专利名称：包含噻吩衍生物的液晶介质的制作方法
包含噻吩衍生物的液晶介质
本发明涉及包含噻吩衍生物的液晶介质(FK介质)并涉及含有这些液晶介质的液晶显示器(FK显示器)。所述介质具有高光学各向异性并且优选具有25重量％或更多的噻吩衍生物含量。
液晶主要在显示设备中用作电介质，因为这类物质的光学性质能受到施加的电压的影响。基于液晶的电光学器件对本领域技术人员来说是极为熟知的且可以基于各种效应。这类器件的实例是具有动态散射的盒，DAP(排列相畸变)盒、宾/主盒、具有扭曲向列结构的TN盒、STN(超扭曲向列)盒、SBE(超双折射效应)盒和OMI (光学模式干涉)盒。 最为常见的显示器件基于Schadt-Helfrich效应并且具有扭曲向列结构。此外，还有以与基板和液晶面平行的电场工作的盒，例如IPS(面内切换)盒。特别地，TN、STN和IPS盒， 尤其是TN、STN和IPS盒是对于根据本发明的介质而言当前商业上令人关注的应用领域。
液晶材料必须具有良好的化学和热稳定性和对电场和电磁福射的良好的稳定性。 此外，液晶材料应当具有低粘度并在盒中产生短的寻址时间、低的阈值电压和高的对比度。
此外，它们应当在通常的操作温度，即在高于和低于室温的最宽的可能范围内具有合适的中间相(Mesophase )，例如用于上述盒的向列型中间相。因为通常将液晶作为多种组分的混合物使用，因此重要的是组分彼此易于混溶。各个化合物应当在典型的混合物(也称为主体)中具有高溶解性。更进一步的性质如导电性、介电各向异性和光学各向异性必须根据盒类型和应用领域而满足各种要求。例如，用于具有扭曲向列结构的盒的材料应当具有正的介电各向异性和低导电能力。
例如，对于具有集成的非线性元件以切换独立像素的矩阵液晶显示器(MFK显示器)，期望具有大的正介电各向异性、宽的向列相、相对低的双折射、很高的电阻率、良好的 UV和温度稳定性和低蒸气压的介质。
这类矩阵液晶显示器是已知的。作为用于独立地切换独立像素的非线性元件，可以使用例如有源元件(即晶体管)。于是使用术语“有源矩阵(aktiven Matrix)”，其中可区分为以下两种类型
1.在作为基底的硅晶片上的MOS (金属氧化物半导体)或其它二极管。
2.在作为基底的玻璃板上的薄膜晶体管(TFT)。
将单晶硅作为基底材料使用限制了显示器尺寸，因为甚至是不同分显示器的模块式组装也会在接头处导致问题。
就优选的更有前景的类型2的情况来说，所用的电光效应通常是TN效应。区分为两种技术由化合物半导体例如WSe构成的TFT,或基于多晶娃或非晶娃的TFT。对于后一种技术，全世界范围内正在进行深入的工作。
将TFT矩阵施加于显示器的一个玻璃板的内侧，而另一玻璃板在其内侧带有透明反电极。与像素电极的尺寸相比，TFT非常小且对图像几乎没有不利作用。该技术还可以推广到全色功能的(voll farbtaugliche)显示器,其中将红、绿和蓝滤光片的镶嵌物 (Mosaik)以使得每个滤光片元件与可切换的像素对置的方式布置。
TFT显示器通常作 为在透射中具有交叉的起偏器的TN盒来运行且是背景照明的。
术语“MFK显示器”在此包括具有集成非线性元件的任何矩阵显示器，即除了有源矩阵外，还有具有无源(passiven)元件的显示器，如可变电阻或二极管(MM=金属-绝缘体-金属)。
这类MFK显示器特别适用于TV应用(例如袖珍电视)或用于计算机应用(膝上型电脑)和汽车或飞行器构造中的高信息显示器。除了关于对比度和响应时间的角度依赖性问题之外，由于液晶混合物不够高的电阻率，MFK显示器中也还产生一些困难[T0G ASHI, S.，SEKI⑶CHI, K.，TANABE, H.，YAMAMOTO, E.，S0RIMACHI, K.，TAJIMA, E.，WATANABE, H ，SHIMIZU, H.，Proc. Eurodisplay84, 1984 年 9 月A210_288Matrix LCD Controlled by Double Stage Diode Rings, pp. 141ff. , Paris;STR0MER, M. , Proc. Eurodisplay84, 1984 年 9月:Design of Thin Film Transistors for Matrix Adressing of Television Liquid Crystal Displays, pp. 145ff.，Paris]。随着降低的电阻,MFK显示器的对比度劣化,并且可能出现残留影像消除的问题。因为由于与显示器内部表面的相互作用，液晶混合物的电阻率通常随MFK显示器的寿命下降，所以高的(初始)电阻非常重要以获得可接受的使用寿命。特别是就低电压的混合物来说，至今不可能实现很高的电阻率值。此外重要的是，电阻率显示出在升高的温度下和在温度负荷后和/或UV曝露后最小可能的增加。来自现有技术的混合物的低温性能也是特别不利的。要求即使在低温下也不出现结晶和/或近晶相， 以及粘度的温度依赖性要尽可能低。因此，来自现有技术的MFK显示器不满足当今的要求。
对于TV和视频应用，要求具有短的响应时间的MFK显示器。特别地，如果使用具有低粘度值、特别是旋转粘度Y1的液晶介质，就能实现这样的短响应时间。然而，稀释性的添加剂通常降低清亮点，从而降低介质的工作温度范围。
因此，总是存在着对具有非常高的电阻率同时也具有大的工作温度范围、短响应时间(甚至在低温下)和低阈值电压的MFK显示器的很大需求，这种显示器不显示出或仅仅较小程度地显示出这些缺点。
在TN(Schadt-Helfrich)盒的情况下,期望能在盒中实现以下优点的介质
-拓宽的向列相范围(特别是直到低温的)
-在极低温下切换的能力(户外应用、汽车、航空电子技术)
-提高的对UV辐射的耐受性(更长的寿命)
-低阈值电压
可从现有技术中获得的介质不能实现这些优点而在同时保留其它参数。
就高度扭曲(STN)盒来说，期望能实现更高的多路传输性 (Multiplexierbarkeit)和/或更低的阈值电压和/或更宽的向列相范围(特别是在低温下)的介质。为此，迫切地需要进一步扩展可利用的参数范围(清亮点、近晶-向列型的转变或熔点、粘度、介电值、弹性值)。
在用于TV和视频应用(例如IXD-TV、监视器、PDA、笔记本、游戏控制台)的液晶显示器的情况下，要求响应时间显著缩短。因此，需要用于液晶介质 的化合物，其能实现响应时间的减少而同时不损害液晶介质的其它性能，如清亮点、介电各向异性△ ε或者双折射Λ η。对于该目的特别期望低的旋转粘度。
在用于具有正介电各向异性的液晶介质的情况下，通常要求快的响应时间。已知降低液晶盒中液晶介质的层厚度d理论上导致响应时间降低。因此对于该目的要求具有较高双折射值Λ η的液晶介质，以确保足够的光延迟d· Λη。然而，另一方面，具有较高双折射值的液晶介质典型地也显示较高的旋转粘度值，这反过来导致更长的响应时间。因此，通过降低层厚度实现的响应时间的缩短又被使用的液晶介质的较高旋转粘度至少部分补偿。 因此，迫切需要同时具有高双折射值和低旋转粘度的液晶介质。
除了这些基于各种电光效应的已建立的显示器应用之外，还有一些用液晶介质操作的电光学器件。这些包括打印机、扫描仪、透镜、照射装置和电光学快门(Verschlilsse)。 后者可以用于技术装置或者照相机中，并且最近还用在用于三维(3D)图像的显示器中。 此类3D显示器件使用快速切换的液晶介质作为快门，以产生分离的光束交替地用于观察者左眼和右眼的寻址(Ansteuerung)。这里，液晶介质可以取决于3D技术而安置在眼镜中或者在屏幕的一部分中。非常快的响应时间对于此类应用是必要的。在许多情况下高双折射同样是需要的，例如以实现用于液晶透镜的可调节的光衍射。这些可切换的透镜可以用于由可切换的2D显示器和可切换的光学元件组成的自动立体显示器中，所述可切换的光学元件能够在2D模式和3D模式之间交替变化。设计成可切换的双凸透镜 (Lentikularlinsen)的透镜，将2D显示器的像素内容扇形扩展到空间。每个扇区单元 (Fiicherelement )含有来自特定视角的3D内容的信息。如果观察者的两只眼睛均位于相邻的扇区中，则观众将感知到空间的立体图像。
这里可切换的透镜可以被实现为液晶一GRIN透镜(梯度折射率透镜 iiGrandientenindexlinse”)或者液晶复制透镜(Replikalinse)。为了达到高的折光力，所用液晶介质的高光学双折射率是期望的。
本发明的任务在于提供介质、特别是用于该类型的MFK、TN、STN或者IPS显示器的介质，其具有如上所示的期望的性质并且不显示或者仅仅在较小的程度上显示如上所示的缺点。特别地，液晶介质应当具有快的响应时间、低的旋转粘度同时高介电各向异性和高双折射率。此外，液晶介质应当具有高的清亮点、宽的向列相范围和低阈值电压。
现在已经发现如果在液晶介质中、特别是在具有正介电各向异性的液晶介质中并因此在MFK、TN、STN和IPS显示器中使用高浓度的特定噻吩衍生物可以实现该目的。这些噻吩衍生物产生具有上述期望的性质的液晶介质。
许多噻吩化合物已经被描述为液晶。已知例如来自说明书W02009/129915A1的化合物和混合物。其中的噻吩化合物的比例为3-18重量％。
因此，本发明涉及包含一种或多种式I的化合物的液晶介质
权利要求
1.液晶介质，包含ー种或多种式I的化合物
2.根据权利要求1的液晶介质，特征在于它包含一种或多种选自下式的化合物
3.根据权利要求1或2的液晶介质，特征在于它具有25重量％或更多含量的一种或多种式I的化合物或者一种或多种选自式Il至153的化合物。
4.根据权利要求1至3的ー项或多项的液晶介质，特征在于R1与R2独立地表示具有I至7个C原子的直链或支链的烷基，其中ー个或多个不相邻的CH2基团也可以彼此独立地被-CH=CH-、-C = C-、-O-、-CO-、-CO-O-, -0-C0-或者-0-C0-0-以 0 原子不直接彼此相连接的方式代替。
5.根据权利要求1至4的ー项或多项的液晶介质，特征在于它在室温下具有向列相。
6.根据权利要求1至5的ー项或多项的液晶介质，特征在于它另外包含ー种或多种式II和
7.根据权利要求1至6的ー项或多项的液晶介质，特征在于它另外包含ー种或多种选自下式的化合物
8.根据权利要求1至7的ー项或多项的液晶介质，特征在于它另外包含ー种或多种选自下式的化合物
9.根据权利要求1至8的ー项或多项的液晶介质，特征在于它另外包含ー种或多种下式的化合物
10.制备根据权利要求1至9的ー项或多项的液晶介质的方法，特征在于将ー种或多种式I的化合物与ー种或多种式I1-X1、XXVI的化合物混合或者与其他的液晶化合物和/或添加剂混合。
11.根据权利要求1至9的ー项或多项的液晶介质用于电光学目的的用途。
12.含有根据权利要求1至9的ー项或多项的液晶介质的电光学器件。
13.根据权利要求12的器件，特征在于所述器件是显示器件或者可切換的透镜。
全文摘要
本发明涉及包含噻吩衍生物的液晶介质(FK介质)并涉及含有这些液晶介质的液晶显示器(FK显示器)。所述介质具有高光学各向异性并且优选具有25重量%或更多含量的噻吩衍生物。
文档编号C09K19/34GK103038312SQ201180036766
公开日2013年4月10日 申请日期2011年7月1日 优先权日2010年7月29日
发明者M·韦特克, B·舒勒, A·简森 申请人:默克专利股份有限公司