(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電異方性△ε＞＋２を持つ極性成分Ａおよび−２ないし＋２の誘電異方性を持つ非極性成分Ｂから実質的に成り立っているネマチック液晶媒体、
ただしその特徴とするところは、媒体の透明点が１６５℃より高く、誘電異方性が８よりも大きく、光学異方性が０．２および０．３の間にある。
【請求項２】
請求項１による液晶性媒体、ただしその特徴とするところは極性成分Ａが式Ｉのシアン化合物に基づいており
【化１】
0003554577.tif 000027
ただしこの式においては
Ｒ１  は１ないし１２個迄の炭素原子のアルキルであり、そのアルキル基なかではさらに１ないし２個の非隣接ＣＨ２  基が酸素原子、−ＣＯ−、−Ｏ−ＣＯ−、−ＣＯ−Ｏ−、および／または−ＣＨ＝ＣＨ−基で置換されていても良く、
ｍは０あるいは１であり、
Ａ１  はトランス−シクロヘキシレン、１，４−フェニレン、２−あるいは３−フルオロフェニレンであり、
Ｌ１  からＬ４  までは独立にそれぞれ水素あるいは弗素であり、
さらに式Ｉの化合物の全割合が４５重量％以上である。
【請求項３】
請求項１あるいは２による液晶媒体、
ただし上記極性成分ＡがＩ１ないしＩ３
【化２】
0003554577.tif 000028
からなる群から選択された２種、３種あるいはそれ以上の化合物から成る。
【請求項４】
請求項１ないし３の内の１項による液晶媒体、
ただし上記極性成分Ａが式Ｉ４
【化３】
0003554577.tif 000029
の１種あるいはそれ以上の化合物から成る。
【請求項５】
請求項１ないし４の内の１項による液晶媒体、
ただし、非極性成分Ｂが式ＩＩ
【化４】
0003554577.tif 000030
の１種あるいはそれ以上の化合物から成り、
ただしこの式においてはＲ２  およびＲ３  はＲ１  に示した意味を有しており、Ｌ５  は水素あるいは弗素であり、ｎは０あるいは１である。
【請求項６】
請求項１ないし５の内の１項による液晶媒体、
ただし上記非極性の成分は式ＩＩ１ないしＩＩ３
【化５】
0003554577.tif 000031
から選択された２、３あるいはそれ以上の化合物から成る。
【請求項７】
請求項１ないし６の内の１項による液晶媒体、
ただしその特徴とするところは成分Ａはさらに式ＩＩＩ
【化６】
0003554577.tif 000032
の少なくとも１種の化合物から成り、
ただしこの式においては
Ｒ４  はＲ１  に示した意味を有し、
化学式Ｂ
【化７】
0003554577.tif 000033
および化学式Ｃ
【化８】
0003554577.tif 000034
はおたがいに独立に化学式Ａ１
【化９】
0003554577.tif 000035
に示した意味を有し、
Ｚ１  およびＺ２  はそれぞれ独立に−ＣＨ２  ＣＨ２  −あるいは単結合であり、
Ｌ１  およびＬ２  はそれぞれ弗素あるいは水素であり、
Ｑは−ＯＣＦ２  −、−ＯＣＦＨ−、−ＣＦ２  −、−ＣＦＨ−、−ＣＨ２  ＣＦ２  −、−Ｏ−ＣＨ２  ＣＦ２  −あるいは単結合および
Ｘは弗素あるいは塩素である。
【請求項８】
式ＩＩＩ１
【化１０】
0003554577.tif 000036
の少なくとも２種の化合物から成る請求項７による液晶媒体。
【請求項９】
請求項１ないし８の内の１項による液晶媒体、
ただしその特徴とするところは液晶媒体は実質的には
ａ）  式Ｉの１種またはそれ以上の化合物、
ｂ）  式ＩＩの１種またはそれ以上の化合物および
ｃ）  式ＩＩＩの１種またはそれ以上の化合物から成る。
【請求項１０】
請求項１ないし９の内の１項による液晶媒体、
ただしその特徴とするところは成分Ａは
５    −３５％の式Ｉ１の１種またはそれ以上の化合物、
７．５−２０％の式Ｉ２の１種またはそれ以上の化合物、
７．５−２５％の式Ｉ３の１種またはそれ以上の化合物および
４    −１５％の式Ｉ４の２、３種またはそれ以上の化合物から成る。
【請求項１１】
請求項１ないし９の内の１項による液晶媒体、
ただしその特徴とするところは液晶媒体は実質的に
４５−６５％の式Ｉ３の１種またはそれ以上の化合物、
５−１５％の式ＩＩ２の１種またはそれ以上の化合物、
１０−２０％の式ＩＩ３の１種またはそれ以上の化合物および
１０−３０％の式ＩＩＩ１の１種またはそれ以上の化合物から成る。
【請求項１２】
電気光学ディスプレイ素子、その特徴とするところはその電気光学ディスプレイ素子が請求項１による媒体を含有していることである。
【請求項１３】
スポットライト用の電気光学ライトバルブ、その特徴とするところはそのスポットライト用の電気光学ライトバルブが請求項１による媒体を含有していることである。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は高い複屈折を有し，しかも室温および１６５℃より高い温度間の広いネマチック相を有する液晶媒体（ＬＣ媒体）に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶ディスプレイ素子（ＬＣディスプレイ素子）はますますネマチックあるいはネマチック−コレステリック液晶素材を利用している。光吸収、光散乱複屈折、反射あるいは電場の影響下での色彩のようなその光学特性を変化させることによって、そのようなディスプレイ素子の機能は例えばダイナミック散乱、配向相の変形、ゲスト−ホスト効果、ねじれセル中でのシャット−ヘルフリッチ（Ｓｃｈａｄｔ−Ｈｅｌｆｒｉｃｈ）効果、ポリマーマトリックスあるいはポリマーネットワーク中での液晶性液滴の屈折率のマッチング（ｎｃａｐ＝ネマチック曲線式の配向相、ｐｄｌｃ＝ポリマー分散液晶）あるいはコレステリック−ネマチック相転移に基いている。
【０００３】
電子部品中でのこれらの効果の産業上での応用は多くの要求条件に合致する液晶相を要求している。ここで特に重要なことは湿度に対する化学的な抵抗力、熱、赤外線、可視光線および紫外線の照射、直流電場および交流電場に対する抵抗力である。産業面で利用可能な液晶媒体は妥当な温度範囲にわたって液晶中間相、妥当な光学異方性および高いあるいは中程度の誘電異方性を持っていることを要求されている。最終的には、これら液晶媒体は可視光領域において如何なる自己吸収があってはならない、すなわち無色でなければならない。
【０００４】
液晶中間相を有する今までに開示された一連の化合物のどれを取っても全てのこれらの要求条件を満たしている個々の化合物を含んでいない。その理由のために、液晶媒体として使用可能な混合物を得るためには、４種ないし２５種（或は更に多く）の化合物混合物の混合物を作製することが原則になっている。通常は低融点および高透明点を有する少なくとも１種の化合物が更に混合されている。その結果通常は融点が低い融点成分の融点よりも低く、ただしその透明点は成分の透明点の中間にある混合物が得られる。しかしながら、最適媒体はこの方法では容易に作れなく、その理由は高い融点および高い透明点を有する成分はしばしば混合物に高い粘性を与えることになるからである。その結果、このようにして製造された電気光学ディスプレイ素子のスイッチング時間は好ましくない方法で変化する。
【０００５】
閾値電圧を低下するためには、今までに開示されたＬＣ相には末端にシアン基を有する強い極性ネマチック性の化合物を添加していた。しかしながら、これらの化合物の有効な双極子能率はこれら分子の多かれ少なかれ強い反平行結合によおて大幅に低下しており、その結果比較的多量の極性化合物を添加する必要があった。このことは逆にＬＣ相の好ましくない弾性特性のような様々な欠点および高い粘性を起すことになる。
【０００６】
市販の全ての液晶媒体は６０℃および１５０℃間に透明点を示している。この媒体のどの媒体も極めて高い温度、例えば、炉上のディスプレイ、反応釜、投影システム、スポットライト用の光バルブなど用の高温を内部に有するような応用には使用することは出来ない。
【０００７】
従って高い透明点、低い融点、低い粘性（およびしたがって短いスイッチングタイム）および低い閾電圧を有する液晶媒体、しかも更に標準的なディスプレイセル中あるいはｐｄｌｃ用途で使用するために妥当な複屈折と結合した優れた視角特性を持っているような液晶の需要がなお大きい。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はその目的として要求のあった温度範囲内ではネマチック相を持ち、完全にあるいは殆ど完全に上記の欠点を含まない液晶相を製造することにある。  液晶媒体が実質的に誘電異方性△ε＞＋２を持つ極性成分Ａおよび−２ないし＋２の誘電異方性を持つ非極性成分Ｂから成り立っている場合には、ただし、媒体の透明点が１６５℃よりも高く、誘電異方性が８よりも大きく、光学異方性が０．２および０．３の間にある場合には、素材の特性の好ましい組合せ、特に閾値の険しい立上がり、粘性、ネマチック相幅、視角および低閾値電圧における温度依存性の承認可能な組合せを有する液晶相が得られることが見出されたのである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は特に極性成分Ａが式Ｉのシアン化合物に基づいており
【００１０】
【化１１】
0003554577.tif 000002
ただしこの式においては
Ｒ１  は１ないし１２個迄の炭素原子のアルキルであり、そのアルキル基なかではさらに１ないし２個の非隣接ＣＨ２  基が酸素原子、−ＣＯ−、−Ｏ−ＣＯ−、−ＣＯ−Ｏ−、および／または−ＣＨ＝ＣＨ−基で置換されていても良く、
ｍは０あるいは１であり、
Ａ１  はトランス−シクロヘキシレン、１，４−フェニレン、２−あるいは３−フルオロフェニレンであり、
Ｌ１  からＬ４  までは独立にそれぞれ水素あるいは弗素であり、
さらに式Ｉの化合物の全割合が４５重量％以上である、
液晶性の媒体に関する。
【００１１】
本発明はしたがって１種又はそれ以上の多色性の色素（ゲストーホスト  システム）を含有していても良い上記の液晶媒体および液晶ディスプレイ素子中での媒体の使用、特に高温において使用することを提供する。
【００１２】
本発明はさらに液晶ディスプレイ素子、特にそのような媒体を含有する電気光学ディスプレイ素子を提供する。
【００１３】
本発明によるゲスト−ホスト  システムは一般的には多色性色素を０．１ないし１５、好ましくは０．５ないし１０、特に１ないし７重量％含有している。
【００１４】
本発明によるゲスト−ホスト  システムの多色性色素は好ましくは可視スペクトルの妥当な部分をカバーし、かつこの領域での吸収が多かれ少なかれ一定であるような方法で選択する。
ａ）  本発明の好ましい実施態様は液晶性の媒体であり、ただしそのなかでは上記極性成分ＡがＩ１ないしＩ３
【００１５】
【化１２】
0003554577.tif 000003
からなる群から選択された２種、３種あるいはそれ以上の化合物から成り、
ｂ）  上記極性成分Ａが式Ｉ４
【００１６】
【化１３】
0003554577.tif 000004
の１種あるいはそれ以上の化合物から成り、
ｃ）  中性成分Ｂが式ＩＩ
【００１７】
【化１４】
0003554577.tif 000005
の１種あるいはそれ以上の化合物から成り、
ただしこの式においてはＲ２  およびＲ３  はＲ１  に示した意味を有しており、Ｌ５  は水素あるいは弗素であり、ｎは０あるいは１であり、
ｄ）  上記中性の成分は式ＩＩ１ないしＩＩ３
【００１８】
【化１５】
0003554577.tif 000006
から選択された２、３あるいはそれ以上の化合物から成り、
ｅ）  成分Ａは余分に式ＩＩＩ
【００１９】
【化１６】
0003554577.tif 000007
の少なくとも１種の化合物から成り、
ただしこの式においては
Ｒ４  はＲ１  に示した意味を有し、
化学式Ｂ
【００２０】
【化１７】
0003554577.tif 000008
および化学式Ｃ
【００２１】
【化１８】
0003554577.tif 000009
はおたがいに独立に化学式Ａ１
【００２２】
【化１９】
0003554577.tif 000010
に示した意味を有し、
Ｚ１  およびＺ２  はそれぞれ独立に−ＣＨ２  ＣＨ２  −あるいは単結合であり、
Ｌ１  およびＬ２  はそれぞれ弗素あるいは水素であり、
Ｑは−ＯＣＦ２  −、−ＯＣＦＨ−、−ＣＦ２  −、−ＣＦＨ−、−ＣＨ２  ＣＦ２  −、−Ｏ−ＣＨ２  ＣＦ２  −あるいは単結合および
Ｘは弗素あるいは塩素であり、
ｆ）  液晶媒体が式ＩＩＩ１の
【００２３】
【化２０】
0003554577.tif 000011
少なくとも２種の化合物から成る。
さらに、本発明は実質的に以下のａ）、ｂ）およびｃ）から成る媒体に関する。
ａ）  式Ｉの１種またはそれ以上の化合物、
ｂ）  式ＩＩの１種またはそれ以上の化合物、
ｃ）  式ＩＩＩの１種またはそれ以上の化合物、特に
ただし成分Ａは
５    −３５％の式Ｉ１の１種またはそれ以上の化合物、
７．５−２０％の式Ｉ２の１種またはそれ以上の化合物、
７．５−２５％の式Ｉ３の１種またはそれ以上の化合物、および
４    −１５％の式Ｉ４の２、３種またはそれ以上の化合物である。
【００２４】
本発明の他の好ましい実施態様は実質的に以下の４項から成る液晶性の媒体
４５−６５％の式Ｉ３の１種またはそれ以上の化合物、
５−１５％の式ＩＩ２の１種またはそれ以上の化合物、
１０−２０％の式ＩＩ３の１種またはそれ以上の化合物、
１０−３０％の式ＩＩＩ１の１種またはそれ以上の化合物である。
【００２５】
本発明の媒体は好ましくは２種あるいはそれ以上の（好ましくは３種あるいはそれ以上の）式Ｉの化合物の混合物を含有している。好ましくはこれらのシアン化合物の割合は少なくとも４５重量％である。これらの化合物は高い透明点および同時に高い複屈折の実現を許容している。特に、Ｌ１  からＬ４  までの一つが弗素であることを示すような化合物を使用しているならば、低い△ε／ε⊥比が実現することができる。
【００２６】
本発明の媒体は好ましくは室温および高温での利用中に起る、炉のディスプレイのような、０℃から２２０℃（広い範囲の混合物）を含むネマチック相範囲を持っている。Ｓ／Ｎ≦７０℃、好ましくはＳ／Ｎ≦４０℃、特にＳ／Ｎ≦２０℃およびＮ／Ｓ≧１６５℃、特にＮ／Ｉ≧１９５℃を有する媒体が特に好ましく、Ｎ／Ｉ≧２００℃が特に好ましい。
【００２７】
ここでＳ／Ｎはスメクチック相からネマチック相への転移の転移温度を示し、Ｎ／Ｉはネマチック相から等方性相への転移の転移温度、すなわち透明点を意味する。
【００２８】
本発明の全ての媒体はこの好ましい粘性特性および弾性特性によって短いスイッチングタイムの実現を可能にしている。高い△ｎタイプ混合物をグーチ−タリーカーブの２次あるいはそれより高いミニマム中での作動に使用する。これらの媒体は電気光学カーブの立上がりの改良した急峻性に特徴を有しておりおよび低いマルチプレックスＴＮ及びｐｄｌｃ用に適している。
【００２９】
本発明による液晶媒体の式ＩないしＩＩＩの個々の化合物は既知かあるいは先行技術から当業者に容易に誘導可能な方法で合成可能である。その理由はこれらの方法は文献に記載されている標準的な方法に基づいているからである。
【００３０】
式Ｉの対応する化合物は例えば英国特許出願書ＧＢ  １４  ３３  １３０およびＧＢ  ２０  ３９  ９３７およびドイツ特許出願書Ｐ  ２９０１  ５９１に記載されている。式ＩＩの化合物は例えばドイツ公開公報Ｐ  ２９  ２７  ２７７、Ｐ  ２９  ４８  ８３６よびＰ  ３１  １７  １５２に記載されている。式ＩＩＩの化合物は例えば国際特許出願ＷＯ  ８９／０２８８４、ＷＯ９１／０３４５０、ＷＯ  ９０／０１０５６およびドイツ公開公報Ｐ  ３０  ４２  ３９１およびＰ  ３３  １７  ５９７に記載されている。
【００３１】
驚くべきことに式ＩおよびＩＩの化合物の組合せは一方では低いスメクチック−ネマチック転移温度を有する広いネマチック中間相を持ち、かつ特に高い操作温度における好ましい粘性値による極めて早いスイッチングタイムに結合した高い誘電異方性を有するＬＣ媒体を示していることを見出した。
【００３２】
本発明によるＬＣ媒体は好ましくは式Ｉの少なくとも１成分、特に３成分および式ＩＩの少なくとも２成分特に少なくとも３成分を含有している。
【００３３】
式Ｉの化合物の全割合及び式ＩＩの化合物の全割合は好ましくは５０ないし８５％、特に６０ないし８０％である。
【００３４】
Ｒ１  は好ましくはアルキル、アルケニル、アルコキシ、あるいはアルコキシメチルであり、それぞれ１ないし７個の炭素原子を持つ、特に直鎖アルキルあるいは直鎖アルコキシメチルである。
【００３５】
式Ｉの好ましい化合物はＩ１ないしＩ４の部分式の化合物である。
【００３６】
前に示した部分式の化合物の場合には、Ｒ１  は直鎖のアルキル基であり、好ましくは１ないし７個の炭素原子のアルキル基であり、その中にあってはさらにＣＨ２  基は−Ｏ−、−ＣＨ＝ＣＨ−で置換されていてもよい。特に好ましい基Ｒはメチル、エチル、ｎ−プロピル、ｎ−ブチル、ｎ−ペンチルおよびｎ−ヘプチルである。
【００３７】
以下の化合物は特に好ましい（ｎ＝１−７、好ましくは２−５である）。
【００３８】
【化２１】
0003554577.tif 000012
基Ｒ２  ／Ｒ３  ／Ｒ４  を有する前に示した式ＩＩおよびＩＩＩの化合物の場合には基Ｒそれぞれは互いに独立してＲ１  に示した上記の意味の一を有している。
【００３９】
式ＩＩＩでは、Ｑ−Ｘは好ましくは弗素、塩素、ＯＣＦ３  あるいはＯＣＦ２  Ｈを、特に弗素を示し、Ｌ５  およびＬ６  は水素あるいは弗素であり、好ましくは少なくともその内の一つは弗素である。
【００４０】
極性成分Ａは式Ｖ
【００４１】
【化２２】
0003554577.tif 000013
の化合物を含有していてもよく、
ただしＲ１  および基Ａ１
【００４２】
【化２３】
0003554577.tif 000014
は既述の意味をもち、さらにｒは１あるいは２である。
【００４３】
ｒが１である場合には、基Ａ１
【００４４】
【化２４】
0003554577.tif 000015
は好ましくは１，４−シクロヘキシレンである。
【００４５】
ｒが２である場合には、基Ａ１
【００４６】
【化２５】
0003554577.tif 000016
は好ましくは１，４−フェニレンある。
【００４７】
本発明による相の製造は通常の方法で実行できる。一般的には、少量使用した成分の希望量を主成分となる成分中に、好ましくは温度を上げて溶解する。もしこの温度を主成分の透明点より高く選択するならば、溶解工程の完全性を特に容易に観察することができる。
【００４８】
しかしながら、妥当な有機溶媒に、例えばアセトン、クロロフォルム、メタノールに成分を溶解した溶液を混合すること、さらに完全な混合後に減圧下に蒸留することによって溶媒を除去することも可能である。この方法では溶媒が如何なる汚染あるいは好ましくないドーピング剤を導入しないことを確認しなくては成らないことは自明のことである。
【００４９】
妥当な添加剤によって、本発明による液晶相は今までに開示されたどのような液晶ディスプレイ素子の種類にも使用できるように変更することも可能である。
そのような添加剤は当業者には公知であり、しかも文献には徹底的に記載されている。誘電異方性、粘性および／またはネマチック相の配向を変更するために物質の導電性を改善するために、例えば伝導塩、好ましくはエチルジメチルドデシルアンモニウム４−ヘキシルオキシベンゾエート、テトラブチルアンモニウムテトラフェニルボラナートあるいはクラウン  エーテル錯体の塩（例えばＩ．ヘラー（Ｈｅｌｌｅｒ）等、分子性結晶液晶（Ｍｏｌ．Ｃｒｙｓｔ．Ｌｉｑ．Ｃｒｙｓｔ．）２４巻、２４９−２５８頁、１９７３年）を添加することも可能である。そのような物質は例えばドイツ公開特許公報
２２  ０９  １２７、２２  ４０  ８６４、２３  ２１  ６３２、
２３  ３８  ２８１、２４  ５０  ０８８、２６  ３７  ４３０、
２８  ５３  ７２８、２９  ０２  １７７に記載されている。
【００５０】
以下の実施例は発明を説明するのであって、これを制限するのではない。実施例中では、結晶物質の融点および透明点はセ氏温度で示す。百分率は重量％である。
【００５１】
本特許出願および以下の実施例では、ＬＣ化合物のすべての化学構造を略成語で示し、その化学構造への変換は以下に説明するようにして行う。全ての残基Ｃｎ  Ｈ２ｎ＋１およびＣｍ  Ｈ２ｍ＋１はそれぞれｎおよびｍこの炭素原子を有する直鎖のアルキル基である。表Ｂのコードは自明である。表Ａでは、核になる構造用の略成語のみを示した。具体的な化合物では、この略成語のあとにダッシュおよび置換基Ｒ１  、Ｒ２  、Ｌ１  およびＬ２  用のコードが続くのである。
【００５２】
【化２６】
0003554577.tif 000017
【００５３】
【化２７】
0003554577.tif 000018
【００５４】
【化２８】
0003554577.tif 000019
【００５５】
【表１】
0003554577.tif 000020
【００５６】
【実施例】
【００５７】
【表２】
0003554577.tif 000021
【００５８】
【表３】
0003554577.tif 000022
【００５９】
【表４】
0003554577.tif 000023
【００６０】
【表５】
0003554577.tif 000024
【００６１】
【表６】
0003554577.tif 000025
【００６２】
【表７】
0003554577.tif 000026