JP2009282534A - 電気光学的光制御素子、ディスプレイおよび媒体 - Google Patents

Abstract

【課題】電気光学的光制御素子、前述の素子を含む電気光学的ディスプレイおよびディスプレイシステム、例えばＴＶスクリーンおよびコンピューターモニターに関する。また、電気光学的光制御素子において用いるメソゲン性制御媒体に関する。良好なコントラストおよび低い角度場依存性並びに特に極めて短い切換時間を得る。
【解決手段】電極装置、偏光させるための素子、メソゲン性制御媒体を含む、電気光学的光変調素子で、アドレスされていない状態におけるメソゲン性制御媒体がアイソトロピック相である温度において動作する。
【選択図】なし

Description

発明の分野
本発明は、光変調素子およびこれを含むディスプレイに関する。光変調素子は、好ましくは、ある温度において異方性特性を有する変調媒体、例えば液晶を用いる。光変調素子は、変調媒体がアイソトロピック相にある温度において、動作する。

本発明は、電気光学的光変調素子並びにこのタイプの素子を含む電気光学的ディスプレイおよびディスプレイシステム、例えばテレビスクリーンおよびコンピューターモニターに関する。本発明の光変調素子は、光変調素子の動作の間にアイソトロピック相にあるメソゲン性変調媒体を含み、特に、極めて短い応答時間、これに加えて良好なコントラストおよび低い視野角依存性により区別される。
本発明は、さらに、媒体および、このタイプの光変調素子における、変調媒体としてのこの使用に関する。

目的および従来技術
慣用の電気光学的液晶ディスプレイは、一般論として知られている。これらは、変調媒体が中間相、ほとんどのディスプレイのタイプにおいてネマティック相にある温度において動作する。中間相において、変調媒体は、すでに、異方性特性、例えば複屈折（Δｎ）を有する。これは、電場が印加される際にのみ誘発されない。最も広範囲なのは、ＴＮ（「ねじれネマティック」）およびＳＴＮ（「超ねじれネマティック」）ディスプレイである。これらのディスプレイにおける液晶セルは、液晶媒体の２つの相対する側上の基板上に、電極を有する。従って、電場は、実質的に液晶層に垂直である。最初に述べたディスプレイは、特に、ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）アドレッシングと組み合わせて、大きい情報含量および高い解像度を有するディスプレイ、例えばラップトップ型およびノート型コンピューターのために用いられる。

最近、ますます、特にデスクトップコンピューターモニターにおいて、ＩＰＳ（面内切換、例えばDE 40 00 451およびEP 0 588 568）型または、あるいはまた、ＶＡＮ（垂直配向ネマティック）型の液晶ディスプレイが用いられている。ＶＡＮディスプレイは、ＥＣＢ（電気的に制御された複屈折）ディスプレイの変種である。ＭＶＡ（マルチドメイン垂直配向）ディスプレイの近代的な変種において、複数のドメインが、アドレスされた電極あたり安定化され、さらに、特定の光学的補償層が用いられる。これらのディスプレイ、例えばすでに述べたＴＮディスプレイは、液晶層に垂直な電場を用いる。これに対して、ＩＰＳディスプレイは、一般的に、１つの基板上のみで、即ち、液晶層の一方の側上で、電極を用い、即ち、液晶層に平行な電場の有意な成分により特徴づけられる。

すべてのこれらの慣用のディスプレイの共通の特徴は、比較的遅い切換であり、これは、特に、さらに一層広範囲のＴＶおよびマルチメディア用途には不適切である。これは、特に、事実上随所にある陰極線管と比較して、印象的である。液晶ディスプレイにおいて用いられる既知の電気光学的効果のさらなる欠点は、達成されるコントラストの顕著な視野角依存性である。ほとんどの場合において、これは、いくつかの場合においては複雑な構造を有する補償層、代表的には異方性フィルムを、直接の視野を伴って動作するディスプレイのために用いなければならない程度に大きい。

本発明は、良好な視野角依存性および、特に迅速に切り換える最も低い可能なアドレッシング電圧を有する光変調素子を開発する目的を有していた。これらの光変調素子は、ＦＰＤ（フラットパネルディスプレイ）、例えばコンピューター用のフラットパネルスクリーンにおける素子として用いることができるために、変調媒体の最も低い可能な層の厚さを有しなければならない。これらは、さらに、簡単な電極構成によりアドレス可能であり、比較的低い動作電圧を有しなければならない。さらに、これらは、電気光学的ディスプレイにおいて用いるための、低い視野角依存性を有する良好なコントラストを有しなければならない。

米国特許第3,795,436号および米国特許第3,796,479号において提案されている迅速切換電気光学的光変調素子は、メソゲン性、特にネマトゲニック(nematogenic)媒体を含むケル(Kerr)セルである。これらのセルは、メソゲン性媒体の透明点より高い温度において動作する。しかし、数ミリメートルまたはさらには数センチメートルの程度である、これらの大きい層の厚さおよび、特に１ｋＶの程度であるこれらの高い動作電圧は、これらの光変調素子が、電気光学的ディスプレイに適合性が低く、平坦パネルスクリーンに適さないことを意味する。さらに、これらの構造により、画素構造を達成するのが極めて困難になる。これは、特に、コントラストの低い視野角依存性を有するディスプレイに該当する。

電気光学的ケル効果は、時々、メソゲン性媒体、例えば、特にWO 92/16500およびWO 92/16519における液晶の用途として述べられる。しかし、このタイプの光変調素子の、電気光学的ディスプレイにおける使用は、ここには記載されていない。
従って、特に、例えばマルチメディア用途において必要であるように、短い応答時間を有するディスプレイにおいて用いるための、改善された光変調素子に対する要求がある。

本発明
驚異的なことに、
メソゲン性媒体を含み、
メソゲン性媒体の表面に平行な有意な成分を有する電場を生じることができる電極装置を有し、
メソゲン性媒体がアイソトロピック相にある温度において動作し、
光の偏光のための少なくとも１個の素子を有する
光変調素子により、優れたディスプレイを生産することが可能になることが見出された。

特に、これらのディスプレイのコントラストおよびこの視野角依存性は、優れている。応答時間は、極めて短く、アドレッシング電圧は、中程度に高いに過ぎない。
用いられる電場は、好ましくは、不均一な電場である。
メソゲン性媒体を、光変調素子の変調媒体として用いる。本出願において、メソゲン性媒体の用語は、中間相を有し、中間相に可溶であり、または中間相を誘発する媒体に該当する。中間相は、スメクティックまたは、好ましくは、ネマティック相である。

中間相を有しない媒体のメソゲン性特性を検査するために用いられる媒体は、好ましくは、Merck KGaA, Darmstadt, ドイツ国からのネマティック混合物ＺＬＩ−４７９２である。メソゲン性媒体は、好ましくは、この混合物中の１０％溶液から外挿して、−１００℃またはこれより高い、特に好ましくは−５０℃またはこれより高い、および極めて特に好ましくは−２０℃またはこれより高い透明点を有する。
本発明の光変調素子は、好ましくは、動作温度においてアイソトロピック相にあるメソゲン性媒体を含む。この媒体は、有利には、１つの基板上またはこの下に位置する。

一般的に、メソゲン性媒体は、２つの基板の間に位置する。メソゲン性媒体が、２つの基板の間に位置する場合には、これらの基板の少なくとも１つは、光を透過する。１または２以上の光を透過する基板は、例えば、ガラス、石英またはプラスチックからなることができる。光を透過しない基板を用いる場合には、これは、特に、金属または半導体からなることができる。これらの媒体を、それ自体で用いることができるか、または、支持体、例えばセラミックス上に配置することができる。メソゲン性媒体が、ポリマー媒体である場合には、第２の基板を用いることを、所望により省略することができる。ポリマーメソゲン性媒体を、さらに、自立した形態で製造することができる。この場合において、基板は、全く必要でない。

本発明の光変調素子は、メソゲン性媒体の層に平行な有意な成分を有する電場を生じる電極構造を有する。この電極構造を、インターデジタル電極の形態で設計することができる。これを、くし型またはラダー型の形状で設計することができる。重ね合わせた「Ｈ」および二重の「Ｔ」または「Ｉ」の形状での設計もまた、有利である。電極構造は、有利には、好ましくは後者とメソゲン性媒体との間の少なくとも１つの基板の使用に際して、メソゲン性媒体の一方の側上にのみ位置する。電極構造は、好ましくは、特に、電極構造が、重複する従属構造を含む場合には、共にメソゲン性変調媒体の１つの側上にある少なくとも２つの異なる平面内に位置する。

これらの従属構造は、有利には、互いに、誘電性層により分離されている。従属構造が、絶縁層の相対する側上に位置する場合には、キャパシタの製造を可能にするレイアウトを選択することが可能である。これは、アクティブマトリックスによりディスプレイをアドレスする場合において、特に有利である。このタイプのアクティブマトリックスディスプレイは、非線形電流−電圧特性曲線を有する個別の光変調素子に割り当てられたアドレッシング素子、例えばＴＦＴまたはＭＩＭ（金属絶縁体金属）ダイオードのマトリックスを用いる。

電極は、透明な材料、例えば酸化スズインジウム（ＩＴＯ）からなることができる。この場合において、光変調素子の１または２以上の部分を、黒色マスクにより覆うことが有利であり、いくつかの場合において必要であり得る。これにより、電場をさえぎるのに有効ではない領域が可能になり、従ってコントラストは改善される。しかし、電極は、また、不透明な材料、通常金属からなることができる。この場合において、個別の黒色マスクの使用を、所望により省略することができる。

他の態様において、電極構造の従属構造を、メソゲン性媒体の２つの相対する側上に配置する。この場合において、電極の対応する部分は、互いに垂直ではなく、代わりに、メソゲン性媒体の層に平行な電場の成分が生じるように、互いに関して側方に埋め合わせられる。

他の態様において、電極構造は、***しており、即ち、メソゲン性媒体の層の厚さと比較して無視できないある厚さを有する。この場合において、電極構造は、種々のトポグラフィーを有することができる。電極構造は、メソゲン性変調媒体の層の合計の厚さの有意な比率を通して拡大することができる。しかし、１または２以上の電極層の最大の高さは、好ましくは、メソゲン性媒体の厚さよりも顕著に小さい。この比率は、好ましくは、１：３またはこれ以下、特に好ましくは１：１０またはこれ以下および極めて特に１：５０またはこれ以下である。いくつかの場合において、電極層の厚さは、メソゲン性媒体の厚さと比較して、無視でき、この場合において、比率は、好ましくは、１：１００またはこれ以下である。

光変調素子の動作温度は、好ましくは、変調媒体のアイソトロピック相への転移温度より高い温度、一般的にはこの転移温度より０．１℃〜５０℃高い温度、好ましくはこの転移温度より０．５℃〜１０℃高い温度および特に好ましくは、この転移温度より０．１℃〜５℃高い温度である。
電圧の印加に際して、既知の方法で視覚化することができる光学的遅延をもたらす配向を、アイソトロピック相中のメソゲン性媒体中に導入することができる。不均一な電場を、好ましくは用いる。

本発明の光変調素子は、光の偏光のための少なくとも１つの素子を含む。さらに、これらは、好ましくは、他の光学的素子を含む。この他の光学的素子は、光の偏光のための第２の素子、反射板またはトランスフレクター(transflector)のいずれかである。
光学的素子を、光が、光変調素子のメソゲン性媒体を通過する際に、少なくとも１回、少なくとも１つの偏光素子を貫通して、メソゲン性媒体に進入する前およびメソゲン性媒体から進出した後の両方に通過するように配置する。

本発明の光変調素子の好ましい態様において、メソゲン性媒体を、２つの偏光板の間、即ち偏光板と検光子との間に配置する。２つの線形偏光板を、好ましくは用いる。この態様において、偏光板の吸収軸は、好ましくは交差しており、好ましくは、９０°の角度を形成する。
本発明の光変調素子は、随意に、１つまたは２つ以上の複屈折層を含む。これは、好ましくは、１つのλ／４層または複数のλ／４層、好ましくは１つのλ／４層を含む。λ／４層の光学的遅延は、好ましくは約１４０ｎｍである。

メソゲン性変調媒体の層の厚さ（ｄ）は、好ましくは、０．１μｍ〜５０００μｍ（即ち５ｍｍ）、特に好ましくは、０．５μｍ〜１０００μｍ（即ち１ｍｍ）、特に好ましくは１．０μｍ〜１００μｍおよび極めて特に好ましくは３．０μｍ〜３０μｍ、特に３．５μｍ〜２０μｍである。好ましい態様において、メソゲン性変調媒体の層の厚さは、好ましくは、０．５μｍ〜５０μｍ、特に好ましくは１．０μｍ〜２０μｍおよび極めて特に好ましくは１．０μｍ〜８．０μｍである。
本発明の光変調素子は、さらに、１つまたは２つ以上の他の慣用の光学的素子、例えば複屈折層（例えば補償層）、拡散層および明るさおよび／または光収量または視野角依存性を増大させるための素子を含むことができ、ここで、この列挙は、限定的ではない。

本発明の光変調素子は、良好なコントラストにより特徴づけられ、これは、高度におよび事実上主に、用いられる偏光板の特性に依存する。慣用のＴＮセルとの比較のために、ここで用いられるＴＮセルは、０．５０μｍの光学的遅延、正のコントラストおよび隣接する基板においてネマティック液晶の選択的な配向に垂直の偏光板の吸収軸を有し、キラルでない液晶を含む。同一の偏光板を、本発明の光変調素子およびこれらの慣用のＴＮセルにおいて用いる場合には、本発明の光変調素子のコントラストは、ＴＮセルのコントラストよりも４０％またはこれ以上大きい。

本発明の光変調素子のコントラストの視野角依存性は、極めて良好である。これは、既知のＥＣＢセルの視野角依存性よりも顕著に良好である。これは、商業的に入手できるＩＰＳディスプレイ（例えば共に日本の日立およびＮＥＣから）並びにＭＶＡディスプレイ（例えば日本の富士通から）と一層類似する。これは、最後の段落において述べたＴＮディスプレイのものよりもはるかに低い。従って、本発明の光変調素子における所定のコントラスト比についての等コントラスト(isocontrast)曲線は、一般的に、ＴＮディスプレイの同一のコントラスト比についての対応する等コントラスト曲線の２倍を超えて大きい、しばしばさらに３倍を超えて大きい角度範囲を含む。

本発明の光変調素子の応答時間は、極めて短い。これらは、一般的に、１ｍｓまたはこれ以下、好ましくは０．５ｍｓまたはこれ以下、特に好ましくは０．１ｍｓまたはこれ以下の値である。
異なるグレーシェードの間で切り換える際に、スイッチオフのための応答時間およびまた、特に驚異的なことに、スイッチオンのための応答時間の両方が、事実上用いられるアドレッシング電圧から独立していることが、特に有利である。これは、慣用の光変調素子、例えば液晶セル、例えばＴＮセルにまさる顕著な利点を表す。

グレーシェードのアドレッシングの際の切換挙動を検査するために、本発明の光変調素子を、各々の場合において、例えば、電圧Ｖ_１０から、Ｖ_９０、Ｖ_８０、Ｖ_７０〜Ｖ_２０の各々に切り換えた。新たな電圧のスイッチオンの時間からそれぞれの最大透過変化の９０％が達成されるまでのスイッチオン時間は、第１の近似に対して、すべての場合においてすべてのこれらの切換動作について同一である。
本発明の電気光学的ディスプレイは、本発明の１つまたは２つ以上の光変調素子を含む。好ましい態様において、これらは、アクティブマトリックスによりアドレスされる。

他の好ましい態様において、本発明の光変調素子は、いわゆる「フィールドシーケンシャルモード」においてアドレスされる。ここで、切換素子は、アドレッシングに同調して種々の色の光で連続的に照射される。パルス着色光を形成するために、例えばカラーホイール、ストロボスコープランプまたはフラッシュランプを、用いることができる。
本発明の電気光学的ディスプレイは、特に、これらをテレビスクリーン、コンピューターモニターなどに用いる場合に、着色された画像の表示のための着色フィルターを含むことができる。この着色されたフィルターは、有利には、種々の色のフィルター素子のモザイクからなる。代表的に、色の着色フィルターモザイクの素子は、各々の電気光学的切換素子に割り当てられる。

本発明のメソゲン性媒体は、好ましくは、ネマティック相を有する。しかし、ネマティック相の温度範囲が、実際面で、結晶相からまたはスメクティック相からアイソトロピック相への転移が発生する程度に狭い媒体を用いることも可能である。
ネマティック相を有するメソゲン性媒体の透明点は、好ましくは、−２０℃〜８０℃の範囲内、特に好ましくは０℃〜６０℃の範囲内および極めて特に好ましくは２０℃〜６０℃の範囲内である。背面照射を有するディスプレイの場合において、透明点は、好ましくは、１０℃〜７０℃の範囲内および特に好ましくは３０℃〜５０℃の範囲内である。
ネマティック相は、好ましくは、−１０℃まで、特に好ましくは−３０℃まで、および極めて特に好ましくは−４０℃まで安定である。

本発明のメソゲン性媒体は、好ましくは、透明点より４度低い温度におけるネマティック相において、０．１００またはこれ以上、特に好ましくは０．１５０またはこれ以上、極めて特に好ましくは０．２００またはこれ以上の複屈折（Δｎ）を有する。複屈折についての値は、本発明の適用について限定されない程度に良好である。しかし、実際面で、これは、一般的に、０．５００またはこれ以下および通常０．４５０またはこれ以下である。本発明の媒体の複屈折についての値は、ここで、透明点より４度低い温度におけるネマティック相において測定される。媒体が、この温度においてネマティック的に安定でないかまたは、少なくともこの温度までネマティック相において過冷可能である場合には、１５％の媒体と８５％のMerck KGaAからのネマティック混合物ＺＬＩ−４７９２との混合物の複屈折を、２０℃において決定し、変化から外挿した純粋な媒体の値を、混合物ＺＬＩ−４７９２と比較した。

本発明のメソゲン性媒体は、好ましくは、４デバイまたはこれ以上、特に好ましくは６デバイまたはこれ以上および特に好ましくは８デバイまたはこれ以上の双極子モーメントを有する。
本発明の光変調素子について、中間相において正の誘電異方性（Δε）を有するメソゲン性変調媒体および負の誘電異方性を有するメソゲン性変調媒体を、共に用いることが可能である。好ましいのは、中間相において正の誘電異方性（Δε）を有するメソゲン性変調媒体を用いることである。

メソゲン性変調媒体が、正の誘電異方性を有する場合には、これは、１ｋＨｚおよび透明点よりも４℃低い温度において、好ましくはネマティック相において、好ましくは１５またはこれ以上、特に好ましくは３０またはこれ以上および、極めて特に好ましくは４５またはこれ以上の値を有する。媒体が、ネマティック相を有しないか、またはこれが、透明点よりも４℃低い温度においてネマティック相にはない場合には、この誘電異方性、例えば複屈折は、混合物ＺＬＩ−４７９２中の１５％の混合物の値の外挿により決定される。
メソゲン性変調媒体が、負の誘電異方性を有する場合には、これは、好ましくは−５またはこれ以下、特に好ましくは−７またはこれ以下および極めて特に好ましくは−１０またはこれ以下の値を有する。

特に好ましいのは、正の誘電異方性を有する変調媒体である。
本発明のメソゲン性媒体は、好ましくは、２〜４０種の化合物、特に好ましくは５〜３０種の化合物および極めて特に好ましくは７〜２５種の化合物からなる。

本発明の正の誘電異方性を有する本発明のメソゲン性媒体は、好ましくは、
３０またはこれ以上の極めて高度に正の誘電異方性を有する１種または２種以上の化合物からなる成分Ａ、
随意に、１０〜＜３０の高度に正の誘電異方性を有する１種または２種以上の化合物からなる成分Ｂ、
随意に、＞１．５〜＜１０の中程度に正の誘電異方性を有する１種または２種以上の化合物からなる成分Ｃ、
随意に−１．５〜＋１．５の範囲内の誘電異方性を有する１種または２種以上の誘電的に中性の化合物からなる成分Ｄおよび
随意に、−１．５よりも低い負の誘電異方性を有する１種または２種以上の化合物からなる成分Ｅ
を含む。

これらの媒体の成分Ａは、好ましくは、１種または２種以上の式Ｉで表される化合物を含み、特に好ましくは、１種または２種以上の式Ｉ

式中、
Ｒ^１は、各々１〜７個の炭素原子を有するｎ−アルキルもしくはｎ−アルコキシまたは、各々２〜７個の炭素原子を有するアルケニル、アルケニルオキシ、アルキニルもしくはアルコキシアルキルであり、

は、各々、互いに独立して、

であり、

の１つは、あるいはまた、

であり、

は、あるいはまた

であり、

は、あるいはまた

であり、および存在する場合には、

は、あるいはまた

であり、

Ｚ^１１およびＺ^１２は、各々、互いに独立して、単結合、−ＣＯ−Ｏ−、トランス−ＣＨ＝ＣＨ−、−ＣＨ＝ＣＦ−、−ＣＦ＝ＣＨ−、−ＣＦ＝ＣＦ−、−ＣＨ＝ＣＨ−ＣＯ−Ｏ−、−ＣＦ＝ＣＦ−ＣＯ−Ｏ−、−ＣＦ＝ＣＨ−ＣＯ−Ｏ−、−ＣＨ＝ＣＦ−ＣＯ−Ｏ−、−ＣＦ_２−Ｏ−、−Ｏ−ＣＦ_２−または−Ｃ≡Ｃ−であり、
Ｘ^１は、Ｆ、−ＯＣＦ_３、−ＣＦ_３、−ＯＣＦ_２Ｈ、Ｃｌ、ＣＮ、−Ｃ≡Ｃ−ＣＮまたはＮＣＳ、好ましくは、ＣＮ、−Ｃ≡Ｃ−ＣＮまたはＮＣＳであり、
ｎ^１は、０または１であり、

ここで、
Ｘ^１＝Ｆである場合には、
フェニル環は、合計で少なくとも２個、好ましくは少なくとも３個のさらなるＦ原子を有し、
Ｘ^１＝−ＯＣＦ_３、−ＣＦ_３、−ＯＣＦ_２ＨまたはＣｌである場合には、
フェニル環は、合計で、少なくとも１個のさらなるＦ原子、好ましくは少なくとも２個のさらなるＦ原子を有し、
Ｘ^１＝ＣＮ、−Ｃ≡Ｃ−ＣＮまたはＮＣＳである場合には、
フェニル環は、好ましくは、少なくとも１個のさらなるＦ原子を有する、
で表される化合物から主になり、極めて特に好ましくは事実上完全にこれらの化合物からなる。

本発明の媒体は、好ましくは、式Ｉ−１〜Ｉ−７で表される化合物からなる群から選択された１種または２種以上の化合物および／または式ＩＩ−１〜ＩＩ−５で表される化合物からなる群から選択された１種または２種以上の化合物を含み、これは、同様に、式Ｉの従属式である。

式中、パラメーターは、式Ｉの下に前に定義した通りである。

本発明の媒体は、特に好ましくは、式Ｉ−１ａ〜Ｉ−１ｅ、Ｉ−２ａ〜Ｉ−２ｃ、Ｉ−３ａ〜Ｉ−３ｃ、Ｉ−４ａ〜Ｉ−４ｃ、Ｉ−５ａ〜Ｉ−５ｃ、Ｉ−６ａ〜Ｉ−６ｃおよびＩ−７ａ〜Ｉ−７ｃで表される化合物からなる群から選択された１種または２種以上の化合物および／または式ＩＩ−１ａ〜ＩＩ−１ｃ、ＩＩ−２ａ〜ＩＩ−２ｃ、ＩＩ−３ａ、ＩＩ−３ｂ、ＩＩ−４ａ、ＩＩ−４ｂ、ＩＩ−５ａおよびＩＩ−５ｂで表される化合物からなる群から選択された１種または２種以上の化合物を含む。

式中、パラメーターは、式Ｉの下に前に定義した通りである。

式Ｉ−１ａ〜Ｉ−１ｅで表される化合物は、好ましくは、式Ｉ−１ａ−１〜Ｉ−１ａ−６、Ｉ−１ｂ−１〜Ｉ−１ｂ−９、Ｉ−１ｃ−１〜Ｉ−１ｃ−９、Ｉ−１ｄ−１〜Ｉ−１ｄ−５並びにＩ−１ｅ−１およびＩ−１ｅ−２で表される化合物からなる群から選択されている。

式中、
ｎは、０〜７、好ましくは１〜７の整数であり、
ｍは、０〜５の整数であり、
ｎ＋ｍは、０〜７、好ましくは１〜５の整数である。

式Ｉ−２ａ〜Ｉ−２ｃで表される化合物は、好ましくは、式Ｉ−２ａ−１〜Ｉ−２ａ−５、Ｉ−２ｂ−１〜Ｉ−２ｂ−９およびＩ−２ｃ−１〜Ｉ−２ｃ−１７で表される化合物からなる群から選択されている。

式中、
ｎは、０〜７、好ましくは０〜５および特に好ましくは１〜５の整数であり、
ｍは、０〜５の整数であり、
ｍ＋ｎは、０〜７、好ましくは１〜５の整数である。

式Ｉ−３ａ〜Ｉ−３ｃで表される化合物は、好ましくは、式Ｉ−３ａ−１〜Ｉ−３ａ−４、Ｉ−３ｂ−１〜Ｉ−３ｂ−４およびＩ−３ｃ−１〜Ｉ−３ｃ−４で表される化合物からなる群から選択されている。

式中、ｎは、０〜７、好ましくは０〜５および特に好ましくは１〜５の整数である。

式Ｉ−４ａ〜Ｉ−４ｃで表される化合物は、好ましくは、式Ｉ−４ａ−１〜Ｉ−４ａ−３、Ｉ−４ｂ−１〜Ｉ−４ｂ−４およびＩ−４ｃ−１〜Ｉ−４ｃ−３で表される化合物からなる群から選択されている。

式中、ｎは、０〜７、好ましくは０〜５および特に好ましくは１〜５の整数である。

式Ｉ−５ａ〜Ｉ−５ｃで表される化合物は、好ましくは、式Ｉ−５ａ−１〜Ｉ−５ａ−３、Ｉ−５ｂ−１〜Ｉ−５ｂ−３およびＩ−５ｃ−１〜Ｉ−５ｃ−３で表される化合物からなる群から選択されている。

式中、ｎは、０〜７、好ましくは０〜５および特に好ましくは１〜５の整数である。

式Ｉ−６ａ〜Ｉ−６ｃで表される化合物は、好ましくは、式Ｉ−６ａ−１〜Ｉ−６ａ−３、Ｉ−６ｂ−１〜Ｉ−６ｂ−３およびＩ−６ｃ−１〜Ｉ−６ｂ−３で表される化合物からなる群から選択されている。

式中、ｎは、０〜７、好ましくは０〜５および特に好ましくは１〜５の整数である。

式Ｉ−７ａ〜Ｉ−７ｃで表される化合物は、好ましくは、式Ｉ−７ａ−１およびＩ−７ａ−２、Ｉ−７ｂ−１およびＩ−７ｂ−２並びにＩ−７ｃ−１およびＩ−７ｃ−２で表される化合物からなる群から選択されている。

式中、ｎは、０〜７、好ましくは０〜５および特に好ましくは１〜５の整数である。

本発明の媒体は、特に好ましくは、式ＩＩ−１ｃ−１、ＩＩ−２ｃ−１、ＩＩ−３ｂ−１、ＩＩ−４ｂ−１およびＩＩ−５ｂ−１で表される化合物からなる群から選択された１種または２種以上の化合物を含む。

式中、ｎは、０〜７、好ましくは０〜５および特に好ましくは１〜５の整数である。

本発明の媒体は、好ましくは、式Ｉ−１〜Ｉ−７で表される化合物からなる群から選択された１種または２種以上の化合物および式ＩＩ−１〜ＩＩ−５で表される化合物からなる群から選択された１種または２種以上の化合物を含む。
以下の表は、本発明の媒体の製造に特に適する特に好ましい式で表される化合物のいくつかの例を示す。

表１：好ましい化合物の例

表１（続き）：好ましい化合物の例

表１（続き）：好ましい化合物の例

表１（続き）：好ましい化合物の例

本発明の正の誘電異方性を有するメソゲン性媒体は、特に好ましくは、主に成分Ａからなり、極めて特に好ましくは事実上完全に成分Ａからなる。
好ましい態様において、本発明の正の誘電異方性を有するメソゲン性媒体は、成分Ｂ〜Ｄからなる群から選択された、好ましくは成分ＢおよびＤからなる群から選択された１種または２種以上の成分を含む。

これらの媒体中の成分Ｄは、好ましくは、１種または２種以上の化合物を含む。本発明の負の誘電異方性を有するメソゲン性媒体は、好ましくは、
−５またはこれ以下の高度に負の誘電異方性を有する１種または２種以上の化合物からなる成分Ａ’、
随意に、−１．５〜＜−５の中程度に負の誘電異方性を有する１種または２種以上の化合物からなる成分Ｂ’、
随意に、−１．５〜＋１．５の誘電異方性を有する１種または２種以上の誘電的に中性の化合物からなる成分Ｃ’および
随意に、１．５より大きい正の誘電異方性を有する１種または２種以上の化合物からなる成分Ｄ’
を含む。

本発明のメソゲン性媒体は、他の添加剤およびキラルなドーパントを、通常の濃度で含むことができる。これらの他の構成成分の合計の濃度は、全体の混合物を基準として、０％〜１０％、好ましくは０．１％〜６％の範囲内である。これらの個別の化合物の濃度は、０．１〜３％の範囲内である。これらの化合物および混合物の同様の構成成分の濃度は、他の混合物構成成分の濃度範囲を特定する際には、考慮されない。

媒体は、該化合物から通常の方法で得られる。小さい方の量で用いられる化合物を、有利には、大きい方の量で用いられる化合物中に溶解する。混合操作の間の温度が、主要な成分の透明点よりも高く上昇する場合には、溶解の完全さを、容易に観察することができる。しかし、本発明の媒体はまた、他の方法で、例えば予備混合物を用いることにより製造することができる。用いることができる予備混合物は、特に、同族体混合物および／または共融混合物である。しかし、予備混合物はまた、すでに、それら自体使用可能な媒体であることができる。これは、いわゆる２本ボトル(two-bottle)またはマルチボトル(multibottle)系における場合である。
本出願において、他に明白に述べない限りは、以下のことが該当する。
誘電的に正の化合物は、＞１．５のΔεを有し、誘電的に中性の化合物は、−１．５≦Δε≦１．５の範囲内のΔεを有し、誘電的に負の化合物は、＜−１．５のΔεを有する。同一の定義が、混合物の成分および混合物にも該当する。

化合物の誘電異方性Δεを、１ｋＨｚおよび２０℃において、それぞれの化合物をホスト混合物に溶解した１０％溶液の値の、１００％のそれぞれの化合物の比率への外挿により決定する。試験混合物のキャパシタンスを、ホメオトロピック端部配向を有するセルおよび均一な端部配向を有するセルの両方中で決定する。２種のセルのタイプの層の厚さは、約２０μｍである。測定を、１ｋＨｚの周波数および代表的には０．２Ｖ〜１．０Ｖの有効電圧（ｒｍｓ、ルートミーンスクエア）を有する矩形波を用いて実施する。各々の場合において、用いられる電圧は、各々の場合において検査される混合物の容量性しきい値よりも低い。
誘電的に正の化合物について、混合物ＺＬＩ−４７９２を用い、誘電的に中性の、および誘電的に負の化合物について、混合物ＺＬＩ−３０８６を、ホスト混合物として用い、これらは、共に、Merck KGaA、ドイツ国からである。
本出願中のしきい値電圧の用語は、光学的しきい値を意味し、１０％の相対的コントラストについて示す（Ｖ_１０）。ミッドグレー電圧および飽和電圧を、同様に、光学的に決定し、それぞれ５０％および９０％の相対的コントラストについて示す。またフレデリクスしきい値として知られている、容量性しきい値電圧（Ｖ_０）を示す場合には、これを、明白に述べる。

値の示した範囲は、限界値を含む。
濃度は、重量％で示し、完全な混合物を基準とする。温度は、摂氏度で示し、温度差は、差異の摂氏度で示す。すべての物理的特性は、"Merck Liquid Crystals, Physical Properties of Liquid Crystals", １９９７年１１月版、Merck KGaA, ドイツ国におけるようにして決定し、２０℃の温度について示す。また複屈折として知られている光学異方性（Δｎ）を、５８９．３ｎｍの波長において決定する。誘電異方性（Δε）を、１ｋＨｚの周波数において決定する。
複数形のみが示されている、可能な代替の列挙において、これはまた、単数形をも意味する。

媒体またはこれらの成分の組成についての詳細に関して、
「含む」は、基準単位、即ち媒体または成分中の、述べたそれぞれの物質、即ち成分または化合物の濃度が、好ましくは１０％またはこれ以上、特に好ましくは２０％またはこれ以上および極めて特に好ましくは３０％またはこれ以上であることを意味し、
「主に〜からなる」は、基準単位中の前述の物質の濃度が、好ましくは５０％またはこれ以上、特に好ましくは６０％またはこれ以上および極めて特に好ましくは７０％またはこれ以上であることを意味し、
「事実上完全に〜からなる」は、基準単位中での前述の物質の濃度が、好ましくは８０％またはこれ以上、特に好ましくは９０％またはこれ以上および極めて好ましくは９５％またはこれ以上であることを意味する。

誘電特性、電気光学的特性（例えばしきい値電圧）および応答時間を、Merck KGaA, Darmstadt, ドイツ国において製造された試験セル中で決定した。Δεの決定のための試験セルは、２２μｍの層の厚さ並びに、１．１３ｃｍ^２の面積を有する酸化スズインジウム（ＩＴＯ）の円形電極および保護環を有していた。ε_‖の決定のためのホメオトロピック配向のために、ホメオトロピック的に配向したポリイミド配向層を有するセルを用いた。あるいはまた、レシチン(Merck KGaA)を、配向剤として用いることができる。ε_⊥の決定のためのセルは、日本の日本合成ゴムからのポリイミドＡＬ−１０５４の配向層を有していた。キャパシタンスを、一般的に、矩形波および０．３Ｖ_ｒｍｓの有効電圧を有するソラトロン(Solatron)１２６０周波数分析装置を用いて測定した。電気光学的検査を、白色光を用いて実施した。特性電圧を、垂直の観察により決定した。

本出願中で、特に以下に記載する例中で、化学的化合物の構造を、略語により示す。それぞれの略語の意味を、以下の表ＡおよびＢ中で示す。すべての基Ｃ_ｎＨ_２ｎ＋１およびＣ_ｍＨ_２ｍ＋１は、それぞれｎ個およびｍ個の炭素原子を有する直鎖状アルキル基である。表Ｂは、それ自体自明である。その理由は、これが、各々の場合において、同族の化合物の式についての完全な略語を示すからである。表Ａにおいて、化合物タイプの核構造についての略語のみを示す。それぞれの個別の化合物についての略語は、以下の表中に示すように、化合物の核についてのこれらのそれぞれの関連する略語および、ダッシュにより付着した、基Ｒ^１、Ｒ^２、Ｌ^１およびＬ^２についての略語から構成されている。

表Ａ：

表Ｂ：

本発明のメソゲン性媒体は、好ましくは、
４種または５種以上、好ましくは６種または７種以上の、表ＡおよびＢで表される化合物からなる群から選択された化合物および／または
５種または６種以上の、表Ｂで表される化合物からなる群から選択された化合物および／または
２種または３種以上の、表Ａで表される化合物からなる群から選択された化合物
を含む。

例
以下に記載する例は、本発明を、いかなる方法によっても限定せずに例示する。これらは、さらに、当業者に、本発明により達成することができる特性および特に特性の組み合わせを示す。

例１
以下の組成を有する液晶混合物を製造した。

この混合物は、以下の特性を有していた：

液晶混合物を含む光変調素子を含む電気光学的試験セルを、製造した。基板は、ガラスからなっていた。配向層を有しない基板を用いた。電極構造は、くし状の方式で互いにかみ合う電極からなっていた。電極の幅は、２０μｍであり、互いの電極の距離は、１０μｍであった。電極の層の厚さは、６０ｎｍであった。電極は、すべて、共通の平面中に位置していた。変調媒体の層の厚さは、６．８μｍであった。

第１の偏光板を、セルの前に用い、第２の偏光板（検光子）を、セルの後に用いた。２つの偏光板の吸収軸は、互いに９０°の角度を形成していた。偏光板の最大吸収の軸と、ディスプレイの平面における電場の成分との間の角度は、各々の場合において４５°であった。電圧透過特性曲線を、Autronic-Melchers, Karlsruhe, ドイツ国からのＤＭＳ ７０３電気光学的測定ステーションを用いて決定した。動作温度は、２４．０℃であった、垂直の観察の際に、電気的に制御された複屈折（例えばＥＣＢ）を有するセルに代表的である曲線が、得られた。しきい値電圧（Ｖ_１０）についての値は、４１Ｖであり、ミッドグレー電圧（Ｖ_５０）についての値は、６８Ｖであり、飽和電圧（Ｖ_９０）についての値は、８０Ｖであった。

例２
以下の組成を有する液晶混合物を製造した。

この混合物は、以下の特性を有していた。

例１におけるように、電気光学的ディスプレイを製造し、この特性曲線を測定した。温度は、２６．５℃であった。特性曲線を、図１に示す。特性曲線は、０％の相対的強度を伴って、低い電圧において開始し、電圧の増大に伴って上昇する。しきい値電圧（Ｖ_１０）についての値は、３４Ｖであり、ミッドグレー電圧（Ｖ_５０）についての値は、５３Ｖであり、飽和電圧（Ｖ_９０）についての値は、６４Ｖであった。６９Ｖの電圧において、最大強度が達成された。その後、相対的強度は、１３０Ｖの電圧において約１４％の値まで低下する。次に、相対的強度は、再び増大する。２００Ｖの電圧において、６５％の相対的強度が、再び達成される。

セルの応答時間を、同様に、ＤＭＳ ７０３を用いて測定した。このために、標準として用いた高周波数フィルターを、応答時間の小さい値によりスイッチオフした。異なるグレーシェード間の切換の場合において、スイッチオフのための応答時間およびスイッチオンのための応答時間の両方は、５０μｓより小さかった。このために、セルを、各々の場合において、電圧Ｖ_１０からＶ_９０、Ｖ_８０、Ｖ_５０およびＶ_２０の各々に、Ｖ_２０からＶ_９０およびＶ_８０に、Ｖ_５０からＶ_９０およびＶ_８０に、並びにＶ_８０からＶ_９０に切り換えた。新たな電圧のスイッチオンの時間から、透過におけるそれぞれの最大の変化の９０％が達成されるまでのスイッチオン時間は、測定精度（１０μｓの）内で、すべてのこれらの切換操作について、即ちスイッチオフおよびスイッチオンの両方について、用いたすべてのアドレッシング電圧において、５０μｓであった。

例３
以下の組成を有する液晶混合物を製造した。

この混合物は、以下の特性を有していた。

例１におけるように、電気光学的ディスプレイを製造し、この特性曲線を測定した。温度は、２３．１℃であった。例２からの結果と比較して、この例における特性曲線は、顕著に低い電圧の方向に変化している。しきい値電圧（Ｖ_１０）についての値は、３６．５Ｖであり、ミッドグレー電圧（Ｖ_５０）についての値は、５５Ｖであり、飽和電圧（Ｖ_９０）についての値は、６１．５Ｖであった。最大は、６５Ｖにおいてであり、最小は、８３Ｖおよび約３２％の相対的強度においてであった。１２６Ｖの電圧において、曲線は、８８％の相対的強度を有するさらに比較的平坦な最大を通過し、２００Ｖの電圧において、相対的強度は、５２％である。

例４
以下の組成を有する液晶混合物を製造した。

この混合物は、以下の特性を有していた。

例１におけるように、電気光学的ディスプレイを製造し、この特性曲線を測定した。温度は、２３．５℃であった。この例についての低い電圧における特性曲線の上昇部は、例２および３のものの間の電圧においてである。しきい値電圧（Ｖ_１０）についての値は、４１Ｖであり、ミッドグレー電圧（Ｖ_５０）についての値は、５５．５Ｖであり、飽和電圧（Ｖ_９０）についての値は、６５Ｖであった。最大は、７２Ｖにおいてであり、最小は、１２３Ｖおよび１９％の相対的強度においてであった。２００Ｖの電圧において、約７４％の相対的強度が達成された。

ディスプレイの等コントラスト曲線を、２３．７℃の温度において、ＤＭＳ ７０３を用いて記録した。結果を、極座標において図２に示す。電圧を、０Ｖから９１Ｖに切り換えた。コントラスト比を、０°〜３６０°のΦ（ファイ）および０°〜６０°のΘ（シータ）を有する半球により、決定した。３６．８の最大コントラスト比が、垂直観察において発生した。最小コントラスト比は、６．１であった。図中の等コントラスト曲線は、内側から外方へ、２０、１５、１０および７のコントラスト比についての線を示す。曲線形状は、事実上中心対称(centrosymmetrical)であり、ＩＰＳセルについて得られた曲線形状と極めて類似している。

比較例
慣用のＴＮディスプレイセルを製造した。用いた液晶材料は、Merck KGaAからのＭＬＣ−６８７３−１００であった。光学的遅延は、０．５０μｍであった。等コントラスト曲線を、例４に記載したように測定した。この測定の間、ＴＮセルを、０Ｖから、しきい値電圧の値の２倍である２．３６Ｖの電圧に切り換えた。結果を、図３に示す。例４におけるディスプレイ素子と同様に、最大コントラストは、再び、ここで、垂直観察において生じた。しかし、最大コントラスト比は、わずか２９．９であった。最小コントラスト比は、わずか１．０であった。逆コントラストは、これらのアドレッシング条件のいずれの下でも、ＴＮセルにおいて発生しなかった。これは、例４の図２と比較して、低い全体のコントラストおよび、コントラストの顕著に大きい視野角依存性を示すのみである。この図面における等コントラスト曲線は、内側から外方へ、２０、１５、１０、７、５、３および２のコントラスト比についての線を示す。ここで、曲線は、中心対称形状を有しない。さらに、これらは、例４についての図２におけるよりもはるかに一緒に近い。即ち、この比較例におけるコントラストの視野角依存性は、ここでは、例４におけるよりも顕著に大きい。

本発明のメソゲン性変調媒体の他の例を、以下に示す。

例５
以下の組成を有する液晶混合物を製造した。

この混合物は、以下の特性を有していた。

例６
以下の組成を有する液晶混合物を製造した。

この混合物は、以下の特性を有していた。

例７
以下の組成を有する液晶混合物を製造した。

例８
以下の組成を有する液晶混合物を製造した。

この混合物は、以下の特性を有していた。

例９
以下の組成を有する液晶混合物を製造した。

この混合物は、以下の特性を有していた。

例１０
以下の組成を有する液晶混合物を製造した。

この混合物は、以下の特性を有していた。

例１１
以下の組成を有する液晶混合物を製造した。

この混合物は、以下の特性を有していた。

例１２
以下の組成を有する液晶混合物を製造した。

この混合物は、以下の特性を有していた。

例１３
以下の組成を有する液晶混合物を製造した。

この混合物は、以下の特性を有していた。

例１４
以下の組成を有する液晶混合物を製造した。

この混合物は、以下の特性を有していた。

例１５
以下の組成を有する液晶混合物を製造した。

この混合物は、以下の特性を有していた。

例１６
以下の組成を有する液晶混合物を製造した。

この混合物は、以下の特性を有していた。

例１７
以下の組成を有する液晶混合物を製造した。

この混合物は、以下の特性を有していた。

例１８
以下の組成を有する液晶混合物を製造した。

この混合物は、以下の特性を有していた。

例１９
以下の組成を有する液晶混合物を製造した。

この混合物は、以下の特性を有していた。

例２０
以下の組成を有する液晶混合物を製造した。

この混合物は、以下の特性を有していた。

例２１
以下の組成を有する液晶混合物を製造した。

この混合物は、以下の特性を有していた。

例２２
以下の組成を有する液晶混合物を製造した。

この混合物は、以下の特性を有していた。

例２の光変調素子の透過電圧特性曲線を示す。相対的強度を、ボルトでのｒｍｓ電圧値の関数として示す。 本発明の例４の光変調素子のコントラスト比を示す。測定条件、特に動作電圧を、明細書中に記載する。プロットは、極座標においてである。この線は、内側から外方へ、３０、２０、１５および１０のコントラスト比を示す。 ３６．８の最大コントラスト比が、垂直観察（Φ＝Θ＝０°の観察角）において観察された。Θ＝６０°の観察角までの最小コントラスト比は、６．１であった。 比較例の光変調素子のコントラスト比を示す。測定条件、特に動作電圧を、明細書中に記載する。プロットは、図２におけるのと同様に、極座標においてである。この線は、内側から外方へ、２０、１５、１０、７、５、３および２のコントラスト比を示す。最大コントラストは、２９．９であり、最小コントラストは、１．０であった。

Claims (17)

1. 電極装置、
   光を偏光させるための少なくとも１個の素子および
   メソゲン性変調媒体
   を含む、電気光学的光変調素子であって、
   該光変調素子が、
   アドレスされていない状態におけるメソゲン性変調媒体がアイソトロピック相である温度において動作する
   ことを特徴とする、電気光学的光変調素子。
2. 電極装置が、メソゲン性変調媒体の表面に平行な有意な成分を有する電場を生じることができる
   ことを特徴とする、請求項１に記載の光変調素子。
3. メソゲン性変調媒体が、ネマティック相を有する
   ことを特徴とする、請求項１または２に記載の光変調素子。
4. 光変調素子の動作の間に、電極装置が、メソゲン性変調媒体の平面に平行な有意な成分を有する電場を生じる
   ことを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の光変調素子。
5. 各々の場合において、光変調素子を通過する間の光が、メソゲン性変調媒体を通過する前およびメソゲン性変調媒体を通過した後の光の偏光のための少なくとも１個の素子を通過する
   ことを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の光変調素子。
6. 電極装置が、メソゲン性変調媒体の層の一方の側上に位置する
   ことを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載の光変調素子。
7. 追加の複屈折層を含む
   ことを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載の光変調素子。
8. 請求項１〜７のいずれかに記載の１個または２個以上の光変調素子を含む、電気光学的ディスプレイ。
9. ディスプレイが、アクティブマトリックスによりアドレスされることを特徴とする、請求項８に記載の電気光学的ディスプレイ。
10. 請求項８または９に記載の１個または２個以上の電気光学的ディスプレイを含む、電気光学的ディスプレイシステム。
11. テレビモニターおよび／またはコンピューターモニターとして用いることができることを特徴とする、請求項１０に記載の電気光学的ディスプレイシステム。
12. 請求項１〜６のいずれかに記載の光変調素子の、情報のディスプレイのための使用。
13. 請求項８または９に記載の電気光学的ディスプレイの、電気光学的ディスプレイシステムにおける使用。
14. 請求項１０または１１に記載の電気光学的ディスプレイシステムの、ビデオ信号のディスプレイのための使用。
15. 明細書中に記載する式Ｉで表される少なくとも１種の化合物を含むことを特徴とする、メソゲン性変調媒体。
16. 請求項１〜６のいずれかに記載の光変調素子において用いるための、請求項１５に記載のメソゲン性変調媒体。
17. 請求項１５に記載のメソゲン性変調媒体の、電気光学的光変調素子における使用。

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