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JP2008174747A - 液晶媒体 - Google Patents

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JP2008174747A JP2008006491A JP2008006491A JP2008174747A JP 2008174747 A JP2008174747 A JP 2008174747A JP 2008006491 A JP2008006491 A JP 2008006491A JP 2008006491 A JP2008006491 A JP 2008006491A JP 2008174747 A JP2008174747 A JP 2008174747A
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Abstract

【課題】AMDディスプレイ用に適する液晶媒体を提供する。
【解決手段】正の誘電異方性を有する極性化合物の混合物を基材とする液晶媒体であって、式I:
Figure 2008174747

を有するフッ素化ターフェニル化合物及びシクロヘキサン環−ベンゼン環−ベンゼン環を有する特定のフッ素化化合物を含有する液晶媒体。
【選択図】なし

Description

本発明は、正の誘電異方性を有する極性化合物の混合物を基材とする液晶媒体および高温およびUV安定性を有するマトリックス液晶ディスプレイに関する。
アクティブマトリックスディスプレイ(AMD)は、高度情報容量を有する市場で興味深いディスプレイとして格別に好まれている。このようなAMDはTV用途に(例えば、投映装置)およびまた、例えばラップトップ用、自動車用および航空機用のディスプレイとして使用される。
AMDは各画素で集積される非線型電気スイッチング素子を有する。非線型駆動素子としては、薄膜トランジスター(TFT)[Okubo,U.等によるSID 82 Digest,40〜41頁(1982)]またはダイオード(例えば、金属絶縁体金属:MIM)[Niwa,K.等によるSID 84 Digest,304〜307頁(1984)]を使用することができる。これらの非線型駆動素子は、良好な視覚角度特性を得ることができる場合には、むしろ平坦な電気光学特性曲線を伴う電気光学効果の使用を可能にする。
従って、90゜のねじれ角を有するTN型LCセル[Schadt,M.およびHelfrich,W.によるAppl.Phys.Lett.,18,127(1971)]を使用することができる。広い視覚角度にわたり良好なコントラストを得るためには、第一光透過率極小値で動作することが要求される[Pohl,L.,Eidenschink,R.,Pino,F.del.,およびWeber,G.によるドイツ国特許DBP 3022818(1980)および米国特許4398803(1981);Pohl,L.,Weber,G.,Eidenschink,R.,Baur,G.およびFehrenbach,W.によるAppl.Phys.Lett.,38,497(1981);液晶部門で発表されたWeber,G.,Finkenzeller,U.,Geelhaar,T.,Plach,H.J.,Rieger,B.およびPohl,L.によるInt.Symp.on Liq.Cryst.,Freiburg(1988)]。これらのAMDはTV用途に格別に適しており、従って市場で格別の注目を浴びている。
これらの用途に対しては、液晶の数種の物性が、受動的TVディスプレイの場合よりもさらに重要になる。AMDの性能に関して決定的な数種の物性には、液晶の抵抗値および安定性がある[Togashi,S.,Sekiguchi,K.,Tanabe,H.,Yamamoto,E.,Sorimachi,K.,Kajima,E.,Watanabe,H.,Shimizu,H.によるProc.Eurodisplay84,1984年9月:A210〜288;Matrix LCD Controlled by Double Stage Diode Rings,144頁以降、Paris;Stromer,M.によるProc.Eurodisplay 84,1984年9月:Designof Thin Film Transistors for Matrix Addressing of Television Liquid Crystal Displays,145頁以降、Paris]。
しばしば生じる問題に、比抵抗値に対する、従ってディスプレイ内の液晶混合物の一般的性能に対するUV照射線の有害な影響がある。AMDでは、非線型スイッチング素子がマルチプレックス手法でアドレスされる。これらの素子は活性である制限時間内は、画素の電極を帯電させる。次いでこれらの素子は、次回に再度アドレスされるまで、不活性になる。従って、活性化した(帯電した)画素に対する電圧の変化は望ましくないことが、このようなディスプレイの非常に重大な特徴でもある。この画素の放電は、2つの因子により決定される。これらの因子は、液晶を含む画素の容量および電極間の誘電性物質、すなわち液晶の抵抗値である。画素における電圧の減衰の固有時定数(characteristic time constant)は、2回のアドレスサイクル間の時間(tadr )よりも格別に長くなければならない。AMDの性能を説明するためにしばしば使用されるパラメーターは、画素の電圧保持率(HR)である:
Figure 2008174747
画素における電圧は、この保持率が増加するに従い指数的に減衰されるから、格別に大きい抵抗値を有する液晶が必要である。
ディスプレイ内部の液晶の抵抗値にとって重要な数種の問題点があり、この問題点には、例えば配向層、配向層材料の硬化条件などがある。あまり重要ではないものの、使用する液晶の電気的性質も問題である。特に、ディスプレイ内部の液晶の抵抗値は、画素における電圧低下の大きさを決定する。
小さい△n値を有する材料を使用した従来の研究では、TFT用途の場合の抵抗値およびUV安定性に関わる要件およびこの抵抗値の温度依存性にかかわる要件は、末端基としてシアノ基を含有する物質によっては適合させることができないことが証明された。ハロゲン化末端基を含有する非シアノ物質は、慣用のシアノ物質に比較して良好な抵抗値およびUV安定性を示すことができ、かつまた優れた粘度値を示すことができる。しかしながら、一般に、これらの非シアノ物質は不幸なことに、特に低温において、強力な結晶相形成傾向および(または)スメクティック相形成傾向を示す。また、ハロゲン化末端基を有する非シアノ物質の透明点および誘電異方性値は格別に低い。
最近の市販の混合物は、広い温度範囲にわたり動作させなければならない;従って、低温における結晶化またはスメクティック相形成は排除されなければならない。ネマティック混合物の開発における液晶材料の有用性に関わり、良好な溶解性は最も重要な予備条件の一つである。この理由で、高い融解温度またはスメクティック相形成傾向を有する化合物は適当ではない。
構成成分および相当する混合物デザインを非常に注意深く選択することによって、第一極小値用途のための広いネマティック温度範囲を有し、かつまた小さい複屈折を有する非シアノ混合物を見出すことができた[B.Rieger等によるProc.,18.Freiburger Arbeitstagung Fleussigkristalle,Freiburg,1989,16(1989)]。本発明の目標混合物にとって必須である大きい複屈折を有する非シアノ物質は、不幸なことにかなりの場合に、より小さい複屈折を有する類似物質に比較して、高い融点および(または)強力なスメクティック相形成傾向などのより望ましくない性質を示すことさえある:
Figure 2008174747
WO 90/09240の広い一般式は、式Iで表わされるフルオロターフェニル化合物を包含している。しかしながら、この特許はこれらの化合物について1つの例も記載しておらず、フッ素化フルオロ−およびクロロ−ターフェニル化合物を含有する混合物について1つの例も記載していない。
グーチ−タリー(Gooch-Tarry)の曲線の第二光透過率極小値または第三以上の光透過率極小値で動作させるのに適する複屈折を有する従来技術の混合物は、アクティブマトリックス用途では受け入れられない。
従って、AMDで使用するために適する高い抵抗値およびその他の材料物性を有する液晶組成物が依然として格別に求められている。
上記したように、クロロターフェニル化合物(化合物番号3)は、JP 60-056932-Aから公知である。前記したように、これらの化合物は、特に別種の液晶材料中における制限された溶解性、それらの高い融点およびそれらの際立ったスメクティック相形成性の観点から、電子工業界からの厳しい要件に適合することができない。従って当技術において、大きい複屈折を有する改良された非シアノLC化合物が求められている。
式Iで表わされるクロロターフェニル化合物は、国際LC会議(LC Conference)(ピサ/イタリー;1992)で発表されている。
本発明の課題は、特にAMDディスプレイ用の媒体であって、前記の欠点を有していないか、あるいは有していても少ない程度のみである液晶媒体を提供することにある。
本発明の課題はまた、高温安定性およびUV安定性を有するマトリックス液晶ディスプレイを提供することにある。
液晶媒体が、少なくとも1種の下記式Iで表わされる化合物および少なくとも1種の下記式IIで表わされる化合物を含有する場合に、この目的が達成されることが見出された。
即ち、本発明は、正の誘電異方性を有する極性化合物の混合物を基材とする液晶媒体であって、式I:
Figure 2008174747
を有するフッ素化ターフェニル化合物の1種または2種以上および式II:
Figure 2008174747
で表わされる化合物の1種または2種以上を含有することを特徴とする液晶媒体を提供するものである(各式中、R、R´、X、X´、L1およびL2は、請求項1に示されている意味を有する)。
式Iおよび式IIで表わされる化合物において、RおよびR´は好ましくは、アルキルまたはアルコキシであり、XおよびX´は好ましくは、ClまたはFである。
また、本発明のマトリックス液晶ディスプレイは、
−フレームとともに、厚さdのセルを形成している2枚の面平行の支持基板、
−この支持基板上に存在し、各画素を駆動させる集積非線型素子、および
−セル内に存在し、正の誘電異方性および複屈折△nを有するネマティック液晶混合物、
を備えており、そしてこのディスプレイは、d・△nを適当に選択することによってグーチ−タリイの第二光透過率極小値または第三以上の光透過率極小値で動作するものであって、UV光(280〜400nm、12mW/cm2)に20時間さらされた後の電圧保持率HR20とUV光にさらす以前のHR0との商が98%よりも大きいか、または98%に等しく、かつまた他の要件に適合する非常に大きい抵抗値を有することを特徴とするディスプレイである。
本発明により、ラテラルにフッ素化されておりそして(または)エチル結合した非シアノ物質を使用することによって、このようなHR値が、大きい複屈折を有する混合物においてさえも可能になることが見出された。非常に大きいRC時間値をAMDで得ることができる。これらの混合物はまた、減少された粘度を示し、かつまた妥当なしきい電圧で短い駆動(switching)時間を可能にする。
このAMDの厚さは好ましくは、3〜10μmの範囲にある。特に好ましい範囲は、3〜7μmの範囲の範囲である。
下記の好適態様は、AMD内に存在させるネマティック液晶混合物に関するものである:
この液晶混合物は好ましくは、下記式IIIで表わされる化合物の1種または2種以上を含有する:
Figure 2008174747
式中、R*は、15個までの炭素原子を有するアルキル基またはアルケニル基であり、これらの基は未置換であるか、またはハロゲンにより置換されており、そしてまたこれらの基中に存在する1個または2個以上のCH2基はそれぞれ相互に独立して、酸素原子が相互に直接に結合しないものとして、−O−、−CO−O−または−O−CO−により置き換えられていてもよく、
rは、0または1であり、
*は、F、Cl、CF3、OCF3またはOCHF2であり、そして
*、Y*およびZ*はそれぞれ、HまたはFであり、そして
1およびQ2の一方は、1,4−フェニレンまたは3−フルオロ−1,4−フェニレンであり、そして他方は単結合である。
下記式IIIaで表わされる化合物は特に好適である:
Figure 2008174747
本発明の液晶混合物は好ましくは、下記式IV〜VIIから選択される化合物の1種または2種以上を含有する:
Figure 2008174747
各式中、Rは、それぞれ12個までの炭素原子を有するアルキル基またはアルケニル基であり、これらの基は未置換であるか、またはハロゲンにより置換されており、そしてまたこれらの基中に存在する1個または2個以上のCH2基はそれぞれ相互に独立して、酸素原子が相互に直接に結合しないものとして、−O−、−CO−O−または−O−CO−により置き換えられていてもよく、そしてベンゼン環はフッ素によりさらに置換されていてもよく、
1は、F、Cl、CF3、OCF3またはOCHF2であるか、または7個までの炭素原子をそれぞれ有するフルオロアルキル基またはフルオロアルコキシ基であり、
1、Y2およびY3はそれぞれ、HまたはFであり、
Qは、−C24−、−C48−または−CO−O−であり、
Figure 2008174747
本発明の液晶混合物は好ましくは、下記式VIII〜XIIIで表わされる化合物の1種または2種以上を含有する:
Figure 2008174747
各式中、R、r、X1、Y1、Y2、Y3はそれぞれ相互に独立して、請求項4に定義されているとおりであり、R´はRについて記載の意味と同一の意味を有する。
本発明の混合物は基本的に、一般式I〜VIIからなる群から選択される化合物からなる。
下記に好適態様を挙げる:
−式Iで表わされる化合物の1種または2種以上を少なくとも10重量%の割合で含有する混合物。
−式IIで表わされる化合物の1種または2種以上を少なくとも5重量%の割合で含有する混合物。
−下記式で表わされる化合物の少なくとも1種をさらに含有することができる混合物:
Figure 2008174747
前記化合物は、例えばDOS 3042391、DOS 3902328、DOS 3913554、DOS 3909802、WO 89/02884、WO 90/15113、WO 90/09420、国際特許出願No.PCT/EP90/01292、同No.PCT/EP91/00411、同No.PCT/EP90/01471、同No.PCT/EP90/02109およびヨーロッパ特許出願No.91100675.7から公知であるか、または公知化合物と同様にして製造することができる。
本発明による混合物は通常、指示骨格構造を有する中程度に極性の化合物およびその他の非シアノ成分を基材とするものである。しかしながら、格別に大きいHR値が不必要である場合、例えばTNまたはSTNで使用する場合には、このような混合物がまた、公知のシアノLC成分、好ましくは下記式で表わされる化合物をさらに含有することができることは勿論のことである:
Figure 2008174747
生成する混合物は、非常に低い温度を包含する格別に広いネマティック相範囲の獲得に重要である(野外用)。
本発明の混合物は好ましくは、中程度に極性のハロゲン化成分を基材とするものであり、そして(または)シアノ成分を実質的に含有していない。式Iで表わされる新規化合物は、EP 0439089A1、WO 90/09420、WO 90/15113およびWO 91/13850、WO 91/00411に記載の方法と同様にして製造することができ、これらの記載を引用してここに組み入れる。
式I〜XIIIで表わされる成分において、R、R´およびR*は好ましくは、炭素原子1〜7個を有する直鎖状アルキル基であり、あるいは直鎖状メトキシアルキル基(メトキシメチル、メトキシエチル、メトキシプロピル、メトキシブチル、メトキシペンチル、メトキシヘキシル、メトキシヘプチル)である。
本発明による混合物の製造は、慣用の方法で行う。一般に、少ない方の量で使用される成分の所望量を、主成分を構成する成分中に、好ましくは高められた温度で溶解させる。この温度を主成分の透明点以上であるように選択すると、溶解プロセスの完了を特に容易に見ることができる。
しかしながら、諸成分の、いずれの夾雑物または望ましくないドーピング物質も導入しない適当な有機溶剤、例えばアセトン、クロロホルムまたはメタノール中の溶液を混合し、次いで溶剤を除去することもできる。
適当な添加剤を使用することによって、本発明による液晶相は、従来開示されたAMDのいずれにも使用することができるように変性することができる。
以下の例は本発明を説明するものであって、本発明を制限するものではない。各例において、液晶物質の融点および透明点は、摂氏度で示されている。パーセンテージは重量によるものである。
HRの測定は、スペーサーを使用することなく、標準6μmTN−ディスプレイで、S.Matsumoto等により開示されたとおりに行った[Liquid Crystals,5,1320(1989)]。導電性ITO層を有する標準フロートガラス(Balzers)および配向層としてラビングしたポリイミド(日本合成ゴムのAL-1051)を使用した。このセルはUV硬化性接着剤(NorlandのNOA-61)により封止し、標準条件下に充填した。液晶混合物は、標準方法により注意深く精製した成分から構成した。UV露光は、キセノン灯を備えたヘラウス−サンテスト(Heraeus-Suntest)(1.1kW、0.082W/cm2、UV遮断310nm)で行った。
本願明細書において、および下記の例において、液晶化合物の化学構造は、頭文字の略号で示される。この略号は、以下に示すとおりの化学式を意味する。基Cn2n+1およびCm2m+1は、n個またはm個の炭素原子をそれぞれ有する直鎖状アルキル基である。表Bのコードは自明である。表Aにおいて、基本構造に関わる頭文字のみが示されている。各場合に、この基本構造に関わる頭文字の後に、ハイフンで分離して、置換基R1、R2、L1、L2およびL3に関するコードが示されている:
Figure 2008174747
表A:
Figure 2008174747
Figure 2008174747
Figure 2008174747
Figure 2008174747
表B;
Figure 2008174747
Figure 2008174747
Figure 2008174747
Figure 2008174747
Figure 2008174747
Figure 2008174747
Figure 2008174747
Figure 2008174747
Figure 2008174747
Figure 2008174747
Figure 2008174747
Figure 2008174747
Figure 2008174747

Claims (7)

  1. 正の誘電異方性を有する極性化合物の混合物を基材とする液晶媒体であって、式I:
    Figure 2008174747
    を有するフッ素化ターフェニル化合物の1種または2種以上および式II:
    Figure 2008174747
    で表わされる化合物の1種または2種以上、
    各式中、RおよびR´はそれぞれ相互に独立して、12個までの炭素原子を有するアルキル基またはアルケニル基であり、これらの基は未置換であるか、またはハロゲンにより置換されており、そしてまたこれらの基中に存在する1個または2個以上のCH2基はそれぞれ相互に独立して、酸素原子が相互に直接に結合しないものとして、−O−、−CO−O−または−O−CO−により置き換えられていてもよく、そして
    XおよびX´はそれぞれ相互に独立して、F、Cl、CF3、OCF3またはOCHF2であり、そして
    1およびL2はそれぞれ相互に独立して、HまたはFである、
    を含有することを特徴とする液晶媒体。
  2. XおよびX´が塩素またはフッ素であることを特徴とする請求項1に記載の混合物。
  3. 液晶混合物が式III:
    Figure 2008174747
    式中、R*は、15個までの炭素原子を有するアルキル基またはアルケニル基であり、これらの基は未置換であるか、またはハロゲンにより置換されており、そしてまたこれらの基中に存在する1個または2個以上のCH2基はそれぞれ相互に独立して、酸素原子が相互に直接に結合しないものとして、−O−、−CO−O−または−O−CO−により置き換えられていてもよく、
    rは、0または1であり、
    *は、F、Cl、CF3、OCF3またはOCHF2であり、
    *、Y*およびZ*はそれぞれ、HまたはFであり、そして
    1およびQ2の一方は、1,4−フェニレンまたは3−フルオロ−1,4−フェニレンであり、そして他方は単結合である、
    で表わされる化合物の1種または2種以上をさらに含有することを特徴とする請求項1または2の少なくとも1項に記載の混合物。
  4. 液晶混合物が式IV〜VII:
    Figure 2008174747
    各式中、Rは、それぞれ12個までの炭素原子を有するアルキル基またはアルケニル基であり、これらの基は未置換であるか、またはハロゲンにより置換されており、そしてまたこれらの基中に存在する1個または2個以上のCH2基はそれぞれ相互に独立して、酸素原子が相互に直接に結合しないものとして、−O−、−CO−O−または−O−CO−により置き換えられていてもよく、そしてベンゼン環はフッ素によりさらに置換されていてもよく、
    1は、F、Cl、CF3、OCF3またはOCHF2であるか、または7個までの炭素原子をそれぞれ有するフルオロアルキル基またはフルオロアルコキシ基であり、
    1、Y2およびY3はそれぞれ、HまたはFであり、
    Qは、−C24−、−C48−または−CO−O−であり、
    Figure 2008174747
    rは、0または1である、
    から選択される化合物の1種または2種以上を含有することを特徴とする請求項1〜3の少なくとも1項に記載の混合物。
  5. 液晶混合物が、式:
    Figure 2008174747
    で表わされる化合物の1種または2種以上をさらに含有することを特徴とする請求項1〜4の少なくとも1項に記載の混合物。
  6. 一般式I〜VIIからなる群から選択される化合物を本質的に含むことを特徴とする請求項1〜4の少なくとも1項に記載の混合物。
  7. 請求項1に記載の液晶混合物を含有する電気光学液晶ディスプレイ。
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