專利名稱：包含噻吩衍生物的液晶介質(zhì)的制作方法
包含噻吩衍生物的液晶介質(zhì)
本發(fā)明涉及包含噻吩衍生物的液晶介質(zhì)(FK介質(zhì))并涉及含有這些液晶介質(zhì)的液晶顯示器(FK顯示器)。所述介質(zhì)具有高光學各向異性并且優(yōu)選具有25重量％或更多的噻吩衍生物含量。
液晶主要在顯示設備中用作電介質(zhì)，因為這類物質(zhì)的光學性質(zhì)能受到施加的電壓的影響?；谝壕У碾姽鈱W器件對本領域技術人員來說是極為熟知的且可以基于各種效應。這類器件的實例是具有動態(tài)散射的盒，DAP(排列相畸變)盒、賓/主盒、具有扭曲向列結(jié)構的TN盒、STN(超扭曲向列)盒、SBE(超雙折射效應)盒和OMI (光學模式干涉)盒。 最為常見的顯示器件基于Schadt-Helfrich效應并且具有扭曲向列結(jié)構。此外，還有以與基板和液晶面平行的電場工作的盒，例如IPS(面內(nèi)切換)盒。特別地，TN、STN和IPS盒， 尤其是TN、STN和IPS盒是對于根據(jù)本發(fā)明的介質(zhì)而言當前商業(yè)上令人關注的應用領域。
液晶材料必須具有良好的化學和熱穩(wěn)定性和對電場和電磁福射的良好的穩(wěn)定性。 此外，液晶材料應當具有低粘度并在盒中產(chǎn)生短的尋址時間、低的閾值電壓和高的對比度。
此外，它們應當在通常的操作溫度，即在高于和低于室溫的最寬的可能范圍內(nèi)具有合適的中間相(Mesophase )，例如用于上述盒的向列型中間相。因為通常將液晶作為多種組分的混合物使用，因此重要的是組分彼此易于混溶。各個化合物應當在典型的混合物(也稱為主體)中具有高溶解性。更進一步的性質(zhì)如導電性、介電各向異性和光學各向異性必須根據(jù)盒類型和應用領域而滿足各種要求。例如，用于具有扭曲向列結(jié)構的盒的材料應當具有正的介電各向異性和低導電能力。
例如，對于具有集成的非線性元件以切換獨立像素的矩陣液晶顯示器(MFK顯示器)，期望具有大的正介電各向異性、寬的向列相、相對低的雙折射、很高的電阻率、良好的 UV和溫度穩(wěn)定性和低蒸氣壓的介質(zhì)。
這類矩陣液晶顯示器是已知的。作為用于獨立地切換獨立像素的非線性元件，可以使用例如有源元件(即晶體管)。于是使用術語“有源矩陣(aktiven Matrix)”，其中可區(qū)分為以下兩種類型
1.在作為基底的硅晶片上的MOS (金屬氧化物半導體)或其它二極管。
2.在作為基底的玻璃板上的薄膜晶體管(TFT)。
將單晶硅作為基底材料使用限制了顯示器尺寸，因為甚至是不同分顯示器的模塊式組裝也會在接頭處導致問題。
就優(yōu)選的更有前景的類型2的情況來說，所用的電光效應通常是TN效應。區(qū)分為兩種技術由化合物半導體例如WSe構成的TFT,或基于多晶娃或非晶娃的TFT。對于后一種技術，全世界范圍內(nèi)正在進行深入的工作。
將TFT矩陣施加于顯示器的一個玻璃板的內(nèi)側(cè)，而另一玻璃板在其內(nèi)側(cè)帶有透明反電極。與像素電極的尺寸相比，TFT非常小且對圖像幾乎沒有不利作用。該技術還可以推廣到全色功能的(voll farbtaugliche)顯示器,其中將紅、綠和藍濾光片的鑲嵌物 (Mosaik)以使得每個濾光片元件與可切換的像素對置的方式布置。
TFT顯示器通常作 為在透射中具有交叉的起偏器的TN盒來運行且是背景照明的。
術語“MFK顯示器”在此包括具有集成非線性元件的任何矩陣顯示器，即除了有源矩陣外，還有具有無源(passiven)元件的顯示器，如可變電阻或二極管(MM=金屬-絕緣體-金屬)。
這類MFK顯示器特別適用于TV應用(例如袖珍電視)或用于計算機應用(膝上型電腦)和汽車或飛行器構造中的高信息顯示器。除了關于對比度和響應時間的角度依賴性問題之外，由于液晶混合物不夠高的電阻率，MFK顯示器中也還產(chǎn)生一些困難[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]。隨著降低的電阻,MFK顯示器的對比度劣化,并且可能出現(xiàn)殘留影像消除的問題。因為由于與顯示器內(nèi)部表面的相互作用，液晶混合物的電阻率通常隨MFK顯示器的壽命下降，所以高的(初始)電阻非常重要以獲得可接受的使用壽命。特別是就低電壓的混合物來說，至今不可能實現(xiàn)很高的電阻率值。此外重要的是，電阻率顯示出在升高的溫度下和在溫度負荷后和/或UV曝露后最小可能的增加。來自現(xiàn)有技術的混合物的低溫性能也是特別不利的。要求即使在低溫下也不出現(xiàn)結(jié)晶和/或近晶相， 以及粘度的溫度依賴性要盡可能低。因此，來自現(xiàn)有技術的MFK顯示器不滿足當今的要求。
對于TV和視頻應用，要求具有短的響應時間的MFK顯示器。特別地，如果使用具有低粘度值、特別是旋轉(zhuǎn)粘度Y1的液晶介質(zhì)，就能實現(xiàn)這樣的短響應時間。然而，稀釋性的添加劑通常降低清亮點，從而降低介質(zhì)的工作溫度范圍。
因此，總是存在著對具有非常高的電阻率同時也具有大的工作溫度范圍、短響應時間(甚至在低溫下)和低閾值電壓的MFK顯示器的很大需求，這種顯示器不顯示出或僅僅較小程度地顯示出這些缺點。
在TN(Schadt-Helfrich)盒的情況下,期望能在盒中實現(xiàn)以下優(yōu)點的介質(zhì)
-拓寬的向列相范圍(特別是直到低溫的)
-在極低溫下切換的能力(戶外應用、汽車、航空電子技術)
-提高的對UV輻射的耐受性(更長的壽命)
-低閾值電壓
可從現(xiàn)有技術中獲得的介質(zhì)不能實現(xiàn)這些優(yōu)點而在同時保留其它參數(shù)。
就高度扭曲(STN)盒來說，期望能實現(xiàn)更高的多路傳輸性 (Multiplexierbarkeit)和/或更低的閾值電壓和/或更寬的向列相范圍(特別是在低溫下)的介質(zhì)。為此，迫切地需要進一步擴展可利用的參數(shù)范圍(清亮點、近晶-向列型的轉(zhuǎn)變或熔點、粘度、介電值、彈性值)。
在用于TV和視頻應用(例如IXD-TV、監(jiān)視器、PDA、筆記本、游戲控制臺)的液晶顯示器的情況下，要求響應時間顯著縮短。因此，需要用于液晶介質(zhì) 的化合物，其能實現(xiàn)響應時間的減少而同時不損害液晶介質(zhì)的其它性能，如清亮點、介電各向異性△ ε或者雙折射Λ η。對于該目的特別期望低的旋轉(zhuǎn)粘度。
在用于具有正介電各向異性的液晶介質(zhì)的情況下，通常要求快的響應時間。已知降低液晶盒中液晶介質(zhì)的層厚度d理論上導致響應時間降低。因此對于該目的要求具有較高雙折射值Λ η的液晶介質(zhì)，以確保足夠的光延遲d· Λη。然而，另一方面，具有較高雙折射值的液晶介質(zhì)典型地也顯示較高的旋轉(zhuǎn)粘度值，這反過來導致更長的響應時間。因此，通過降低層厚度實現(xiàn)的響應時間的縮短又被使用的液晶介質(zhì)的較高旋轉(zhuǎn)粘度至少部分補償。 因此，迫切需要同時具有高雙折射值和低旋轉(zhuǎn)粘度的液晶介質(zhì)。
除了這些基于各種電光效應的已建立的顯示器應用之外，還有一些用液晶介質(zhì)操作的電光學器件。這些包括打印機、掃描儀、透鏡、照射裝置和電光學快門(Verschlilsse)。 后者可以用于技術裝置或者照相機中，并且最近還用在用于三維(3D)圖像的顯示器中。 此類3D顯示器件使用快速切換的液晶介質(zhì)作為快門，以產(chǎn)生分離的光束交替地用于觀察者左眼和右眼的尋址(Ansteuerung)。這里，液晶介質(zhì)可以取決于3D技術而安置在眼鏡中或者在屏幕的一部分中。非?？斓捻憫獣r間對于此類應用是必要的。在許多情況下高雙折射同樣是需要的，例如以實現(xiàn)用于液晶透鏡的可調(diào)節(jié)的光衍射。這些可切換的透鏡可以用于由可切換的2D顯示器和可切換的光學元件組成的自動立體顯示器中，所述可切換的光學元件能夠在2D模式和3D模式之間交替變化。設計成可切換的雙凸透鏡 (Lentikularlinsen)的透鏡，將2D顯示器的像素內(nèi)容扇形擴展到空間。每個扇區(qū)單元 (Fiicherelement )含有來自特定視角的3D內(nèi)容的信息。如果觀察者的兩只眼睛均位于相鄰的扇區(qū)中，則觀眾將感知到空間的立體圖像。
這里可切換的透鏡可以被實現(xiàn)為液晶一GRIN透鏡(梯度折射率透鏡 iiGrandientenindexlinse”)或者液晶復制透鏡(Replikalinse)。為了達到高的折光力，所用液晶介質(zhì)的高光學雙折射率是期望的。
本發(fā)明的任務在于提供介質(zhì)、特別是用于該類型的MFK、TN、STN或者IPS顯示器的介質(zhì)，其具有如上所示的期望的性質(zhì)并且不顯示或者僅僅在較小的程度上顯示如上所示的缺點。特別地，液晶介質(zhì)應當具有快的響應時間、低的旋轉(zhuǎn)粘度同時高介電各向異性和高雙折射率。此外，液晶介質(zhì)應當具有高的清亮點、寬的向列相范圍和低閾值電壓。
現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)如果在液晶介質(zhì)中、特別是在具有正介電各向異性的液晶介質(zhì)中并因此在MFK、TN、STN和IPS顯示器中使用高濃度的特定噻吩衍生物可以實現(xiàn)該目的。這些噻吩衍生物產(chǎn)生具有上述期望的性質(zhì)的液晶介質(zhì)。
許多噻吩化合物已經(jīng)被描述為液晶。已知例如來自說明書W02009/129915A1的化合物和混合物。其中的噻吩化合物的比例為3-18重量％。
因此，本發(fā)明涉及包含一種或多種式I的化合物的液晶介質(zhì)
權利要求
1.液晶介質(zhì)，包含ー種或多種式I的化合物
2.根據(jù)權利要求1的液晶介質(zhì)，特征在于它包含一種或多種選自下式的化合物
3.根據(jù)權利要求1或2的液晶介質(zhì)，特征在于它具有25重量％或更多含量的一種或多種式I的化合物或者一種或多種選自式Il至153的化合物。
4.根據(jù)權利要求1至3的ー項或多項的液晶介質(zhì)，特征在于R1與R2獨立地表示具有I至7個C原子的直鏈或支鏈的烷基，其中ー個或多個不相鄰的CH2基團也可以彼此獨立地被-CH=CH-、-C = C-、-O-、-CO-、-CO-O-, -0-C0-或者-0-C0-0-以 0 原子不直接彼此相連接的方式代替。
5.根據(jù)權利要求1至4的ー項或多項的液晶介質(zhì)，特征在于它在室溫下具有向列相。
6.根據(jù)權利要求1至5的ー項或多項的液晶介質(zhì)，特征在于它另外包含ー種或多種式II和
7.根據(jù)權利要求1至6的ー項或多項的液晶介質(zhì)，特征在于它另外包含ー種或多種選自下式的化合物
8.根據(jù)權利要求1至7的ー項或多項的液晶介質(zhì)，特征在于它另外包含ー種或多種選自下式的化合物
9.根據(jù)權利要求1至8的ー項或多項的液晶介質(zhì)，特征在于它另外包含ー種或多種下式的化合物
10.制備根據(jù)權利要求1至9的ー項或多項的液晶介質(zhì)的方法，特征在于將ー種或多種式I的化合物與ー種或多種式I1-X1、XXVI的化合物混合或者與其他的液晶化合物和/或添加劑混合。
11.根據(jù)權利要求1至9的ー項或多項的液晶介質(zhì)用于電光學目的的用途。
12.含有根據(jù)權利要求1至9的ー項或多項的液晶介質(zhì)的電光學器件。
13.根據(jù)權利要求12的器件，特征在于所述器件是顯示器件或者可切換的透鏡。
全文摘要
本發(fā)明涉及包含噻吩衍生物的液晶介質(zhì)(FK介質(zhì))并涉及含有這些液晶介質(zhì)的液晶顯示器(FK顯示器)。所述介質(zhì)具有高光學各向異性并且優(yōu)選具有25重量%或更多含量的噻吩衍生物。
文檔編號C09K19/34GK103038312SQ201180036766
公開日2013年4月10日 申請日期2011年7月1日 優(yōu)先權日2010年7月29日
發(fā)明者M·韋特克, B·舒勒, A·簡森 申請人:默克專利股份有限公司