JP2000096058A

JP2000096058A - 液晶媒体

Info

Publication number: JP2000096058A
Application number: JP11095732A
Authority: JP
Inventors: Akihiro Kojima; 昭博小島; Kazuo Totani; 和男戸谷
Original assignee: Merck Patent GmbH
Current assignee: Merck Patent GmbH
Priority date: 1998-04-04
Filing date: 1999-04-02
Publication date: 2000-04-04

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】非常に大きな固有抵抗と同時に幅広い駆動温
度、短い応答時間及び低いしきい値電圧を有し、様々な
グレイ階調、高いコントラスト及び幅広い視野角を達成
する、特にECB、CSH及びVAN効果に基づく電気光学ディ
スプレイ用の液晶媒体を提供する。【解決手段】負の誘電異方性を有する極性化合物の混
合物を基本とする液晶媒体であって、式I；の化合物を少なくとも１つと式II；（式中、R¹及びR²は、それぞれ互いに独立して、１個か
ら８個の炭素原子を有するアルキル又はアルコキシであ
り、 m及びnは、それぞれ独立して、０又は１である）の化合
物を少なくとも１つ含有する、前記液晶媒体。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、負の誘電異方性を
有する極性化合物を含有する液晶媒体、並びに該媒体を
含有するECB、CSH又はVAN効果に基づく電気光学ディス
プレイに関する。

【０００２】

【従来の技術】電気的に制御される複屈折(ECB効果)、
又はDAP効果(整列相の変形)の原理は、1971年(M. F. Sc
hieckel及びK. Fahrenschon、“電界における垂直配向
を有するネマティック液晶の変形”、Appl. Phys. Let
t. 19(1971)、3912)に初めて記載された。J. F. Kahn(A
ppl. Phys. Lett. 20(1972)、1193)及びG. Labrunie及
びJ. Robert(J. Robert(J. Appl. Phys. 44(1973)、486
9)による文献がこれに続いた。

【０００３】J. Robert及びF. Clerc(SID 80 Digest Te
chn. Papers(1980),3)、J. Duchene(Displays 7(1986),
3)及びH. Schad(SID 82 Digest Techn. Papers(1982),2
44)は、ECB効果に基づく高情報ディスプレイ素子への使
用のためには液晶相が、弾性定数K₃₃/K₁₁の高い比率、
光学異方性Δnの大きな値及び-0.5から-5の誘電異方性
Δεの値を有さねばならないことを示した。ECB効果に
基づく電気光学ディスプレイ素子は、無電界状態(field
-off state)ではホメオトロピック(又は垂直)エッジ配
向を有する。

【０００４】ホメオトロピック又は垂直配向を有するEC
Bディスプレイの具体的なタイプは、CSH(カラースーパ
ーホメオトロピック)又はVAN(垂直配向ネマティック)タ
イプのディスプレイである。これらのディスプレイは、
先行技術により公知であり、そして例えばS. Yamauchi
等によるSID 89 Digest, 378(1989)、H. Hirai, JapanD
isplays 89 Digest, 184(1989)及びj. F. Clerc等によ
るJapan Displays 89 Digest, 188(1989)及びJ. F. Cle
rc, SID 91 Digest, 758(1991)の刊行物で報告されてい
る。垂直配向を有するディスプレイについては、斜め観
察方向でのオフ状態(off state)における光漏損を補償
するために、さらに光学補償体、例えば光学的に単軸の
負の補償膜(optically uniaxial negative compensatio
n film)の使用を示唆している。特にCSHディスプレイ
は、フルカラー提供能を有する一方で、視野角における
コントラスト及びグレイ階調の低い依存性を示すことが
報告されている。

【０００５】さらに、電極の特別な設計により、電極の
付加的なプレチルト処理を行うことなく、これらのディ
スプレイにおけるチルト方向を制御することもできる。
例えばT. Yamamoto等によるSID 91 Digest, 762(1991)
では、大きな視野角及び高いコントラストを有し、液晶
セルに斜め電界を誘導し、そして電極のプレチルト処理
を必要としない特別な電極構造により特徴づけられるCS
Hディスプレイを記載している。上記ディスプレイは、
アクティブ又はパッシブマトリクスタイプであることが
できる。例えばECB及びVANディスプレイは、アクティブ
マトリクスか、又はマルチプレックスアドレッシングの
いずれかで駆動し、一方CSHディスプレイは、分割カラ
ム及び並列電極(row electronodes)を有する、典型的に
はパッシブ又はダイレクトマトリクスのようなドットマ
トリクスタイプであり、マルチプレックスアドレッシン
グにより駆動する。

【０００６】電気光学ディスプレイ素子における上記効
果の工業的適用には、多くの要求を満たさねばならない
液晶相を必要とする。ここで特に重要なことは、湿気、
空気及び熱、赤外線、可視光線、紫外線照射及び直射、
並びに電場の変化のような物理的影響に対する化学的耐
性である。さらに工業的に使用できる液晶相は、適当な
温度幅の液晶メソフェーズ及び低粘度性を必要とする。
従来開示されている液晶メソフェーズを有する化合物の
群には、これらの要求を全て満たす単一化合物は包含さ
れていない。一般的には、それ故に2から25、好ましく
は3から18の化合物の混合物を、液晶相として使用可能
な物質として得るために調製する。しかしながら、実質
的に負の誘電異方性及び適当な長期安定性を有する液晶
材料は、従来入手不可能であったので、理想的な相はこ
の方法では容易に得られない。

【０００７】EP 0 474 062は、ECB効果に基づくマトリ
クス液晶ディスプレイを開示している。ここで開示され
ている液晶混合物は、エステル、エーテル又はエチル結
合基を含む2,3-ジフルオロフェニル誘導体を基本とし、
そしてUV暴露後の“電圧保持率”(HR)が低い値を示すの
で、例えばプロジェクションタイプのディスプレイに
は、全く不適である。従って、様々なグレイ階調、高い
コントラスト及び幅広い視野角を達成することを可能に
する、非常に大きな固有抵抗と同時に幅広い駆動温度、
短い応答時間及び低いしきい値電圧を有するECB、VAN及
びCSHディスプレイの大きな需要が引き続き存在する。

【０００８】特にCSHディスプレイでの使用のために
は、特にT. Yamamoto等によるSID 91 Digest, 762(199
1)に記載のもの、改善された電気光学的特性曲線の急峻
性、速い応答時間、高い複屈折率、低い粘度及び高い透
明点を有する広いネマティック相幅を示す液晶材料を入
手することが望ましい。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、マト
リクス液晶ディスプレイ、特にECB、CSH及びVAN効果に
基づく、マトリクス液晶ディスプレイであって、上記の
不都合を有さないか、又はほんのわずかしかなく、そし
て同時に非常に高い固有抵抗を有するディスプレイを提
供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】式Iの化合物を少なくと
も１つと式IIの化合物を少なくとも１つ含有する、負の
誘電異方性を有する極性化合物の混合物を基本とするネ
マティック液晶混合物を、これらのディスプレイ中で、
使用することによりこの課題を達成できることが見出さ
れた。ECB、CSH又はVANタイプのマトリクスディスプレ
イ中で本発明の液晶混合物を使用することにより、応答
時間及び駆動電圧の値を減少させ、そして同時にグレイ
スケール能、幅広い視野角及び高いコントラストを達成
することができる。特に、本発明の混合物の使用が、CS
Hタイプのディスプレイにおいて、電気光学的特性曲線
の改善された急峻性を導くことが見出された。

【００１１】従って、本発明は、式Iの化合物；

【化11】の化合物を少なくとも１つと式II；

【化12】 (式中、R¹及びR²は、それぞれ互いに独立して、１個か
ら８個の炭素原子を有するアルキル又はアルコキシであ
り、

【化13】 m及びnは、それぞれ独立して、0又は1である)の化合物
を少なくとも１つ含有し、負の誘電異方性を有する極性
化合物の混合物を基本とする、液晶媒体に関し、特にEC
B、CSH又はVAN効果に基づく電気光学ディスプレイに関
する。

【００１２】本発明の好適な態様は； a) 正の誘電異方性Δε、特にΔε＞+4を有する化合物
を少なくとも1つ含有する媒体に関する。 b) 式III；

【化1４】 (式中、R³は、式IでのR¹の意味の1つを有し、L¹は、H又
はFであり、そしてpは、0又は1である)から選択され
る、正の誘電異方性を有する化合物を少なくとも1つ含
有する媒体に関する。

【００１３】c) 式IV；

【化15】 (式中、qは、0又は1であり、R²は、式Iの意味を有し、
そしてR⁴は、炭素原子2個から7個を有するアルケニルで
ある)のアルケニル化合物を1又は2以上さらに含有する
媒体に関する。

【００１４】d) 式V；

【化16】 (式中、R¹、R²、m及び

【化17】は、式Iの意味を有し、そして

【化18】の化合物を1又は2以上さらに含有する媒体に関する。

【００１５】e) 式VI；

【化19】 (式中、R¹、R²は式Iの意味を有し、そしてrは0又は1で
ある)のトラン化合物を1又は2以上さらに含有する媒体
に関する。 f) 式VII；

【化20】 (式中、R¹は式Iの意味を有し、そしてsは0又は1である)
から選択される化合物を1又は2以上さらに含有する媒体
に関する。 g) 式Iと式IIの化合物、式VIの化合物2又は3以上及び
式IIIの化合物少なくとも1つから選択される4又は5以上
の化合物から本質的になる媒体に関する。

【００１６】h) 式Iの化合物を少なくとも3つ含有する
媒体に関する。 i) 式IVの化合物を少なくとも1つ含有する媒体に関す
る。 k) 混合物全体における式Iの化合物の割合が、15重量
％から70重量％、好ましくは30重量％から60重量％であ
る媒体に関する。 l) 混合物全体における式IIIの化合物の割合が、1重量
％から10重量％、好ましくは2重量％から7重量％である
媒体に関する。

【００１７】m) 混合物全体における式IVの化合物の割
合が、0重量％から25重量％、好ましくは5重量％から20
重量％である媒体に関する。 n) トラン化合物を少なくとも40重量％、好ましくは55
重量％を含有する媒体に関する。 o) 2,3-ジフルオロ-1,4-フェニレン基を有する化合物
を、少なくとも45重量％、好ましくは少なくとも55重量
％を含有する媒体に関する。 p) 正の誘電異方性を有する化合物を1重量％から15重
量％、好ましくは2重量％から10重量％を含有する媒体
に関する。 q) R⁴がビニル、1E-プロペニル、1E-ブテニル、3E-ブ
テニル又は3E-ペンテニル、特にビニル又は1E-プロペニ
ルである式IVの化合物を少なくとも1つ含有する媒体に
関する。

【００１８】r) 式Ia及び式Ib；

【化21】 (式中、アルキルは、炭素原子1個から6個を有するアル
キル基である)から選択される化合物を少なくとも3つ含
有し、特に式Iaの化合物を少なくとも1つと式Ibの化合
物を少なくとも1つ含有する媒体に関する。

【００１９】s) 式IIIaから式IIId；

【化22】 (式中、アルキルは、炭素原子1個から6個を有するアル
キル基である)から選択された化合物を少なくとも1つ含
有し、特に式IIIaの化合物を少なくとも1つ及び／又は
式IIIcの化合物を少なくとも1つ含有する媒体に関す
る。

【００２０】t) 式Vaから式Vd；

【化23】 (式中、アルキルは炭素原子1個から6個を有するアルキ
ル基であり、Rは炭素原子1個から6個を有するアルキル
又はアルコキシ基であり、そしてLはH又はFである)から
選択される化合物を少なくとも3つ含有する媒体に関す
る。

【００２１】u)式Iの化合物1又は2以上を15重量％から7
0重量％式IIの化合物1又は2以上を5重量％から40重量％式IIIの化合物1又は2以上を1重量％から10重量％、そし
て式IVの化合物1又は2以上を0重量％から25重量％を本質的に含有する媒体に関する。

【００２２】式Iにおいて“アルケニル”という語は、
炭素原子2個から7個を有する直鎖又は分枝鎖状アルケニ
ル基を包含する。直鎖状アルケニル基が好適である。さ
らに好適なアルケニル基は、C₂-C₇-1E-アルケニル、C₄-
C₇-3E-アルケニル、C₅-C₇-4-アルケニル、C₆-C₇-5-アル
ケニル及びC₇-6-アルケニル、特にC₂-C₇-1E-アルケニ
ル、C₄-C₇-3E-アルケニル及びC₅-C₇-4-アルケニルであ
る。これらのうち、特に好適なアルケニル基は、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
セニル及び6-ヘプテニルである。炭素原子5個までを有
するアルケニル基が特に好適である。

【００２３】本発明は、さらにECB、CSH又はVAN効果を
基本とし、誘電体として、上記液晶媒体を含有すること
を特徴とする、電気光学ディスプレイに関する。本発明
の液晶媒体は、高い透明点を有する広いネマティック相
幅、複屈折率の大きな値、そしてε_||の大きな値と同時
に低い絶対値|Δε|を有する負のΔεを示す(ε_||は液
晶分子の長分子軸に対して平行な誘電率である)ことに
より特徴づけられる。

【００２４】液晶混合物は、好ましくは少なくとも温度
幅80℃、好ましくは少なくとも温度幅100℃のネマティ
ック相幅、80℃以上、特に100℃以上の透明点、並びに2
0℃で60以下、好ましくは40以下、特に25mm²s^-1以下の
最大粘度を有する。本発明の混合物の誘電率ε_||は、3
より大きく、好ましくは4.5より大きく、さらに好まし
くは6に等しいか、又はより大きい。本発明による液晶
混合物は、-0.5から-5.0、特に-1.0から-3.0、特に好ま
しくは-1.0から-2.0の誘電異方性Δεを示す。

【００２５】液晶混合物の複屈折率Δnは通常、0.15よ
り大きく、好ましくは0.20であるか、又はより大きい
か、特に0.23であるか、又はより大きい。本発明の液晶
ディスプレイは、急峻性の電気光学的特性曲線、低いし
きい値電圧及び速い応答時間を示すことにより特徴づけ
られる。混合物は、好ましくは式Iから式VIIの化合物を
4から20、特に5から15を含有する。式Iから式VIIの化合
物に加えて、他の成分を、例えば混合物全体の45％まで
の量で存在させることもできるが、好ましくは20％ま
で、特に10％までである。

【００２６】他の成分としては、好ましくはネマティッ
ク又はネマトゲン物質、特に公知の物質、アゾキシベン
ゼン類、ベンジリデンアニリン類、ビフェニル類、ター
フェニル類、フェニル又はシクロヘキシルベンゾエート
類、フェニル又はシクロヘキシルシクロヘキサンカルボ
キシレート類、フェニルシクロヘキサン類、シクロヘキ
シルビフェニル類、シクロヘキシルシクロヘキサン類、
シクロヘキシルナフタレン類、1,4-ビス-シクロヘキシ
ルビフェニル類又はシクロヘキシルピリミジン類、フェ
ニル-又はシクロヘキシルジオキサン類、任意にハロゲ
ン化されているスチルベン類、ベンジルフェニルエーテ
ル類、トラン類及び置換されている桂皮酸類からなる群
から選択されるものである。

【００２７】このタイプの液晶相の成分として適当な最
も重要な化合物は、式VIII； R⁵-L-G-E-R⁶ VIII (L及びEは、それぞれ、1,4-ジ置換ベンゼン及びシクロ
ヘキサン環、4,4'-ジ置換ビフェニル、フェニルシクロ
ヘキサン及びシクロヘキシルシクロヘキサン系、2,5-ジ
置換ピリミジン及び1,3-ジオキサン環、2,6-ジ置換ナフ
タレン、ジ-及びテトラヒドロナフタレン、キナゾリン
及びテトラヒドロキナゾリンを含む群からの炭素環式又
は複素環式系であり、 Gは、 -CH=CH- -N(O)=N- -CH-CQ- -CH=N(O)- -C≡C- -CH₂-CH₂- -CO-O- -CH₂-O- -CO-S- -CH₂-S- -CH=N- -COO-Phe-COO- であるか、又はC-C単結合であり、Qはハロゲン、好まし
くは塩素であるか、又は-CNであり、そしてR⁵及びR
⁶は、それぞれ、炭素原子18個まで、好ましくは炭素原
子8個までを有するアルキル、アルコキシ、アルカノイ
ルオキシ又はアルコキシカルボニルオキシであるか、又
はこれらの基の1つは、選択的にCN、NC、NO₂、CF₃、F、
Cl又はBrである)により特徴づけられる。

【００２８】これらの化合物の大部分では、R⁵及びR⁶は
互いに異なっており、これらの基の1つは、通常アルキ
ル又はアルコキシ基である。提案された置換体の他の変
形体もまた同様である。そのような物質及びそれらの混
合物の多くは、商業的に入手可能である。これらの物質
全ては、刊行物より公知の方法により調製することがで
きる。

【００２９】本発明の液晶媒体は、当業者に公知及び刊
行物に記載のさらなる添加物を含有することもできる。
例えば多色性染料を0％から15％添加することもでき、
さらに、導電性を改善するために、導電性塩、好ましく
はエチルジメチルドデシルアンモニウム4-ヘキソキシベ
ンゾエート、テトラブチルアンモニウムテトラフェニル
ボレート又はクラウンエーテル(例えばHaller等によるM
ol. Cryst. Liq. Cryst. Volume 24, pages 249-258(19
73)参照)の複合塩、又は誘電異方性、粘度及び／又はネ
マティック相の配向を改善するために、物質を添加する
ことができる。そのような物質は、例えばDE-A 22 09 1
27、22 40 864、23 21 632、23 38 281、24 50 088、26
37 430及び28 53 728に記載されている。

【００３０】本発明による液晶相の式Iから式VIIの個々
の成分は、それぞれ公知であるか、又はそれらの調製方
法は、それらが刊行物に記載の従来の方法を基本として
いるので、当業者により先行技術より容易に導出するこ
とができる。

【００３１】式Iの化合物に相当するものは、例えばEP
0 308 438に記載されている。式IIの化合物に相当する
ものは、例えばEP 0 364 538に記載されている。式III
の化合物に相当するものは、例えばEP 0 019 665に記載
されている。式IVの化合物に相当するものは、例えばEP
0 122 389に記載されている。式Vの化合物に相当する
ものは、例えばEP 0 132 553、DE 26 36 684及びEP 002
2 183に記載されている。式VIの化合物に相当するもの
は、例えばEP 0 308 438又はEP 0 709 444に記載されて
いる。

【００３２】以下に本発明の例を図示するが、これによ
り限定されるものではない。本明細書中、特に断りがな
い限り、パーセンテージは重量により、全ての温度は℃
で定義され、そして全ての物性は、20℃で“Merck Liqu
id Crystals, Physical Properties of Liquid Crystal
s"ed. W. Becker Merck KGaA, Status Nov. 1997により
決定する。

【００３３】以下の略号を使用する：

【化24】

【００３４】

【化25】

【００３５】さらに Δnは、 20℃及び589nmで測定した光学異方性を示し、ｎ₀は、 20℃及び589nmでの常光屈折率を示し、 Δεは、 20℃及び1kHzでの誘電異方性を示し、 ε_||は、 20℃及び1kHzでの分子軸に対して平行方向の誘電率を示し、 cpは、透明点[℃]を示し、 ν_iは、 ℃[mm²s^-1]で定義される温度iでの粘度を示し、 ν₁は、 20℃[mPa*s]での回転粘度を示し、そして V₁₀ないしV_thは、 20℃及び垂直入射での10％相対コントラストのためのしきい値電圧を示す。

【００３６】

【実施例】例1 液晶混合物が以下を含有するように調製する：

【表1】

【００３７】例2 液晶混合物が以下を含有するように調製する：

【表2】

【００３８】例3 液晶混合物が以下を含有するように調製する：

【表3】

【００３９】例4 液晶混合物が以下を含有するように調製する：

【表4】

【００４０】例5 液晶混合物が以下を含有するように調製する：

【表5】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 591032596 ＦｒａｎｋｆｕｒｔｅｒＳｔｒ． 250, Ｄ−64293 Ｄａｒｍｓｔａｄｔ，ＦｅｄｅｒａｌＲｅｐｕｂｌｉｃｏｆＧｅｒｍａｎｙ (72)発明者小島昭博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)発明者戸谷和男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

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項1】負の誘電異方性を有する極性化合物の混合
物を基本とする液晶媒体であって、式I；【化1】の化合物を少なくとも１つと式II；【化2】 (式中、R¹及びR²は、それぞれ互いに独立して、１個か
ら８個の炭素原子を有するアルキル又はアルコキシであ
り、【化3】 m及びnは、それぞれ独立して、0又は1である)の化合物
を少なくとも１つ含有する、前記液晶媒体。
【請求項2】正の誘電異方性を有する化合物を少なく
とも１つ含有することを特徴とする、請求項１に記載の
媒体。
【請求項3】式III；【化４】 (式中、R³は、式IでのR¹の意味の1つを有し、L¹は、H又
はFであり、そしてpは、0又は1である)から選択され
る、正の誘電異方性を有する化合物を1又は2以上含有す
ることを特徴とする、請求項1又は2に記載の媒体。
【請求項4】さらに式IV；【化5】 (式中、qは、0又は1であり、R²は、式Iの意味を有し、
そしてR⁴は、炭素原子2個から7個を有するアルケニルで
ある)の化合物を1又は2以上含有することを特徴とす
る、請求項1〜3のいずれかに記載の媒体。
【請求項5】さらに式V；【化6】 (式中、R¹、R²、m及び【化7】は、式Iの意味を有し、そして【化8】の化合物を1又は2以上含有することを特徴とする、請求
項1〜4のいずれかに記載の媒体。
【請求項6】さらに式VI；【化9】 (式中、R¹、R²は式Iの意味を有し、そしてrは0又は1で
ある)の化合物を1又は2以上含有することを特徴とす
る、請求項1〜5のいずれかに記載の媒体。
【請求項7】さらに式VII；【化10】 (式中、R¹は式Iの意味を有し、そしてsは0又は1である)
の化合物を1又は2以上含有することを特徴とする、請求
項1〜6のいずれかに記載の媒体。
【請求項8】式I及び式IIから選択される4又は5以上の
化合物、式VIの2又は3以上の化合物、及び式IIIの少な
くとも１つの化合物から本質的になることを特徴とす
る、請求項1〜7のいずれかに記載の媒体。
【請求項9】正の誘電異方性を有する化合物を、1重量
％から15重量％、好ましくは2重量％から10重量％含有
することを特徴とする、請求項1〜8のいずれかに記載の
媒体。
【請求項10】式Iの化合物1又は2以上を15重量％から7
0重量％、式IIの化合物1又は2以上を5重量％から40重量
％、式IIIの化合物1又は2以上を1重量％から10重量％、
そして式IVの化合物1又は2以上を0重量％から25重量
％、を本質的に含有することを特徴とする、請求項1〜9
のいずれかに記載の媒体。
【請求項11】請求項1〜10のいずれかに記載の液晶媒
体を、誘電体として含有することを特徴とする、ECB効
果に基づく電気光学ディスプレイ。
【請求項12】請求項1〜10のいずれかに記載の液晶媒
体を、誘電体として含有することを特徴とする、CSH効
果に基づく電気光学ディスプレイ。