JP2007186703A - 液晶媒体 - Google Patents

Abstract

【課題】非常に高い比抵抗、低い閾電圧、改良されたＬＴＳ及び速いスイッチング時間を同時に有する液晶媒体を提供する。
【解決手段】２０℃における複屈折率が０．０７５より低く、１〜３０質量％の範囲のピラン環とシクロヘキサン環とフェニル環からなる骨格構造を有する１種類以上の化合物と、１〜１０質量％の範囲のシクロヘキサン環３つからなり、その２つは−ＣＯＯ−で結合される骨格構造を有する１種類以上の化合物と、０〜９質量％の範囲のフェニル環３つに１つの−ＣＦ_２Ｏ−で結ばれ、Ｆをフェニル環２つに２つ結合した骨格構造を有する１種類以上の化合物とを含む液晶媒体。
【選択図】なし

Description

本発明は、液晶媒体、その電気光学的目的のための使用、およびこの媒体を備えるディスプレイに関する。

液晶は、印加電圧によって物質の光学的性質を変化させることができるため、主に表示装置の中の誘電体として使用される。液晶に基づいた電気光学装置は、当業者に極めて公知であり、種々の効果に基づくことができる。そのような装置の例として、動的散乱を有するセル、ＤＡＰ（整列相の変形：ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｆ ａｌｉｇｎｅｄ ｐｈａｓｅｓ）セル、ゲスト／ホストセル、捩れネマチック構造を有するＴＮセル、ＳＴＮ（スーパーツイストネマチック）セル、ＳＢＥ（超複屈折効果：ｓｕｐｅｒｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ ｅｆｆｅｃｔ）セル及びＯＭＩ（光学モード干渉：ｏｐｔｉｃａｌ ｍｏｄｅ ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ）セルが挙げられる。最も一般的な表示装置は、Ｓｃｈａｄｔ−Ｈｅｌｆｒｉｃｈ効果に基づく、ツイストネマチック構造を有する。

液晶材料としては、良好な化学的および熱的安定性を有すると共に、電場と電磁線放射に対しても優れた安定性を有することが必要である。さらに、液晶材料は、低粘度であり、セル中で使用されて、アドレス時間が短く、閾電圧が低く及びコントラストが高いものでなければならない。

さらに、液晶材料は、通常の動作温度において、即ち、室温以上または室温以下の出来る限り広い範囲において、適切な中間相、例えば前述のセル用のネマチック中間相またはコレステリック中間相を有していなければならない。液晶は通常、複数成分の混合物として使用されるため、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、誘電率異方性および光学異方性のような特性は、セルの型、用途分野に応じて、種々の要求を満足しなければならない。 例えば、ツイストネマチック型セルの材料は、正の誘電異方性および低い導電率を有していなければならない。

例えば、個々のピクセルのスイッチングのために集積非線形素子を有するマトリックス型液晶ディスプレイ（ＭＬＣディスプレイ）については、大きな正の誘電異方性、広いネマチック相、比較的低い複屈折率、非常に高い比抵抗、優れたＵＶおよび温度安定性、および低い蒸気圧を有する媒体が望まれる。

この型のマトリックス型液晶ディスプレイは公知である。個々のピクセルの夫々のスイッチングに使用することができる非線形素子は、例えばアクティブ素子（つまりトランジスター）である。この用語「アクティブマトリックス」は、２つの区別される型に分けられる。

１．基板としてのシリコンウエハー上の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ー（ＴＦＴ）。

基板材料として単結晶シリコンを使用する場合、色々な部品ディスプレイのモジュール組み立て品の場合であっても、接続部での問題が生じるため、ディスプレイの大きさが制限される。

好適であってより有望な第２の型の場合には、ＴＮ効果が電気光学的効果として使用される。この場合、区別される２つの技術がある。即ち、例えばＣｄＳｅのように、化合物半導体を含むＴＦＴと、多結晶またはアモルファスシリコンに基づいたＴＦＴとである。

ＴＦＴマトリックスは、ディスプレイの１つのガラス板の内面に形成され、もう一方のガラス板は、内面に透明な対向電極を有する。ピクセル電極の大きさと比較して、ＴＦＴは非常に小さく、事実上、画像に対する悪影響はない。この技術は、フルカラー対応のディスプレイにも適用できる。このディスプレイでは、フィルター素子がスイッチング可能なピクセルの各々に対向するように、赤、緑および青フィルターのモザイクが配置される。

ＴＦＴディスプレイは、通常、透過光に対して直交した偏光板を備えたＴＮセルを作動させ、バックライトで照らされる。

ここで用語「ＭＬＣディスプレイ」は、集積非線形素子を備えた全てのマトリックスディスプレイも含む。即ち、アクティブマトリックスに加えて、バリスター又はダイオード（ＭＩＭ、即ち、ｍｅｔａｌ−ｉｎｓｕｌａｔｏｒ−ｍｅｔａｌ）のような受動素子を備えたディスプレイも含む。

この型のＭＬＣディスプレイは、特にテレビ用途(例えばポケット・テレビ)、またはコンピュータ用(ラップトップ)および自動車または航空機内で使用される高度情報表示装置用途に適している。コントラストの角度依存性と応答時間の問題に加えて、ＭＬＣディスプレイにおいては、液晶混合物の比抵抗が十分に高くないことに起因する問題がある（非特許文献１及び２参照）。抵抗の低下に伴い、ＭＬＣディスプレイのコントラストが劣化し、また、残像消去の問題も生じ得る。液晶混合物の比抵抗は、ディスプレイの内部表面との相互作用のために、一般に、ＭＬＣディスプレイの寿命に全体に渡って関与するので、許容される耐用年数を得るためには、高い（初期）抵抗を有することが非常に重要である。特に、低電圧用混合物の場合には、高い抵抗値を達成することは従来不可能であった。さらに、温度の上昇および加熱および／またはＵＶ照射後に、比抵抗の減少が可能な限り小さいことも重要である。また、低温特性、特に当業者によってマトリックスの「低温安定性」（ＬＴＳ、ｌｏｗ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ）と呼ばれている特性も不具合である。低温であっても、結晶および／またはスメクチック相が生じないことが要求され、さらに、粘性の温度依存性も可能な限り低いことが要求される。よって、先行技術のＭＬＣディスプレイは今日の必要条件を満たさない。

したがって、非常に高い比抵抗と同時に、広い動作温度範囲、低温でも短い応答時間および低い閾電圧を有しているＭＬＣディスプレイであって、これらの不具合を有していないか、有していたとしても低減されているものが、引き続き強く要求されている。

ＴＮ（Ｓｃｈａｄｔ−Ｈｅｌｆｒｉｃｈ）セルでは、セル中で以下の利点を促進する媒体が望まれる：
・ネマチック相のより広い範囲（特に、低温まで）
・極度に低い温度でのスイッチ能力（屋外用途、自動車、航空機）
・紫外線照射に対するより高い抵抗性（より長い寿命）。

先行技術から入手可能な媒体では、これらの利点を、同時に他の特性を維持しながら達成することはできない。

スーパーツイスト型（ＳＴＮ）セルの場合には、より大きな時分割駆動および／または低い閾電圧および／またはより広いネマチック相範囲（特に、低温において）を可能にする媒体が望まれる。この目的のために、特性値の実現可能な範囲（透明点、スメクチック−ネマチック相転移または融点、粘度、誘電特性値、弾性特性値）を一層広げることが、至急望まれている。

テレビ及びモニターの用途においては、速い応答時間および低い閾電圧を有する媒体が望まれており、さらに優れた低温安定性が要求される。また、スイッチ可能な液晶層の厚みによっては、高い複屈折率が要求される場合もある。
ＴＯＧＡＳＨＩ，Ｓ．、ＳＥＫＩＧＵＣＨＩ，Ｋ．、ＴＡＮＡＢＥ，Ｈ．、ＹＡＭＡＭＯＴＯ，Ｅ．、ＳＯＲＩＭＡＣＨＩ，Ｋ．、ＴＡＪＩＭＡ，Ｅ．、ＷＡＴＡＮＡＢＥ，Ｈ．及びＳＨＩＭＩＺＵ，Ｈ．、「Ｍａｔｒｉｘ ＬＣＤ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ｂｙ Ｄｏｕｂｌｅ Ｓｔａｇｅ Ｄｉｏｄｅ Ｒｉｎｇｓ」、Ｐｒｏｃ． Ｅｕｒｏｄｉｓｐｌａｙ、（パリ）、１９８４年９月、第８４巻、第Ａ２１０−２８８号、第１４１ｆｆ頁 ＳＴＲＯＭＥＲ，Ｍ．、「Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒｓ ｆｏｒ Ｍａｔｒｉｘ Ａｄｄｒｅｓｓｉｎｇ ｏｆ Ｔｅｌｅｖｉｓｉｏｎ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙｓ」、Ｐｒｏｃ． Ｅｕｒｏｄｉｓｐｌａｙ、（パリ）、１９８４年９月、第８４巻、第１４５ｆｆ頁

よって、本発明は、上記の不具合を有していないか、有していても低減されており、および好ましくは非常に高い比抵抗、低い閾電圧、改良されたＬＴＳ及び速いスイッチング時間を同時に有する媒体、特にこの型のＭＬＣ、ＴＮ又はＳＴＮディスプレイ用の媒体を提供することを目的とする。

この目的は、ディスプレイにおいて本発明による媒体を使用すれば達成されることが分かる。

従って、本発明は、１〜３０質量％の範囲の式ＩＡで表される１種類以上の化合物と、１〜１０質量％の範囲の式ＩＢで表される１種類以上の化合物と、０〜９質量％の範囲の式ＩＣで表される１種類以上の化合物とを含むことを特徴とする液晶媒体、特に、極性化合物の混合物に基づく液晶媒体に関する。

但し、Ｒ^１及びＲ^２は、夫々互いに独立に、置換されていないか、ＣＮ又はＣＦ_３によって１置換されているか又はハロゲンによって少なくとも１置換されている１〜１２個の炭素原子を有するアルキル基であり、但し、１個以上のＣＨ_２基は、夫々互いに独立に、酸素原子が互いに直接結合しないようにして、−Ｏ−、−Ｓ−、

−ＣＨ＝ＣＨ−、−Ｃ≡Ｃ−、−ＣＯ−、−ＣＯ−Ｏ−、−Ｏ−ＣＯ−又は−Ｏ−ＣＯ−Ｏ−で置き換えられていてもよく、
Ｙ^１は、Ｈ又はＦであり、
Ｘは、Ｆ、Ｃｌ、または６個以下の炭素原子を有するハロゲン化アルキル、アルケニル、アルコキシ又はアルケニルオキシ基である。

式ＩＡ、ＩＢ及びＩＣの化合物は、純粋な状態で無色であり、一般に電気光学的な使用のために好ましい温度範囲中で液晶中間相を形成する。これらの化合物は、化学的に、熱的に、および光に対して安定である。

式ＩＡ、ＩＢ及びＩＣ中のＲ^１及びＲ^２は、好ましくは直鎖で、１〜１２個、非常に好ましくは２、３、４、５、６又は７個の炭素原子を有するアルキル又はアルコキシ基である。

式ＩＡ中のＸは、好ましくは、Ｆ、Ｃｌ、ＣＦ_３、ＣＨＦ_２、ＯＣＦ_３、ＯＣＨＦ_２、ＯＣＦＨＣＦ_３、ＯＣＦＨＣＨＦ_２、ＯＣＦＨＣＨ_２Ｆ、ＯＣＦ_２ＣＨ_３、ＯＣＦ_２ＣＨＦ_２、ＯＣＦ_２ＣＨ_２Ｆ、ＯＣＦ_２ＣＦ_２ＣＨＦ_２、ＯＣＦ_２ＣＦ_２ＣＨ_２Ｆ、ＯＣＦＨＣＦ_２ＣＦ_３、ＯＣＦＨＣＦ_２ＣＨＦ_２、ＯＣＦ_２ＣＦ_２ＣＦ_３、ＯＣＦ_２ＣＦ_２ＣＣｌＦ_２、ＯＣＣｌＦＣＦ_２ＣＦ_３又はＣＨ＝ＣＦ_２、最も好ましくは、Ｆ又はＯＣＦ_３である。

式ＩＡの特に好ましい化合物は、以下の式より選ばれるものである。

但し、Ｒ^１は式ＩＡで与えられる意味である。式ＩＡ１の化合物が特に好ましい。

式ＩＢの特に好ましい化合物は、Ｒ^１及びＲ^２が直鎖のアルキル基で炭素数が２、３、４、５又は６個から選ばれたものである。

式ＩＣの特に好ましい化合物は、Ｒ^１が直鎖のアルキル基で炭素数が２、３、４、５又は６個から選ばれたものである。

式ＩＡ、ＩＢ及びＩＣの化合物は、それ自身文献に公知の方法で合成される（例えば標準的なものとして、Ｈｏｕｂｅｎ−Ｗｅｙｌ著、Ｍｅｔｈｏｄｅｎ ｄｅｒ Ｏｒｇａｎｉｓｃｈｅｎ Ｃｈｅｍｉｅ［Ｍｅｔｈｏｄｓ ｏｆ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ］、Ｇｅｏｒｇ−Ｔｈｉｅｍｅ−Ｖｅｒｌａｇ社、（Ｓｔｕｔｔｇａｒｔ）等）。正確には、これらの化合物の合成に適した公知の反応条件下で合成される。また、ここでは非常に詳しくは述べないが、それ自身公知の方法の変法を使用することもできる。

本発明は、また、この型の液晶媒体を含む電気光学的ディスプレイ（特に、セル、各ピクセルをスイッチングするための外板上の集積非線形素子、および正の誘電異方性および高比抵抗でセル内にあるネマチック液晶混合物を、外枠と共に構成する２枚の平行な外板を有するＳＴＮ又はＭＬＣディスプレイ）に関し、また、これらの媒体を電気光学的目的のために使用することに関する。また、反射型ディスプレイに加え、本発明による混合物は、ＩＰＳ（ｉｎ ｐｌａｎｅ ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ、面内切り替え型）用の用途、ＯＣＢ（ｏｐｔｉｃａｌｌｙ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ、光学的制御複屈折型）用の用途およびＶＡ（ｖｅｒｔｉｃａｌ ａｌｉｇｎｍｅｎｔ、垂直整列型）用の用途に適している。

本発明による液晶混合物により、特性の利用可能な範囲を著しく広げることができる。特に、式ＩＡ及びＩＢ、および随意的にＩＣの化合物を含有する液晶混合物を利用することにより、閾電圧が低く、特に−２０℃以下、特には−４０℃以下の温度においてＬＴＳが改良された混合物を得ることができることが分かった。

透明点、回転粘度γ_１、低いΔｎ及び誘電異方性の達成可能な組み合わせは、先行技術による従来材料より遥かに優れている。

高い透明点、低温でのネマチック相および高い正のΔεに対する要求は、従来は不十分な程度までしか達成できなかった。例えばＭＬＣ−６４２４のような高い正のΔεを有する先行技術の混合物があるが、これらの混合物は低い値の透明点および高い値の回転粘度γ_１を有するに過ぎない。他の混合物系は良好な流体粘度ν_２０およびΔεの値を有しているが、６０℃の領域の透明点を有しているに過ぎない。

２０℃における本発明による混合物の複屈折率は、好ましくは０．０７５より低く、非常に好ましくは０．０６〜０．０７４、最も好ましくは０．０７〜０．０７３である。

本発明による液晶混合物は、−２０℃まで、好ましくは−３０℃まで、特に好ましくは−４０℃までネマチック相を保持しながら、８０℃を超える、好ましくは８５℃を超える透明点を可能にし、同時に８以上、好ましくは１０以上の誘電異方性Δε及び高い比抵抗が達成可能とされ、優れたＳＴＮおよびＭＬＣディスプレイが実現可能とされる。特に、この混合物は、低い電圧駆動によって特徴づけられる。ＴＮの閾値は、２．０Ｖ未満であり、好ましくは１．７Ｖ未満、特に好ましくは１．５Ｖ未満である。

言うまでもなく、本発明による混合物の化合物を適切に選択することにより、他の有利な性質を保持しながら、より高い閾電圧においてより高い透明点(例えば１１０℃を超え)を達成できるか、またはより低い閾電圧においてより低い透明点を達成することも可能である。粘度の上昇を僅かにとどめながら、より大きなΔεと従ってより低い閾電圧を達成することも同様に可能である。本発明によるＭＬＣディスプレイは、好ましくは、グーチ・タリーの第１次透過極小で動作させることが好ましい（Ｃ．Ｈ．Ｇｏｏｃｈ及びＨ．Ａ．Ｔａｒｒｙ、Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．Ｌｅｔｔ．、１９７４年、第１０巻、第２〜４頁；Ｃ．Ｈ．Ｇｏｏｃｈ及びＨ．Ａ．Ｔａｒｒｙ、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．、１９７５年、第８巻、第１５７５〜１５８４頁）。ここで、例えば特性線の高い急峻性およびコントラストの低視野角依存性（独国特許第３０２２８１８号）のような特に好ましい電気光学的特性に加え、第２次極小で類似のディスプレイと同じ閾電圧において、より小さな誘電異方性でも十分である。これにより、第１次極小で本発明による混合物を使用することにより、シアノ化合物を含む混合物の場合に比べ、極めて高い比抵抗値を達成することができる。個々の成分と其の量を適切に選択することにより、当業者は簡単なルーチンの方法によりＭＬＣのあらかじめ指定された層の厚さに必要な複屈折率を定めることができる。

２０℃における流体粘度ν_２０は、好ましくは６０ｍｍ^２・ｓ^−１未満であり、特に好ましくは５０ｍｍ^２・ｓ^−１未満である。本発明による混合物の２０℃における回転粘度γ_１は、好ましくは２５０ｍＰａ・ｓ未満であり、特に好ましくは２１０ｍＰａ・ｓ未満である。ネマチック相の範囲は、少なくとも９０℃あることが好ましく、特に少なくとも１００℃あることが好ましい。この範囲は少なくとも−２０℃から＋８０℃に渡ることが好ましい。

キャパシティ保持率（ＨＲ）を測定［Ｓ．Ｍａｔｓｕｍｏｔｏら、Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌｓ、１９８９年、第５巻、第１３２０頁；Ｋ．Ｎｉｗａら、Ｐｒｏｃ．ＳＩＤ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ、（サンフランシスコ）、１９８４年６月、第３０４頁、；Ｇ．Ｗｅｂｅｒら、Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌｓ、１９８９年、第５巻、第１３８１頁］した結果、例えば、以下の式

のシアノフェニルシクロヘキサン類、または以下の式

のエステル類を本発明の化合物の代わりに含み本発明と類似した混合物に比べて、本発明による混合物の方が、温度上昇に伴うＨＲの低下が著しく小さいことが示された。

また、本発明による混合物のＵＶ安定性は極めて優れている。即ち、これらの混合物は、ＵＶに暴露されてもＨＲの低下が著しく小さい。

本発明による媒体は、好ましくは、シアノ基を有する化合物を微量（１０質量％以下）含んでいるのみで、非常に好ましくは、そのような化合物を含まない。本発明による媒体の保持率は、２０℃において、好ましくは９８％を超え、非常に好ましくは９９％を超える。

液晶表示装置中、とりわけビデオ及びテレビ用の用途分野で使用される場合においては、スイッチング時間が短いことが特に好ましい。これらの用途分野においては、２５ｍｓより短いスイッチング時間（ｔ_ｏｎ＋ｔ_ｏｆｆ）が要求される。スイッチング時間の上限は、画像の反復速度によって決定される。

本発明の好ましい実施形態は、以下に示す通りである。

・本発明の媒体は、一般式ＩＩ〜ＶＩＩからなる群より選ばれる１種類以上の化合物を更に含む。

式中、各基は次の意味を有する：
Ｒ^０は、夫々９個以下の炭素原子を有するｎ−アルキル、アルコキシ、オキサアルキル、フルオロアルキル又はアルケニルを表し、
Ｘ^０は、Ｆ、Ｃｌ、夫々１〜６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又はハロゲン化アルコキシを表し、
Ｚ^０は、−Ｃ_２Ｈ_４−、−（ＣＨ_２）_４−、−ＣＨ＝ＣＨ−、−ＣＦ＝ＣＦ−、−Ｃ_２Ｆ_４−、−ＣＨ_２ＣＦ_２−、−ＣＦ_２ＣＨ_２−、−ＣＨ_２Ｏ−、−ＯＣＨ_２−、−ＣＯＯ−、−ＯＣＦ_２−又は−ＣＦ_２Ｏ−を表し、
Ｙ^１〜Ｙ^４は、式ＶＩＩ中のＺ^０が−ＣＦ_２Ｏ−の場合、式ＶＩＩ中のＹ^１〜Ｙ^４の少なくとも１つはＨであると言う条件の下に、夫々互いに独立に、Ｈ又はＦであり、
ｒは、０又は１である。

・式ＩＩの化合物は、好ましくは、以下の式から選ばれる。

但し、Ｒ^０は式ＩＩで与えられる意味である。式ＩＩａの化合物が特に好ましい。

・式ＩＶの化合物は、好ましくは、以下の式から選ばれる。

但し、Ｘ^０及びＲ^０は式ＩＩで与えられる意味であり、好ましくは、Ｘ^０はＦ又はＯＣＦ_３である。式ＩＶａ及びＩＶｅの化合物が特に好ましい。

・式ＶＩの化合物は、好ましくは、以下の式から選ばれる。

但し、Ｒ^０は式ＩＩで与えられる意味である。式ＶＩａ及びＶＩｂの化合物が特に好ましい。

・式ＶＩＩの化合物は、好ましくは、以下の式から選ばれる。

但し、Ｘ^０及びＲ^０は式ＩＩで与えられる意味であり、好ましくは、Ｘ^０はＦ又はＯＣＦ_３である。

・本発明の媒体は、以下の式から選ばれる１種類以上の化合物を更に含む。

但し、Ｒ^１及びＲ^２は式ＩＢで定義される通りであり、好ましくは、２、３、４、５又は６個の炭素原子を有する直鎖のアルキル基から選ばれる。

・本発明の媒体は、以下の式から選ばれる１種類以上の化合物を更に含む。

但し、Ｒ^０、Ｘ^０及びＹ^１〜Ｙ^４は、夫々互いに独立に、式ＩＩ〜ＶＩＩで定義される通りである。Ｘ^０は、好ましくは、Ｆ、Ｃｌ、ＣＦ_３、ＯＣＦ_３又はＯＣＨＦ_２である。Ｒ^０は、好ましくは、夫々６個以下の炭素を有するアルキル、オキサアルキル、フルオロアルキル又はアルケニル基である。

・本発明の媒体は、以下の式の１種類以上の化合物を更に含む。

但し、Ｒ^１及びＲ^２は、式ＩＢで定義される通りで、Ｙ^１は式ＩＩで定義される通りである。Ｙ^１がＦである化合物が、特に好ましい。

・本発明の媒体は、以下の式から選ばれる１種類以上の化合物を更に含む。

但し、Ｒ^１及びＲ^２は、式ＩＢで定義される通りで、好ましくは、１、２、３、４、５又は６個の炭素原子を有する直鎖のアルキル又はアルコキシから選ばれる。

・本発明の媒体は、以下の式の１種類以上のアルケニル化合物を更に含む。

但し、Ａは、１，４−フェニレン又はトランス−１，４−シクロヘキシレンを表し、
ａは、０又は１であり、
Ｒ^３は、２〜９個の炭素原子を有するアルケニル基を表し、および
Ｒ^４は、式ＩＡ中のＲ^１で定義される通りである。

特に好ましいアルケニル化合物は、以下の式から選ばれるものである。

但し、Ｒ^３ａ及びＲ^４ａは、夫々互いに独立に、Ｈ、ＣＨ_３、Ｃ_２Ｈ_５又はｎ−Ｃ_３Ｈ_７であり、「ａｌｋｙｌ」は１〜８個の炭素原子を有するアルキル基である。

式ＸＸａ、ＸＸｆ及びＸＸｇの化合物が特に好ましく、とりわけＲ^３ａがＨ又はＣＨ_３である。

・本発明の媒体は、以下の式の１種類以上のアルケニル化合物を更に有する。

但し、Ｒ^３は、２〜７個の炭素原子を有するアルケニル基であり、
Ｑは、ＣＦ_２、ＯＣＦ_２、ＣＦＨ、ＯＣＦＨ又は単結合であり、
Ｙは、Ｆ又はＣｌであり、および
Ｌ^１及びＬ^２は、夫々互いに独立に、Ｈ又はＦである。

Ｌ^１及び／又はＬ^２がＦで、Ｑ−ＹがＦ又はＯＣＦ_３である式ＸＸＩの化合物が特に好ましい。Ｒ^３が、２〜７個、好ましくは、２、３又は４個の炭素原子を有する１Ｅ−アルケニル又は３Ｅ−アルケニルである式ＸＩの化合物が更に好ましい。

以下の式の化合物は、非常に好ましい。

但し、Ｒ^３ａは、Ｈ、ＣＨ_３、Ｃ_２Ｈ_５又はｎ−Ｃ_３Ｈ_７、特に、Ｈ又はＣＨ_３である。

・本発明の媒体は、好ましくは以下の式からなる群より選ばれる、更なる化合物を含む。

但し、Ｒ^０、Ｘ^０、Ｙ^１〜Ｙ^４は、夫々互いに独立に、式ＩＩ〜ＶＩＩで定義される通りで、１，４−フェニレン環は、ＣＮ、塩素またはフッ素で置換されている場合もある。Ｘ^０は、好ましくは、Ｆ、Ｃｌ、ＣＦ_３、ＯＣＦ_３又はＯＣＨＦ_２である。Ｒ^０は、好ましくは、夫々６個以下の炭素原子を有するアルキル、オキサアルキル、フルオロアルキル又はアルケニルである。１，４−フェニレン環は、好ましくは、フッ素原子により１置換または多置換されている。

・本発明の媒体は、好ましくは以下の式からなる群より選択される化合物を更に含む。

但し、Ｒ^０は、式ＩＩ〜ＶＩＩで定義される通りであり、ｄは０、１又は２であり、「ａｌｋｙｌ」及び「ａｌｋｙｌ^＊」は、夫々互いに独立に、直鎖または分岐で１〜９個の炭素原子を有するアルキル基である。Ｒ^０は、好ましくは、夫々６個以下の炭素原子を有するアルキル、オキサアルキル、フルオロアルキル又はアルケニルである。

・また、

は、好ましくは、

である。

・本発明の媒体は、式ＩＩ、ＩＩＩ、ＩＶ、Ｖ、ＶＩ又はＶＩＩの１種類以上の化合物を含む。

・本発明の媒体は、Ｒ^１及びＲ^２が２、３、４、５又は６個の炭素原子を有する直鎖のアルキルである式ＶＩＩＩの１種類以上の化合物を含む。

・本発明の媒体は、Ｒ^１及びＲ^２が１、２、３、４、５又は６個の炭素原子を有する直鎖のアルキル又はアルコキシである式ＸＩＸの１種類以上の化合物を含む。

・Ｒ^０は２〜７個の炭素原子を有する直鎖のアルキル又はアルケニルである。

・本発明の媒体は、１〜６種類、好ましくは１、２、３又は４種類の式ＩＡの化合物、最も好ましくは式ＩＡ１を含む。

・本発明の媒体は、１〜５種類、好ましくは１、２又は３種類の式ＩＢの化合物を含む。

・本発明の媒体は、１、２又は３種類の式ＩＣの化合物を含む。

・本発明の媒体は、式ＩＡ、ＩＢ、ＩＣ、ＩＩａ、ＶＩａ及びＶＩＩＩの１種類以上の化合物を含み、随意的に、式ＩＶａ、ＶＩｂ及びＸＩＸの１種類以上の化合物を含む。

・本発明の媒体中における式ＩＡの化合物の比率は１〜４０質量％であり、非常に好ましくは１０〜３５質量％である。

・本発明の媒体中における式ＩＢの化合物の比率は１〜１５質量％であり、非常に好ましくは１〜１０質量％であり、最も好ましくは１〜８質量％である。

・本発明の媒体中における式ＩＣの化合物の比率は１〜９質量％であり、非常に好ましくは１〜６質量％である。

・本発明の媒体中における式ＩＩの化合物の比率は１０〜５０質量％であり、非常に好ましくは１５〜４０質量％である。

・本発明の媒体中における式ＶＩの化合物の比率は１０〜５０質量％であり、非常に好ましくは１５〜４０質量％である。

・本発明の媒体中における式ＩＶの化合物の比率は１〜２０質量％であり、非常に好ましくは１〜１０質量％である。

・本発明の媒体中における式ＶＩＩの化合物の比率は１〜１５質量％であり、非常に好ましくは１〜１０質量％である。

・本発明の媒体中における式ＶＩＩＩの化合物の比率は１〜１２質量％であり、非常に好ましくは１〜８質量％である。

・本発明の媒体中における式ＸＩＸの化合物の比率は１〜１０質量％であり、非常に好ましくは１〜５質量％である。

・本発明の媒体は、実質的に、一般式ＩＡ、ＩＢ、随意的にＩＣ、及びＩＩ〜ＸＸＩＸからなる群より選ばれる化合物よりなる。

用語「アルキル」は、１〜７個の炭素原子を有する直鎖および分岐のアルキル基を網羅し、特にメチル、エチル、プロピル、ブチル、ペンチル、ヘキシル及びヘプチルの直鎖基である。２〜５個の炭素原子を有する基が一般に好ましい。

用語「アルケニル」は、２〜７個の炭素原子を有する直鎖および分岐のアルケニル基を網羅し、特に直鎖基である。とりわけ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−アルケニル及び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−アルケニル及びＣ_５−Ｃ_７−４−アルケニルである。好ましいアルケニル基の例としては、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−ヘプテニル等を挙げることができる。５個以下の炭素原子を有する基が一般に好ましい。

用語「フルオロアルキル」は、好ましくは、末端にフッ素を有する直鎖基、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−フルオロヘキシル及び７−フルオロヘプチルを網羅する。しかしながら、フッ素の他の置換位置を除外するものではない。

用語「オキサアルキル」は、好ましくは、式Ｃ_ｎＨ_２ｎ＋１−Ｏ−（ＣＨ_２）_ｍの直鎖基を網羅する。但し、ｎ及びｍは、夫々互いに独立に、１〜６である。好ましくは、ｎは１であり、ｍは１〜６である。

たとえ僅かな量であっても式ＩＡ、ＩＢ及び随意的にＩＣの化合物を、従来の液晶材料、しかしながら特に式ＩＩ、ＩＩＩ、ＩＶ、Ｖ、ＶＩ及び／又はＶＩＩの１種類以上の化合物と混合することにより、結果として閾電圧が著しく低下され、複屈折率の値が低下され、同時に広い範囲でのネマチック相および低いスメクチック−ネマチック転移温度が観測され、貯蔵寿命が改良されることが判明した。特に、混合物が、式ＩＡ、ＩＢ及び随意的にＩＣの１種類以上の化合物に加え、式ＶＩの化合物を１種類以上含有していることが好ましく、特に、式ＶＩａの化合物である。式ＩＡ、ＩＢ及びＩＣ及びＩＩ〜ＶＩＩの化合物は無色で安定であり、夫々互いに及び他の液晶材料と容易に相溶する。更に、本発明による混合物は、高い透明点、比較的低い回転粘度γ_１、および高いＬＴＳによって特徴付けられる。

Ｒ^０とＸ^０の意味を適切に選択することにより、アドレス時間、閾電圧、透過特性曲線の急峻性等を所望の様式に修正することができる。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などを使用すると、アルキルまたはアルコキシ基と比較して、一般により短いアドレス時間、ネマチック性向の改善、および弾性定数ｋ_３３（ベンド）とｋ_１１（スプレイ）のより高い比率を達成することができる。４−アルケニル基、３−アルケニル基等は、アルキルおよびアルコキシ基と比較して、一般に低しきい電圧およびより低いｋ_３３／ｋ_１１値を与える。

−ＣＨ_２ＣＨ_２−基は、単結合の場合と比較して、一般により高いｋ_３３／ｋ_１１値を与える。ｋ_３３／ｋ_１１がより高いと、例えば、９０°ねじれのＴＮセルにおいてよりなだらかな透過曲線（グレイスケールを達成するため）とすることが容易になり、ＳＴＮ、ＳＢＥおよびＯＭＩセルにおいては、より急峻な透過曲線（より大きな時分割駆動）が容易になり、また逆も可能である。

式ＩＡ、ＩＢ及びＩＣ及びＩＩ＋ＩＩＩ＋ＩＶ＋Ｖ＋ＶＩ＋ＶＩＩの化合物の最適な混合比は、所望の特性、式ＩＡ、ＩＢ、ＩＣ、ＩＩ、ＩＩＩ、ＩＶ、Ｖ、ＶＩ及び／又はＶＩＩの成分の選択、および存在する場合もある他の成分の選択に、実質上依存する。前述の与えられた範囲内での適切な混合比は、場合ごとに容易に決めることができる。

本発明による混合物中の式ＩＡ、ＩＢ及びＩＣ及びＩＩ〜ＸＸＩＸの化合物の総量は、決定的なものではない。したがって、混合物は、様々な特性の最適化のために、さらに１種類以上の成分を含むことができる。しかしながら、式ＩＡ、ＩＢ、ＩＣ及びＩＩ〜ＸＸＩＸの化合物の総量が多くなるほど、アドレス時間および閾電圧に対する観察される効果は大きくなる。

特に好ましい実施形態において、本発明による媒体は、Ｘ^０が、Ｆ、ＯＣＦ_３、ＯＣＨＦ_２、ＯＣＨ＝ＣＦ_２、ＯＣＦ＝ＣＦ_２又はＯＣＦ_２−ＣＦ_２Ｈである式ＩＩ〜ＶＩＩ（好ましくは、式ＩＩ及び／又はＶＩ、特にＩＩａ及びＶＩａ）の化合物を含む。式ＩＡ、ＩＢ及びＩＣの化合物との好ましい相乗効果により、特に有利な特性が得られる。特に、式ＩＡ、ＩＢ、ＩＣ及び式ＶＩａの化合物を含む混合物は、閾電圧が低いことで特徴付けられる。

式ＩＡ、ＩＢ及びＩＣの化合物を含有し、式ＩＩ〜ＸＸＩＸの１種類以上の化合物を更に含有する本発明による液晶媒体は、回転粘度の値が低く、高い複屈折率および良好なＬＴＳで特徴付けられ、速い応答時間を示す。特に、本発明の媒体は、テレビ、ビデオ及びモニター用の用途分野に適している。

本発明による媒体で使用できる、式ＩＡ、ＩＢ及びＩＣ及びＩＩ〜ＸＸＩＸの夫々の化合物および其の下位の式の化合物の調製方法は公知であるか、または公知の方法に類似の方法で調製できる。

偏光板、電極基板および表面処理された電極を備える本発明によるＭＬＣディスプレイの構成は、この型のディスプレイの従来の構成に対応する。「従来の構成」という用語は、ここでは広い意味で用いられ、ＭＬＣディスプレイに関する全ての誘導および変形を網羅し、特に多結晶シリコンＴＦＴ又はＭＩＭに基づくマトリックスディスプレイ素子を含む。

しかしながら、本発明によるディスプレイと従来のツイストネマチックセルに基づくディスプレイとの大きな相違点は、液晶層の液晶パラメーターの選択にある。

本発明に従って使用できる液晶混合物は、それ自体公知の方法で調製される。例えば、式ＩＡ、ＩＢ及び随意的にＩＣの１種類以上の化合物と、式ＩＩ〜ＸＩＸから選ばれる１種類以上の化合物または更なる１種類以上の液晶化合物および／または添加剤とを混合する。一般に、より少ない量で使用される成分の所望の量を、主要な組成を構成する成分中で、好ましくは加温して溶解する。さらに、例えば、アセトン、クロロホルム又はメタノール等の有機溶媒と液晶成分溶液を混合し、完全に混合後、例えば蒸留によって溶媒を再び除去することも可能である。

誘電体は、当業者に公知で文献記載の添加剤をさらに含んでもよい。例えば０〜１５％の多色性色素、ナノ粒子、安定剤またはキラルドーパントを加えることができる。適切なドーパント及び安定剤は以下の表Ｃおよび表Ｄに示されている。

本出願および以下に示す例において、液晶化合物の構造は頭文字で示されており、その化学式への変換は以下の表ＡおよびＢに従って行われる。全ての基Ｃ_ｎＨ_２ｎ＋１及びＣ_ｍＨ_２ｍ＋１は、ｎ及びｍ個の炭素原子を夫々有する直鎖のアルキル基である。ｎ及びｍは夫々互いに独立に、０、１、２、３、４、５、６又は７である。表Ｂのコードは、それ自体で明らかである。表Ａには、親構造にかかわる頭文字のみが示されている。夫々の場合において、この親構造の頭文字の後に、ダッシュにより分離されて、置換基Ｒ^１、Ｒ^２、Ｌ^１及びＬ^２のためのコードが続く。

本発明による混合物の概念の好適な混合物成分を、表Ａおよび表Ｂに示す。

＜表Ａ＞

＜表Ｂ＞

＜表Ｃ＞
表Ｃは、一般に本発明による混合物に添加される使用可能なドーパントを示す。ドーパントの比率は、好ましくは、０．１〜１０質量％であり、非常に好ましくは、０．１〜６質量％である。

＜表Ｄ＞
例えば本発明の混合物に添加することができる安定剤を以下に示す。

式ＩＡ、ＩＢ及び随意的にＩＣの１種類以上の化合物に加え、特に好ましい混合物は、表Ｂの１、２、３、４、５又は其れ以上の種類の化合物を含む。

以下の例は、制限することなく、本発明を説明するものである。以上および以下において、パーセンテージは質量パーセントである。温度はすべて摂氏で示される。ｍ．ｐ．は融点を表わし、ｃｌ．ｐ．は透明点を表わす。さらに、Ｃは結晶状態、Ｎはネマチック相、Ｓはスメクティック相、およびＩはアイソトロピック相を表す。これらの記号間のデータは相転移温度を表す。Δｎは光学異方性を表わし、ｎ_０は屈折率を表す（５８９ｎｍ、２０℃）。流動粘度ν_２０（ｍｍ^２／ｓｅｃ）及び回転粘度γ_１（ｍＰａ・ｓ）は、夫々２０℃で決定した。Ｖ_１０は、１０％透過（基板表面に垂直な視角）の電圧を表す。ｔ_ｏｎはスイッチオン時間を表し、ｔ_ｏｆｆはスイッチオフ時間を表し、Ｖ_１０の値の２倍に対応する動作電圧における時間を表す。Δεは、誘電異方性（Δε＝ε_‖−ε_⊥、ここでε_‖は分子軸に平行な誘電率、ε_⊥は其れに垂直の誘電率を表す）を表わす。電気光学的データは、特に別に述べない限り、２０℃において第１次透過極小（即ち、０．５μｍのｄ・Δｎ値）でＴＮセル中において測定した。光学的データは、特に別に述べない限り、２０℃で測定した。

＜例１＞

＜例２＞

＜例３＞

＜例４＞

＜例５＞

＜例６＞

＜例７＞

＜例８＞

＜例９＞

＜例１０＞

＜例１１＞

＜例１２＞

Claims (12)

1. ２０℃における複屈折率が０．０７５より低く、１〜３０質量％の範囲の式ＩＡで表される１種類以上の化合物と、１〜１０質量％の範囲の式ＩＢで表される１種類以上の化合物と、０〜９質量％の範囲の式ＩＣで表される１種類以上の化合物とを含むことを特徴とする液晶媒体。
   

   

   
   （式中、Ｒ^１及びＲ^２は、夫々互いに独立に、置換されていないか、ＣＮ又はＣＦ_３によって１置換されているか又はハロゲンによって少なくとも１置換されている１〜１２個の炭素原子を有するアルキル基であり、但し、１個以上のＣＨ_２基は、夫々互いに独立に、酸素原子が互いに直接結合しないようにして、−Ｏ−、−Ｓ−、
   

   

   −ＣＨ＝ＣＨ−、−Ｃ≡Ｃ−、−ＣＯ−、−ＣＯ−Ｏ−、−Ｏ−ＣＯ−又は−Ｏ−ＣＯ−Ｏ−で置き換えられていてもよく、
   Ｙ^１は、Ｈ又はＦであり、
   Ｘは、Ｆ、Ｃｌ、または６個以下の炭素原子を有するハロゲン化アルキル、アルケニル、アルコキシ又はアルケニルオキシ基である。)
2. 以下の式で表される１種類以上の化合物を含むことを特徴とする請求項１記載の媒体。
   

   

   （式中、Ｒ^１は請求項１で与えられる意味である。）
3. 一般式ＩＩ、ＩＩＩ、ＩＶ、Ｖ、ＶＩ及びＶＩＩからなる群より選ばれる１種類以上の化合物を更に含むことを特徴とする請求項１又は２記載の媒体。
   

   

   （式中、夫々の基は以下の意味を有する。
   Ｒ^０は、夫々９個以下の炭素原子を有するｎ−アルキル、アルコキシ、オキサアルキル、フルオロアルキル又はアルケニルであり、
   Ｘ^０は、Ｆ、Ｃｌ、１〜６個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又はハロゲン化アルコキシであり、
   Ｚ^０は、−Ｃ_２Ｈ_４−、−（ＣＨ_２）_４−、−ＣＨ＝ＣＨ−、−ＣＦ＝ＣＦ−、−Ｃ_２Ｆ_４−、−ＣＨ_２ＣＦ_２−、−ＣＦ_２ＣＨ_２−、−ＣＨ_２Ｏ−、−ＯＣＨ_２−、−ＣＯＯ−、−ＯＣＦ_２−又は−ＣＦ_２Ｏ−であり、
   Ｙ^１〜Ｙ^４は、式ＶＩＩ中のＺ^０が−ＣＦ_２Ｏ−の場合、式ＶＩＩ中のＹ^１〜Ｙ^４の少なくとも１つはＨであると言う条件の下に、夫々互いに独立に、Ｈ又はＦであり、
   ｒは、０又は１である。)
4. 以下の式で表される１種類以上の化合物を更に含むことを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の媒体。
   

   

   （式中、Ｒ^０は、請求項３で与えられる意味である。）
5. 以下の式で表される１種類以上の化合物を更に含むことを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の媒体。
   

   

   
   （式中、Ｒ^０は、請求項３で与えられる意味である。）
6. 以下の式で表される１種類以上の化合物を更に含むことを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載の媒体。
   

   

   （式中、Ｘ^０及びＲ^０は式ＩＩで与えられる意味である。）
7. Ｘ^０は、Ｆ又はＯＣＦ_３であることを特徴とする請求項６記載の媒体。
8. 以下の式で表される１種類以上の化合物を更に含むことを特徴とする請求項１乃至７の何れかに記載の媒体。
   

   

   
   （式中、Ｒ^１及びＲ^２は、請求項１で定義される通りである。）
9. 式ＩＡ、ＩＢ、ＩＣ、ＩＩａ、ＶＩａ及びＶＩＩＩで表される１種類以上の化合物と、任意成分として下記式ＩＶａ、式ＶＩｂ及び下記式ＸＩＸで表される１種類以上の化合物とを含むことを特徴とする請求項１乃至８の何れかに記載の媒体。
   

   

   （式中、Ｒ^０及びＸ^０は前記式ＩＩで定義される通りである。）
   

   

   （式中、Ｒ^１及びＲ^２は前記の式ＩＢで定義される通りである。）
10. １〜３０質量％の範囲の式ＩＡで表される化合物と、
    １〜１０質量％の範囲の式ＩＢで表される化合物と、
    １〜９質量％の範囲の式ＩＣで表される化合物と、
    １０〜５０質量％の範囲の式ＩＩで表される化合物と、
    １０〜５０質量％の範囲の式ＶＩで表される化合物と
    を含むことを特徴とする請求項１乃至９の何れかに記載の媒体。
11. 請求項１乃至１０の何れかに記載の液晶媒体を備える電気光学的液晶ディスプレイ。
12. 請求項１で定義される式ＩＡ及びＩＢ、及び任意成分として式ＩＣで表される１種類以上の化合物と、請求項３乃至８の何れかで定義される１種類以上の化合物または更なる１種類以上の液晶化合物および／または添加剤とを混合して、請求項１乃至１０の何れかに記載の液晶媒体を調製する方法。