介晶化合物、液晶介质和液晶显示器的制造方法_4

文档序号:9400814阅读:来源:国知局
连接体(linker)和一个末端手 性部分或一个中心手性部分的手性掺杂剂。
[0304] 在本发明的尤其优选实施方式中,介质包含
[0305] - 一种或多种式I-Z、优选式I-Z-3的化合物,其总浓度优选为3重量%至30重 量%,其浓度更优选为5重量%至25重量%,和/或,优选和
[0306] - 一种或多种式I-E、优选式I-E-I的化合物,其总浓度优选为1重量%至20重 量%,其浓度更优选为4重量%至15重量%,和/或,优选和
[0307] - -种或多种式I-N、优选式I-N-2的化合物,其总浓度优选为3重量%至30重 量%,其浓度更优选为5重量%至15重量%,和/或,优选和
[0308]-一种或多种式I-T、优选式I-T-2的化合物,其总浓度优选为10重量%至30重 量%,其浓度更优选为15重量%至25重量%,和/或,优选和
[0309]-一种或多种式IV、优选式IV-3的化合物,其总浓度优选为10重量%至40重 量%,其浓度更优选为20重量%至30重量%。
[0310]本发明介晶介质具有范围为约+30 °C至约90°C、尤其高达约70 °C或甚至80 °C的特 征温度、优选清亮点。
[0311] 本发明混合物优选含有一种或多种(两种、三种、四种或更多种)各自范围为 l-25wt. %、优选2-20wt. %的手性化合物。尤其优选的是含有总共3-15wt. %的一种或多 种手性化合物的混合物。
[0312] 优选实施方式是如下所示:
[0313]-介质包含一种、两种、三种、四种或更多种式I-T、优选式I-T-I和/或I-T-2的 化合物,和/或
[0314]-介质包含一种、两种、三种、四种或更多种式I-N、优选式I-N-I和/或I-N-2的 化合物,和/或
[0315] _介质包含一种、两种、三种、四种或更多种式I-E、优选式I-E-I的化合物,和/或
[0316] _介质包含一种、两种或更多种式II、优选式II-3的化合物,和/或
[0317] -介质包含一种或多种式III的化合物和/或
[0318] _介质包含一种、两种或更多种式IV、优选式IV-2的化合物,和/或
[0319] _介质包含一种、两种、三种或更多种式V的化合物,和/或
[0320] _介质包含一种、两种、三种或更多种手性化合物,其优选具有20ym1或更大的螺 旋扭转力,和/或
[0321] _介质包含一种、两种或更多种优选式P、优选其子式中之一或多者的反应性化合 物,(优选一种、两种或更多种反应性介晶化合物),和/或一种或多种选自式Ml至M29、优 选式M16-A和/或M17-A、更优选式M17-A'的反应性介晶化合物。
[0322] 已发现,甚至相对较小比例的与常规液晶材料、但尤其与一种或多种式I-A和/或 I-E和/或I-N和/或I-T和/或II和/或III的化合物混合的式I-M和/或I-U的化合 物仍产生较低操作电压和较宽操作温度范围。特别地,优选的是如下混合物:除一种或多种 式I-M和/或I-U的化合物外,还包含一种或多种式III的化合物、尤其其中R3为正丁基 的式III的化合物。
[0323] 式I-Z、I-M、I-U、I-A、I-E、I-N、I-T和II至V的化合物是无色、稳定且彼此可容 易混溶或可容易地与其他液晶材料混溶。
[0324] 式I-Z、I-M和/或I-U以及任选地I-A、I-E、I-N和I-T以及II至V的化合物的 最佳混合比率基本上取决于期望性质,取决于式I-Z、I-M和/或I-U和/或I-A和/或I-E 和/或I-N和/或I-T和/或II至V的组分的选择,且取决于可存在的任何其他组分的选 择。上文所给出范围内的适宜混合比率可容易地根据情形来确定。
[0325] 在根据本发明的混合物中的各个单独式I-Z、I-M、I-U、I-A、I-E、I-N和I-T的化 合物的总量在许多情形下并非关键,只要化合物的总量为85%或更大即可。
[0326] 因此,出于优化各种性质的目的,该混合物可包含一种或多种其他组分。然而,通 常对操作电压和操作温度范围观察到的效应越高,式I-Z、I-M和/或I-U和任选地I-A和 /或I-E和/或I-N和/或I-T的化合物的总浓度越大。
[0327] 优选可用于根据本发明的介质中的式I-Z、I-M、I-U、I-A、I-E、I-N、I-T和II至V 的各个化合物为已知的或可以用与已知化合物类似的方式制备。
[0328] 根据本发明的MLC显示器由偏振器、电极基板和表面处理电极构造对应于用于此 类型显示器的常规构造。术语常规构造在本文中具有广泛含义(broadlydrawn)且还涵盖 MLC显示器的所有衍生产品和改良产品,尤其包括基于多晶硅TFT或M頂的矩阵显示元件, 然而,尤其优选的是如下显示器:其仅在一个基板上具有电极,即所谓的叉指电极,如IPS 显示器中所使用的那些,优选呈所确立结构之一。
[0329] 然而,根据本发明的显示器与基于扭转向列盒的常规显示器之间的显著差异在于 液晶层的液晶参数的选择。
[0330] 根据本发明的介质是以本身常规的方式制备。通常,有利地在升高的温度下将组 分互相溶解。借助适宜添加剂,根据本发明的液晶相可经改良以使其可用于迄今已公开 的所有类型的液晶显示元件。此类型的添加剂为本领域技术人员已知且详细描述于文献 (H.Kelker和R.Hatz,HandbookofLiquidCrystals,VerlagChemie,ffeinheim,1980) 中。例如,可添加多色性染料用于制备着色的宾主型系统或可添加物质来改良介电各向异 性、黏度和/或向列相的配向。另外,可添加稳定剂和抗氧化剂。
[0331] 根据本发明的混合物适用于TN、STN、ECB和IPS应用及各向同性切换模式(ISM) 应用。因此,其在电光装置中的用途及含有包含至少一种根据本发明化合物的液晶介质的 电光装置是本发明的主题。
[0332] 本发明混合物高度适用于在光学各向同性态下操作的装置。惊奇地发现,本发明 混合物高度适用于各种用途。
[0333] 目前,关于视频、TV和多媒体应用,在光学各向同性态下操作或可操作的电光装置 已变得令人感兴趣。这是因为利用基于液晶物理性质的电光效应的常规液晶显示器呈现相 当高的切换时间,这对于所述应用而言是不期望的。另外,大部分常规显示器展示出对比度 对视角的显著依赖性,其反之使得有必要采取措施来补偿此不期望性质。
[0334] 关于在各向同性态下利用电光效应的装置,德国专利申请DE10217273A1例如公 开了其中用于调制的介晶控制介质在操作温度下呈各向同性相的光控制(光调制)元件。 这些光控制元件具有极短切换时间和对比度对视角的良好依赖性。然而,所述元件的驱动 或操作电压对于一些应用而言经常是不适当地高。
[0335] 德国专利申请DE10241301A1描述允许驱动电压显著降低的具体电极结构。然而, 这些电极使制造光控制元件的工艺更复杂。
[0336] 另外,例如,DE10217273A1及DE10241301中所公开的光控制元件展示出显著的温 度依赖性。可在光学各向同性态下的控制介质中通过电场诱导的电光效应在接近控制介质 清亮点的温度下最明显。在此范围内,光控制元件具有其特征电压的最低值,并因此需要最 低操作电压。当温度升高时,特征电压和因此操作电压显著升高。温度依赖性的典型值是 在约几伏特/°C至高达约10或更大伏特/°C范围内。在DE10241301描述用于在各向同性 态下可操作或操作的装置的各种电极结构同时,DE10217273A1公开了用于在各向同性态下 可操作或操作的光控制元件的不同组成的各向同性介质。这些光控制元件中阈值电压对温 度的相对依赖性在高于清亮点1°C的温度下在约50% /°C范围内。该温度依赖性随温度升 高而降低,从而使得其在高于清亮点5°C的温度下为约10% /°C。然而,对于利用所述光控 制元件的显示器的许多实际应用,电光效应对温度的依赖性过高。相反地,对于实际用途, 期望在至少几°C、优选约5°C或更高、甚至更优选约KTC或更高且尤其约20°C或更高的温 度范围内,操作电压独立于操作温度。
[0337]现已发现本发明混合物的用途高度适宜作为如上文及DE10217273A1、 DE10241301A1和DE10253606A1中所描述光控制元件中的控制介质,且使其中所述电光的 操作电压操作的温度范围变宽。在此情形下,光学各向同性态或蓝相几乎完全或完全独立 于操作温度。
[0338] 若如W02004/046805A1中所描述介晶控制介质呈现至少一种所谓的"蓝相",则此 效应甚至更明显。具有极高手性扭转的液晶可具有一种或多种光学各向同性相。若其具有 各自的胆留醇间距,则这些相在具有足够大的盒间隙的盒中可显现微蓝色。因此,那些相还 称为"蓝相"(Gray和Goodby,"SmecticLiquidCrystals,TexturesandStructures", LeonhardHill、USA,Canada(1984))。电场对所存在呈蓝相的液晶的效应以及至今所鉴 定的可在无场液晶中观察到的三种类型的蓝相(即BPI、BPII和BPIII)描述于例如 H.S.Kitzerow,"TheEffectofElectricFieldsonBluePhases'',Mol.Cryst.Liq. Cryst. (1991),第202卷,第51-83页中。值得注意的是,若使呈现一种或多种蓝相的液晶 经受电场,则可显现其他蓝相或不同于蓝相I、II和III的其他相。
[0339] 本发明混合物可用于包含以下各项的电光光控制元件:
[0340]-一个或多个、尤其两个基板;
[0341] -电极组件;
[0342] _ 一个或多个用于使光偏振的元件;和
[0343] -所述控制介质;
[0344] 其中所述光控制元件在控制介质(当其在非驱动态下时)呈光学各向同性相的温 度下操作(或可操作)。
[0345]本发明的控制介质具有范围为约-30°C至约90°C、尤其高达约70°C至80°C的特征 温度、优选清亮点。
[0346] 光控制元件的操作温度优选高于控制介质的特征温度,所述温度通常是控制介质 向蓝相的转变温度;操作温度通常比所述特征温度高约0.r至约50°、优选高约0.r至 约10°。高度优选地,操作温度是在控制介质向蓝相的转变温度至控制介质向各向同性相 的转变温度(其为清亮点)范围内。然而,光控制元件还可在控制介质呈各向同性相的温 度下操作。
[0347] 出于本发明的目的,术语"特征温度"定义如下:
[0348] _若作为温度的函数的特征电压具有最小值,则在此最小值处的温度表示为特征 温度。
[0349] -若作为温度的函数的特征电压没有最小值且若控制介质具有一种或多种蓝相, 则向蓝相的转变温度表示为特征温度;若存在一种以上蓝相,则向蓝相的最低转变温度表 示为特征温度。
[0350] -若作为温度的函数的特征电压没有最小值且若控制介质没有蓝相,则向各向同 性相的转变温度表示为特征温度。
[0351] 在本发明的上下文中,术语"烷基"意指具有1至15个碳原子的直链和支链烃(脂 肪族)基团,只要其不在本说明书或权利要求的别处以不同方式进行定义即可。烃基团可 未取代或经一个或多个独立地选自F、Cl、Br、I或CN的取代基取代。
[0352] 电介质还可包含本领域技术人员已知且描述于文献中的其他添加剂。例如,可添 加0至5%的多色性染料、抗氧化剂或稳定剂。
[0353]C表示晶相,S表示近晶相,S。表示近晶C相,N表示向列相,I表示各向同性相且 BP表示蓝相。
[0354]^^表不对于X%透射的电压。因此,例如,V1()表不对于10%透射的电压且V丨。。表 示对于100%透射(垂直于板表面的视角)的电压。在分别对应于V1M、Vniax值的操作电压 下,tOT(或TcJ表示开启时间,并且^ff (或Tciff)表示关闭时间。U是相对透射自10% 变至90%的时间,并且Uf是相对透射自90%变至10%的时间。仅作为电光特征的响应时 间是使用来自AutronicMelchers、Germany的测量仪器DMS来测定。
[0355] An表不光学各向异性。Ae表不介电各向异性(Ae=e||_e1,其中eIi 表示平行于纵向分子轴的介电常数,且表示垂直于其的介电常数)。除非另有明确说 明,否则电光数据是在20°C下在TN盒中于透射的第一最小值处(即在0.5ym的(d^An) 值处)进行测量。除非另有明确说明,否则光学数据是在20°C下进行测量。
[0356] 任选地,根据本发明的光调制介质可包含其他液晶化合物以调节物理性质。这样 的化合物为专业人士已知。它们在本发明介质中的浓度优选为〇 %至30 %,更优选为0 %至 20%,且最优选为5%至15%。
[0357] 优选地,本发明介质具有蓝相的范围或在存在一种以上蓝相的情形下具有蓝相的 合并范围,其中宽度为20°或更大、优选40°或更大、更优选50°或更大且最优选60°或 更大。
[0358] 在优选实施方式中,此相范围为至少KTC至30°C、最优选至少KTC至40°C且最优 选至少0°C至50°C,其中至少意指优选地该相扩展至低于下限的温度且同时其扩展至高于 上限的温度。
[0359]在另一优选实施方式中,此相范围为至少20 °C至40°C、最优选至少30 °C至80 °C且 最优选至少30°C至90°C。此实施方式尤其适用于具有耗散能量并由此加热显示器的强背 光的显示器。
[0360] 优选地,本发明介质具有150或更大、更优选200或更大、甚至更优选300或更大 且最优选400或更大的介电各向异性。特别地,本发明介质的介电各向异性值优选为700 或更小、更优选550或更小、且最优选500或更小。
[0361] 在本申请中,术语介电正性化合物描述了Ae>1. 5的化合物,介电中性化合物 是-I. 5e< 1. 5的化合物,且介电负性化合物是Ae〈-1. 5的化合物。对于组分同 样如此。Ae是在IkHz和20°C下测定。化合物的介电各向异性是由向列主体混合物中 各个化合物的10%溶液的结果确定。这些测试混合物的电容是在具有垂面配向和具有沿 面配向的两种盒中测定。该两种类型盒的盒间隙是大约20ym。所施加电压是频率为IkHz 的矩形波且均方根值通常为0. 5V至I. 0V,然而其总是经选择以低于各个测试混合物的电 容阈值。
[0362] 对于介电正性化合物,混合物ZLI-4792和对于介电中性化合物以及介电负性化 合物,混合物ZLI-3086(均来自MerckKGaA,Germany)分别用作主体混合物。化合物的介 电常数是由在添加所关注化合物后主体混合物的各个值的变化来测定,且外推至100%浓 度的所关注化合物。
[0363] 同样地,测量在20°C的测量温度下具有向列相的组分,所有其他组分皆如化合物 一样进行处理。
[0364] 若无另外明确说明,则在本申请中术语阈值电压是指光学阈值且针对10%相对对 比度(Vw)给出,且术语饱和电压是指光饱和且是针对90%相对对比度(VJ给出。若明确 提及,则仅使用电容性阈值电压(V。,还称为Freedericksz-thresholdVFf)。
[0365] 除非另有明确说明,否则本申请中所给参数范围均包括极限值。
[0366] 除非另有明确说明,否则在整个本申请中,所有浓度是以质量百分数给出并且涉 及各个完整混合物,所有温度是以摄氏度(Celsius)给出,且所有温度差异是以摄氏度给 出。除非另有明确说明,否则所有物理性质已经并且是根据"MerckLiquidCrystals、 PhysicalPropertiesofLiquidCrystals',,Status1997 年 11 月,MerckKGaA,Germany 来测定,且是针对20°C的温度给出。光学各向异性(An)是在589. 3nm的波长下测定。介 电各向异性(As)是在IkHz的频率下测定。阈值电压以及所有其他电光性质已利用Merck KGaA,Germany制备的测试盒来测定。用于测定Ae的测试盒具有22ym的盒间隙。电极 是具有1.13cm2的面积及保护环的圆形ITO电极。定向层是用于垂面定向(eu)的卵磷脂 及来自JapanSyntheticRubber的用于沿面定向(e丄)的聚酰亚胺AL-1054。电容是利 用频率响应分析器Solatron1260使用电压为0. 3或0.IVms的正弦波来测定。电光测量 中所用是光是白光。所用的装备是Otsuka,Japan的市售设备。已在垂直观察下测定特征 电压。阈值电压(Viq)、中等灰度电压(V5。)和饱和电压(VJ已分别针对10%、50%和90% 相对对比度来测定。
[0367] 已将介晶调制材料填充至在MerckKGaA的各个设备下制得的电光测试盒中。测 试盒在一基板侧上具有叉指电极。电极宽度为l〇ym,毗邻电极之间的距离为IOym,且盒 间隙
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