光电液晶显示器

光电液晶显示器

本发明涉及一种光电液晶显示器，该显示器具有使液晶重排的重排 层，其电场具有与液晶层平行的有效分量，该显示器包含具有负的介电各 向异性的液晶介质，其中介质包括至少一种含有通式A的基团的产生内消 旋的(mesogenic)化合物 和至少一种含有通式B的基团的化合物

在常规的液晶显示器(TN，STN，OMI和AMD-TN)中，重排用的电场是 基本上与液晶层垂直产生的。

国际专利申请WO91/10936公开了一种液晶显示器，其中电信号以这样 一种方式产生，使得电场具有与液晶层平行的有效分量(IPS，平面内开 关)。操作这一显示器的原理例如由R.A.Soref描述在应用物理杂志 (Journal of Applied Physics)，45卷，12期，5466-5468页(1974)。

EP0 588 568公开了为这种显示器寻址(addressing)的各种方法。

这些IPS显示器能够用具有正的介电各向异性或负的介电各向异性的 液晶材料(Δ∈≠0)进行操作。说明书描述了尤其含有具有负的介电各向 异性的混合物ZLI-2806(E.Merck，Darmstadt)的IPS显示器。

这一混合物基于含有通式A的结构单元的化合物。然而，含有这种材 料的IPS显示器具有较高的阈电压和长的响应时间。因此，目的是指出那 些适合在IPS显示器中获得较低阈电压和短的响应时间的液晶材料。

令人惊奇的是，这一目的可通过使用这样的液晶材料来实现，该材料 包括至少一种含有通式A的基团的化合物 和至少一种含有通式B的基团的化合物

这类化合物例如公开在EP0 107 759(通式A)和EP0 332 007(通式B)。

但是，这些说明书没有指出这些物质能够用来改进IPS显示器的阈电 压和响应时间。

因此，本发明涉及一种光电液晶显示器，该显示器具有使液晶重排的 重排层，其电场具有与液晶层平行的有效分量，该显示器包含具有负的介 电各向异性的液晶介质，其中介质包括至少一种含有通式A的基团的产生 内消旋的化合物 和至少一种含有通式B的基团的化合物 a)优选的实例是其中介质包括至少一种通式I的化合物 和至少一种通式II的化合物的IPS显示器， 在每一通式中 R¹和R²各自是具有1-15个碳原子的烷基或链烯基，它是未取代的，被CN

或CF₃单取代或至少被卤素单取代，其中，另外，这些基团中的一个

或多个CH₂基团可以各自独立地被-O-，-S-， -CO-，-CO-O-，

-O-CO-或-O-CO-O-替代，替代的方式要求O原子不直接相互连接， A¹和A²各自独立地是

(a)反式-1，4-亚环己基，其中，另外，一个或多个非相邻的CH₂基

团可被-O-和/或-S-替代，

(b)1，4-亚苯基，其中，另外，一个或两个CH基团可被N替代，

(c)选自1，4-亚环己烯基，1，4-双环[2.2.2]辛烯，-1，4-二 基，萘-2，6-二基，十氢萘-2，6-二基，和1，2，3，4-四氢萘-2，6-二基 的基团， 其中基团(a)和(b)可被一个或两个氟原子取代，

Z¹和Z²各自独立地是-CO-O-，-O-CO-，-CH₂O-，-OCH₂-，-CH₂CH₂-，-CH＝CH-，

    -C≡CO-或单键，或基团Z¹和Z²中的一个另外是-(CH₂)₄-或

    -CH＝CH-CH₂CH₂-，

m和n是0，1或2和

m+n是1，2或3；

b)介质具有＜-4.6，优选在-4.7至-8之间的介电各向异性Δ∈；

c)介质包括至少一种通式III的化合物

          R³-(A³-Z³)_o-A⁴-R⁴                III

其中

R³和R⁴各自独立地是如R¹所定义，

A³和A⁴各自独立地是如A¹和A²所定义，

Z³在每一种情况下相互独立地如Z¹和Z²所定义，和

o是1，2或3。

更优选的是其中象素借助于有源矩阵寻址的IPS显示器。

本发明进一步涉及一种具有负的介电各向异性的液晶介质，它包括至 少一种通式I的化合物和至少一种通式II的化合物，具体来说它包括： -15-65wt％，优选20-60wt％的至少一种通式I的化合物， -15-45wt％，优选20-40wt％的至少一种通式II的化合物，和 -10-55wt％，优选10-50wt％的至少一种通式III的化合物。

该新型的液晶介质优选包括： -至少一种通式Ia的化合物 -至少一种选自[sic]通式IIa的化合物 -至少一种选自通式IIIa，IIIb和IIIc的化合物 其中 在每一种情况下是 或 和R¹，R²，R³，R⁴，R⁵，L¹，L²，L³和L⁴在每一种情况下如以上所定 义。

该新型的液晶介质一般具有＜0.10，优选在0.04-0.09，尤其在0.05 -0.07之间的双折射率(Δn)。

该新型物质的流动粘度(在20℃)一般低于30mm²s^-1，尤其在15和25 mm²s^-1之间。该新型物质的电阻率一般是在5×10¹⁰和5×10¹³Ω·cm¹[sic] 之间(在20℃下)。

现已发现，甚至较少比例的通式I化合物与常规的液晶材料混合，但 尤其与通式II和/或III的一种或多种化合物混合，将导致阈电压的显著 减少和快速响应时间，和与此同时观察到具有低近晶相-向列相转变温度的 宽向列相。通式I-III的化合物是无的，稳定的并且容易相互之间混 溶和与其它液晶材料混溶。

术语“烷基”覆盖具有1-7个碳原子的直链和支化烷基，尤其是直链 基团甲基，乙基，丙基，丁基，戊基，己基和庚基。具有2-5个碳原子 的基团一般是优选的。

术语“链烯基”覆盖具有2-7个碳原子的直链和支化链烯基，尤其 是直链基团。具体的链烯基是C₂-C₇-1E-链烯基，C₄-C₇-3E-链烯基，C₅-C₇- 4-链烯基，C₆-C₇-5-链烯基，和C₇-6-链烯基，尤其C₂-C₇-1E-链烯基，C₄- C₇-3E-链烯基和C₅-C₇-4-链烯基。优选的链烯基的实例是乙烯基，1E-丙烯 基，1E-丁烯基，1E-戊烯基，1E-己烯基，1E-庚烯基，3-丁烯基，3E- 戊烯基，3E-己烯基  3E-庚烯基，4-戊烯基，4Z-己烯基，4E-己烯基 4Z-庚烯基，5-己烯基，6-庚烯基和类似基团。具有至多5个碳原子的基 团一般是优选的。

术语“氟代烷基”优选覆盖含有端部氟的直链基团，即，氟甲基，2- 氟乙基，3-氟丙基，4-氟丁基，5-氟戊基，6-氟己基和7-氟庚基。然而， 不排除其它位置的氟。

术语“氧杂烷基”优选覆盖具有通式C_nH_2n+1-O-(CH₂)_m的直链基团，其 中n和m各自独立地是1-6。n优选1和m优选1-6。

通过合适地选择R¹和R⁵的定义，寻址时间，阈电压，传输特性曲线的 陡度等能够按需要加以改进。例如，1E-链烯基，3E-链烯基，2E-链烯基 氧基和类似基团一般导致较短的寻址时间，改进的向列相趋势和在弹性常 数K₃₃(弯曲)和K₁₁(倾斜)之间较高的比率，与烷基和烷氧基相比而言。4- 链烯基，3-链烯基和类似基团一般得到较低的阈电压和较小的K₃₃/K₁₁ 值，与烷基和烷氧基相比而言。

通式I和II+III化合物之间的最佳混合比基本上取决于所需要的性 能，取决于通式I，II和/或III的组分的选择和取决于其它任意性的组 分的选择。在以上范围内的合适混合比能够容易地从实际情况确定。

在该新型的混合物中通式I-III的化合物的总量不是关键的。所以， 混合物含有一种或多种其它组分，为的是使各种性能最优化。然而，一般 对寻址时间和阈电压观察到的作用越大，通式I和II的化合物的总浓度越 高。

根据本发明的液晶介质优选含有2-40，尤其4-30种作为除通式I， II和III的一种或多种化合物以外的其它成分的组分。特别优选的是，除 本发明的一种或多种化合物以外，这些介质还含有7-25种组分。优选的 是，这些其它成分选自向列型或产生向列型(nematogenic)(单变性或各 向同性)的物质，尤其选自以下这些种类的物质：氧化偶氮苯类，亚苄基苯 胺类，联苯类，三联苯类，苯甲酸苯基酯或环己基酯，环己烷羧酸苯基酯 或环己基酯，环己基苯甲酸苯基酯或环己基酯，环己基环己烷羧酸苯基酯 或环己基酯，苯甲酸、环己烷羧酸和环己基环己烷羧酸的环己基苯基酯， 苯基环己烷类，环己基联苯类，苯基环己基环己烷类，环己基环己烷类， 环己基环己基环己烷类，1，4-双-环己基-苯类，4，4′-双-环己基联苯类， 苯基-或环己基-嘧啶类，苯基-或环己基吡啶类，苯基-或环己基二噁烷类， 苯L或环己基-1，3-二噻烷类，1，2-二苯基乙烷类，1，2-二环己基乙烷 类，1-苯基-2-环己基乙烷类，1-环己基-2-(4-苯基-环己基)乙烷类，1- 环己基-2-联苯基乙烷类，1-苯基-2-环己基苯基乙烷类，任意性卤化的均 二苯代乙烯类，苄基苯基醚类，二苯乙炔类和取代的肉桂酸。在这些化合 物中的1，4-亚苯基也可以氟代。

适合用作本发明介质的其它成分的最重要的化合物能够由通式1， 2，3，4和5表征：

     R′-L-E-R″            1

     R′-L-COO-E-R″        2

     R′-L-OOC-E-R″        3

     R′-L-CH₂CH₂-E-R″   4

     R′-L-C≡-E-R″        5

在通式1，2，3，4和5中，L和E能够相同或不同并在各种情况下 各自独立地是二价基团，该基团选自-Phe-，-Cyc-，-Phe-Phe-，-Phe-Cyc-， -Cyc-Cyc-，-Pyr-，-Dio-，-G-Phe-和-G-Cyc-和它们的镜象，其中Phe是 未取代的或被氟取代的1，4-亚苯基，Cyc是反式-1，4-亚环己基或1，4-亚 环己基，Pyr是嘧啶-2，5-二基或吡啶-2，5-二基，Dio是1，3-二噁烷-2，5- 二基和G是2-(反式-1，4-环己基)乙基，嘧啶-2，5-二基，吡啶-2，5-二基或 1，3-二噁烷-2，5-二基。

基团L和E中的一个优选是Cyc，Phe或Pyr。E优选是Cyc，Phe 或Phe-Cyc。根据本发明的介质优选含有一种或多种选自通式1，2，3， 4和5的化合物(其中L和E选自Cyc、Phe和Pyr)的组分和同时含有一种 或多种选自通式1，2，3，4和5的化合物(其中基团L和E中一个选自 Cyc、Phe和Pyr和另一个选自-Phe-Phe-，-Phe-Cyc-，-Cyc-Cyc-，-G-Phe- 和-G-Cyc-)的组分，以及任意性的一种或多种选自通式1，2，3，4和5 的化合物(其中基团L和E选自-Phe-Cyc-，-Cyc-Cyc-，-G-Phe-和-G-Cyc-) 的组分。

在具有通式1，2，3，4和5的化合物的小组中，R′和R″在每种情 况下各自独立地是具有至多8个碳原子的烷基，链烯基，烷氧基，烷氧基 烷基，链烯基氧基或链烷酰氧基。该小组在下面被称作A组，和化合物用 亚通式1a，2a，3a，4a和5a标明。在大部分这些化合物中，R′和R″ 互不相同，这些基团中的一个通常是烷基，链烯基烷氧基或烷氧基烷基。

在另一个具有通式1，2，3，4和5的化合物的小组(已知为B组) 中，R″是-F，-Cl，-NCS或-(O)_iCH_3-(k+1)F_kCl₁，其中i是0或1，和k+1 是1，2或3；其中R″具有此定义的化合物用亚通式1b，2b，3b，4b 和5b标明。特别优选的是其中R″是-F，-Cl，-NCS，-CF₃，-OCHF₂或-OCF₃的具有亚通式1b，2b，3b，4b和5b的那些化合物。

在亚通式1b，2b，3b，4b和5b的化合物中，R′与对于亚通式1a -5a的化合物的定义相同并优选是烷基，链烯基，烷氧基或烷氧基烷基。

在具有通式1，2，3，4和5的化合物的再一小组中，R″是-CN； 这一小组在下面已知为C组，这一小组的化合物相应地由亚通式1c，2c， 3c，4c和5c表示。在具有亚通式1c，2c，3c，4c和5c的化合物中， R′与对于亚通式1a-5a的化合物的定义相同并优选是烷基，烷氧基或链烯 基。

除了优选的A、B和C组化合物以外，具有所建议取代基的其它变化 形式的通式1，2，3，4和5的其它化合物也是常用的。所有这些物质 能够由文献中已知的方法或与其类似的方法获得。

除了根据本发明的通式I的化合物以外，根据本发明的介质优选含有 一种或多种选自A组和/或B组和/或C组的化合物。来自这些组的化合物 在根据本发明的介质中的重量比例优选是： A组：0-90％，优选20-90％，尤其30-90％ B组：0-80％，优选10-80％，尤其10-65％ C组：0-80％，优选5-80％，尤其5-50％， 在根据本发明的具体介质中存在的A组和/或B组和/或C组化合物的重量 比例的总和优选是5％-90％和尤其10％-90％。

根据本发明的介质优选包括1-40％，特别优选5-30％的根据本发明 的化合物。其它优选的介质是包括40％以上，尤其45-90％的根据本发明 的化合物的那些。介质优选包括三种，四种，或五种根据本发明的化合物。

该新型IPS显示器的结构与这类显示器常见的构造对应，例如在 wO91/10936或EP 0 588 568中所描述的。这里的术语常见构造被广义引申 并且也覆盖IPS显示器的所有衍变物和改进物，尤其，例如，基于多-Si TFT 或MIM的矩阵显示元件。

但是，该新型显示器和平常的显示器之间的基本区别在于液晶层的液 晶参数的选择。

根据本发明能够使用的液晶混合物是按本身常见的方式制备的。一般 来说，将少量使用的所需量的组分溶于构成主要成分的组分中，方便的是 在高温下。也有可能将各种组分在有机溶剂例如丙酮、氯仿或甲醇中的溶 液混合，然后，在完全混合后，再次除去溶剂，例如通过蒸馏。

电介质也可以含有为本技术领域中熟练人员所已知的和在文献中描述 的其它添加剂。例如，能够添加0-15％的多染料或手性掺杂剂。

C表示晶相，S表示近晶相，SB表示近晶B相，N表示向列相和I表示 各向同性相。

V₁₀表示10％传输率的电压(从与板面垂直的方向观察)。t_on表示开通时 间和t_off表示关闭时间，在对应于V₁₀值的2.5倍的操作电压下。Δn表示光 学各向异性和n₀表示折光指数(在每种情况下589nm)。Δ∈表示介电各向异 性(Δ∈＝∈_‖-∈_⊥，其中∈_‖表示平行于分子长轴的介电常数和∈_⊥表示垂 直于长轴的介电常数)。这些光电数据是在20℃下在IPS元件中测量的， 除非另有说明。光学数据是在20℃下测量的，除非另有说明。

使用一种如WO91/10936中所述具有梳子状结构的IPS试验元件，其中 电极和电极隔板[sic]相距20μm。

液晶材料的层厚d是5μm。该元件还具有： 初始扭转角：0° 定位角    ：5° 倾斜角    ：3°

该元件在关闭状态下是黑暗的。

在本申请中和在以下实施例中，液晶化合物的结构由首字母缩写词表 示，在下表A和B中转变为化学式。所有的基团C_nH_2n+1是含有n和/或m[sic] 个碳原子的直链烷基。在表B中的编码不需进一步解释。在表A中，仅仅 给出了母体结构的首字母缩写词。在各种情况下，代码跟在取代基R¹，R²， L¹，L²和L³后面，由连字符与母体结构的首字母缩写词分开。 R¹，R²，L¹， R¹                        R²        L¹  L²  L³ L²，L³的代码

nm          C_nH_2n+1                 C_mH_2m+1      H    H    H

nO.m        C_nH_2n+1                 OC_mH_2m+1     H    H    H

nO.m        OC_nH_2n+1                C_mH_2m+1      H    H    H

n           C_nH_2n+1                 CN             H    H    H

nN.F        C_nH_2n+1                 CN             F    H    H

nF          C_nH_2n+1                 F              H    H    H

nOF         OC_nH_2n+1                F              H    H    H

nCl         C_nH_2n+1                 Cl             H    H    H

nF.F        C_nH_2n+1                 F              F    H    H

nCF₃       C_nH_2n+1                 CF₃           H    H    H

nOCF₃      C_nH_2n+1                 OCF₃          H    H    H

nOCF₃      C_nH_2n+1                 OCF₃          H    H    H

nOCF₂      C_nH_2n+1                 OCHF₂         H    H    H nS              C_nH_2n+1                 NCS             H    H    H rVsN            C_rH_2r+1-CH＝CH-C_sH_2s- CN              H    H    H rEsN            C_rH_2r+1-O-C₂H_2s-      CN              H    H    H nAm             C_nH_2n+1                 COOC_mH_2m+1     H    H    H nF.F.F          C_nH_2n+1                 F                F    F    H nCl.F.F         C_nH_2n+1                 Cl               F    F    H nCF₃.F.F       C_nH_2n+1                 CF₃            F    F    H nOCF₃.F.F      C_nH_2n+1                 OCF₃           F    F    H nOCF₂.F.F      C_nH_2n+1                 OCHF₂          F    F    H nOCF₃.F        C_nH_2n+1                 OCF₃           F    H    H nmFF            C_nH_2n+1                 C_mH_2m+1        F    H    F nOmFF           C_nH_2n+1                 C_mH_2m+1        F    H    F 表A： 表B：

实施例1

IPS显示器含有向列型混合物并具有高的对比度和短的响应时间，该混 合物具有

    清亮点        +72℃

    Δn           0.0533

    N₀           1.4700

    Δ∈          -7.3

    ∈_⊥                  11.7

    粘度(20℃)    54mm²s^-1 并包括：

   CCN-33         18.00

   CCN-47         18.00

   CCN-55         18.00

   D-302FF        11.00

   D-402FF        11.00

   D-502FF        10.00

   CH-43           3.00

   CCH-34          4.00

   CCPC-33         4.00

   CCPC-34         3.00

实施例2

IPS显示器含有向列型混合物并具有高的对比度和短的响应时间，该混 合物具有

    清亮点         +75℃

    Δn            0.0565

    N₀            1.5238

    Δ∈           -4.5 并包括：

        CCN-33                  7.00

        CCN-55                 10.00

        D-302FF                10.00

        D-402FF                 8.00

        D-502FF                15.00

        CH-33                   5.00

        CH-35                   5.00

        CH-43                   5.00

        CCH-34                 24.00

        CCH-301                 4.00

        CCH-303                 7.00

实施例3

IPS显示器含有向列型混合物并具有高的对比度和短的响应时间，该混 合物具有

        清亮点                 +78℃

        Δn                   0.0539

        N₀                   1.5217

        Δ∈                    -5.0 并包括：

        CCN-47                 14.00

        CCN-55                 10.00

        D-302FF                 4.00

        D-402FF                10.00

        D-502FF                14.00

        CH-35                  10.00

        CH-35                   5.00

        CH-34                  26.00

        CCH-301                 4.00

        CCH-303                 3.00

实施例4

IPS显示器含有向列型混合物并具有高的对比度和短的响应时间，该混 合物具有

        清亮点                  +79℃

        Δn                    0.0525

        N₀                          -4.7

        粘度(20℃)                   30mm²·s^-1 并包括：

        CCN-33                       13.00

        CCN-47                       10.00

        CCN-55                       10.00

        D-302FF                       7.00

        D-402FF                      10.00

        D-502FF                      10.00

        CH-35                         9.00

        CH-45                         9.00

        CCH-34                       22.00

对比实施例

IPS显示器含有向列型混合物ZLI-2806并具有比实施例4的显示器更 长的响应时间和比实施例1的显示器更高的阈电压，该混合物具有

        清亮点                        +100℃

        Δn                           0.0437

        Δ∈                          -4.8

        粘度(20℃)                    57mm²·s^-1 并包括：

        CCN-47                        20.00

        CCN-55                        21.00

        CCH-301                       14.00

        CCH-302                       10.00

        CH-33                          4.00

        CH-35                          4.00

        CH-43                          4.00

        CH-45                          4.00

        BCN-55                        22.00