JP4642334B2 - 液晶媒体および液晶ディスプレイ - Google Patents

Description

本発明は、キラルネマチック液晶のフレキソエレクトリック効果を活用する液晶ディスプレイ、および特に液晶材料を均一位置するらせんモードにする操作のための配向方法に関する。

液晶ディスプレイ（ＬＣＤｓ）は情報ディスプレイに広範に用いられている。用いられる電気光学的モードは、例えば、ねじれネマチック（ＴＮ）モード、超ねじれネマチック（ＳＴＮ）モード、光学補償ベンド（ＯＣＢ）モードおよび電界効果復屈折（ＥＣＢ）モードとそれらの種々の変種などである。これらのモードは全て、基板と液晶層にそれぞれ実質的に直角な電界を使用しているが、これらの他に、基板と液晶層にそれぞれ実質的に平行な電界を用いる、例えば面内応答モード（ＩＰＳ）（例えば、特許文献１および特許文献２に開示されている）などもある。とりわけ、この電気光学的モードは、最新のデスクトップモニタ用のＬＣＤに用いられている。ＩＰＳディスプレイでは、強誘電性液晶ディスプレイ（ＦＬＣＤｓ）のように液晶は、ディスプレイの面内で好ましい配向の分子軸にスイッチする。したがって、スイッチングの間に複屈折変化はなく、結果的に光学的効果は中間色である。

均一に位置するらせん組織（Ｕｎｉｆｏｒｍｌｙ Ｌｙｉｎｇ Ｈｅｌｉｘ ｔｅｘｔｕｒｅ）でのコレステリック液晶のフレキソエレクトリック効果を用いるディスプレイは、(Phys. Rev. Lett. 58 (15), p. 1538-1540 (1987))に提案されている。本明細書中、キラルネマチックおよびコレステリックの用語は、他に明示的に述べられてない場合、同意語として用いられる。フレキソエレクトリック効果それ自体は、メイヤー（Meyer）から既知であり(Phys. Rev. Lett. 22, p. 918 ff (1969))、最近ルドゥクイスト（Rudquist）らにより概説されている(Liq. Cryst. 22 (4), 445-449 (1997)。

フレキソエレクトリックデバイスのための、短いコレステリックピッチを伴う液晶組成物は、特許文献３および４、Coles et al., J. Mater. Chem., 11, p. 2709-2716 (2001)から既知である。特許文献３には、メソゲン性エストラジオールが高いフレキソエレクトリック係数を有する旨記載されている。特許文献４には、ビメソゲン性化合物およびフレキソエレクトリックデバイスでのそれらの使用を記載している。

均一に位置するらせん（ＵＬＨ）組織において、短いピッチを有するコレステリック液晶は、らせん軸を基板、例えば液晶セルのガラスプレートに平行な単一方向に配向させる。コレステリック液晶のらせん軸は、複屈折プレートの光軸に相当する。その均一に位置するらせん組織は、典型的には０.２μｍ〜１.０μｍ、好ましくは大きくとも１.０μｍ、特に大きくとも０.５μｍの範囲の短いピッチを有するキラルネマチック液晶を用いて、一般的に実現される。

電界を基板上、好ましくはそれらの内部表面の電極に印加すると、この構成、すなわちらせん軸の法線で、光軸は、セル面内で回転する。この回転は、強誘電性液晶ディスプレイを安定化する表面の強誘電性液晶のディレクターの回転と同様である。フレキソエレクトリック効果は、典型的には６０μｓ〜１００μｓの範囲の速い応答時間で特徴づけられる。それは更に、優れたグレイスケール性能で特徴づけられる。

電界は、誘発されたディレクターの広がり（スプレー）−曲げ（ベント）変形と本質的、フレキソエレクトリック的に連結しているとみることができる。第一次近似で軸の回転の角度は電界強度とに、直接的かつ一次的に比例する。液晶セルが、偏光子の吸収軸に対して２２.５°の角度で、非印加状態の光軸を有する交差偏光子の間に置いた場合、光学的効果を最も観察することができる。この２２.５°の角度もまた、電界を印加したらせん軸の理想的な回転角度であり、従って、電界を逆転させることにより、光軸は４５°まで回転し、らせん軸、偏光子の吸収軸、電界の方向の好ましい方向の相対的配向を適切に選択することにより、光軸は、一つの偏光子に平行から、双方の偏光子の間の中央角にスイッチすることができる。光軸のスイッチングの全角度が４５°である場合、最適コントラストが達成される。配置がスイッチ可能な４分の１波長板として用いることができる場合、与えられた光学的遅れ、すなわち、セルギャップと液晶の効果的複屈折との積が、波長の４分の１に選択される。本明細書中、他で明示的に述べない場合、波長は５５０ｎｍ、人間の目の感度が最も高い波長をあらわす。

光軸（Φ）の回転角は、式（１）による良い近似で与えられる。

ここで、
Ｐ_０は、コレステリック液晶の影響を受けないピッチであり、

は、広がり（スプレー）フレキソエレクトリック係数（ｅ_{ｓｐｌａｙ}）と曲げ（ベント）フレキソエレクトリック係数（ｅ_ｂｅｎｄ）の平均［＝１／２(ｅ_{ｓｐｌａｙ}＋ｅ_ｂｅｎｄ）］であり、
Ｅは、電界強度であり、および
Ｋは、広がり（スプレー）弾性定数（ｋ_１１）と曲げ（ベント）弾性定数（ｋ_３３）の平均[Ｋ＝１／２（ｋ_１１＋ｋ_３３）]であり、
およびここで比

は、フレキソ−３単性定数比と呼ばれる。
この回転角（Φ）は、フレキソエレクトリックスイッチング素子の半分のスイッチング角である。

この電気光学的効果の応答時間（τ）は、式（２）に良い近似で与えられる。

ここで、

はらせんのねじれと関連する効果的な粘度係数である。
らせんをほどく臨界電界（Ｅ_ｃ）は、式（３）から得ることができる。

ここで、
ｋ_２２はねじれ弾性定数であり、
ε_Oは真空での誘電率であり、および
Δεは液晶の誘電異方性である。

ネマチック材料に混合したキラルな物質は、材料をキラルネマチック材料に変形させる、らせんねじれを誘発させ、それはコレステリック材料に相当する。キラルネマチックとコレステリックの用語は、他に明示的に述べてない場合は、本明細書中では同意語として用いる。しかし、純粋なコレステリック材料とキラルネマチック混合物の一つの違いは、後者のコレステリックピッチが、かなり容易に大きい範囲にわたって変化することができることである。キラル物質により誘発されたピッチは、用いられるキラル材料の濃度に、第一次近似で反比例する。この関係の比例定数は、キラル物質のらせんねじれ力（ｈｅｌｉｃａｌ ｔｗｉｓｉｔｉｎｇ ｐｏｗｅｒ）（ＨＴＰ）と呼ばれ、

ここで、
ｃはキラル化合物の濃度である
式（４）で定義される。

これらのディスプレイのために、改善された性質を有する新規液晶媒体が要求される。とりわけ、複屈折（Δｎ）は、光学的モードのために最適化されるべきである。すなわち、光学的リタデーション（ｄ・Δｎ）は、式（５）

ここで、
ｄはセルギャップであり、および
λは光の波長である、
で表される前記式（５）を、好ましくは満たす。式（４）の右辺の偏差許容範囲は、＋／−３％である。

本明細書中であらわされる光の波長は、他で特に特定してない場合は、一般的に５５０ｎｍである。
ＵＬＨモードを用いるフレキソエレクトリックディスプレイは、面内スイッチング（ＩＰＳ）および強誘電性ディスプレイのように、本質的に非常に広い視野角を伴う黒および白応答を有する。従って、カラー表現は、ほとんど観察角度に依存しない。この事実は、ＴＮ、ＳＴＮおよびＥＣＢディスプレイのように、複屈折効果を活用するディスプレイに対する状況とは肯定的に対照的である。

ＩＰＳディスプレイと比較して、フレキソエレクトリックディスプレイは、それらの極端に速い応答時間で特徴付けられ、ＦＬＣＤｓと比較して、それらは、グレイスケールの直接表現を許容し、電圧依存スイッチング角度を有し、およびＦＬＣＤｓの場合のように双安定応答を示さないので、それらは好ましい。

しかしながら、今まで、単軸に位置するらせん組織でのコレステリック液晶の配向を良好な再現可能な方法で達成するためには問題があった。上記のColes et al., J. Mater. Chem., 2001, 11, pp. 2709-2716では、キラル添加剤を含有し、ブルー層を示すモノメソゲン性液晶は、単軸に位置するらせん組織の容易な形成を促進することを報告している。そのような材料を、少なくとも１つが面配向のために配向層を伴う２つの壁の間の液晶セルに含ませると、それらはブルー層のときに、交流電界を材料と交差して印加すると、自然に単一に位置するらせん組織を形成する。その後に、電界を印加しながら、サンプルを冷却してコレステリック層にする。この場合、均一配向を達成するために、液晶サンプルのシアリングのような機械的な操作は必要ない。しかしながら、この文献は、モノメソゲン性液晶材料に基づくコレステリック液晶材料のみを開示し、ビメソゲン性液晶には指摘すらしていない。

さらに、Blatch et al., J. Mater. Chem., 1997, 7(1), pp. 9-17には、スペーサ基に奇数個の原子を有するビメソゲン性液晶を含み、さらに大きくとも５００ｎｍのらせんピッチを達成するのに十分なキラル中心を含む液晶材料が、一般的にブルー相を示すことを報告している。

独国特許出願公開第４０００４５１号明細書（ＤＥ４０００４５１） 欧州特許出願公開第０５８８５６８号明細書（ＥＰ０５８８５６８） 欧州特許出願公開第０９７１０１６号明細書（ＥＰ０９７１０１６） 英国特許第２３５６６２９号明細書（ＧＢ２３５６６２９）

従って、速いスイッチング、すなわち、例えば、コンピューターモニター、テレビジョンセットその他同種のもののためのスクリーン、マルチメディア媒体用途のためのディスプレイ、携帯用テレコミュニケーションデバイス、現金自動預け払い機、および光変調器などの、実用化ための小さい応答時間を有する液晶媒体に対する大きな需要がある。それらは、広いネマチック相範囲、低い粘度、低いΔε、高いフレキソエレクトリック係数、十分に高い抵抗値、および特に、用いられるディスプレイモードに依存したセル厚さに対して、適切に最適化された光学的異方性Δｎを有さなければならない。

本発明液晶ディスプレイは、ＵＬＨ組織で配向しているキラルネマチックデバイスのフレキソエレクリック効果を用いる。それらは好ましくは、ディスプレイまたは光に対するスイッチのような電気光学的デバイスに用いられ、または例えば光学的構成部品に用いられる。

そのセルのセルギャップは、好ましくは、１μｍ〜２０μｍの範囲、特に２.０μｍ〜１０μｍの範囲である。
好ましくは、本発明ディスプレイは、アクティブマトリクス、すなわち非線形電流−電圧特性を有する能動的電気素子のマトリクスで駆動する。これらの能動的素子は好ましくは、薄膜トランジスタ（ＴＦＴｓ）である。それらは、投影型ディスプレイだけでなく、直視型で用いることができる。しかしながら、本発明液晶は、他の駆動手法でディスプレイに有利に用いることができる。

驚くべきことに、本質的に非対称な系を用いて交流の電界を印加することで、キラルネマチック液晶媒体をＵＬＨ組織に配向することができることを見出した。
この非対称は、容易に以下の方法で系に導入することができる。第１の好ましい態様は、ディスプレイの基板の内部表面を、液晶が混合配向するように処理する。これは、他の面はホメオトロピック配向を誘発するのに対し、一つの表面がホメオジニアス配向とも呼ばれる面配向を誘発することを意味する。双方の配向では明らかに、液晶が有限な表面チルト角を示すことができる。

本発明によるこれらのディスプレイは、従来のディスプレイの欠点を示さないか、または少なくとも極めて小さい程度にそれらを示す。
好ましくは、本発明ディスプレイに用いられる液晶材料は、誘発されたキラルネマチック相を有する。
液晶媒体の基礎混合物は、好ましくは、セルの面内でらせん軸の配向を促進させるために、正の誘電異方性を有する。しかし、同時に、基礎混合物の誘電異方性には限界があるべきである。さもなければらせん軸の所望のフレキソエレクトリックスイッチングの代わりに、電界を印加するとらせんを望ましくない誘電的にほどくことになってしまうからである。

液晶混合物の誘電異方性は、好ましくは、０〜１０、特に０.１〜５の範囲である。
混合物のらせん構造をほどく電圧は、典型的に、作動温度での５μｍ厚セルに対して、少なくとも３０Ｖで、好ましくは少なくとも５０Ｖである。

液晶混合物に対するスイッチング角は、典型的に少なくとも１０Ｖの電圧で、作動温度の５μｍ厚セルに対して、典型的に少なくとも５°、好ましくは少なくとも１０°、より好ましくは少なくとも１５°、とりわけ２２.５°である。

本発明による改善された液晶ディスプレイは、以下の条件を満たす。それらは、
−１組の基板
−それぞれが１つまたは２つ以上の電極を有し、および
−それらの少なくとも１つが、液晶の面配向のための配向層を有する、または別の方法で、液晶の面配向のために処理される、
−以下を含むコレステリック液晶材料
−２種のメソゲン部位間のスペーサ基に、奇数または偶数、好ましくは奇数個の原子を有し、非対称構造である１種または２種以上のビメソゲン性化合物からなる成分Ａ、
−１種または２種以上の化合物からなるキラル成分、成分Ｂ、ここで
−コレステリック液晶材料は、らせんピッチが好ましくは５００ｎｍ以下、より好ましくは４００ｎｍ以下、最も好ましくは大きくとも３００ｎｍ以下で、均一に位置するらせん構造で配向し、および以下の条件を満足することを特徴とし、
−双方の基板が液晶の面配向のための配向層を有する、または別の方法で、液晶の面配向のために処理される、および
−成分Ａは１種または２種以上のビメソゲン性化合物を非対称構造で含む、
で表される前記基板およびコレステリック液晶材料を含む。

好ましくは、キラル成分である成分Ｂは１種または２種以上のキラル化合物からなる。
好ましくは、ビメソゲン成分である成分Ａは、式Ｉ−１〜Ｉ−３の群から選択される１種または２種以上の化合物を含み、

式中、
Ｘ^１１およびＸ^１２は、互いに独立して、ＣＮ、Ｆ、Ｃｌまたはフッ素化アルキルまたはフッ素化アルコキシで、それぞれ１〜４個の炭素原子を有し、好ましくはＣＮ、ＦまたはＣｌ、最も好ましくはＣＮまたはＦで、式Ｉ−１およびＩ−２のＸ^１１およびＸ^１２が互いに異なる条件であり、および
ｎは、３〜１７、好ましくは５〜１３の範囲での奇数の整数である。

任意にビメソゲン性成分である成分Ａは、式Ｉ’−１〜Ｉ’−３、即ち前記Ｉ−１〜Ｉ−３のパラメーターにおいて、Ｘ^１１およびＸ^１２が式Ｉ’−１およびＩ’−２においては同一で、および／またはｎが２〜１８の範囲の偶数であること以外は、上記意味を有する前記Ｉ’−１〜Ｉ’−３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。

好ましくは、ビメソゲン性成分である成分Ａは、式ＩＩａの１種または２種以上の化合物、好ましくは式ＩＩ−１およびＩＩ−２の群から選択される少なくとも２つの異なる式のそれぞれの１種または２種以上の化合物を含み、

ここで、
Ｘ^２１およびＸ^２２は、上記式Ｉ’−１〜Ｉ’３のＸ^１１およびＸ^１２に与えられる意味を有し、
ｎは２〜１８の範囲の整数である。

好ましくは、キラル成分である成分Ｂは１種または２種以上の式ＩＩＩの化合物を含み、

ここで、
Ｒ^３１およびＲ^３２は、互いに独立して、それぞれ１〜１７個のＣ原子を有するアルキルまたはアルコキシ、またはそれぞれ２〜１７個のＣ原子を有するアルケニル、アルケニルオキシまたはオキサアルキルで、それらのすべてが任意にフッ素化され、好ましくはＲ^３１およびＲ^３２はそれぞれ同一で、最も好ましくはそれらはｎ−アルキルである。
１つまたは２つ以上のフェニル環は任意にフッ素化されてよい。

本発明の好ましい態様による、改善された液晶ディスプレイは、大きくとも５００ｎｍ、好ましくは大きくとも４５０ｎｍ、とりわけ好ましくは大きくとも４００ｎｍの液晶材料のコレステリックピッチを誘発する、キラル成分（成分Ｂ）を含む。

上記した態様と異なる本発明のさらに好ましい態様では、液晶材料を配向させるために印加する交流の電界は、好ましくは、らせんをほどくための臨界電界より小さい。実用的な理由で、それは好ましくは、大きくとも１２Ｖ／ｍで、最も好ましくは、大きくとも４Ｖ／ｍである。

上記した態様と異なる本発明のさらに好ましい態様では、面配向のために処理された表面を有する液晶セルを用いる。この態様では、液晶材料を配向させるための開始条件は、グランジャン（Ｇｒａｎｄｊｅａｎ）組織である。前記の２つの態様とは独立したこの態様においては、らせんをほどくために、配向電界強度を印加し、一定の比率で上昇、および／または徐々に臨界電界に上昇させる。これは、本明細書中とりわけ本態様で、好ましい液晶材料が正の誘電異方性を有する場合に、真のホメオトロピック配向を可能とする。それから、均一に位置する良好ならせん配向が達成されるまで、配向電界を確定した時間にわたって、その最高値、好ましくは臨界電圧から徐々に減少させる。この時間は好ましくは、１秒から２時間の範囲、より好ましくは１秒から６００秒の範囲、最も好ましくは１秒から６０秒の範囲である。適切な配向を確保するために、充分な時間を与えなければならないが、生産性の理由から、その時間は、できるだけ短くすべきである。

２０Ｖ／（μｍ・ｍｉｎ）の掃引速度が大部分の場合で有用であると見い出した。
液晶材料のキラルネマチック相は、好ましくは、少なくも摂氏１０℃の範囲、好ましくは少なくとも摂氏２０℃の範囲、最も好ましくは少なくとも３０℃の範囲で広がる。

電界を印加して、本媒体のサンプルで典型的に観察される組織の順序は以下のものである：

本明細書中の組成物との関連で、“含む”は、関連する存在物、例えば媒体または成分が、問題になっている１種または２種以上の化合物の１種または２種以上の成分を、好ましくは少なくとも１０％で、より最も好ましくは少なくとも２０％の全濃度で含有することを意味する。

本明細書中、“主に〜からなる”は、関連する存在物が、問題になっている１種または２種以上の化合物の１種または２種以上の成分の、少なくとも８０％、好ましくは少なくとも９０％、および最も好ましくは少なくとも９５％を含有することを意味する。

本明細書中、“完全に〜からなる”は、関連する存在物が、問題になっている１種または２種以上の化合物の１種または２種以上の成分の、少なくとも９８％、好ましくは少なくとも９９％、および最も好ましくは少なくとも１００．０％を含有することを意味する。

非メソゲン性だけでなく他のメソゲン性化合物もまた、明示的に述べられてない場合、任意におよびある場合有利に、本発明媒体に用いることができる。そのような化合物は、当業者には既知である。
成分Ａは、好ましくは、９０％〜９９.９％、好ましくは９０％〜９５％の濃度で用いられる。
成分Ｂは、好ましくは全濃度の、０．１％〜１０％、好ましくは０．１％〜５％の濃度で用いられる。

任意に、本発明ディスプレイに用いられる媒体は、物理的性質を調整するために、更なる液晶化合物を含むことができる。そのような化合物は、当業者には既知である。本発明媒体の濃度は、好ましくは、０％〜９９．９％である。

好ましくは、本発明で用いられる液晶媒体は、式Ｉ−１〜Ｉ−３、Ｉ’−１〜Ｉ’−３、ＩＩ−１、ＩＩ−２、およびＩＩＩのそれぞれの１種または２種以上の化合物から好ましくは主になる、および最も好ましくは完全になる成分ＡおよびＢの、全体での５０％〜１００％、より好ましくは７０％〜１００％、および最も好ましくは８０％〜１００％、特に９０％〜１００％を含有する。

本発明で用いられる液晶媒体のΔｎは、少なくとも０．２１５、好ましくは０．１００〜０．３００の範囲である。
本発明で用いられる液晶媒体の、１ｋＨｚおよび２０℃でのΔεは、少なくとも０、好ましくは少なくとも５、および好ましくは大きくとも１２である。
本発明で用いられる液晶媒体は、典型的に１００℃から１５０℃の間の、またはそれ以上の透明点により特徴付けられる。

本発明で用いられる液晶媒体のネマチック相は、好ましくは、高くとも２０℃未満、より好ましくは高くとも１５℃未満、最も好ましくは高くとも１０℃未満、とりわけ高くとも５℃未満に広がる。
好ましくは、本発明ディスプレイに用いられる媒体のネマチック相は、少なくとも−５０℃〜１００℃に広がり、ここで少なくともは、好ましくは、下限値はアンダーカットであること、ここで上限値は超えることを意味する。

本明細書中、誘電的に正の化合物の用語はΔε＞３．０を有する化合物を表し、誘電的に中性の化合物は１．５≦Δε≦３．０であり、および誘電的に負の化合物はΔε＜−１．５を有する化合物である。成分に対しても同じことが適用できる。Δεは、１ｋＨｚおよび２０℃で決定される。化合物の誘電異方性は、ネマチックホスト混合物中の個々の化合物の１０％溶液の結果から決定される。これらのテスト混合物の容量は、ホメオトロピックおよびホモジニアス配向を有する双方のセルで決定される。セル双方のタイプのセルギャップは、約１０μｍである。印加される電圧は、１ｋＨｚの振動数を有する矩形の波で、典型的に０．５Ｖ〜１．０Ｖの二乗平均平方根（root mean square）値である。しかしながら、それは、それぞれのテスト混合物の容量性しきい値以下であるように選択される。誘電的に正の化合物のための混合物ＺＬＩ−４７９２、および誘電的に負の化合物だけでなく誘電的に中性の混合物ＺＬＩ−３０８６、Ｍｅｒｃｋ ＫＧａＡ， Ｇｅｒｍａｎｙの双方は、それぞれホスト混合物として用いられる。その化合物の誘電率は、対象の化合物を添加してホスト混合物のそれぞれの値の変化から決定され、対象の化合物の１００％濃度に外そうされる。２０℃の測定温度でネマチック相を有する化合物がそのように測定される。他のすべても化合物同様に処理される。

本明細書中、他で明示的に述べられてない場合、しきい値電圧の用語は光学的しきい値を表し、１０％相対的コントラスト（Ｖ_１０）に対して与えられ、および飽和電圧の用語は光学的飽和を表し、９０％相対的コントラスト（Ｖ_９０）に対して与えられる。明示的に述べられている場合にだけ、容量性しきい値電圧（Ｖ_０、Ｆｒｅｅｄｅｒｉｃｋｓｚ−ｔｈｒｅｓｈｏｌｄとも呼ばれる、Ｖ_Ｆｒ）は用いられる。
本明細書中で与えられるパラメーターの範囲は、他で明示的に述べてない場合、限界値を含むすべてである。

この明細書を通して、他で明示的に述べてない場合、すべての濃度は重量パーセントで与えられ、それぞれの完全な混合物に関し、すべての温度は摂氏（セルシウス）で、および摂氏の温度のすべての差異は、摂氏で与えられる。室温および周囲の温度の２つの双方は、他で明示的に述べられてない場合、２０℃の温度を示す。すべての物理的性質は、”Ｍｅｒｃｋ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌｓ， Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌｓ”， Ｓｔａｔｕｓ Ｎｏｖ． １９９７， Ｍｅｒｃｋ ＫＧａＡ， Ｇｅｒｍａｎｙに従って決定され、他で明示的に述べられてない場合、２０℃の温度に対して与えられる。フレキソエレクトリック材料の性質は、それぞれの材料の透明点以下の摂氏１０℃で与えられる。光学異方性（Δｎ）は、５８９．３ｎｍの波長で決定される。誘電異方性（Δε）は、１ｋＨｚの振動数で決定される。すべての他の電気光学的性質だけでなく、しきい値電圧もＥＥＶ，ＵＫで用意されたテストセルで決定される。Δεの決定のためのテストセルは、２２μｍのセルギャップを有した。

電極は、表面積１．１３ｃｍ^２および保護リングを有するＩＴＯ円形電極であった。配向層はホメオトロピック配向（ε_‖）のためのレシチン、およびホモジニアス配向（ε_⊥）のための、Ｊａｐａｎ Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ ＲｕｂｂｅｒからのポリイミドＡＬ−１０５４であった。容量は、０．３Ｖ_ｒｍｓの電圧を有する正弦波を用いて、周波数応答分析器Ｓｏｌａｔｒｏｎ１２６０で決定した。電気光学的測定で使用した光は白色光であった。用いられるセットアップは、商業的に入手可能な、Ｏｔｓｕｋａ、日本の装置であった。特性電圧は垂直観察で決定された。しきい値（Ｖ_１０）、中間のグレイ（Ｖ_５０）、および飽和（Ｖ_９０）電圧は、それぞれ１０％、５０％および９０％の相対的コントラストのために決定された。

本発明の液晶ディスプレイは、通常の濃度に更なる添加剤およびキラルドーパントを含有することができる。全混合物に基づく、これらの更なる組成物の全濃度は、０％〜１０％、好ましくは、０．１％〜６％の範囲である。用いられる個々の化合物のそれぞれは、好ましくは、０．１％〜３％の範囲である。これらおよび同様の添加剤の濃度は、本願では、液晶成分の濃度および液晶媒体の化合物の値および範囲を考慮に入れてない。
本発明による本液晶媒体は、いくつかの化合物、好ましくは３〜３０種、より好ましくは８〜２０種、最も好ましくは１０〜１６種の化合物からなる。

これらの化合物は通常の方法で混合される。一般的に、より少量で用いられる化合物の所望量を、より多量で用いられる化合物に溶解させる。温度が、より高濃度で用いられる化合物の透明点以上である場合、溶解工程の完結を観測することは特に容易である。しかしながら、他の通常の方法、例えば、化合物の同族または共晶混合物である、いわゆるプレ混合物を用いて、またはいわゆるマルチボトルシステム、混合物自体を用いるために用意された組成物を用いることで、媒体を調製することも可能である。

本発明セルの、本発明による液晶媒体の配向は、セル内で互いに対向し、ホモジニアス配向のための配向手段を伴う主要な内部表面を処理すること、および充填セルへの電界の印加により、典型的に達成される。ホメオトロピック配向のための手段は、例えば斜めに蒸着されたＳｉＯ_ｘのように好ましい方向を有する無機層、または単一方向にラビングされたポリイミドまたはポリアミドフィルムのような好ましい方向を有する、有機層で典型的にはポリマー層である。

液晶の融点Ｔ（Ｃ，Ｎ）、スメクチック（Ｓ）からネマチック（Ｎ）相への遷移Ｔ（Ｓ，Ｎ）、および透明点Ｔ（Ｎ，Ｉ）は、摂氏で与えられる。

本明細書、およびとりわけ以下の例では、液晶化合物の構造は、頭文字とよばれる略記で表される。対応する構造への略記の変換は、以下の表Ａにより正しく進められる。ＣｎＨ２ｎ＋１およびＣｍＨ２ｍ＋１のすべての基は、それぞれｎ、ｍ個のＣ原子を有する直鎖上アルキル基である。

表Ａ

本発明液晶媒体は、好ましくは、
２種または３種以上、好ましくは３種または４種以上の化合物、好ましくは、表Ａの式の化合物の群から選択される、少なくも２種、好ましくは３種の異なる式
を含有する。

例
以下の例は、決して権利範囲を限定することなく、本発明を説明することを意図する。
しかし、それらは典型的な好ましい態様を説明する。それらは典型的で好ましい構成材料の使用を示し、および代表例としてそれらの濃度を説明する。さらに、それらはどの性質が達成でき、およびどの範囲まで修正できるのかを当業者に説明しながら、生成物およびデバイスの物理的性質の可能な変化を示す。特にそれらは、好ましくは達成することができる様々の性質の組み合わせを当業者に示す。

例１〜５
例１〜４の４つの液晶化合物それぞれに３.５％、それぞれ３.７５％のキラル化合物（１Ｏ−ＰＺＰＺ）_２Ｘ^★をドープした（以下の表１参照）。第２化合物の５２％、および第３化合物の４８％のこれら２つの化合物の二成分混合物も調製され、３.５％の同じキラル化合物をドープした（例５）。５つの最終混合物の組成物を以下の表に示す。

これら５つのすべての液晶材料の相範囲を、加熱しながらの示差熱走査熱量測定を用いて決定した。例１および２の材料はブルー相を示した。その結果を他の物理的性質と共に表２に示す。

次に、材料のコレステリックピッチ（Ｐ_０）を選択反射の方法（選択反射の最大波長（λ_ｒ）から式（６）により計算した）で、

材料の透明点より１０度低い温度でＰ＝＋／−５ｎｍの推定精度を伴って決定した。
その後、これら５つの液晶材料のすべてを、ＥＥＶ ＵＫにより提供された４μｍ〜７μｍの範囲の厚さを有する標準アンチ−パラレル配向セルに導入した。

０Ｖ_ｒｍｓ〜１００Ｖ_ｒｍｓの電界強度範囲での、交流の電界を印加して配向挙動を調査し、すべてのサンプルをコレステリック相に配向させるのは容易であることを見出した。その後にコレステリックらせんを巻き戻す臨界電界を透明点より１０度低い温度で決定した。

比較例
９６．５％の１０（ＯＧＰ−Ｆ）_２と３．５％の（１０−ＰＺＰＺ）_２Ｘ^★との混合物を調製した。結果生成物はＣｒ１１３ Ｎ^★１３３Ｉの相順序を有する。コレステリックピッチは４２０ｎｍであった。この混合物を電界のみの適用により、配向させることはできなかった。付加的に機械的なシヤリングで配向させることができた。臨界電界Ｅ_ｃは１３．８Ｖ／μｍであった。

本発明によれば、キラルネマチック液晶媒体をＵＬＨ組織に配向することができる。したがって、本発明ディスプレイは関連産業の発展に資するところ大である。

Claims (12)

1. −１組の基板
   −それぞれが１つまたは２つ以上の電極を有し、および
   −それらの少なくとも１つである第１の基板が、液晶の面配向のための配向層を有する、または別の方法で、液晶の面配向のために処理され、
   −第２の基板が液晶のホメオトロピック配向のための配向層を有する、または別の方法で、液晶のホメオトロピック配向のために処理される、
   −以下を含むコレステリック液晶材料、
   −式Ｉ−１〜Ｉ−３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、
   

   

   式中、
   Ｘ^１１およびＸ^１２は、互いに独立して、ＣＮ、Ｆ、Ｃｌまたはフッ素化アルキルまたはフッ素化アルコキシで、それぞれ１〜４個の炭素原子を有し、式Ｉ−１およびＩ−２においてＸ^１１およびＸ^１２が互いに異なる条件であり、および
   ｎは、３〜１７の範囲での奇数の整数である、
   成分Ａ、
   −１種または２種以上の化合物からなるキラル成分Ｂ、
   ここで
   −コレステリック液晶材料は、らせんピッチが５００ｎｍ以下で均一に位置するらせん構造に配向する、
   で表される前記基板およびコレステリック液晶材料を含む液晶ディスプレイ。
2. 液晶材料がブルー相を示すことを特徴とする、請求項１に記載の液晶ディスプレイ。
3. 液晶材料の成分Ｂの濃度が少なくとも１％であることを特徴とする、請求項１または２に記載の液晶ディスプレイ。
4. 液晶材料にハイブリッド配向を与えるために基板を処理することを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の液晶ディスプレイ。
5. 交流の電界を印加することにより、均一に位置するらせん組織の液晶材料の配向が達成されることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の液晶ディスプレイ。
6. 液晶材料がブルー相にある温度において、交流の電界を印加することにより、均一に位置するらせん組織の液晶材料の配向が達成されることを特徴とする、請求項５に記載の液晶ディスプレイ。
7. 液晶ディスプレイがビデオイメージディスプレイに用いられることを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載の液晶ディスプレイ。
8. 請求項１〜７のいずれかに記載の液晶媒体を含むことを特徴とする、液晶デバイス。
9. 液晶デバイスが電気光学的ディスプレイであることを特徴とする、請求項８に記載の液晶デバイス。
10. 請求項１〜７のいずれかに記載の液晶ディスプレイの液晶デバイスでの使用。
11. −式Ｉ−１〜Ｉ−３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、
    

    

    式中、
    Ｘ^１１およびＸ^１２は、互いに独立して、ＣＮ、Ｆ、Ｃｌまたはフッ素化アルキルまたはフッ素化アルコキシで、それぞれ１〜４個の炭素原子を有し、式Ｉ−１およびＩ−２においてＸ^１１およびＸ^１２が互いに異なる条件であり、および
    ｎは、３〜１７の範囲での奇数の整数である、
    成分Ａ、
    −１種または２種以上の化合物からなるキラル成分Ｂ、
    を含み、
    ここで、らせんピッチが５００ｎｍ以下で均一に位置するらせん構造に配向する、
    コレステリック液晶材料。
12. −１組の基板
    −それぞれが１つまたは２つ以上の電極を有し、および
    −それらの少なくとも１つである第１の基板が、液晶の面配向のための配向層を有する、または別の方法で、液晶の面配向のために処理され、
    −第２の基板が液晶のホメオトロピック配向のための配向層を有する、または別の方法で、液晶のホメオトロピック配向のために処理される、
    で表される前記基板を含む液晶ディスプレイに用いられることを特徴とする請求項１１に記載のコレステリック液晶材料。