JP7034901B2 - 液晶媒体 - Google Patents

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Description

本発明は正の誘電異方性(Δε)を有する液晶(LC、liquid-crystalline)媒体と、これらの媒体を含有する液晶ディスプレイ、特にアクティブマトリクスでアドレスされるディスプレイ、特にVAモードのディスプレイとに関する。
非常に高い比抵抗ならびに広い動作温度範囲、低温ですら短い応答時間および低い閾電圧を同時にを有する液晶ディスプレイ(LCD、liquid crystal display)、特にマトリックスタイプのものが強く求められている。LCセルにおいて以下の利点を促進するLC媒体が必要とされる:
・広げられたネマチック相範囲(特に低温まで)
・極めて低温でのスイッチ能力(屋外使用、自動車、航空電子工学)
・UV放射に対する向上した耐性(より長い寿命)。
LCセルのためには特に低温で、より高い多重化可能性、より低い閾電圧およびより広いネマチック相範囲を可能にするLC媒体が望ましい。また利用可能なパラメータの許容範囲(透明点、スメクチック-ネマチ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)を更に広げることも望まれる。またLC媒体は、好ましい値の弾性定数の比K33/K11を有していなければならない。
TV、携帯およびモニター用途のためには、速い応答時間および低い閾電圧、更に良好なLTS(low temperature stability、低温安定性)を有するLC媒体が望ましい。
また可スイッチLC層の厚さに依存して、中程度または高い複屈折が必要なことがある。しかしながら、先行技術で既知のLC媒体はLCセルの他のパラメータに悪影響を及ぼすことなく、しばしばこれらの全ての要求を同時に達成することができないという欠点を有する。
LCパネルの表示モードは、LCセル内のLCをどのように配向させるかに従って決定される。従来のLCパネル表示モードとして、TN(Twisted Nematic、ツイストネマチック)モード、MVA(Multi-domain Vertical Alignment、マルチドメイン垂直配向)モード、IPS(In-Plane Switching、面内スイッチ)モード、OCB(Optically self- Compensated Birefringence、光学的自己補償複屈折)モードなどが既知である。
これらの中でもTN-LCDパネルが広く使用されているが、応答時間が遅く、視野角が狭いなどの欠点がある。また更に、MVAモード(MVA-LCD)も既知である。このモードでは、アクティブマトリクス基板のピクセル電極にスリットを設け、対向基板内の対向電極上にLC配向制御用の突起(リブ)を形成し、スリットおよび突起を使用してフリンジ電界を形成し、これによりLC分子を複数の異なる方向に配向させる。MVAモードでは各ピクセル領域をLC分子の配列方向が異なる複数の領域に分割し、よってピクセル領域毎にマルチドメインを達成できる。従って、視野角を広げることができる。更にMVAモードは、それぞれTN、IPSおよびOCBモードよりもコントラスト比(CR、contrast ratio)が高くなるようにしたVAモードの一種である。しかしながらMVAモードは複雑な製造プロセスを必要とし、TNモードと同様に応答時間が遅いため、改善の余地がある。近年LC材料として正の誘電率異方性(Δε)を有するネマティックLC(以降、正ネマチックLCとも呼ぶ。)を使用したTBA(Transverse Bend Alignment、横ベント配向)モードが提案されており、LC分子の初期配向は垂直配向であり、櫛形電極を使用してLC媒体に電圧を印加する。このモードでは、一対の櫛形電極が横電界を形成し、この電界の影響下でLC分子の配向挙動が示される。TBAモードは、高いコントラスト比を提供するにされたVAモードの一種である。更にTBAモードでは突起による配向制御が不要であるため、ピクセル構成が簡単で視野角特性に優れている。TBAモードは例えば、特開平10-333171号公報(特許文献1)および米国特許第8,178,173号明細書(特許文献2)に記載されている。
特開平10-333171号公報 米国特許第8,178,173号明細書
本発明は特にアクティブマトリックスディスプレイに使用し、上述の不具合を有さないか低減された程度にのみ有するLC媒体を提供することを目的とする。LC媒体は好ましくは、非常に高い比抵抗、低い閾電圧、低い回転粘度、高い透明点を有する広いネマチック相範囲、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。本発明の他の目的は、専門家が利用可能なLC媒体の蓄積を拡張することである。本発明の他の目的は、以下の説明から直ちに明らかである。
驚くべきことに適切に高いΔε、適切な相範囲および適切なΔnを有し、先行技術からの材料の不具合を有さないか少なくとも著しく低減された程度にのみ有する液晶媒体を達成することが可能であることが見出された。
本発明はネマチック相および正の誘電異方性を有する液晶媒体であって、
a)合計65%以上の式IおよびIIの化合物の群から選択される1種類以上の化合物と、
b)式IIIの1種類以上の化合物と
を含む液晶媒体に関する。
Figure 0007034901000001
式中、
およびRは互いに独立に、1~7個のC原子を有するアルキル、アルコキシ、フッ素化アルキルまたはフッ素化アルコキシ、2~7個のC原子を有するアルケニル、アルケニルオキシ、アルコキシアルキルまたはフッ素化アルケニルを表し、RおよびRは好ましくはアルキルまたはアルケニルを表し、
Figure 0007034901000002
好ましくは、
Figure 0007034901000003
を表し、
11、L12、L21およびL22は互いに独立に、HまたはFを表し、
好ましくはL11および/またはL21は、Fを表し、
およびXは互いに独立に、ハロゲン、1~3個のC原子を有するハロゲン化アルキルまたはアルコキシ、2個または3個のC原子を有するハロゲン化アルケニルまたはアルケニルオキシ、好ましくはF、Cl、-OCFまたは-CF、非常に好ましくはFまたは-OCFを表し、
は、-CHCH-、-CFCF-、-COO-、トランス-CH=CH-、トランス-CF=CF-、-CHO-または単結合、好ましくは-CHCH-、-COO-、トランス-CH=CH-または単結合、非常に好ましくは-COO-、トランス-CH=CH-または単結合を表し、
mおよびnは互いに独立に、0、1、2または3を表し、
mは、好ましくは1、2または3を表し、および
nは、好ましくは0、1または2、特に好ましくは1または2を表す。
Figure 0007034901000004
式中、
31およびR32は互いに独立に式Iで上にRに示す意味を有し、好ましくはR31はアルキルを表しおよびR32はアルキルもしくはアルコキシを表すか、またはR31はアルケニルを表しおよびR32はアルキルを表し、
Figure 0007034901000005
を表し、
好ましくは、
Figure 0007034901000006
を表し、
31およびZ32は互いに独立に、およびZ31が2回出現するときは、またこれらも互いに独立に-CHCH-、-COO-、トランス-CH=CH-、トランス-CF=CF-、-CHO-、-CFO-、-C≡C-または単結合、好ましくは1個以上のそれらは単結合を表し、
pは、0、1または2、好ましくは0または1を表す。
本出願において、元素は全てそれぞれそれらの同位体を含む。特に化合物中の1個以上のHがDで置き換えられてよく、これはまた実施形態によっては特に好ましい。対応する化合物の対応する高度の重水素化により例えば、化合物の検出および認識が可能となる。これは例えば、化合物を少量で使用する場合によっては非常に有用である。
本出願において、
alkylは特に好ましくは直鎖状のアルキル、特にCH-、C-、n-C-、n-C-またはn-C11-を表し、および
alkenylは特に好ましくは、CH=CH-、E-CH-CH=CH-、CH=CH-CH-CH-、E-CH-CH=CH-CH-CH-またはE-(n-C)-CH=CH-を表す。
本発明の好ましい実施形態において、本発明による媒体は、
その好ましいサブ式から好ましくは選択する1種類以上の式Iの化合物と、および
その好ましいサブ式から好ましくは選択する1種類以上の式IIの化合物と、および
その好ましいサブ式から好ましくは選択する1種類以上の式IIIの化合物と
を含む。
式IおよびIIの化合物は好ましくは誘電的に正の化合物であり、好ましくは3より大きい誘電異方性を有する。
式IIIの化合物は好ましくは誘電的に中性の化合物であり、好ましくは-1.5~3の範囲の誘電率異方性を有する。
式IおよびIIの個々の化合物は1~20%、好ましくは1~15%の濃度で用いる。これらの制限は特に、それぞれの場合において2種類以上の同族化合物、即ち同じ式の化合物を用いるときに適用する。よって単一の物質のみ、即ちある式の化合物を1種類のみ用いるとき、その濃度は2~20%、好ましくは3~14%の範囲内にできる。
本発明の好ましい実施形態において本発明による媒体は、式I-1~I-2の化合物の群から選択し、および式II-1の化合物の群から選択する1種類以上の化合物を含む。
Figure 0007034901000007
式中パラメータは式Iで上に示すそれぞれの意味を有し、L13およびL14は互いに独立にHまたはFを表し、好ましくはL13はFを表す。
Figure 0007034901000008
式中パラメータは、式IIで与える意味を有する。
媒体は好ましくは、式I-1の1種類以上の化合物を含む。式I-1の化合物は好ましくは、式I-1a~I-1eの化合物の群から選択する。
Figure 0007034901000009
式中パラメータは上に示すそれぞれの意味を有し、
13~L15は互いにおよび他のパラメータと独立に、HまたはFを表し、および
好ましくは
式I-1aおよびI-1bにおいて
11およびL12の両者はFを表し、
式I-1cおよびI-1dにおいて
11およびL12の両者はFを表し、および/またはL13およびL14の両者はFを表し、
式I-1eにおいて
11、L12およびL15はFを表し、それぞれの場合で他のパラメータは上に与えるそれぞれの意味を有する。
化合物I-1aおよびI-1bの群から選択する化合物は、混合物全体の好ましくは30%~45%、より好ましくは31%~42%、より好ましくは32%~40%、非常に好ましくは35%~38%の合計濃度で使用する。
化合物I-1cの群から選択する化合物は、混合物全体の好ましくは0%~20%、より好ましくは0.1%~15%、最も好ましくは5%~10%の合計濃度で使用する。
化合物I-1dおよびI-1eの群から選択する化合物は、混合物全体の好ましくは23%~34%、より好ましくは24%~32%、より好ましくは24%~30%、非常に好ましくは26%~29%の合計濃度で使用する。
式I-1の特に好ましい化合物は下である。
Figure 0007034901000010
式中Rは、上に示す意味を有する。
媒体は好ましくは、式I-2の1種類以上の化合物を含み、それは好ましくは、式I-2a~I-2cの化合物の群から選択する。
Figure 0007034901000011
式中、パラメータは上に示すそれぞれの意味を有し、L15~L18は互いに独立にHまたはFを表し、好ましくはL17およびL18の両者はHを表し、特に好ましくはL16はHを表し、他のパラメータは上に与えるそれぞれの意味を有する。
本発明による媒体は好ましくは、L11およびL12の両者がFを表すか、および/またはL13およびL14の両者がFを表し、他のパラメータは上に与えるそれぞれの意味を有する式I-2a~I-2cの化合物の群から選択する1種類以上の化合物を含む。
好ましい実施形態において本発明による媒体は、L11、L12、L13およびL14が全てFを表し、他のパラメータは上に与えるそれぞれの意味を有する式I-2a~I-2cの化合物の群から選択する1種類以上の化合物を含む。
化合物I-2aおよびI-2bの群から選択する化合物は、好ましくは0%~12%、より好ましくは0.1%~11%、最も好ましくは1%~10%の合計濃度で使用する。
化合物I-2cの群から選択する化合物は、混合物全体の好ましくは4%~12%、より好ましくは5%~11%、非常に好ましくは6%~10%の合計濃度で使用する。
式I-2の特に好ましい化合物は、以下の式I-2c-1の化合物である。
Figure 0007034901000012
式中RおよびXは上に示す意味を有し、Xは好ましくはFを表す。
本発明による媒体は好ましくは、式II-2a~II-2eの化合物の群から好ましくは選択する1種類以上の式II-2の化合物を含む。
Figure 0007034901000013
式中パラメータは上に与える意味を有し、ただし好ましくはパラメータは上に示すそれぞれの意味を有し、パラメータL23、L24、L25およびL26は互いにおよび他のパラメータと独立にHまたはFを表す。
本発明による媒体は好ましくは、式II-2d-1およびII-2d-2の化合物の群から好ましくは選択し、特に好ましくは式II-2d-2の1種類以上の式II-2dの化合物を含む。
Figure 0007034901000014
式中パラメータは上に与える意味を有し、Xは好ましくはFまたはOCFを表す。
本発明による媒体は好ましくは、式II-2e-1およびII-2e-2の化合物の群から好ましくは選択し、特に好ましくは式II-2e-1の1種類以上の式II-2eの化合物を含む。
Figure 0007034901000015
式中パラメータは上に与える意味を有し、Xは好ましくはFを表す。
本発明による液晶媒体は好ましくは、誘電的に中性の成分を含む。この成分は、-1.5~3の範囲の誘電率異方性を有する。この成分は好ましくは、-1.5~3の範囲の誘電率異方性を有する誘電適に中性の化合物を含み、より好ましくは大部分が成り、より更に好ましくは本質的に成り、特に好ましくは完全に成る。この成分は好ましくは、1種類以上の誘電的に中性の化合物を含み、より好ましくは-1.5~3の範囲内の誘電異方性を有する式IIIの誘電的に中性の化合物から大部分が成り、より更に好ましくは本質的に成り、非常に好ましくは完全に成る。
誘電的に中性の成分は好ましくは、式III-1~III-8の化合物の群から選択する1種類以上の化合物を含む。
Figure 0007034901000016
式中、R31およびR32は式IIIで上に示すそれぞれの意味を有し、式III-1、III-6およびIII-7において、R31は好ましくはアルキルまたはアルケニル、好ましくはアルケニルを表し、R32は好ましくはアルキルまたはアルケニル、好ましくはアルキルを表す。式III-2において、R31およびR32は好ましくはアルキルを表す。式III-5において、R31は好ましくはアルキルまたはアルケニル、より好ましくはアルキルを表し、R32は好ましくはアルキル、アルケニルまたはアルコキシ、より好ましくはアルケニルまたはアルコキシを表し、式III-4およびIII-8において、R31は好ましくはアルキルを表し、R32は好ましくはアルキルまたはアルコキシ、より好ましくはアルコキシを表す。
誘電的に中性の成分は好ましくは、式III-1、III-5、III-6およびIII-7の化合物の群から選択する1種類以上の化合物、好ましくは式III-1の1種類以上の化合物および式III-5およびIII-6の群から選択する1種類以上の化合物、より好ましくは式III-1、III-5およびIII-6のそれぞれの1種類以上の化合物、非常に好ましくは式III-1、III-5、III-6およびIII-7のそれぞれの1種類以上の化合物を含む。
好ましい実施形態において本発明による媒体は式III-1の、より好ましくはそれのそれぞれのサブ式である式CC-n-m、CC-n-V、CC-n-Vm、CC-V-V、CC-V-Vnおよび/またはCC-nV-Vmから選択し、より好ましくは式CC-n-Vおよび/またはCC-n-Vmの、非常に好ましくは式CC-3-V、CC-4-V、CC-5-V、CC-3-V1、CC-4-V1、CC-5-V1、CC-3-V2およびCC-V-V1の群から選択する1種類以上の化合物を含む。これらの略語(頭字語)の定義は下の表Dに同様に示されているか、または表A~Cから明らかである。
本発明による液晶媒体は好ましくは、式IVの1種類以上の化合物を含む。
Figure 0007034901000017
式中、
41およびR42は互いに独立に式Iで上にRに示す意味を有し、好ましくはR41はアルキルを表し、R42はアルキルまたはアルケニルを表し、
Figure 0007034901000018
を表し、
好ましくは、
Figure 0007034901000019
を表し、
41およびZ42は互いに独立に、およびZ41が2回出現するときは、またこれらも互いに独立に-CHCH-、-COO-、トランス-CH=CH-、トランス-CF=CF-、-CHO-、-CFO-または単結合、好ましくは1個以上のそれらは単結合を表し、および
rは、0、1または2、好ましくは0または1、特に好ましくは1を表す。
式IVの化合物は好ましくは、-1.5~3の範囲内の誘電率異方性を有する誘電的に中性の化合物である。
本発明による媒体は好ましくは、式IV-1およびIV-2の化合物の群から選択する1種類以上の化合物を含む。
Figure 0007034901000020
式中、R41およびR42は式IVで上に示すそれぞれの意味を有し、R41は好ましくはアルキルを表し、式IV-1において、R42は好ましくはアルケニル、好ましくは-(CH-CH=CH-CHを表し、式IV-2において、R42は好ましくはアルキルまたはアルケニル、好ましくは-CH=CH、-(CH-CH=CHまたは-(CH-CH=CH-CH表す。
本発明による媒体は好ましくは、R41が好ましくはn-アルキルを表す式IV-1およびIV-2の化合物の群から選択する1種類以上の化合物を含み、式IV-1においてR42は好ましくはアルケニルを表し、式IV-2においてR42は好ましくはn-アルキルを表す。
好ましい実施形態において本発明による媒体は式IV-2の、より好ましくはサブ式PGP-n-m、PGP-n-V、PGP-n-2VmおよびPGP-n-2V、より更に好ましくはサブ式PGP-3-m、PGP-n-2VおよびPGP-n-V1から選択し、非常に好ましくは式PGP-3-2、PGP-3-3、PGP-3-4、PGP-3-5、PGP-1-2V、PGP-2-2VおよびPGP-3-2Vから選択する1種類以上の化合物を含む。これらの略語(頭字語)の定義は下の表Dに同様に示されているか、または表A~Cから明らかである。
本発明による液晶媒体は、好ましくは式I~IVの、より好ましくは式IおよびIIおよびIIIおよび/またはIVの、最も好ましくは式IおよびIIおよびIIIおよびIVの化合物の群から選択される1種類以上の化合物を含む。本発明による液晶媒体は、これらの化合物から特に好ましくは主に成り、より更に好ましくは本質的に成り、非常に好ましくは完全に成る。
本出願においては組成に関連して「含む」は、対象物、即ち媒体または成分が示される構成成分(1種類または多種類)または化合物(1種類または多種類)を、好ましくは10%以上、非常に好ましくは20%以上の合計濃度で含むことを意味する。
本出願においては組成に関連して「大部分が成る」は、対象物が55%以上、好ましくは60%以上、非常に好ましくは70%以上の示される構成成分(1種類または多種類)または化合物(1種類または多種類)を含むことを意味する。
本出願においては組成に関連して「本質的に成る」は、対象物が80%以上、好ましくは90%以上、非常に好ましくは95%以上の示される構成成分(1種類または多種類)または化合物(1種類または多種類)を含むことを意味する。
本出願においては組成に関連して「実質的に成る」または「完全に成る」は、対象物が98%以上、好ましくは99%以上、非常に好ましくは100%の示される構成成分(1種類または多種類)または化合物(1種類または多種類)を含むことを意味する。
また上で明らかには述べていない他のメソゲン化合物も、本発明による媒体中で有利に使用できる。そのような化合物は当業者に既知である。
本発明による液晶媒体は、好ましくは70℃以上、より好ましくは75℃以上、特に好ましくは80℃以上、非常に特に好ましくは85℃以上の透明点を有する。
本発明による媒体のネマチック相は、好ましくは少なくとも0℃以下~70℃以上、より好ましくは少なくとも-20℃以下~75℃以上、非常に好ましくは少なくとも-30℃以下~75℃以上、特には少なくとも-40℃以下~80℃以上に及ぶ。
1kHzおよび20℃における本発明による液晶媒体のΔεは、好ましくは2以上、より好ましくは3以上、より更に好ましくは4以上、非常に好ましくは6以上で、Δεは好ましくは30以下、Δεは特に好ましくは20以下である。
589nm(Na)および20℃における本発明による液晶媒体のΔnは、好ましくは0.070以上~0.150以下の範囲内、より好ましくは0.080以上~0.140以下の範囲内、より更に好ましくは0.090以上~0.135以下の範囲内、非常に特に好ましくは0.100以上~0.130以下の範囲内である。
本出願の好ましい実施形態において本発明による液晶媒体のΔnは、好ましくは0.100以上~0.140以下、より好ましくは0.110以上~0.130以下の範囲内、非常に好ましくは0.115以上~0.125以下の範囲内であり、一方Δεは、好ましくは10以上~30以下の範囲内、好ましくは15以上~25以下の範囲内、特に好ましくは17以上~23以下の範囲内である。
本発明によれば式Iの化合物は併せて混合物全体の好ましくは60%~90%、より好ましくは61%~85%、より好ましくは62%~80%、非常に好ましくは65%~75%の合計濃度で使用する。
式IIの群から選択する化合物は混合物全体の好ましくは5%~15%、より好ましくは7%~13%、非常に好ましくは8%~12%の合計濃度で使用する。
式IおよびIIの群から選択する化合物は混合物全体の好ましくは65%~95%、より好ましくは68%~93%、より更に好ましくは72%~90%、非常に好ましくは75%~85%の合計濃度で使用する。
式IIIの化合物は混合物全体の好ましくは5%~25%、より好ましくは7%~22%、非常に好ましくは10%~20%の合計濃度で使用する。
式IVの化合物は混合物全体の好ましくは0%~15%、より好ましくは1%~12%、非常に好ましくは5%~10%の合計濃度で使用する。
本発明による媒体は物理的特性を調整するために、更なる液晶化合物を含んでよい。そのような化合物は当業者に既知である。本発明による媒体におけるそれらの濃度は、好ましくは0%~15%、より好ましくは0.1%~10%、非常に好ましくは1%~8%である。
好ましい実施形態において本発明による媒体中式CC-4-Vの化合物の濃度は、10%~20%、特に好ましくは12%~17%とできる。
液晶媒体は合計で、50%~100%、より好ましくは70%~100%、非常に好ましくは80%~100%、特には90%~100%の好ましくは式I、IIおよびIII、特に好ましくは式I~IVの化合物の群から選択する式I~IVの化合物を含む。
本出願において誘電的に正との表現はΔε>3.0である化合物または成分を記載し、誘電的に中性は-1.5≦Δε≦3.0のものを記載し、誘電的に負はΔε<-1.5のものを記載する。Δεは、1kHzの周波数および20℃で決定する。それぞれの化合物の誘電異方性は、ネマチックホスト混合物中のそれぞれの個々の化合物の10%の溶液の結果から決定する。ホスト混合物中のそれぞれの化合物の溶解度が10%未満である場合、濃度を5%に低下する。試験用混合物の静電容量は、ホメオトロピック配向を有するセルおよびホモジニアス配向を有するセルの両者で決定する。両タイプのセルのセル厚は、およそ20μmである。印加電圧は周波数1kHzで、実効値が典型的には0.5V~1.0Vの矩形波であるが、常に各試験用混合物の容量閾値未満になるよう選択する。
Δεは(ε-ε)の通り定義され、一方εav.は(ε+2ε)である。
誘電的に正の化合物に使用するホスト混合物は混合物ZLI-4792で、誘電的に中性および誘電的に負の化合物に使用するホスト混合物は混合物ZLI-3086で、いずれもドイツ国メルク社製である。化合物の誘電率の絶対値は、対象の化合物の添加した際のホスト混合物のそれぞれの値の変化から決定する。その値を対象の化合物の濃度100%に外挿する。
20℃の測定温度でネマチック相を有する成分はそのまま測定し、他は全て化合物のように処理する。
両者の場合で他に明らかに述べない限り、本出願における閾電圧との表現は光学的閾値を指し、10%相対コントラスト(V10)について言うもので、飽和電圧との表現は光学的飽和を指し、90%相対コントラスト(V90)について言うもので。フレデリックス閾値(VFr)とも呼ばれる容量閾電圧(V)は、明記されている場合にのみ使用する。
本出願で示すパラメータの範囲は他に明らかに述べない限り、全て端の値を含む。
種々の特性の範囲を互いに組み合わせることで異なる上限値および下限値が示されるときは、追加の好ましい範囲が生じる。
本出願を通じて他に明らかに述べない限り、以下の条件および定義を適用する。全ての濃度は重量パーセントで示され、それぞれの混合物全体に対してであり、全ての温度は摂氏温度で示され、全ての温度差は示差度で示される。全ての物理的特性は「Merck Liquid Crystals,Physical Properties of Liquid Crystals(メルク液晶、液晶の物理的特性)」1997年11月版、ドイツ国メルク社に従って決定し、他に明らかに述べない限り温度20℃においてである。光学的異方性(Δn)は波長589.3nmで決定する。誘電率異方性(Δε)は周波数1kHzで決定する。閾電圧ならびに他の全ての電気光学的特性は、ドイツ国メルク社で製造した試験用セルを使用して決定する。Δεを決定するための試験用セルはおよそ20μmのセル厚を有する。電極は、1.13cmの面積を有する円形ITO電極およびガードリングである。配向層は、ホメオトロピック配向(ε)用が日本国、日産化学社製SE-1211で、ホモジニアス配向(ε)用が日本国、日本合成ゴム社製ポリイミドAL-1054である。静電容量は、電圧0.3Vrmsの正弦波を使用するSolatron1260周波数応答分析計を使用して決定する。電気光学的測定で使用する光は白色光である。ここでは、ドイツ国Autronic-Melchers社より商業的に入手可能なDMS装置を使用する構成を使用する。特性電圧は垂直観察の下で決定した。閾電圧(V10)、中間諧調電圧(V50)および飽和電圧(V90)を、それぞれ10%、50%および90%相対コントラストについて決定した。
本発明による液晶媒体は、通常の濃度で更なる添加剤およびキラルドーパントを含んでよい。これらの更なる成分の合計濃度は混合物全体に対して0%~10%、好ましくは0.1%~6%の範囲である。使用する個々の化合物の濃度は好ましくはそれぞれ、0.1%~3%の範囲である。本出願における液晶成分および液晶媒体の化合物の値および濃度範囲を言うとき、これらおよび同様の添加物の濃度は考慮しない。
本発明による液晶媒体は、数種類の化合物、好ましくは3~30種類、より好ましくは4~20種類、非常に好ましくは4~16種類の化合物から成る。これらの化合物は、従来法で混合される。一般に、より少ない量で使用される化合物の所望量を、より多い量で使用される化合物に溶解する。より高い濃度で使用される化合物の透明点より温度が高い場合には、溶解過程の完了を観察するのは特に容易である。しかしながら、また、例えば、他の従来法、例えば、化合物の同族または共融混合物が可能な所謂プレ混合の使用、または、構成成分がそれ自身で使用可能な状態の混合物の所謂「マルチ・ボトル」系を使用して媒体を調製することも可能である。
適切な添加剤を加えることにより、TN、TN-AMD、ECB-AMD、VAN-AMD、IPS-AMD、FFS-AMDなどのように液晶媒体をそのまま使用する、またはPDLC、NCAP、PN LCDなどの複合材系のいずれかの全ての既知のタイプの液晶ディスプレイにおいて、特にVA LCDまたはTBAモードディスプレイにおいて、本発明による液晶媒体を使用できるように改変できる。
例えば、液晶の融点T(C,N)またはT(C,S)、スメクチック(S)からネマチック(N)相への転移T(S,N)および透明点T(N,I)などの全ての温度は、摂氏度で示される。全ての温度差は差異度で示される。
本発明および特に以下の例においてメソゲン化合物の構造は、頭字語とも呼ばれる略号で示される。これらの頭字語において下表A~Cを使用し、以下の通り化学式を略号化する。全ての基C2n+1、C2m+1およびC2l+1またはC2n-1、C2m-1およびC2l-1は、それぞれn、mおよびl個のC原子をそれぞれ有する直鎖状のアルキルまたはアルケニル、好ましくは1E-アルケニルを表す。表Aは化合物の核構造の環構造要素のために使用するコードを列記し、一方表Bには連結基を示す。
表Cに、分子の左側または右側の末端基のためのコードの意味が与えられる。頭字語は、任意に存在する連結基と共に環構造要素のコードと、それに続く第1のハイフンおよび左側の末端基のコード、第2のハイフンおよび右側の末端基のコードから成る。表Dには、それらのそれぞれの略号と共に化合物の構造説明例が示される。
Figure 0007034901000021
Figure 0007034901000022
Figure 0007034901000023
Figure 0007034901000024
式中、nおよびmはそれぞれ整数を表し、3つの点「...」は、この表からの他の略号のためのスペースである。
以下の表は、例示的な構造をそれぞれの略号と共に示す。これらは、略号の規則の意味を例示するために示される。それらは更に、好ましく使用される化合物を表す。
Figure 0007034901000025
Figure 0007034901000026
Figure 0007034901000027
Figure 0007034901000028
Figure 0007034901000029
Figure 0007034901000030
Figure 0007034901000031
Figure 0007034901000032
Figure 0007034901000033
Figure 0007034901000034
Figure 0007034901000035
Figure 0007034901000036
Figure 0007034901000037
式中、n、mおよびlは好ましくは互いに独立に1~7を表す。
以下の表である表Eに、本発明によるメソゲン媒体で追加の安定剤として使用できる例示化合を示す。
表Eに、本発明によるLC媒体に添加できる可能性のある安定剤を示す。
(ここでnは1~12の整数、好ましくは1、2、3、4、5、6、7または8を表し、末端メチル基は示していない。)
Figure 0007034901000038
Figure 0007034901000039
Figure 0007034901000040
Figure 0007034901000041
Figure 0007034901000042
LC媒体は、好ましくは0~10重量%、特に1ppm~5重量%、特に好ましくは1ppm~1重量%の安定剤を含む。
下表Fに、本発明によるメソゲン媒体においてキラルドーパントとして好ましくは使用できる例示化合物を示す。
Figure 0007034901000043
Figure 0007034901000044
本発明の好ましい実施形態において、メソゲン媒体は表Fからの化合物の群から選択する1種類以上の化合物を含む。
本出願によるメソゲン媒体は好ましくは、上の表からの化合物から成る群より選択される2種類以上、好ましくは4種類以上の化合物を含む。
本発明による液晶媒体は、好ましくは、
・表Dからの化合物の群から選択される、7種類以上、好ましくは8種類以上の個々の化合物、好ましくは3種類以上、特に好ましくは4種類以上の異なる式を有する化合物
を含む。
下の例は、本発明を一切限定せず例示する。
しかしながら物理的特性は、どの特性を達成できるか、どの範囲でそれらを改変できるかを当業者に示す。よって特に、好ましく達成できる種々の特性の組み合わせは、当業者にとって十分に定義されている。
以下の表に示す組成および特性を有する液晶混合物を調製する。
Figure 0007034901000045

Claims (21)

  1. TBA(Transverse Bend Alignment、横ベント配向)モードで使用され、正の誘電異方性を有する液晶媒体であって、
    合計65%以上の式IおよびIIの化合物の群から選択する1種類以上の化合物を含み、
    式Iの化合物の合計濃度は、60%以上である
    ことを特徴とする媒体。
    Figure 0007034901000046
    (式中、
    およびRは互いに独立に、1~7個のC原子を有するアルキル、アルコキシ、フッ素化アルキルまたはフッ素化アルコキシ、2~7個のC原子を有するアルケニル、アルケニルオキシ、アルコキシアルキルまたはフッ素化アルケニルを表し、RおよびRは好ましくはアルキルまたはアルケニルを表し、
    Figure 0007034901000047
    を表し、
    11、L12、L21およびL22は互いに独立に、HまたはFを表し、
    およびXは互いに独立に、ハロゲン、1~3個のC原子を有するハロゲン化アルキルまたはアルコキシ、2個または3個のC原子を有するハロゲン化アルケニルまたはアルケニルオキシを表し、
    は、-CHCH-、-CFCF-、-COO-、トランス-CH=CH-、トランス-CF=CF-、-CHO-または単結合を表し、
    mおよびnは互いに独立に、0、1、2または3を表す。)
  2. 式IIの化合物の合計濃度は、5%以上であることを特徴とする請求項1に記載の媒体。
  3. TBA(Transverse Bend Alignment、横ベント配向)モードで使用され、正の誘電異方性を有する液晶媒体であって、
    合計65%以上の式IおよびIIの化合物の群から選択する1種類以上の化合物を含み、
    化合物I-1aおよびI-1bの群から選択する化合物の合計濃度は、30%以上である
    ことを特徴とする媒体。
    Figure 0007034901000048
    (式中、
    およびRは互いに独立に、1~7個のC原子を有するアルキル、アルコキシ、フッ素化アルキルまたはフッ素化アルコキシ、2~7個のC原子を有するアルケニル、アルケニルオキシ、アルコキシアルキルまたはフッ素化アルケニルを表し、RおよびRは好ましくはアルキルまたはアルケニルを表し、
    Figure 0007034901000049
    を表し、
    11、L12、L21およびL22は互いに独立に、HまたはFを表し、
    およびXは互いに独立に、ハロゲン、1~3個のC原子を有するハロゲン化アルキルまたはアルコキシ、2個または3個のC原子を有するハロゲン化アルケニルまたはアルケニルオキシを表し、
    は、-CHCH-、-CFCF-、-COO-、トランス-CH=CH-、トランス-CF=CF-、-CHO-または単結合を表し、
    mおよびnは互いに独立に、0、1、2または3を表す。)
    Figure 0007034901000050
    (式中、
    は、互いに独立に1~7個のC原子を有するアルキル、アルコキシ、フッ素化アルキルまたはフッ素化アルコキシ、2~7個のC原子を有するアルケニル、アルケニルオキシ、アルコキシアルキルまたはフッ素化アルケニルを表し、
    11およびL12は、互いに独立にHまたはFを表し、
    は、互いに独立にハロゲン、1~3個のC原子を有するハロゲン化アルキルまたはアルコキシ、2個または3個のC原子を有するハロゲン化アルケニルまたはアルケニルオキシを表す。)
  4. 式I-1dの1種類以上の化合物を、23%以上の合計濃度で含むことを特徴とする請求項1~3のいずれか1項に記載の媒体。
    Figure 0007034901000051
    (式中、
    は、互いに独立に1~7個のC原子を有するアルキル、アルコキシ、フッ素化アルキルまたはフッ素化アルコキシ、2~7個のC原子を有するアルケニル、アルケニルオキシ、アルコキシアルキルまたはフッ素化アルケニルを表し、
    11およびL12は、互いに独立にHまたはFを表し、
    は、互いに独立にハロゲン、1~3個のC原子を有するハロゲン化アルキルまたはアルコキシ、2個または3個のC原子を有するハロゲン化アルケニルまたはアルケニルオキシを表し、
    13およびL14は、互いに独立にHまたはFを表す。)
  5. 一般式I-2cの化合物の群から選択する1種類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1項に記載の媒体。
    Figure 0007034901000052
    (式中、
    は、互いに独立に1~7個のC原子を有するアルキル、アルコキシ、フッ素化アルキルまたはフッ素化アルコキシ、2~7個のC原子を有するアルケニル、アルケニルオキシ、アルコキシアルキルまたはフッ素化アルケニルを表し、
    11およびL12は、互いに独立にHまたはFを表し、
    は、互いに独立にハロゲン、1~3個のC原子を有するハロゲン化アルキルまたはアルコキシ、2個または3個のC原子を有するハロゲン化アルケニルまたはアルケニルオキシを表し、
    13~L18は、互いに独立にHまたはFを表す。)
  6. 一般式II-2d-2の化合物の群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1項に記載の媒体。
    Figure 0007034901000053
    (式中、
    は、互いに独立に1~7個のC原子を有するアルキル、アルコキシ、フッ素化アルキルまたはフッ素化アルコキシ、2~7個のC原子を有するアルケニル、アルケニルオキシ、アルコキシアルキルまたはフッ素化アルケニルを表し、
    は、FまたはOCFを表す。)
  7. 一般式II-2e-1の化合物の群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1項に記載の媒体。
    Figure 0007034901000054
    (式中、
    は、互いに独立に1~7個のC原子を有するアルキル、アルコキシ、フッ素化アルキルまたはフッ素化アルコキシ、2~7個のC原子を有するアルケニル、アルケニルオキシ、アルコキシアルキルまたはフッ素化アルケニルを表し、
    は、Fを表す。)
  8. TBA(Transverse Bend Alignment、横ベント配向)モードで使用され、正の誘電異方性を有する液晶媒体であって、
    ・式I-1a-1、I-1d-1またはI-2c-1の化合物群から選択する1種類以上の化合物と、
    ・式II-2d-2またはII-2e-1の化合物群から選択する1種類以上の化合物とを
    合計濃度65%以上で含む液晶媒体。
    Figure 0007034901000055
    Figure 0007034901000056
    (式中、
    は、互いに独立に1~7個のC原子を有するアルキルもしくはアルコキシ、または2~7個のC原子を有するアルケニル、アルケニルオキシもしくはアルコキシアルキルを表し、
    は、FまたはOCFを表す。)
    Figure 0007034901000057
    Figure 0007034901000058
    (式中、
    は、互いに独立に1~7個のC原子を有するアルキルもしくはアルコキシ、または2~7個のC原子を有するアルケニル、アルケニルオキシもしくはアルコキシアルキルを表し、
    は、互いに独立にFまたはOCFを表す。)
  9. TBA(Transverse Bend Alignment、横ベント配向)モードで使用され、正の誘電異方性を有する液晶媒体であって、
    ・式I-1a-1の1種類以上の化合物、I-1d-1の1種類以上の化合物およびI-2c-1の1種類以上の化合物と、ならびに
    ・式II-2d-2の1種類以上の化合物およびII-2e-1の1種類以上の化合物とを
    合計濃度65%以上で含む液晶媒体。
    Figure 0007034901000059
    Figure 0007034901000060
    (式中、
    は、互いに独立に1~7個のC原子を有するアルキルもしくはアルコキシ、または2~7個のC原子を有するアルケニル、アルケニルオキシもしくはアルコキシアルキルを表し、
    は、FまたはOCFを表す。)
    Figure 0007034901000061
    Figure 0007034901000062
    (式中、
    は、互いに独立に1~7個のC原子を有するアルキルもしくはアルコキシ、または2~7個のC原子を有するアルケニル、アルケニルオキシもしくはアルコキシアルキルを表し、
    は、互いに独立にFまたはOCFを表す。)
  10. ・式I-1a-1の1種類以上の化合物の合計濃度は、30~45重量%の範囲内であり、
    ・式I-1d-1の1種類以上の化合物の合計濃度は、23~34重量%の範囲内であり、
    ・式I-2c-1の1種類以上の化合物の合計濃度は、4~12重量%の範囲内である
    請求項8または9に記載の液晶媒体。
  11. 式IIIの1種類以上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1項に記載の媒体。
    Figure 0007034901000063
    (式中、
    31およびR32は、互いに独立に1~7個のC原子を有するアルキル、アルコキシ、フッ素化アルキルまたはフッ素化アルコキシ、2~7個のC原子を有するアルケニル、アルケニルオキシ、アルコキシアルキルまたはフッ素化アルケニルを表し、
    Figure 0007034901000064
    を表し、
    31およびZ32は互いに独立に、およびZ31が2回出現するときは、またこれらも互いに独立に-CHCH-、-COO-、トランス-CH=CH-、トランス-CF=CF-、-CHO-、-CFO-、-C≡C-または単結合を表し、および
    pは、0、1または2を表す。)
  12. 式IVの1種類以上の化合物を含むことを特徴とする請求項1~11のいずれか1項に記載の媒体。
    Figure 0007034901000065
    (式中、
    41およびR42は、互いに独立に1~7個のC原子を有するアルキル、アルコキシ、フッ素化アルキルまたはフッ素化アルコキシ、2~7個のC原子を有するアルケニル、アルケニルオキシ、アルコキシアルキルまたはフッ素化アルケニルを表し、
    Figure 0007034901000066
    を表し、
    41およびZ42は互いに独立に、およびZ41が2回出現するときは、またこれらも互いに独立に-CHCH-、-COO-、トランス-CH=CH-、トランス-CF=CF-、-CHO-、-CFO-または単結合を表し、
    rは、0、1または2を表す。)
  13. 一般式IV-2の化合物の群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1項に記載の媒体。
    Figure 0007034901000067
    (式中、R41はアルキルを表し、R42はアルキルまたはアルケニルを表す。)
  14. TBA(Transverse Bend Alignment、横ベント配向)モードで使用され、正の誘電異方性を有する液晶媒体であって、
    ・式I-1a-1、I-1d-1またはI-2c-1の化合物群から選択する1種類以上の化合物と、
    ・式II-2d-2またはII-2e-1の化合物群から選択する1種類以上の化合物とを合計濃度65%以上で含み、
    ・式III-1またはIV-2の化合物群から選択する1種類以上の化合物と
    を含む液晶媒体。
    Figure 0007034901000068
    Figure 0007034901000069
    (式中、
    は、互いに独立に1~7個のC原子を有するアルキルもしくはアルコキシ、または2~7個のC原子を有するアルケニル、アルケニルオキシもしくはアルコキシアルキルを表し、
    は、FまたはOCFを表す。)
    Figure 0007034901000070
    Figure 0007034901000071
    (式中、
    は、互いに独立に1~7個のC原子を有するアルキルもしくはアルコキシ、または2~7個のC原子を有するアルケニル、アルケニルオキシもしくはアルコキシアルキルを表し、
    は、互いに独立にFまたはOCFを表す。)
    Figure 0007034901000072
    (式中、
    31は、アルキルまたはアルケニルを表し、
    32は、アルキルまたはアルケニルを表す。)
    Figure 0007034901000073
    (式中、
    41は、アルキルを表し、
    42は、アルキルまたはアルケニルを表す。)
  15. TBA(Transverse Bend Alignment、横ベント配向)モードで使用され、正の誘電異方性を有する液晶媒体であって、
    ・式I-1a-1の1種類以上の化合物、I-1d-1の1種類以上の化合物およびI-2c-1の1種類以上の化合物と、ならびに
    ・式II-2d-2の1種類以上の化合物およびII-2e-1の1種類以上の化合物とを
    合計濃度65%以上で含み、
    ・式III-1の化合物群から選択する1種類以上の化合物と、ならびに
    ・式IV-2の化合物群から選択する1種類以上の化合物と
    を含む液晶媒体。
    Figure 0007034901000074
    Figure 0007034901000075
    (式中、
    は、互いに独立に1~7個のC原子を有するアルキルもしくはアルコキシ、または2~7個のC原子を有するアルケニル、アルケニルオキシもしくはアルコキシアルキルを表し、
    は、FまたはOCFを表す。)
    Figure 0007034901000076
    Figure 0007034901000077
    (式中、
    は、互いに独立に1~7個のC原子を有するアルキルもしくはアルコキシ、または2~7個のC原子を有するアルケニル、アルケニルオキシもしくはアルコキシアルキルを表し、
    は、互いに独立にFまたはOCFを表す。)
    Figure 0007034901000078
    (式中、
    31は、アルキルまたはアルケニルを表し、
    32は、アルキルまたはアルケニルを表す。)
    Figure 0007034901000079
    (式中、
    41は、アルキルを表し、
    42は、アルキルまたはアルケニルを表す。)
  16. ・式I-1a-1の1種類以上の化合物の合計濃度は、30~45重量%の範囲内であり、
    ・式I-1d-1の1種類以上の化合物の合計濃度は、23~34重量%の範囲内であり、
    ・式I-2c-1の1種類以上の化合物の合計濃度は、4~12重量%の範囲内であり、
    ・式III-1の1種類以上の化合物の合計濃度は、5~25重量%の範囲内である
    請求項14または15に記載の液晶媒体。
  17. 式III-1の化合物として化合物CC-4-Vを10重量%~20重量%の濃度で含む請求項1~16のいずれか1項に記載の液晶媒体。
    Figure 0007034901000080
  18. 式IおよびIIの化合物の合計濃度は、95%以下であることを特徴とする請求項1~17のいずれか1項に記載の媒体。
  19. TBA(Transverse Bend Alignment、横ベント配向)モードで動作し、請求項1~18のいずれか1項に記載の媒体を含有することを特徴とする液晶ディスプレイ。
  20. TBA(Transverse Bend Alignment、横ベント配向)モードで動作する液晶ディスプレイにおける、請求項1~18のいずれか1項に記載の媒体の使用。
  21. 請求項1~18のいずれか1項に記載の媒体を調製する方法であって、
    式IおよびIIの1種類以上の化合物を、式IIIおよび/またはIVの1種類以上の化合物と、および/または1種類以上の更なるメソゲン化合物と混合することを特徴とする方法。
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