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Abstract
本発明は、式CC【化1】の1又はそれ以上の化合物を含む液晶媒体に関し、ここで当該基は請求項1のとおりである。本発明はまた、電気光学的な目的の液晶媒体、特に車両用照明装置用の液晶光バルブの使用、当該媒体含む液晶光バルブ、及び当該種類の液晶光バルブを含む車両用照明装置に関する。
Description
本発明は、液晶媒体及び電気光学的な目的、特に、車両用照明装置に用いられる液晶光バルブ、この媒体を含む液晶光バルブ、及び当該液晶光バルブに基づく照明装置に関する。
液晶は、その光学特性が、印加電圧による影響を受けうるため、主としてディスプレイ装置の誘電体として用いられる。液晶に基づく電気光学装置は、当業者に十分認識されており、様々な効果に基づいてよい。当該装置は、例えば、ねじれたネマチック構造を有するTN(ねじれネマチック)セル又はSTN(超ねじれネマチック)セルである。最近のTNディスプレイ及びSTNディスプレイは、個々にアドレス指定可能な液晶光バルブ(ピクセル、画素)のアクティブマトリクスに基づいており、カラー画像の加算生成用に統合された赤色、緑色、青色のフィルタを備える。
液晶ディスプレイに利用される電気光学効果は、最近は他の用途にも用いられている。特許文献1には、自動車用照明装置の輝度分布を任意に設計するパネル(Blende)としてのLCDスクリーンが記載されており、輝度分布は運転状況にフレキシブルに適応されている。
この種類の自動車用適応型前方照明システム(AFS)は、特定の状況及び周囲条件に適応したヘッドスポットライトを生成し、かつ、例えば、光条件、気象条件、車両の動き、又は他の道路利用者の存在に応答して、周囲を常に最適に照明し、他の道路利用者に悪影響を及ぼすことを回避しうる。特許文献2は、例えば、液晶ディスプレイの画素に類似した半透明要素のグリッドからなる液晶ディスプレイ(LCD)パネル型の空間光変調器が、対向車両のドライバの目がくらむのを回避又は低減する目的で、電気的に切り替え可能、完全又は部分的な光円錐のシェーディングを生成する構成要素を開示する。当該空間光変調器は、上記のように、液晶光バルブとしても知られている。プロジェクタと同様の機能のため、プロジェクタ型車両照明ともいう。光円錐の制御されたシェーディングの画像情報は、好ましくは、デジタルカメラにより提供される。
本発明に関する液晶光バルブは、光を変調するための単一の領域又は液晶ディスプレイの画素に対応する複数の同一又は異なる領域のグリッド(マトリクス)を備えてよい。したがって、液晶光バルブのマトリクスは、モノクロマトリクス液晶ディスプレイの特殊なケースであるか、又はその一部とみなすことができる。
本発明に関する照明装置は、一般に、AFS又はAFSの一部である。本発明に関する照明装置は、一般に、車両又は自動車の前方領域の照明に用いられる。
本発明に関する車両は、一般に、例えば、航空機、船舶、及び自動車、オートバイ及び自転車等の陸上車両、並びに機関車等の鉄道車両等の輸送手段であるが、これらに限定されない。
本発明に関する自動車は、特に、道路交通で個別に用いられる陸上車両である。本発明に関する自動車は、内燃機関を備えた陸上車両に特に限定されない。
上記特許文献2に開示された液晶光バルブでは、TNセルは、車両照明の所望の輝度プロファイルに対応する画素を表示する光変調素子として用いられ、例えば、TN液晶に駆動電圧を印加して、画素の透過度を変調(制御)する。そこで偏光子が必要とされるため、光源の光の約半分しか利用できない。同様に、特許文献3には、照明装置の光源の光を半分以上利用しうるTNセルに基づく発明が開示されている。この場合、光は、偏光ビームスプリッタにより互いに垂直な偏光面を有する2つのサブビームに分割され、互いに個別に切り替え可能な2つの液晶素子により導かれる。
当該照明装置は、通常、60〜80℃の比較的高い動作温度により特徴付けられ、用いられる液晶媒体に特有の要件が課される。すなわち、透明点は、120℃より高く、好ましくは、140℃より高くなければならず、当該媒体は、強い光に曝露されるために、特に高い光安定性が必要である。このため、例えば、複屈折ができるだけ低い材料を用いることが推奨される。液晶材料の化学的安定性、熱安定性、及び電界安定性は良好でなければならない。さらに、粘度は低く、アドレス指定時間は比較的短く、動作電圧はできるだけ低く、セルのコントラストは高い液晶材料が提供される必要がある。
さらに、それには、動作温度が室温以下及び以上の可能な限り最も広い範囲である適当な中間層が必要であり、例えば上記のセルの場合にはネマチック中間層又はコレステリック中間相で、好ましくは−40℃〜150℃である。液晶は一般に複数の成分の混合物として用いられるため、成分が互いに容易に混和することが重要である。さらに、導電率、誘電体異方性、光学異方性等の他の特性は、セルの種類及び適用範囲に応じて、異なる要件を満たす必要がある。例えば、ねじれネマチック構造のセルの材料は、正の誘電異方性を備え及び伝導率は低くなければならない。
例えば、個々の画素を切り替えるための統合された非線形素子を備えるマトリクス液晶ディスプレイ(MFKディスプレイ)の光バルブのために、正の誘電体異方性が高く、ネマチック相が広く、複屈折が比較的低く、抵抗率が極めて高く、光及び温度安定性が良好であり、並びに蒸気圧が低い媒体が望まれている。そのようなマトリクス液晶ディスプレイは公知であり、その設計原理は本発明に関する照明装置にも適用することができる。
個々の画素を個々に切り替えるために用いられうる非線形素子の例としては、能動素子(すなわち、トランジスタ)があげられる。用語「アクティブマトリクス」は、以下の2つのタイプを区別しうるように用いられる。
タイプ1.基板としてのシリコンウェハー上のMOS(金属酸化膜半導体)又はその他のダイオード
タイプ2.基板としてのガラス板上の薄膜トランジスタ(TFT)
単結晶シリコンを基板材料として用いると、接合部の様々な部品ディスプレイのモジュール構成に問題が生じるため、ディスプレイの大きさが制限される。
タイプ1.基板としてのシリコンウェハー上のMOS(金属酸化膜半導体)又はその他のダイオード
タイプ2.基板としてのガラス板上の薄膜トランジスタ(TFT)
単結晶シリコンを基板材料として用いると、接合部の様々な部品ディスプレイのモジュール構成に問題が生じるため、ディスプレイの大きさが制限される。
より有望なタイプ2では、通常、TN効果を電気光学効果として用いる。2つの技術、例えばCdSe等の化合物半導体を含むTFT、又は多結晶又はアモルファスシリコンをベースとするTFTがある。後者の技術に関する研究は世界中で非常に熱心に行われている。
TFTマトリクスは、ディスプレイの一方のガラス板の内側に装填され、内側のもう一方のガラス板は透明な対極を備える。画像電極の大きさと比較すると、TFTは非常に小さいため、実際に画像を乱すことはない。
TFTディスプレイ及び照明装置用の対応する光バルブは、通常、透過型の交差偏光子を備えたTNセルとして動作し、バックライトを備える。
用語「MLCディスプレイ」は、統合された非線形素子が統合されたマトリクスディスプレイであり、アクティブマトリクス、バリスタ又はダイオード(MIM=金属−絶縁体−金属)等の受動要素を有するディスプレイが含まれる。
コントラストの角度依存性及び切り替え時間に関する問題に加えて、液晶混合物の抵抗率が不十分であると、MFK表示が困難となる(TOGASHI, S., SEKOGUCHI, K., TANABE, H., YAMAMOTO, E., SORIMACHI, K.,TAJIMA, E., WATANABE, H., SHIMIZU, H., Proc. Eurodisplay 84, Sept. 1984: A 210-288 Matrix LCD Controlled by Double Stage Diode Rings, p. 141 ff, Paris; STROMER, M., Proc. Eurodisplay 84, Sept. 1984: Design of Thin Film Transistors for Matrix Addressing of Television Liquid Crystal Displays, p. 145 ff, Paris)。抵抗が低下すると、MFKディスプレイのコントラストが低下し、「画像消去後」の問題が生じる可能性がある。MFKディスプレイの液晶混合物の抵抗率は、ディスプレイの内面との相互作用により、一般に、徐々に低下するため、許容可能な耐久年数を得るためには(初期)抵抗率が高いことが極めて重要である。特に、低電圧の混合物では、これまで極めて高い抵抗率を実現することができなかった。さらに、温度上昇とともに、温度及び/又は露光後に、抵抗率の増加幅をできる限り小さくすることが重要である。これは、車両用照明装置での光バルブの使用にも関連する。なぜなら、液晶は、極端な高温及び高光レベルに曝露されるため、初期抵抗率が低く、かつ、負荷下に抵抗率が急激に高まると、一般に、長期安定性の低下と相関するからである。
従来技術の混合物の低温特性も特に不利である。低温であっても結晶化せず、及び/又はスメクチック相が発生せず、粘度の温度依存性がなるべく低くなければならない。従って、従来技術のMFKディスプレイは、照明装置として用いる要件を満たしていない。
このように、使用温度範囲が広く、かつ、光安定性が高く、抵抗率が極めて高い液晶混合物に対する多大なニーズが依然として存在する。
車両用照明装置の液晶光バルブの場合、セル内で以下の利点を促進する媒体が望まれる:
− 拡張されたネマチック相範囲(特に高温)
− 低温下における保存安定性
− 低温における切り替え可能性
− 耐光性の向上。
− 拡張されたネマチック相範囲(特に高温)
− 低温下における保存安定性
− 低温における切り替え可能性
− 耐光性の向上。
従来技術の入手可能な媒体では、他のパラメータを保持しつつ、上記利点を実現することはできない。例えば、独国特許出願公開第10223061号及び第102008062858号に記載された液晶媒体のΔnは低いが、約80℃という透明点は、本発明による用途には低すぎる。
本発明の目的は、媒体の提供に関し、特に、上記の欠点がないか、又は上記の欠点が少なく、好ましくは、透明点が極めて高く、かつ、複屈折が低い、車両用照明装置用の上記液晶光バルブ用の媒体の提供に関する。
本発明の媒体を液晶部品に用いると、この目的を達成できることが見いだされた。本発明は、以下の式CC
RCは、炭素原子が1〜15個であるアルキル基、アルケニル基又はアルコキシ基であり、ここで、
メチレン基は以下の
で置換されてよく、かつ、
いずれの場合にも、1又はそれ以上の水素原子がフッ素原子で置換されてよく、
XCは、フッ素原子、塩素原子、炭素原子が6個以下であるハロゲン化アルキル基、ハロゲン化アルケニル基、ハロゲン化アルコキシ基又はハロゲン化アルケニルオキシ基であり、
ZC1及びZC2は、互いに独立して、−CH2CH2−又は単結合であり、
LC1及びLC2は、互いに独立して、水素原子又はフッ素原子であり、
LC3及びLC4は、互いに独立して、水素原子又はメチルである;
で表される1又はそれ以上の化合物を含み、かつ、透明点が120℃又はそれ以上である、液晶媒体である。
本出願では、全ての原子はまた、その同位体を含む。特に、1又はそれ以上の水素原子(H)は重水素(D)で置換されてもよく、これは、いくつかの実施形態において特に好ましい。特に低濃度の場合、高度の重水素化により、化合物を分析決定しうるか、又は、化合物の分析決定が促進される。
本出願では、アルキル又はアルコキシは、直鎖又は分枝のアルキル又はアルコキシ基をいう。好ましくは直鎖であり、炭素原子が2、3、4、5、6又は7個であり、従って、好ましくは、エチル、プロピル、ブチル、ペンチル、ヘキシル、ヘプチル、エトキシ、プロポキシ、ブトキシ、ペントキシ、ヘキソキシ又はヘプトキシ、さらにメチル、オクチル、ノニル、デシル、ウンデシル、ドデシル、トリデシル、テトラデシル、ペンタデシル、メトキシ、オクトキシ、ノノキシ、デコキシ、ウンデコキシ、ドデコキシ、トリデコキシ又はテトラデコキシをいう。
オキサアルキルは、好ましくは、直鎖の2−オキサプロピル(=メトキシメチル)、2−(=エトキシメチル)又は3−オキシブチル(=2−メトキシエチル)、2−、3−又は4−オキシペンチル、2−、3−、4−又は5−オキシヘキシル、2−、3−、4−、5−又は6−オキシヘプチル、2−、3−、4−、5−、6−又は7−オキサオクチル、2−、3−、4−、4−、5−、6−、7−又は8−オキサノニル、又は2−、3−、4−、5−、6−、7−、8−又は9−オキサデシルをいう。
CH2基が−CH=CH−で置換されているアルキル基は、直鎖又は分枝鎖であってもよい。好ましくは直鎖であり、炭素原子が2〜10個である。従って、それは特に、ビニル、prop−1−enyl、又はprop−2−enyl、but−1−、2−又はbut−3−enyl、pent−1−、2−、3−又はpent−4−enyl、hex−1−、2−、3−、4−又はhex−5−enyl、hept−1、2−、3−、4−、5−又は6−enyl、oct−1−、2−、3−、4−、5−、6−又は7−enyl、non−1、2−、3−、4−、5−、6−、7−又は8−enyl、dec−1−、2−、3−、4−、5−、6−、7−、8又は9−enylをいう。
1つのCH2基が−O−で置換され、1つのCH2基が−CO−で置換されたアルキル基では、これらは隣接していることが好ましい。従って、これには、アシルオキシ基−CO−O−又はオキシカルボニル基−O−CO−が含まれる。好ましくは、これらは直鎖であり、炭素原子が2〜6個である。従って、それらは、特に、アセチルオキシ、プロピオニルオキシ、ブチリルオキシ、ペンタノイルオキシ、ヘキサノイルオキシ、アセチルオキシメチル、プロピオニルオキシメチル、ブチリルオキシメチル、ペンタノイルオキシメチル、2−アセチルオキシエチル、2−プロピオニルオキシエチル、2−ブチリルオキシエチル、2−アセチルオキシプロピル、3−プロピオニルオキシプロピル、4−アセチルオキシブチル、メトキシカルボニル、エトキシカルボニル、プロポキシカルボニル、ブトキシカルボニル、ペントキシカルボニル、メトキシカルボニルメチル、エトキシカルボニルメチル、プロポキシカルボニルメチル、ブトキシカルボニルメチル、2−(メトキシカルボニル)エチル、2−(エトキシカルボニル)エチル、2−(プロポキシカルボニル)エチル、3−(メトキシカルボニル)プロピル、3−(エトキシカルボニル)プロピル又は4−(メトキシカルボニル)ブチルをいう。
分枝状の翼基(wing groups; Fluegelgruppen)Rを含む化合物は、通常の液晶基材への溶解性を高めるために重要な場合があるが、特に、光学的に活性な場合に、キラルドーパントとして重要である。この種類のスメクチック化合物は強誘電体材料の成分として有用である。
一般に、この種類の分枝基の鎖分枝は1以下である。好ましい分枝基Rは、イソプロピル、2−ブチル(=1−メチルプロピル)、イソブチル(=2−メチルプロピル)、2−メチルブチル、イソペンチル(=3−メチルブチル)、2−メチルペンチル、3−メチルペンチル、2−エチルヘキシル、2−プロピルペンチル、イソプロポキシ、2−メチルプロポキシ、2−メチルブトキシ、3−メチルブトキシ、2−メチルブトキシ、3−メチルペントキシ、2−エチルヘキソキシ、1−メチルヘキソキシ及び1−メチルヘプトキシである。
好ましい実施形態では、当該媒体は、以下の式CP
で置換されてよく、かつ、
いずれの場合にも、1又はそれ以上の水素原子がフッ素原子で置換されてよく、
APは、1又は2の非隣接CH2基が−O−で置換されてよい1,4−シクロヘキシレン、又は1若しくは2のCH基が窒素原子で置換されてよい1,4−フェニレンであり、
XPは、フッ素原子、塩素原子、炭素原子が6個以下であるハロゲン化アルキル基、ハロゲン化アルケニル基、ハロゲン化アルコキシ基又はハロゲン化アルケニルオキシ基であり、
ZPは、互いに独立して、−CH2CH2−又は単結合であり、
LP1とLP2は、互いに独立して、水素原子又はフッ素原子である;
で表される1又はそれ以上の化合物を全濃度2%又はそれ以下で含む。
本発明の媒体は、式CPの1又はそれ以上の化合物を、特に好ましくは、全濃度0.5%又はそれ以下、特に好ましくは0.1%又はそれ以下で含む。
好ましい実施形態では、本発明の媒体は、式CPの1又はそれ以上の化合物を、全濃度0.01%〜2%の範囲で含む。
さらに好ましい態様では、当該媒体は、式CPの化合物を含まない。
式CCの化合物は、好ましくは、以下の化合物CC−1〜CC−12の群
で置換されてよく、かつ、
いずれの場合にも、1又はそれ以上の水素原子がフッ素原子で置換されてよく、特に、エチル、n−プロピル、n−ブチル又はn−ペンチルが好ましく、かつ、
XCは、フッ素原子、塩素原子、OCF2H又はOCH2CF2Hである;
から選択され、特に好ましくは化合物CC−1〜CC−6の群から選択される。
式CC−1〜CC−6の非常に特に好ましい化合物は、以下のCC−1−1〜CC−6−10
特定の実施形態では、媒体は、以下の式I
であり、
L11及びL12は、互いに独立して、水素原子又はフッ素原子であり、
X1は、フッ素原子、塩素原子、炭素原子が6個以下であるハロゲン化アルキル基、ハロゲン化アルケニル基、ハロゲン化アルコキシ基又はハロゲン化アルケニルオキシ基であり、
Z1及びZ2は、互いに独立して、−CH2CH2−、−CF2CF2−、−COO−、トランス−CH=CH−、トランス−CF=CF−、−CH2O−又は単結合であるが、
式CCの化合物は除外される;
の1又はそれ以上の化合物をさらに含む。
式Iの化合物は、好ましくは、以下の下位式
式Iの化合物は、特に好ましくは、上記化合物I−4及びI−5の群から選択され、特に好ましくは、以下の下位式
本発明の媒体は、好ましくは、以下の式II
であり、
L21及びL22は、互いに独立して、水素原子又はフッ素原子であり、
L25は、水素原子又はメチルであり、
X2は、フッ素原子、塩素原子、CN、炭素原子が1〜6個であるハロゲン化アルキル基、ハロゲン化アルケニル基、ハロゲン化アルコキシ基又はハロゲン化アルケニルオキシ基である;
で表される、1又はそれ以上の化合物を、全濃度40%又はそれ以下でさらに含む。
式IIの化合物は、好ましくは以下の式II−1〜II−6の化合物群
で置換されてもよい、炭素原子が1〜7個であるアルキルであって、ここで、各基の1又はそれ以上の水素原子がフッ素原子で置換されていてもよく、
L21、L22、L23及びL24は、互いに独立して、水素原子又はフッ素原子であり、
L25は、水素原子又はメチル、好ましくは水素原子であり、かつ、
X2は、フッ素原子、塩素原子、炭素原子が1〜6個であるハロゲン化アルキル、又はハロゲン化アルコキシである;
から選択される。
特に好ましい実施形態では、式IIの化合物は以下の式II−1a〜II−1e
当該媒体は、特に好ましくは式I−1bの少なくとも1つの化合物、好ましくは式II−1b−1〜式II−1b−10の化合物群
さらに好ましい実施形態では、本発明の媒体は、以下の式IIA及びIIBの化合物群
式中、上記の基は式IIに示されるとおりであり、かつ好ましくは、
R2は、炭素原子が7個以下であるn−アルキルであり、
X2は、フッ素原子、塩素原子、炭素原子が6個以下であるハロゲン化アルキル、又はハロゲン化アルコキシであり、
L21、L22、L23及びL24は、互いに独立して、水素原子又はフッ素原子であり、
X2は、特に好ましくは、フッ素原子、塩素原子、CF3、OCF3又はOCHF2である;
から選択される1又はそれ以上の化合物を含む。
式IIAの化合物は、好ましくは以下の式IIA−1〜IIA−7
式IIAの化合物は、特に好ましくは以下の式IIA−1a〜IIA−1d
式IIA-1dの化合物が非常に好ましい。
式IIBの特に好ましい化合物は以下の式IIB−1
好ましい態様では、当該媒体は、一般式III
であり、
L31及びL32は、互いに独立して、水素原子又はフッ素原子であり、
X3は、フッ素原子、塩素原子、CN、炭素原子が6個以下であるハロゲン化アルキル基、ハロゲン化アルケニル基、ハロゲン化アルコキシ基、又はハロゲン化アルケニルオキシ基であり、
Z3は、各々互いに独立して、−CH2CH2−、−COO−、トランス−CH=CH−、トランス−CF=CF−、−CH2O−、−C三C−又は単結合であり、好ましくは、一方又は両方が単結合である;
の1又はそれ以上の化合物を含む。
式IIIの化合物は、好ましくは以下の式III−1〜III−9
式中、
L31及びL32は、互いに独立して、水素原子又はフッ素原子であり、
X3は、フッ素原子、塩素原子、炭素原子が6個以下であるハロゲン化アルキル又はハロゲン化アルコキシであり、好ましくは、フッ素原子又はOCF3である;
の化合物群から選択される。
特に好ましくは、当該媒体は、以下の式III−1及びIII−3の化合物の群から選択される1又はそれ以上の化合物を含む。
最も好ましくは、当該媒体は以下の
本発明の当該媒体は、好ましくは以下の式IV
式中、
R41及びR42は、互いに独立して、式IIのR2に記載のとおりであり、かつ、好ましくは、
R41は炭素原子が7個以下のアルキルであり、
R42は各々炭素原子が7個以下のアルキル又はアルコキシであり、
又は、
R41は炭素原子が7個以下のアルケニルであり、
R42は各々炭素原子が7個以下のアルキル又はアルケニルであり、ここで基R41及び基R42の1又はそれ以上の水素原子は、フッ素原子で置換されてよく、
であり、
Z41及びZ42は、互いに独立して、−CH2CH2−、−CF2CF2−、−CF2CH2−、−COO−、トランス−CH=CH−、トランス−CF=CF−、−CH2O−、−CF2O−、−C三C−又は単結合、好ましくはそれらの1又はそれ以上は単結合であり、
pは、0、1又は2、好ましくは0又は1である、
の1又はそれ以上の化合物を含む。
式IVの化合物は、好ましくは以下の式IV−1から式IV−13
式中、R41及びR42は、上記のとおりであり、L4は、水素原子又はフッ素原子であり、好ましくは、
R41及びR42は、互いに独立して、炭素原子が1〜7個であるn−アルキルであり、かつ、
L4は、フッ素原子である;
の化合物群から選択される。
本発明の媒体は、特に好ましくは、式IV−5、IV−8及びIV−11の化合物群から選択される1またはそれ以上の化合物を含む。
さらに好ましい実施形態では、本発明の媒体は、以下の式V
であり、
Z51及びZ52は、互いに独立であり、かつ、Z51が2つ存在する場合も、互いに独立しており、−CH2CH2−、−COO−、トランス−CH=CH−、トランス−CF=CF−、−CH2O−、又は単結合、好ましくは、それらの1又はそれ以上が単結合であり、
rは、0、1又は2、好ましくは1又は2、特に好ましくは1である、
の1又はそれ以上の化合物を含む。
さらに好ましい態様では、当該媒体は、式V−1及びV−2の化合物群
式CC及びI〜IVの化合物は、(例えば、Houben-Weyl, Methoden der Organischen Chemie, Georg-Thieme-Verlag, Stuttgart等の標準的研究における)文献に記載されているように、それ自体公知の方法により、前記反応の公知で適当な反応条件下で調製することができる。本明細書では詳述しないが、本質的に公知の変形例を用いてもよい。式II及びIIAの化合物は、例えば、独国特許出願第102008062858号明細書で公知である。式IIBの化合物は独国特許出願第102223061号明細書に開示されている。
本発明の液晶混合物は、利用可能なパラメータ空間を大幅に拡張できる。透明点、位相幅、低温での粘度、熱安定性、UV安定性、及び誘電体異方性を達成しうる組み合わせは、先行技術の従来の材料よりも顕著に優れている。
さらに、本発明のさらなる目的は、電気光学部品、特にVA効果、IPS効果、FFS効果、TN効果又はSTN効果に基づく光バルブに関し、境界があるセルを形成する、2つの平面平行支持板を備え、切り替え用の統合された非線形素子支持板上の個々の画素、及び正の誘電体異方性と本発明の媒体を含む、抵抗率が高いセル内ネマチック液晶混合物、並びに電気光学的な目的のための当該媒体の使用に関する。
本発明はさらなる目的は、車両用照明装置及び液晶ディスプレイ、特にTN、STN又はMFKディスプレイにおける電気光学媒体又はその部品の使用に関する。
さらに、本発明のさらなる目的は、車両用照明装置及びこれらの構成要素を含む電気光学ディスプレイに関する。
本発明の車両用照明装置には、少なくとも1つの光源がある。この光源から、光が放射されるため、光源により放射される光に影響を与える、少なくとも1つの絞り装置が設けられる。この絞り装置は、LCDシャッターとして設計され、従って、少なくとも1つの液晶光バルブがあり、背後から透照することができる。
本発明の照明装置では、光源は様々な方法で設計することができる。1又はそれ以上の電球を備えてもよい。適当な電球としては、例えば、白熱電球又はガス放電電球の形態の従来の電球である。本発明の文脈においては、LED等の最近の電球もまた光源用電球として考慮されることができ、特に、液晶ディスプレイに用いられる冷陰極電球(CCFL)にも用いられる。個々の電球は、例えばマトリクス状等の異なる配置であってもよい。もちろん、さらなる光学部品の1又はそれ以上の配置は、光源又は照明装置に利点をもたらしうる。これらは、例えば、1又はそれ以上の反射板又は1又はそれ以上のレンズであってよい。
同様に、本発明の照明装置の液晶光バルブに第1偏光子がある、その偏光子を通して光源からの光が入射すると有利である。さらに、第2偏光子が設けられ、それを通して、光が液晶光バルブから放出される。本発明の液晶媒体を含む層は、第1偏光子と第2偏光子との間に配置される。この液晶層は、印加電圧に応じて、この液晶層を通過する光の偏光面を回転させるように機能する。液晶層の形成方法に応じて、電界中のこの液晶層は、光の偏光を回転させたり、又は透過光の回転機能を妨げたりする場合がある。そのような実施形態では、液晶光バルブ、特に第1偏光子は、耐熱性が約200℃であるように設計される。これは、特に、第1偏光子の場合に重要であるが、これは、光源及び関連するエネルギーにより放射される光の約50%までを吸収するからである。液晶層内の液晶分子の配列に関連する偏光子の様々な設計は、本質的に、液晶ディスプレイに用いられる構成に対応し、当業者に公知である。原則、全ての公知の構成が適しており、好ましくはTN、STN、VA、IPS又はFFSタイプの液晶光バルブ、特に好ましくはTN又はSTNタイプの液晶光バルブがあげられる。
本発明の混合物の成分を適当に選択することにより、他の有利な特性を保持しつつ、閾値電圧を高くすれば、透明点が高くなり(例えば、150℃を超える)、又は閾値電圧を低くすれば、透明点が低くなりうる。同様に、粘度がわずかに高まると、Δεが大きくなり、したがって、閾値が低い混合物を獲得しうる。本発明の電気光学部品は、好ましくは、Gooch及びTarryの第1透過最小値[C.H. Gooch und H.A. Tarry, Electron. Lett. 10, 2-4, 1974; C.H. Gooch und H.A. Tarry, Appl. Phys., Vol. 8, 1575-1584, 1975]で動作し、それにより、例えば、第2最小値のアナログディスプレイと同様の閾値電圧の曲線の勾配が高く、コントラストの角度依存性が低い(独国特許第3022818号明細書)場合には、誘電体異方性がさらに低くても十分である。それにより、第1最小値で本発明の混合物を用いると、シアノ化合物との混合物の場合よりも得られる抵抗率は著しく高くなる。当業者であれば、個々の成分及びそれらの質量比率を適当に選択することにより、単純なルーチンワークで、当該成分の所定の層厚に必要な複屈折を設定することができる。
電圧保持比(HR)[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)]の測定により、式CCの化合物を含む本発明の混合物が、
本発明に係る液晶混合物は、ネマチック相を−20℃以下、好ましくは−30℃以下、特に好ましくは−40℃以下に維持し、透明点を120℃以上にし、誘電体異方性値をΔε≧4、好ましくは≧8、とし、かつ、抵抗率の値を高くすれば、本発明の優れた光バルブを得ることができる。特に、混合物は低い動作電圧により特徴付けられる。TN閾値は、2.0V未満、好ましくは1.5V未満、特に好ましくは1.3V未満である。
本発明の液晶混合物の透明点は、好ましくは125℃以上、好ましくは130℃以上、特に好ましくは135℃以上、特に好ましくは140℃以上、特に145℃以上である。
本発明の液晶混合物の光学異方性(Δn)は、0.050〜0.110、好ましくは0.060〜0.100、特に好ましくは0.080〜0.090、特に好ましくは0.070〜0.085の範囲である。
本発明の混合物の20℃での回転粘度γ1は、好ましくは<350mPa・s、特に好ましくは<300mPa・sである。ネマチック相の範囲は、好ましくは少なくとも140K、特に少なくとも180Kである。この範囲は、好ましくは、少なくとも−40°〜+140°に及ぶ。
単独で、及び互いに組み合わせて、好ましい本発明のさらなる実施形態を以下に示す(以下に用いられる頭字語の意味は、以下に示される表AからDのとおりである)。
− 媒体中の式CCの化合物の全濃度は、35%以上、好ましくは45%以上、特に好ましくは50%以上、特に好ましくは55%以上、特に60%以上である。
− 媒体中の式CC及びIの化合物の全濃度は、35%以上、好ましくは45%以上、特に好ましくは50%以上、特に好ましくは55%以上である。
− 媒体は、式CCの1又はそれ以上の化合物を全濃度で、34%〜100%、好ましくは40%〜95%、特に好ましくは45%〜75%の範囲で含む。
− 媒体は、式CC及びIの1又はそれ以上の化合物を全濃度で、34%〜100%、好ましくは40%〜95%、特に好ましくは45%〜75%の範囲で含む。
− 媒体中の式IIの化合物の全濃度は、40%以下、好ましくは37%以下、特に好ましくは33%以下、特に好ましくは30%以下、特に25%以下である。
− 媒体中の式IIの化合物が存在する場合のその全濃度は、2%〜35%、好ましくは5%〜30%、特に好ましくは10%〜25%である。
− 式CC及びIIの化合物の媒体中の全濃度は、35%〜100%、好ましくは60%〜90%、特に好ましくは62%〜85%、特に好ましくは65%〜80%である。
− 式IV−1、IV−2、IV−3、IV−4、IV−5、IV−6及びIV−7の化合物の媒体中の全濃度は、3〜25%、好ましくは5〜18%、特に好ましくは8〜16%である。媒体は、好ましくは式IV−5の少なくとも1つの化合物を含む。
− 媒体は、式IV−1の化合物1、2、3又はそれ以上を、全濃度0〜25%、好ましくは0.5〜15%、特に好ましくは1〜10%、特に好ましくは2〜5%で含む。
− 媒体は、式IV−1の化合物1、2、3又はそれ以上を全濃度25%以下で含む。
− 式IV−7、IV−8、IV−9、IV−10、IV−11、IV−12及びIV−13の化合物の全濃度は、2〜20%、好ましくは4〜16%、特に好ましくは6〜13%である。媒体は、好ましくは、式IV−8又はIV−11の少なくとも1つの化合物、特に好ましくはIV−11を含む。
− 媒体は、式IIA及び/又はIIBの1又はそれ以上の化合物及び式IV−11の1又はそれ以上の化合物を含む。
− 媒体は、化合物IIA、IIB及びIIIの群から選択される1又はそれ以上の化合物、好ましくはCCGU−n−F、CCPU−n−F、CCCG−n−F、CCCQU−n−F、CCCQU−n−OT及びCDUQU−n−Fから選択される1又はそれ以上の化合物を、全濃度3%〜15%、好ましくは5%〜13%、特に7%〜10%で含む。
− 媒体は、1、2、3又はそれ以上の化合物CCU−n−O1Dを全濃度で、好ましくは20〜60%、特に好ましくは25〜50%、さらに特に好ましくは30〜40%で含む、
及び/又は
1、2、3又はそれ以上の化合物CCU−n−ODを全濃度で、好ましくは30%から65%、特に好ましくは40%から60%、そして特に好ましくは45%から55%で含む。
− 媒体は、1、2、3、4又はそれ以上の化合物CCG−n−Fを全濃度で、好ましくは20〜70%、特に好ましくは40〜65%、特に好ましくは45〜55%で含む。
− 媒体は、1、2、3又はそれ以上の化合物CCU−n−Fを全濃度で、好ましくは5%〜60%、特に好ましくは10%〜45%、さらに特に好ましくは20%〜30%で含む。
− 媒体は、3又はそれ以上の化合物CCG−n−F及び3以上の式CCU−n−Fの化合物を含む。
− 媒体は、化合物CCG−1−Fを含む。
− 媒体は、1、2、3又はそれ以上の化合物CCP−n−Clを、全濃度で、好ましくは30〜70%、特に好ましくは40〜60%、特に好ましくは45〜55%の範囲で含む。
− 媒体は、2、3又はそれ以上の化合物CCEG−n−F及び3又はそれ以上の式CCP−n−Clの化合物を含む。
− 媒体は、1、2、3、4又はそれ以上の化合物CCEG−n−Fを含む。
− 媒体は、3以上の化合物CCEG−n−F及び3以上の式CCU−n−Fの化合物を含む。
− 媒体は、化合物CCEG−1−Fを含む。
− 媒体は、2、3又はそれ以上の化合物CCEG−n−F及び3又はそれ以上の式CCP−n−Clの化合物を含む。
− 媒体は、2、3又はそれ以上の化合物CCEP−n−Fを、全濃度で、好ましくは20〜60%、特に好ましくは30〜50%、特に好ましくは35〜45%で含む。
− 媒体は、CCEP−1−Fを全濃度で、好ましくは15%〜35%、特に好ましくは20%〜30%、特に好ましくは23%〜27%で含む。
− 媒体は、2、3又はそれ以上の化合物CCEU−n−F及び化合物CCEP−n−F及びCCEG−n−Fから選択された2、3又はそれ以上の化合物を含む。
− 媒体中、不飽和側鎖(Rはアルケニル又はアルキニル)を含む化合物の割合は0〜10%、好ましくは0.5〜5%、特に好ましくは1〜2%である。
− 媒体中の式CCの化合物の全濃度は、35%以上、好ましくは45%以上、特に好ましくは50%以上、特に好ましくは55%以上、特に60%以上である。
− 媒体中の式CC及びIの化合物の全濃度は、35%以上、好ましくは45%以上、特に好ましくは50%以上、特に好ましくは55%以上である。
− 媒体は、式CCの1又はそれ以上の化合物を全濃度で、34%〜100%、好ましくは40%〜95%、特に好ましくは45%〜75%の範囲で含む。
− 媒体は、式CC及びIの1又はそれ以上の化合物を全濃度で、34%〜100%、好ましくは40%〜95%、特に好ましくは45%〜75%の範囲で含む。
− 媒体中の式IIの化合物の全濃度は、40%以下、好ましくは37%以下、特に好ましくは33%以下、特に好ましくは30%以下、特に25%以下である。
− 媒体中の式IIの化合物が存在する場合のその全濃度は、2%〜35%、好ましくは5%〜30%、特に好ましくは10%〜25%である。
− 式CC及びIIの化合物の媒体中の全濃度は、35%〜100%、好ましくは60%〜90%、特に好ましくは62%〜85%、特に好ましくは65%〜80%である。
− 式IV−1、IV−2、IV−3、IV−4、IV−5、IV−6及びIV−7の化合物の媒体中の全濃度は、3〜25%、好ましくは5〜18%、特に好ましくは8〜16%である。媒体は、好ましくは式IV−5の少なくとも1つの化合物を含む。
− 媒体は、式IV−1の化合物1、2、3又はそれ以上を、全濃度0〜25%、好ましくは0.5〜15%、特に好ましくは1〜10%、特に好ましくは2〜5%で含む。
− 媒体は、式IV−1の化合物1、2、3又はそれ以上を全濃度25%以下で含む。
− 式IV−7、IV−8、IV−9、IV−10、IV−11、IV−12及びIV−13の化合物の全濃度は、2〜20%、好ましくは4〜16%、特に好ましくは6〜13%である。媒体は、好ましくは、式IV−8又はIV−11の少なくとも1つの化合物、特に好ましくはIV−11を含む。
− 媒体は、式IIA及び/又はIIBの1又はそれ以上の化合物及び式IV−11の1又はそれ以上の化合物を含む。
− 媒体は、化合物IIA、IIB及びIIIの群から選択される1又はそれ以上の化合物、好ましくはCCGU−n−F、CCPU−n−F、CCCG−n−F、CCCQU−n−F、CCCQU−n−OT及びCDUQU−n−Fから選択される1又はそれ以上の化合物を、全濃度3%〜15%、好ましくは5%〜13%、特に7%〜10%で含む。
− 媒体は、1、2、3又はそれ以上の化合物CCU−n−O1Dを全濃度で、好ましくは20〜60%、特に好ましくは25〜50%、さらに特に好ましくは30〜40%で含む、
及び/又は
1、2、3又はそれ以上の化合物CCU−n−ODを全濃度で、好ましくは30%から65%、特に好ましくは40%から60%、そして特に好ましくは45%から55%で含む。
− 媒体は、1、2、3、4又はそれ以上の化合物CCG−n−Fを全濃度で、好ましくは20〜70%、特に好ましくは40〜65%、特に好ましくは45〜55%で含む。
− 媒体は、1、2、3又はそれ以上の化合物CCU−n−Fを全濃度で、好ましくは5%〜60%、特に好ましくは10%〜45%、さらに特に好ましくは20%〜30%で含む。
− 媒体は、3又はそれ以上の化合物CCG−n−F及び3以上の式CCU−n−Fの化合物を含む。
− 媒体は、化合物CCG−1−Fを含む。
− 媒体は、1、2、3又はそれ以上の化合物CCP−n−Clを、全濃度で、好ましくは30〜70%、特に好ましくは40〜60%、特に好ましくは45〜55%の範囲で含む。
− 媒体は、2、3又はそれ以上の化合物CCEG−n−F及び3又はそれ以上の式CCP−n−Clの化合物を含む。
− 媒体は、1、2、3、4又はそれ以上の化合物CCEG−n−Fを含む。
− 媒体は、3以上の化合物CCEG−n−F及び3以上の式CCU−n−Fの化合物を含む。
− 媒体は、化合物CCEG−1−Fを含む。
− 媒体は、2、3又はそれ以上の化合物CCEG−n−F及び3又はそれ以上の式CCP−n−Clの化合物を含む。
− 媒体は、2、3又はそれ以上の化合物CCEP−n−Fを、全濃度で、好ましくは20〜60%、特に好ましくは30〜50%、特に好ましくは35〜45%で含む。
− 媒体は、CCEP−1−Fを全濃度で、好ましくは15%〜35%、特に好ましくは20%〜30%、特に好ましくは23%〜27%で含む。
− 媒体は、2、3又はそれ以上の化合物CCEU−n−F及び化合物CCEP−n−F及びCCEG−n−Fから選択された2、3又はそれ以上の化合物を含む。
− 媒体中、不飽和側鎖(Rはアルケニル又はアルキニル)を含む化合物の割合は0〜10%、好ましくは0.5〜5%、特に好ましくは1〜2%である。
媒体中に存在する化合物の全濃度は100%である。媒体中の上記化合物の濃度は100%又はそれ以下である。
式CC、I、II、IIA、IIB及びIII〜Vの化合物から選択される1又はそれ以上の化合物を用いる本発明の液晶混合物は、従来技術と比較して複屈折値が低く、かつ、ネマチック相が広く、透明点が極めて高く、及び、スメクチックーネマチック転移温度が低いことが観察され、保存安定性が改善されることが見出された。式CC、式I及び式IIの1又はそれ以上の化合物、及び、式II−A及び/又は式IIIB及び/又は式III及び/又は式IVの1又はそれ以上の化合物を含む混合物が特に好ましい。上記化合物はすべて無色で安定しており、また、互いに他の液晶材料と容易に混和する。
式CC、I、II、IIA、IIB及びIII対Vの化合物の最適混合比は、所望の特性、式CC、I、II、IIA、IIB及びIII対Vの成分の選択、及び場合によってはその他の成分の選択に実質的に依存する。
上記の範囲内の適当な混合比は、ケースバイケースで容易に決定しうる。
本発明の混合物中の式CC、I、II、IIA、IIB及びIII〜Vの化合物の総量は重要ではない。したがって、混合物は、様々な特性を最適化するため、1又はそれ以上のさらなる成分を含んでよい。しかしながら、応答時間及び閾値電圧に対する観察された効果は、一般に、式CC、I、IIA、IIB、II及びIIIの化合物の全濃度に応じて高まる。さらに、式IIA、IIB、III及びIVの化合物の比率が高まれば、透明点が高くなる。
偏光子、電極ベースプレート、及び表面処理を施した電極で構成される本発明の光バルブの構造は、この種類の構成要素の通常の設計に対応する。用語「通常の設計」は、本明細書では広く解釈され、また、構成要素、特に、ポリSiTFT又はMIMに基づくマトリクス表示要素のすべての派生物及び修正を包含する。
しかしながら、本発明の液晶光バルブと、ねじれネマチックセルを用いた従来のディスプレイとでは、液晶層の液晶パラメータの選択が著しく相違する。
本発明により用いることができる液晶混合物それ自体は、公知の方法で調製される。一般に、成分の所望量がより少量であれば、有利には高温で、主成分を構成する成分に溶解される。また、アセトン、クロロホルム又はメタノール等の有機溶媒中の成分の溶液を十分に混合した後、例えば蒸留により溶媒を再度除去してもよい。
誘電体にはまた、当業者に公知で、文献に記載されたさらなる添加剤が含まれてもよい。例えば、多色染料又はキラルドーパントを0〜15%添加してもよい。
Cは結晶相、Sはスメクチック相、SCはスメクチックC相、Nはネマチック相、Iは等方相である。
V10は、10%透過(プレート表面に対して垂直方向)の電圧である。tonは、V10の値の2.0倍に相当する動作電圧でのスイッチオン時間であり、toffはそのスイッチオフ時間である。Δnは光学異方性であり、noは屈折率である。Δεは誘電体異方性(Δε=εII-ει、ここでεIIは分子の長軸に平行な誘電率であり、ειはそれに垂直な誘電率である)である。特に明記しない限り、電気光学データは、TNセル中で、20℃で、第1最小値(すなわち、d Δn値0.5)で測定した。特に明記しない限り、光学データは20℃で測定した。
本発明及び以下の実施例において、液晶化合物の構造は頭字語を用いて示され、以下の表A〜Cで化学式へ変換される。すべての基CnH2n+1、CmH2m+1及びClH2l+1又はCnH2n、CmH2m及びClH2lは直鎖アルキル基又はアルキレン基であり、炭素原子は各々n、m及びl個である。表Aでは化合物の核となる環要素のコードを示し、表Bでは架橋単位を示し、表Cでは分子の左右の末端基の記号の意味を示す。頭字語は、場合によっては連結基を備える環要素のコードで構成され、続いて第1ハイフンと左側の末端基のコード、第2ハイフンと右側の末端基のコードから構成される。表Dでは、それらの化合物の例示的な構造を、各々略号とともに示す。
表A:環要素
好ましくは、本発明の混合物は、式CCの化合物及び下記の化合物の1又はそれ以上の化合物を含む。
以下の省略形が用いられる:
(n,m,zは、互いに独立であり、それぞれが整数であり、好ましくは1〜6である)
表D
(n,m,zは、互いに独立であり、それぞれが整数であり、好ましくは1〜6である)
表D
表Fは、本発明の混合物中の式CCの化合物及び好ましく用いることができる安定剤を示す。ここでパラメータnは、1〜12の範囲の整数を示す。特に、示されたフェノール誘導体は、抗酸化剤として作用するため、さらなる安定剤として用いることができる。
表F
表F
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。上下の比率(%)は質量%である。温度はすべて℃で表す。Schmp.は融点T(N,I)=透明点である。K=結晶状態、N=ネマチック相、S=スメクチック相、I=等方相である。これらの記号間のデータは遷移温度である。△nは光学異方性(589nm、20℃)、Δεは誘電異方性(1kHz、20℃)、流動粘度v20(mm2/秒)及び回転粘度γ1(mPa・s)は、各々20℃で測定した。
Claims (18)
- 式CC
式中、
RCは、炭素原子が1〜15個であるアルキル基、アルケニル基又はアルコキシ基であり、ここで、
メチレン基は、以下の
で置換されてよく、かつ、
いずれの場合にも、1又はそれ以上の水素原子がフッ素原子で置換されてよく、
XCは、フッ素原子、塩素原子、炭素原子が6個以下であるハロゲン化アルキル基、ハロゲン化アルケニル基、ハロゲン化アルコキシ基又はハロゲン化アルケニルオキシ基であり、
ZC1及びZC2は、互いに独立して、−CH2CH2−又は単結合であり、
LC1及びLC2は、互いに独立して、水素原子又はフッ素原子であり、
LC3及びLC4は、互いに独立して、水素原子又はメチルである;
で表される1又はそれ以上の化合物を含み、かつ、透明点が120℃又はそれ以上である、液晶の媒体。 - 前記媒体中の式CCの1又はそれ以上の化合物の全濃度が55質量%又はそれ以上である、請求項1に記載の媒体。
- 前記媒体の複屈折が、20℃かつ波長が589.3nmで、0.060〜0.100である、請求項1又は2に記載の媒体。
- 前記媒体が、式CP
式中、
Rpは、炭素原子が1〜15個であるアルキル基、アルケニル基又はアルコキシ基であり、ここで、
メチレン基は、以下の
で置換されてよく、かつ、
いずれの場合にも、1又はそれ以上の水素原子がフッ素原子で置換されてよく、
APは、1又は2の非隣接CH2基が−O−で置換されてよい1,4−シクロヘキシレン、又は1若しくは2のCH基が窒素原子で置換されてよい1,4−フェニレンであり、
XPは、フッ素原子、塩素原子、炭素原子が6個以下であるハロゲン化アルキル基、ハロゲン化アルケニル基、ハロゲン化アルコキシ基又はハロゲン化アルケニルオキシ基であり、
ZPは、互いに独立して、−CH2CH2−又は単結合であり、
LP1とLP2は、互いに独立して、水素原子又はフッ素原子である;
で表される1又はそれ以上の化合物を全濃度2%又はそれ以下で含む、請求項1〜3のいずれか一項に記載の媒体。 - 前記媒体が、さらに、式II
式中、
R2は、炭素原子が1〜15個であるアルキル基、アルケニル基又はアルコキシ基であり、ここで、
メチレン基は、以下の
で置換されてよく、かつ、1又はそれ以上の水素原子がフッ素原子で置換されてよく、
は、各々が同一の場合であっても、異なる場合であっても、
であり、
L21及びL22は、互いに独立して、水素原子又はフッ素原子であり、
L25は、水素原子又はメチルであり、
X2は、フッ素原子、塩素原子、CN、炭素原子が1〜6個であるハロゲン化アルキル基、ハロゲン化アルケニル基、ハロゲン化アルコキシ基又はハロゲン化アルケニルオキシ基である;
で表される、1又はそれ以上の化合物を、全濃度40%以下でさらに含む、請求項1〜6のいずれか一項に記載の媒体。 - 電気光学的な目的のための、請求項1〜12のいずれか一項に記載の液晶の媒体の使用。
- 車両用照明装置又は液晶ディスプレイにおける液晶光バルブのための、請求項13に記載の使用。
- 請求項1〜12のいずれか一項に記載の液晶の媒体を含む、電気光学部品。
- 前記部品が液晶光バルブである、請求項15に記載の電気光学部品。
- 請求項15又は16に記載の電気光学部品を含む、車両用照明装置。
- 請求項15に記載の電気光学部品を含む、液晶ディスプレイ。
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