TWI490318B - 液晶介質 - Google Patents

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Description

液晶介質
本發明係關於一種液晶介質(LC介質)，係關於其用於電光學目的之用途及含有此介質之LC顯示器。
液晶在顯示器設備中主要用作介電質，因為該等物質之光學特性可由施加電壓而改變。基於液晶之電光學設備為熟習此項技術者所極為熟知且可基於各種效應。該等設備之實例為具有動態散射之單元、DAP(對準相變形)單元、客體/主體單元、具有扭轉向列結構之TN單元、STN(超扭轉向列)單元、SBE(超雙折射效應)單元及OMI(光學模式干涉)單元。最常見顯示器設備係基於夏德特-海爾弗裏奇(Schadt-Helfrich)效應且具有扭轉向列結構。另外，亦存在以平行於基板及液晶平面之電場運作的單元，諸如IPS("平面內切換")單元。詳言之，TN、STN、FFS(邊緣場切換)及IPS單元為本發明之介質的當前商業上關注之應用領域。
液晶材料必須具有良好的化學及熱穩定性及對電場及電磁輻射之良好穩定性。此外，液晶材料應具有低黏度且在單元中產生短定址時間、低臨限電壓及高對比度。
此外，於通常操作溫度下，亦即在室溫上下之最寬可能範圍內，其應具有用於上述單元之例如向列型或膽固醇型中間相之適當中間相。因為液晶通常用作複數種組份之混合物，故該等組份易於彼此 混溶係重要的。諸如導電性、介電各向異性及光學各向異性之其他特性必須滿足視單元類型及應用領域而定之各種要求。舉例而言，具有扭轉向列結構之單元的材料應具有正介電各向異性及低導電性。
舉例而言，對於具有用於切換個別像素的積體非線性元件之矩陣液晶顯示器(MLC顯示器)而言，需具有大的正介電各向異性、寬向列相、相對低之雙折射率、極高比電阻、良好UV及溫度穩定性及低蒸氣壓之介質。
已知此類型之矩陣液晶顯示器。可用於個別地切換個別像素之非線性元件之實例為主動元件(亦即電晶體)。當可在以下兩種類型之間作出區別時，則使用術語"主動矩陣"：1.在作為基板之矽晶圓上的MOS(金屬氧化物半導體)或其他二極體；2.在作為基板之玻璃板上的薄膜電晶體(TFT)。
將單晶矽用作為基板材料限制了顯示器尺寸，因為甚至各種部件顯示器之模組組件亦導致接合點處的問題。
在較佳的、更有前景的類型2之情況下，所使用之電光效應通常為TN效應。在兩種技術之間作出區別：包含諸如CdSe之化合物半導體之TFT，或基於多晶或非晶矽之TFT。全世界正對後一技術進行深入研究。
將TFT矩陣應用於顯示器之一個玻璃板之內側，而另一玻璃板在其內側上承載透明反電極。與像素電極尺寸相比而言，TFT極小且實際上對影像沒有不良效應。此技術亦可延伸至能夠顯示全彩色之顯示器，其中紅色、綠色及藍色濾光片之鑲嵌體以濾光片元件與每一可切換像素相對之方式排列。
TFT顯示器通常作為TN單元操作，其具有在透射中之正交起偏振鏡且被背光照明。
此處術語MLC顯示器涵蓋任何具有整合之非線性元件之矩陣顯示器，亦即除主動矩陣外，亦包含具有諸如變阻器或二極體之被動元件之顯示器(MIM=金屬-絕緣體-金屬)。
此類型之MLC顯示器尤其適於TV應用(例如袖珍電視機)或用於電腦應用之高資訊顯示器(膝上型電腦)及用在汽車或飛機構造中。除關於對比度之角度依賴性及回應時間之問題外，在MLC顯示器上亦出現難點，此歸因於液晶混合物之比電阻不足夠高[TOGASHI,S.,SEKIGUCHI,K.,TANABE,H.,YAMAMOTO,E.,SORIMACHI,K.,TAJIMA,E.,WATANABE,H.,SHIMIZU,H.,Proc.Eurodisplay 84，1984年9月：A 210-288 Matrix LCD Controlled by Double Stage Diodoe Rings，第141 ff頁，Paris；STROMER,M.,Proc.Eurodisplay 84，1984年9月：Design of Thin Film Transistors for Matrix Addressing of Television Liquid Crystal Displays，第145 ff頁，Paris]。隨著電阻降低，MLC顯示器對比度惡化，且可出現殘留影像消除之問題。因液晶混合物之比電阻通常在MLC顯示器之壽命中降低(由於與顯示器內表面之交互作用)，故為獲得可接受之使用壽命較高(初始)電阻極其重要。尤其在低電壓混合物之狀況下，至今不可能達到極高之比電阻值。此外，重要的為隨著溫度升高及在加熱及/或UV曝露後，比電阻展示最小可能的增加。先前技術之混合物之低溫特性亦尤其不利。要求甚至於低溫下亦無結晶及/或近晶相出現，且黏度之溫度依賴性儘可能低。因此先前技術之MLC顯示器不滿足當今要求。
除使用背光之液晶顯示器(亦即透射性地且若需要則透射反射性地運作)外，反射性液晶顯示器亦尤其受關注。此等反射性液晶顯示器將環境光用於資訊顯示。其因此比具有對應尺寸及解析度之背光液晶顯示器消耗顯著較少之能量。因為TN效應之特徵在於極良好之對比度，故此類型之反射性顯示器甚至在明亮的環境條件下亦可被良好 讀取。此在如用於(例如)手錶及袖珍計算器之簡單反射性TN顯示器中已知。然而，該原理亦可應用於高品質、較高解析度主動矩陣定址顯示器，例如TFT顯示器。此處，如在通常習知之透射性TFT-TN顯示器中，為達成低光學延遲(d．△n)，需使用低雙折射率(△n)之液晶。此低光學延遲導致對比度之通常可接受的低視角依賴性(參看DE 30 22 818)。在反射性顯示器中，使用低雙折射率液晶甚至比在透射性顯示器中更重要，因為光通過之有效層厚度在反射性顯示器中為在具有相同層厚度之透射性顯示器中的約兩倍大。
對於TV及視訊應用而言，需要具有短回應時間之顯示器。詳言之，若使用具有低黏度值(尤其為轉動黏度γ1 )之液晶介質，則可達到該等短回應時間。然而，稀釋添加劑一般會降低清澈點且因此降低介質之工作溫度範圍。
因此，仍極需要不展示此等缺點或僅在較小程度上展示此等缺點之在具有極高比電阻之同時具有大工作溫度範圍、(甚至於低溫下)具有短回應時間及具有低臨限電壓之MLC顯示器。
在TN(夏德特-海爾弗裏奇)單元之情況下，需要在單元中促進以下優點之介質：- 延伸之向列相範圍(尤其下降至低溫時)；- 極低溫度下之可切換性(戶外使用、汽車、航空電子)；- 對UV輻射之增大的抗性(更長之壽命)；- 低臨限電壓。
先前技術中可用之介質不能達成此等優點，而同時保持其他參數。
在超扭轉(STN)單元之情況下，需要促進較大多工性及/或較低臨限電壓及/或較寬向列相範圍(尤其在低溫下)之介質。為達此目的，迫切需要進一步拓寬可用參數範圍(清澈點、層列-向列轉變或熔點、黏 度、介電參數、彈性參數)。
尤其在用於TV及視訊應用(例如LCD TV、監視器、PDA、筆記型電腦、遊戲機)之LC顯示器之情況下，需要顯著減少回應時間。LC單元中LC介質之層厚度d("cellap")之減小可理論上導致更快之回應時間，但為確保足夠的光學延遲(d．△n)而需要具有較高之雙折射率△n之LC介質。然而，自先前技術已知之具有高雙折射率之LC材料通常同時亦具有高旋轉黏度，其又對回應時間具有不良效應。因此存在對同時具有快速回應時間、低旋轉黏度及高雙折射率之LC介質的需要。
本發明係基於提供介質(尤其用於此類型之MLC、TN、STN、FFS或IPS顯示器)之目的，其具有以上所示之所要特性且不展示上述缺點或僅在較小程度上展示上述缺點。詳言之，LC介質應具有快速回應時間及低轉動黏度同時具有高雙折射率。另外，LC介質應具有高清澈點、高介電各向異性及低臨限電壓。
現已發現若使用包含一或多種式I化合物之LC介質則可達到此目的。式I化合物產生具有以上所示之所要特性的混合物。
本發明係關於一種液晶介質，其特徵在於其包含一或多種式I之化合物： 其中：R0 表示具有1至15個C原子之烷基或烷氧基，其中該等基團中之一或多個CH2 基亦可以O原子不彼此直接連接之方式各自彼此獨立地由-C≡C-、-CF2 O-、-CH=CH-、,,-O-、-CO-O-或- O-CO-置換，且另外，其中一或多個H原子可由鹵素置換，X0 表示F、Cl、CN、SF5 、SCN、NCS，具有至多6個C原子之鹵化烷基、鹵化烯基、鹵化烷氧基或鹵化烯氧基。
令人驚訝地，已發現包含式I化合物之LC介質同時具有低旋轉黏度γ1 及高雙折射率△n，以及快速回應時間、低臨限電壓、高清澈點、高正介電各向異性及寬向列相範圍。
式I之化合物具有廣泛的應用範圍。視取代基之選擇而定，此等化合物可用作基礎材料(液晶介質主要由該等基礎材料構成)；然而，亦可能將來自其他種類化合物之液晶基礎材料添加至式I之化合物中以便(例如)改質此類型介電質的介電及/或光學各向異性及/或最佳化其臨限電壓及/或其黏度。
以下提及式I之較佳化合物：
其中R0 具有以上所示之意義且較佳表示直鏈烷基。尤其較佳為式I-1及I-2之化合物，其中R0 較佳表示C2 H5 、n-C3 H7 或n-C5 H11 。
在純狀態中，式I之化合物為無色的且在對於電光學用途而言有利之溫度範圍內形成液晶中間相。其具有化學、熱及光穩定性。
如文獻(例如在標準著作中，諸如Houben-Weyl,Methoden der organischen Chemie[Methods of Organic Chemistry],Georg-Thieme- Verlag,Stuttgart)中所述，該等式I之化合物可藉由本身已知之方法予以製備，確切而言在已知且適於該等反應之反應條件下予以製備。此處亦可使用本身已知之各種變體，此處其並未被詳細提及。
若在上文及下文該等式中，R0 表示烷基及/或烷氧基，則此可為直鏈或分支鏈的。較佳為直鏈，具有2、3、4、5、6或7個C原子且因此較佳表示乙基、丙基、丁基、戊基、己基、庚基、乙氧基、丙氧基、丁氧基、戊氧基、己氧基或庚氧基，此外表示甲基、辛基、壬基、癸基、十一烷基、十二烷基、十三烷基、十四烷基、十五烷基、甲氧基、辛氧基、壬氧基、癸氧基、十一烷氧基、十二烷氧基、十三烷氧基或十四烷氧基。
氧雜烷基較佳表示直鏈2-氧雜丙基(=甲氧基甲基)，2-氧雜丁基(=乙氧基甲基)或3-氧雜丁基(=2-甲氧基乙基)，2-氧雜戊基、3-氧雜戊基或4-氧雜戊基，2-氧雜己基、3-氧雜己基、4-氧雜己基或5-氧雜己基，2-氧雜庚基、3-氧雜庚基、4-氧雜庚基、5-氧雜庚基或6-氧雜庚基，2-氧雜辛基、3-氧雜辛基、4-氧雜辛基、5-氧雜辛基、6-氧雜辛基或7-氧雜辛基，2-氧雜壬基、3-氧雜壬基、4-氧雜壬基、5-氧雜壬基、6-氧雜壬基、7-氧雜壬基或8-氧雜壬基，2-氧雜癸基、3-氧雜癸基、4-氧雜癸基、5-氧雜癸基、6-氧雜癸基、7-氧雜癸基、8-氧雜癸基或9-氧雜癸基。
若R0 表示其中一個CH2 基已由-CH=CH-置換之烷基，則此可為直鏈或分支鏈的。其較佳為直鏈的且具有2至10個C原子。因此，其尤其表示乙烯基、丙-1-烯基或丙-2-烯基、丁-1-烯基、丁-2-烯基或丁-3-烯基、戊-1-烯基、戊-2-烯基、戊-3-烯基或戊-4-烯基、己-1-烯基、己-2-烯基、己-3-烯基、己-4-烯基或己-5-烯基、庚-1-烯基、庚-2-烯基、庚-3-烯基、庚-4-烯基、庚-5-烯基或庚-6-烯基、辛-1-烯基、辛-2-烯基、辛-3-烯基、辛-4-烯基、辛-5-烯基、辛-6-烯基或辛-7-烯基、 壬-1-烯基、壬-2-烯基、壬-3-烯基、壬-4-烯基、壬-5-烯基、壬-6-烯基、壬-7-烯基或壬-8-烯基、癸-1-烯基、癸-2-烯基、癸-3-烯基、癸-4-烯基、癸-5-烯基、癸-6-烯基、癸-7-烯基、癸-8-烯基或癸-9-烯基。該等基團亦可為單或多取代的。
若R0 表示至少經鹵素單取代之烷基或烯基，則該基團較佳為直鏈且鹵素較佳為F或Cl。在多取代之情況下，鹵素較佳為F。該等所得基團亦包括經全氟化之基團。在單取代之情況下，氟或氯取代基可處於任何所要位置處，但較佳係在ω-位置處。
在上文及下文式中，X0 較佳為F、Cl或具有1、2或3個C原子之單或多氟化烷基或烷氧基或具有2或3個C原子之單或多氟化烯基。X0 尤其較佳為F、Cl、CF3 、CHF2 、OCF3 、OCHF2 、OCFHCF3 、OCFHCHF2 、OCFHCHF2 、OCF2 CH3 、OCF2 CHF2 、OCF2 CHF2 、OCF2 CF2 CHF2 、OCF2 CF2 CH2 F、OCFHCF2 CF3 、OCFHCF2 CHF2 、OCF2 CHFCF3 、OCF2 CF2 CF3 、OCF2 CF2 CClF2 、OCClFCF2 CF3 、CF=CF2 、CF=CHF或CH=CF2 ，極其較佳為F或OCF3 。
尤其較佳為式I之化合物，其中X0 表示F或OCF3 。式I之其他較佳化合物為其中R0 表示具有1至8個C原子之直鏈烷基或烷氧基或具有2至7個C原子之直鏈烯基或烯氧基之彼等化合物。
下文指示其他較佳實施例：- 介質另外包含一或多種式II及/或III之化合物： 其中：A表示1,4-伸苯基或反-1,4-伸環己基，a為0或1，且R3 表示具有2至9個C原子之烯基，且R4 具有式I中R0 所示之意義，且較佳表示具有1至12個C原子之烷基或具有2至9個C原子之烯基。
- 式II之化合物較佳選自以下化學式： 其中R3a 及R4a 各自彼此獨立地表示H、CH3 、C2 H5 或C3 H7 ，且"烷基"表示具有1至8個C原子之直鏈烷基。尤其較佳為式IIa及IIf之化合物，尤其其中R3a 表示H或CH3 ，且尤其較佳為式IIc之化合物，尤其其中R3a 及R4a 表示H、CH3 或C2 H5 。
- 式III之化合物較佳選自以下化學式： 其中"烷基"及R3a 具有以上所示之意義，且R3a 較佳表示H或CH3 。
尤其較佳為式IIIb之化合物；- 介質另外包含一或多種選自下式之化合物： 其中：R0 及X0 具有式I所示之意義，且Y1-4 各自彼此獨立地表示H或F，Z0 表示-C2 H4 -、-(CH2 )4 -、-CH=CH-、-CF=CF-、-C2 F4 -、-CH2 CF2 -、-CF2 CH2 -、-CH2 O-、-OCH2 -、-COO-、-CF2 O-或-OCF2 -，在式V及VI中亦表示單鍵，且r 表示0或1。
- 式IV之化合物較佳選自下式：
其中R0 及X0 具有以上所示之意義。在式IV中，R0 較佳表示具有1至8個C原子之烷基，且X0 較佳表示F、Cl、OCHF2 或OCF3 ；- 式V之化合物較佳選自下式：
其中R0 及X0 具有以上所示之意義。在式V中，R0 較佳表示具有1至8個C原子之烷基，且X0 較佳表示F；- 介質包含一或多種式VI-1之化合物： 尤其較佳為選自下式之彼等化合物：
其中R0 及X0 具有以上所示之意義。在式VI中，R0 較佳表示具有1至8個C原子之烷基，且X0 較佳表示F，此外表示OCF3 。
- 介質包含一或多種式VI-2之化合物： 尤其較佳為選自下式之彼等化合物：
其中R0 及X0 具有以上所示之意義。在式VI中，R0 較佳表示具有1至8個C原子之烷基，且X0 較佳表示F；- 介質較佳包含一或多種式VII之化合物，其中Z0 表示-CF2 O-、-CH2 CH2 或-COO-，尤其較佳包含選自下式之彼等化合物：
其中R0 及X0 具有以上所示之意義。在式VII中，R0 較佳表示具有1至8個C原子之烷基，且X0 較佳表示F，此外表示OCF3 。
式VIII之化合物較佳選自下式：
其中R0 及X0 具有以上所示之意義。R0 較佳表示具有1至8個C原子之直鏈烷基。X0 較佳表示F。
- 介質另外包含一或多種下式之化合物：
其中R0 、X0 、Y1 及Y2 具有以上所示之意義，且及各自彼此獨立地表示或， 或
其中環A及B不會兩者同時表示伸環己基；- 式IX之化合物較佳選自下式：
其中R0 及X0 具有以上所示之意義。R0 較佳表示具有1至8個C原子之烷基，且X0 較佳表示F。尤其較佳為式IXa之化合物；- 介質另外包含一或多種選自下式之化合物：
其中R0 、X0 及Y1-4 具有式I所示之意義，且及各自彼此獨立地表示 或- 式X及XI之化合物較佳選自下式：
其中R0 及X0 具有以上所示之意義。R0 較佳表示具有1至8個C原子之烷基，且X0 較佳表示F。尤其較佳化合物為彼等化合物，其中Y1 表示F且Y2 表示H或F，較佳表示F；- 介質另外包含一或多種下式之化合物：
其中R1 及R2 各自彼此獨立地表示正烷基、烷氧基、氧雜烷基、氟烷基或烯基，其各自具有至多9個C原子，且較佳各自彼此獨立地表示具有1至8個C原子之烷基。Y1 表示H或F。
式XII之較佳化合物為下式之化合物： 其中：烷基及烷基* 各自彼此獨立地表示具有1至6個C原子之直鏈烷基，及烯基及烯基* 各自彼此獨立地表示具有2至6個C原子之直鏈烯基。
- 介質另外包含一或多種選自下式之化合物：
其中R0 、X0 、Y1 及Y2 具有以上所示之意義。R0 較佳表示具有1至8個C原子之烷基，且X0 較佳表示F或Cl；- 式XIII及XIV之化合物較佳選自下式：
其中R0 及X0 具有以上所示之意義。R0 較佳表示具有1至8個C原子之烷基。在式XIII之化合物中，X0 較佳表示F或Cl。
- 介質另外包含一或多種以下式D1及/或D2之化合物：
其中Y1 、Y2 、R0 及X0 具有以上所示之意義。R0 較佳表示具有1至8個C原子之烷基，且X0 較佳表示F。尤其較佳為下式之化合物：
其中R0 具有以上所示之意義且較佳表示具有1至6個C原子之直鏈烷基，尤其表示C2 H5 、n-C3 H7 或n-C5 H11 。
- 介質另外包含一或多種下式之化合物：
其中Y1 、R1 及R2 具有以上所示之意義。R1 及R2 較佳各自彼此獨立地表示具有1至8個C原子之烷基；- 介質另外包含一或多種下式之化合物： 其中X0 、Y1 及Y2 具有以上所示之意義，且"烯基"表示C2-7 烯基。
尤其較佳為下式之化合物： 其中R3a 具有以上所示之意義且較佳表示H；- 介質另外包含一或多種選自下式之化合物：
其中Y1-4 、R0 及X0 各自彼此獨立地具有以上所示之意義中之一者。X0 較佳為F、Cl、CF3 、OCF3 或OCHF2 。R0 較佳表示烷基、烷氧基、氧雜烷基、氟烷基或烯基，其各自具有至多8個C原子。
較佳為 或
- R0 較佳為具有2至7個C原子之直鏈烷基或烯基；- X0 較佳為F，此外為OCF3 、Cl或CF3 ；- 介質較佳包含一種、兩種或三種式I之化合物；- 介質包含選自式I、II、III、V、VI-1、VI-2、XII、XIII、XIV及XVI之化合物；- 介質較佳包含一或多種式VI-1之化合物；- 介質較佳包含一或多種式VI-2之化合物；- 介質較佳包含1-25重量%，較佳為1-20重量%，尤其較佳為2-15重量%之式I化合物；- 總體上混合物中之式II-XXII化合物之比例較佳為20至99重量%；- 介質較佳包含25-80重量%，尤其較佳為30-70重量%之式II及/或III之化合物；- 介質較佳包含5-40重量%，尤其較佳為10-30重量%之式V化合物；- 介質較佳包含3-30重量%，尤其較佳為6-25重量%之式VI-1之化合物；- 介質較佳包含2-30重量%，尤其較佳為4-25重量%之式VI-2之化 合物；- 介質包含5-40重量%，尤其較佳為10-30重量%之式XII化合物；- 介質較佳包含1-25重量%，尤其較佳為2-15重量%之式XIII化合物；- 介質較佳包含5-45重量%，尤其較佳為10-35重量%之式XIV化合物；- 介質較佳包含1-20重量%，尤其較佳為2-15重量%之式XVI化合物。
已發現，即使將相對小比例之式I化合物與習知液晶材料混合(但尤其與一或多種式II至XXII之化合物混合)，亦導致光穩定性顯著增強及產生低雙折射率值，同時觀察到具有低層列-向列轉移溫度之寬向列相，並改良存放期。同時，該混合物展示極低臨限電壓及曝露於UV下時極良好之VHR值。
在此申請案中，術語"烷基"或"烷基*"涵蓋具有1至7個碳原子之直鏈及分支鏈烷基，尤其為直鏈基團甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基及庚基。通常較佳為具有1至6個碳原子之基團。
在此申請案中術語"烯基"或"烯基*"涵蓋具有2至7個碳原子之直鏈及分支鏈烯基，尤其為直鏈基團。較佳烯基為C2 -C7 -1E-烯基、C4 -C7 -3E-烯基、C5 -C7 -4-烯基、C6 -C7 -5-烯基及C7 -6-烯基，尤其為C2 -C7 -1E-烯基、C4 -C7 -3E-烯基及C5 -C7 -4-烯基。尤其較佳烯基之實例為乙烯基、1E-丙烯基、1E-丁烯基、1E-戊烯基、1E-己烯基、1E-庚烯基、3-丁烯基、3E-戊烯基、3E-己烯基、3E-庚烯基、4-戊烯基、4Z-己烯基、4E-己烯基、4Z-庚烯基、5-己烯基、6-庚烯基及其類似基團。通常較佳為具有至多5個碳原子之基團。
在此申請案中術語"氟烷基"較佳涵蓋具有至少一個氟原子，較佳為末端氟之直鏈基團，亦即氟甲基、2-氟乙基、3-氟丙基、4-氟丁 基、5-氟戊基、6-氟己基及7-氟庚基。然而，不排除氟之其他位置。
在此申請案中術語"氧雜烷基"或"烷氧基"較佳涵蓋式Cn H2n+1 -O-(CH2 )m 之直鏈基團，其中n及m各自彼此獨立地表示1至6。m亦可表示0。較佳地，n=1且m=1-6或m=0且n=1-3。
經由R0 及X0 之意義的適當選擇，可以所要方式改變定址時間、臨限電壓、透射特徵線之傾斜度等。舉例而言，與烷基及烷氧基相比，1E-烯基、3E-烯基、2E-烯基氧基及其類似基團通常導致定址時間變短、向列趨勢改良及彈性常數k33 (彎曲)與k11 (展開)之間的比率增高。與烷基及烷氧基相比，4-烯基、3-烯基及其類似基團通常提供較低臨限電壓及較低k33 /k11 值。尤其藉由高K1 值來區分本發明之混合物，且因此本發明之混合物比先前技術之混合物具有顯著更快的回應時間。
以上所提及之化學式的化合物之最佳混合比大體上視所要特性、以上所提及之化學式的組份之選擇及可存在之任何其他組份之選擇而定。
以上所示範圍內之適當混合比可易於根據各種情況加以確定。
本發明之混合物中之以上所提及之化學式的化合物之總量並非關鍵的。因此出於最佳化各種特性之目的，該等混合物可包含一或多種其他組份。然而，以上所提及之化學式的化合物之總濃度愈大，對混合物特性之所要改善之經觀察效應通常愈大。
在尤其較佳實施例中，本發明之介質包含式IV至VIII之化合物，其中X0 表示F、OCF3 、OCHF2 、OCH=CF2 、OCF=CF2 或OCF2 -CF2 H。與式I化合物之有利協同作用尤其導致有利特性。詳言之，包含式I、V及VI之化合物的混合物係由其低臨限電壓來加以區分。
可用於本發明之介質中的以上所提及之化學式及其子式的個別化合物已為吾人所知或可類似於已知化合物來製備。
本發明亦係關於諸如TN、STN、FFS、OCB、IPS、FFS或MLC顯示器之電光顯示器，其具有：兩個成平行面之外部板，該等板與一框架一起形成一單元；用於切換外部板上之個別像素的積體非線性元件；及位於該單元中之具有正介電各向異性及高比電阻的向列液晶混合物，其含有此類型之介質，且本發明係關於用於電光學目的之此等介質的用途。
本發明之液晶混合物能夠使可用參數之範圍顯著拓寬。清澈點、低溫黏度、熱及UV穩定性及高光學各向異性之可實現組合遠遠優越於先前技術之上述材料。
本發明之該等混合物尤其適用於行動式應用及高△n之TFT應用，諸如PDA、筆記型電腦、LCD TV及監視器。
本發明之液晶混合物當降至-20℃及較佳降至-30℃，尤其較佳降至-40℃時保持向列相，且清澈點70℃，較佳75℃，同時允許實現轉動黏度γ1 90mPa．s，尤其較佳70mPa．s，從而使得能達成具有快速回應時間之極佳MLC顯示器。
本發明之液晶混合物之介電各向異性△ε較佳為+3，尤其較佳為+4。另外，該等混合物之特徵為低運作電壓。本發明之該等液晶混合物之臨限電壓較佳為2.0V。本發明之液晶混合物之雙折射率△n較佳為0.11，尤其較佳為0.12。
本發明之液晶混合物之向列相範圍較佳具有至少90°，尤其具有至少100°之寬度。此範圍較佳至少自-25℃延伸至+70℃。
顯然，經由適當選擇本發明之混合物之組份，亦可能於較高臨限電壓下獲得較高清澈點(例如高於100℃)或於較低臨限電壓下獲得較低清澈點，而同時保留其他有利特性。在黏度僅輕微地相應增強時，同樣可能獲得具有較高△ε及因此低臨限值之混合物。本發明之MLC顯示器較佳在第一Gooch及Tarry傳輸最小值[C.H.Gooch及H.A. Tarry,Electron.Lett.10,2-4,1974；C.H.Gooch及H.A.Tarry,Appl.Phys.，第8卷，1575-1584,1975]下操作，其中除諸如特徵線之高傾斜度及對比度之低角度相依性(德國專利30 22 818)之尤其有利電光學特性以外，在與第二最小值處之類似顯示器中的臨限電壓相同之臨限電壓下較低介電各向異性亦足夠。此使得能夠使用本發明之混合物於第一最小值下獲得比包含氰基化合物之混合物的情況下顯著較高之比電阻值。經由適當選擇個別組份及其重量比例，熟習此項技術者能夠使用簡單例行方法設定對於MLC顯示器之預指定層厚度而言必需之雙折射率。
電壓保持率(HR)之量測[S.Matsumoto等人，Liquid Crystals5 ,1320(1989)；K.Niwa等人，Proc.SID Conference,San Francisco，1984年6月，第304頁(1984)；G.Weber等人，Liquid Crystals5 ,1381(1989)]已展示：在UV曝露下，包含式I化合物之本發明之混合物與包 含式之氰苯環己烷或替代式I化合物之式之酯的類似混合物相比展示顯著更小之HR降 低。
本發明之混合物之光穩定性及UV穩定性顯著更好，亦即，其在曝光或曝露於UV下時展示顯著更小之HR降低。與來自先前技術之混合物相比，即使在該等混合物中之式I之化合物在低濃度(小於10重量%)下使用，HR亦增加6%或6%以上。
自起偏振鏡、電極基板及經表面處理之電極建構本發明MLC顯示器對應於此類型顯示器之通常設計。術語通常設計此處廣泛引申且亦包涵MLC顯示器之所有衍生物及修改，尤其包括基於多晶矽TFT或MIM之矩陣顯示器元件。
然而，本發明之顯示器與基於扭轉向列單元之迄今習知之顯示 器之間的顯著差異在於對液晶層之液晶參數之選擇。
以本身習知之方式製備可根據本發明使用之液晶混合物，例如藉由將一或多種式I之化合物與一或多種式II-XXII之化合物混合或與其他液晶化合物及/或添加劑混合。一般而言，有利地在高溫下，將以較小量使用之所要量之組份溶解於組成主要成份之組份中。亦可能在有機溶劑(例如丙酮、三氯甲烷或甲醇)中混合該等組份溶液，且在充分混合後(例如)再藉由蒸餾移除溶劑。
該等介電質亦可包含熟悉此項技術者已知之且在文獻中描述之其他添加劑，諸如UV穩定劑(諸如獲自Ciba之Tinuvin® )、抗氧化劑、自由基捕捉劑、奈米粒子等。舉例而言，可添加0-15%之多色性染料或對掌性摻雜劑。適當穩定劑及摻雜劑在下表C及D中提及。
在本申請案及以下實例中，液晶化合物之結構係由縮寫詞來指示，根據以下表A及表B進行化學式之轉換。所有Cn H2n+1 及Cm H2m+1 基團分別為具有n及m個C原子之直鏈烷基；n、m及k為整數且較佳表示0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11或12。表B中之編碼係不證自明的。在表A中，僅指示母結構(parent structure)之縮寫詞。在個別情況中，母結構之縮寫詞後跟有經破折號分開之取代基R1* 、R2* 、L1* 及L2* 之編碼。
較佳混合物組份見表A及B。
表B
尤其較佳為液晶混合物，其除包含式I之化合物外，亦包含來自表B之至少一種、兩種、三種、四種或四種以上化合物。
以下實例意欲在不限制本發明之情況下解釋本發明。
在上文及下文中，百分比數據表示重量百分比。所有溫度以攝氏度表示。m.p.表示熔點，cl.p.=清澈點。此外，C=結晶狀態，N=向列相，S=層列相，且I=各向同性相。此等符號之間的資料表示轉移溫度。此外，- △n表示589nm及20℃下之光學各向異性，- γ1 表示20℃下之旋轉黏度(mPa．s)，- V10 表示用於10%透射之電壓(V)(視角垂直於板表面)，(臨限電壓)，- △ε表示20℃及1kHz下之介電各向異性(△ε=ε∥ -ε⊥ ，其中ε∥ 表示平行於分子之縱軸的介電常數且ε⊥ 表示垂直於該等分子之縱軸的介電常數)。
除非另外明確說明，否則該等電光學數據係於20℃下在TN單元中於第一最小值時(亦即於0.5μm之d．△n值)量測。除非另外明確說明，否則光學數據係於20℃下量測。除非另外明確說明，否則所有物理特性係根據"Merck Liquid Crystals,Physical Properties of Liquid Crystals"，情形1997年11月，Merck KGaA(德國)來測定，且適用於20℃之溫度。
比較實例1
實例1
該混合物與來自比較實例1的混合物相比，具有較低黏度，同時具有實際上相同之雙折射率及實際上相同之清澈點。
實例2
該混合物與來自比較實例1的混合物相比，具有較低黏度，同時具有實際上相同之雙折射率及實際上相同之清澈點。
比較實例2
實例3
該混合物與來自比較實例2的混合物相比，具有較低黏度、較高清澈點及較低臨限電壓，同時具有實際上相同之雙折射率。
實例4
實例5
實例6
實例7
實例8
實例9
實例10
實例11
實例12
實例13
實例14
實例15
實例16
實例17
實例18
實例19
實例20
實例21
實例22
實例23
實例24
實例25
實例26
實例27
實例28
實例29
實例30
實例31
實例32
實例33

Claims (14)

  1. 一種液晶介質，其特徵在於其包含一或多種式I之化合物： 以及一或多種式VI-2之化合物 其中：R0 示具有1至15個C原子之烷基或烷氧基，其中該等基團中之一或多個CH2 基亦可以O原子不彼此直接連接之方式各自彼此獨立地由-C≡C-、-CF2 O-、-CH=CH-、,、-O-、-CO-O-或-O-CO-置換，且另外，其中一或多個H原子可由鹵素原子置換，X0 示F、Cl、CN、SF5 、SCN、NCS，具有至多6個C原子之鹵化烷基、鹵化烯基、鹵化烷氧基或鹵化烯氧基，且Y1-4 各自彼此獨立地表示H或F。
  2. 如請求項1之液晶介質，其另外包含一或多種式II及/或III之化合物： 其中：A表示1,4-伸苯基或反-1,4-伸環己基，且a表示0或1，R3 表示具有2至9個C原子之烯基，且R4 具有如請求項1中對R0 所示之意義。
  3. 如請求項1或2之液晶介質，其包含一或多種選自下式之化合物： 其中R3a 及R4a 各自彼此獨立地表示H、CH3 、C2 H5 或C3 H7 ，且"烷基"表示具有1至8個C原子之直鏈烷基。
  4. 如請求項1或2之液晶介質，其另外包含一或多種選自下式之化合物： 其中R0 及X0 具有如請求項1中所示之意義，且Y1-4 各自彼此獨立地表示H或F，Z0 表示-C2 H4 -、-(CH2 )4 -、-CH=CH-、-CF=CF-、-C2 F4 -、-CH2 CF2 -、-CF2 CH2 -、-CH2 O-、-OCH2 -、-COO-、-CF2 O-或-OCF2 -，在式V及VI中亦表示單鍵，且r 表示0或1。
  5. 如請求項1或2之液晶介質，其包含一或多種選自下式之化合物： 其中R0 及X0 具有如請求項1中所示之意義。
  6. 如請求項1或2之液晶介質，其包含一或多種選自下式之化合物： 其中R0 及X0 具有如請求項1中所示之意義。
  7. 如請求項1或2之液晶介質，其包含一或多種選自下式之化合物： 其中R0 及X0 具有如請求項1中所示之意義。
  8. 如請求項1或2之液晶介質，其另外包含一或多種選自下式之化合物： 其中，R1 及R2 各自彼此獨立地表示正烷基、烷氧基、氧雜烷基、氟烷基或烯基，其各自具有至多9個C原子，且Y1 表示H或F。
  9. 如請求項1或2之液晶介質，其另外包含一或多種選自下式之化合物： 其中R0 、X0 、Y1 及Y2 具有如請求項1所示之意義。
  10. 如請求項8之液晶介質，其特徵在於其包含：1-25重量%之該式I之化合物，25-80重量%之該式II及/或III之化合物， 5-40重量%之該式XII之化合物。
  11. 如請求項1或2之液晶介質，其另外包含一或多種UV穩定劑及/或抗氧化劑。
  12. 一種如請求項1至11中任一項之液晶介質之用途，其係用於電光學目的。
  13. 一種電光液晶顯示器，其含有如請求項1至11中任一項之液晶介質。
  14. 一種用於製備如請求項1至11中任一項之液晶介質之方法，其特徵在於將一或多種式I之化合物與一或多種如請求項2至10中任一項之化合物混合或進一步與其他液晶化合物及/或添加劑混合。
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