專利名稱：液晶介質(zhì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種液晶介質(zhì)，涉及它用于電光用途的應(yīng)用，以及涉及含有這種介質(zhì)的顯示器。
液晶特別適用作顯示設(shè)備中的電介質(zhì)，因?yàn)檫@樣的物質(zhì)的光學(xué)性質(zhì)可通過施加的電壓來改變。對于熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員來說，基于液晶的電光設(shè)備是極為熟悉的，它們可建立在各種效應(yīng)的基礎(chǔ)上。這樣的設(shè)備的例子是具有動態(tài)散射的池、DAP(垂直排列相畸變)池、賓主效應(yīng)池、TN(扭曲向列)池、STN(超扭曲向列)池、SBE(超雙折射效應(yīng))池和OMI(光模干涉)池。最常用的顯示設(shè)備基于Schadt-Helfrich效應(yīng)并有扭曲的向列結(jié)構(gòu)。
液晶材料必需有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性以及對電場和電磁輻射有良好的穩(wěn)定性。此外，液晶材料應(yīng)有相當(dāng)?shù)偷恼扯?，在池中有短的尋址時間、低的閾電壓以及高的反差。
此外，它們應(yīng)有適合的中間相，例如對于上述元件來說，在常規(guī)的操作溫度下，即在室溫上下盡可能寬的范圍內(nèi)，有向列中間相或膽甾醇中間相。因?yàn)橐壕ǔＲ栽S多組分的混合物形式使用，各組分彼此易溶混是重要的。其他一些性質(zhì)，如導(dǎo)電性、介電各向異性和光學(xué)各向異性必需滿足隨元件類型和應(yīng)用范圍變化的不同要求。例如，用于有扭曲的向列結(jié)構(gòu)的元件的材料應(yīng)有正的介電各向異性和低的導(dǎo)電性。
例如，對于用于轉(zhuǎn)換單個象素的有積成非線性元件的矩陣液晶顯示器(MLC顯示器)來說，有大的正介電各向異性、寬的向列相、相當(dāng)?shù)偷碾p折射、很高的電阻、良好的UV穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性以及低的蒸汽壓的介質(zhì)是希望的。
這類矩陣液晶顯示器是已知的?？捎糜趩蝹€象素的單個轉(zhuǎn)換的非線性元件的例子是有源元件(即晶體管)。這稱為“有源矩陣”，可區(qū)分為兩類元件1.MOS(金屬氧化物半導(dǎo)體)，或在硅晶片作為基材上的其他二極管。2.在玻璃板基材上的薄膜晶體管(TFT)。
單晶硅用作基材限制了顯示器的尺寸，因?yàn)樯踔粮鞣N部件顯示器的微型組件裝置也存在連接的問題。
在更加有希望的第2類的情況下(它是優(yōu)選的)，所用的電光效應(yīng)通常是TN效應(yīng)?？蓞^(qū)分為兩種技術(shù)TFT含有化合物半導(dǎo)體，如CdSe；或者TFT以多晶硅或無定形硅為基礎(chǔ)。全世界對后一技術(shù)進(jìn)行了廣泛地研究工作。
將TFT矩陣涂覆到顯示器一玻璃板的內(nèi)側(cè)，而在另一玻璃板內(nèi)側(cè)載有透明的反電極。與象素電極的尺寸相比，TFT是很小的，實(shí)際上對圖象沒有影響。這一技術(shù)也可擴(kuò)大用于全彩色兼容的圖象顯示器，在那里紅色、綠色和藍(lán)色濾光器的鑲嵌物按這樣排列，以致每一濾光器元件處于可轉(zhuǎn)換象素對面。
TFT顯示器通常在傳送中作為有正交偏振器的TN元件操作，并從背面照射。
在這里術(shù)語MLC顯示器包括含有積成非線性元件的任何矩陣顯示器，即除了有源矩陣外，顯示器還含有無源元件，如壓敏電阻或二極管(MIM＝金屬-絕緣體-金屬)。
這類MLC顯示器特別適合電視應(yīng)用(如袖珍電視機(jī))或用于計算機(jī)應(yīng)用(laptops)和汽車或飛機(jī)結(jié)構(gòu)的高信息顯示器。除了與反差的角相關(guān)性和響應(yīng)時間有關(guān)的問題外，還有在MLC顯示器中由于液晶混合物的電阻不夠高產(chǎn)生的問題〔TOGASHI，S.，SEKIGUCHI，K.，TANABE，H.，YAMAMOTO，E.，SORIMACHI，K.，TAJIMA，E.，WATANABE，H.，SHIMIZU，H.，Proc.Eurodisplay 84，Sept.1984A 210-288 Matrix LCDControlled by Double Stage Diode Rings，P.141 ff，Paris；STROMER，M.，Proc.Eurodisplay 84，Sept.1984Design of Thin Film Transistorsfor Matrix Addressing of Television Liquid Crystal Display，P.145 ff，Paris〕。隨著電阻下降，MLC顯示器的反差也下降，從而可能出現(xiàn)余象消失的問題。因?yàn)橐壕Щ旌衔锏碾娮柰ǔＴ贛LC顯示器使用期間由于與顯示器內(nèi)表面的相互作用而下降，所以為了得到可接受的使用壽命，高的(初始)電阻是很重要的。特別是在低電壓混合物的情況下，迄今還不可能達(dá)到很高的電阻。此外，隨加熱后和/或暴露到UV輻射后溫度升高，電阻的增加應(yīng)盡可能小也是重要的。先有技術(shù)得到的混合物的低溫性質(zhì)也是特別不利的。要求甚至在低溫下也不出現(xiàn)結(jié)晶相和/或近晶相，還要求粘度的溫度相關(guān)性應(yīng)盡可能的低。先有技術(shù)的MLC顯示器因此不能滿足現(xiàn)在的要求。
因此，仍然對有很高的電阻，同時甚至在低溫下也有寬的操作溫度范圍、短的響應(yīng)時間以及有低的閾電壓的MLC顯示器有很大的需求，這些顯示器沒有上述的缺點(diǎn)，或僅有不明顯的缺點(diǎn)。
在TN(Schadt-Helfrich)池的情況下，在池中有以下優(yōu)點(diǎn)的介質(zhì)是希望的-寬的向列相范圍(特別是降到低溫度)，-在極低溫度下(戶外使用、汽車、航空電子設(shè)備)的開關(guān)性，-對暴露到UV輻射(長時間)的高穩(wěn)定性。
先有技術(shù)得到的介質(zhì)不能在保持其他參數(shù)的情況下得到這些優(yōu)點(diǎn)。
在超扭曲元件(STN)的情況下，有更大多重性和/或更低閾電壓和/或更寬向列相范圍(特別是在低溫下)的介質(zhì)是希望的。為此，可得到的參數(shù)范圍的進(jìn)一步擴(kuò)大(清亮點(diǎn)、近晶-向列轉(zhuǎn)變或熔點(diǎn)、粘度、電介質(zhì)量、彈性體量)是迫切希望的。
本發(fā)明的目的是提供一種特別是用于這類MLC、TN或STN顯示器的介質(zhì)，它沒有上述的缺點(diǎn)，或者有不明顯的缺點(diǎn)，同時優(yōu)選有很高的電阻和低的閾電壓。
現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，當(dāng)新型的介質(zhì)用于顯示器時，這一目的可達(dá)到。
因此，本發(fā)明涉及一種基于有正介電各向異性的極性化合物的混合物的液晶介質(zhì)，其特征在于，它含有一種或多種通式I的化合物
式中，R為H；有1-15個碳原子的烷基或鏈烯基，它為未取代的、被CN或CF3單取代的或至少被鹵素單取代的，在這些基團(tuán)中一個或多個CH2基團(tuán)可被取代，在每種情況下各自獨(dú)立地被-O-、-S-、
-CO-、-CO-O-、-O-CO-或-O-CO-O-這樣取代，以致氧原子不直接相互連接，Y為F、Cl、有1-6個碳原子的鹵代的烷基、鏈烯基或烷氧基，以及L1為H或F。
式I的化合物有各種應(yīng)用。視所選的取代基而定，這些化合物用作主要構(gòu)成液晶介質(zhì)的原料；但是，式I化合物也可加到由其他類型化合物得到的液晶原料中，以便例如改變這類電介質(zhì)的介電各向異性和/或光學(xué)各向異性，和/或優(yōu)化其閾電壓和/或粘度。
在純的狀態(tài)下，式I的化合物是無色的，并在有利于電光用途的溫度范圍內(nèi)形成液晶近晶相。它們是化學(xué)穩(wěn)定的、熱穩(wěn)定的和對光穩(wěn)定的。
EP0387032中的通式涉及式I的化合物。
US5322638要求保護(hù)下式的1，3-二噁烷
式中，R1為鏈烯基，A2為1，4-苯基環(huán)或反-1，4-亞環(huán)己基環(huán)，X1為F或Cl，X2為氟。
EP0400861公開了下式的苯基二噁烷
X＝CN或FY＝H或F在含有式I化合物的新型介質(zhì)中，Y表示F、Cl、OCF3、OCHF2、CF3、CHFCF3、CF2CHF2、C2H4CHF2、CF2CH2CF3、CHF2、OCH2CF3、OCH2CHF2、OCF2CHF2、O(CH2)3CF3、OCH2C2F5、OCH2CF2CHF2、OCH2C3F7、OCHFCF3、OC2F5、OCF2CHFCF3、OCH＝CF2、OCF＝CF2、OCF＝CFCF3、OCF＝CF-C2F5、CH＝CHF、CH＝CF2、CF＝CF2、CF2OCF3，特別是F、OCHFCF3、OCF3、OCHF2、OC2F5、OC3F7、OCH＝CF2或CF2OCF3。
特別優(yōu)選其中Y＝L1＝F的式I化合物。
如果R為烷基和/或烷氧基，它可為直鏈的或支鏈的。優(yōu)選有2、3、4、5、6或7個碳原子的直鏈烷基和/或烷氧基，因此優(yōu)選乙基、丙基丁基、戊基、己基、庚基、乙氧基、丙氧基、丁氧基、戊氧基、己氧基或庚氧基，此外還有甲基、辛基、壬基、癸基、十一烷基、十二烷基、十三烷基、十四烷基、十五烷基、甲氧基、辛氧基、壬氧基、癸氧基、十一烷氧基、十二烷氧基、十三烷氧基或十四烷氧基。
優(yōu)選的氧雜烷基是直鏈的2-氧雜丙基(＝甲氧基甲基)、2-氧雜丁基(＝乙氧基甲基)或3-氧雜丁基(＝2-甲氧基乙基)、2-、3-或4-氧雜戊基、2-、3-、4-或5-氧雜己基、2-、3-、4-、5-或6-氧雜庚基、2-、3-、4-、5-、6-或7-氧雜辛基、2-、3-、4-、5-、6-、7-或8-氧雜壬基或2-、3-、4-、5-、6-、7-、8-或9-氧雜癸基。
如果R為其中一個CH2基團(tuán)被-CH＝CH-取代的烷基，它可為直鏈的或支鏈的。直鏈的是優(yōu)選的，并有2-10個碳原子。因此，特別是它為乙烯基、丙-1-烯基或丙-2-烯基、丁-1-、-2-或-3-烯基、戊-1-、-2-、-3-或-4-烯基、己-1-、-2-、-3-、-4-或-5-烯基、庚-1-、-2-、-3-、-4-、-5-或-6-烯基、辛-1-、-2-、-3-、-4-、-5-、-6-或-7-烯基、壬-1-、-2-、-3-、-4-、-5-、-6-、-7-或-8-烯基、癸-1-、-2-、-3-、-4-、-5-、-6-、-7-、-8-或-9-烯基。
如果R為其中一個CH2基團(tuán)被-O-取代和一個CH2基團(tuán)被-CO-取代的烷基，它們優(yōu)選是相鄰的。因此，它們含有一個酰氧基-CO-O-或一個氧羰基-O-CO-。它們優(yōu)選是直鏈的，并有2-6個碳原子。
因此，特別是它們?yōu)橐阴Ｑ趸⒈Ｑ趸?、丁酰氧基、戊酰氧基、己酰氧基、乙酰氧甲基、丙酰氧甲基、丁酰氧甲基、戊酰氧甲基?-乙酰氧乙基、2-丙酰氧乙基、2-丁酰氧乙基、3-乙酰氧丙基、3-丙酰氧丙基、4-乙酰氧丁基、甲氧基羰基、乙氧基羰基、丙氧基羰基、丁氧基羰基、戊氧基羰基、甲氧基羰基甲基、乙氧基羰基甲基、丙氧基羰基甲基、丁氧基羰基甲基、2-(甲氧基羰基)乙基、2-(乙氧基羰基)乙基、2-(丙氧基羰基)乙基、3-(甲氧基羰基)丙基、3-(乙氧基羰基)丙基或4-(甲氧基羰基)丁基。
如果R為其中一個CH2基團(tuán)被未取代的或取代的-CH＝CH-取代以及一個相鄰的CH2基團(tuán)被CO或CO-O或O-CO取代的烷基，那么它可為直鏈的或支鏈的。它優(yōu)選是直鏈的，并有4-13個碳原子。因此，特別是它為丙烯酰氧基甲基、2-丙烯酰氧基乙基、3-丙烯酰氧基丙基、4-丙烯酰氧基丁基、5-丙烯酰氧基戊基、6-丙烯酰氧基己基、7-丙烯酰氧基庚基、8-丙烯基氧基辛基、9-丙烯酰氧基壬基、10-丙烯酰氧基癸基、甲基丙烯酰氧基甲基、2-甲基丙烯酰氧基乙基、3-甲基丙烯酰氧基丙基、4-甲基丙烯酰氧基丁基、5-甲基丙烯酰氧基戊基、6-甲基丙烯酰氧基己基、7-甲基丙烯酰氧基庚基、8-甲基丙烯酰氧基辛基和9-甲基丙烯酰氧基壬基。
如果R為CN或CF3單取代的烷基或鏈烯基，它優(yōu)選為直鏈的。CN或CF3的取代可在任何所需的位置。
如果R為至少被鹵素單取代的烷基或鏈烯基，它優(yōu)選為直鏈的，而鹵素優(yōu)選為F或Cl。在多取代的情況下，鹵素優(yōu)選為F。生成的基團(tuán)也包括全氟基團(tuán)。在單取代的情況下，氟或氯取代基可在任何所需的位置，但優(yōu)選在ω-位。
含有適合于加成聚合反應(yīng)的翼型R基團(tuán)的式I化合物適用于制備液晶加成聚合產(chǎn)物。
含有支鏈的翼型R基團(tuán)的式I化合物由于在常用的液晶原料中有更好的溶解性有時可能是重要的，特別是作為手性摻雜物，如果它們是旋光性的話。這類近晶化合物適合用作制備鐵電材料的組分。
有SA相的式I化合物例如適合作熱尋址顯示器。
這類支鏈基團(tuán)通常含有不大于一個支鏈。優(yōu)選的支鏈R基團(tuán)為異丙基、2-丁基(＝1-甲基丙基)、異丁基(＝2-甲基丙基)、2-甲基丁基、異戊基(＝3-甲基丁基)、2-甲基戊基、3-甲基戊基、2-乙基己基、2-丙基戊基、異丙氧基、2-甲基丙氧基、2-甲基丁氧基、3-甲基丁氧基、2-甲基戊氧基、3-甲基戊氧基、2-乙基己氧基、1-甲基己氧基和1-甲基庚氧基。
如果R為其中兩個或兩個以上CH2基團(tuán)被-O-和/或-CO-O-取代的烷基，那么它可為直鏈的或支鏈的。它優(yōu)選為支鏈的，并有3-12個碳原子。因此，特別是它為二羧基甲基、2，2-二羧基乙基、3，3-二羧基丙基、4，4-二羧基丁基、5，5-二羧基戊基、6，6-二羧基己基、7，7-二羧基庚基、8，8-二羧基辛基、9，9-二羧基壬基、10，10-二羧基癸基、二(甲氧基羰基)甲基、2，2-二(甲氧基羰基)乙基、3，3-二(甲氧基羰基)丙基、4，4-二(甲氧基羰基)丁基、5，5-二(甲氧基羰基)戊基、6，6-二(甲氧基羰基)己基、7，7-二(甲氧基羰基)庚基、8，8-二(甲氧基羰基)辛基、二(乙氧基羰基)甲基、2，2-二(乙氧基羰基)乙基、3，3-(乙氧基羰基)丙基、4，4-二(乙氧基羰基)丁基和5，5-二(乙氧基羰基)己基。
式I的化合物可用本身已知的方法來制備，如文獻(xiàn)中描述的(如Houben-Weyl，Methoden der Organischen Chemie，Georg-Thieme-Verlag，Suttgart)，確切地說，是在已知的并適合于所述反應(yīng)的反應(yīng)條件下來制備。在這里也可使用本身已知的各種變通方案，但是在這里這些變通方案未詳細(xì)提及。
式I的化合物可按簡單的方式，通過以下方法來得到在相應(yīng)的二元醇與醛的反應(yīng)中消去水來形成1，3-二噁烷環(huán)，或者通過文獻(xiàn)中已知的方法，經(jīng)相應(yīng)的H、OH、甲苯磺酸鹽、三氟甲磺酸鹽、Br、I、金屬或醛衍生物直接生成X取代基。
本發(fā)明的化合物例如可按如下反應(yīng)圖示來制備反應(yīng)圖示1
反應(yīng)圖示2
后應(yīng)圖示3
本發(fā)明還涉及電光顯示器(特別是這樣的STN或MLC顯示器，它們有兩個平行的外板，外板與墊片一起構(gòu)成池，在外板上有用于轉(zhuǎn)換單個象素的積成非線性元件，在池中有正介電各向異性和高電阻的向列液晶混合物)，顯示器含有這類介質(zhì)；以及涉及這些介質(zhì)用于電光用途的應(yīng)用。
本發(fā)明的液晶混合物易于顯著擴(kuò)大可得到的參數(shù)范圍。
清亮點(diǎn)、低溫粘度、熱穩(wěn)定性、UV穩(wěn)定性和介電各向異性可得到的組合遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于以前由先有技術(shù)得到的材料。
對于高清亮點(diǎn)、低溫向列相和高Δε的要求，以前只能達(dá)到不能令人滿意的程度。雖然某些體系如ZLI-3119有可比的清亮點(diǎn)以及比較有利的粘度，但是它們的Δε僅有+3。
其他有些混合物體系有可比的粘度和Δε值，但又僅有60℃左右的清亮點(diǎn)。
本發(fā)明的液晶混合物使以下情況成為可能達(dá)到的清亮點(diǎn)超過80℃、優(yōu)選超過90℃、特別優(yōu)選超過100℃，同時介電各向異性值Δε≥6、優(yōu)選≥8；且有高的電阻值，而在-20℃以下、優(yōu)選-30℃以下，特別優(yōu)選-40℃以下仍保持向列相，這樣可得到極好的STN和MLC顯示器。特別是，混合物的特征是，有低的操作電壓。TN的閾電壓小于2.0伏、優(yōu)選小于1.5伏、特別優(yōu)選小于1.3伏。
很顯然，適當(dāng)選擇本發(fā)明混合物的組分，也能在較高的閾電壓下達(dá)到較高的清亮點(diǎn)(如100℃以上)，或者在較低的閾電壓下達(dá)到較低的清亮點(diǎn)，同時還保留其他有利的性質(zhì)。如果粘度升高相應(yīng)較小的數(shù)量，那么同樣可能得到有相當(dāng)高Δε，因此有相當(dāng)?shù)烷撾妷旱幕旌衔?。本發(fā)明的MLC顯示器優(yōu)選在Gooch和Tarry的第一傳送最小值內(nèi)操作[C.H.Gooch and H.A.Tarry，Electron，Lett.10，2-4，1974；C.H.Goochand H.A.Tarry，Appl.Phys.，Vol.8，1575-1584，1975]；在這種情況下，除了特別有利的電光性質(zhì)外，如高的特性線陡度以及在類似顯示器相同的閾電壓下低的反差的角相關(guān)性(德國專利3022818)外，在第二最小值中的較低的介電各向異性是足夠的。這可使用本發(fā)明的混合物比使用含氰基化合物的混合物在第一最小值中達(dá)到高得多的電阻。熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員可使用簡單的常規(guī)方法通過適當(dāng)選擇單個組分及其重量含量來產(chǎn)生MLC顯示器預(yù)定層厚所需的雙折射。
20℃下的粘度優(yōu)選小于60千帕·秒，特別優(yōu)選小于50千帕·秒。向列相范圍優(yōu)選至少90°、特別是至少100°。這一范圍優(yōu)選擴(kuò)大到至少從-20°至+80°。
“電容保持率”(HR)的測量[S.Matsumoto et al.，Liquid Crystals5，1320(1989)；K.Niwa et al.，Proc.SID Conference，San Francisco，June 1984，p.304(1984)；G.Weber et al.，Liquid Crystals 5，1381(1989)]表明，本發(fā)明含有式I化合物的混合物比其中式I化合物被式
的氰苯基環(huán)己烷或式
的酯代替的類似混合物隨溫度升高HR有小得多的下降。
本發(fā)明混合物的UV穩(wěn)定性也相當(dāng)好，即它們暴露到UV輻射下時，HR有相當(dāng)小的下降。
本發(fā)明的介質(zhì)優(yōu)選以許多種(優(yōu)選兩種或兩種以上)的式I化合物為基礎(chǔ)，即這些化合物的比例是5-95％、優(yōu)選10-60％、特別優(yōu)選20-50％。
可用于本發(fā)明介質(zhì)的式I至XII及其子式的單個化合物或者是已知的，或者可類似已知的化合物制備。
優(yōu)選的實(shí)施方案示于下面-式I的化合物為下式的二噁烷
式中，R為如權(quán)利要求1中規(guī)定的，但優(yōu)選為直鏈烷基；-介質(zhì)還含有一種或多種選自通式II至VI的化合物
式中，各個基團(tuán)有以下含義R0正烷基、氧雜烷基、氟代烷基或鏈烯基，在每一情況下有至多9個碳原子，X0F、Cl、有1-6個碳原子的鹵代烷基、鏈烯基或烷氧基，Y1和Y2在每種情況下，各自獨(dú)立為H或F，r0或1。
式IV的化合物優(yōu)選
或
-介質(zhì)還含有一種或多種選自通式VII至XII的化合物
式中，R0、X0、Y1和Y2各自獨(dú)立為如權(quán)利要求2中規(guī)定的，優(yōu)選F、Cl、CF3、OCF3、OCHF2、烷基、氧雜烷基、氟代烷基或鏈烯基，在每一情況下有至多6個碳原子；-介質(zhì)還含有一種或多種下式的化合物
-介質(zhì)還含有一種或多種下式的化合物
-式I至VI化合物的比例為整個混合物的至少50％(重量)；-式I化合物的比例為整個混合物的10-50％(重量)；-式II至VI化合物的比例為整個混合物的30-70％(重量)，
優(yōu)選為
-介質(zhì)含有式II、III、IV、V或VI的化合物；-R0為有2-7個碳原子的直鏈烷基或鏈烯基；-介質(zhì)主要由式I至VI的化合物組成；-介質(zhì)含有其中Y為F和OCHF2的式I化合物的混合物；-介質(zhì)還含有優(yōu)選自通式XIII至XVI的化合物
(X0＝F或Cl) XVI式中，R0和X0為如上規(guī)定的，且1，4-亞苯基環(huán)可被CN、Cl或F取代。1，4-亞苯基環(huán)優(yōu)選被F原子單取代或多取代；-I(II+III+IV+V+VI)的重量比優(yōu)選為1∶10至10∶1；-介質(zhì)主要由選自通式I至XII的化合物組成。
已發(fā)現(xiàn)，甚至相當(dāng)少量的式I化合物與常規(guī)的液晶材料混合，特別是與一種或多種式II、III、IV、V和/或VI的化合物混合，可使閾電壓顯著下降、以及得到低的雙折射值；同時還觀測到，有低的近晶向列轉(zhuǎn)變溫度的寬向列相，從而延長了使用壽命。特別優(yōu)選這樣的混合物，它們除含有一種或多種式I的化合物外，還含有一種或多種式IV的化合物，特別是其中X0為F或OCF3的式IVa化合物。式I至VI的化合物是無色的，穩(wěn)定的以及易于相互溶混和與其他液晶材料溶混。
術(shù)語“烷基”指有1-7個碳原子的直鏈烷基和支鏈烷基，特別是直鏈烷基，甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基和庚基。通常優(yōu)選有2-5個碳原子的烷基。
術(shù)語“鏈烯基”指有2-7個碳原子的直鏈鏈烯基和支鏈鏈烯基，特別是直鏈鏈烯基。特別優(yōu)選的鏈烯基是C2-C7-1E-鏈烯基、C4-C7-3E-鏈烯基、C5-C7-4-鏈烯基、C6-C7-5-鏈烯基和C7-6-鏈烯基，特別是C2-C7-1E-鏈烯基、C4-C7-3E-鏈烯基和C5-C7-4-鏈烯基。優(yōu)選的鏈烯基的例子是乙烯基、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-庚烯基等。至多5個碳原子的鏈烯基是優(yōu)選的。
術(shù)語“氟代烷基”優(yōu)選指含有末端氟的直鏈的氟代烷基，即氟代甲基、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。但是，不排除其他位置的氟。
術(shù)語“氧雜烷基”優(yōu)選指式CnH2n+1-O-(CH2)m的直鏈氧雜烷基，其中n和m各自獨(dú)立為1-6。n優(yōu)選為1，而m優(yōu)選為1-6。
通過適當(dāng)選擇R0和X0的含義，可按需要改變尋址時間、閾電壓和傳送特性線的陡度。例如，1E-鏈烯基、3E-鏈烯基、2E-鏈烯氧基等與烷基和烷氧基相比，通常得到較短的尋址時間、高的向列傾向以及彈性常數(shù)K33(彎曲)和K11(傾斜)之間較高的比值。4-鏈烯基、3-鏈烯基等與烷基和烷氧基相比，通常得到較低的閾電壓和較低的K33/K11值。
與簡單的共價鍵相比，-CH2CH2-通常得到較高的K33/K11值。較高的K33/K11值便于使有90°扭曲的TN元件中傳送特性線變平(為達(dá)到灰色調(diào))，而在STN、SBE和OMI元件中傳送特性線變陡(更大的多性)，反過來也行。
式I化合物與式II+III+IV+V+VI化合物的最佳混合比主要取決于所需的性質(zhì)，所選的式I、II、III、IV、V和/或VI的組分以及任何可存在的其他組分的選擇。在上述范圍內(nèi)的適合混合比可很容易按逐個情況來確定。
式I至XII化合物在本發(fā)明混合物中的總量并不重要。所以，為了優(yōu)化各種性質(zhì)，混合物可含有一種或多種另外的組分。但是，式I至XII化合物的總濃度越高，所觀測到對尋址時間和閾電壓的影響通常越大。
在一特別優(yōu)選的實(shí)施方案中，本發(fā)明的介質(zhì)含有式II至VI的化合物(優(yōu)選II、III和/或IV，特別是IVa)，其中X0為F、OCF3、OCHF2、OCH＝CF2、OCF＝CF2或OCF2-CF2H。與式I化合物有利的協(xié)合效果得到特別有利的性質(zhì)。特別是，含有式I和IVa化合物的混合物的特點(diǎn)是其低閾電壓。
本發(fā)明MLC顯示器從偏振器、電極基板和表面處理的電極的結(jié)構(gòu)對應(yīng)于這類顯示器常用的結(jié)構(gòu)。在這里術(shù)語常用結(jié)構(gòu)從廣義上得到，也涉及MLC顯示器的所有派生物和改進(jìn)，特別是也涉及基于多晶硅TFT或MIM的矩陣顯示元件。
但是，本發(fā)明的顯示器與那些迄今基于扭曲向列元件的常用顯示器的主要區(qū)別是在液晶層中液晶參數(shù)的選擇。
可用于本發(fā)明的液晶混合物按本身常用的方法來制備。通常，將使用較少量的所需數(shù)量的組分在升溫下溶于構(gòu)成主要成分的組分中。也可將組分的溶液在有機(jī)溶劑中混合，例如在丙酮、氯仿或甲醇中混合；充分混合后，例如再用蒸餾法除去溶劑。
電介質(zhì)還可含有熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員已知的并在文獻(xiàn)中描述的其他添加劑。例如，可加入0-15％各色染料或手性摻雜物。
C表示結(jié)晶相，S表示近晶相，SC表示近晶C相，N表示向列相和I表示各向同性相。
V10表示10％傳送的電壓(視角垂直于板面)。ton表示在操作電壓對應(yīng)于V10電壓的2.5倍下的接通時間，toff表示斷開時間。Δn表示光學(xué)各向異性和no表示折射指數(shù)。Δε表示介電各向異性(Δε＝ε||-ε⊥，其中ε||為平行于分子縱軸的介電常數(shù)，ε⊥為垂直于它的介電常數(shù))。除非另加說明，電光數(shù)據(jù)是在20℃下，在第一最小值(即在d·Δn值為0.5下)下，在TN中測量的。除非另加說明，光學(xué)數(shù)據(jù)是在20℃下測量的。
在本申請書中和以下的實(shí)施例中，液晶化合物的結(jié)構(gòu)用簡稱表示，根據(jù)下表A和B轉(zhuǎn)變成化學(xué)式。所有的基團(tuán)CnH2n+1和CmH2m+1為分別有n和m個碳原子的直鏈烷基。在表B中的符號是不言而喻的。在表A中，只給出原始結(jié)構(gòu)的簡稱。在單個情況下，原始結(jié)構(gòu)的簡稱后用短線分開，接著是R1、R2、L1和L2取代基的符號R1、R2、 L1、R1R2L1L2L2的符號nmCnH2n+1CmH2m+1HHnOm CnH2n+1OCmH2m+1HHnO.m OCnH2n+1CmH2m+1HHn CnH2n+1CN HHnN.F CnH2n+1CN HFnFCnH2n+1F HHnOF OCnH2n+1F HHnCl CnH2n+1Cl HHnF.F CnH2n+1F HFnF.F.FCnH2n+1F FFnCF3CnH2n+1CF3HHnOCF3CnH2n+1OCF3HHnOCF2CnH2n+1OCHF2HHnSCnH2n+1NCSHHrVsN CrH2r+1-CH＝CH-C2H2s-CN HHrEsN CrH2r+1-O-C2H2s- CN HHnAm CnH2n+1COOCmH2m+1HHnOCCF2.F.F CnH2n+1OCH2CF2HFF優(yōu)選的混合物組分列入表A和B中。表A
PYP PYRP
BCH CBC
CCH CCP
CPTP
CEPTP
ECCP CECP
EPCH PCH
PTP BECH
EBCH CPC
BFET-nF
CGG CGU
CFU表B
BCH-n.Fm CFU-n-F
1nm
CBC-nmF
ECCP-nmCCH-n1EM
T-nFm CGU-n-F
CDU-n-FCGG-n-F
CDU-n-OD
以下實(shí)施例用來說明本發(fā)明，但不是對本發(fā)明的限制。上述的和下述的百分?jǐn)?shù)為重量百分?jǐn)?shù)。所有的溫度以攝氏度給出。m.p.表示熔點(diǎn)，c.p.表示清亮點(diǎn)。此外，C為結(jié)晶相，N為向列相，S為近晶相和I為各向同性相。這些簡稱之間的數(shù)據(jù)表示轉(zhuǎn)變溫度。Δn表示光學(xué)各向異性(589納米，20℃)，粘度在20℃下測定(毫米2/秒)。
“常規(guī)處理”指如果需要，加入水，用二氯甲烷、乙醚或甲苯萃取混合物，分出有機(jī)相干燥和蒸發(fā)，用減壓蒸餾法或用晶化和/或色譜法純化產(chǎn)物。使用以下縮寫DAST三氟化二乙基氨基硫DMEU 1，3-二甲基-2-咪唑啉酮POT 叔丁氧基鉀THF 四氫呋喃pTsOH 對甲苯磺酸實(shí)施例1
將0.25克對甲苯磺酸加到55毫升甲苯的0.05摩爾I和0.055摩爾II中，將混合物在水分離器上沸騰1小時，然后冷卻到室溫，加入水，將混合物進(jìn)行常規(guī)處理。C68N(51.2)1；Δn＝+0.061；Δε＝16.73。
用類似的方法制備下式的化合物
R XLaCH3FHCH3FFC67N；Δn＝+0.044；Δε＝15.93C2H5FHC2H5FFC68；Δn＝+0.051；Δε＝16.40n-C3H7FHC90N102.71；Δn＝+0.092；Δε＝10.7n-C4H9FHn-C4H9FFn-C5H11FHn-C5H11FFC60N77.01；Δn＝+0.066；Δε＝15.47n-C6H13FHn-C6H13FFCH3Cl HCH3Cl FC2H5Cl HC2H5Cl Fn-C3H7Cl HC96N1421；Δn＝+0.11；Δε＝10.32n-C3H7Cl Fn-C4H9Cl HRXLan-C4H9Cl Fn-C5H11Cl Hn-C5H11Cl Fn-C6H13Cl Hn-C6H13Cl FCH3OCF3HCH3OCF3FC2H5OCF3HC2H5OCF3Fn-C3H7OCF3HC55SA(46)N101.71；Δn＝+0.080；Δε＝14.16n-C3H7OCF3FC50N62.41；Δn＝+0.071；Δε＝18.09n-C4H9OCF3Hn-C4H9OCF3Fn-C5H11OCF3Hn-C5H11OCF3Fn-C6H13OCF3Hn-C6H13OCF3FCH3CF3HCH3CF3FC2H5CF3HC2H5CF3Fn-C3H7CF3Hn-C3H7CF3Fn-C4H9CF3Hn-C4H9CF3Fn-C5H11CF3Hn-C5H11CF3Fn-C6H13CF3Hn-C6H13CF3FCH3CF2HHCH3CF2HFC2H5CF2HHC2H5CF2HFRX Lan-C3H7CF2HHn-C3H7CF2HFn-C4H9CF2HHn-C4H9CF2HFn-C5H11CF2HHn-C5H11CF2HFn-C6H13CF2HHn-C6H13CF2HFCH3OCH2CF3HCH3OCH2CF3FC2H5OCH2CF3HC2H5OCH2CF3Fn-C3H7OCH2CF3Hn-C3H7OCH2CF3Fn-C4H9OCH2CF3Hn-C4H9OCH2CF3Fn-C5H11OCH2CF3Hn-C5H11OCH2CF3Fn-C6H13OCH2CF3Hn-C6H13OCH2CF3FCH3OCH＝CF2HCH3OCH＝CF2FC2H5OCH＝CF2HC2H5OCH＝CF2Fn-C3H7OCH＝CF2Hn-C3H7OCH＝CF2Fn-C4H9OCH＝CF2Hn-C4H9OCH＝CF2Fn-C5H11OCH＝CF2Hn-C5H11OCH＝CF2Fn-C6H13OCH＝CF2Hn-C6H13OCH＝CF2F
實(shí)施例2
將0.25克對甲苯磺酸加到55毫升甲苯的0.05摩爾I和0.055摩爾II中，將混合物在水分離器上沸騰1小時，然后冷卻到室溫，加入水，將混合物進(jìn)行常規(guī)處理。
將0.033摩爾產(chǎn)物III溶于100毫升THF中，將溶液加熱到50℃。加入8.2毫升32％NaOH溶液和1.4克叔丁基硫酸氫銨，將一氯二氟甲烷通入反應(yīng)混合物，一直到后者開始沸騰。再將混合物在50℃下攪拌1小時，冷卻到室溫，進(jìn)行常規(guī)處理。C54N(39.1)1；Δn＝+0.067；Δε＝14.26。
用類似的方法制備下式的化合物
R LaCH3HCH3FC2H5Hn-C3H7Hn-C3H7FC44N77.71；Δn＝+0.080；Δε＝15.33n-C4H9Hn-C4H9Fn-C5H11Hn-C5H11Fn-C6H13Hn-C6H13F混合物實(shí)施例實(shí)施例ACCP-2F.F.F 12.0％ 清亮點(diǎn)[℃]57CCP-3F.F.F 11.0％Δn[589nm，20℃]+0.0860CCP-5F.F.F 6.0％ Δε[1kHz，20℃]CCP-3OCF39.0％ V(10，0，20)[V] 0.92CCP-5OCF38.0％CGU-2-F12.0％CGU-3-F13.0％CGU-5-F9.0％CDU-3-F20.0％實(shí)施例BCCP-3OCF312.0％清亮點(diǎn) [℃]+66CCP-5OCF310.0％ Δn[589nm，20℃] +0.0895CGU-2-F 8.0％Δε[1kHz，20℃] -CGU-3-F 6.0％ V(10，0，20)[V]0.89CGU-5-F 6.0％CDU-3-F 30.0％CFU-2-F 9.0％CFU-3-F 12.0％CFU-5-F 7.0％實(shí)施例CCCP-2F.F.F12.0％ 清亮點(diǎn)[℃]+66CCP-3F.F.F13.0％ Δn[589nm，20℃] +0.0776CCP-5F.F.F10.0％ Δε[1kHz，20℃] -CCP-3OCF39.0％V(10，0，20)[V] 0.99CCP-5OCF38.0％CGU-2-F 5.0％CGU-3-F 7.0％CDU-2-F 12.0％CDU-3-F 14.0％CDU-5-F 10.0％實(shí)施例DCCP-2OCF316.0％ 清亮點(diǎn)[℃]+64CCP-3OCF310.0％ Δn[589nm，20℃] +0.0744CCP-2F.F.F16.0％ Δε[1kHz，20℃] +10.9CCP-3F.F.F14.0％ V(10，0，20)[V] -CCP-5F.F.F12.0％CGU-2-F 12.0％CGU-3-F 4.0％CDU-2-F 12.0％CDU-3-F 4.0％實(shí)施例ECCP-2F.F.F 9.0％ 清亮點(diǎn)[℃]+70CCP-3F.F.F 12.0％ Δn[589nm，20℃] +0.0803CCP-5F.F.F 6.0％ Δε[1kHz，20℃] +13.0CCP-3OCF39.0％ V(10，0，20)[V] 1.05CCP-4OCF35.0％CCP-5OCF39.0％CGU-2-F 5.0％CGU-3-F 9.0％CDU-2-F 12.0％CDU-3-F 14.0％CDU-5-F 10.0％實(shí)施例FPCH-5F 3.20％ 清亮點(diǎn)[℃]+109CCP-2OCF2.F.F 17.04％Δn[589nm，20℃] -CCP-3OCF2.F.F 16.00％Δε[1kHz，20℃] +10.7CCP-5OCF2.F.F 17.04％K1[10-12N，20℃]11.7CUP-2F.F5.36％ K3[10-12N，20℃]19.0CUP-3F.F5.36％CBC-33F 5.36％CBC-53F 5.36％CBC-55F 5.28％CDU-3-F 20.00％實(shí)施例GCCP-2F.F.F16.0％清亮點(diǎn) [℃]+78CCP-3F.F.F12.0％ Δn[589nm，20℃]+0.0663CCP-5F.F.F6.0％Δε[1kHz，20℃]+8.0CCP-2OCF316.0％K1[10-12N，20℃] 10.7CCP-3OCF310.0％K3[10-12N，20℃] 13.7CDU-2-F 10.0％CDU-3-F 8.0％CCH-3410.0％CCH-358.0％PCH-7F4.0％實(shí)施例HPCH-7F9.0％ 清亮點(diǎn) [℃]+65CCP-2OCF316.0％Δn[589nm，20℃]+0.0703CCP-3OCF312.0％Δε[1kHz，20℃]+10.1CCP-2F.F.F16.0％ K1[10-12N，20℃] 9.1CCP-3F.F.F11.0％ K3[10-12N，20℃] 13.1CCP-5F.F.F9.0％CDU-2-F 12.0％CDU-3-F 9.0％CDU-5-F 6.0％實(shí)施例ICDU-2-F 12.0％ 清亮點(diǎn)[℃]+52CDU-2-F 15.0％Δn[589nm，20℃] +0.0785CDU-5-F 10.0％Δε[1kHz，20℃] +13.4CDU-2-OD 8.0％ K1[10-12N，20℃] 6.0CDU-3-OD 14.0％K3[10-12N，20℃]CDU-3-OT 10.0％IS-2858 8.0％CGU-2-F 11.0％CGU-3-F 12.0％實(shí)施例JCCH-34 4.0％清亮點(diǎn) [℃]75CCH-3013.0％Δn[589nm，20℃] +0.0696PCH-7F 4.0％Δε[1kHz，20℃] +8.6CCP-2F.F.F 12.0％ V(10，0，20)[V] 1.18CCP-3F.F.F 12.0％ K1[10-12N，20℃] 8.9CCP-5F.F.F 8.0％K3[10-12N，20℃] 14.4CCP-2OCF2.F.F 8.0％CCP-3OCF2.F.F 10.0％CCZU-2-F 7.0％CCZU-3-F 14.0％CCZU-5-F 8.0％CDU-3-F4.0％實(shí)施例KCCH-344.0％ 清亮點(diǎn)[℃]73CCH-301 9.0％ Δn[589nm，20℃] +0.0679PCH-7F6.0％ Δε[1kHz，20℃] +9.2CCP-2F.F.F12.0％V(10，0，20)[V] 1.23CCP-3F.F.F11.0％K1[10-12N，20℃]9.5CCP-5F.F.F8.0％ K3[10-12N，20℃]14.7CCP-3OCF35.0％CCP-5OCF36.0％CCZU-2-F 7.0％CCZU-3-F 14.0％CCZU-5-F 8.0％CDU-2-F 5.0％CDU-3-F 5.0％
權(quán)利要求
1.基于有正介電各向異性的極性化合物的混合物的液晶介質(zhì)，其特征在于，它含有一種或多種通式I的化合物
其中，R為H；有1-15個碳原子的烷基或鏈烯基，它是未取代的，被CN或CF3單取代的或被鹵素至少單取代的，在這些基團(tuán)中一個或多個CH2基團(tuán)在每種情況下也可各自獨(dú)立地被-O-、-S-、
、-CO-CO-O-、-O-CO-或-O-CO-O-按這樣的方式取代，以致O原子彼此不直接連接，Y為F、Cl、有1-6個碳原子的鹵代烷基、鏈烯基或烷氧基，以及L1為H或F，條件是當(dāng)Y是F或Y是Cl時，L1是F。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的介質(zhì)，其特征在于，它還含有一種或多種選自通式II、III、IV、V和VI的化合物
式中，各個基團(tuán)有以下含義R0正烷基、氧雜烷基、氟代烷基或鏈烯基，每一情況下有至多7個碳原子，X0F、Cl、有1-6個碳原子的鹵代烷基、鏈烯基或烷氧基，Y1和Y2在每一情況下，各自獨(dú)立為H或F，r0或1。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的介質(zhì)，其特征在于，在整個混合物中，式I至VI化合物的比例為至少50％(重量)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2的介質(zhì)，其特征在于，在整個混合物中，式I化合物的比例為3-80％(重量)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2和3中至少一項(xiàng)的介質(zhì)，其特征在于，在整個混合物中，式II至VI的化合物的比例為20-80％(重量)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的介質(zhì)，其特征在于，它還含有下式的化合物
7.根據(jù)權(quán)利要求6的介質(zhì)，其特征在于，X0為F或OCF3，Y2為H或F。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7中一項(xiàng)的介質(zhì)，其特征在于，式I化合物中的Y為F、OCF3、OCHF2、OCHFCF3、OCH2CF3、OCH＝CF2或OC2F5。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-7中一項(xiàng)的介質(zhì)，其特征在于，在式I的化合物中，Y1＝L1＝F。
10.權(quán)利要求1的液晶介質(zhì)用于電光用途的應(yīng)用。
11.含有權(quán)利要求1的液晶介質(zhì)的電光液晶顯示器。
全文摘要
本發(fā)明涉及基于有正的介電各向異性的極性化合物的混合物的液晶介質(zhì),其特征在于,它含有一種或多種通式Ⅰ的化合物,式中,R、Y和L
文檔編號C09K19/34GK1194663SQ96196602
公開日1998年9月30日 申請日期1996年8月19日 優(yōu)先權(quán)日1995年9月1日
發(fā)明者樽見和明, B·舒勒, E·波特什 申請人:默克專利股份有限公司