである式VI25および/またはVI27の1種または複数の化合物、
−R61は非分枝鎖状アルケニル基であり、R62は非分枝鎖状アルキル基である式VI16の1種または複数の化合物、
−式Ta、Tb、および/またはThの1種または複数の化合物、
−正の誘電異方性、特にΔε≧+12を有する化合物20質量%超
を含む。
本発明による混合物は、特に層厚の高いTNおよびSTNディスプレイで使用するとき、非常に低い総応答時間(ttot=ton+toff)で特徴付けられる。
本発明によるTNおよびSTNセルで使用する液晶混合物は、誘電的に正であり、Δε≧1である。Δε≧3、特にΔε≧5の液晶混合物が特に好ましい。
本発明による液晶混合物は、好ましい値のしきい値電圧V10/0/20および回転粘度γ1を有する。光路差d・Δnの値が予め特定されている場合、層厚dの値は光学異方性Δnによって決定される。特に比較的高い値のd・Δnでは、光学異方性の値が比較的高い本発明による液晶混合物の使用が一般に好ましい。というのは、dの値を比較的小さく選択することができるため、より好ましい値の応答時間が得られるからである。しかし、Δnの値がより小さい本発明による液晶混合物を含む本発明による液晶ディスプレイもまた、有利な値の応答時間により特徴付けられる。
本発明による液晶混合物はさらに、有利な値の電気光学特性線の急峻性により特徴付けられ、特に20℃を超える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、本発明による液晶混合物は安定性が高く、電気抵抗性およびしきい値電圧の周波数依存性の値が好ましい。本発明による液晶ディスプレイは作動温度範囲が広く、コントラストの角度依存性が良好である。
各場合にそこに隣接する液晶分子の好ましい配向(配向子)が通常、一方の電極から他方の電極に対して160°から720°の値でねじれているように表面が処理されている、偏光子、電極基板、電極からの本発明による液晶ディスプレイ素子の構成は、このタイプのディスプレイ素子の通常の構造に対応している。本明細書中の用語「通常の構造」は広い意味を有し、TNおよびSTNセルの誘導体および変形のすべて、特にマトリックスディスプレイ素子ならびに追加の磁石を含むディスプレイ素子も包含する。
2枚の外板の表面のチルト角は同一でも異なってもよい。同一のチルト角が好ましい。好ましいTNディスプレイは、外板の表面上の分子の長軸と外板との間のプレチルト角が、0°から7°、好ましくは0.01°から5°、特に0.1°から2°である。STNディスプレイでは、プレチルト角は、1°から30°、好ましくは1°から12°、特に3°から10°である。
セル内のTN混合物のねじれ角の値は、22.5°から170°、好ましくは45°から130°、特に80°から115°である。配向膜からのセル中のSTN混合物の配向膜間のねじれ角の値は、100°から600°、好ましくは170°から300°、特に180°から270°である。
本発明に従って使用することができる液晶混合物は、それ自体慣用の方法で調製する。一般に、より少ない量で使用する成分の所望の量を、有利には高温で主要な構成要素を構成する成分中に溶解させる。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の成分の溶液を混合し、例えば蒸留で完全に混合した後に再び溶媒を除去することも可能である。
本発明による液晶混合物はまた、例えば、特許文献15〜19に記載のコレステリック液晶(CLC)ディスプレイ、特にSSCT(Surface Stabilized Cholesteric Texture)およびPSCT(Polymer Stabilized Cholesteric Texture)ディスプレイの液晶(LC)媒体として使用することにも適している。CLCディスプレイは、ネマチック成分ならびにTNおよびSTNディスプレイと比較してかなり高いらせんねじれを有し、円偏光した光を選択的に反射する光学活性成分からなるコレステリックLC媒体を通常含む。この反射波長は、コレステリックらせんのピッチとCLC媒体の平均屈折率の積に対応する。
この目的で、1種または複数のキラルドーパントを本発明のLC混合物に加え、そのねじれ力と濃度は、LD媒体が室温でコレステリック相を有し、電磁スペクトルの可視、UV、またはIR領域、特に400から800nmにあることが好ましい反射波長を有するように選択する。
適切なドーパントは当業者に知られており、例えばノナン酸コレステリル(CN)、CB15、R/S−811、R/S−1011、R/S−2011、R/S−3011、またはR/S−4011(Merck KGaA、ダルムシュタット)などが市販されている。キラル糖基、特に、例えばイソソルビトール、イソマンニトール、またはイソイジトール、好ましくは特許文献20に記載のソルビトール誘導体などのジアンヒドロヘキシトール誘導体を有する高度にねじれたドーパントが特に好ましい。さらに、ジフェニル−1,2−ジヒドロキシエタンの1,2−誘導体(ベンジレングリコールおよびヒドロベンゾイン)、好ましくは特許文献21に記載の液晶性ヒドロベンゾイン誘導体などのキラルエタンジオール誘導体が好ましい。特に好ましいドーパントは、特許文献22に記載のキラルビナフチル誘導体、特許文献23に記載のキラルビナフチルアセタール誘導体、特許文献24に記載のキラルTADDOL誘導体、および特許文献25および26に記載の少なくとも1個のフッ素化架橋基および末端または中心キラル基を含むキラルドーパントである。
2種以上のドーパントが加えられる場合、これらは同じか反対の回転方向および同じか反対のねじれの温度依存性を有することができる。
さらに、本発明は、ネマチック成分として本発明によるLC混合物、および光学活性成分として1種または複数のキラルドーパントを含むCLC媒体に関する。さらに、本発明は、上記のCLC媒体を含むCLCディスプレイ、特にSSCTおよびPSCTディスプレイに関する。
誘電体にはまた、当業者に知られ文献に記載のさらなる添加剤を含む。例えば、多色性染料0〜15質量%を加えることができる。
本出願および以下の実施例では、液晶化合物の構造は、以下の表AおよびBに従って化学式に変換した略語で示す。基Cn2n+1およびCm2m+1すべては、それぞれ炭素原子nおよびm個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配置を有する。表Bのコードは自明である。表Aでは、親構造の略語のみが与えられている。それぞれの場合、親構造の略語が続き、ダッシュで分離し、置換基R1、R2、L1、L2およびL3の以下の表に示したコードに従う。
Figure 2012097272
TNおよびSTNディスプレイは、表AおよびBの1種または複数の化合物を含む液晶混合物を含むことが好ましい。
Figure 2012097272
Figure 2012097272
Figure 2012097272
Figure 2012097272
表Cは、液晶混合物をドープするのに適したいくつかのドーパントを示す。
Figure 2012097272
Figure 2012097272
以下の実施例は、本発明を限定することなく説明することを意図する。以下の略語を使用する;
cl.p.:透明点(ネマチック等方性相転移温度)、
S−N:スメクチック−ネマチック相転移温度、
visc.:フロー粘度(別段の記載がない限り20℃において)、
Δn:光学異方性(589nm、20℃)、
0:通常の屈折率(589nm、20℃)、
Δε:誘電異方性(1kHz、20℃)、
ε⊥:長軸である分子軸に垂直な方向の誘電率(1kHz、20℃)、
γ1:回転粘度、
S:特性線急峻性=V90/V10
10:しきい値電圧=相対コントラスト10%での特性電圧、
90:相対コントラスト90%での特性電圧、
tot :ton+toff
ave :(ton+toff)/2、平均応答時間、
on:電源を入れてから最大コントラストの90%に達するまでの時間、
off :電源を切ってから最大コントラストの10%に達するまでの時間、
Mux:マルチプレックス比、
store:数時間での低温貯蔵安定性(−20℃、−30℃、−40℃)。
パラメータは、小冊子「Merck Liquid Crystals.Licristal(登録商標).Physical Properties of Liquid Crystals」、W.Becker博士編、Merck KGaA、ダルムシュタット、1998で記載の通りに決定した。
上記および下記において、すべての温度は℃で示している。パーセンテージは質量パーセントである。別段の記載がない限り、すべての値は20℃を基準としている。別段の記載がない限り、ディスプレイはマルチプレックス比1/48およびバイアス1/8で動作させる。別段の記載がない限り、ねじれは240°である。
Figure 2012097272
Figure 2012097272
他の好ましい特性は保持したまま、比較例1と比較して応答時間が短縮し、しきい値電圧が低下している。
Figure 2012097272
他の好ましい特性は保持したまま、比較例1と比較して応答時間が短縮している。

Claims (11)

  1. 式Iの少なくとも1種の化合物を含む液晶混合物
    Figure 2012097272

    [式中、
    11は、炭素原子2から7個を有するアルケニルまたはアルケニルオキシ基であり、
    12は、炭素原子1から12個を有するアルキルまたはアルコキシ基か、炭素原子2から12個を有するアルケニルまたはアルケニルオキシ基かであり、さらに、これらの基の中の1個または複数のCH2基は、ヘテロ原子(−O−および−S−)が互いに直接連結しないように−O−、−S−、−C≡C−、−CO−、−OCO−または−COO−で置換されてもよい]。
  2. 式I中、R11は炭素原子2から7個を有するアルケニル基であり、R12は炭素原子2から7個を有するアルケニル基であることを特徴とする請求項1記載の液晶混合物。
  3. 式I中、R11はCH2=CH−またはCH3−CH=CH−であり、R12はCH2=CH−またはCH3−CH=CH−であることを特徴とする請求項1又は2記載の液晶混合物。
  4. 式Iの化合物が、液晶混合物中に1〜25質量%、好ましくは2〜20質量%、特に好ましくは3〜15質量%存在することを特徴とする請求項1乃至3何れか記載の液晶混合物。
  5. 式IIおよび式IIAの少なくとも何れか一方の化合物を含むことを特徴とする請求項1乃至4何れか記載の液晶混合物。
    Figure 2012097272

    [式中、
    21は、炭素原子2から7個を有するアルケニルまたはアルケニルオキシ基であり、
    21Aは、炭素原子2から7個を有するアルケニル基であり、
    22は、炭素原子1から12個を有するアルキルまたはアルコキシ基か、炭素原子2から12個を有するアルケニルまたはアルケニルオキシ基かであり、さらに、これらの基の中の1個または複数のCH2基は、ヘテロ原子(−O−および−S−)が互いに直接連結しないように−O−、−S−、−C≡C−、−CO−、−OCO−または−COO−で置換されていてもよく、
    環A2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、
    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、
    21AおよびL22Aは、それぞれ互いに独立にHまたはFであり、
    ただし、基R21およびR22の少なくとも何れか一方はアルケニル基である]。
  6. 式IIIaから式IIIhの少なくとも1種の化合物を含むことを特徴とする請求項1乃至5何れか記載の液晶混合物。
    Figure 2012097272

    [式中、
    Rは、炭素原子1から12個を有するアルキルまたはアルコキシ基か、炭素原子2から12個を有するアルケニル基かであり、さらに、これらの基の中の1個または複数のCH2基は、ヘテロ原子(−O−および−S−)が互いに直接連結しないように−O−、−S−、−C≡C−、−CO−、−OCO−または−COO−で置換されていてもよく、
    1、L2、およびL3は、それぞれ互いに独立にHまたはFである]。
  7. 液晶混合物が、式IIIbおよび式IIIcの少なくとも何れか一方の化合物を含むことを特徴とする請求項6記載の液晶混合物。
  8. 式Taから式Tiの1種または複数のトラン化合物を含むことを特徴とする請求項1乃至7何れか記載の液晶混合物。
    Figure 2012097272

    [式中、
    1およびR2は、互いに独立に炭素原子1から12個を有するアルキルまたはアルコキシ基か、炭素原子2から12個を有するアルケニル基かであり、さらに、これらの基の中の1個または複数のCH2基は、ヘテロ原子が互いに直接連結しないように−O−、−S−、−C≡C−、−CO−、−OCO−または−COO−で置換されていてもよく、
    1は、−CO−O−、−CH2CH2−または単結合であり、
    6からL13は、それぞれ互いに独立にHまたはFである]。
  9. 請求項1乃至8何れか記載の液晶混合物を含む液晶ディスプレイ。
  10. −フレームと一緒にセルを形成する2枚の外板と、
    −セル内に位置する正の誘電異方性のネマチック液晶混合物と、
    −外板の内側に配向膜を有する電極層と、
    −外板表面上の分子の長軸と外板との間の0度から30度のチルト角と、
    −セル中の液晶混合物の配向膜間の22.5°から600°の値のねじれ角と、
    −a)誘電異方性が+1.5より大きい1種または複数の化合物からなる液晶成分Aを15〜80質量%と、
    b)誘電異方性が−1.5から+1.5である1種または複数の化合物からなる液晶成分Bを20〜85質量%と、
    c)誘電異方性が−1.5より小さい1種または複数の化合物からなる液晶成分Dを0〜20質量%と、
    d)所望により、層厚(外板間の離隔)とキラルネマチック液晶混合物の本来のピッチとの間の比が0.2から1.3である量の光学活性成分Cと
    からなるネマチック液晶混合物と
    を有し、
    該ネマチック液晶混合物が請求項1乃至8何れか記載の液晶混合物であることを特徴とするTNまたはSTN液晶ディスプレイ。
  11. 光学活性成分として1種または複数のキラルドーパントと、ネマチック成分として請求項1乃至8何れか記載の液晶混合物とを含むコレステリック液晶ディスプレイ、SSCTディスプレイまたはPSCTディスプレイ。
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