JP4723162B2

JP4723162B2 - 液晶媒体

Info

Publication number: JP4723162B2
Application number: JP2002326451A
Authority: JP
Inventors: フォルカー・ライフェンラート; ミヒャエル・ヘックマイヤー; マーティン・エンゲル; ブリギッテ・シューラー
Original assignee: Merck Patent GmbH
Current assignee: Merck Patent GmbH
Priority date: 2001-11-09
Filing date: 2002-11-11
Publication date: 2011-07-13
Anticipated expiration: 2022-11-11
Also published as: EP1310474B1; EP1746079A2; US7033652B2; TWI299357B; EP1310474A1; TW200300167A; KR20030038527A; US20030186002A1; EP1746079B1; JP2011046952A; ATE350361T1; DE50209150D1; JP2003201477A; DE50211996D1; ATE390397T1; KR100851079B1; DE10250844A1; EP1746079A3

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶媒体、電気光学的目的へのこの使用およびこの媒体を含むディスプレイに関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶は、このような物質の光学的特性が印加される電圧により修正され得るため、原理的に、ディスプレイ装置における誘電体として用いられる。液晶に基づく電気光学的装置は、当業者に極めてよく知られており、種々の効果に基づくことができる。このような装置の例は、動的散乱を有するセル、ＤＡＰ（配向相の変形）セル、ゲスト／ホストセル、ねじれネマティック構造を有するＴＮセル、ＳＴＮ（スーパーツイストネマティック）セル、ＳＢＥ（超複屈折効果）セルおよびＯＭＩ（光学モード干渉）セルである。最も一般的なディスプレイ装置は、シャット−ヘルフリッヒ(Schadt-Helfrich)効果に基づいており、ねじれネマティック構造を有する。
【０００３】
液晶材料は、良好な化学的および熱的安定性並びに電場および電磁気放射に対する良好な安定性を有しなければならない。さらに、液晶材料は、低い粘度を有し、およびセルにおいて短いアドレス時間、低いしきい値電圧および高いコントラストを生じなければならない。
【０００４】
さらに、これらは、通常の駆動温度において、即ち、室温よりも高いおよび低い可能な限り広い範囲において、好適なメソフェーズ、例えば前述のセルについてのネマティックまたはコレステリック中間相を有しなければならない。液晶は、一般的に、多くの成分の混合物として用いられるため、成分が、互いに容易に混和性であることが重要である。他の特性、例えば導電性、誘電異方性および光学異方性は、セルのタイプおよび応用分野に依存して、種々の要求を満たさなければならない。例えば、ねじれネマティック構造を有するセル用の材料は、正の誘電異方性および低い導電性を有しなければならない。
【０００５】
例えば、個別の画素を切り換えるための集積非線形素子を有するマトリックス液晶ディスプレイ（ＭＬＣディスプレイ）について、大きい正の誘電異方性、広いネマティック相、比較的低い複屈折、極めて高い比抵抗、良好なＵＶおよび温度安定性並びに低い蒸気圧を有する媒体が望ましい。
このタイプのマトリックス液晶ディスプレイは、知られている。個別の画素を個別に切り換えるために用いることができる非線形素子は、例えば能動的素子（即ちトランジスタ）である。次に、用語「アクティブマトリックス」を用い、ここで、２つのタイプの間で区別をすることができる：
１．基板としてのシリコンウエファー上のＭＯＳ（金属酸化物半導体）または他のダイオード。
２．基板としてのガラス板上の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）。
【０００６】
基板材料としての単結晶シリコンの使用は、ディスプレイの大きさを制限する。この理由は、種々の部分表示をモジュラー集合させてさえも、接合部分に問題が生じるからである。
好ましく、さらに有望なタイプ２の場合において、用いられる電気光学効果は、通常ＴＮ効果である。２つの技術の間で、区別がなされる：化合物半導体、例えばＣｄＳｅを含むＴＦＴ、または多結晶形または無定形シリコンを基材とするＴＦＴ。後者の技術に関しては、世界中で格別の研究がなされている。
【０００７】
ＴＦＴマトリックスは、ディスプレイの１枚のガラス板の内側に施され、一方他方のガラス板は、この内側に、透明な対向電極を担持している。画素電極の大きさと比較すると、ＴＦＴは極めて小さく、像に対する悪影響をほとんど有していない。この技術はまた、フィルター素子が各々の切換可能な画素に対向するように、モザイク状の赤色、緑色および青色フィルターを配列した全色可能性ディスプレイに拡張することができる。
【０００８】
ＴＦＴディスプレイは、通常、透過光内に交差偏光板を備えたＴＮセルとして動作し、裏側から照射される。
用語ＭＬＣディスプレイは、ここで、集積非線型素子を備えたすべてのマトリックスディスプレイを含み、即ちアクティブマトリックスに加えて、受動素子、例えばバリスターまたはダイオード（ＭＩＭ＝金属−絶縁体−金属）を有するディスプレイをも含む。
【０００９】
このタイプのＭＬＣディスプレイは、特に、ＴＶ用途に（例えば、ポケット型ＴＶ）、またはコンピューター用途（ラップトップ）および自動車または航空機構築用の高度情報ディスプレイ用に適する。コントラストの角度依存性および応答時間に関する問題に加えて、また、ＭＬＣディスプレイでは、液晶混合物の不適切に高い比抵抗値による困難が生じる（非特許文献１および非特許文献２）。
【００１０】
抵抗値が減少するに従って、ＭＬＣディスプレイのコントラストは低下し、残像消去の問題が生じ得る。液晶混合物の比抵抗値は一般に、ディスプレイの内部表面との相互作用によって、ＭＬＣディスプレイの寿命全般を通じて減少するため、許容し得る有効寿命を得るためには、大きい（初期）抵抗値は極めて重要である。特に、低電圧混合物の場合、極めて大きい比抵抗値を達成することは、従来不可能であった。さらに、温度上昇に伴って、および熱暴露および／またはＵＶへの暴露の後に、比抵抗値が、可能な限り低い上昇を示すことが重要である。従来技術からの混合物の低温特性もまた、特に不利である。低温でさえも、結晶化および／またはスメクティック相が生じず、かつ粘度の温度依存性が可能な限り小さいことが要求される。従って、従来技術からのＭＬＣディスプレイは、今日の要求を満たさない。
【００１１】
背面照射を用いる、即ち透過的に、および所望により透過反射的に(transflectively)動作する、液晶ディスプレイに加えて、反射性液晶ディスプレイもまた、特に興味深い。これらの反射性液晶ディスプレイは、周囲光を情報ディスプレイに用いる。従って、これらは、対応する大きさおよび解像度を有する背面照射された液晶ディスプレイよりも顕著に低いエネルギーを消費する。ＴＮ効果は、極めて良好なコントラストにより特徴づけられるため、このタイプの反射性ディスプレイは、さらに、明るい周囲条件において十分読みとり可能である。これは、すでに、例えば腕時計およびポケット型計算機において用いられるように、単純な反射性ＴＮディスプレイとして知られている。
【００１２】
しかし、原理はまた、高品質、高解像度アクティブマトリックスアドレスディスプレイ、例えばＴＦＴディスプレイに適用することができる。ここで、すでに、一般的に慣例的な透過性ＴＦＴ−ＴＮディスプレイにおけるように、低い複屈折（Δｎ）を有する液晶を用いることは、低い光学的遅延（ｄ・Δｎ）を達成するために必要である。この低い光学的遅延により、コントラストの通常は許容し得る低い視野角依存性がもたらされる（特許文献１参照）。反射性ディスプレイにおいて、低い複屈折を有する液晶を用いることは、透過性ディスプレイよりもさらに重要である。その理由は、光が通過する有効な層の厚さが、同一の層の厚さを有する透過性ディスプレイの、反射性ディスプレイにおいて約２倍大きいからである。
【００１３】
従って、これらの欠点を有しないか、または有しても小さい程度のみである、極めて高い比抵抗値および同時に大きい動作温度範囲、低温においても短い応答時間および低いしきい値電圧を有するＭＬＣディスプレイに対する多大の要求が継続している。
ＴＮ（シャット−ヘルフリッヒ）セルについて、このセルには以下の利点を容易にする媒体が望ましい：
−拡大したネマティック相範囲（特に、低温の方向に）、
−超低温における切換能力（野外での使用、自動車、航空機）、
−ＵＶ照射線に対する増大した抵抗性（一層長い有効寿命）、
−小さい層の厚さにおける低い光学複屈折、
−低いしきい値電圧。
【００１４】
従来技術から利用できた媒体は、これらの利点を達成し、一方同時に他のパラメーターを維持することを可能にしない。
スーパーツイスト（ＳＴＮ）セルの場合、一層大きい時分割特性および／または一層低いしきい値電圧および／または一層広いネマティック相範囲（特に低温における）が可能である媒体が望ましい。この目的のために、利用できるパラメーター寛容度（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、誘電パラメーター、弾性パラメーター）のさらなる拡大が、早急に望まれている。
【００１５】
【特許文献１】
ドイツ国特許第30 22 818号明細書
【非特許文献１】
トガシ・エス、セキグチ・ケー、タナベ・エイチ、ヤマモト・イー、ソリマチ・ケー、タジマ・イー、ワタナベ・エイチ、シミズ・エイチ（TOGASHI, S., SEKIGUCHI, K., TANABE, H., YAMAMOTO, E., SORIMACHI, K., TAJIMA, E., WATANABE, H., SHIMIZU, H.）、プロク・ユーロディスプレイ（Proc. Eurodisplay）84, １９８４年９月：A210-288 マトリックス・エルシーディー・コントロールド・バイ・ダブル・ステージ・ダイオード・リングズ（Matrix LCD Controlled by Double Stage Diode Rings）、１４１頁以降、Paris
【非特許文献２】
ストロマー・エム（STROMER, M.）、プロク・ユーロディスプレイ（Proc. Eurodisplay）84, １９８４年９月: デザイン・オブ・シン・フィルム・トランジスタズ・フォア・マトリックス・アドレシング・オブ・テレビジョン・リキッド・クリスタル・ディスプレイズ（Design of Thin Film Transistors for Matrix Addressing of Television Liquid Crystal Displays）、１４５頁以降、Paris
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前述の欠点を有しないか、または有しても小さい程度のみであり、かつ好ましくは同時に極めて高い比抵抗値および低いしきい値電圧を有する、特にこのタイプのＭＬＣ、ＴＮまたはＳＴＮディスプレイ用の媒体を提供する目的を有する。この目的は、高い透明点および低い回転粘度を有する液晶化合物を必要とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
ここで、この目的は、末端極性基および末端ＣＨ_３基を有する液晶化合物を用いる場合に達成することができることが見出された。式Ｉで表される化合物は、弾性定数、特にＫ_１を、正の方式で減少させ、特に低いしきい値電圧を有する混合物をもたらす。
【００１８】
従って、本発明は、正または負の誘電異方性を有する極性化合物の混合物に基づく液晶媒体であって、一般式
【化１２】
式中、
Ｘは、Ｆ、Ｃｌ、ＣＮ、ＳＦ_５、ＮＣＳまたは８個までの炭素原子を有するハロゲン化されたアルキル基であり、ここで、１つまたは２つ以上のＣＨ_２基は、Ｏ原子が互いに直接結合しないように、−Ｏ−または−ＣＨ＝ＣＨ−により置換されていることができ、
Ｌ^１、Ｌ^２およびＬ^３は、各々、互いに独立して、ＨまたはＦである、
で表される１種または２種以上の化合物を含む、前記液晶媒体に関する。
【００１９】
純粋な状態において、式Ｉで表される化合物は無色であり、一般的に、電気光学的使用について好ましく位置する温度範囲で液晶中間相を形成する。特に、本発明のビフェニルは、これらの高い誘電異方性およびこれらの低い回転粘度値により区別される。これらは、化学的に、熱的におよび光に対して安定である。
本発明はまた、式Ｉで表される化合物に関する。
【００２０】
式Ｉで表される化合物において、Ｘは、好ましくは、
【化１３】
【００２１】
【化１４】
である。
【００２２】
式Ｉで表される化合物の好ましい一層小さい群は、従属式Ｉ１〜Ｉ５：
【化１５】
【００２３】
【化１６】
式中、
Ｘは、請求項１において定義した通りである、
で表されるものである。従属式Ｉ１〜Ｉ５におけるＸは、好ましくは、ＦまたはＯＣＦ_３である。特に好ましいのは、式Ｉ２（式中、Ｘは、ＦまたはＯＣＦ_３である）で表される化合物である。
【００２４】
特に好ましい媒体は、式
【化１７】
【００２５】
【化１８】
【００２６】
【化１９】
【００２７】
【化２０】
【００２８】
【化２１】
【００２９】
【化２２】
【００３０】
【化２３】
【００３１】
【化２４】
【００３２】
【化２５】
【００３３】
【化２６】
で表される化合物からなる群から選択された１種または２種以上の化合物を含む。
【００３４】
式Ｉで表される化合物は、文献（例えば標準的な学術書、例えばHouben-Weyl, Methoden der organischen Chemie［有機化学の方法］、Georg-Thieme-Verlag, Stuttgart）に記載されているように、知られており、前述の反応に好適な反応条件下で正確なように、それ自体公知の方法により調製する。また、ここで、それ自体知られているが、ここでは一層詳細には述べない変法を用いることができる。
図式１
【化２７】
【００３５】
図式２
【化２８】
【００３６】
図式３
【化２９】
【００３７】
図式４
【化３０】
【００３８】
図式５
【化３１】
【００３９】
本発明はまた、このタイプの媒体を含む電気光学的ディスプレイ（特に、フレームと共に、セルを形成する２枚の面平行外板、外板上の個別の画素を切り換えるための集積非線型素子およびこのセル内に位置する正の誘電異方性および高い比抵抗値を有するネマティック液晶混合物を備えたＳＴＮまたはＭＬＣディスプレイ）、およびこれらの媒体の電気光学的目的への使用に関する。
本発明の液晶混合物は、利用できるパラメーター寛容度の顕著な拡大を可能にする。
【００４０】
透明点、光学異方性、低温における粘度、熱およびＵＶ安定性並びに誘電異方性の達成可能な組み合わせは、従来技術からの以前の材料に比較してはるかに優れている。
高い透明点、低温におけるネマティック相および高いΔεに対する要求は、従来では不十分な程度にまで達成されたに過ぎなかった。例えばＭＬＣ−６４７６およびＭＬＣ−６６２５(Merck KGaA, Darmstadt, Germany)のような液晶混合物は、匹敵する透明点および低温安定性を有するが、これらは、比較的高いΔｎ値およびまた約≧１．７Ｖの高いしきい値電圧を有する。
【００４１】
他の混合物系は、匹敵する粘度およびΔε値を有するが、約６０℃の透明点を有するのみである。
本発明の液晶混合物は、−２０℃まで、好ましくは−３０℃まで、特に好ましくは−４０℃までのネマティック相を維持しながら、８０℃を超える、好ましくは９０℃を超える、特に好ましくは１００℃を超える透明点、同時に≧４、好ましくは≧６の誘電異方性値Δε並びに優れたＳＴＮおよびＭＬＣディスプレイを得ることを可能にする比抵抗値についての高い値を達成することを可能にする。特に、この混合物は、低い動作電圧により特徴づけられる。ＴＮしきい値は、１．５Ｖより低く、好ましくは１．３Ｖより低い。
【００４２】
また、本発明の混合物の成分の好適な選択により、他の有利な特性を維持しながら、一層高いしきい値電圧において一層高い透明点（例えば１１０℃を超える）を達成することが可能であるか、または一層低いしきい値電圧において一層低い透明点を達成することが可能であることは言うまでもない。わずかにのみ対応して増大する粘度において、同様に、比較的高いΔεおよび従って比較的低いしきい値を有する混合物を得ることが可能である。本発明のＭＬＣディスプレイは、グーチ(Gooch)およびタリー(Tarry)の第一透過率極小値で好ましく動作し[C.H. GoochおよびH.A. Tarry, Electron. Lett. 10, 2-4, 1974; C.H. GoochおよびH.A. Tarry, Appl. Phys., Vol. 8, 1575-1584, 1975]、ここで、特に好ましい電気光学的特性、例えばコントラストの低い角度依存性（ドイツ国特許30 22 818）に加えて、一層低い誘電異方性は、第二極小値において、類似ディスプレイにおける同一のしきい値電圧において十分である。
【００４３】
これは、シアノ化合物を含む混合物の場合と比較して、本発明の混合物を用いて第一極小値において顕著に高い比抵抗値を達成することを可能にする。個別の成分およびこれらの重量割合を好適に選択することにより、当業者は、ＭＬＣディスプレイの既定の層の厚さに必要な複屈折率を、簡単なルーチンの方法を用いて設定することができる。
【００４４】
２０℃における流動粘度ν_２０は、好ましくは＜６０ｍｍ^２・ｓ^−１、特に好ましくは＜５０ｍｍ^２・ｓ^−１である。ネマティック相範囲は、好ましくは少なくとも９０°、特に少なくとも１００°である。この範囲は、好ましくは少なくとも−３０°〜＋８０°まで拡大される。
【００４５】
「容量保持率」（ＨＲ）の測定値［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)］は、式Ｉで表される化合物を含む本発明の混合物が、例えば、式
【化３２】
で表されるシアノフェニルシクロヘキサンまたは式
【化３３】
で表されるエステルを、式Ｉで表される化合物の代わりに含む類似する混合物より、温度の上昇に伴うＨＲの減少が顕著により小さいことを示すことを示した。
【００４６】
本発明の混合物のＵＶ安定性はまた、顕著に良好である。即ち、これらは、ＵＶにさらされた場合におけるＨＲの減少が顕著に小さい。
本発明の媒体は、好ましくは、１種または２種以上（好ましくは１種、２種、３種または４種以上）の式Ｉで表される化合物を基材とし、即ちこれらの化合物の割合は、５〜９５％、好ましくは５〜５０％および特に好ましくは約１５〜４０％である。
本発明の媒体において用いることができる式Ｉ〜Ｘおよびこれらの従属式で表される個別の化合物は、知られているかまたはこれらを、既知の化合物と同様に製造することができる。
【００４７】
好ましい態様を、以下に示す：
−媒体は、さらに、一般式ＩＩ〜Ｘ：
【化３４】
【００４８】
【化３５】
式中、個別の基は、以下の意味を有する：
Ｒ^０は、各々２〜１２個の炭素原子を有する、ｎ−アルキル、オキサアルキル、フルオロアルキル、アルケニルオキシまたはアルケニルであり、
Ｘ^０は、Ｆ、Ｃｌ、各々８個までの炭素原子を有する、ハロゲン化アルキル、ハロゲン化アルケニル、ハロゲン化アルケニルオキシまたはハロゲン化アルコキシであり、
Ｚ^０は、−ＣＨ＝ＣＨ−、−Ｃ_２Ｈ_４−、−ＣＨ_２Ｏ−、−ＯＣＨ_２−、−（ＣＨ_２）_４−、−Ｃ_２Ｆ_４−、−ＣＦ＝ＣＦ−、−ＣＦ_２Ｏ−、−ＯＣＦ_２−または−ＣＯＯ−であり、
Ｙ^１、Ｙ^２、Ｙ^３およびＹ^４は、各々、互いに独立して、ＨまたはＦであり、および
ｒは、０または１である、
からなる群から選択された１種または２種以上の化合物を含む。
【００４９】
式ＩＶで表される化合物は、好ましくは、
【化３６】
である。
【００５０】
−特に、媒体は、さらに、式
【化３７】
【００５１】
【化３８】
式中、Ｒ^０およびＹ^２は、前に定義した通りである、
で表される１種または２種以上の化合物を含む。
【００５２】
−媒体は、好ましくは、Ｈ１〜Ｈ１８（ｎ＝２〜１２）：
【化３９】
【００５３】
【化４０】
【００５４】
【化４１】
【００５５】
【化４２】
からなる群から選択された化合物の１種、２種または３種、さらに４種の同族体を含む。
【００５６】
−媒体は、さらに、式ＤＩおよび／またはＤＩＩ
【化４３】
式中、Ｒ^０は、請求項４において定義した通りである、
で表される１種または２種以上のジオキサンを含む。式ＤＩおよび／またはＤＩＩで表される化合物におけるＲ^０は、好ましくは、８個までの炭素原子を有する直鎖状アルキルまたはアルケニルである。
【００５７】
−媒体は、さらに、一般式ＸＩ〜ＸＶＩ：
【化４４】
式中、Ｒ^０、Ｘ^０、Ｙ^１、Ｙ^２、Ｙ^３およびＹ^４は、各々互いに独立して、請求項４において定義した通りであり、Ｘ^０は、好ましくは、Ｆ、Ｃｌ、ＣＦ_３、ＯＣＦ_３またはＯＣＨＦ_２である。Ｒ^０は、好ましくは、アルキル、オキサアルキル、フルオロアルキル、アルケニルまたはアルケニルオキシである、
からなる群から選択された１種または２種以上の化合物を含む。
【００５８】
−式Ｉ〜Ｘで表される化合物の合計の、全体としての混合物中の比率は、少なくとも５０重量％である。
−式Ｉで表される化合物の、全体としての混合物中の比率は、５〜５０重量％である。
−式ＩＩ〜Ｘで表される化合物の、全体としての混合物中の比率は、３０〜７０重量％である。
【００５９】
【化４５】
は、好ましくは、
【化４６】
である。
【００６０】
−媒体は、式ＩＩ、ＩＩＩ、ＩＶ、Ｖ、ＶＩ、ＶＩＩ、ＶＩＩＩ、ＩＸおよび／またはＸで表される化合物を含む。
−Ｒ^０は、２〜８個の炭素原子を有する直鎖状アルキルまたはアルケニルである。
−媒体は、本質的に、式Ｉ〜ＸＶＩで表される化合物からなる。
【００６１】
−媒体は、さらに、好ましくは、以下の一般式ＸＶＩＩ〜ＸＸ：
【化４７】
式中、Ｒ^０、Ｙ^１およびＸ^０は、前に定義した通りであり、１，４−フェニレン環は、ＣＮ、塩素またはフッ素により置換されていてもよい、
からなる群から選択された化合物を含む。１，４−フェニレン環は、好ましくは、フッ素原子により一置換または多置換されている。
【００６２】
−媒体は、さらに、好ましくは、以下の式ＲＩ〜ＲＸＶ：
【化４８】
【００６３】
【化４９】
式中、
Ｒ^０は、各々２〜１２個の炭素原子を有するｎ−アルキル、オキサアルキル、フルオロアルキル、アルケニルオキシまたはアルケニルであり、
ｄは、０、１または２であり、
Ｙ^１は、ＨまたはＦであり、
ａｌｋｙｌおよびａｌｋｙｌ^＊は、各々、互いに独立して、２〜８個の炭素原子を有する直鎖状または分枝状アルキル基であり、
ａｌｋｅｎｙｌおよびａｌｋｅｎｙｌ^＊は、各々、互いに独立して、２〜８個の炭素原子を有する直鎖状または分枝状アルケニル基である、
からなる群から選択された化合物を含む。
【００６４】
−媒体は、好ましくは、式
【化５０】
【００６５】
【化５１】
式中、ｎおよびｍは、各々２〜８の整数である、
で表される１種または２種以上の化合物を含む。
【００６６】
−媒体は、式
【化５２】
で表される１種または２種以上の化合物を含む。
【００６７】
−媒体は、好ましくは、ＣＦ_２Ｏ架橋を有する１種または２種以上の化合物、特に式
【化５３】
で表される化合物を含む。
【００６８】
−Ｉ：（ＩＩ＋ＩＩＩ＋ＩＶ＋Ｖ＋ＶＩ＋ＶＩＩ＋ＶＩＩＩ＋ＩＸ＋Ｘ）の重量比は、好ましくは、１：１０〜１０：１である。
【００６９】
慣用の液晶材料に、式Ｉで表される化合物、特に式ＩＩ、ＩＩＩ、ＩＶ、Ｖ、ＶＩ、ＶＩＩ、ＶＩＩＩ、ＩＸおよび／またはＸで表される１種または２種以上の化合物を混合すると、比較的小さい割合であっても、しきい値電圧の顕著な低下および低い複屈折値をもたらし、同時に低いスメクティック−ネマティック転移温度を有する広いネマティック相が観察され、貯蔵寿命を改善することが見出された。式Ｉ〜Ｘで表される化合物は、無色であり、安定であり、相互におよび他の液晶材料と容易に混和可能である。
【００７０】
「ａｌｋｙｌ」または「ａｌｋｙｌ^＊」の用語は、２〜８個の炭素原子を有する直鎖状および分枝状アルキル基、特に直鎖状基エチル、プロピル、ブチル、ペンチル、ヘキシルおよびヘプチルを包含する。２〜５個の炭素原子を有する基は、一般的に好ましい。
【００７１】
「ａｌｋｅｎｙｌ」または「ａｌｋｅｎｙｌ^＊」の用語は、８個までの炭素原子を有する直鎖状および分枝状アルケニル基、特に直鎖状基を包含する。好ましいアルケニル基は、Ｃ_２〜Ｃ_７−１Ｅ−アルケニル、Ｃ_４〜Ｃ_７−３Ｅ−アルケニル、Ｃ_５〜Ｃ_７−４−アルケニル、Ｃ_６〜Ｃ_７−５−アルケニルおよびＣ_７−６−アルケニル、特にＣ_２〜Ｃ_７−１Ｅ−アルケニル、Ｃ_４〜Ｃ_７−３Ｅ−アルケニルおよびＣ_５〜Ｃ_７−４−アルケニルである。特に好ましいアルケニル基の例は、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−ヘプテニル等である。５個までの炭素原子を有する基が、一般的に好ましい。
【００７２】
「フルオロアルキル」の用語は、好ましくは、末端フッ素を有する直鎖状基、即ちフルオロメチル、２−フルオロエチル、３−フルオロプロピル、４−フルオロブチル、５−フルオロペンチル、６−フルオロヘキシルおよび７−フルオロヘプチルを包含する。しかし、他の位置のフッ素は、除外されない。
「オキサアルキル」の用語は、好ましくは、式Ｃ_ｎＨ_２ｎ＋１−Ｏ−（ＣＨ_２）_ｍで表される直鎖状基（式中、ｎおよびｍは、各々、互いに独立して、１〜６である）を包含する。ｎは、好ましくは＝１であり、ｍは、好ましくは１〜６である。
【００７３】
Ｒ^０およびＸ^０の意味を好適に選択することにより、アドレス時間、しきい値電圧、透過特性曲線の急峻度等を、所望の方法で改変することができる。例えば、１Ｅ−アルケニル基、３Ｅ−アルケニル基、２Ｅ−アルケニルオキシ基等は、一般的に、アルキル基またはアルコキシ基と比較して、短いアドレス時間、改善されたネマティック傾向および弾性定数ｋ_３３（曲がり）とｋ_１１（広がり）との大きい比率をもたらす。４−アルケニル基、３−アルケニル基等は、一般的に、アルキル基およびアルコキシ基と比較して、低いしきい値電圧および大きいｋ_３３／ｋ_１１値をもたらす。
【００７４】
Ｚ^０中の−ＣＨ_２ＣＨ_２−基は、一般的に、単共有結合と比較して大きいｋ_３３／ｋ_１１の値をもたらす。ｋ_３３／ｋ_１１の一層大きい値は、例えば、９０°のねじれを有するＴＮセルにおいて、一層平坦な透過特性曲線を容易にし（グレーシェードを達成するために）、ＳＴＮ、ＳＢＥおよびＯＭＩセル（一層大きい時分割特性）において一層急峻な透過特性曲線を容易にし、その逆もまた同様である。
【００７５】
式Ｉで表される化合物とＩＩ＋ＩＩＩ＋ＩＶ＋Ｖ＋ＶＩ＋ＶＩＩ＋ＶＩＩＩ＋ＩＸ＋Ｘで表される化合物との最適な混合比は、実質的に、所望の特性、式Ｉ、ＩＩ、ＩＩＩ、ＩＶ、Ｖ、ＶＩ、ＶＩＩ、ＶＩＩＩ、ＩＸおよび／またはＸで表される成分の選択および存在できるすべての他の成分の選択に依存する。前述の範囲内の好適な混合比は、場合毎に容易に決定することができる。
【００７６】
本発明の混合物中の式Ｉ〜ＸＶＩで表される化合物の総量は重要ではない。従って、この混合物は、種々の特性を最適にする目的のために、１種または２種以上の他の成分を含むことができる。しかし、アドレス時間およびしきい値電圧に対して観察される効果は、一般的に、式Ｉ〜ＸＶＩで表される化合物の総濃度が高いほど大きくなる。
【００７７】
特に好ましい態様において、本発明の媒体は、式ＩＩ〜Ｘ（好ましくは式ＩＩおよび／またはＩＩＩ）（式中、Ｘ^０は、ＯＣＦ_３、ＯＣＨＦ_２、Ｆ、ＯＣＨ＝ＣＦ_２、ＯＣＦ＝ＣＦ_２、ＯＣＦ_２ＣＨＦＣＦ_３またはＯＣＦ_２−ＣＦ_２Ｈである）で表される化合物を含む。式Ｉで表される化合物との好ましい相乗効果は、特に有利な特性をもたらす。
【００７８】
低い光学異方性（Δｎ＜０．０７）を有する本発明の混合物は、反射性ディスプレイに特に適する。低Ｖ_ｔｈ混合物は、２．５Ｖドライバーおよび３．３Ｖドライバー並びに４Ｖまたは５Ｖドライバーに特に適する。エステルを含まない混合物が、後者のアプリケーションに好ましい。本発明の混合物は、さらに、高ΔｎＩＰＳアプリケーションに適する。
【００７９】
偏光子、電極基板および表面処理された電極からの本発明のＭＬＣディスプレイの構造は、このタイプのディスプレイに慣用の構造に相当する。ここで、「慣用の構造」の用語は、広く解釈され、また特にポリ−ＳｉＴＦＴまたはＭＩＭに基づくマトリックス表示素子を含むＭＬＣディスプレイのすべての誘導型および改変型を包含する。
【００８０】
しかし、本発明のディスプレイとねじれネマティックセルに基づく慣用のディスプレイとの顕著な相違点は、液晶層の液晶パラメーターの選択にある。
本発明において用いることができる液晶混合物は、それ自体慣用の方法において製造される。一般的に、少ない方の量で用いる成分の所望の量を、有利には高温で、主要成分を構成する成分中に溶解する。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、十分に混合した後に、例えば蒸留により溶媒を再び除去することも可能である。
【００８１】
誘電体はまた、当業者に知られており、文献中に記載されている他の添加剤を含むことができる。例えば、０〜１５％の多色性染料、キラルなドーパントおよび／または安定剤を加えることができる。
Ｃは結晶相を示し、Ｓはスメクティック相を示し、Ｓ_ＣはスメクティックＣ相を示し、Ｎはネマティック相を示し、Ｉはアイソトロピック相を示す。
【００８２】
Ｖ_１０は、１０％透過率にかかわる電圧を示す（プレート表面に対して垂直の視野角）。ｔ_ｏｎは、Ｖ_１０の数値の２倍に対応する動作電圧におけるスイッチオン時間を示し、ｔ_ｏｆｆは、スイッチオフ時間を示す。Δｎは、光学異方性を示し、ｎ_０は、屈折率を示す。Δεは、誘電異方性を示す（Δε＝ε_‖−ε_⊥であり、この式においてε_‖は分子の長軸に対して平行な誘電定数を示し、ε_⊥は、分子の長軸に対して垂直な誘電定数を示す）。電気光学的データは、他に特に述べない限り、２０℃でＴＮセルにおいて第一極小値（即ち０．５のｄ・Δｎ値において）で測定した。光学的データは、他に特に述べない限り、２０℃で測定した。
【００８３】
本出願および以下の例において、液晶化合物の構造を頭字語で示し、その化学式への変換は、以下の表ＡおよびＢに従って得られる。すべての基Ｃ_ｎＨ_２ｎ＋１およびＣ_ｍＨ_２ｍ＋１は、それぞれｎ個およびｍ個の炭素原子を有する直鎖状アルキル基である；ｎおよびｍは、各々の場合において、互いに独立して、１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４または１５である。表Ｂにおけるコードは自明である。表Ａにおいて、基本構造にかかわる頭字語のみを示す。各場合において、基本構造にかかわる頭字語の後に、ダッシュで分離して、置換基Ｒ^１、Ｒ^２、Ｌ^１およびＬ^２に関するコードが示されている：
【表１】
【００８４】
好ましい混合物成分を、表ＡおよびＢに示す。
表Ａ：
【化５４】
【００８５】
【化５５】
【００８６】
【化５６】
【００８７】
表Ｂ：
【化５７】
【００８８】
【化５８】
【００８９】
【化５９】
【００９０】
【化６０】
【００９１】
【化６１】
【００９２】
【化６２】
【００９３】
【化６３】
【００９４】
表Ｃ：
表Ｃは、本発明の混合物に一般的に加えられる、考えられるドーパントを示す。
【化６４】
【００９５】
【化６５】
【００９６】
【化６６】
【００９７】
表Ｄ：
本発明の混合物に加えることができる安定剤を、例として以下に示す。
【化６７】
【００９８】
【化６８】
【００９９】
【化６９】
【０１００】
【化７０】
【０１０１】
【化７１】
【０１０２】
【実施例】
以下の例は、本発明を限定せずに、本発明を説明することを意図する。本明細書中、パーセンテージは重量パーセントである。すべての温度を、摂氏度で示す。ｍ．ｐ．は融点を示し、ｃｌ．ｐ．は透明点を示す。さらに、Ｃ＝結晶状態、Ｎ＝ネマティック相、Ｓ＝スメクティック相およびＩ＝アイソトロピック相である。これらの記号間のデータは、転移温度を示す。Δｎは、光学異方性を示し（５８９ｎｍ、２０℃）、Δεは、誘電異方性を示し（１ｋＨｚ、２０℃）、流動粘度ν_２０（ｍｍ^２／秒）を２０℃において決定した。回転粘度γ_１［ｍＰａ・ｓ］を、同様に２０℃において決定した。
【０１０３】
「通常の精製操作(work-up)」は、所要に応じて水を加え、混合物を、ジクロロメタン、ジエチルエーテル、メチルｔｅｒｔ−ブチルエーテルまたはトルエンで抽出し、相を分離し、有機相を乾燥し、蒸発させ、生成物を、減圧下での蒸留または結晶および／またはクロマトグラフィーにより精製することを意味する。
以下の略語を用いる：
ｎ−ＢｕＬｉｎ−ブチルリチウムをｎ−ヘキサンに溶解した１．６ｍｏｌの溶液
ＤＭＡＰ４−（ジメチルアミノ）ピリジン
ＴＨＦテトラヒドロフラン
ＤＣＣＮ，Ｎ’−ジシクロヘキシルカルボジイミド
【０１０４】
例１
【化７２】
段階１．１
【化７３】
１．１ｍｏｌのマグネシウムターニング(turnings)を２００ｍｌの無水ＴＨＦに溶解した溶液を、還流下で加熱し、１．０ｍｌのＡを４００ｍｌの無水ＴＨＦに溶解した溶液を加えた。混合物を、１時間還流させ、０〜５℃に冷却し、１．０ｍｏｌのホウ酸トリメチルを２００ｍｌの無水ＴＨＦに溶解した溶液を、滴下した。混合物を、０〜５℃でさらに１５分間かきまぜた。２００ｍｌのＨ_２Ｏを加えた後、混合物を、１５℃において、濃ＨＣｌを用いて酸性化し、２００ｍｌのメチルｔｅｒｔ−ブチルエーテルを加えた。最後に、有機相に、通常の精製操作を施した。
【０１０５】
段階１．２
【化７４】
０．８ｍｍｏｌのビス（トリフェニルホスフィン）パラジウム、０．８２ｍｍｏｌの水酸化ヒドラジニウムおよび３８．９ｍｍｏｌのＣを、２９．６ｍｍｏｌのメタホウ酸ナトリウム八水和物を３９．５ｍｌのＨ_２Ｏに溶解した溶液に加え、混合物を、５分間かきまぜた。６０ｍｌの無水ＴＨＦに溶解した３８．８ｍｍｏｌのＢを加えた後、混合物を、一夜還流させた。混合物を、室温まで放冷し、３０ｍｌのメチルｔｅｒｔ−ブチルエーテルを加え、有機相を分離して除去した。最後に、混合物に、通常の精製操作を施した。
Ｃ１６Ｉ；Δｎ＝０．１３１０；Δε＝１８．４；γ_１＝２６；ν_２０＝８。
【０１０６】
以下の化合物を、同様にして製造した：
【化７５】
【０１０７】
【化７６】
【０１０８】
例２
【化７７】
０．９ｍｍｏｌのビス（トリフェニルホスフィン）パラジウム、０．８ｍｍｏｌの水酸化ヒドラジニウム、４１．３ｍｍｏｌのＦおよび３０ｍｌの無水ＴＨＦを、３１．４ｍｍｏｌのメタホウ酸ナトリウム八水和物を４２ｍｌのＨ_２Ｏに溶解した溶液に加え、混合物を、５分間かきまぜた。
【０１０９】
９０ｍｌの無水ＴＨＦに溶解したＥを加えた後、混合物を、３時間還流させた。混合物を、室温まで放冷し、水およびメチルｔｅｒｔ−ブチルエーテルを加えた。有機相を分離して除去し、これに、通常の精製操作を施した。
Ｃ３７Ｉ；Δｎ＝０．１４１３；Δε＝１７．０；γ_１＝２９；ν_２０＝７。
【０１１０】
式
【化７８】
で表される以下の化合物を、同様にして製造した：
【表２】
【０１１１】
混合物の例
例Ｍ１
【表３】
【０１１２】
例Ｍ２
【表４】
【０１１３】
例Ｍ３
【表５】
【０１１４】
例Ｍ４
【表６】
【０１１５】
例Ｍ５
【表７】
【０１１６】
例Ｍ６
【表８】
【０１１７】
例Ｍ７
【表９】
【０１１８】
例Ｍ８
【表１０】
【０１１９】
例Ｍ９
【表１１】
【０１２０】
例Ｍ１０
【表１２】
【０１２１】
例Ｍ１１
【表１３】
【０１２２】
例Ｍ１２
【表１４】
【０１２３】
例Ｍ１３
【表１５】
【０１２４】
例Ｍ１４
【表１６】
【０１２５】
例Ｍ１５
【表１７】
【０１２６】
例Ｍ１６
【表１８】
【０１２７】
例Ｍ１７
【表１９】
【０１２８】
例Ｍ１８
【表２０】
【０１２９】
例Ｍ１９
【表２１】
【０１３０】
例Ｍ２０
【表２２】
【０１３１】
例Ｍ２１
【表２３】
【０１３２】
例Ｍ２２
【表２４】
【０１３３】
例Ｍ２３
【表２５】
【０１３４】
例Ｍ２４
【表２６】
【０１３５】
例Ｍ２５
【表２７】
【０１３６】
例Ｍ２６
【表２８】
【０１３７】
例Ｍ２７
【表２９】
【０１３８】
例Ｍ２８
【表３０】
【０１３９】
例Ｍ２９
【表３１】
【０１４０】
例Ｍ３０
【表３２】
【０１４１】
例Ｍ３１
【表３３】
【０１４２】
例Ｍ３２
【表３４】
【０１４３】
例Ｍ３３
【表３５】
【０１４４】
例Ｍ３４
【表３６】
【０１４５】
例Ｍ３５
【表３７】
【０１４６】
例Ｍ３６
【表３８】
【０１４７】
例Ｍ３７
【表３９】
【０１４８】
例Ｍ３８
【表４０】
【０１４９】
例Ｍ３９
【表４１】
【０１５０】
例Ｍ４０
【表４２】
【０１５１】
例Ｍ４１
【表４３】
【０１５２】
例Ｍ４２
【表４４】
【０１５３】
例Ｍ４３
【表４５】
【０１５４】
例Ｍ４４
【表４６】
【０１５５】
例Ｍ４５
【表４７】
【０１５６】
例Ｍ４６
【表４８】
【０１５７】
例Ｍ４７
【表４９】
【０１５８】
例Ｍ４８
【表５０】
【０１５９】
例Ｍ４９
【表５１】
【０１６０】
例Ｍ５０
【表５２】
【０１６１】
例Ｍ５１
【表５３】
【０１６２】
例Ｍ５２
【表５４】
【０１６３】
例Ｍ５３
【表５５】
【０１６４】
例Ｍ５４
【表５６】
【０１６５】
例Ｍ５５
【表５７】

Claims

正または負の誘電異方性を有する極性化合物に基づく液晶媒体であって、一般式Ｉ
式中、
Ｘは、Ｆ、Ｃｌ、ＯＣＦ_３、ＣＦ_３またはＯＣＨＦＣＦ_３であり、
Ｌ^１、Ｌ^２およびＬ^３は、各々、互いに独立して、ＨまたはＦである、
で表される１種または２種以上の化合物を含むことを特徴とする、前記液晶媒体。
一般式Ｉで表される１種または２種以上の化合物の少なくとも１つが、式Ｉ１〜Ｉ５
式中、Ｘは、請求項１において定義したとおりである、
で表される化合物からなる群から選択された少なくとも１種の化合物であること特徴とする、請求項１に記載の液晶媒体。
さらに、一般式ＩＩ、ＩＩＩ、ＩＶ、Ｖ、ＶＩ、ＶＩＩ、ＶＩＩＩ、ＩＸおよびＸ：
式中、個別の基は、以下の意味を有する：
Ｒ^０は、各々２〜１２個の炭素原子を有するｎ−アルキル、オキサアルキル、フルオロアルキル、アルケニルオキシまたはアルケニルであり、
Ｘ^０は、Ｆ、Ｃｌ、各々８個までの炭素原子を有するハロゲン化アルキル、ハロゲン化アルケニル、ハロゲン化アルケニルオキシまたはハロゲン化アルコキシであり、
Ｚ^０は、−ＣＨ＝ＣＨ−、−ＣＨ_２Ｏ−、−ＯＣＨ_２−、−（ＣＨ_２）_４−、−Ｃ_２Ｈ_４−、−Ｃ_２Ｆ_４−、−ＣＦ＝ＣＦ−、−ＣＦ_２Ｏ−、−ＯＣＦ_２−または−ＣＯＯ−であり、
Ｙ^１、Ｙ^２、Ｙ^３およびＹ^４は、各々、互いに独立して、ＨまたはＦであり、および
ｒは、０または１である、
からなる群から選択された１種または２種以上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。
式Ｉ〜Ｘで表される化合物の、全体としての混合物中の割合が、少なくとも５０重量％であることを特徴とする、請求項３に記載の液晶媒体。
さらに、式ＲＩＩ〜ＲＶ、ＲＶＩＩ〜ＲＸＶ
式中、
Ｒ^０は、各々２〜１２個の炭素原子を有するｎ−アルキル、オキサアルキル、フルオロアルキル、アルケニルオキシまたはアルケニルであり、
ｄは、０、１または２であり、
ａｌｋｙｌおよびａｌｋｙｌ^＊は、各々、互いに独立して、２〜８個の炭素原子を有する直鎖状または分枝状アルキル基であり、
ａｌｋｅｎｙｌおよびａｌｋｅｎｙｌ^＊は、各々、互いに独立して、２〜８個の炭素原子を有する直鎖状または分枝状アルケニル基である、
で表される１種または２種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。
Ｘ^０が、Ｆ、ＯＣＨＦ_２またはＯＣＦ_３であり、Ｙ^２が、ＨまたはＦであることを特徴とする、請求項３に記載の液晶媒体。
式Ｉ
式中、
ＸはＦ、Ｃｌ、ＯＣＦ_３、ＣＦ_３またはＯＣＨＦＣＦ_３であり、
Ｌ^１、Ｌ^２およびＬ^３は、各々、互いに独立して、ＨまたはＦである、
で表されるフッ素化ビフェニル。
式Ｉ１〜Ｉ５
式中、
Ｘは、Ｆ、Ｃｌ、ＯＣＦ_３、ＣＦ_３またはＯＣＨＦＣＦ_３である、
のいずれか１つにより表されるフッ素化ビフェニル。
Ｘが、ＦまたはＯＣＦ_３であることを特徴とする、請求項８に記載のフッ素化ビフェニル。
請求項１に記載の液晶媒体の、電気光学的目的への使用。
請求項１に記載の液晶媒体を含む、電気光学的液晶ディスプレイ。