JP2014505123A - 液晶媒体および液晶ディスプレイ - Google Patents

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Abstract

本発明は、液晶パネル、液晶ディスプレイデバイスおよび、負の誘電異方性Δεを有する液晶媒体に関する。

Description

本発明は、負の誘電異方性Δεを有する液晶媒体、およびその媒体を含む液晶ディスプレイに関する。
LCD(液晶ディスプレイ)、とくに、極めて高い比抵抗を有すると同時に、低い温度および低いしきい値電圧でさえも大きい作動温度範囲、短い応答時間を有するマトリックスタイプに関する多大な需要がある。セルにおける以下の利点を促進するためには、具体的には、VA(垂直に配向された:vertically aligned)のLC媒体、とくにPS(ポリマー安定化された:polymer stabilized)VAの、ネマティックディスプレイセルが必要となる:
−拡大されたネマティック相範囲(とくに、低い温度まで)、
−極めて低い温度でスイッチする能力(例えば、野外使用、自動車、航空機のため)、
−UV放射への増大された抵抗(より長い使用期限)ならびに
−TV適用、とくに、3DTV適用のための速いスイッチング。
VAディスプレイについては、より低いしきい値電圧およびより広い、とくに低い温度での、ネマティック相範囲を可能にするLC媒体が望まれる。有効パラメータ寛容域(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、弾性パラメータ)のさらなる広範化もまた望まれる。また、LC媒体は、弾性定数k33/k11の比の有利な値を有するべきである。
TV、携帯電話およびモニター適用について、LC媒体は速い応答時間および低いしきい値電圧、さらに良好なLTS(低温安定性:low temperatuer stability)を有することが望まれる。また、スイッチング可能なLC層の厚さに依存して、中等度または高度の複屈折が必要であり得る。
しかしながら、公知のLC媒体は、LCセルの他のパラメータに悪影響を与えることなく同時に達成されるべきこれらの全ての要求を、しばしば許容しないという欠点を有する。
本発明は、とくにTFT(薄膜トランジスタ)タイプなどのアクティブマトリックスディスプレイのためのものであって、一般に、上述した欠点を有しないか、低減した程度にそれを有し、好ましくは極めて高い比抵抗、低いしきい値電圧、低い回転粘度、高い透明点を伴う広いネマティック相範囲、改善されたLTSおよび速いスイッチング時間を同時に有する、VAディスプレイのためのLC媒体を提供するという目的を有する。別の目的は、技術者に利用可能なLC媒体のプールを拡張することである。他の目的は、以下の記載から直ちに明らかである。
これらの目的は、本発明によるLC媒体が、本発明によるLCパネルおよびLCディスプレイにおいて用いられた場合に達成することができることが見出された。
本発明による液晶媒体は、3DTVにおける用途にとくによく適する。これは、とくに、ポリマー前駆体の重合による安定化の後のシステムを担う。
よって、本発明は、
−9〜24%の1または2以上の式Iの化合物
−9〜14%の1または2以上の式IIの化合物、
−11〜21%の1または2以上の式IIIの化合物、
−10〜22%の1または2以上の式IVの化合物、
−16〜44%の1または2以上の式Vの化合物、
−0〜19%の1または2以上の式VIの化合物および
−0〜8%の1または2以上の式VIIの化合物
式中、
11、R21、R31、R41、R51、R61およびR71は、互いに独立して、1〜5個の炭素原子を伴う、好ましくは2〜5個の炭素原子を伴う直鎖アルキルであり、最も好ましくはエチル、プロピルまたはペンチルであり、
12、R22、R32、R42、R52、R62およびR72は、互いに独立して、1〜6個の炭素原子を伴う、好ましくは1〜4個の炭素原子を伴う直鎖アルキルであり、好ましくはメチル、エチル、プロピルまたはブチル、ならびに
52は、代替的に、2〜5個の炭素原子を伴うアルケニル、好ましくはE−1−アルケニルであり、最も好ましくはビニルまたはE−1−プロペニルであってもよく、
好ましくは各々互いに独立して、
11およびR21は、プロピルまたはペンチルであり、
12およびR22は、エチルまたはブチルであり、
31およびR41は、エチルまたはプロピルであり、
32は、エチルであり、
42は、プロピルまたはブチルであり、
51は、エチルまたはプロピルであり、
52は、プロピル、ビニルまたはE−1−プロペニルであり、
61およびR71は、プロピルであり、
62およびR72は、メチルである、
を含む、LC媒体を含有するLCパネルおよびLCディスプレイデバイスに関する。
好ましい態様において、液晶媒体は、前述の式I〜VIIの化合物から基本的になる。
とくに好ましいものは、以下の化合物の群:
から選択される1または2以上の化合物を含むLC媒体である。
とくに好ましい態様において、液晶媒体は、前述の式Ia〜VIIaの化合物から基本的になる。
好ましい態様において、液晶媒体は、
−8〜12%の式Iaの化合物、
−3〜7%の式Ibの化合物、
−10〜14%の式IIaの化合物、
−5〜9%の式IIIaの化合物、
−9〜12%の式IIIbの化合物、
−12〜6%の式IVaの化合物、
−16〜21%の式Vaの化合物、
−15〜19%の式VIaの化合物ならびに
−4〜8%の式VIIaの化合物
を含む。
好ましい態様において、LC媒体は、上述の化合物から独占的になる。
別の、第二の好ましい態様において、液晶媒体は、
−6〜8%の式Iaの化合物、
−3〜7%の式Ibの化合物、
−10〜14%の式IIaの化合物、
−2〜6%の式IIIaの化合物、
−9〜12%の式IIIbの化合物、
−12〜16%の式IVaの化合物、
−2〜6%の式IVbの化合物、
−18〜24%の式Vaの化合物、
−13〜17%の式VIaの化合物ならびに
−2〜5%の式VIIaの化合物
を含む。
好ましい態様において、LC媒体は、上述の化合物から独占的になる。
なお別の、第三の好ましい好ましい態様において、液晶媒体は、
−13〜17%の式Iaの化合物、
−3〜7%の式Icの化合物、
−9〜13%の式IIaの化合物、
−4〜7%の式IIIaの化合物、
−8〜13%の式IIIbの化合物、
−10〜17%の式IVaの化合物、
−27〜33%の式Vbの化合物ならびに
−8〜11%の式Vcの化合物
を含む。
好ましい態様において、LC媒体は、上述の化合物から独占的になる。
代替的に、任意の上述の好ましい態様において、LC媒体は、反応性化合物、好ましくは、以下で定義されるようなRM−1および/またはRM−2のタイプのものを、好ましくは0.010%から1.0%までの範囲、より好ましくは、0.05%から0.50%までの範囲、そして最も好ましくは、0.10%から0.40%までの範囲の濃度で含む。好ましくは、この反応性化合物を、ディスプレイにおける液晶媒体で重合する。
本発明によるLC媒体は、
・極めて高い透明点を伴う広いネマティック相、
・低い粘度、
・良好なLTS(低温安定性)、
・低いしきい値電圧、
・高いUV安定性、
・負の誘電異方性Δεの適切に高い絶対値、
・光学異方性Δnの適切に高い値
により特徴づけられる。
純粋状態において、式I〜IXの化合物は無色であり、電気光学的目的のために有利に位置する温度範囲における液晶中間相を形成する。これらは、光に対して化学的、熱学的に安定である。
式I〜VIIの化合物を、文献に記載されるとおり、自身公知の方法(例えば、Houben-Weyl, Methoden der organischen Chemie [Methods of Organic Chemistry], Georg-Thieme-Verlag, Stuttgartなどの標準的なワークにおけるもの)、正確には、かかる反応に知られたおよび適する反応条件下で調製する。本願明細書において詳細に記述しなくとも、自身公知である変化形も使用することができる。
本発明は、請求項1〜13の少なくとも一項に記載のLC媒体を含む電気光学的ディスプレイおよびパネル、ならびに、これらのLC媒体の電気光学的目的のための使用にもまた関する。極めて好ましいものは、一対の基質により挟まれた請求項1〜14のいずれか一項に記載の液晶媒体、ならびに基質の表面に平行で液晶媒体へ電場を適用するための電極を含む液晶パネルであって、ここで、液晶媒体が、電場が適用されていない場合の基質の表面に対して垂直に配向する、前記液晶パネルである。
本発明によるLC混合物は、有効パラメータ寛容域を有意に広げることを可能とする。とくに、[S. Matsumoto et al., liquid crystals 5, 1320 (1989); K. Niwa et al., Proc. SID Conference, San Francisco, June 1984, p. 304 (1984); G. Weber et al., liquid crystals 5, 1381 (1989)において定義されるように]、これらは、速いスイッチング時間、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HR(電圧(それぞれの容量)保持比:holding ratio)を有することが見出された。また、到達可能な透明点、回転粘度γ、低いΔnおよび適切に高い負の誘電異方性の絶対値の組合わせは、従来公知の材料より顕著に優れる。
本発明で用いることができるLC媒体を、自身典型の様式で調製する。一般的に、より少量で用いられる成分の所望される量を、主要な構成物を作成する成分に、有利には上昇した温度で溶解させる。
LC媒体はまた、当業者に知られており、文献に記載されているさらなる添加剤を含んでもよい。例えば、多色色素、安定化剤(例えばUV安定化剤)、抗酸化剤、キラルドーパント、重合開始剤ありまたはなしでの反応性メソゲン、マイクロ粒子および/またはナノ粒子の群から選択される1または2以上の添加剤0〜15%を、本発明による液晶媒体へ添加することができる。適切なキラルドーパント、安定化剤および反応性メソゲンを表B、CおよびDにそれぞれ示す。
本願および以下の例において、LC媒体の成分の構成は、以下の略称によって表される。とくに好ましいものは、以下の表から選択される化合物を含む液晶混合物である:
表A
(nおよびm:各々互いに独立して、1、2、3、4または5である)
表Bは、本発明によるLC媒体へ、好ましくは0.1から10重量%、極めて好ましくは0.1から6重量%の量で有益に添加することができるキラルドーパントを示す。
表B
以下の表は、本発明によるLC媒体へ添加することができる可能な安定化剤を示す。
表C
以下の表は、本発明によるLC媒体へ添加することができる反応性メソゲンを示す。
表D
上記および下記において、パーセンテージは、重量によるパーセントである。与えられた全ての温度は摂氏である。m.p.は融点を表し、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=スメクティック相ならびにI=アイソトロピック相である。これらの記号の間のデータは、転移温度を表す。とくに明示しない限り、光学データは20℃で測定する。
とくに明示しない限り、全ての物性を、”Merck liquid crystals, physical properties of liquid crystals”, Status Nov. 1997, Merck KGaA, Germanyによって決定づけ、20℃の温度で与えられる。
とくに明示しない限り、本発明では、用語「しきい値電圧」は、容量性しきい値(V)(フレデリクスしきい値としても知られる)に関する。
とくに明示しない限り、本願において、しきい値電圧という用語は、光学しきい値を指し、10%相対コントラスト(V10)のために与えられるものであり、飽和電圧という用語は、光学飽和を指し、90%相対コントラスト(V90)の両方のために与えられるものである。容量性しきい値電圧(V)は、明示される場合のみ、フレデリクスしきい値(VFr)とも呼ばれる。
とくに明示しない限り、本願において与えられるパラメータの範囲は全て、制限値を含む。
本願明細書にわたり、とくに明示しない限り、全ての濃度は質量パーセントで与えられ、相対的な完全混合物に関係し、全ての温度は摂氏(セルシウス)で与えられ、そして、全ての温度差は摂氏である。
光学異方性(Dn)は、589.3nmの波長で決定づけられる。誘電異方性(Δε)は、1kHzの周波で決定づけられる。しきい値電圧、ならびに、他の全ての電気光学的性質は、Merck KGaA, Germanyで調製される試験セルで決定づけられる。Deの決定づけのための試験セルは、約20μmのセルギャップを有する。電極は、1.13cmの面積およびガードリングを伴う環状のITO電極である。均一配向(ε)のためのオリエンテーション層は、JSR(Japan Synthetic Rubber)、日本からのJALS 2096−R1であり、平面均一配向(ε)のためにまた、JSRからのポリイミドAL−1054である。容量を、正弦波を用いる周波応答アナライザーSolatron 1260で、0.3Vrmsの電圧で決定づける。、電気光学的データを、VAセルにおいて決定づける。これらの用いられる試験セルは、とくに明示しない限り、20℃で0.5μmの光学リタデーションでのGoochおよびTarryによる最小の第一透過にマッチする光学リタデーション(d・Δn)を有するように選択されたセルギャップを有する
電気光学的測定で用いられる光は白色光である。用いられたセットアップは、Autronic Melchers, Karlsruhe, Germanyから商業的に入手可能な機器である。特性電圧は、垂直観察下で決定づけられる。しきい値(V10)−中間(V50)−および飽和(V90)電圧は、それぞれ、10%、50%および90%相対コントラストのために決定づけられる。
応答時間は、それぞれ、相対コントラストが0%から90%まで変わるための時間(t90−t)のための立ち上がり時間(rise time(ton))として、すなわち、遅延時間(t10−t)を含むもの、相対コントラストが100%から10%に戻り変わる時間(t100−t10)のための減衰時間(toff)として、および、総応答時間(ttotal=ton+toff)として、与えられる。
電圧保持比は、Merck Japan Ltdで生産される試験セルにおいて決定づけられる。測定セルは、アルカリフリーガラス基質を有し、ポリイミド配向層(NISSAN CHEMICAL INDUSTRIESLTDからのSE7492)で、層の厚さが50nmで、互いに垂直に擦りあわされて作製される。層の厚さは、均一に6.0μmである。ITOの透明な電極の表面積は、1cm×1cmである。
電圧保持比は、70℃のオーブンにおいて30分後に決定される(HR70)。用いられる電圧は、60Hzの周波を有する。
回転粘度を、過渡電流法および加工したUbbelohde粘度計における流動粘度を用いて決定づける。液晶混合物ZLI−2293、ZLI−4792およびMLC−6608の製品全ては、Merck KGaA, Darmstadt, Germanyから得て、20℃で決定づけられた回転粘度値は、それぞれ161mPa・s、133mPa・sおよび186mPa・sであり、流動粘度値は(v)、それぞれ21mm・s−1、14mm・s−1および27mm・s−1である。
そして、液晶混合物を、ポリマー前駆体、好ましくは反応性メソゲンのin situ重合により安定化させる。このために、対応する混合物を対応する試験セルへ導入し、反応性化合物を高圧水銀ランプからのUV放射を介して重合する。UV曝露のエネルギーは6Jである。ソーダ石灰ガラスを共に備える広帯域パスフィルター(300nm≦λ≦400nm)を適用し、これは、より短い波長でUV放射の強度を低下させる。電場を適用する間、矩形波電気的電圧(14VPP)をセルに適用する。
本願明細書では、以下の記号を用いる:
20℃でのしきい値電圧、容量性[V]、
20℃および589nmで測定した異常な屈折率、
20℃および589nmで測定した通常の屈折率、
Dn 光学異方性(Δn=n−n)、
ε 20℃および1kHzでのダイレクターに垂直な誘電感受率、
ε 20℃および1kHzでのダイレクターに平行な誘電感受率、
Δε 20℃および1kHzでの誘電異方性、
(Δε=ε−ε)、
ν 20℃で測定した流動粘度[mm・s−1]、
γ 20℃で測定した回転粘度[mPa・s]、
20℃での弾性定数、「広がり」変形[pN]、
20℃での弾性定数、「ねじれ」変形[pN]、
20℃での弾性定数、「曲がり」変形[pN]、および
LTS 試験セル中で決定した低温安定性(相安定性)、
容量性しきい値電圧、フレデリクスしきい値電圧とも呼ばれる
10 しきい値電圧、すなわち、10%相対コントラストのための電圧、
50 中間(mid-grey)電圧、すなわち、50%相対コントラストのための電圧ならびに
90 飽和電圧、すなわち、90%相対コントラストのための電圧、
(V10、V50およびV90の全ては、プレート表面に垂直な視野角のためである)。
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
この混合物を調製して調査する。その後、2つの反応性化合物RM−1
およびRM−2
のそれぞれを交互に0.20%で混合物へ添加する。そして、混合物を対応する試験セルへ導入し、反応性化合物を、高圧HgランプからのUV−放射を介して重合する。UV曝露のエネルギーは6Jである。ソーダ石灰ガラスを共に備える広帯域パスフィルター(300nm≦λ≦400nm)を適用し、これは、より短い波長でのUV放射の強度を低下させる。曝露の間、矩形電気的電圧(14VPP)をセルに適用する。
例2
この混合物を調製して調査する。その後、2つの反応性化合物RM−1およびRM−2をそれぞれ交互に0.30%で、混合物へ添加する。そして、混合物を対応する試験セルへ導入し、反応性化合物を、例1で記載したとおり、UV開始を介して重合する。
例3
この混合物を調製して調査する。その後、2つの反応性化合物RM−1およびRM−2を、それぞれ交互に0.30%で、混合物へ添加する。そして、混合物を対応する試験セルへ導入し、反応性化合物を、例1で記載したとおり、UV開始を介して重合する。

Claims (20)

  1. −9〜24%の1または2以上の式Iの化合物、
    −9〜14%の1または2以上の式IIの化合物、
    −11〜21%の1または2以上の式IIIの化合物、
    −10〜22%の1または2以上の式IVの化合物、
    −16〜44%の1または2以上の式Vの化合物、
    −0〜19%の1または2以上のVIの化合物および
    −0〜8%の1または2以上の式VIIの化合物
    式中、
    11、R21、R31、R41、R51、R61およびR71は互いに独立して、1〜5個の炭素原子を伴う直鎖アルキルであり、
    12、R22、R32、R42、R52、R62およびR72は、互いに独立して、1〜6個の炭素原子を伴う直鎖アルキルであり、
    52は代替的に、2〜5個の炭素原子を伴うアルケニルであってもよい、
    を含む負の誘電異方性Δεを有する液晶媒体。
  2. 式Ia〜Ic:
    の化合物の群から選択される少なくとも1つ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。
  3. 少なくとも式IIa:
    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。
  4. 式IIIaおよびIIIb:
    の化合物の群から選択される1または2以上の化合物を含むことを特徴とする、請求項1〜3のいずれか一項に記載の液晶媒体。
  5. 式IVaおよびIVb:
    の化合物の群から選択される1または2以上の化合物を含むことを特徴とする、請求項1〜4のいずれか一項に記載の液晶媒体。
  6. 式Va〜Vc:
    の化合物の群から選択される1または2以上の化合物を含むことを特徴とする、請求項1〜5のいずれか一項に記載の液晶媒体。
  7. 式VIa:
    の化合物を含むことを特徴とする、請求項1〜6のいずれか一項に記載の液晶媒体。
  8. 式VIIa:
    の化合物を含むことを特徴とする、請求項1〜7のいずれか一項に記載の液晶媒体。
  9. −8〜12%の式Iaの化合物、
    −3〜7%の式Ibの化合物、
    −10〜14%の式IIaの化合物、
    −5〜9%の式IIIaの化合物、
    −9〜12%の式IIIbの化合物、
    −12〜16%の式IVaの化合物、
    −16〜21%の式Vaの化合物、
    −15〜19%の式VIaの化合物および
    −4〜8%の式VIIaの化合物
    を含むことを特徴とする、請求項1〜8のいずれか一項に記載の液晶媒体。
  10. −6〜8%の式Iaの化合物、
    −3〜7%の式Ibの化合物、
    −10〜14%式IIaの化合物、
    −2〜6%式IIIaの化合物、
    −9〜12%式IIIbの化合物、
    −12〜16%式IVaの化合物、
    −2〜6%式IVbの化合物、
    −18〜24%式Vaの化合物、
    −13〜17%式VIaの化合物および、
    −2〜5%式VIIaの化合物
    を含むことを特徴とする、請求項1〜9のいずれか一項に記載の液晶媒体。
  11. −13〜17%の式Iaの化合物、
    −3〜7%の式Icの化合物、
    −9〜13%の式IIaの化合物、
    −4〜7%の式IIIaの化合物、
    −8〜13%の式IIIbの化合物、
    −10〜17%の式IVaの化合物、
    −27〜33%の式Vbの化合物および
    −8〜11%の式Vcの化合物
    を含むことを特徴とする、請求項1〜10のいずれか一項に記載の液晶媒体。
  12. LC媒体が、多色色素、UV安定化剤、抗酸化剤、キラルドーパント、重合開始剤、マイクロ粒子およびナノ粒子の群から選択される1または2以上の添加剤を含むことを特徴とする、請求項1〜11のいずれか一項に記載の液晶媒体。
  13. 式RM−1およびRM−2
    の化合物の群から選択される1または2以上の化合物を含むことを特徴とする、請求項1〜12のいずれか一項に記載の液晶媒体。
  14. 請求項13に記載の液晶媒体の反応性メソゲン(単数)または反応性メソゲン(複数)を重合することにより得られるまたは得ることができる安定化された液晶媒体。
  15. 反応性メソゲン(単数)または反応性メソゲン(複数)の重合により、請求項13に記載の液晶媒体を安定化する方法。
  16. 電気光学的目的のための、請求項1〜14のいずれか一項に記載の液晶媒体の使用。
  17. 請求項1〜14のいずれか一項に記載の液晶媒体を含む、電気光学的液晶ディスプレイ。
  18. 一対の基質により挟まれた請求項1〜14のいずれか一項に記載の液晶媒体;およびに基質の表面に平行で液晶媒体へ電場を適用するための電極を含む液晶パネルであって、該液晶媒体が、電場が適用されていない場合の基質の表面に対して垂直に配向する、前記液晶パネル。
  19. 請求項18に記載の液晶パネルを含む、TVセット。
  20. 請求項19に記載の3D−TVセット。
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