JP2007529767A - 電気光学光変調素子、ディスプレイおよび媒体 - Google Patents

Abstract

本発明は、電気光学光変調素子、およびこの種類の元素を含む、例えば、テレビジョンスクリーン、およびコンピュータモニターなどの電気光学ディスプレイおよびディスプレイ系に関する。本発明による光変調素子は、光変調素子の動作中にサイボタクチックネマチック相であり、良好なコントラストと低い視野角依存性に加えて、特に非常に短い応答時間によって特徴付けられるメソゲン変調媒体を含む。電気光学光変調素子に用いられるメソゲン変調媒体は、同様に、本発明の主題である。

Description

本発明は、電気光学光変調素子およびそれを含むディスプレイに関する。光変調素子は素子の動作温度でサイボタクチック（ｃｙｂｏｔａｃｔｉｃ）ネマチック相を有する変調媒体を用いる。

本発明は、例えば、テレビジョンスクリーンおよびコンピュータモニターなど、電気光学光変調素子およびこの種類の素子を含む電気光学ディスプレイおよびディスプレイシステムに関する。本発明による光変調素子は、光変調素子の動作中にサイボタクチックネマチック相であり、良好なコントラストと低い視野角依存性に加えて、特に非常に短い応答時間によって特徴付けられるメソゲン変調媒体を含む。

本発明はさらに、サイボタクチックネマチック相を有する液晶媒体、および光変調素子の変調媒体としてのその使用に関する。

従来の電気光学液晶ディスプレイは一般に知られている。それらのディスプレイは、変調媒体が中間相であり典型的におよび主としてネマチック相の温度で動作される。しかし、ＳＳＦＬＣ（表面安定化強誘電性液晶（ｓｕｒｆａｃｅ ｓｔａｂｉｌｉｚｅｄ ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｔａｌ））ディスプレイのように、スメクチック相、例えばキラルスメクチックＣ（Ｓ_C）相の液晶を使用するディスプレイ、または例えば熱アドレスディスプレイなど、スメクチックＡ（Ｓ_A）相で使用するディスプレイもある。特にＳＳＦＬＣおよび非強誘電性ディスプレイは極めて良好な高速応答性を示すが、それらは製造がやや困難である。さらに、非強誘電性ディスプレイは一般に機械的な衝撃に非常に敏感である。

最も広くいきわたったディスプレイはＴＮ（ツイストネマチック（ｔｗｉｓｔｅｄ ｎｅｍａｔｉｃ））およびＳＴＮ（スーパーツイストネマチック（ｓｕｐｅｒ ｔｗｉｓｔｅｄ ｎｅｍａｔｉｃ）ディスプレイである。これらのディスプレイの液晶セルは液晶媒体の両側の２つの基板上に電極を有する。したがって、電場は液晶層に本質的に垂直である。特に最初に述べたディスプレイは、ＴＦＴ（薄膜トランジスタ（ｔｈｉｎ ｆｉｌｍ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ））と組み合わせて使用され、大容量の情報および高い解像度を有するディスプレイ、例えばラップトップやノートブックコンピュータで使用される。最近、特にＩＰＳ（面内スイッチング（ｉｎ ｐｌａｎｅ ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）、例えば独国特許発明第４０００４５１号および欧州特許第０５８８５６８号）型、または、もう一つの方法としてＶＡＮ（縦整列ネマチック（ｖｅｒｔｉｃａｌｌｙ ａｌｉｇｎｅｄ ｎｅｍａｔｉｃ））型の液晶ディスプレイのデスクトップコンピュータのモニターへの使用が増加した。ＶＡＮディスプレイはＥＣＢ（電気制御複屈折（ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ））ディスプレイの変形である。ＥＣＢディスプレイの現代的な変形、ＭＶＡ（縦整列マルチドメイン（ｍｕｌｔｉｄｏｍａｉｎ ｖｅｒｔｉｃａｌｌｙ ａｌｉｇｎｅｄ））ディスプレイにおいては、複数のドメインがアドレスされた電極ごとに安定化され、さらに特殊な光学補償層が用いられる。これらのディスプレイは、既に述べたＴＮディスプレイのように、液晶層に垂直な電場を用いる。これと対照的に、ＩＰＳディスプレイは一般に１個の基板上、すなわち、液晶層の一方の面だけに電極が用いられる、すなわち、液晶層に平行な大きな電場成分を特徴とする。

メソゲン変調媒体の電気光学効果を利用する通常の電気光学スイッチング素子において、応答時間は関連する変調媒体の粘度係数に依存する。スイッチオフの応答時間（τ_off）はそれぞれの弾性定数または弾性定数の組合せに依存する。例えば、ありふれたＴＮディスプレイでは、スイッチオフの応答時間は、以下の式に示すように、液晶の回転粘度（γ₁）に比例し、それぞれの弾性定数（Ｋ）の項に逆比例する。

τ_off〜γ₁／Ｋ
式中、Ｋ＝ｋ₁−ｋ₂／２＋ｋ₃／４、
ｋ₁：広がり弾性定数
ｋ₂：ツイスト弾性定数
ｋ₃：曲げ弾性定数
である。

本発明は、特に高速スイッチングを行う光変調素子を開発することが目的であった。これらの光変調素子は、例えば、コンピュータ用のフラットパネルスクリーンなど、ＦＰＤ（フラットパネルディスプレイ）の素子として用いることができるように、変調媒体の最も短い応答時間を実現するために、できる限り薄い層厚さを有すべきである。しかし、回折効果を最適化しなければならない場合、セルの間隔は比較的大きく選択しなければならない。さらに、ディスプレイは、単純な電極構造によってアドレス可能であり、動作電圧は比較的低くなければならない。さらに、それらは電気光学ディスプレイに使用するために、低い視野角依存性で良好なコントラストをもたなければならない。

ネマチック相を有する液晶はサイボタクチック秩序（ｏｒｄｅｒ）を示すことができる。この相において、Ｐｕｒｅ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，７３，（２００１），ｐｐ，８４５〜８９５に定義されたように（特に３．１．２，ｐ．８５５の箇所を参照されたい）、分子は狭範囲のスメクチック状配置を有する。サイボタクチックネマチック相を有する液晶は、例えば、Ｂｏｂａｄｏｖａ−Ｐａｒｖａｎｏｖａ，Ｐ．ｅｔ ａｌ．Ｃｒｙｓｔ．Ｒｅｓ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．，３５，（２０００），ｐｐ．１３２１−１３３０、およびＬｕｅｎｉｎｇ，Ｊ．ｅｔ ａｌ．，Ｍａｃｒｏｍｏｌｅｃｕｌｅｓ，３４，（２００１），ｐｐ．１１２８−１１３０によって、それらの一般的な特性が調査された。Ｓｔｏｊａｄｉｎｏｖｉｃｈ，Ｓ．ｅｔ ａｌ．，Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｒｅｖｉｅｗ Ｅ，６６，（２００２），ｐｐ．０６０７０１−１から０６０７０１−４には、本明細書においてサイボタクチック相とも呼ばれるサイボタクチック秩序を示すベントコア液晶のネマチック相の動的挙動を調べた。その文献において、この相における緩和工程の動力学を求めるため、動的光散乱実験が行われた。しかし、電気光学用途は全く考えられなかった。

したがって、例えば、マルチメディア用途に必要であるように、特に短い応答時間を有するディスプレイに使用するための改善された光変調素子が必要とされている。
独国特許発明第４０００４５１号 欧州特許第０５８８５６８号 Ｐｕｒｅ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，７３，（２００１），ｐｐ，８４５ ｔｏ ８９５ Ｂｏｂａｄｏｖａ−Ｐａｒｖａｎｏｖａ，Ｐ．ｅｔ ａｌ．Ｃｒｙｓｔ．Ｒｅｓ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．，３５，（２０００），ｐｐ．１３２１−１３３０、およびＬｕｅｎｉｎｇ，Ｊ．ｅｔ ａｌ．，Ｍａｃｒｏｍｏｌｅｃｕｌｅｓ，３４，（２００１），ｐｐ．１１２８−１１３０ Ｓｔｏｊａｄｉｎｏｖｉｃｈ，Ｓ．ｅｔ ａｌ．，Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｒｅｖｉｅｗ Ｅ，６６，（２００２），ｐｐ．０６０７０１−１から０６０７０１−４

驚くべきことに、
少なくとも１個の光偏光素子を有し、
電場を発生することのできる電極構成を有し、
メソゲン媒体を含み、
光変調素子の動作温度の少なくとも１つでサイボタクチックネマチック相である、
光変調素子は、優れたディスプレイの製造を可能にすることが見出された。

これらの光変調素子は、
メソゲン媒体がサイボタクチックネマチック相である温度で動作されることが好ましい。

一般に、これらの光変調素子のコントラスト、コントラストの視野角および動作電圧は優れている。しかし、最も衝撃的なことは、特にこれらの光変調素子の応答時間が非常に短いことである。

メソゲン媒体は光変調素子の変調媒体として用いられる。本出願明細書において、メソゲン媒体という用語は、中間相を有し、中間相に溶解可能である、または中間相を誘起する媒体に適用される。中間相は、スメクチック、または好ましくはネマチック相である。本発明による媒体、それぞれ本発明によって用いられる媒体は、サイボタクチックネマチック相を呈することが最も好ましい。

材料のメソゲン特性を調査するために使用される媒体、すなわち例えばそれ自体メソゲンをもたない予備混合物および媒体などの化合物の成分は、Ｍｅｒｃｋ ＫＧａＡ Ｄａｒｍｓｔａｄｔ Ｇｅｒｍａｎｙ製のＺＬＩ−４７９２ネマチック混合物であることが好ましい。メソゲン材料は、この混合物の１０％溶液から外挿して、０℃以上、好ましくは２０℃以上、より好ましくは４０℃以上の透明点を有することが好ましい。

本発明による光変調素子は、動作温度または光変調素子の少なくとも１つの動作温度で、サイボタクチックネマチック相であるメソゲン変調媒体を含むことが好ましい。

この媒体は１つの基板の上または下に配置されることが有利である。一般に、メソゲン媒体は２つの基板の間に配置される。メソゲン媒体が２つの基板間に配置される場合、これらの基板の少なくとも１つは光透過性である。光透過性基板は、例えば、ガラス、石英、またはプラスチックからなってよい。非光透過性基板が用いられる場合、これは、中でも、金属または半導体を含むことができる。これらの媒体はこのように用いることができ、または例えばセラミック支持体上に配置することができる。

メソゲン変調媒体がそれ自体ポリマー媒体であるならば、望むならば第２基板の使用を省略することができる。ポリマーメソゲン媒体は自立型で製造することもできる。この場合、基板は全く必要ない。

本発明による光変調素子は、メソゲン媒体層の主要面に垂直な重要成分、好ましくは主要成分を有する電場を発生する電極構造を有する。この電極構造は従来の形に設計することができる。それはアクティブマトリックスによるディスプレイのアドレスを可能にするために、アクティブアドレス素子を含むことが好ましい。この種のアクティブマトリックスディスプレイは、好ましくは個々の光変調素子の各１個に各１つを割り当てたアクティブアドレス素子のマトリックスを用いる。これらのアクティブアドレス素子は、例えば、ＴＦＴまたはＭＩＭ（金属絶縁体金属（ｍｅｔａｌ ｉｎｓｕｌａｔｏｒ ｍｅｔａｌ））ダイオードなどの非線形の電流−電圧特性線を有する。

電極は、例えば、酸化スズインジウム（ＩＴＯ）などの透明材料からなってもよい。この場合、光変調素子の部分または複数の部分を黒いマスクで覆うことが有利であることがあり、必要な場合もある。これにより、電場が働かない領域、ならびに光変調素子の構成成分、例えばアクティブアドレス素子が光に感受性のある領域が遮蔽され、コントラスト、それぞれ光変調素子の性能が改善される。しかし、電極は不透明材料、通常金属を含むこともできる。この場合、望むならば、分離した黒いマスクの使用を省略することができる。

好ましい実施形態において、電極構造の副構造がメソゲン媒体の２つの対向面に配置される。この場合、電極に対応する部分は光変調媒体の対向面に互いに垂直に、または少なくとも互いにかなりの部分、光変調素子の主要面から垂直に見て好ましくは大部分、および最も好ましくは本質的に完全に重なり合って配置されることが好ましい。

光変調素子の動作温度は、一般に固体からまたは好ましくはスメクチック相からサイボタクチック相への変調媒体の遷移温度を超えることが好ましく、一般にこの遷移温度を超えて０．１°〜４０°、好ましくは０．１°〜３０°の範囲、および特に好ましくはこの遷移温度を超えて０．１°〜１０°の範囲である。

本発明による光変調素子は、少なくとも１個の光偏光素子を含む。さらに、それらはさらに他の光素子を含むことが好ましい。さらに他の光素子は光偏光用の第２素子、反射体またはトランスフレクタ（ｔｒａｎｓｆｌｅｃｔｏｒ）、またはこれらの素子の１個または複数の組合せのいずれかである。

光素子は、光が光変調素子のメソゲン媒体を通過するとき、液晶媒体に入る前、および液晶媒体から出た後の両方に、少なくとも１回少なくとも１個の偏光素子を通過するように配置される。

本発明による光変調素子の好ましい実施形態において、メソゲン媒体は２個の偏光子、すなわち偏光子と検光子の間に配置される。２個の線形偏光子を用いることが好ましい。この実施形態において、偏光子の吸収軸は交差することが好ましく、角度９０°を形成することが好ましい。

本発明による光変調素子は任意選択的に１個または複数の複屈折層を含む。それは１層のλ／４層または複数のλ／４層、好ましくは１層のλ／４層を含むことが好ましい。λ／４層の光学減衰は約１４０ｎｍであることが好ましい。

メソゲン変調媒体の層厚さ（ｄ）は、好ましくは０．５μｍ〜２０μｍ、特に好ましくは０．６μｍ〜１０μｍ、特に好ましくは０．８μｍ〜５μｍ、特に極めて好ましくは１μｍ〜３μｍである。

本発明による光変調素子は、複屈折層（例えば補償層）、散乱層および輝度および／または光の生成、または視野角依存性を増加するための素子など、このリストが網羅しない１個または複数のさらに他の光素子をさらに含むことができる。

本発明による光変調素子のコントラストは、同じセル構造中それぞれ電気光学モードで動作するそれぞれの光変調素子のものに十分比肩することができる。僅かに劣ることが見出された場合、それぞれのより高い動作電圧を加えることによってそれは容易に改善することができる。しかし、それらの顕著な特性は、それらの改善された応答時間である。

本発明による光変調素子は、ＴＮモードで動作する従来の光変調素子、すなわち典型的なＴＮセルのように作製することができ、作製することが好ましい。これらの素子は、０．３５μｍ〜０．５０μｍの範囲の光学減衰、正のコントラスト、および隣接する基板のネマチックなそれぞれサイボタクチックネマチック液晶の優先的配向に対して垂直な偏光子の吸収軸を有することが好ましい。

非ディスプレイ用途のメソゲン変調媒体は非キラルであることが好ましい。空間光変調器（ＳＬＭ）、電気通信技術用の高速電気光学シャッターなど、Ｃｈａｎｇ，Ｍ．Ｓ．，Ｐａｎａｒｉｎ，Ｙｕ．Ｐ．，ａｎｄ Ｆａｒｒｅｌｌ，Ｇ．ＳＰＩＥ ２００２に記載されたそれらのスイッチングデバイスにおいて、スイッチング時間は典型的にディスプレイ用途に用いられるものよりもはるかに短い。

しかし、本発明による光変調素子の応答時間は非常に短い。それらは一般に１５ｍｓ以下の値であり、好ましくは１２ｍｓ以下、および特に好ましくは１０ｍｓ以下の値である。

また、本発明による光変調素子の異なるグレー色調間のスイッチングは、同じ電気光学モードを用いる従来の光変調素子よりも比較的速い。

本発明による電気光学ディスプレイは、１個または複数の本発明による光変調素子を含む。好ましい実施形態において、これらはアクティブマトリックスによってアドレスされる。

他の好ましい実施形態において、本発明による光変調素子はいわゆる「フィールドシーケンシャルモード（ｆｉｅｌｄ ｓｅｑｕｅｎｔｉａｌ ｍｏｄｅ）」でアドレスされる。ここで、スイッチング素子は、逐次的にアドレスに同期して異なる色の光で照明することができる。パルス状の着色光を生成するために、例えば、色ホイール、ストロボランプ、またはフラッシュランプを用いることができる。

本発明による電気光学ディスプレイは、特にそれらがテレビジョンスクリーン、コンピュータのモニター等に用いられるならば、着色像のディスプレイのためのカラーフィルタを含む。このカラーフィルタは異なる色のフィルタ素子のモザイクを含むことが有利である。典型的に、色のカラーフィルタモザイクの素子は各電気光学光変調素子に割り当てられる。

本発明の好ましい実施形態において、本発明によるメソゲン媒体はサイボタクチックネマチック相の他にネマチック相を有する。しかし、ネマチック相の温度範囲が狭いので、実際にサイボタクチックネマチック相から等方性相への遷移を起す媒体を用いることも可能である。

本発明の好ましい実施形態において、本発明によるメソゲン媒体は１０°以上、好ましくは３０°以上、最も好ましくは５０°以上の幅を有する範囲に及ぶサイボタクチックネマチック相を有する。好ましくは、サイボタクチックネマチック相のこの範囲は光変調素子の動作温度の周辺に及び、好ましくはその中心に及び、好ましくは室温、および最も好ましくは約２０℃の温度に及ぶ。

光変調素子の動作温度が室温と異なる場合、サイボタクチック相の温度範囲は動作温度周辺を含み、好ましくは中心に及ぶ。いくつかの場合において、光変調素子の動作温度は室温よりも高い。これは、例えば、バックライトを有するディスプレイの一般的な場合である。特に、投影ディスプレイにおいて、動作中の温度は６０℃以上上昇することができる。ここで、本発明による媒体の透明点、それぞれ遷移温度Ｔ（Ｎ_C、Ｉ）は、好ましくは１０℃〜７０℃の範囲、および特に好ましくは２０℃〜５０℃の範囲である。

本発明によるメソゲン変調媒体のサイボタクチックネマチック相は、好ましくは１°以上、好ましくは３°以上、さらに好ましくは５°以上、最も好ましくは１０°以上、特に好ましくは２０°以上の温度範囲で安定である。本発明によるメソゲン変調媒体は、好ましくは１０℃以下の温度、特に好ましくは０°以下の温度、特に極めて好ましくは−２０℃以下の温度まで結晶化しない。

多くの場合、サイボタクチックネマチック相を示すメソゲン混合物は、あたかもこれらの混合物がやはり通常のネマチック相であるかのように、このサイボタクチックネマチック相で例えばΔｎ、Δε、γ₁、およびｋ₁などの巨視的パラメータの測定が直接可能である。

メソゲン変調媒体について、サイボタクチック相の存在はいくつかの手段、例えばＸ線散乱、示差走査熱量計（ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ｓｃａｎｎｉｎｇ ｃａｌｏｒｉｍｅｔｒｙ）（ＤＳＣ）、粘度定数、特にγ₁の間の異なる発散挙動の観察、および媒体の弾性定数などの手段によって、および電気光学セル、例えばＴＮセルの応答時間の観察によって検出することができる。

ＤＳＣにおいて、典型的にサイボタクチックネマチック相の存在は、低い熱フローと異常に広いピークを有する遷移の存在から明らかである。

メソゲン変調媒体について、サイボタクチックネマチック相の存在はＴＮセルの応答時間の観察、および／または媒体の粘度定数間の異なる発散挙動および弾性定数の観察によって検出することが好ましい。

本発明によれば、最後の２つの独立の方法を両方用いて、使用されるサイボタクチックネマチック相の存在を検出することが好ましい。

サイボタクチックネマチック相は、ネマチック相に比べて大きな弾性定数を特徴とする。温度が低下すると、媒体の回転粘度（γ₁）はアレニウスの法則に対数的に依存して増加する。この挙動はネマチック相からサイボタクチックネマチック相への遷移温度以下の温度にさえ及ぶ。この挙動とは対照的に、媒体の弾性定数はサイボタクチックネマチック相が発生すると顕著に増加する。この効果は特にＫ₃で明らかである。典型的に、弾性定数はネマチック相の媒体のものより５０％または３倍にも大きくなるが、粘度はやはりアレニウスの法則に従う。

サイボタクチックネマチック相の液晶媒体は、好ましくはｋ₁またはｋ₃、最も好ましくはｋ₃の弾性定数を有することが好ましく、これは、所与の温度でネマチック相の、比肩し得るネマチック媒体のものよりも、２０％以上、好ましくは５０％以上、最も好ましくは２００％以上大きい。

好ましくはサイボタクチックネマチック相の液晶媒体は、動作温度、好ましくは２０℃で大きな弾性定数を有することが好ましい。好ましくは、ｋ₁は１１ｐＮ以上、さらに好ましくは１３ｐＮ以上、さらに好ましくは１５ｐＮ以上、さらに好ましくは２０ｐＮ以上、最も好ましくは２５ｐＮ以上、および／またはｋ３は好ましくは１４ｐＮ以上、さらに好ましくは１６ｐＮ以上、さらに好ましくは２０ｐＮ以上、さらに好ましくは３０ｐＮ以上、最も好ましくは４０ｐＮ以上である。

好ましくはサイボタクチックネマチック相の液晶媒体は、回転粘度と弾性定数、好ましくは弾性定数ｋ₃の比が小さいことが好ましい。γ₁／ｋ₃は、４．０ｍＰａ・ｓ／ｐＮ以下であることが好ましく、さらに好ましくは３．５ｍＰａ・ｓ／ｐＮ以下、さらに好ましくは３．０ｍＰａ・ｓ／ｐＮ以下、さらに好ましくは２．５ｍＰａ・ｓ／ｐＮ以下、最も好ましくは２．０ｍＰａ・ｓ／ｐＮ以下である。

本発明によるメソゲン媒体は、２０℃で好ましくは０．０６以上０．３５以下、特に好ましくは０．０６５以上０．３０以下、特に極めて好ましくは０．０７以上０．２５以下の範囲の複屈折率（Δｎ）を有することが好ましい。しかし、実際にはそれは一般に０．５３０以下、および通常０．４５０以下である。

本発明による光変調素子について、中間相で正の誘電異方性（Δε）を有するメソゲン変調媒体の代わりに負の誘電異方性を有するものを用いることが可能である。中間相に正の誘電異方性（Δε）を有するメソゲン変調媒体を用いることが好ましい。

メソゲン変調媒体が正の誘電異方性を有するならば、これは１ｋＨｚおよび２０℃で、好ましくは３．５以上、特に好ましくは４．０以上、特に極めて好ましくは５．０以上の値を有する。

メソゲン変調媒体が負の誘電異方性を有するならば、これは好ましくは−２．５以下、特に好ましくは−３．０以下、特に極めて好ましくは−４．０以下の値を有する。

本発明によるメソゲン媒体は、いくつかの化合物を含むことが好ましく、好ましくは２〜４０種の化合物、特に好ましくは５〜３０種の化合物、特に極めて好ましくは７〜２５種の化合物である。

本発明による正の誘電異方性の本発明によるメソゲン媒体は、
好ましくは１種または複数の誘電的に中性の式Ｉのビフェニル化合物を含む、誘電的に中性の成分Ａ、

（式中、Ｒ¹¹は、１〜１５個のＣ原子を有するアルキルまたはアルコキシ、あるいは１〜１５個のＣ原子を有するアルコキシアルキル、アルケニル、アルケニロキシ、好ましくはアルキルまたはアルコキシであり、
Ｒ¹²は、２〜１５個、好ましくは２〜７個のＣ原子を有するアルケニルである。）
好ましくは、末端のハロゲンｎ原子または好ましくは式ＩＩの末端のハロゲン化基を有し、正の誘電異方性を有する１種または複数の化合物を含む任意選択の誘電的に正の成分である成分Ｂ、

（式中、Ｒ²は、各々１〜７個の炭素原子を有するｎ−アルキルまたはｎ−アルコキシであり、あるいは各々２〜７個の炭素原子を有するアルケニル、アルケニロキシ、アルキニルまたはアルコキシアルキル、好ましくはｎ−アルキルまたはアルケニル、好ましくはｎ−アルキル、ビニルまたは１−Ｅ−アルケニルであり、好ましくはＲ³¹はｎ−アルキルであり、Ｒ³²はビニルまたは１−Ｅ−アルケニルであり、

と

は、各々互いに独立に、

であり、好ましくは、

であり、さらに好ましくは少なくとも１個、最も好ましくは少なくとも２個が、

であり、
Ｘ²は、ハロゲン、好ましくはＦまたはＣｌ、あるいは各々１〜４個のＣ原子を有するフッ素化アルキルまたはフッ素化アルコキシ、各々２〜４個のＣ原子を有するフッ素化アルケニルまたはフッ素化アルケニロキシ、好ましくはＦ、Ｃｌ、ＯＣＦ₃またはＯＣＦ₂Ｈ、さらに好ましくはＦまたはＣｌ、最も好ましくはＦであり、
Ｙ²¹、Ｙ²²、およびＹ²³は、互いに独立に、好ましくはＨまたはＦであるが、Ｙ²¹および／またはＹ²²がＦであれば、Ｙ²³はＨであり、好ましくはＹ²¹はＦであり、
Ｚ²¹およびＺ²²は、各々互いに独立に、単結合、−ＣＨ₂−ＣＨ₂−、−ＣＯ−Ｏ−、トランス−ＣＨ＝ＣＨ−、−ＣＨ＝ＣＦ−、−ＣＦ＝ＣＨ−、−ＣＦ＝ＣＦ−、−ＣＨ＝ＣＨ−ＣＯ−Ｏ−、−ＣＦ＝ＣＦ−ＣＯ−Ｏ−、−ＣＦ＝ＣＨ−ＣＯ−Ｏ−、−ＣＨ＝ＣＦ−ＣＯ−Ｏ−、−ＣＦ₂−Ｏ−、−Ｏ−ＣＦ₂−、−ＣＨ₂−Ｏ−、−Ｏ−ＣＨ₂−または−Ｃ≡Ｃ−、好ましくは単結合、−ＣＨ₂−ＣＨ₂−、または−ＣＦ₂−Ｏ−、さらに好ましくはＺ²¹は単結合であり、Ｚ²²は単結合または−ＣＦ₂−Ｏ−であり、
ｎは０、１または２、好ましくは０または１、最も好ましくは１である。）
１種または複数の式ＩＩＩの化合物を含む、任意選択の第２の誘電的に中性の成分Ｃ、

（式中、Ｒ³¹およびＲ³²は、各々互いに独立に、各々１〜７個の炭素原子を有するｎ−アルキルまたはｎ−アルコキシ、あるいは、各々２〜７個の炭素原子を有するアルケニル、アルケニロキシ、アルキニルまたはアルコキシアルキル、好ましくはｎ−アルキルまたはアルケニル、好ましくはｎ−アルキル、ビニルまたは１−Ｅ−アルケニルであり、好ましくはＲ³¹はｎ−アルキルであり、Ｒ³²はビニルまたは１−Ｅ−アルケニルであり、

と

は、各々互いに独立に、

であり、好ましくは、

であり、さらに好ましくは少なくとも１個、最も好ましくは少なくとも２個が、

であり、
Ｚ³¹およびＺ³²は、各々互いに独立に、単結合、−ＣＨ₂−ＣＨ₂−、−ＣＯ−Ｏ−、トランス−ＣＨ＝ＣＨ−、−ＣＨ＝ＣＦ−、−ＣＦ＝ＣＨ−、−ＣＦ＝ＣＦ−、−ＣＨ＝ＣＨ−ＣＯ−Ｏ−、−ＣＦ＝ＣＦ−ＣＯ−Ｏ−、−ＣＦ＝ＣＨ−ＣＯ−Ｏ−、−ＣＨ＝ＣＦ−ＣＯ−Ｏ−、−ＣＦ₂−Ｏ−、−Ｏ−ＣＦ₂−、−ＣＨ₂−Ｏ−、−Ｏ−ＣＨ₂−または−Ｃ≡Ｃ−、好ましくは単結合、−ＣＨ₂−ＣＨ₂−、またはトランス−ＣＨ＝ＣＨ−、好ましくは単結合、またはトランス−ＣＨ＝ＣＨ−、好ましくは単結合であり、
ｍは０、１または２、好ましくは０または１、好ましくは０であり、これから式Ｉの化合物は除かれる。）
を含むことが好ましい。

これらの媒体の成分Ａは好ましくは１種または複数の式Ｉの化合物を含み、特に好ましくは主として、および特に極めて好ましくは実際に完全に１種または複数の式Ｉの化合物からなる。

好ましい式Ｉの化合物は、Ｒ¹¹が１〜８個のＣ原子を有するアルキルのものである。非常に好ましくはＲ¹¹はメチル、エチル、またはプロピル、特にメチルである。

さらに好ましい式Ｉの化合物は、Ｒ²がビニル、１Ｅ−プロペニル、１Ｅ−ブテニル、３Ｅ−ブテニルまたは３Ｅ−ペンテニル、特に３Ｅ−ブテニル、または３Ｅ−ペンテニルのものである。

非常に好ましい式Ｉの化合物は式ＩａおよびＩｂの群から選択される化合物である。

（式中、アルキルは、１〜８個のＣ原子を有するアルキル基、特にメチルであり、
アルケニルは、２〜７個のＣ原子を有するアルケニル基、好ましくはビニルまたは１Ｅ−アルケニル、特にビニルまたは１Ｅ−プロペニルであり、
Ｒ^12aは、Ｈ、メチル、エチルまたはｎ−プロピル、特にメチルである。）
これらの媒体の化合物Ｂは好ましくは１種または複数の式ＩＩの化合物を含み、特に好ましくは主として、および特に極めて好ましくは実際に完全に１種または複数の式ＩＩの化合物からなる。

非常に好ましい式ＩＩの化合物は、式ＩＩ−１〜ＩＩ−１２の群から選択される化合物である。

（式中、パラメータは上式ＩＩに与えられたそれぞれの意味を有し、好ましくは、
Ｒ²は、１、それぞれ２〜７個のＣ原子を有するアルキルまたはアルケニルであり、
Ｘ²は、Ｆ、Ｃｌ、または各々１〜４個のＣ原子を有するフッ素化アルキルまたはフッ素化アルコキシ、最も好ましくはＦである。）
非常に好ましい式ＩＩの化合物は、式ＩＩ−１ａ〜ＩＩ−１２ｄの群から選択される化合物である。

（式中、パラメータは上式ＩＩおよびそれぞれの上記下位式に与えられたそれぞれの意味を有する。）
これらの媒体の成分Ｃは好ましくは１種または複数の式ＩＩＩの化合物を含み、特に好ましくは主として、および特に極めて好ましくは実際に完全に１種または複数の式ＩＩＩの化合物からなる。

非常に好ましい式ＩＩＩの化合物は、式ＩＩＩ−１−１〜ＩＩＩ−３−４の群から選択される化合物である。

（式中、パラメータは上式ＩＩＩおよびそれぞれの上記下位式に与えられたそれぞれの意味を有し、
Ｙ³¹〜Ｙ³⁸は、各々互いに独立にＨまたはＦであり、好ましくは、
Ｒ³¹およびＲ³²は、各々互いに独立に、各々１〜７個の炭素原子を有するｎ−アルキル、ｎ−アルコキシ、あるいは、各々２〜７個の炭素原子を有するアルケニル、好ましくはｎ−アルキルまたはアルケニル、さらに好ましくはｎ−アルキル、ｎ−アルコキシ、ビニルまたは１−Ｅ−アルケニル、最も好ましくはＲ³¹はｎ−アルキルまたはアルケニルであり、Ｒ³²はｎ−アルキル、ｎ−アルコキシ、ビニルまたは１−Ｅ−アルケニルであり、
存在する置換基Ｙ³¹〜Ｙ³⁸の多くとも半分はＦであり、さらに好ましくは、これらの置換基のゼロ個、１個、２個または３個、最も好ましくはゼロ個、１個または２個がＦである。

非常に好ましい式ＩＩＩの化合物は、式ＩＩＩ−１−１ａ〜ＩＩＩ−３−３ｃの群から選択される化合物である。

（式中、パラメータは上式ＩＩＩおよびそれぞれの上記下位式に与えられたそれぞれの意味を有し、特に好ましくは、
式ＩＩＩ−１−１ａにおいて、
Ｒ³¹は、ｎ−アルキルまたはアルケニルであり、
Ｒ³²は、ｎ−アルキル、アルケニルまたはｎ−アルコキシであり、
式ＩＩＩ−２−１ａにおいて、
Ｒ³¹は、ｎ−アルキルまたはアルケニルであり、
Ｒ³²は、ｎ−アルキルである。）
本発明の好ましい実施形態において、本発明による媒体は、式Ｉの下位式である、式Ｉ−１〜Ｉ−３の化合物からなる群から選択される１種または複数の化合物を含むことが好ましい。

（式中、ｐは、０〜１０の整数、好ましくは１〜７、好ましくは１または２であり、
ｑは、０〜１０、好ましくは０〜３、好ましくは０または１の整数であり、
ｋは、０〜８、好ましくは０〜４、好ましくは０または１の整数であり、
ｏは、１〜１０、好ましくは１〜５、好ましくは１、２または３の整数である。）
本発明による正の誘電異方性のメソゲン媒体は、主として成分Ａ〜Ｃからなることが特に好ましい。

好ましい実施形態において、本発明による正の誘電異方性のメソゲン媒体は、成分ＢおよびＣからなる群、好ましくは式ＩＩ−１ａ、ＩＩ−１ｃ、ＩＩ−１ｄ、ＩＩ−２ａ、ＩＩ−２ｃ、ＩＩ−３ｄ、ＩＩ−５ａ、ＩＩ−５ｂ、ＩＩ−６ｂ、ＩＩ−１０ａ、ＩＩ−１０ｂ、およびＩＩ−１２ｄ、および、ＩＩＩ−１−１ａ、ＩＩＩ−１−２ａ、ＩＩＩ−２−１ａ、ＩＩＩ−２−３ｂ、ＩＩＩ−３−２ａ、ＩＩＩ−３−２ｃ、ＩＩＩ−３−３ａ、およびＩＩＩ−３−３ｂの化合物からなる群から選択される１種または複数の成分を含む。

本発明の一実施形態において、媒体は負の誘電異方性を有する。本発明によるこれらの媒体は、
−５以下の高度に負の誘電異方性を有する１種または複数の化合物からなる成分Ａ’、
任意選択的に、−１．５〜−５未満の中間の負の誘電異方性を有する１種または複数の化合物からなる成分Ｂ’、
任意選択的に、−１．５〜＋１．５の誘電異方性を有する１種または複数の誘電的に中性の化合物からなる成分Ｃ’、
任意選択的に、＋１．５を超える正の誘電異方性を有する１種または複数の化合物からなる成分Ｄ’、を含むことが好ましい。

本発明によるメソゲン媒体は、さらに通常の濃度の添加剤およびキラルドーパントを含むことができる。これらのさらに他の構成成分の総濃度は、全混合物を基準にして０％〜１０％の範囲、好ましくは０．１％〜６％の範囲である。これらの個々の化合物の濃度は０．１％〜３％の範囲である。混合物のこれらの化合物および類似の構成成分の濃度は、他の混合物の構成成分の濃度範囲を規定するとき、考慮されない。

変調媒体は化合物から通常の方法で得られる。少量用いられる化合物は、大量に用いられる化合物に溶解することが有利である。混合作業中の温度が、主要成分の透明点を超えて上昇するならば、溶解の完了は容易に観察することができる。しかし、本発明による媒体は、他の方法、例えば、予備混合物を用いて調製することもできる。用いることのできる予備混合物は、中でも、同族化合物および／または共融混合物である。しかし予備混合物は、それ自体既に使用可能な変調媒体でもある。これはいわゆる２瓶または複数瓶系の場合である。

本明細書において、特記ないかぎり、以下が適用される。

誘電的に正の化合物は、＞１．５のΔεを有し、誘電的に中性の化合物は、−１．５≦Δε≦１．５のΔεを有し、誘電的に負の化合物は、＜−１．５のΔεを有する。同じ定義は混合物の成分および混合物にも適用される。同じ定義は成分および媒体にも適用される。

化合物の誘電異方性Δε、ならびにそのような調査を行うことのできない成分の誘電異方性Δεは、ホスト混合物中のそれぞれの化合物の１０％溶液の値を、１ｋＨｚおよび２０℃で、それぞれの１００％化合物の割合に外挿することによって求められる。試験混合物の容量は、ホメオトロピック縁部配向を有するセルおよび均一縁部配向を有するセルの両方で求められる。２種のセルの層厚さは約２０μｍである。測定は周波数１ｋＨｚおよび典型的に有効電圧（ｒｍｓ、平均平方根）０．２Ｖ〜１．０Ｖの矩形波を用いて行われる。しかし、いずれの場合も、用いられる電圧は各事例で調査される混合物の容量閾値よりも低い。

ホスト混合物として、誘電的に正の化合物については、混合物ＺＬＩ−４７９２が用いられ、誘電的に中性および誘電的に負の化合物については、混合物ＺＬＩ−３０８６が用いられ、両方ともＭｅｒｃｋ ＫＧａＡ、Ｇｅｒｍａｎｙ製である。

本明細書における用語の閾電圧は、光学的閾値を意味し、１０％の相対コントラスト（Ｖ₁₀）について示される。中間グレーの電圧および飽和電圧は同様に光学的に求められ、それぞれ相対コントラスト５０％と９０％について示される。Ｆｒｅｅｄｅｒｉｃｋｓの閾値としても知られる、容量閾電圧（Ｖ₀）が示されるならば、これは明確に特記される。

示される値の範囲は、限界値を含むことが好ましい。

濃度は重量％で与えられ、完全な混合物に基づく。温度は摂氏度（℃）で示され、温度差は異なる摂氏度（°）で示される。全ての物理特性は「Ｍｅｒｃｋ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌｓ，Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌｓ」、Ｖｅｒｓｉｏｎ ｏｆ Ｎｏｖ．１９９７，Ｍｅｒｃｋ ＫＧａＡ，Ｇｅｒｍａｎｙに記載されたようにして求められ、温度２０℃について示される。複屈折としても知られる光学異方性（Δｎ）は、５８９．３ｎｍの波長で求められる。誘電異方性（Δε）は、周波数１ｋＨｚで求められる。

複数だけが示される代替可能性のリストにおいて、これは単数も意味する。

媒体の組成物またはその成分の詳細に関して、
「含む」は、すなわち、媒体または成分中に参照単位で記載されたそれぞれの材料、すなわち成分または化合物の濃度が好ましくは１０％以上、特に好ましくは２０％以上、特に極めて好ましくは３０％以上のことを意味する。

「主として〜からなる」は、前記材料の参照単位の濃度が、好ましくは５０％以上、特に好ましくは６０％以上、特に極めて好ましくは７０％以上のことを意味する。

「実質上完全に〜からなる」は、前記材料の参照単位の濃度が、好ましくは８０％以上、特に好ましくは９０％以上、特に極めて好ましくは９５％以上のことを意味する。

誘電特性、電気光学特性（例えば、閾電圧）および応答時間は、Ｍｅｒｃｋ ＫＧａＡ、Ｄａｒｍｓｔａｄｔ、Ｇｅｒｍａｎｙで製造された試験セルで求めた。Δεを求めるための試験セルは、層厚さ２２μｍ、および面積１．１３ｃｍ²の酸化スズインジウム（ＩＴＯ）の円形電極、および保護伝導性リングを有した。ε‖を求めるためのホメオトロピック配向については、ホメオトロピックで配向するポリイミド配向層を有するセルを用いた。替りに、配向剤としてレシチン（Ｍｅｒｃｋ ＫＧａＡ）を用いることができる。ε⊥を求めるためのセルはＪａｐａｎ Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ Ｒｕｂｂｅｒ、Ｊａｐａｎ製のポリイミドＡＬ−３０４６の配向層を有した。容量は、Ｈｅｗｌｅｔｔ Ｐａｃｋａｒｄ、ＵＳＡのＨＰ４２７４Ａ ＬＣＲ Ｍｅｔｅｒを用いて、矩形波および一般に０．３Ｖ_rmsの有効電圧で測定した。電気光学調査は白色光で行った。特性電圧は垂直な観察で求めた。

本明細書において、特に以下に説明する実施例において、化学化合物の構造は略号で示される。それぞれの略号は以下の表ＡおよびＢに示される。全ての基Ｃ_nＨ_2n+1およびＣ_mＨ_2m+1は、それぞれｎおよびｍの炭素原子を有する直鎖アルキル基である。表Ｂは、それが各場合に完全に同族化合物の式の略号を示すので、それ自体明らかである。表Ａにおいて、化合物の種類の核構造の略号だけが示される。それぞれの個々の化合物の略号は、化合物の核についてのこれらのそれぞれ適切な略号、および以下の表でダッシュ付きで示したＲ¹、Ｒ²、Ｌ¹、およびＬ²基の略号を含む。

本発明によるメソゲン媒体は、
表ＡおよびＢの化合物からなる群から選択される２種以上、好ましくは４種以上の化合物を含むことが好ましい。

＜実施例＞
以下に説明する実施例は、いかなる制限も加えることなく本発明を例示する。さらに、それらは、当業者に対して本発明によって達成することのできる特性および特に特性の組合せを示す。

＜実施例１＞
以下の組成物の液晶混合物が調製され調査される。

以下の表（第１表）はこのメソゲン混合物のいくつかの特徴的な物理特性の温度依存性を示す。

液晶混合物を含む光変調素子を含む９０°ツイストのＴＮ型電気光学試験セルを製造する。基板はガラスからなる。研磨したＡＬ−３０４６を有する基板を配向層として用いる。セルの層厚さ、すなわち変調媒体は４．７２μｍである。光学減衰（ｄ・Δｎ）は０．５０μｍである。

セルの前に第１偏光子を用い、セルの後に第２偏光子（検光子）を用いる。２個の偏光子の吸収軸は互いに９０°の角度を形成する。セルのそれぞれ隣接する基板で、偏光子の最大吸収の軸と研磨方向の間の角度は０°である。電圧−透過特性線は、Ａｕｔｒｏｎｉｃ−Ｍｅｌｃｈｅｒｓ、Ｋａｒｌｓｒｕｈｅ、Ｇｅｒｍａｎｙ製のＤＭＳ７０３電気光学測定機を用いて求めた。動作温度は２０℃〜２２℃に変化させる。

電気光学変調素子は極度に短い応答時間を特徴とする。周波数６０Ｈｚ、電圧０Ｖから５Ｖ_rmsの矩形波のスイッチングで動作された。

比較実施例１の場合、Ｔ_offは温度の低下で顕著に増加するが、実施例１のサンプル１の混合物については殆ど一定に保たれる（２０℃では最小でさえある）ことが容易に判る。

第３表に見ることができるように、比較実施例１の混合物の弾性定数ｋ₁およびｋ₃は温度降下でわずかに増加するが、実施例１の混合物の場合、ｋ₁とｋ₃両方の劇的な増加が観察される。これは、実施例１の応答時間Ｔ_offの好ましい挙動を説明するものであろう。

＜比較実施例１＞
以下の組成物の液晶混合物を調製し調査する。

この液晶媒体は、２０℃で実施例１とほぼ同じ物理特性の値、Ｔ（Ｎ，Ｉ）、Δｎ、Δε、およびγ₁を示す。しかし、この媒体はサイボタクチックネマチック相を示していない。実施例１よりもはるかに小さな弾性定数を有することが見出された。例えば、２０℃の温度で、ｋ₃は実施例１の媒体よりも２．６倍小さく、ｋ₁は１．９倍小さい。

ＴＮモードにおけるこの媒体を含む電気光学変調素子の２０℃でのスイッチオフ（τ_off）応答時間は９．７ｍｓで、むしろ速い。しかし、この値は、６．４ｍｓを有する実施例１の素子よりもはるかに大きい。第２表を比較されたい。

＜比較実施例２＞
以下の組成物の液晶混合物を調製し調査する。

この液晶媒体は、比較実施例１のように、Ｔ（Ｎ，Ｉ）、Δｎ、Δε、およびγ₁（後者の３つは２０℃で）の物理特性の値を有し、実施例１のものに非常に類似している。ここで、Δｎは実施例１の媒体のもよりも僅かに高く、γ₁も僅かに高い。

それぞれの光変調素子の応答時間は１２．８ｍｓであり、したがって比較実施例１（比較表１）の素子のそれよりも大きい。

＜実施例２＞
以下の組成物の液晶混合物を調製し調査する。

以下の表（第４表）は、このメソゲン混合物のいくつかの特徴的な物理特性の温度依存性を示す。

実施例１に説明したようにして電気光学試験セルを調製する。しかし、ここで、使用したセルギャップは３．２μｍである。このセルは、実施例１のもののように、非常に好ましい特性を有する。それは、特に１０℃〜１４℃の範囲の温度で、非常に高速の応答時間を特徴とする。

Claims (17)

1. 電極構成と、
   少なくとも１個の光偏光用素子と、
   メソゲン変調媒体とを含み、
   前記光変調素子が、
   メソゲン変調媒体がサイボタクチックネマチック相である温度で動作することを特徴とする電気光学光変調素子。
2. 前記電極構成が、前記メソゲン変調媒体の表面に垂直な主要成分を有する電場を発生することができることを特徴とする請求項１に記載の光変調素子。
3. 前記メソゲン変調媒体がネマチック相を有することを特徴とする請求項１または２の少なくとも一項に記載の光変調素子。
4. 前記光変調素子の動作中に、前記電極構成が前記メソゲン変調媒体の面に平行な主要成分を有する電場を発生することを特徴とする請求項１から３の少なくとも一項に記載の光変調素子。
5. 前記光変調素子を通過する間に、前記光が、前記メソゲン変調媒体を通過する前および前記メソゲン変調媒体を通過した後に、いずれの場合も少なくとも１個の光偏光用素子を通過することを特徴とする請求項１から４の少なくとも一項に記載の光変調素子。
6. 前記電極が少なくとも２つの部分を含み、その構成の少なくとも１つの部分が前記メソゲン変調媒体の２つの側のいずれかに配置されることを特徴とする請求項１から５の少なくとも一項に記載の光変調素子。
7. 追加の複屈折層を含むことを特徴とする請求項１から６の少なくとも一項に記載の光変調素子。
8. 請求項１から７の少なくとも一項に記載の光変調素子を１個または複数含む電気光学ディスプレイ。
9. 前記ディスプレイがアクティブマトリックスによってアドレスされることを特徴とする請求項８に記載の電気光学ディスプレイ。
10. 請求項８または９の少なくとも一項に記載の電気光学ディスプレイの少なくとも１つを含む電気光学ディスプレイシステム。
11. テレビジョンモニターおよび／またはコンピュータモニターとして使用することができることを特徴とする請求項１０に記載の電気光学ディスプレイシステム。
12. 情報ディスプレイ用の、請求項１から６の少なくとも一項に記載の光変調素子の使用。
13. 電気光学ディスプレイシステムへの、請求項８または９の少なくとも一項に記載の電気光学ディスプレイの使用。
14. ビデオ信号のディスプレイ用の、請求項１０または１１の少なくとも一項に記載の電気光学ディスプレイ系の使用。
15. サイボタクチックネマチック相を有することを特徴とするメソゲン変調媒体。
16. 請求項１から６の少なくとも一項に記載の光変調素子に用いるための請求項１５に記載のメソゲン変調媒体。
17. 電気光学光変調素子への、請求項１５に記載のメソゲン変調媒体の使用。