JP2002180048A

JP2002180048A - 液晶性媒体

Info

Publication number: JP2002180048A
Application number: JP2001303113A
Authority: JP
Inventors: Michael Heckmeier; ミヒャエル・ヘックマイヤー; Brigitte Schuler; ブリギッテ・シューラー; Matthias Bremer; マティアス・ブレーマー
Original assignee: Merck Patent GmbH
Current assignee: Merck Patent GmbH
Priority date: 2000-12-04
Filing date: 2001-09-28
Publication date: 2002-06-26
Anticipated expiration: 2021-09-28
Also published as: DE10155073A1; JP5100940B2; DE10155073B4

Abstract

(57)【要約】【発明の課題】極めて高い抵抗率、低いしきい値電圧、
短い切り替え時間を示し、ただしその他の制約条件を満
足させるマトリックスＬＣＤ、ＴＮまたはＳＴＮディス
プレイのための液晶性媒体を提供する。【課題の解決手段】一般式（Ｉ）の化合物を１種以上含
んでいるおよび更に液晶性化合物を追加として含む液晶
性媒体。【化１】（ただしＲ^１、Ｒ^２は互いに独立であって、水素原子、
１−７個の炭素原子を有するアルキルまたはアルコキシ
基、または２−７個の炭素原子を有するアルケニル基で
ある）

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】本発明は液晶性媒体とその媒体を含む電気
光学的ディスプレイに関する。その様な物質の光学特性
が印加電圧によって影響を受けることが出来るので、液
晶は特にディスプレイ素子内の誘電体として使用されて
いる。液晶に基づく電気光学素子は当業者には極めてよ
く知られており、種々の効果の元になることが出来る。
そのような素子の例はダイナミックスキャッタリングを
有するセル、ＤＡＰセル（配列層の変形）、ゲスト／ホ
ストセル，ねじれネマチック構造を有するＴＮセル、Ｓ
ＴＮセル（スーパーツイストネマチック），ＳＢＥセル
（スーパー複屈折効果）、ＯＭＩセル（光学コード干
渉）を含んでいる。最も普通のディスプレイ素子はシャ
ット−ヘルフリッチ効果に基づいており、ねじれネマチ
ック構造を有する。

【０００２】液晶素材は一般的には良好な化学的および
熱的安定性と電場と電磁波放射に対する良好な安定性を
持ってなくてはならない。更に、液晶素材は低い粘度を
持つべきであり、セル中では短い応答時間、低いしきい
値、高いコントラストを起こすべきである。

【０００３】更に、標準的な動作温度では、すなわち室
温以下、以上の出来るだけ広い範囲内で、これら液晶素
材は上記のセルについては適度な中間相、例えばネマチ
ック中間相を持つべきである。原則として液晶は多数の
成分の混合物として使用されるので、互いに容易に混合
可能であることは成分にとって重要である。セルタイプ
と利用分野によって変動するが、電気伝導度、誘電異方
性、光学異方性のようなその他の特性は種々の要求に合
致してなくてはならない。

【０００４】例えば、ねじれたネマチック構造を有する
セルのための素材は正の誘電異方性と低い電気伝導度を
示すべきである。例えば、個々のピクセルを切り替える
ための集積した非線形素子を含むマトリックス液晶ディ
スプレイ（マトリックスＬＣＤ）は理想的には大きな正
の誘電異方性、広範囲のネマチック相、比較的低い複屈
折、極めて高い抵抗率、良好なＵＶおよび温度安定性、
低い蒸気圧を持つ媒体を要求する。

【０００５】そのようなマトリックス液晶ディスプレイ
は公知である。別個の画素を個々に切り替えるための適
当な非線形素子はアクティブ素子（すなわちトランジス
ター）並びにバリスターまたはダイオードの様なパッシ
ブ素子を含んでいる。そのような配置をアクティブマト
リックスとして引用する。

【０００６】有望なＴＦＴ（薄いフィルムトランジスタ
ー）ディスプレイでは、利用されている電気光学効果は
通常はＴＮ効果である。ＣｄＳｅのような化合物半導体
から成るＴＦＴの間にまたは多結晶性のまたは非晶性ケ
イ素の基板の上のＴＦＴ間にに差がある。

【０００７】ＴＦＴマトリックスをディスプレイのガラ
ス板一枚の内側に適用し、一方ではその内側上の他のガ
ラス板が透明な対電極をつけている。画素電極の大きさ
と比較するならば、そのＴＦＴはきわめて小さく、像を
妨害することはほとんどない。この技術を完全な色付き
画像表示に拡大することが出来て、フィルター素子を１
対１配列の中では切り替え可能な像素子に対面して設置
するようにして赤、緑、青フィルターのモザイクを配列
する。ＴＦＴディスプレイは通常は透過光の中に交差偏
光子を含むＴＮセルとしての機能を果たしており、背面
照光射を利用している。

【０００８】このタイプのマトリックスＬＣＤはディス
プレイとしてノート型コンピューター、ＴＶセット（ポ
ケットテレビジョンセット）の中で、更に自動車または
航空機生産に使用されている。その様な利用方法では、
コントラストの角度依存性もこれらマトリックスＬＣＤ
の切り替え時間も常に満足すべきものとなっていない。
液晶混合物の不十分に高い抵抗率が問題を引き起こして
いる。抵抗が減少するにつれて、マトリックスＬＣＤデ
ィスプレイのコントラストが悪化し、「残像（image-st
icking）」の問題が生ずることもある。ディスプレイの
内部表面との相互作用によって、液晶混合物の抵抗率は
一般的にはマトリックスＬＣＤの寿命全体にわたって減
少する故に、許容できる使用寿命に達するためには高い
（当初の）抵抗は極めて重要である。特に低いしきい電
圧を有する混合物では現在までは極めて高い抵抗率に達
することは不可能であった。その理由は高い正の誘電異
方性Δεを持つ液晶性媒体は一般的にはより高い電導度
を示すからである。更に、温度上昇と共に、熱露出およ
び／またはＵＶ光に露出後に、抵抗率が出来るだけ低い
増加を示す事が重要である。

【０００９】ディスプレイにとって短い切り替え時間に
達するためには、その混合物は小さい回転粘度を更に持
って無くてはならない。更に、液晶性層の層厚さを減少
するにつれて切り替え時間も減少する。小さい層厚さに
達するためには、最大限可能な複屈折Δｎを有する液晶
性媒体が必要になる。低温においてさえも使用可能なデ
ィスプレイには例えば、戸外で、車中で、航空機内の使
用には、その要求は低温でさえも生ずる結晶化相および
／またはスメクチック相を起こさないこと、及び粘度温
度依存性を出来るだけ小さくすることである。先行技術
のマトリックスＬＣＤは現在の要求に合致していない。

【００１０】従って、極めて高い抵抗率、同時に広範囲
の動作温度範囲、低温においてさえも短い切り替え時
間、低いしきい値電圧を持つマトリックスＬＣＤ、ただ
しこれらの欠点を持たないかまたはこれらの欠点を僅か
にしか持たないＬＣＤに対する大きな需要がなお存在し
ている。

【００１１】この目的のために以下の特性を持つ液晶性
媒体が好ましい − ディスプレイが低温でさえも使用可能であるように
ネマチック相ドメインを特に低温に拡張する、低い粘度
温度依存性に拡張する − ディスプレイの長い使用寿命を達成するためにＵＶ
照射に対する高い抵抗力 − 低いしきい値電圧Ｖ_ｔｈに達するための高い正の
誘電異方性 − 短い切り替え時間に達するための低い回転粘度γ_１ − 短い切り替え時間に達するために小さい層厚さを有
して使用するための高いΔｎ

【００１２】本発明の目的は他の限定事項には合致しな
がら、極めて高い抵抗率、低いしきい値電圧、短い切り
替え時間を示すマトリックスＬＣＤ、ＴＮまたはＳＴＮ
ディスプレイのための液晶性媒体を提供することであ
る。この目的は一般式（Ｉ）の１または２種以上の化合
物と付加的にさらなる液晶性化合物を含む液晶性媒体に
よって達成される。

【化８】（ただしＲ^１、Ｒ^２は互いに独立して、水素原子、１−
７個の炭素原子を有するアルキルまたはアルコキシ基、
または２−７個の炭素原子を有するアルケニル基であ
る）

【００１３】さらなる液晶性化合物として一般式（Ｉ
Ｉ）−（ＸＶ）の１種以上の化合物を含む本発明による
液晶性媒体

【００１４】

【化９】

【００１５】

【化１０】（ただしＲ、Ｒ^１、Ｒ^２は互いに独立して、水素原子、
１−７個の炭素原子を有するアルキルまたはアルコキシ
基、または２−７個の炭素原子を有するアルケニル基で
あり、Ｌ、Ｌ^１、Ｌ^２、Ｌ^３、Ｌ^４は互いに独立し
て、水素またはフッ素原子であり、Ｘはフッ素原子、Ｏ
ＣＦ_３、ＯＣＨＦ_２、ＣＮまたはＮＣＳであり、Ｚ^１、
Ｚ^２はそれぞれ互いに独立であり、単結合、−ＣＯＯ
−，−ＣＦ_２Ｏ−、ＯＣＦ_２−、−ＣＨ_２−ＣＨ_２−、
−ＣＦ_２−ＣＦ_２−、−ＣＨ_２Ｏ−、−ＯＣＨ_２−また
は−ＣＨ＝ＣＨ−である）

【００１６】好ましい態様では、一般式（ＩＩ）、（Ｉ
ＩＩ）、（ＩＶ）、（Ｖ）、（ＶＩＩ）および（ＶＩＩ
Ｉ）の化合物として本発明における液晶性媒体は一般式
（ＩＩａ）−（ＩＸａ）の化合物を含む。

【化１１】

【００１７】

【化１２】

【００１８】

【化１３】

【００１９】

【化１４】（ただしＲは水素原子、１−７個の炭素原子を持つアル
キルかアルコキシ基または２−７個の炭素原子を持つア
ルケニル基である）

【００２０】Ｒ、Ｒ^１、Ｒ^２は１−７個の炭素原子を有
するアルキル基またはアルコキシ基であり、直鎖または
枝分かれしていてもよい。好ましくは直鎖であり、２、
３、４、５、６または７個の炭素原子を有し、従って好
ましくはエチル、プロピル、ブチル、ペンチル、ヘキシ
ル、ヘプチル、エトキシ、プロポキシ、ブトキシ、ペン
トキシ、ヘキソキシ、またはヘプトキシである。

【００２１】Ｒ、Ｒ^１、Ｒ^２は２−７個の炭素原子を有
するアルケニル基であって、直鎖または枝分かれしてい
てもよい。好ましくは直鎖であり、従って特に、ビニ
ル、プロプ−１−エニル、プロプ−２−エニル、ブツ−
１−エニル、ブツ−２−エニル、ブツ−３−エニル、ペ
ント−１−エニル、ペント−２−エニル、ペント−３−
エニル、ペント−４−エニル、ヘキス−１−エニル、ヘ
キス−２−エニル、ヘキス−３−エニル、ヘキス−４−
エニル、ヘキス−５−エニル、ヘプト−１−エニル、ヘ
プト−２−エニル、ヘプト−３−エニル、ヘプト−４−
エニル、ヘプト−５−エニル、ヘプト−６−エニルであ
る。

【００２２】一般式（ＩＩ）−（ＸＶ）の化合物の例は
以下の化合物（ｎ＝１−７，ｍ＝１−７）である

【化１５】

【００２３】

【化１６】

【００２４】

【化１７】

【００２５】

【化１８】

【００２６】

【化１９】

【００２７】本発明による液晶性媒体は好ましくは一般
式（Ｉ）の化合物を３−２５重量％含む。特に好ましく
は本発明による液晶性媒体は一般式（Ｉ）の化合物を３
−２５重量％、一般式（ＩＩ）−（ＶＩＩＩ）の化合物
を０−９０重量％、一般式（ＩＸ）−（ＸＶ）の化合物
を１０−９０重量％含有する。これらの化合物は合計し
て１００％に達する。特別な態様においては、本発明に
よる液晶媒体は一般式（Ｉ）の化合物を３−２５重量
％、一般式（ＩＩ）−（ＶＩＩＩ）の化合物を３０−８
５重量％、一般式（ＩＸ）−（ＸＶ）の化合物を１０−
６０重量％含有する。更に特別な態様では、本発明によ
る液晶性媒体は一般式（Ｉ）の化合物を５−２５重量
％、一般式（ＩＸ）−（ＸＶ）の化合物を７５−９５重
量％含有する。

【００２８】（Ｉ）−（ＸＶ）の化合物は文献（例え
ば、ホウベンーワイル（Houben−Weyl）著、有機化学の
方法（Methoden der Organischen Chemie）、Georg-Thi
eme 出版社 Stuttgartの様な標準的な教科書）記載の様
なそれ自身公知の方法で、公知なしかもこれらの反応に
適した反応条件下で特異的に製造できる。このことはそ
れ自身公知ではあるが、特にここでは言及しない変法も
含むこととする。式Ｉの化合物は本特許出願に記載した
ようにしても合成できる。

【００２９】本発明は本発明による液晶性媒体を含有す
る電気光学ディスプレイに関し（境と共にセルを形成し
ている２枚の面平行基板、基板上の個々のピクセルを切
り替えるための集積した非線形素子、セル中に存在する
正の誘電異方性と高い抵抗率を有する、ネマチック液晶
混合物を有する特にＳＴＮディスプレイまたはマトリッ
クスＬＣＤ）、更に電気光学目的にこれらの媒体の使用
に関する。

【００３０】本発明による液晶混合物は利用可能なパラ
メーター中のかなりの拡張を可能としている。透明点、
回転粘度、光学異方性、しきい値電圧の到達可能な組み
合わせは現存の先行素材より優れている。高い透明点と
低温におけるネマチック相を結びつけた低いしきい値電
圧Ｖ_ｔｈと低い回転粘度のための要求は今までには満足
に達成されていない。

【００３１】本発明による液晶混合物は、ネマチック相
を−２０℃にまで、好ましくは−３０℃、特に好ましく
は−４０℃にまで維持しながら、６５℃以上の、好まし
くは７５℃以上、特に好ましくは８０℃以上の透明点、
同時に≧０．０９０、好ましくは≧０．１０、特に好ま
しくは≧０．１２の複屈折、低い回転粘度に結びついた
低いしきい値電圧を達成することが可能となり、それに
よって優れたＳＴＮディスプレイとマトリックスＬＣＤ
が達成できる。特に、混合物は低い動作電圧と短い切り
替え時間に特徴を有する。

【００３２】偏光子、電極基板、表面処理を有する電極
を含む本発明によるＳＴＮディスプレイまたはマトリッ
クスＬＣＤの構造はそのようなディスプレイの標準的な
デザインに相当する。本文脈の中では、用語「標準的な
デザイン」は包括的であり、追加としてマトリックスＬ
ＣＤのいかなる変更および改変をも含み、特にポリケイ
素ＴＦＴまたはＭＩＭディスプレイに基づくマトリック
スディスプレイ素子を含んでいる。

【００３３】本発明によって使用することができる液晶
混合物の製造はそれ自身通常の方法で行うことが出来
る。原則としては、少量で使用する成分の希望量を主成
分を構成している成分の中に、好ましくは温度を上げ
て、溶解する。その他の方法は有機溶媒、例えばアセト
ン、クロロフォルム、メタノール中にその成分を溶解し
た溶液を混合し、その後に完全混合の後に、例えば蒸留
によって溶媒を再び除去する。他の在来の方法で、例
えばプレミックスを使用することによって混合物を製造
する、同族体の混合物を製造する、またはいわゆる多重
瓶(multi-bottle)システムを使って製造することも可能
である。

【００３４】誘電体は当業者に公知の、文献記載の添加
物を更に含む事が出来る。例えば、多色染料とキーラル
ドーパント０−１５重量％、好ましくは０−１０重量％
添加することもできる。添加した個々の化合物は０．０
１〜６重量％、好ましくは０．１〜３重量％の濃度で使
用する。たとえそうでも、液晶混合物の他の成分の濃
度、すなわち、液晶性化合物またはメソーゲン性化合物
の濃度はこれらの添加物の濃度を考慮することなく特定
する。

【００３５】本発明を以下の例によってより詳細に説明
する。例Ａ−Ｆと比較例例Ａ−Ｆの中の一般式（１）の化合物は以下の化合物を
含む：

【化２０】比較例１では以下の化合物をＩＳ−６４３３の代わりに
使用する。

【化２１】

【００３６】例の中で使用した他の記号は発明の詳細な
説明への導入の中で使用した記号に相当する。特定の組
成の液晶混合物を製造した。以下のデータをこれら混合
物のために測定した。スメクチック−ネマチック相転移の温度Ｓ→Ｎ[℃] 透明点 [℃] ５８９ｎｍおよび２０℃での光学異方性 Δｎ２０℃での回転粘度 γ_１ [mPas] 基板表面に直角をなす視覚方向での１０％、５０％、９
０％透過率のための電圧、Ｖ_１０、Ｖ_５０、Ｖ_９０ [V] １ｋＨｚと２０℃での誘電異方性Δε 電気光学データを２０℃で第一次極小（ｄ・Δｎ＝０．
５）でのＴＮセル内で測定した。

【００３７】例Ａ

【表１】

【００３８】例Ｂ

【表２】

【００３９】例Ｃ

【表３】例Ｄ

【表４】

【００４０】例Ｅ

【表５】例Ｆ

【表６】比較例１

【表７】

【００４１】例Ｇ

【表８】例Ｈ

【表９】

【００４２】例Ｉ

【表１０】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｃ０９Ｋ 19/42 Ｃ０９Ｋ 19/42 Ｇ０２Ｆ 1/13 ５００Ｇ０２Ｆ 1/13 ５００ (71)出願人 591032596 ＦｒａｎｋｆｕｒｔｅｒＳｔｒ． 250, Ｄ−64293 Ｄａｒｍｓｔａｄｔ，ＦｅｄｅｒａｌＲｅｐｕｂｌｉｃｏｆＧｅｒｍａｎｙ (72)発明者ミヒャエル・ヘックマイヤードイツ連邦共和国デー−64293 ダルムシュタットフランクフルターシュトラーセ 250 (72)発明者ブリギッテ・シューラードイツ連邦共和国デー−64293 ダルムシュタットフランクフルターシュトラーセ 250 (72)発明者マティアス・ブレーマードイツ連邦共和国デー−64293 ダルムシュタットフランクフルターシュトラーセ 250 Ｆターム(参考） 4H027 BB03 BB04 BC03 BC04 BD04 BD05 BD08 BE05 CB01 CD04 CE04 CM01 CM04 CQ01 CQ04 CQ05 CR03 CR04 CT02 CT03 CT04 CT05 CU01 CU05 CW02 DH02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一般式（Ｉ）の化合物を１または２種以
上と付加的にさらなる液晶性化合物とを含む液晶性媒
体。【化１】（ただしＲ^１、Ｒ^２は互いに独立して、水素原子、１−
７個の炭素原子を有するアルキルまたはアルコキシ基、
または２−７個の炭素原子を有するアルケニル基であ
る）
【請求項２】さらなる液晶性化合物として一般式（Ｉ
Ｉ）−（ＸＶ）の１または２種以上の化合物を含む、請
求項１に記載の液晶性媒体。【化２】【化３】【化４】（ただしＲ、Ｒ^１、Ｒ^２は互いに独立であって、水素原
子、１−７個の炭素原子を有するアルキルまたはアルコ
キシ基、または２−７個の炭素原子を有するアルケニル
基であり、Ｌ、Ｌ^１、Ｌ^２、Ｌ^３、Ｌ^４は互いに独
立して、水素またはフッ素原子であり、Ｘはフッ素原
子、ＯＣＦ_３、ＯＣＨＦ_２、ＣＮまたはＮＣＳであり、
Ｚ^１、Ｚ^２はそれぞれ互いに独立して、単結合、−ＣＯ
Ｏ−，−ＣＦ_２Ｏ−、ＯＣＦ_２−、−ＣＨ_２−ＣＨ
_２−、−ＣＦ_２−ＣＦ_２−、−ＣＨ_２Ｏ−、−ＯＣＨ _２
−または−ＣＨ＝ＣＨ−である）
【請求項３】一般式（ＩＩ）、（ＩＩＩ）、（Ｉ
Ｖ）、（Ｖ）、（ＶＩＩ）および（ＶＩＩＩ）の化合物
として、一般式（ＩＩａ）−（ＩＸａ）の化合物を含
む、請求項１または２に記載の液晶性媒体。【化５】【化６】【化７】（ただしＲは水素原子、１−７個の炭素原子を有するア
ルキルまたはアルコキシ基、または２−７個の炭素原子
を有するアルケニル基である）
【請求項４】一般式（Ｉ）の化合物を３−２５％含有
する、請求項１−３のいずれかに記載の液晶性媒体。
【請求項５】一般式（Ｉ）の化合物を３−２５重量
％、一般式（ＩＩ）−（ＶＩＩＩ）の化合物を０−９０
重量％、一般式（ＩＸ）−（ＸＶ）の化合物を１０−９
０重量％含有する、請求項１−４のいずれかに記載の液
晶性媒体。
【請求項６】一般式（Ｉ）の化合物を３−２５重量
％、一般式（ＩＩ）−（ＶＩＩＩ）の化合物を３０−８
５重量％、一般式（ＩＸ）−（ＸＶ）の化合物を１０−
６０重量％含有する、請求項５に記載の液晶性媒体。
【請求項７】一般式（Ｉ）の化合物を５−２５重量
％、一般式（ＩＸ）−（ＸＶ）の化合物を７５−９５重
量％含有する、請求項５に記載の液晶性媒体。
【請求項８】一般式（Ｉ）−（ＸＶ）の化合物を本質
的に含有する、請求項１−７のいずれかに記載の液晶性
媒体。
【請求項９】請求項１−８のいずれかに記載の液晶性
媒体を含む電気光学ディスプレイ。