JP2019505483A - 重合性化合物、および液晶ディスプレイにおけるその使用 - Google Patents
重合性化合物、および液晶ディスプレイにおけるその使用 Download PDFInfo
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Abstract
本発明は、重合性化合物、該重合性化合物の製造方法、および該重合性化合物を製造するための中間体、該重合性化合物を含有する液晶(LC)媒体、ならびに該重合性化合物およびLC媒体の、光学、電気光学、および電子目的のための使用、特にLCディスプレイにおける、殊にポリマー支持配向型(polymer sustained alignment type)のLCディスプレイにおける使用、またはLC媒体およびLCディスプレイにおける安定剤としての使用に関する。
Description
本発明は、重合性化合物、該重合性化合物の製造方法、および該重合性化合物を製造するための中間体、該重合性化合物を含有する液晶(LC)媒体、ならびに該重合性化合物およびLC媒体の、光学、電気光学、および電子目的のための使用、特にLCディスプレイにおける、殊にポリマー支持配向型(polymer sustained alignment type)のLCディスプレイにおける使用、またはLC媒体およびLCディスプレイにおける安定剤としての使用に関する。
背景技術
現在使用されている液晶ディスプレイ(LCD)様式の1つが、TN(「ねじれネマチック」)様式である。しかしながらTN−LCDには、コントラストが視野角に著しく依存するという欠点がある。
現在使用されている液晶ディスプレイ(LCD)様式の1つが、TN(「ねじれネマチック」)様式である。しかしながらTN−LCDには、コントラストが視野角に著しく依存するという欠点がある。
さらに、いわゆるVA(「垂直配向(vertically aligned)」)ディスプレイは、視野角が比較的広いことで知られている。VAディスプレイのLCセルは、2つの透明電極の間にあるLC媒体層を有し、ここでLC媒体は通常、負の誘電異方性を有する。スイッチを切った状態でLC層の分子は、電極表面に対して垂線方向に配向しているか(ホメオトロピック状)、またはチルトホメオトロピック配向を有する。2つの電極に電圧を印加すると、LC分子の再配向が、電極表面に対して平行に起こる。
さらに、OCB(「光学補償屈折(optically compensated bend)」)ディスプレイは、複屈折効果に基づくことで知られており、このディスプレイは、いわゆる「ベンド」配向を有するLC層を備え、通常は正の誘電異方性を有する。電圧を印加すると、LC分子の再配向が、電極表面に対して垂線方向に起こる。さらに、OCBディスプレイは通常、暗い状態でのベンドセルの光に対する不所望の透明性を防止するために、1つ以上の複屈折光学リタデーションフィルムを有する。OCBディスプレイはTNディスプレイと比べて、より広い視野角を有し、より短い応答時間を有する。
また、2枚の基板の間にLC層を有するいわゆるIPS(「イン・プレーン・スイッチング(in-plane switching)」)ディスプレイも知られており、ここで2つの電極は、2枚の基板のうち一方にのみ配置されており、これらの電極は好ましくは、噛み合ったくし形の構造を有する。電極に対して電圧を印加すると、これによって電極間に、LC層に対して平行な強い成分を有する電場が生じる。これにより、層平面におけるLC分子の再配向につながる。
さらに、いわゆるFFS(「フリンジ電界スイッチング(fringe-field switching)」)ディスプレイが報告されており(特に、S.H. Jungら、Jpn. J. Appl. Phys., Volume 43, No. 3, 2004, 1028参照)、このディスプレイは同じ基板上に2つの電極を有し、この2つの電極のうち1つはくし形に構造化され、もう一方は構造化されていない。これによって、強力ないわゆる「フリンジ電界」、すなわち電極端部の近くで強力な電界が生じ、セルにわたって、強い垂直成分と強い水平成分の両方を有する電界が生じる。FFSディスプレイは、コントラストの視野角依存性が低い。FFSディスプレイは通常、正の誘電異方性を有するLC媒体と、配向層(通常はポリイミド配向層)とを含有し、これにより、LC媒体の分子に対して平面的な配向がもたらされる。
FFSディスプレイは、アクティブマトリックスディスプレイまたはパッシブマトリックスディスプレイとして、稼動させることができる。アクティブマトリックスディスプレイの場合、個々のピクセルは通常、一体化された非線状活性素子、例えばトランジスタ(例えば薄膜トランジスタ(「TFT」))によってアドレスされ、その一方でパッシブマトリックスディスプレイの場合、個々のピクセルは通常、従来技術から公知のマルチプレックス法によってアドレスされる。
さらに、FFSディスプレイと似た電極設計および層厚を有するが、正の誘電異方性を有するLC媒体層ではなく、負の誘電異方性を有するLC媒体層を備えるFFSディスプレイが、開示されている(例えばS.H. Leeら、Appl. Phys. Lett. 73(20), 1998, 2882〜2883、およびS.H. Leeら、Liquid Crystals 39(9), 2012, 1141〜1148参照)。負の誘電異方性を有するLC媒体は、正の誘電異方性を有するLC媒体に比べて、チルトが小さいより好ましい配向子配向と、より高いねじれ配向性とを示し、その結果これらのディスプレイは、より高い透過性を有する。このディスプレイはさらに、配向層、好ましくは基板の少なくとも1つの上に設けられたポリイミド配向層を有し、この配向層はLC媒体と接触しており、LC媒体のLC分子の平面的な配向を引き起こすものである。これらのディスプレイは、「超輝度FFS(UB−FFS)」式ディスプレイとしても知られている。これらのディスプレイは、高い信頼性を備えたLC媒体を必要としている。
これ以降で使用するように「信頼性」という用語は、経時的な、また様々なストレス負荷(例えば光負荷、温度、湿度、電圧)を経たディスプレイの性能の質を意味し、これは例えば残像(面状および線状の残像)、ムラ、汚れといった、LCディスプレイ分野における当業者に知られたディスプレイ効果を包含する。信頼性を分類するための標準的なパラメータとしては通常、電圧保持率(VHR)の値が使用され、これは試験ディスプレイにおいて一定の電圧を保持するための測定値である。VHR値が高いほど、LC媒体の信頼性は良好である。
より新しいタイプのVAディスプレイでは、LC分子の均一な配向が、LCセル内にある比較的小さな複数のドメインに限定されている。これらのドメインの間にディスクリネーションが存在することがあり、これはチルトドメインとしても知られる。チルトドメインを有するVAディスプレイは、一般的なVAディスプレイと比較して、コントラストに依存しないより大きな視野角と、グレースケールとを有する。さらに、このタイプのディスプレイは、製造するのが容易である。それと言うのも、スイッチが入った状態で分子を均一に配向させるための電極表面のさらなる処理、例えば粗面化が、もはや必要ないからである。その代わり、チルト角またはプレチルト角の優先配向は、電極の特別な設計によって制御される。
いわゆるMVA(「マルチドメイン垂直配向(multidomain vertical alignment)」)ディスプレイでは、これは通常、突出部を有する電極によって達成されるが、これによって局所的なプレチルトにつながる。その結果、LC分子は電圧印加の際、様々な方向に、セルの様々な規定の領域で、電極表面に対して平行に配向される。これによって、「制御された」スイッチングが達成され、干渉性ディスクリネーションラインの形成が防止される。この配置によってディスプレイの視野角が改善するものの、しかしながら、光に対する透過性が低下する。MVAのさらなる発展形は、一方の電極側にのみある突出部を使用し、その一方で反対側の電極はスリットを有し、これによって光に対する透過性が改善される。スリットが入った電極は、電圧印加の際にLCセル内に不均一な電界を発生させ、これは、制御されたスイッチングが未達成であることを意味する。光に対する透過性をさらに改善させるためには、スリットと突出部との間の間隔を増やすことができるが、これは一方で、応答時間の延長につながる。いわゆるPVA(「パターン化VA(patterned VA)」)ディスプレイでは、両方の電極が反対側にあるスリットによって構造化されているという点で、突出部は完全に余剰に付与されており、これによってコントラストの上昇、および光に対する透過性の改善がもたらされるが、技術的には困難であり、これによってディスプレイは、機械的な影響(「タッピング」など)に対してより敏感になってしまう。しかしながら多くの用途、例えばモニター、特にテレビスクリーンにとって、応答時間の短縮、およびディスプレイのコントラストと輝度(透過性)における改善が要求されている。
さらなる発展形は、いわゆるPS(「ポリマー支持(polymer sustained)」)またはPSA(「ポリマー支持型配向(polymer sustained alignment)」)型のディスプレイであり、これについては時に、「ポリマー安定型(polymer stabilised)」という用語も用いられる。これらのディスプレイでは、少量の(例えば0.3質量%、通常は<1質量%)1種以上の重合性化合物、好ましくは1種以上の重合性モノマー化合物を、LC媒体に添加し、LC媒体をディスプレイに充填後、これをその場で、通常は紫外線光重合により、任意でディスプレイの電極に電圧を印加しながら、重合または架橋させる。この重合は、LC媒体が液晶相を示す温度で、通常は室温で行う。重合性メソゲン化合物または液晶化合物(反応性メソゲンまたは「RM」としても知られる)をLC混合物に添加することは、特に適切であることが判明している。
特段の記載がなければ、以下で「PSA」という用語は、ポリマー支持配向型のディスプレイ全般について述べる際に用い、「PS」という用語は、特定のディスプレイ様式、例えばPS−VA、PS−TNなどについて述べる場合に用いる。
また特段の記載がなければ、以下で「RM」という用語は、重合性メソゲン化合物または液晶化合物について述べる場合に用いる。
その一方でPS(A)原理は、様々な慣用のLCディスプレイ様式で使用される。よって例えば、PS−VA式、PS−OCB式、PS−IPS式、PS−FFS式、PS−UB−FFS式、およびPS−TN式のディスプレイが知られている。RMの重合は好ましくは、PS−VA式およびPS−OCB式ディスプレイの場合には電圧印加によって行い、PS−IPSディスプレイの場合には、電圧を印加して、または電圧を印加せずに、好ましくは電荷を印加せずに行う。試験セルにおいて実証可能なように、PS(A)法は、セル内にプレチルトをもたらす。PS−OCBディスプレイの場合には例えば、ベンド構造を安定化させることが可能であり、これによってオフセット電圧が不必要になるか、またはこれを減少させることができる。PS−VAディスプレイの場合、プレチルトは、応答時間に対して肯定的な影響を有する。PS−VAディスプレイのためには、標準的なMVAまたはPVAピクセル、および電極レイアウトを使用することができる。しかしながらさらに、例えば一方のみが構造化された電極側で、突出部無しで間に合わせることも可能であり、これによって製造が著しく簡略化されると同時に、非常に良好なコントラスト、また同時に非常に良好な光に対する透過性がもたらされる。
さらに、いわゆるポジ型VAディスプレイ(「ポジティブVA(positive VA)」)は、特に適切な様式であることが判明している。従来のVAディスプレイと同様、電圧が印加されていない初期状態では、ポジ型VAディスプレイにおけるLC分子の初期配向はホメオトロピック、すなわち、基板に対して実質的に垂線方向にある。しかしながら、従来のVAディスプレイとは対照的にポジ型VAディスプレイでは、正の誘電異方性を有するLC媒体が使用される。通常使用されるIPSディスプレイと同様、ポジ型VAディスプレイにおける2つの電極は、2つの基板の一方にのみ配置されており、好ましくは噛み合ったくし形(インターディジタル)構造を示す。インターディジタル型電極に電圧を印加すると、これにより、LC媒体層に対して実質的に平行な電界が生じ、LC分子は、基板に対して実質的に平行な配向内へと移る。ポジ型VAディスプレイにおいて、ディスプレイ内で重合されるLC媒体へとRMを添加することによるポリマー安定化もまた、それにより切り替え時間を著しく削減可能なため、有利であることが実証されている。
PS−VAディスプレイは例えば、欧州特許出願公開第1170626号明細書(EP 1 170 626 A2)、米国特許第6,861,107号明細書(US 6,861,107)、米国特許第7,169,449号明細書(US 7,169,449)、米国特許出願公開第2004/0191428号明細書(US 2004/0191428 A1)、米国特許出願公開第2006/0066793号明細書(US 2006/0066793 A1)、および米国特許出願公開第2006/0103804号明細書(US 2006/0103804 A1)に記載されている。PS−OCBディスプレイは例えば、T.-J-Chenら、Jpn. J. Appl. Phys. 45, 2006, 2702〜2704、およびS. H. Kim, L.-C- Chien, Jpn. J. Appl. Phys. 43, 2004, 7643〜7647に記載されている。PS−IPSディスプレイは例えば、米国特許第6,177,972号明細書(US 6,177,972)、およびAppl. Phys. Lett. 1999, 75(21), 3264に記載されている。PS−TNディスプレイは例えば、Optics Express 2004, 12(7), 1221に記載されている。
前述の慣用のLCディスプレイと同様、PSAディスプレイは、アクティブマトリックスディスプレイまたはパッシブマトリックスディスプレイとして稼動させることができる。アクティブマトリックスディスプレイの場合、個々のピクセルは通常、一体化された非線状活性素子、例えばトランジスタ(例えば薄膜トランジスタ(「TFT」))によってアドレスされ、その一方でパッシブマトリックスディスプレイの場合、個々のピクセルは通常、従来技術から公知のマルチプレックス法によってアドレスされる。
PSAディスプレイは、ディスプレイセルを形成する基板の一方または両方にある配向層を有することもできる。配向層は通常、LC媒体と接触しており、かつLC分子の初期配向を引き起こすように、電極上に適用される(このような電極が存在する場合)。配向層は例えば、ポリイミドを含有するか、またはポリイミドから成っていてよく、これは粗面化されていてもよく、または光配向法によって製造されていてよい。
モニター、特にTV用途のためには、LCディスプレイの応答時間の最適化、またコントラストと輝度(よって透過性も)の最適化が、引き続き要求されている。ここでPSA法は、著しい利点をもたらすことができる。特にPS−VA式、PS−IPS式、PS−FFS式およびPS−ポジ型VA式ディスプレイの場合、試験セルにおいて測定可能なプレチルトと相関関係にある応答時間の短縮を、その他のパラメータに対して著しい逆効果をもたらさずに、達成することができる。
従来技術では、任意でフッ化されたビフェニルジアクリレートまたはジメタクリレートを、PSAディスプレイにおいてRMとして使用することが提案されている。
しかしながら、LC混合物および1種以上のRMから成る全ての組み合わせが、PSAディスプレイにおいて使用するために適してはいるわけではないという問題が生じる。これは例えば、不充分なチルト、またはチルトがそもそも全く確立されていないためであるか、または例えば、いわゆる「電圧保持率」(VHRまたはHR)が、TFTディスプレイ用途にとって不充分だからである。さらに、PSAディスプレイでの使用に際して、従来技術から公知のLC混合物およびRMには、なおも幾つか不利な点があることが判明している。よって、LC混合物に可溶性のあらゆる公知のRMが、PSAディスプレイでの使用にとって、適切なわけではない。さらに、PSAディスプレイにおけるプレチルトの直接測定以外の適切な選定基準を、RMのために見出すことは、しばしば困難である。光開始剤を添加せずに、紫外光によって重合させることが望ましい場合(これは特定の用途にとって有利であり得る)、適切なRMの選択は、さらに狭まる。
さらに、LCホスト混合物/RMの選択された組み合わせは、できるだけ低い回転粘度、および成し得る最良の電気特性を有することが望ましい。特に、成し得る最高のVHRを有するのが望ましい。PSAディスプレイでは、紫外光照射後の高いVHRが、特に必要である。それと言うのも紫外線への曝露は、ディスプレイ製造法にとって必須であるだけでなく、完成されたディスプレイを稼動する間にも、通常の曝露が起こるからである。
特に、PSAディスプレイについて、特に小さなプレチルト角をもたらす新規材料を利用可能にすることが望ましい。ここで好ましい材料は、同じ曝露時間について重合の間に、これまで公知の材料よりも小さいプレチルト角をもたらすものであり、および/またはその材料を使用することによって、比較的短い曝露時間後に、公知の材料によって達成可能なプレチルト角、またはこれよりも高いプレチルト角が、既に達成可能なものである。ディスプレイの製造時間(タクト時間)は、このようにして短縮可能であり、製造法のコストが削減される。
PSAディスプレイの製造におけるさらなる問題は、特にディスプレイにプレチルト角をもたらすための重合工程後に、重合していないRMの残量が存在していること、またはその除去である。例えば、この種類の未反応RMは、例えばディスプレイ完成後の稼動の間に制御されずに重合することによって、ディスプレイの特性に不利に作用することがある。
よって、従来技術から公知のPSAディスプレイはしばしば、いわゆる「残像」または「焼き付き」という不所望の作用を示す。これはすなわち、LCディスプレイにおいて各ピクセルの一時的なアドレスにより作成されるイメージが、これらのピクセルにおける電界がスイッチオフになった後、または他のピクセルがアドレスされた後でもなお、目に見えるということである。
一方で「残像」は、VHRが低いLCホスト混合物を使用する場合に、起こり得る。日光またはバックライトの紫外線成分は、内部にあるLC分子の不所望な分解反応を引き起こすことがあり、これによってイオンまたはフリーラジカルによる不純物の製造が開始される。この不純物は特に、電極または配列層に堆積することがあり、この不純物は、効果的に印加された電圧を減少させることがある。この作用は、ポリマー成分を有さない慣用のLCディスプレイにおいても、観察できる。
さらに、重合していないRMの存在によって引き起こされる別の「残像」効果が、PSAディスプレイではしばしば観察される。ここで残留RMの制御されない重合は、環境からの紫外光によって、またはバックライトによって開始される。切り替えられたディスプレイ領域では、これによって複数のアドレスサイクル後に、チルト角が変化する。その結果、切り替えられた領域における透過性に変化が生じることがあり、その一方で切り替えられていない領域では、変わらないままである。
よって、RMの重合が、PSAディスプレイ製造の間にできるだけ完全に進むこと、およびディスプレイ中で重合していないRMの存在が、可能な限り排除されているか、または最小値に低減されていることが、望ましい。よって、高い効果およびRMの完全な重合を可能にし、かつそれを支持するRMおよびLC混合物が、必要とされている。さらに、残留RM量の制御された反応が、望ましいだろう。これは、RMがより迅速に、かつこれまで公知の化合物よりも効果的に重合すれば、容易になるであろう。
PSAディスプレイの稼動において観察されているさらなる問題は、プレチルト角の安定性である。このため、前述のようにディスプレイ製造の間にRMの重合によって生じたプレチルト角は、一定のままではなく、ディスプレイがその稼動の間に電圧ストレスにさらされた後には、劣化し得ることが観察された。これはディスプレイの性能に対して、例えばブラック状態での透過性の増加、ひいてはコントラスト低下という、不利な影響を与えることがある。
解決すべき別の問題は、従来技術のRMはしばしば融点が高く、多くの現行の慣用的なLC混合物への可溶性が限られており、このため頻繁に、混合物から自発的に晶出する傾向があることである。さらに、自発的に重合してしまうという危険性によって、重合性成分を溶解させるために、LCホスト混合物を温めることが妨げられる。これはつまり、室温であっても最良の可溶性が必要とされるということである。さらに、例えばLCディスプレイにLC媒体を導入する際に分離の危険性があり(クロマトグラフィー効果)、これは、ディスプレイの均一性を著しく損なうことがある。その可能性はさらに、LC媒体は通常、自発的な重合の危険性を減少させるために、低温で導入されるという事実によって増大し(上記参照)、このことは可溶性に対して不利な影響をもたらす。
従来技術において観察される別の問題は、LCディスプレイ(PSA型のディスプレイを含むが、これに限られない)において慣用のLC媒体を使用するとしばしば、ディスプレイにおいてムラが生じることであり、特にLC媒体が、ワン・ドロップ・フィル(ODF)法を用いて製造されたディスプレイセル内に充填されている場合には、そうである。この減少は、「ODFムラ」としても知られている。よって、ODFムラの減少につながるLC媒体を提供することが望ましい。
従来技術で観察される別の問題は、PSAディスプレイ(PSA型のディスプレイを含むが、これに限られない)で使用するためのLC媒体がしばしば高い粘度を示し、その結果、切り替え時間が長くなることである。LC媒体の粘度および切り替え時間を減少させるために従来技術では、アルケニル基を有するLC化合物を添加することが提案されてきた。しかしながらアルケニル化合物を含有するLC媒体はしばしば、信頼性および安定性が減少し、紫外線にさらされた後には特に、VHRが減少することが観察されている。特にPSAディスプレイにおいて使用するためには、これはかなりの欠点である。なぜならば、PSAディスプレイにおけるRMの光重合は通常、紫外線照射によって行われるからであり、このことが、LC媒体におけるVHR低下につながり得るからである。
よってなおも、前述の欠点を示さないか、または僅かな程度でしか示さずに、改善された特性を有するPSAディスプレイおよびLC媒体、ならびにこのようなディスプレイにおいて使用するための重合性化合物に対して、大きな需要がある。
特に、高い比抵抗と同時に、広い稼動温度範囲、低温であっても短い応答時間、および低いしきい値電圧、小さいプレチルト角、グレースケールの多様性、高いコントラスト、および広い視野角を可能にし、紫外線にさらされた後でも高い信頼性および「電圧保持率」(VHR)について高い値を示すPSAディスプレイおよびLC媒体、ならびにこのようなPSAディスプレイにおいて使用するための、融点が低く、かつLCホスト混合物への可溶性が高い重合性化合物に対して、大きな需要がある。モバイル用途のためのPSAディスプレイでは、しきい値電圧が低く、複屈折率が高いLC媒体を利用可能にするのが、特に望ましい。
本発明は、前述の欠点を有さないか、または削減された程度でしか有さないPSAディスプレイにおいて使用するための新規の適切な材料、特にRM、およびRM含有LC媒体を提供するという課題に基づく。
本発明は特に、非常に高い比抵抗値、高いVHR値、高い信頼性、低いしきい値電圧、短い応答時間、高い複屈折率を示し、特に比較的長い波長で良好な紫外線吸収性を示し、RMの迅速かつ完全な重合を可能にし、できるだけ迅速に小さいプレチルト角をもたらし、長時間後および/または紫外線曝露後であっても、高いプレチルト安定性を可能にし、ディスプレイにおける「残像」および「ODFムラ」の発生を減少または防止し、RMの場合には、できるだけ迅速かつ完全に重合し、PSAディスプレイにおいて通常ホスト混合物として使用されるLC媒体に高い可溶性を示す、PSAディスプレイにおいて使用するためのRM、およびRM含有LC媒体を提供するという課題に基づく。
本発明のさらなる課題は、特に光学、電気光学、および電子的な用途のための新規なRM、ならびにこれを製造するための適切な方法および中間体を提供することである。
この課題は本発明に従い、本願に記載された材料および方法によって達成された。特に、意外なことに、以下で説明および特許請求する式Iの化合物を使用することによって、前述のような有利な効果が達成できることが判明した。これらの化合物は、1個以上の重合性反応基を有するメソゲンコアを有することを特徴としており、ここで重合性基のうち少なくとも1個は、オキセタン部分を有するスペーサー基を介して、メソゲンコアに結合されている。
意外なことに、これらの化合物、およびこれらの化合物を含有するLC媒体をPSAディスプレイにおいて使用することにより、特に、300〜380nm、好ましくは320〜360nmの範囲という比較的長い紫外線波長における迅速かつ完全な紫外線光重合反応が、光開始剤を添加しなくても容易になり、大きくて安定したプレチルト角の迅速な生成につながり、ディスプレイにおける残像およびODFムラが減少し、特にアルケニル基を有するLC化合物を含有するLCホスト混合物の場合に、紫外線光重合後の高い信頼性および高いVHR値につながり、迅速な応答時間、低いしきい値電圧、および高い複屈折率を達成可能にすることが、判明した。
さらに、式Iの化合物は、融点が低く、LC媒体の幅広い範囲において可溶性が良好であり、特に市販で手に入るPSA用途のためのLCホスト混合物への可溶性が良好であり、結晶化傾向が低い。加えて、式Iの化合物は、比較的長い紫外線波長、特に300〜380nm、好ましくは320〜360nmの範囲での紫外線波長における吸収性が良好であり、迅速かつ完全な重合を、セル内における未反応の残留モノマーの量が少ない状態で可能にする。
式Iの化合物は、これまで従来技術では開示されていない。オキセタン基を有する重合性化合物は従来技術において、例えば米国特許出願公開第2007/0112565号明細書(US2007/0112565 A1)で公知である。しかしながら、これらの重合性化合物においてオキセタン基は、重合性官能基自体として作用する末端基であるが、これは別の重合性基とは結合されていない。
これとは対照的に、以下に開示および特許請求する式Iの化合物は、スペーサー基の一部をなすオキセタン基を1個以上有し、このオキセタン基は、メソゲンコアと重合性官能基との間に位置している。スペーサー基におけるこれらのオキセタン基は、重合性基の重合反応には関与しない。
オキセタン基を、重合性化合物におけるスペーサー基としても使用可能なこと、およびオキセタン基を含有する重合性化合物が、LC媒体における迅速かつ完全な紫外線光重合のために、またPSAディスプレイにおいてプレチルト角をもたらすために、重合性モノマーとして使用可能なことは、完全に意想外であった。
本発明の別の態様は、以下に開示および特許請求する式Iの化合物の、LC媒体およびLCディスプレイのための安定剤としての使用に関する。よって、従来技術で使用されるLC媒体ではしばしば、充分に高い信頼性を有さないことが観察された。
以下で使用するように「信頼性」という用語は、経時的な、また様々なストレス負荷(例えば光負荷、温度、湿度または電圧)によるディスプレイの性能の質を意味し、これは例えば残像(面状および線状の残像)、ムラ、汚れといった、LCディスプレイ分野における当業者に知られたディスプレイ欠陥をもたらすものである。信頼性を分類するための標準的なパラメータとしては通常、電圧保持率(VHR)の値が使用され、これは試験ディスプレイにおいて一定の電圧を保持するための測定値である。VHR値が高いほど、媒体の信頼性は良好である。
例えば、負の誘電異方性を有するLC媒体を用いたUB−FFSディスプレイの場合、信頼性の低下は、LC分子とポリイミド配向層との相互作用によって説明することができ、その結果、イオンがポリイミド配向層から抽出され、その際に負の誘電異方性を有するLC分子は、このようなイオンをより効果的に抽出する。
これにより、UB−FFSディスプレイにおいて使用するためのLC媒体にとって新たな要件が生じる。LC媒体は特に、紫外線曝露後に高い信頼性および高いVHR値を示さなければならない。さらなる要件は、高い比抵抗、広い稼動温度範囲、低温であっても短い応答時間、低いしきい値電圧、グレースケールの多用性、高いコントラスト、および広い視野角、ならびに残像の低減である。
従来技術で観察される別の問題は、ディスプレイ(UB−FFS式ディスプレイを含むが、これに限られない)で使用するためのLC媒体がしばしば高い粘度を示し、その結果、切り替え時間が長くなることである。LC媒体の粘度および切り替え時間を減少させるために従来技術では、アルケニル基を有するLC化合物を添加することが提案されてきた。しかしながらアルケニル化合物を含有するLC媒体はしばしば、信頼性および安定性が減少しており、特に紫外線照射にさらされた後、また通常は紫外光を放出しないディスプレイのバックライトからの可視光にさらされた後には、VHRが減少する。
信頼性と安定性の低下を減少させるために、安定剤の使用が提案されており、例えばHALS(ヒンダードアミン光安定剤)の化合物が、欧州特許第2514800号明細書(EP 2 514 800 B1)、および国際公開第2009/129911号(WO 2009/129911 A1)で提案された。1つの典型例が、下記式の化合物、Tinuvin 770である:
それにも拘わらず、これらのLC混合物はなお、ディスプレイ稼動の間の信頼性が不充分なことがあり、例えば典型的なCCFL(冷陰極管蛍光ランプ)バックライトを照射した際に、不充分である。
液晶を安定化させるために使用される化合物の別の部類は、フェノールから誘導される酸化防止剤、例えば独国特許出願公開第19539141号明細書(DE 19539141 A1)に記載されている以下の化合物である:
このような安定剤は、熱または酸素の影響に対してLC混合物を安定化させるために使用できるが、通常は光によるストレスのもとでは、利点を示さない。
ディスプレイにおける様々な種類の安定剤の作用、および微妙な効果が複雑なため(液晶、多くの異なる種類の化合物の複雑な混合物自体が、別の化学種(ポリイミド含む)と相互作用を起こす)、適切な安定剤を選択して、最良の材料組み合わせを特定することは当業者にとっても、困難な作業である。従って、適用可能な材料の範囲を広げるために、異なる特性を有する新たな種類の安定剤に対して大きな需要が、なおも存在する。
従って、本発明のさらなる課題は、LCディスプレイにおいて、特にVA式、IPS式、またはUB−FFS式のディスプレイにおいて使用するための改善されたLC媒体であって、前述の欠点を示さないか、または僅かな程度でしか示さず、改善された特性を有するLC媒体を提供するための方法をもたらすことである。本発明のさらなる課題は、良好な透過性、高い信頼性、特にバックライト曝露後に高いVHR値、高い比抵抗、広い稼動温度範囲、低温であっても短い応答時間、低いしきい値電圧、グレースケールの多用性、高いコントラストおよび広い視野角を有し、残像が低減されたLCディスプレイを提供することである。
この課題は本発明により、以下に記載および特許請求する、負の誘電異方性を有するLC媒体を含有するLCディスプレイ、特にVA式、IPS式またはUB−FFS式ディスプレイにおいて使用するためのLC混合物を安定させるための方法を提供することによって、達成された。特に、本発明の発明者らは前述の課題が、以下に開示および特許請求する式Iの化合物を1種以上含有するLC媒体(好ましくはアルケニル化合物を1種以上含有するもの)を安定剤として、VA式、IPS式、またはUB−FFS式ディスプレイで用いることにより、達成可能なことを見出した。このような安定剤を、UB−FFSディスプレイで使用するためのLC媒体中で使用すると、意外なことに、バックライト負荷後の信頼性およびVHR値が、本発明による安定剤を有さないLC媒体に比べて高いことも判明した。
前述のように本発明による化合物は、PSAディスプレイ様式において、例えばPS−VAでRMとして使用するためにも、適している。意外なことに、重合性基を1個以上有するこのような化合物は、LCの信頼性という観点から有害であるどころか、光ストレス下でLC混合物を安定化させるために適していることも判明した。
また、以下に記載する安定剤を含有するLC媒体を使用することにより、アルケニル含有LC媒体の公知の利点、例えば低減された粘度、およびより速い切り替え時間を活かすことができると同時に、特にバックライト曝露後に、信頼性の改善および高いVHR値につながる。
発明の概要
本発明は、式Iの化合物:
P−Sp−A1−(Z1−A2)z−R I
に関し、
前記式中、各基は相互に独立して、それぞれの場合に、同一または異なって、以下の意味を有する:
Pは重合性基であり、
Spは、スペーサー基または単結合であり、
A1、A2は、4〜30個の環原子を有する、非環式、複素環式、芳香族またはヘテロ芳香族基であり、この基はまた縮合環を有していてよく、任意で1個以上の基LまたはRによって置換されており、
Z1は、−O−、−S−、−CO−、−CO−O−、−O−CO−、−O−CO−O−、−OCH2−、−CH2O−、−SCH2−、−CH2S−、−CF2O−、−OCF2−、−CF2S−、−SCF2−、−(CH2)n1−、−CF2CH2−、−CH2CF2−、−(CF2)n1−、−CH=CH−、−CF=CF−、−CH=CF−、−CF=CH−、−C≡C−、−CH=CH−CO−O−、−O−CO−CH=CH−、−CH2−CH2−CO−O−、−O−CO−CH2−CH2−、−CR0R00−、または単結合であり、
R0、R00は、Hであるか、または1〜12個のC原子を有するアルキルであり、
Rは、H、LまたはP−Sp−であり、
Lは、F、Cl、−CN、P−Sp−、または1〜25個のC原子を有する直鎖状、分枝鎖状もしくは環状のアルキルであり、ここで1個以上の非隣接CH2基は任意で、−O−、−S−、−CO−、−CO−O−、−O−CO−、−O−CO−O−によって、O原子および/またはS原子が直接相互に結合していないように、置き換えられており、ここで1個以上のH原子はそれぞれ任意で、P、FまたはClによって置き換えられており、
zは0、1、2または3であり、
n1は、1、2、3または4であり、
前記化合物は、オキセタン−3,3−ジイル基を有する基Spを少なくとも1個有することを特徴とする。
本発明は、式Iの化合物:
P−Sp−A1−(Z1−A2)z−R I
に関し、
前記式中、各基は相互に独立して、それぞれの場合に、同一または異なって、以下の意味を有する:
Pは重合性基であり、
Spは、スペーサー基または単結合であり、
A1、A2は、4〜30個の環原子を有する、非環式、複素環式、芳香族またはヘテロ芳香族基であり、この基はまた縮合環を有していてよく、任意で1個以上の基LまたはRによって置換されており、
Z1は、−O−、−S−、−CO−、−CO−O−、−O−CO−、−O−CO−O−、−OCH2−、−CH2O−、−SCH2−、−CH2S−、−CF2O−、−OCF2−、−CF2S−、−SCF2−、−(CH2)n1−、−CF2CH2−、−CH2CF2−、−(CF2)n1−、−CH=CH−、−CF=CF−、−CH=CF−、−CF=CH−、−C≡C−、−CH=CH−CO−O−、−O−CO−CH=CH−、−CH2−CH2−CO−O−、−O−CO−CH2−CH2−、−CR0R00−、または単結合であり、
R0、R00は、Hであるか、または1〜12個のC原子を有するアルキルであり、
Rは、H、LまたはP−Sp−であり、
Lは、F、Cl、−CN、P−Sp−、または1〜25個のC原子を有する直鎖状、分枝鎖状もしくは環状のアルキルであり、ここで1個以上の非隣接CH2基は任意で、−O−、−S−、−CO−、−CO−O−、−O−CO−、−O−CO−O−によって、O原子および/またはS原子が直接相互に結合していないように、置き換えられており、ここで1個以上のH原子はそれぞれ任意で、P、FまたはClによって置き換えられており、
zは0、1、2または3であり、
n1は、1、2、3または4であり、
前記化合物は、オキセタン−3,3−ジイル基を有する基Spを少なくとも1個有することを特徴とする。
本発明はさらに、式Iの化合物の、LC媒体およびLCディスプレイにおける、特にLC媒体における重合性化合物またはRMとしての、LCディスプレイの活性層または配向層としての使用に関し、ここでLCディスプレイは好ましくは、PSAディスプレイである。
本発明はさらに、式Iの化合物の、LC媒体およびLCディスプレイにおける、特にLC媒体における安定剤としての、LCディスプレイの活性層または配向層としての使用に関する。
本発明はさらに、式Iの化合物の製造方法、およびこれらの方法で使用されるまたは得られる新規中間体に関する。
本発明はさらに、式Iの化合物を1種以上含有するLC媒体に関する。
本発明はさらに、1種以上の安定剤(このうち少なくとも1種は、式Iの化合物である)を含有するLC媒体に関する。
本発明はさらに、1種以上の重合性化合物(このうち少なくとも1種は、式Iの化合物である)を含有するLC媒体に関する。
本発明はさらに、
・1種以上の重合性化合物を含有する、好ましくはこれから成る重合性成分A)、この重合性化合物のうち少なくとも1種は、式Iの化合物である、および
・1種以上のメソゲン化合物または液晶化合物を含有する、好ましくはこれから成る液晶成分B)(以下では「LCホスト混合物」とも呼ぶ)
を含有するLC媒体に関する。
・1種以上の重合性化合物を含有する、好ましくはこれから成る重合性成分A)、この重合性化合物のうち少なくとも1種は、式Iの化合物である、および
・1種以上のメソゲン化合物または液晶化合物を含有する、好ましくはこれから成る液晶成分B)(以下では「LCホスト混合物」とも呼ぶ)
を含有するLC媒体に関する。
本発明によるLC媒体の液晶成分B)は、以下では「LCホスト混合物」とも呼び、これは非重合性低分子化合物から選択されるメソゲン化合物またはLC化合物を、好ましくは1種以上、好ましくは少なくとも2種、含有する。
本発明はさらに、LCホスト混合物または成分B)が、アルケニル基を有するメソゲン化合物またはLC化合物を少なくとも1種含有する、前述の、また後述するLC媒体に関する。
本発明はさらに、式Iの化合物、または成分A)の重合性化合物が重合されている、前述のLC媒体またはLCディスプレイに関する。
本発明はさらに、前述の、および後述する1種以上のメソゲン化合物もしくはLC化合物、またはLCホスト混合物もしくはLC成分B)を、式Iの化合物1種以上と、任意でさらなるLC化合物および/または添加剤と混合する工程を含む、前述の、および後述するLC媒体の製造方法に関する。
本発明はさらに、PSAディスプレイにおける式Iの化合物および本発明によるLC媒体の使用、特にLC媒体を含有するPSAディスプレイにおける、式Iの化合物および本発明によるLC媒体の使用であって、PSAディスプレイにおいて、好ましくは電界または磁界において、1種以上の式Iの化合物をその場で重合させることにより、LC媒体にチルト角をもたらすための使用に関する。
本発明はさらに、本発明による式Iの化合物またはLC媒体を1種以上含有するLCディスプレイ、特にPSAディスプレイ、特に好ましくはPS−VA式、PS−OCB式、PS−IPS式、PS−FFS式、PS−UB−FFS式、PS−ポジ型VA式、またはPS−TN式ディスプレイに関する。
本発明はさらに、前述の式Iの化合物または重合性成分A)を重合させることによって得られるポリマー、または本発明によるLC媒体を含有するLCディスプレイに関し、このディスプレイは好ましくは、PSAディスプレイであり、特に好ましくはPS−VA式、PS−OCB式、PS−IPS式、PS−FFS式、PS−UB−FFS式、PS−ポジ型VA式、またはPS−TN式ディスプレイである。
本発明はさらに、2枚の基板(このうち少なくとも1枚は、光に対して透過性である)、各基板上に設けられた電極、または一方の基板のみに設けられた2つの電極、および基板の間に位置する、前述の、および後述する1種以上の重合性成分およびLC成分を含有するLC媒体の層を有するPSA型LCディスプレイに関し、ここで重合性化合物は、ディスプレイの基板の間で、重合している。
本発明はさらに、前述の、および後述する1種以上の重合性化合物を含有するLC媒体をディスプレイの基板の間に充填する、またはさもなくば設ける工程と、重合性化合物を重合させる工程とを含む、前述の、および後述するLCディスプレイの製造方法に関する。
本発明によるPSAディスプレイは2つの電極を、好ましくは透明層の形で有し、これらの電極は基板の一方、または両方に適用されている。幾つかのディスプレイ、例えばPS−VA式、PS−OCB式、またはPS−TN式のディスプレイでは、1つの電極が、2つの基板のそれぞれに適用されている。その他のディスプレイ、例えばPSポジ型VA式、PS−IPS式、またはPS−FFS式またはPS−UB−FFS式ディスプレイでは、両方の電極が、2つの基板の一方だけに適用されている。
好ましい実施形態において重合性成分は、ディスプレイの電極に電圧が印加される間に、LCディスプレイ内で重合される。
重合性成分の重合性化合物は好ましくは、光重合によって重合され、特に好ましくは紫外線光重合によって重合される。
本発明はさらに、本発明による式Iの化合物およびLC媒体の、LCディスプレイにおける安定剤としての使用、特にLC媒体を含有するLCディスプレイにおいて、イオン性不純物および/または酸素および/または湿度により引き起こされる不所望の化学反応または分解に対して、LC媒体を安定化させるための使用に関する。
本発明はさらに、本発明による式Iの化合物またはLC媒体を安定剤として1種以上含有するLCディスプレイ、特にVA式、IPS式もしくはUB−FFS式、またはTN式、OCB式、FFS式もしくはポジ型VA式ディスプレイに関する。
発明の詳細な説明
特に記載しない限り、「紫外(UV)光」という用語は、電磁スペクトルの310〜400nmの波長範囲における光を意味する。
特に記載しない限り、「紫外(UV)光」という用語は、電磁スペクトルの310〜400nmの波長範囲における光を意味する。
特に記載しない限り、式Iの化合物は、アキラル化合物から選択されるのが好ましい。
本明細書で使用するように、「活性層」および「切り替え可能層」という用語は、構造的および光学的異方性を有する分子、例えばLC分子を1種以上有する電気光学ディスプレイ、例えばLCディスプレイにおける層を意味し、この分子は、電界または磁界のような外的刺激を受けるとその配向性を変え、偏光された光、または偏光されていない光に対する層の透過性に変化をもたらすものである。
本明細書で使用するように、「チルト」および「チルト角」という用語は、LCディスプレイ(好ましくはPSAディスプレイ)におけるセル表面に対して傾いた、LC媒体のLC分子の配向を意味すると理解される。ここでチルト角とは、LC分子(LC配向子)の長手方向の分子軸と、LCセルを形成する平面的で平行な外部プレートの表面との間の平均角(<90°)を表す。ここでチルト角について低い値(すなわち、角度90°からの大きな逸脱)は、チルトが大きいことに相当する。チルト角を測定するための適切な方法は、実施例に記載されている。特に記載しない限り、先に、および以下で開示するチルト角の値は、この測定法に関する。
本明細書で使用するように、「反応性メソゲン」および「RM」という用語は、メソゲン骨格または液晶骨格と、これらに結合された1個以上の、重合に適した官能基(「重合性基」または「P」とも呼ばれる)を有する化合物と理解される。
特に記載しない限り、本明細書で使用する「重合性化合物」という用語は、重合性モノマー化合物を意味すると理解される。
本明細書で使用するように、「低分子量化合物」という用語は、モノマー化合物、および/または重合反応によって製造されない化合物を意味すると理解され、「重合化合物」または「ポリマー」の反義語である。
本明細書で使用するように、「非重合性化合物」という用語は、RMの重合に通常適用される条件下で重合に適した官能基を有さない化合物を意味すると理解される。
本明細書で使用するように、「メソゲン基」という用語は、当業者に知られており、また文献にも記載されているが、その誘引相互作用および反発相互作用の異方性が原因で、低分子量物質またはポリマー物質に液晶(LC)相をもたらすことに、実質的に貢献する。メソゲン基を有する化合物(メソゲン化合物)は、LC相自体を、必ずしも有する必要はない。メソゲン化合物が、他の化合物との混合後および/または重合後にのみ、LC相挙動を示すことも可能である。典型的なメソゲン基は例えば、硬質ロッド状単位、またはディスク状単位である。メソゲン化合物またはLC化合物との関連で使用される用語および定義の概観は、Pure Appl. Chem. 2001 , 73(5), 888、およびC. Tschierske, G. Pelzl, S. Diele, Angew. Chem. 2004, 116, 6340〜6368に見られる。
「スペーサー基」という用語は以下ではまた、「Sp」と呼ぶこともあり、ここで使用するように当業者に知られており、文献に記載されている。例えば、Pure Appl. Chem. 2001 , 73(5), 888、およびC. Tschierske, G. Pelzl, S. Diele, Angew. Chem. 2004, 16, 6340〜6368を参照のこと。ここで使用するように、「スペーサー基」または「スペーサー」という用語は、フレキシブルな基、例えばアルキレン基を意味し、これは重合性メソゲン化合物においてメソゲン基と(1つまたは複数の)重合性基とを結合させるものである。
先に、また以下で「有機基」とは、炭素基または炭化水素基を表す。
「炭素基」とは、少なくとも1個の炭素原子を有する一価または多価の有機基を表し、ここでこの基は、さらなる原子(例えば−C≡C−)を有さないか、または任意で、1個以上のさらなる原子、例えばN、O、S、B、P、Si、Se、As、TeまたはGe(例えばカルボニルなど)を有する。「炭化水素基」という用語は、1個以上のH原子、および任意で、1個以上のヘテロ原子、例えばN、O、S、B、P、Si、Se、As、TeまたはGeをさらに有する炭素基を表す。
「ハロゲン」は、F、Cl、Br、またはIを表す。
「O●」は、酸素フリーラジカルを表す。
先に、また以下でアスタリスク(*)は、分子内における隣接基に対する化学的な結合を意味する。
炭素基または炭化水素基は、飽和基または不飽和基であり得る。不飽和基は例えば、アリール基、アルケニル基、またはアルキニル基である。3個より多い炭素原子を有する炭素基または炭化水素基は、直鎖状、分枝鎖状、および/または環状であってよく、スピロ結合または縮合環を有することもできる。
「アルキル」、「アリール」、「ヘテロアリール」などという用語は、多価の基、例えばアルキレン、アリーレン、ヘテロアリーレンなども包含する。
「アリール」という用語は、芳香族炭素基、または芳香族炭素基から誘導される基を表す。「ヘテロアリール」という用語は、1個以上のヘテロ原子、好ましくはN、O、S、Se、Te、SiおよびGeから選択される1個以上のヘテロ原子を有する、先に規定した「アリール」を表す。
好ましい炭素基および炭化水素基は、1〜40個、好ましくは1〜20個、特に好ましくは1〜12個のC原子を有する、任意で置換された、直鎖状、分枝鎖状、または環状のアルキル、アルケニル、アルキニル、アルコキシ、アルキルカルボニル、アルコキシカルボニル、アルキルカルボニルオキシ、およびアルコキシカルボニルオキシ、5〜30個、好ましくは6〜25個のC原子を有する、任意で置換されたアリールもしくはアリールオキシ、または5〜30個、好ましくは6〜25個のC原子を有する、任意で置換されたアルキルアリール、アリールアルキル、アルキルアリールオキシ、アリールアルキルオキシ、アリールカルボニル、アリールオキシカルボニル、アリールカルボニルオキシ、およびアリールオキシカルボニルオキシであり、ここで1個以上のC原子は、ヘテロ原子、好ましくはN、O、S、Se、Te、SiおよびGeから選択されるヘテロ原子によって、置き換えられていてよい。
さらなる好ましい炭素基および炭化水素基は、C1〜C20アルキル、C2〜C20アルケニル、C2〜C20アルキニル、C3〜C20アリル、C4〜C20アルキルジエニル、C4〜C20ポリエニル、C6〜C20シクロアルキル、C4〜C15シクロアルケニル、C6〜C30アリール、C6〜C30アルキルアリール、C6〜30アリールアルキル、C6〜C30アルキルアリールオキシ、C6〜C30アリールアルキルオキシ、C2〜C30ヘテロアリール、C2〜C30ヘテロアリールオキシである。
特に好ましいのは、C1〜C12アルキル、C2〜C12アルケニル、C2〜C12アルキニル、C6〜C25アリール、およびC2〜C25ヘテロアリールである。
さらに好ましい炭素基および炭化水素基は、1〜20個、好ましくは1〜12個のC原子を有する、直鎖状、分枝鎖状、または環状のアルキルであり、このアルキルは非置換であるか、またはF、Cl、Br、IもしくはCNによって一置換または多置換されており、ここで1個以上の非隣接CH2基はそれぞれ、相互に独立して、−C(Rx)=C(Rx)−、−C≡C−、−N(Rx)−、−O−、−S−、−CO−、−CO−O−、−O−CO−、−O−CO−O−によって、O原子および/またはS原子が直接相互に結合していないように、置き換えられていてよい。
Rxは好ましくは、H、F、Cl、CN、1〜25個のC原子を有する直鎖状、分枝鎖状、または環状のアルキルを表し、ここでさらに、1個以上の非隣接C原子は、−O−、−S−、−CO−、−CO−O−、−O−CO−、−O−CO−O−によって置き換えられていてよく、ここで1個以上のH原子は、FまたはClによって置き換えられていてよく、またはRxは、6〜30個のC原子を有する、任意で置換されたアリール基またはアリールオキシ基を表すか、または2〜30個のC原子を有する、任意で置換されたヘテロアリール基またはヘテロアリールオキシ基を表す。
好ましいアルキル基は例えば、メチル、エチル、n−プロピル、イソプロピル、n−ブチル、イソブチル、s−ブチル、t−ブチル、2−メチルブチル、n−ペンチル、s−ペンチル、シクロペンチル、n−ヘキシル、シクロヘキシル、2−エチルへキシル、n−ヘプチル、シクロヘプチル、n−オクチル、シクロオクチル、n−ノニル、n−デシル、n−ウンデシル、n−ドデシル、ドデカニル、トリフルオロメチル、ペルフルオロ−n−ブチル、2,2,2−トリフルオロエチル、ペルフルオロオクチル、ペルフルオロヘキシルなどである。
好ましいアルケニル基は例えば、エテニル、プロペニル、ブテニル、ペンテニル、シクロペンテニル、ヘキセニル、シクロヘキセニル、ヘプテニル、シクロヘプテニル、オクテニル、シクロオクテニルなどである。
好ましいアルキニル基は例えば、エチニル、プロピニル、ブチニル、ペンチニル、ヘキシニル、オクチニルなどである。
好ましいアルコキシ基は例えば、メトキシ、エトキシ、2−メトキシエトキシ、n−プロポキシ、i−プロポキシ、n−ブトキシ、i−ブトキシ、s−ブトキシ、t−ブトキシ、2−メチルブトキシ、n−ペントキシ、n−ヘキソキシ、n−ヘプトキシ、n−オクトキシ、n−ノノキシ、n−デコキシ、n−ウンデコキシ、n−ドデコキシなどである。
好ましいアミノ基は例えば、ジメチルアミノ、メチルアミノ、メチルフェニルアミノ、フェニルアミノなどである。
アリール基およびヘテロアリール基は、単環式または多環式であり得る。すなわち、これらは1個の環(例えばフェニルのように)、または2個以上の環を有することができ、これらは縮合されていてもよく(例えばナフチルのように)、または共有結合されていてもよく(例えばビフェニルのように)、または縮合環と結合環との組み合わせを有することもできる。ヘテロアリール基は、1個以上のヘテロ原子、好ましくはO、N、SおよびSeから選択される1個以上のヘテロ原子を有する。
特に好ましいのは、6〜25個のC原子を有する単環式、二環式、または三環式のアリール基、および5〜25個の環原子を有する単環式、二環式、または三環式のヘテロアリール基であり、これらの基は任意で縮合環を有し、任意で置換されている。さらに好ましいのは、5員、6員または7員のアリール基およびヘテロアリール基であり、ここでさらに1個以上のCH基が、O原子および/またはS原子が直接相互に結合していないように、N、SまたはOによって置き換えられていてよい。
好ましいアリール基は例えば、フェニル、ビフェニル、テルフェニル、[1,1’:3’,1’’]テルフェニル−2’−イル、ナフチル、アントラセン、ビナフチル、フェナントレン、9,10−ジヒドロ−フェナントレン、ピレン、ジヒドロピレン、クリセン、ペリレン、テトラセン、ペンタセン、ベンゾピレン、フルオレン、インデン、インデノフルオレン、スピロビフルオレンなどである。
好ましいヘテロアリール基は例えば、5員環、例えばピロール、ピラゾール、イミダゾール、1,2,3−トリアゾール、1,2,4−トリアゾール、テトラゾール、フラン、チオフェン、セレノフェン、オキサゾール、イソオキサゾール、1,2−チアゾール、1,3−チアゾール、1,2,3−オキサジアゾール、1,2,4−オキサジアゾール、1,2,5−オキサジアゾール、1,3,4−オキサジアゾール、1,2,3−チアジアゾール、1,2,4−チアジアゾール、1,2,5−チアジアゾール、1,3,4−チアジアゾール、6員環、例えばピリジン、ピリダジン、ピリミジン、ピラジン、1,3,5−トリアジン、1,2,4−トリアジン、1,2,3−トリアジン、1,2,4,5−テトラジン、1,2,3,4−テトラジン、1,2,3,5−テトラジン、または縮合基、例えばインドール、イソインドール、インドリジン、インダゾール、ベンズイミダゾール、ベンゾトリアゾール、プリン、ナフトイミダゾール、フェナントロイミダゾール、ピリドイミダゾール、ピラジンイミダゾール、キノキサリノイミダゾール、ベンゾオキサゾール、ナフトオキサゾール、アントロオキサゾール、フェナントロオキサゾール、イソオキサゾール、ベンゾチアゾール、ベンゾフラン、イソベンゾフラン、ジベンゾフラン、キノリン、イソキノリン、プテリジン、ベンゾ−5,6−キノリン、ベンゾ−6,7−キノリン、ベンゾ−7,8−キノリン、ベンゾイソキノリン、アクリジン、フェノチアジン、フェノオキサジン、ベンゾピリダジン、ベンゾピリミジン、キノキサリン、フェナジン、ナフチリジン、アザカルバゾール、ベンゾカルボリン、フェナントリジン、フェナントロリン、チエノ[2,3b]チオフェン、チエノ[3,2b]チオフェン、ジチエノチオフェン、イソベンゾチオフェン、ジベンゾチオフェン、ベンゾチアジアゾチオフェン、またはこれらの基の組み合わせである。
先の、および以下のアリール基およびヘテロアリール基は、アルキル、アルコキシ、チオアルキル、フッ素、フルオロアルキル、またはさらなるアリール基もしくはヘテロアリール基によって、置換されていてもよい。
(非芳香族)脂環式基および複素環式基は、飽和環、すなわち単結合のみを有するものと、部分的に不飽和の環、すなわち、多重結合も有し得るものの双方を包含する。複素環は1個以上のヘテロ原子、好ましくはSi、O、N、SおよびSeから選択される1個以上のヘテロ原子を有する。
(非芳香族)脂環式基および複素環式基は、単環式、すなわち1個の環のみを有するか(例えばシクロヘキサンのように)、または多環式、すなわち複数の環を有することができる(例えばデカヒドロナフタレンまたはビシクロオクタンのように)。特に好ましいのは、飽和基である。さらに好ましいのは、5〜25個の環原子を有する単環式、二環式、または三環式の基であり、この基は任意で縮合環を有し、任意で置換されている。さらに好ましいのは、5員、6員、7員、または8員の炭素環式基であり、ここでさらに1個以上のC原子が、Siによって置き換えられていてよく、かつ/または1個以上のCH基が、Nによって置き換えられていてよく、かつ/または1個以上の非隣接CH2基が、−O−および/または−S−によって置き換えられていてよい。
好ましい脂環式基および複素環式基は例えば、5員環の基、例えばシクロペンタン、テトラヒドロフラン、テトラヒドロチオフラン、ピロリジン、6員環の基、例えばシクロヘキサン、シリナン、シクロヘキセン、テトラヒドロピラン、テトラヒドロチオピラン、1,3−ジオキサン、1,3−ジチアン、ピペリジン、7員環の基、例えばシクロヘプタン、および縮合環、例えばテトラヒドロナフタレン、デカヒドロナフタレン、インダン、ビシクロ[1.1.1]−ペンタン−1,3−ジイル、ビシクロ[2.2.2]オクタン−1,4−ジイル、スピロ[3.3]ヘプタン−2,6−ジイル、オクタヒドロ−4,7−メタノインダン−2,5−ジイルである。
好ましい置換基は例えば、可溶性促進基、例えばアルキルまたはアルコキシ、電子吸引基、例えばフッ素、ニトロもしくはニトリル、またはポリマー中でガラス転移温度(Tg)を上昇させるための置換基、特にかさ高な基、例えばt−ブチルまたは任意で置換されたアリール基である。
好ましい置換基は例えば、F、Cl、Br、I、−CN、−NO2、−NCO、−NCS、−OCN、−SCN、−C(=O)N(Rx)2、−C(=O)Y1、−C(=O)Rx、−N(Rx)2、それぞれ1〜25個のC原子を有する、直鎖状もしくは分枝鎖状のアルキル、アルコキシ、アルキルカルボニル、アルコキシカルボニル、アルキルカルボニルオキシ、またはアルコキシカルボニルオキシ(ここで1個以上のH原子は任意で、FまたはClによって置き換えられていてよい)、1〜20個のSi原子を有する任意で置換されたシリル、または6〜25個、好ましくは6〜15個のC原子を有する、任意で置換されたアリールであり、
ここでRxは、H、F、Cl、CN、または1〜25個の炭素原子を有する直鎖状、分枝鎖状もしくは環状のアルキルであり、ここで1個以上の非隣接CH2基は任意で、−O−、−S−、−CO−、−CO−O−、−O−CO−、−O−CO−O−によって、O原子および/またはS原子が直接相互に結合していないように、置き換えられており、ここで1個以上のH原子はそれぞれ任意で、F、Cl、P−、またはP−Sp−によって置き換えられており、
Y1は、ハロゲンを表す。
ここでRxは、H、F、Cl、CN、または1〜25個の炭素原子を有する直鎖状、分枝鎖状もしくは環状のアルキルであり、ここで1個以上の非隣接CH2基は任意で、−O−、−S−、−CO−、−CO−O−、−O−CO−、−O−CO−O−によって、O原子および/またはS原子が直接相互に結合していないように、置き換えられており、ここで1個以上のH原子はそれぞれ任意で、F、Cl、P−、またはP−Sp−によって置き換えられており、
Y1は、ハロゲンを表す。
「置換されたシリルまたはアリール」は好ましくは、ハロゲン、−CN、R0、−OR0、−CO−R0、−CO−O−R0、−O−CO−R0、または−O−CO−O−R0によって置換されたことを意味し、ここでR0は、Hを表すか、または1〜20個のC原子を有するアルキルを表す。
特に好ましい置換基は例えば、F、Cl、CN、NO2、CH3、C2H5、OCH3、OC2H5、COCH3、COC2H5、COOCH3、COOC2H5、CF3、OCF3、OCHF2、OC2F5、さらにフェニルである。
式中、Lは、前述の意味のいずれかを有する。
重合性基Pは、重合反応に適切な基であり、この重合反応は例えば、フリーラジカル連鎖重合もしくはイオン連鎖重合、重付加もしくは重縮合、またはポリマー類似反応、例えばポリマー主鎖への付加もしくは縮合である。特に好ましいのは、連鎖重合のための基、特にC=C二重結合または−C≡C−三重結合を有する基、および開環による重合に適した基、例えばオキセタン基またはエポキシ基である。
好ましい基Pは、以下のものから成る群から選択される:
式中、W1は、H、F、Cl、CN、CF3、フェニルまたは1〜5個のC原子を有するアルキル、特にH、F、ClまたはCH3を表し、W2およびW3はそれぞれ、相互に独立して、H、または1〜5個のC原子を有するアルキルを表し、特にH、メチル、エチルまたはn−プロピルを表し、W4、W5およびW6はそれぞれ、相互に独立して、Cl、1〜5個のC原子を有するオキサアルキルまたはオキサカルボニルアルキルを表し、W7およびW8はそれぞれ、相互に独立して、H、Clまたは1〜5個のC原子を有するアルキルを表し、Pheは、1,4−フェニレンを表し、この1,4−フェニレンは任意で、先に規定した、P−Sp−以外の1個以上の基Lによって置換されており、k1、k2、およびk3はそれぞれ、相互に独立して、0または1を表し、k3は好ましくは1を表し、k4は、1〜10の整数を表す。
特に好ましい基Pは以下のものから成る群から選択される:
式中、W1は、H、F、Cl、CN、CF3、フェニルまたは1〜5個のC原子を有するアルキル、特にH、F、ClまたはCH3を表し、W2およびW3はそれぞれ、相互に独立して、H、または1〜5個のC原子を有するアルキルを表し、特にH、メチル、エチルまたはn−プロピルを表し、W4、W5およびW6はそれぞれ、相互に独立して、Cl、1〜5個のC原子を有するオキサアルキルまたはオキサカルボニルアルキルを表し、W7およびW8はそれぞれ、相互に独立して、H、Clまたは1〜5個のC原子を有するアルキルを表し、Pheは、1,4−フェニレンを表し、k1、k2、およびk3はそれぞれ、相互に独立して、0または1を表し、k3は好ましくは1を表し、k4は、1〜10の整数を表す。
特に好ましい基Pは、CH2=CW1−CO−O−、特にCH2=CH−CO−O−、CH2=C(CH3)−CO−O−、およびCH2=CF−CO−O−から成る群、さらにCH2=CH−O−、(CH2=CH)2CH−O−CO−、(CH2=CH)2CH−O−、
から成る群から選択される。
さらに好ましい重合性基Pは、ビニルオキシ、アクリレート、メタクリレート、フルオロアクリレート、クロロアクリレート、オキセタン、およびエポキシドから成る群、最も好ましくはアクリレートおよびメタクリレートから成る群から選択される。
スペーサー基Spが、単結合とは異なる場合、これは好ましくは式Sp’’−X’’のものであり、各基P−Sp−が式P−Sp’’−X’’に一致し、式中、
Sp’’は、1〜20個、好ましくは1〜12個のC原子を有する直鎖状もしくは分枝鎖状のアルキレンを表し、これは任意で、F、Cl、Br、IまたはCNによって一置換または多置換されており、ここではさらに、1個以上の非隣接CH2基がそれぞれ、相互に独立して、−O−、−S−、−NH−、−N(R0)−、−Si(R0R00)−、−CO−、−CO−O−、−O−CO−、−O−CO−O−、−S−CO−、−CO−S−、−N(R00)−CO−O−、−O−CO−N(R0)−、−N(R0)−CO−N(R00)−、−CH=CH−、または−C≡C−によって、O原子および/またはS原子が直接相互に結合していないように、置き換えられていてよく、
X’’は、−O−、−S−、−CO−、−CO−O−、−O−CO−、−O−CO−O−、−CO−N(R0)−、−N(R0)−CO−、−N(R0)−CO−N(R00)−、−OCH2−、−CH2O−、−SCH2−、−CH2S−、−CF2O−、−OCF2−、−CF2S−、−SCF2−、−CF2CH2−、−CH2CF2−、−CF2CF2−、−CH=N−、−N=CH−、−N=N−、−CH=CR0−、−CY2=CY3−、−C≡C−、−CH=CH−CO−O−、−O−CO−CH=CH−、または単結合を表し、
R0およびR00は、それぞれ相互に独立して、H、または1〜20個のC原子を有するアルキルを表し、かつ
Y2およびY3はそれぞれ、相互に独立して、H、F、ClまたはCNを表し、
X’’は好ましくは、−O−、−S−、−CO−、−COO−、−OCO−、−O−COO−、−CO−NR0−、−NR0−CO−、−NR0−CO−NR00−、または単結合を表す。
Sp’’は、1〜20個、好ましくは1〜12個のC原子を有する直鎖状もしくは分枝鎖状のアルキレンを表し、これは任意で、F、Cl、Br、IまたはCNによって一置換または多置換されており、ここではさらに、1個以上の非隣接CH2基がそれぞれ、相互に独立して、−O−、−S−、−NH−、−N(R0)−、−Si(R0R00)−、−CO−、−CO−O−、−O−CO−、−O−CO−O−、−S−CO−、−CO−S−、−N(R00)−CO−O−、−O−CO−N(R0)−、−N(R0)−CO−N(R00)−、−CH=CH−、または−C≡C−によって、O原子および/またはS原子が直接相互に結合していないように、置き換えられていてよく、
X’’は、−O−、−S−、−CO−、−CO−O−、−O−CO−、−O−CO−O−、−CO−N(R0)−、−N(R0)−CO−、−N(R0)−CO−N(R00)−、−OCH2−、−CH2O−、−SCH2−、−CH2S−、−CF2O−、−OCF2−、−CF2S−、−SCF2−、−CF2CH2−、−CH2CF2−、−CF2CF2−、−CH=N−、−N=CH−、−N=N−、−CH=CR0−、−CY2=CY3−、−C≡C−、−CH=CH−CO−O−、−O−CO−CH=CH−、または単結合を表し、
R0およびR00は、それぞれ相互に独立して、H、または1〜20個のC原子を有するアルキルを表し、かつ
Y2およびY3はそれぞれ、相互に独立して、H、F、ClまたはCNを表し、
X’’は好ましくは、−O−、−S−、−CO−、−COO−、−OCO−、−O−COO−、−CO−NR0−、−NR0−CO−、−NR0−CO−NR00−、または単結合を表す。
典型的なスペーサー基Spおよび−Sp’’−X’’−は例えば、−(CH2)p1−、−(CH2)p1−O−、−(CH2)p1−O−CO−、−(CH2)p1−CO−O−、−(CH2)p1−O−CO−O−、−(CH2CH2O)q1−CH2CH2−、−CH2CH2−S−CH2CH2−、−CH2CH2−NH−CH2CH2−、または(SiR0R00−O)p1−であり、ここでp1は、1〜12の整数であり、q1は、1〜3の整数であり、R0およびR00は、前述の意味を有する。
特に好ましい基Spおよび−Sp’’−X’’−は、−(CH2)p1−、−(CH2)p1−O−、−(CH2)p1−O−CO−、−(CH2)p1−CO−O−、−(CH2)p1−O−CO−O−であり、ここでp1およびq1は、前述の意味を有する。
特に好ましい基Sp’’は、それぞれの場合において、直鎖、エチレン、プロピレン、ブチレン、ペンチレン、ヘキシレン、ヘプチレン、オクチレン、ノニレン、デシレン、ウンデシレン、ドデシレン、オクタデシレン、エチレンオキシエチレン、メチレンオキシブチレン、エチレンチオエチレン、エチレン−N−メチルイミノエチレン、1−メチルアルキレン、エテニレン、プロペニレン、およびブテニレンである。
本発明の好ましい実施形態において、式Iおよびその下位式の化合物は、1個以上の重合性基Pによって置換されているスペーサー基Spを有し、よって基Sp−Pは、Sp(P)sに相当し、ただしsは≧2である(分枝鎖状重合性基)。
この好ましい実施形態による式Iの好ましい化合物は、sが2のものであり、これはすなわち、基Sp(P)2を有する化合物である。この好ましい実施形態による特に好ましい式Iの化合物は、以下の式から選択される基を有する:
式中、Pは、式Iで規定した通りであり、
アルキルは、単結合、または1〜12個のC原子を有する直鎖状もしくは分枝鎖状のアルキレンを表し、このアルキレンは非置換であるか、またはF、ClもしくはCNによって一置換もしくは多置換されており、ここで1個以上の非隣接CH2基はそれぞれ、相互に独立して、−C(R0)=C(R0)−、−C≡C−、−N(R0)−、−O−、−S−、−CO−、−CO−O−、−O−CO−、−O−CO−O−によって、O原子および/またはS原子が直接相互に結合していないように、置き換えられていてよく、かつR0は、前述の意味を有し、
aaおよびbbはそれぞれ、相互に独立して、0、1、2、3、4、5または6を表し、
Xは、X’’について挙げた意味のいずれかを有し、好ましくはO、CO、SO2、O−CO−、CO−Oまたは単結合である。
アルキルは、単結合、または1〜12個のC原子を有する直鎖状もしくは分枝鎖状のアルキレンを表し、このアルキレンは非置換であるか、またはF、ClもしくはCNによって一置換もしくは多置換されており、ここで1個以上の非隣接CH2基はそれぞれ、相互に独立して、−C(R0)=C(R0)−、−C≡C−、−N(R0)−、−O−、−S−、−CO−、−CO−O−、−O−CO−、−O−CO−O−によって、O原子および/またはS原子が直接相互に結合していないように、置き換えられていてよく、かつR0は、前述の意味を有し、
aaおよびbbはそれぞれ、相互に独立して、0、1、2、3、4、5または6を表し、
Xは、X’’について挙げた意味のいずれかを有し、好ましくはO、CO、SO2、O−CO−、CO−Oまたは単結合である。
好ましいスペーサー基Sp(P)2は、式S1、S2およびS3から選択される。
前述の、および後述する式Iおよびその下位式の化合物において、Pは好ましくは、ビニルオキシ、アクリレート、メタクリレート、フルオロアクリレート、クロロアクリレート、オキセタン、およびエポキシドから成る群、最も好ましくはアクリレートおよびメタクリレートから成る群から選択される。
前述の、および後述する式Iおよびその下位式の化合物であって、化合物中に存在する全ての重合性基Pが同じ意味を有する化合物、特に好ましくはアクリレートまたはメタクリレートを表す化合物、最も好ましくはメタクリレートを表す化合物が、さらに好ましい。
前述の、および後述する式Iおよびその下位式の化合物において、Rは好ましくは、P−Sp−を表す。
式Iの化合物は好ましくは、式Sから選択されるスペーサー基Spを1個以上有する:
式中、S1およびS2は相互に独立して、1〜12個、好ましくは1〜6個のC原子を有するアルキレンを表し、このアルキレンは非置換であるか、またはFもしくはClによって一置換もしくは多置換されており、ここで1個以上の非隣接CH2基はそれぞれ、相互に独立して、−O−、−S−、−CO−、−CO−O−、−O−CO−または−N(R0)−によって、O原子および/またはS原子が直接相互に結合していないように、置き換えられていてよく、かつR0は、式Iに規定した通りである。
さらに好ましい式Sのスペーサー基は、式SOのものである:
式中、XSは、−O−、−CO−O−、−O−CO−、−NR0−または単結合であり、R0は、式Iで規定した通りであり、好ましくはHまたはメチルであり、s1およびs2は、相互に独立して、1〜12の整数、好ましくは1〜6の整数、特に好ましくは1,2または3であり、かつXSは、基Pと結合していない。
式SOにおいて好ましくは、s1≧1であり、s2≧1である。
式Iの化合物においてZ1は、単結合であるのが好ましい。
式Iの化合物において、A1およびA2は好ましくは、ベンゼン、ナフタレン、フェナントレンまたはアントラセンを表し、これらは任意で、1個以上の基LまたはP−Sp−によって置換されている。
式Iにおける−A1−(Z1−A2)z−は好ましくは、ベンゼン、ビフェニレン、p−テルフェニレン(1,4−ジフェニルベンゼン)、m−テルフェニレン(1,3−ジフェニルベンゼン)、ナフチレン、2−フェニル−ナフチレン、フェナントレン、アントラセン、ジベンゾフラン、またはジベンゾチオフェンを表し、これらは全て、1個以上の基LまたはP−Sp−により、任意で置換されている。
前述の、および後述する式Iおよびその下位式の化合物において、−A1−(Z1−A2)z−は好ましくは、式A1、A2、A5、A8およびA9から選択され、特に好ましくは、式A1、A2およびA5から選択される。
式Iの好ましい化合物は、以下の下位式から選択される:
式中、P、Sp、RおよびLは、式Iで挙げた意味を有し、
r1、r3、r7は、相互に独立して、0、1、2または3であり、
r2は、0、1、2、3または4であり、
r4、r5、r6は相互に独立して、0、1または2であり、
ここで少なくとも1個の基Spは、オキセタン−3,3−ジイル基を有し、好ましくは式S、SO、またはSO1〜SO10から選択される。
r1、r3、r7は、相互に独立して、0、1、2または3であり、
r2は、0、1、2、3または4であり、
r4、r5、r6は相互に独立して、0、1または2であり、
ここで少なくとも1個の基Spは、オキセタン−3,3−ジイル基を有し、好ましくは式S、SO、またはSO1〜SO10から選択される。
2個の基Rのうちの1つがHであり、もう一方がP−Spである式I1〜I7の化合物が好ましい。
基Rが両方ともHを表す式I1〜I7の化合物が、さらに好ましい。
基Rが両方ともP−Spを表す式I1〜I7の化合物が、さらに好ましい。
特に好ましいのは、式I1、I2およびI5の化合物である。
式IおよびI1〜I7のさらに好ましい化合物は、以下の下位式から選択される:
式中、P、Sp、P(Sp)2、L、r1〜r7は、式Iで挙げた意味、または先のおよび以下に挙げる好ましい意味のいずれかを有し、ここで少なくとも1個の基Spが、オキセタン−3,3−ジイル基を有し、この基Spは好ましくは、式S、SOまたはSO1〜SO10から選択される。
式I1−2、I2−2、I3−2、I4−2、I5−2、I6−2、I6−4およびI7−2において、基−Sp(P)2は、先に規定した式S1〜S8またはS1a〜S3aから選択されるのが好ましい。
式Iおよびその下位式のさらなる好ましい化合物は、以下の好ましい実施形態(そのあらゆる組み合わせを含む)から選択される:
・zは、0である
・zは、1、2または3である
・A1およびA2は、ベンゼン、ナフタレン、フェナントレンおよびアントラセンであり、これらはそれぞれ、1個以上の基LまたはP−Sp−によって、任意で置換されている
・Z1は、単結合である
・−A1−(Z1−A2)z−は、式A1、A2、A5、A8およびA9から、特に好ましくは式A1、A2およびA5から選択される
・化合物における全ての基Pが、同じ意味を有する
・化合物は、ちょうど2個の重合性基(基Pによって示される)を有する
・化合物は、ちょうど3個の重合性基(基Pによって示される)を有する
・Pは、アクリレート、メタクリレートおよびオキセタンから成る群から、特に好ましくはアクリレートまたはメタクリレートから成る群から選択される
・少なくとも1個の、好ましくはちょうど1個の、基P−Sp−を有する化合物、ここでSpは、オキセタン−3−3−ジイル基を有する
・少なくとも1個の、好ましくはちょうど1個の、基P−Sp−を有する化合物、ここでSpは、式S、SO、またはSO1〜SO10のものから選択される
・少なくとも1個の、好ましくはちょうど1個の、基P−Sp−を有する化合物、ここで・Spは、式SO1〜SO6のものから選択される
・Spは、オキセタン基を有さない場合、単結合である
・Spが単結合とは異なり、かつオキセタン基を有さない場合、Spは、−(CH2)p2−、−(CH2)p2−O−、−(CH2)p2−CO−O−、−(CH2)p2−O−CO−であり、ここでp2は、2、3、4、5または6であり、O原子またはCO基はそれぞれ、基A1またはA2に結合している
・Sp(P)2は、下位式S1a〜S3aから選択される
・Rは、P−Sp−を表す
・Rは、P−Sp−を表し、基−A1−(Z1−A2)z−は、基P−Sp−によって、好ましくは1個の基P−Sp−によって、置換されている
・Rは、P−Sp−を表し、基Spのうち1つは、オキセタン−3,3−ジイル基を有し、それ以外は単結合である
・Rは、P−Sp−を表し、基−A1−(Z1−A2)z−は、基P−Sp−によって、好ましくは1個の基P−Sp−によって置換されており、基Spのうち1つは、オキセタン−3,3−ジイル基を有し、それ以外の2個の基Spはそれぞれ、単結合を表す
・Rは、P−Sp−を表し、基−A1−(Z1−A2)z−は、基P−Sp−によって、好ましくは1個の基P−Sp−によって置換されており、基Spのうち1つは、オキセタン−3,3−ジイル基を有し、基Spのうち1つは、単結合を表し、基Spのうち1つは、−(CH2)p2−、−(CH2)p2−O−、−(CH2)p2−CO−O−、−(CH2)p2−O−CO−であり、ここでp2は、2、3、4、5または6であり、O原子またはCO基はそれぞれ、基A1またはA2に結合している
・Rは、重合性基を表さないか、または重合性基を有さず
・Rは、重合性基を表さないか、または重合性基を有さず、かつ1〜25個のC原子を有する直鎖状、分枝鎖状もしくは環状のアルキルを表し、ここで1個以上の非隣接CH2基は任意で、−O−、−S−、−CO−、−CO−O−、−O−CO−、−O−CO−O−によって、O原子および/またはS原子が直接相互に結合していないように、置き換えられており、ここで1個以上のH原子はそれぞれ任意で、F、ClまたはLaによって置き換えられている
・Lは、F、ClまたはCNを表す
・Lは、P−Sp−を表す
・r1、r2およびr3は、0または1を表す
・r1、r2、r3、r4、r5およびr6は、0または1を表す
・r1およびr7のうち一方が0であり、もう一方が1である
・r1が1であり、r2およびr3が0である
・r3が1であり、r1およびr2が0である
・r4およびr5のうち一方が0であり、もう一方が1である
・r4およびr6が0であり、r5が1である
・r1およびr4が0であり、r3が1である
・r1およびr3が0であり、r4が1である
・r3およびr4が0であり、r1が1である。
・zは、0である
・zは、1、2または3である
・A1およびA2は、ベンゼン、ナフタレン、フェナントレンおよびアントラセンであり、これらはそれぞれ、1個以上の基LまたはP−Sp−によって、任意で置換されている
・Z1は、単結合である
・−A1−(Z1−A2)z−は、式A1、A2、A5、A8およびA9から、特に好ましくは式A1、A2およびA5から選択される
・化合物における全ての基Pが、同じ意味を有する
・化合物は、ちょうど2個の重合性基(基Pによって示される)を有する
・化合物は、ちょうど3個の重合性基(基Pによって示される)を有する
・Pは、アクリレート、メタクリレートおよびオキセタンから成る群から、特に好ましくはアクリレートまたはメタクリレートから成る群から選択される
・少なくとも1個の、好ましくはちょうど1個の、基P−Sp−を有する化合物、ここでSpは、オキセタン−3−3−ジイル基を有する
・少なくとも1個の、好ましくはちょうど1個の、基P−Sp−を有する化合物、ここでSpは、式S、SO、またはSO1〜SO10のものから選択される
・少なくとも1個の、好ましくはちょうど1個の、基P−Sp−を有する化合物、ここで・Spは、式SO1〜SO6のものから選択される
・Spは、オキセタン基を有さない場合、単結合である
・Spが単結合とは異なり、かつオキセタン基を有さない場合、Spは、−(CH2)p2−、−(CH2)p2−O−、−(CH2)p2−CO−O−、−(CH2)p2−O−CO−であり、ここでp2は、2、3、4、5または6であり、O原子またはCO基はそれぞれ、基A1またはA2に結合している
・Sp(P)2は、下位式S1a〜S3aから選択される
・Rは、P−Sp−を表す
・Rは、P−Sp−を表し、基−A1−(Z1−A2)z−は、基P−Sp−によって、好ましくは1個の基P−Sp−によって、置換されている
・Rは、P−Sp−を表し、基Spのうち1つは、オキセタン−3,3−ジイル基を有し、それ以外は単結合である
・Rは、P−Sp−を表し、基−A1−(Z1−A2)z−は、基P−Sp−によって、好ましくは1個の基P−Sp−によって置換されており、基Spのうち1つは、オキセタン−3,3−ジイル基を有し、それ以外の2個の基Spはそれぞれ、単結合を表す
・Rは、P−Sp−を表し、基−A1−(Z1−A2)z−は、基P−Sp−によって、好ましくは1個の基P−Sp−によって置換されており、基Spのうち1つは、オキセタン−3,3−ジイル基を有し、基Spのうち1つは、単結合を表し、基Spのうち1つは、−(CH2)p2−、−(CH2)p2−O−、−(CH2)p2−CO−O−、−(CH2)p2−O−CO−であり、ここでp2は、2、3、4、5または6であり、O原子またはCO基はそれぞれ、基A1またはA2に結合している
・Rは、重合性基を表さないか、または重合性基を有さず
・Rは、重合性基を表さないか、または重合性基を有さず、かつ1〜25個のC原子を有する直鎖状、分枝鎖状もしくは環状のアルキルを表し、ここで1個以上の非隣接CH2基は任意で、−O−、−S−、−CO−、−CO−O−、−O−CO−、−O−CO−O−によって、O原子および/またはS原子が直接相互に結合していないように、置き換えられており、ここで1個以上のH原子はそれぞれ任意で、F、ClまたはLaによって置き換えられている
・Lは、F、ClまたはCNを表す
・Lは、P−Sp−を表す
・r1、r2およびr3は、0または1を表す
・r1、r2、r3、r4、r5およびr6は、0または1を表す
・r1およびr7のうち一方が0であり、もう一方が1である
・r1が1であり、r2およびr3が0である
・r3が1であり、r1およびr2が0である
・r4およびr5のうち一方が0であり、もう一方が1である
・r4およびr6が0であり、r5が1である
・r1およびr4が0であり、r3が1である
・r1およびr3が0であり、r4が1である
・r3およびr4が0であり、r1が1である。
式Iおよびその下位式の特に好ましい化合物は、以下のリストから選択される:
式中、「Me」はメチルである。
本発明はさらに、式II1〜II9の化合物に関する:
式中、Sp、L、r1〜6、およびqは、式I1〜I9で規定した通りであり、Rは、HまたはPg−Spを表し、Pgは、OH、保護されたヒドロキシ基、またはマスクされたヒドロキシ基を表す。
本発明はさらに、式II1〜II9の化合物に関する:
式II1〜II9の好ましい化合物は、PがPgにより置き換えられている、先に規定した下位式I1−1〜I9−2から選択される。
適切な保護されたヒドロキシ基Pgは、当業者に公知である。ヒドロキシ基にとって好ましい保護基は、アルキル基、アルコキシアルキル基、アシル基、アルキルシリル基、アリールシリル基、およびアリールメチル基であり、特に2−テトラヒドロピラニル、メトキシメチル、メトキシエトキシメチル、アセチル、トリイソプロピルシリル、tert−ブチル−ジメチルシリルまたはベンジルである。
「マスクされたヒドロキシ基」という用語は、化学的にヒドロキシ基に変換可能なあらゆる官能基を意味すると理解される。適切なマスクされたヒドロキシ基Pgは、当業者に公知である。
式IIの化合物は、式Iおよびその下位式の化合物を製造するための中間体として適している。
本発明はさらに、式Iおよびその下位式の化合物を製造するための中間体としての、式IIの化合物の使用に関する。
式IおよびII、ならびにその下位式の化合物および中間体は、当業者に公知の方法と同様に製造でき、有機化学の標準的な論文、例えばHouben-Weyl, Methoden der organischen Chemie [Methods of Organic Chemistry], Thieme-Verlag, Stuttgartに記載されている。
式Iの化合物は例えば、PgがOHを表す式IIの中間体を、相応する酸、酸誘導体、または重合性基Pを有するハロゲン化化合物を用いて、エステル化またはエーテル化することによって合成できる。
例えば、アクリル酸エステルまたはメタクリル酸エステルは、相応するアルコールを、塩基、例えばピリジンまたはトリエチルアミン、および4−(N,N−ジメチルアミノ)ピリジン(DMAP)の存在下で、酸誘導体、例えば(メタ)アクリロイルクロリドまたは(メタ)アクリル酸無水物によってエステル化することによって製造できる。あるいは、このようなエステルは、アルコールを脱水剤の存在下で、例えばSteglichによればジシクロヘキシルカルボジイミド(DCC)、N−(3−ジメチルアミノプロピル)−N’−エチルカルボジイミド(EDC)、またはN−(3−ジメチルアミノプロピル)−N’−エチルカルボジイミドヒドロクロリド、およびDMAPを用いて、(メタ)アクリル酸によりエステル化することによって製造できる。
さらなる適切な方法は、実施例に示されている。
PSAディスプレイを製造するためには、LC媒体中に含まれる重合性化合物を、LC媒体におけるその場(in-situ)での重合によって、LCディスプレイの基板の間で、任意で電極に電圧を印加させる間に、重合または架橋させる(1つの化合物が、2個以上の重合性基を有する場合)。
本発明によるPSAディスプレイの構造は、冒頭で述べた従来技術で記載したように、PSAディスプレイのための通常の形状に相当する。突出部の無い形状が好ましく、さらに、カラーフィルタ側の電極が構造化されておらず、TFT側の電極のみがスロットを有するものが、特に好ましい。PS−VA式ディスプレイのために特に適切で好ましい電極構造は例えば、米国特許出願公開第2006/0066793号明細書(US 2006/0066793 A)に記載されている。
本発明の好ましいPSA式LCディスプレイは、以下のものを有する:
・第一の基板、この第一の基板は、ピクセル領域を規定するピクセル電極(このピクセル電極は、各ピクセル領域に配置された切り替え要素に接続されている)、および任意でマイクロスリットパターン、および任意でピクセル電極上に配置された第一の配向層を含む、
・第二の基板、この第二の基板は、共通の電極層(この電極層は第一の基板に面する第二の基板全体の部分上に配置されていてよい)、および任意で第二の配向層を含む、
・第一および第二の基板の間に配置されたLC層であって、前述の、および後述する重合性成分Aおよび液晶成分Bを含有するLC媒体を含むLC層、ここで重合性成分Aは、重合していてもよい。
・第一の基板、この第一の基板は、ピクセル領域を規定するピクセル電極(このピクセル電極は、各ピクセル領域に配置された切り替え要素に接続されている)、および任意でマイクロスリットパターン、および任意でピクセル電極上に配置された第一の配向層を含む、
・第二の基板、この第二の基板は、共通の電極層(この電極層は第一の基板に面する第二の基板全体の部分上に配置されていてよい)、および任意で第二の配向層を含む、
・第一および第二の基板の間に配置されたLC層であって、前述の、および後述する重合性成分Aおよび液晶成分Bを含有するLC媒体を含むLC層、ここで重合性成分Aは、重合していてもよい。
第一および/または第二の配向層は、LC層のLC分子の配向方向を制御する。例えば、PS−VAディスプレイにおいて配向層は、LC分子にホメオトロピック(または垂直)配向(すなわち表面に対して垂線方向)またはチルト配向をもたらすように選択される。このような配向層は例えばポリイミドを含み、これは粗面化されていてもよく、または光配向法によって製造されていてよい。
LC媒体を含有するLC層は、ディスプレイ製造で慣用的に使用される方法、例えばいわゆるワン・ドロップ・フィル(ODF)法によって、ディスプレイの基板の間に堆積させることができる。LC媒体の重合性成分はそれから、例えば紫外線光重合によって、重合させる。重合は、1工程で、または2つ以上の工程で行うことができる。
PSAディスプレイは、さらなる要素、例えばカラーフィルタ、ブラックマトリックス、パッシベーション層、光学的リタデーション層、各ピクセルをアドレスするためのトランジスタ要素などを有することができ、これらは全て当業者によく知られており、創意工夫無く使用できる。
電極構造は、当業者であれば、各ディスプレイ様式に応じて設計可能である。例えばPS−VAディスプレイのためには、LC分子のマルチドメイン配向を、2つ、4つ、またはそれより多い異なるチルト配向方向をもたらすために、スリットおよび/またはバンプまたは突出部を有する電極を設けることによって引き起こすことができる。
重合の際に、重合性化合物が架橋されたポリマーを形成し、これによってLC媒体内でLC分子の特定のプレチルトが生じる。特定の理論に縛られることは望まないが、重合性化合物によって形成された架橋ポリマーの少なくとも一部が、相分離またはLC媒体からの析出を起こし、基板もしくは電極上に、またはその上に設けられた配向層上に、ポリマー層を形成すると考えられる。顕微鏡測定データ(SEMおよびAFMなど)により、形成されたポリマーの少なくとも一部は、LC/基板界面に蓄積することが確認されている。
重合は、1工程で行うことができる。任意で電圧を適用しながら、まず重合を行って、第一の工程ではプレチルト角をもたらし、引き続き第二の重合工程では電圧を印加せずに、第一の工程で反応していない化合物を重合または架橋させることもできる(「最終硬化」)。
適切で好ましい重合法は例えば、熱重合または光重合、好適には光重合、特に紫外線励起光重合であり、これは重合性化合物を紫外線照射にさらすことによって達成できる。
任意で1種以上の重合開始剤を、LC媒体に添加する。重合のための適切な条件、および開始剤の適切な種類および量は、当業者に公知であり、文献に記載されている。フリーラジカル重合に適しているのは例えば、市販で手に入る開始剤のIrgacure651(登録商標)、Irgacure184(登録商標)、Irgacure907(登録商標)、Irgacure369(登録商標)、またはDarocure 1173(登録商標)(Ciba AG)である。重合開始剤を用いる場合、その割合は好ましくは、0.001〜5質量%、特に好適には0.001〜1質量%である。
本発明による重合性化合物は、開始剤を用いない重合にも適しており、これにはかなりの利点があり、それは例えばより低い材料コスト、および特に開始剤の残量またはその分解生成物があり得ることによるLC媒体の汚染性の低さである。よって重合はまた、開始剤を添加せずに行うこともできる。よって好ましい実施形態においてLC媒体は、重合開始剤を含有しない。
LC媒体は、例えば貯蔵または輸送の間に、RMについて不所望の自然発生的な重合を防止するために、1種以上の安定剤を含有することもできる。安定剤の適切な種類および量は、当業者に公知であり、文献に記載されている。特に適切なのは例えば、市販で手に入るIrganox(登録商標)シリーズ(Ciba AG)、例えばIrganox(登録商標)1076である。安定剤を用いる場合、その割合は、RMまたは重合性成分(成分A)の量を基準として、好ましくは10〜500,000ppm、特に好ましくは50〜50,000ppmである。
式Iの化合物は、特に良好な紫外線吸収性を示し、そのため、以下の特徴を1つ以上有するPSAディスプレイの製造方法に特に適している:
・重合性媒体をディスプレイ中で、2段階の方法で紫外光にさらす。この方法は、チルト角を生じさせるための第一の紫外線曝露工程(UV−1工程)、および重合を完了させるための第二の紫外線曝露工程(UV−2工程)を含むものである。
・重合性媒体はディスプレイ内で、エネルギー節約型紫外線ランプ(「環境配慮型(green)UVランプ」としても知られる)により生じる紫外光にさらされる。これらのランプは、300〜380nmの吸収スペクトルにおいて比較的低い強度を特徴とし(慣用のUV1ランプの1/100〜1/10)、UV2工程で使用するのが好ましいが、方法のために高い強度の回避が必要であれば、任意でUV1工程でも使用される。
・重合性媒体は、PS−VAプロセスにおいて短波紫外光にさらされることを回避するために、ディスプレイ内で比較的長い波長、好ましくは340nm以上にシフトした照射スペクトルを有する紫外線ランプにより生じる紫外光にさらされる。
・重合性媒体をディスプレイ中で、2段階の方法で紫外光にさらす。この方法は、チルト角を生じさせるための第一の紫外線曝露工程(UV−1工程)、および重合を完了させるための第二の紫外線曝露工程(UV−2工程)を含むものである。
・重合性媒体はディスプレイ内で、エネルギー節約型紫外線ランプ(「環境配慮型(green)UVランプ」としても知られる)により生じる紫外光にさらされる。これらのランプは、300〜380nmの吸収スペクトルにおいて比較的低い強度を特徴とし(慣用のUV1ランプの1/100〜1/10)、UV2工程で使用するのが好ましいが、方法のために高い強度の回避が必要であれば、任意でUV1工程でも使用される。
・重合性媒体は、PS−VAプロセスにおいて短波紫外光にさらされることを回避するために、ディスプレイ内で比較的長い波長、好ましくは340nm以上にシフトした照射スペクトルを有する紫外線ランプにより生じる紫外光にさらされる。
比較的低い強度と、より長い波長への紫外線シフトの両方を用いることにより、紫外光により引き起こされ得る損傷に対して、有機層が保護される。
本発明の好ましい実施形態は、以下の特徴を1つ以上有する前述の、および後述するPSAディスプレイを製造する方法に関する:
・重合性LC媒体を2段階の方法で紫外光にさらす。この方法は、チルト角を生じさせるための第一の紫外曝露工程(UV−1工程)、および重合を完了させるための第二の紫外線曝露工程(UV−2工程)を含むものである。
・重合性LC媒体は、300〜380nmの範囲の波長で0.5mW/cm2〜10mW/cm2の強度を有する、紫外線ランプにより生じる紫外光にさらされ、この紫外光は好ましくはUV2工程で使用され、任意でUV1工程でも使用される。
・重合性LC媒体は、340nm以上、好ましくは400nm以下の波長を有する紫外光にさらされる。
・重合性LC媒体を2段階の方法で紫外光にさらす。この方法は、チルト角を生じさせるための第一の紫外曝露工程(UV−1工程)、および重合を完了させるための第二の紫外線曝露工程(UV−2工程)を含むものである。
・重合性LC媒体は、300〜380nmの範囲の波長で0.5mW/cm2〜10mW/cm2の強度を有する、紫外線ランプにより生じる紫外光にさらされ、この紫外光は好ましくはUV2工程で使用され、任意でUV1工程でも使用される。
・重合性LC媒体は、340nm以上、好ましくは400nm以下の波長を有する紫外光にさらされる。
この好ましい方法は例えば、所望の紫外線ランプを用いて、またはバンドパスフィルタおよび/またはカットオフフィルタを用いて行うことができ、これらは紫外光に対して所望の各波長では実質的に透過性であり、かつ不所望の各波長では実質的に光をブロックしている。例えば、300〜400nmの波長λの紫外光による照射が望ましい場合、紫外線曝露は、300nm<λ<400nmの波長について実質的に透過性の広いバンドパスフィルタを用いて行うことができる。340nm超の波長λの紫外光による照射が望ましい場合、紫外線曝露は、λ>340nmの波長について実質的に透過性のカットオフフィルタを用いて行うことができる。
「実質的に透過性」とは、所望の波長の励起光について、フィルタがかなりの部分、好ましくは強度の少なくとも50%を透過することを意味する。「実質的にブロックする」とは、不所望の波長の励起光について、フィルタがかなりの部分、好ましくは強度の少なくとも50%を透過しないことを意味する。「所望(不所望)の波長」とは、例えばバンドパスフィルタの場合には、λについて所定の範囲内(外)にある波長を意味し、カットオフフィルタの場合には、λについて所定の値を上回る(下回る)波長を意味する。
この好ましい方法によって、比較的長い紫外線波長を用いてディスプレイを製造することが可能になり、これによって短波紫外光成分の有害な効果および損傷効果が減少するか、またはさらには回避される。
紫外線照射エネルギーは一般的に、製造条件に応じて6〜100Jである。
PSAディスプレイで使用するための本発明によるLC媒体は実質的に、前述の、および後述するように重合性成分A)、または1種以上の式Iの化合物、およびLC成分B)、またはLCホスト混合物から成るのが好ましい。しかしながら、LC媒体はさらに、1種以上のさらなる成分または添加剤を含有することができ、これは以下のものから選択されるのが好ましいが、これらに限られない:コモノマー、キラルドーパント、重合開始剤、阻害剤、安定剤、界面活性剤、湿潤剤、潤滑剤、分散剤、疎水化剤、接着剤、流動性改善剤、消泡剤、脱気剤、希釈剤、反応性希釈剤、助剤、着色剤、染料、顔料、およびナノ粒子。
特に好ましいのは、式Iの化合物を1種、2種、または3種含有する、LC媒体である。
さらに好ましいのは、重合性成分A)が式Iの化合物のみを含有する、LC媒体である。
さらに、液晶成分B)またはLCホスト混合物がネマチックなLC相を有するLC媒体が好ましく、これは好ましくは、キラルな液晶相を有さない。
LC成分B)、またはLCホスト混合物は好ましくは、ネマチックなLC混合物である。
式Iのアキラルな化合物、および成分AおよびBの化合物がアキラルな化合物から成る群のみから選択されるLC媒体が、さらに好ましい。
LC媒体における重合成分A)の割合は好ましくは、>0〜<5%、特に好ましくは>0〜<1%、最も好ましくは0.01〜0.5%である。
LC媒体における式Iの化合物の割合は好ましくは、>0〜<5%、特に好ましくは>0〜<1%、最も好ましくは0.01〜0.5%である。
LC媒体におけるLC成分B)の割合はLC媒体中で好ましくは、95〜<100%、特に好ましくは99〜<100%である。
好ましい実施形態において、重合性成分B)の重合性化合物は、式Iのみから選択される。
別の好ましい実施形態において、重合性成分B)は、式Iの化合物に加えて、1種以上のさらなる重合性化合物(「コモノマー」)、好ましくはRMから選択されるものを含有する。
適切かつ好ましいメソゲンコモノマーは、以下の式から選択される:
式中、各基は、以下の意味を有する:
P1、P2およびP3はそれぞれ、相互に独立して、アクリレート基またはメタクリレート基を表し、かつ
Sp1、Sp2およびSp3はそれぞれ、相互に独立して、単結合、またはSpについて前述の、および後述する意味のいずれかを有するスペーサー基を表し、特に好ましくは、−(CH2)p1−、−(CH2)p1−O−、−(CH2)p1−CO−O−、−(CH2)p1−O−CO−、または−(CH2)p1−O−CO−O−を表し、ここでp1は、1〜12の整数を表し、ここでさらに、1個以上の基P1−Sp1−、P1−Sp2−およびP3−Sp3−は、Raaを表すことができ、ただし基P1−Sp1−、P2−Sp2およびP3−Sp3−のうち少なくとも1つは、Raaとは異なり、
Raaは、H、F、Cl、CN、または1〜25個のC原子を有する直鎖状または分枝鎖状のアルキルを表し、ここではさらに、1個以上の非隣接CH2基が、相互に独立して、C(R0)=C(R00)−、−C≡C−、−N(R0)−、−O−、−S−、−CO−、−CO−O−、−O−CO−、−O−CO−O−によって、O原子および/またはS原子が直接相互に結合していないように、置き換えられていてよく、ここではさらに、1個以上のH原子が、F、Cl、CN、またはP1−Sp1−によって置き換えられていてよく、特に好ましくは、1〜12個のC原子を有する直鎖状もしくは分枝鎖状の、任意で1回もしくは複数回フッ化されたアルキル、アルコキシ、アルケニル、アルキニル、アルキルカルボニル、アルコキシカルボニル、アルキルカルボニルオキシまたはアルコキシカルボニルオキシ(ここで、アルケニル基およびアルキニル基は、少なくとも2個のC原子を有し、分枝鎖状の基は、少なくとも3個のC原子を有する)を表し、
R0、R00はそれぞれ、相互に独立して、それぞれの場合に同一であるかまたは異なって、H、または1〜12個のC原子を有するアルキルを表し、
RyおよびRzはそれぞれ、相互に独立して、H、F、CH3、またはCF3を表し、
X1、X2およびX3はそれぞれ、相互に独立して、−CO−O−、−O−CO−、または単結合を表し、
Z1は、−O−、−CO−、−C(RyRz)−、または−CF2CF2−を表し、
Z2およびZ3はそれぞれ、相互に独立して、−CO−O−、−O−CO−、−CH2O−、−OCH2−、−CF2O−、−OCF2−、または−(CH2)n−を表し、ここでnは、2、3または4であり、
Lは、それぞれの場合に同一であるかまたは異なって、F、Cl、CN、または直鎖状もしくは分枝鎖状の、任意で1回もしくは複数回フッ化された、1〜12個のC原子を有するアルキル、アルコキシ、アルケニル、アルキニル、アルキルカルボニル、アルコキシカルボニル、アルキルカルボニルオキシ、またはアルコキシカルボニルオキシを表し、好ましくはFを表し、
L’およびL’’はそれぞれ、相互に独立して、H、FまたはClを表し、
rは、0、1、2、3または4を表し、
sは、0、1、2または3を表し、
tは、0、1または2を表し、
xは、0または1を表す。
P1、P2およびP3はそれぞれ、相互に独立して、アクリレート基またはメタクリレート基を表し、かつ
Sp1、Sp2およびSp3はそれぞれ、相互に独立して、単結合、またはSpについて前述の、および後述する意味のいずれかを有するスペーサー基を表し、特に好ましくは、−(CH2)p1−、−(CH2)p1−O−、−(CH2)p1−CO−O−、−(CH2)p1−O−CO−、または−(CH2)p1−O−CO−O−を表し、ここでp1は、1〜12の整数を表し、ここでさらに、1個以上の基P1−Sp1−、P1−Sp2−およびP3−Sp3−は、Raaを表すことができ、ただし基P1−Sp1−、P2−Sp2およびP3−Sp3−のうち少なくとも1つは、Raaとは異なり、
Raaは、H、F、Cl、CN、または1〜25個のC原子を有する直鎖状または分枝鎖状のアルキルを表し、ここではさらに、1個以上の非隣接CH2基が、相互に独立して、C(R0)=C(R00)−、−C≡C−、−N(R0)−、−O−、−S−、−CO−、−CO−O−、−O−CO−、−O−CO−O−によって、O原子および/またはS原子が直接相互に結合していないように、置き換えられていてよく、ここではさらに、1個以上のH原子が、F、Cl、CN、またはP1−Sp1−によって置き換えられていてよく、特に好ましくは、1〜12個のC原子を有する直鎖状もしくは分枝鎖状の、任意で1回もしくは複数回フッ化されたアルキル、アルコキシ、アルケニル、アルキニル、アルキルカルボニル、アルコキシカルボニル、アルキルカルボニルオキシまたはアルコキシカルボニルオキシ(ここで、アルケニル基およびアルキニル基は、少なくとも2個のC原子を有し、分枝鎖状の基は、少なくとも3個のC原子を有する)を表し、
R0、R00はそれぞれ、相互に独立して、それぞれの場合に同一であるかまたは異なって、H、または1〜12個のC原子を有するアルキルを表し、
RyおよびRzはそれぞれ、相互に独立して、H、F、CH3、またはCF3を表し、
X1、X2およびX3はそれぞれ、相互に独立して、−CO−O−、−O−CO−、または単結合を表し、
Z1は、−O−、−CO−、−C(RyRz)−、または−CF2CF2−を表し、
Z2およびZ3はそれぞれ、相互に独立して、−CO−O−、−O−CO−、−CH2O−、−OCH2−、−CF2O−、−OCF2−、または−(CH2)n−を表し、ここでnは、2、3または4であり、
Lは、それぞれの場合に同一であるかまたは異なって、F、Cl、CN、または直鎖状もしくは分枝鎖状の、任意で1回もしくは複数回フッ化された、1〜12個のC原子を有するアルキル、アルコキシ、アルケニル、アルキニル、アルキルカルボニル、アルコキシカルボニル、アルキルカルボニルオキシ、またはアルコキシカルボニルオキシを表し、好ましくはFを表し、
L’およびL’’はそれぞれ、相互に独立して、H、FまたはClを表し、
rは、0、1、2、3または4を表し、
sは、0、1、2または3を表し、
tは、0、1または2を表し、
xは、0または1を表す。
特に好ましいのは、式M2、M13、M17、M22、M23、M24およびM30の化合物である。
さらに好ましいのは、M15〜M30の三反応性化合物、特にM17、M18、M19、M22、M23、M24、M25、M26、M30およびM31の三反応性化合物である。
式M1〜M31の化合物において、基
式中、Lはそれぞれの場合に、同一であるかまたは異なって、先にまたは以下に記載した意味のいずれかを有し、好ましくはF、Cl、CN、NO2、CH3、C2H5、C(CH3)3、CH(CH3)2、CH2CH(CH3)C2H5、OCH3、OC2H5、COCH3、COC2H5、COOCH3、COOC2H5、CF3、OCF3、OCHF2、OC2F5、またはP−Sp−であり、特に好ましくはF、Cl、CN、CH3、C2H5、OCH3、COCH3、OCF3またはP−Sp−であり、より好ましくはF、Cl、CH3、OCH3、COCH3、またはOCF3であり、特にFまたはCH3である。
本発明の別の好ましい実施形態においてLC媒体は、式Iの化合物以外に、重合性化合物を含有しない。
式Iの化合物を安定剤として使用する場合、本発明によるLC媒体中でその割合は、好ましくは>0〜1000ppm、特に好ましくは100〜750ppm、極めて特に好ましくは300〜600ppmである。
式Iの化合物に加えてLC媒体は、1種以上の別の安定剤を含有することもできる。適切なさらなる安定剤は例えば、Irganox(登録商標)シリーズ(Ciba AG)から市販で手に入る安定剤、例えばIrganox(登録商標)1076、または以下の表Cから選択される安定剤である。さらなる安定剤を用いる場合、LC媒体におけるその割合は、好ましくは10〜1000ppm、特に好ましくは50〜500ppmである。
式Iの化合物および前述の任意のさらなる重合性化合物のほかに、本発明によるLCディスプレイで使用するためのLC媒体は、LC混合物(「ホスト混合物」)を含有し、これは非重合性低分子量化合物から選択されるLC化合物を1種以上、好ましくは2種以上、含有するものである。これらのLC成分は、これらのLC成分が、重合性化合物の重合に適用される条件下で安定的、かつ/または重合反応に対して非反応性であるように、選択される。
原則的には、慣用のディスプレイで使用するために適したあらゆるLC混合物が、ホスト混合物として適している。適切なLC混合物は当業者に公知であり、また文献に記載されており、例えばVAディスプレイにおける混合物は、欧州特許出願第1378557号明細書(EP 1 378 557 A1)に、OCBディスプレイ用の混合物については欧州特許出願第1306418号明細書(EP 1 306 418 A1)および独国特許出願公開第10224046号明細書(DE 102 24 046 A1)に記載されている。
式Iの化合物は、アルケニル基を有するメソゲン化合物またはLC化合物(以下ではまた、「アルケニル化合物」とも呼ぶ)を1種以上含有するLCホスト混合物で使用するために特に適しており、ここで前記アルケニル基は、LC媒体中に含まれる式Iの化合物およびその他の重合性化合物の重合に使用される条件下での重合反応に適したものである。式Iの化合物は、従来技術から公知のRMに比べて、このようなLCホスト混合物において改善された特性(例えば可溶性、反応性、またはチルト角生成能力)を示す。
よって、式Iの化合物に加えて、本発明によるLC媒体は、アルケニル基を有するメソゲン化合物または液晶化合物(「アルケニル化合物」)を1種以上含有し、ここでこのアルケニル基は好ましくは、式Iの化合物またはLC媒体中に含まれるその他の重合性化合物を重合させるために使用される条件下での重合反応に対して、安定的である。
アルケニル化合物中のアルケニル基は好ましくは、直鎖状、分枝鎖状、または環状のアルケニル、特に2〜25個のC原子を有するもの、特に好ましくは2〜12個のC原子を有するものから選択され、ここで1個以上の非隣接CH2基は、−O−、−S−、−CO−、−CO−O−、−O−CO−、−O−CO−O−によって、O原子および/またはS原子が直接相互に結合していないように、置き換えられていてよく、ここではさらに、1個以上のH原子が、Fおよび/またはClによって置き換えられていてよい。
好ましいアルケニル基は、2〜7個のC原子を有する直鎖状のアルケニル、およびシクロヘキセニル、特にエテニル、プロペニル、ブテニル、ペンテニル、ヘキセニル、ヘプテニル、1,4−シクロヘキセン−1−イルおよび1,4−シクロヘキセン−3−イルである。
LCホスト混合物中での、アルケニル基を有する化合物の濃度(すなわち重合性化合物無し)は、好ましくは5%〜100%、特に好ましくは20%〜60%である。
特に好ましいのは、アルケニル基を有する化合物を1〜5種、好ましくは1種、2種または3種含有するLC混合物である。
アルケニル基を有するメソゲン化合物およびLC化合物は好ましくは、以下に規定する式ANおよびAYから選択される。
前述の式Iの化合物または重合性成分A)以外に、本発明によるLC媒体は、LC成分B)またはLCホスト混合物を含有し、これは非重合性低分子量化合物から選択されるLC化合物を1種以上、好ましくは2種以上、含有するものである。これらのLC成分は、これらのLC成分が、重合性化合物の重合に適用される条件下で安定的、かつ/または重合反応に対して非反応性であるように、選択される。
第一の好ましい実施形態においてLC媒体は、負の誘電異方性を有する化合物に基づく、LC成分B)またはLCホスト混合物を含有する。このようなLC媒体は、VA式、IPS式、UB−FFS式、PS−VA式、PS−IPS式、およびPS−UB−FFS式ディスプレイで使用するために、特に適している。このようなLC媒体の特に好ましい実施形態は、以下のa)〜z3)のセクションに記載するものである。
a)成分B)またはLCホスト混合物が、式CYおよびPYから選択される化合物を1種以上、含有するLC媒体:
式中、
aは、1または2を表し、
bは、0または1を表し、
R1およびR2はそれぞれ、相互に独立して、1〜12個のC原子を有するアルキルを表し、ここでさらに、1個または2個の非隣接CH2基は、−O−、−CH=CH−、−CO−、−OCO−、または−COO−によって、O原子が直接相互に結合していないように置き換えられていてよく、好ましくは1〜6個のC原子を有するアルキルまたはアルコキシであり、
ZxおよびZyはそれぞれ、相互に独立して、−CH2CH2−、−CH=CH−、−CF2O−、−OCF2−、−CH2O−、−OCH2−、−CO−O−、−O−CO−、−C2F4−、−CF=CF−、−CH=CH−CH2O−、または単結合を表し、好ましくは単結合を表し、
L1〜4はそれぞれ、相互に独立して、F、Cl、OCF3、CF3、CH3、CH2F、CHF2を表す。
aは、1または2を表し、
bは、0または1を表し、
ZxおよびZyはそれぞれ、相互に独立して、−CH2CH2−、−CH=CH−、−CF2O−、−OCF2−、−CH2O−、−OCH2−、−CO−O−、−O−CO−、−C2F4−、−CF=CF−、−CH=CH−CH2O−、または単結合を表し、好ましくは単結合を表し、
L1〜4はそれぞれ、相互に独立して、F、Cl、OCF3、CF3、CH3、CH2F、CHF2を表す。
好ましくは、L1およびL2はともにFを表すか、またはL1およびL2の一方がFを表し、もう一方がClを表すか、またはL3およびL4の両方がFを表すか、またはL3およびL4の一方がFを表し、もう一方がClを表す。
式CYの化合物は好ましくは、以下の下位式から成る群から選択される:
式中、aは1または2を表し、アルキルおよびアルキル*はそれぞれ、相互に独立して、1〜6個のC原子を有する直鎖状アルキル基を表し、アルケニルは、2〜6個のC原子を有する直鎖状アルケニル基を表し、(O)は、酸素原子または単結合を表す。アルケニルは好ましくは、CH2=CH−、CH2=CHCH2CH2−、CH3−CH=CH−、CH3−CH2−CH=CH−、CH3−(CH2)2−CH=CH−、CH3−(CH2)3−CH=CH−、またはCH3−CH=CH−(CH2)2−を表す。
式PYの化合物は好ましくは、以下の下位式から成る群から選択される:
式中、アルキルおよびアルキル*はそれぞれ、相互に独立して、1〜6個のC原子を有する直鎖状アルキル基を表し、アルケニルは、2〜6個のC原子を有する直鎖状アルケニル基を表し、(O)は、酸素原子または単結合を表す。アルケニルは好ましくは、CH2=CH−、CH2=CHCH2CH2−、CH3−CH=CH−、CH3−CH2−CH=CH−、CH3−(CH2)2−CH=CH−、CH3−(CH2)3−CH=CH−、またはCH3−CH=CH−(CH2)2−を表す。
b)成分B)またはLCホスト混合物が、アルケニル基を有するメソゲン化合物またはLC化合物(以下ではまた、「アルケニル化合物」とも呼ぶ)を1種以上含有するLC媒体、ここで前記アルケニル基は、LC媒体中に含まれる重合性化合物の重合に使用される条件下での重合反応に適したものである。
成分B)またはLCホスト混合物は好ましくは、式ANおよびAYから選択されるアルケニル化合物を1種以上、含有する:
式中、各基は、それぞれの場合に同一または異なって、それぞれ相互に独立して、以下の意味を有する:
RA1は、2〜9個のC原子を有するアルケニルであるか、または環X、Y、およびZのうち少なくとも1つがシクロヘキセニルを表す場合には、RA2の意味のいずれかもであり、
RA2は、1〜12個のC原子を有するアルキルであり、ここでさらに、1個または2個の非隣接CH2基は、−O−、−CH=CH−、−CO−、−OCO−、または−COO−によって、O原子が直接相互に結合していないように置き換えられていてよく、
Zxは、−CH2CH2−、−CH=CH−、−CF2O−、−OCF2−、−CH2O−、−OCH2−、−CO−O−、−O−CO−、−C2F4−、−CF=CF−、−CH=CH−CH2O−、または単結合であり、好ましくは単結合であり、
L1,2は、H、F、Cl、OCF3、CF3、CH3、CH2F、またはCHF2Hであり、好ましくはH、FまたはClであり、
xは、1または2であり、
zは、0または1である。
RA2は、1〜12個のC原子を有するアルキルであり、ここでさらに、1個または2個の非隣接CH2基は、−O−、−CH=CH−、−CO−、−OCO−、または−COO−によって、O原子が直接相互に結合していないように置き換えられていてよく、
Zxは、−CH2CH2−、−CH=CH−、−CF2O−、−OCF2−、−CH2O−、−OCH2−、−CO−O−、−O−CO−、−C2F4−、−CF=CF−、−CH=CH−CH2O−、または単結合であり、好ましくは単結合であり、
L1,2は、H、F、Cl、OCF3、CF3、CH3、CH2F、またはCHF2Hであり、好ましくはH、FまたはClであり、
xは、1または2であり、
zは、0または1である。
式ANおよびAYの好ましい化合物は、RA2が、エテニル、プロペニル、ブテニル、ペンテニル、ヘキセニル、およびヘプテニルから選択される化合物である。
好ましい実施形態において、成分B)またはLCホスト混合物は、以下の下位式から選択される式ANの化合物を1種以上、含有する:
式中、アルキル、およびアルキル*は、それぞれ相互に独立して、1〜6個のC原子を有する直鎖状アルキル基を表し、アルケニルおよびアルケニル*はそれぞれ、相互に独立して、2〜7個のC原子を有する直鎖状アルケニル基を表す。アルケニルおよびアルケニル*は好ましくは、CH2=CH−、CH2=CHCH2CH2−、CH3−CH=CH−、CH3−CH2−CH=CH−、CH3−(CH2)2−CH=CH−、CH3−(CH2)3−CH=CH−、またはCH3−CH=CH−(CH2)2−を表す。
成分B)またはLCホスト混合物は好ましくは、AN1、AN2、AN3およびAN6から選択される化合物を1種以上含有し、特に好ましくは、式AN1の化合物を1種以上含有する。
別の好ましい実施形態において、成分B)またはLCホスト混合物は、以下の下位式から選択される式ANの化合物を1種以上、含有する:
式中、mは1、2、3、4、5または6を表し、iは、0、1、2、または3を表し、Rb1は、H、CH3またはC2H5を表す。
最も好ましいのは、式AN1a2およびAN1a5の化合物である。
別の好ましい実施形態において、成分B)またはLCホスト混合物は、以下の下位式から選択される式AYの化合物を1種以上、含有する:
式中、アルキルおよびアルキル*はそれぞれ、相互に独立して、1〜6個のC原子を有する直鎖状アルキル基を表し、「(O)」は、O原子または単結合を表し、アルケニルおよびアルケニル*はそれぞれ、相互に独立して、2〜7個のC原子を有する直鎖状アルケニル基を表す。アルケニルおよびアルケニル*は好ましくは、CH2=CH−、CH2=CHCH2CH2−、CH3−CH=CH−、CH3−CH2−CH=CH−、CH3−(CH2)2−CH=CH−、CH3−(CH2)3−CH=CH−、またはCH3−CH=CH−(CH2)2−を表す。
別の好ましい実施形態において、成分B)またはLCホスト混合物は、以下の下位式から選択される式AYの化合物を1種以上、含有する:
式中、mおよびnはそれぞれ、相互に独立して、1、2、3、4、5または6を表し、アルケニルは、CH2=CH−、CH2=CHCH2CH2−、CH3−CH=CH−、CH3−CH2−CH=CH−、CH3−(CH2)2−CH=CH−、CH3−(CH2)3−CH=CH−、またはCH3−CH=CH−(CH2)2−を表す。
式ANおよびAYの化合物の割合は好ましくは、LC媒体中で2〜70質量%、特に好ましくは5〜60質量%、最も好ましくは10〜50質量%である。
LC媒体またはLCホスト混合物は好ましくは、式ANおよびAYから選択される化合物を1〜5種、好ましくは1種、2種、または3種、含有する。
本発明の別の好ましい実施形態において、LC媒体は好ましくは、式AY14の化合物、特に好ましくはAY14aの化合物を1種以上、含有する。式AY14またはAY14aの化合物の割合は、LC媒体中で好ましくは3〜20質量%である。
式ANおよび/またはAYのアルケニル化合物を添加することにより、LC媒体の粘度低下、およびLC媒体の応答時間短縮が可能になる。
c)成分B)またはLCホスト混合物が、以下の式から選択される化合物を1種以上、含有するLC媒体:
式中、各基は、以下の意味を有する:
R3およびR4はそれぞれ、相互に独立して、1〜12個のC原子を有するアルキルを表し、ここでさらに、1個または2個の非隣接CH2基は、−O−、−CH=CH−、−CO−、−O−CO−、または−CO−O−によって、O原子が直接相互に結合していないように置き換えられていてよく、
Zyは、−CH2CH2−、−CH=CH−、−CF2O−、−OCF2−、−CH2O−、−OCH2−、−CO−O−、−O−CO−、−C2F4−、−CF=CF−、−CH=CH−CH2O−、または単結合、好ましくは単結合である。
Zyは、−CH2CH2−、−CH=CH−、−CF2O−、−OCF2−、−CH2O−、−OCH2−、−CO−O−、−O−CO−、−C2F4−、−CF=CF−、−CH=CH−CH2O−、または単結合、好ましくは単結合である。
式ZKの化合物は好ましくは、以下の下位式から成る群から選択される:
式中、アルキルおよびアルキル*はそれぞれ、相互に独立して、1〜6個のC原子を有する直鎖状アルキル基を表し、アルケニルは、2〜6個のC原子を有する直鎖状アルケニル基を表す。アルケニルは好ましくは、CH2=CH−、CH2=CHCH2CH2−、CH3−CH=CH−、CH3−CH2−CH=CH−、CH3−(CH2)2−CH=CH−、CH3−(CH2)3−CH=CH−、またはCH3−CH=CH−(CH2)2−を表す。
特に好ましいのは、式ZK1の化合物である。
最も好ましいのは、式ZK1aの化合物である。
d)成分B)またはLCホスト混合物がさらに、以下の式の化合物を1種以上、含有するLC媒体:
式中、各基は、それぞれの場合に同一または異なって、以下の意味を有する:
R5およびR6はそれぞれ、相互に独立して、1〜12個のC原子を有するアルキルを表し、ここでさらに、1個または2個の非隣接CH2基は、−O−、−CH=CH−、−CO−、−OCO−、または−COO−によって、O原子が直接相互に結合していないように置き換えられていてよく、好ましくは1〜6個のC原子を有するアルキルまたはアルコキシであり、
eは、1または2を表す。
R5およびR6はそれぞれ、相互に独立して、1〜12個のC原子を有するアルキルを表し、ここでさらに、1個または2個の非隣接CH2基は、−O−、−CH=CH−、−CO−、−OCO−、または−COO−によって、O原子が直接相互に結合していないように置き換えられていてよく、好ましくは1〜6個のC原子を有するアルキルまたはアルコキシであり、
式DKの化合物は好ましくは、以下の下位式から成る群から選択される:
式中、アルキルおよびアルキル*はそれぞれ、相互に独立して、1〜6個のC原子を有する直鎖状アルキル基を表し、アルケニルは、2〜6個のC原子を有する直鎖状アルケニル基を表す。アルケニルは好ましくは、CH2=CH−、CH2=CHCH2CH2−、CH3−CH=CH−、CH3−CH2−CH=CH−、CH3−(CH2)2−CH=CH−、CH3−(CH2)3−CH=CH−、またはCH3−CH=CH−(CH2)2−を表す。
e)成分B)またはLCホスト混合物がさらに、以下の式の化合物を1種以上、含有するLC媒体:
式中、各基は、以下の意味を有する:
ただし、少なくとも1個の環Fは、シクロヘキシレンとは異なり、
fは、1または2を表し、
R1およびR2はそれぞれ、相互に独立して、1〜12個のC原子を有するアルキルを表し、ここでさらに、1個または2個の非隣接CH2基は、−O−、−CH=CH−、−CO−、−OCO−、または−COO−によって、O原子が直接相互に結合していないように置き換えられていてよく、
Zxは、−CH2CH2−、−CH=CH−、−CF2O−、−OCF2−、−CH2O−、−OCH2−、−CO−O−、−O−CO−、−C2F4−、−CF=CF−、−CH=CH−CH2O−、または単結合であり、好ましくは単結合であり、
L1およびL2はそれぞれ、相互に独立して、F、Cl、OCF3、CF3、CH3、CH2F、CHF2を表す。
fは、1または2を表し、
R1およびR2はそれぞれ、相互に独立して、1〜12個のC原子を有するアルキルを表し、ここでさらに、1個または2個の非隣接CH2基は、−O−、−CH=CH−、−CO−、−OCO−、または−COO−によって、O原子が直接相互に結合していないように置き換えられていてよく、
Zxは、−CH2CH2−、−CH=CH−、−CF2O−、−OCF2−、−CH2O−、−OCH2−、−CO−O−、−O−CO−、−C2F4−、−CF=CF−、−CH=CH−CH2O−、または単結合であり、好ましくは単結合であり、
L1およびL2はそれぞれ、相互に独立して、F、Cl、OCF3、CF3、CH3、CH2F、CHF2を表す。
好ましくは、基L1およびL2の両方がFを表すか、または基L1およびL2の一方がFを表し、もう一方がClを表す。
式LYの化合物は好ましくは、以下の下位式から成る群から選択される:
式中、R1は、前述の意味を有し、アルキルは、1〜6個のC原子を有する直鎖状のアルキル基を表し、(O)は酸素原子または単結合を表し、vは、1〜6の整数を表す。R1は好ましくは、1〜6個のC原子を有する直鎖状のアルキル、または2〜6個のC原子を有する直鎖状のアルケニルを表し、特にCH3、C2H5、n−C3H7、n−C4H9、n−C5H11、CH2=CH−、CH2=CHCH2CH2−、CH3−CH=CH−、CH3−CH2−CH=CH−、CH3−(CH2)2−CH=CH−、CH3−(CH2)3−CH=CH−、またはCH3−CH=CH−(CH2)2−を表す。
f)成分B)またはLCホスト混合物がさらに、以下の式からなる群から選択される化合物を1種以上、含有するLC媒体:
式中、アルキルはC1〜6アルキルを表し、Lxは、HまたはFを表し、Xは、F、Cl、OCF3、OCHF2、またはOCH=CF2を表す。特に好ましいのは、XがFを表す式G1の化合物である。
g)成分B)またはLCホスト混合物がさらに、以下の式からなる群から選択される化合物を1種以上、含有するLC媒体:
式中、R5は、R1について先に示した意味のいずれかを有し、アルキルはC1〜6アルキルを表し、dは0または1を表し、zおよびmはそれぞれ、相互に独立して、1〜6の整数を表す。これらの化合物におけるR5は特に好ましくは、C1〜6アルキル、C1〜6アルコキシ、またはC2〜6アルケニルであり、dは好ましくは1である。本発明によるLC媒体は好ましくは、上記式の化合物を1種以上、≧5質量%の量で含有する。
h)成分B)またはLCホスト混合物がさらに、以下の式からなる群から選択されるビフェニル化合物を1種以上、含有するLC媒体:
式中、アルキルおよびアルキル*はそれぞれ、相互に独立して、1〜6個のC原子を有する直鎖状アルキル基を表し、アルケニルおよびアルケニル*はそれぞれ、相互に独立して、2〜6個のC原子を有する直鎖状アルケニル基を表す。アルケニルおよびアルケニル*は好ましくは、CH2=CH−、CH2=CHCH2CH2−、CH3−CH=CH−、CH3−CH2−CH=CH−、CH3−(CH2)2−CH=CH−、CH3−(CH2)3−CH=CH−、またはCH3−CH=CH−(CH2)2−を表す。
LCホスト混合物における式B1〜B3のビフェニル化合物の割合は、好ましくは少なくとも3質量%、特に≧5質量%である。
式B2の化合物が、特に好ましい。
式B1〜B3の化合物は好ましくは、以下の下位式から成る群から選択される:
式中、アルキル*は、1〜6個のC原子を有するアルキルを表す。本発明による媒体は特に好ましくは、式B1aおよび/またはB2cの化合物を1種以上、含有する。
i)成分B)またはLCホスト混合物がさらに、以下の式のテルフェニル化合物を1種以上、含有するLC媒体:
式中、R5およびR6はそれぞれ、相互に独立して、前述の意味のいずれかを有し、
はそれぞれ、相互に独立して、
式中、L5は、FまたはCl、好ましくはFを表し、L6は、F、Cl、OCF3、CF3、CH3、CH2F、またはCHF2、好ましくはFを表す。
式Tの化合物は好ましくは、以下の下位式から成る群から選択される:
式中、Rは、1〜7個のC原子を有する直鎖状のアルキル基またはアルコキシ基を表し、R*は、2〜7個のC原子を有する直鎖状のアルケニル基を表し、(O)は酸素原子または単結合を表し、mは、1〜6の整数を表す。R*は好ましくは、CH2=CH−、CH2=CHCH2CH2−、CH3−CH=CH−、CH3−CH2−CH=CH−、CH3−(CH2)2−CH=CH−、CH3−(CH2)3−CH=CH−、またはCH3−CH−(CH2)2−を表す。
Rは好ましくは、メチル、エチル、プロピル、ブチル、ペンチル、ヘキシル、メトキシ、エトキシ、プロポキシ、ブトキシまたはペントキシを表す。
本発明によるLCホスト混合物は好ましくは、式Tのテルフェニルおよびその好ましい下位式のテルフェニルを、0.5〜30質量%の量、特に1〜20質量%の量で含有する。
特に好ましいのは、式T1、T2、T3、およびT21の化合物である。これらの化合物において、Rは好ましくは、1〜5個のC原子を有するアルキルを表し、さらには1〜5個のC原子を有するアルコキシを表す。
テルフェニルは本発明によるLC媒体において、混合物のΔn値を≧0.1にしたい場合に用いるのが好ましい。好ましいLC媒体は、式Tのテルフェニル化合物1種以上、好ましくはT1〜T22の化合物の群から選択されるテルフェニル化合物1種以上を2〜20質量%、含有する。
k)成分B)またはLCホスト混合物がさらに、以下の式からなる群から選択されるクアテルフェニル化合物を1種以上、含有するLC媒体:
式中、
RQは、1〜9個のC原子を有するアルキル、アルコキシ、オキサアルキル、またはアルコキシアルキルであるか、または2〜9個のC原子を有するアルケニルもしくはアルケニルオキシであり、これらは全て、任意でフッ化されており、
XQは、F、Cl、1〜6個のC原子を有するハロゲン化アルキルもしくはアルコキシであるか、または2〜6個のC原子を有するハロゲン化アルケニルもしくはアルケニルオキシであり、
LQ1〜LQ6はそれぞれ、相互に独立して、HまたはFであるが、ただし、LQ1〜LQ6のうち少なくとも1個は、Fである。
RQは、1〜9個のC原子を有するアルキル、アルコキシ、オキサアルキル、またはアルコキシアルキルであるか、または2〜9個のC原子を有するアルケニルもしくはアルケニルオキシであり、これらは全て、任意でフッ化されており、
XQは、F、Cl、1〜6個のC原子を有するハロゲン化アルキルもしくはアルコキシであるか、または2〜6個のC原子を有するハロゲン化アルケニルもしくはアルケニルオキシであり、
LQ1〜LQ6はそれぞれ、相互に独立して、HまたはFであるが、ただし、LQ1〜LQ6のうち少なくとも1個は、Fである。
式Qの好ましい化合物は、RQが、2〜6個のC原子を有する直鎖状のアルキル、特に好ましくは、エチル、n−プロピル、またはn−ブチルを表すものである。
好ましい式Qの化合物は、LQ3およびLQ4が、Fのものである。さらに好ましい式Qの化合物は、LQ3、LQ4と、LQ1およびLQ2のうち1つまたは2つともが、Fを表す化合物である。
好ましい式Qの化合物は、XQがFまたはOCF3、特に好ましくはFである化合物である。
式Qの化合物は好ましくは、以下の下位式から選択される:
式中、RQは、式Qの意味のいずれか、または先におよび以下に記載したその好ましい意味のいずれかを有し、これは好ましくはエチル、n−プロピル、またはn−ブチルである。
特に好ましいのは、式Q1の化合物、特にRQがn−プロピルの化合物である。
式Qの化合物の割合は好ましくは、LCホスト混合物中で>0〜≦5質量%、特に好ましくは0.1〜2質量%、最も好ましくは0.2〜1.5質量%である。
LCホスト混合物は好ましくは、式Qの化合物を1〜5種、好ましくは1種または2種、含有する。
式Qのクアテルフェニル化合物をLCホスト混合物に添加することにより、ODFムラを低下させることが可能になり、その一方で高い紫外線吸収性は維持され、また迅速かつ完全な重合が可能になり、強く迅速なチルト角生成が可能になり、LC媒体の紫外線安定性が増加する。
加えて、正の誘電異方性を有する式Qの化合物を、負の誘電異方性を有するLC媒体に添加することにより、誘電定数
の値をより良好に制御することができ、特に誘電定数
の高い値を、誘電異方性Δεを一定に保ちながら達成することができ、これによってキックバック電圧が減少し、残像が減少する。
l)成分B)またはLCホスト混合物がさらに、式Cの化合物を1種以上、含有するLC媒体:
式中、
RCは、1〜9個のC原子を有するアルキル、アルコキシ、オキサアルキル、またはアルコキシアルキルであるか、または2〜9個のC原子を有するアルケニルもしくはアルケニルオキシであり、これらは全て、任意でフッ化されており、
XCは、F、Cl、1〜6個のC原子を有するハロゲン化アルキルもしくはアルコキシであるか、または2〜6個のC原子を有するハロゲン化アルケニルもしくはアルケニルオキシであり、
LC1、LC2は相互に独立して、HまたはFを表すが、ただし、LC1およびLC2のうち少なくとも1つは、Fである。
RCは、1〜9個のC原子を有するアルキル、アルコキシ、オキサアルキル、またはアルコキシアルキルであるか、または2〜9個のC原子を有するアルケニルもしくはアルケニルオキシであり、これらは全て、任意でフッ化されており、
XCは、F、Cl、1〜6個のC原子を有するハロゲン化アルキルもしくはアルコキシであるか、または2〜6個のC原子を有するハロゲン化アルケニルもしくはアルケニルオキシであり、
LC1、LC2は相互に独立して、HまたはFを表すが、ただし、LC1およびLC2のうち少なくとも1つは、Fである。
式Cの好ましい化合物は、RCが、2〜6個のC原子を有する直鎖状のアルキル、特に好ましくは、エチル、n−プロピル、またはn−ブチルを表すものである。
好ましい式Cの化合物は、LC1およびLC2が、Fである化合物である。
好ましい式Cの化合物は、XCがFまたはOCF3、特に好ましくはFである化合物である。
式Cの好ましい化合物は、以下の式から選択される:
式中、RCは、式Cの意味のいずれか、または前述の、および後述するその好ましい意味のいずれかを有し、これは好ましくはエチル、n−プロピル、またはn−ブチルであり、特に好ましくはn−プロピルである。
式Cの化合物の割合は好ましくは、LCホスト混合物中で>0質量%〜≦10質量%、特に好ましくは0.1〜8質量%、最も好ましくは0.2〜5質量%である。
LCホスト混合物は好ましくは、式Cの化合物を1〜5種、好ましくは1種、2種または3種、含有する。
正の誘電異方性を有する式Cの化合物を、負の誘電異方性を有するLC媒体に添加することにより、誘電定数
の値をより良好に制御することができ、特に誘電定数
の高い値を、誘電異方性Δεを一定に保ちながら達成することができ、これによってキックバック電圧が減少し、残像が減少する。加えて、式Cの化合物を添加することにより、LC媒体の粘度低下、およびLC媒体の応答時間短縮が可能になる。
m)成分B)またはLCホスト混合物がさらに、以下の式からなる群から選択される化合物を1種以上、含有するLC媒体:
式中、R1およびR2は前述の意味を有し、好ましくはそれぞれ相互に独立して、1〜6個のC原子を有する直鎖状のアルキル、または2〜6個のC原子を有する直鎖状のアルケニルを表す。
好ましい媒体は、式O1、O3およびO4から選択される化合物を1種以上、含有する。
n)成分B)またはLCホスト混合物がさらに、以下の式の化合物を1種以上、含有するLC媒体:
式中、
R9は、H、CH3、C2H5、またはn−C3H7を表し、(F)は、任意のフッ素置換基を表し、qは、1、2または3を表し、R7は、R1について記載した意味のいずれかを有し、好ましくは>3質量%の量、特に≧5質量%の量、特に好ましくは5〜30質量%の量で、含有する。
特に好ましい式Flの化合物は、以下の下位式から成る群から選択される:
式中、R7は好ましくは、直鎖状のアルキルを表し、R9はCH3、C2H5、またはn−C3H7を表す。特に好ましいのは、式Fl1、Fl2およびFl3の化合物である。
o)成分B)またはLCホスト混合物がさらに、以下の式からなる群から選択される化合物を1種以上、含有するLC媒体:
式中、R8は、R1について示した意味を有し、アルキルは、1〜6個のC原子を有する直鎖状アルキル基を表す。
p)成分B)またはLCホスト混合物がさらに、テトラヒドロナフチル単位またはナフチル単位を含有する化合物、例えば以下の式からなる群から選択される化合物を1種以上、含有するLC媒体:
式中、
R10およびR11はそれぞれ、相互に独立して、1〜12個の炭素原子を有するアルキルを表し、ここでさらに、1個または2個の非隣接CH2基は、−O−、−CH=CH−、−CO−、−OCO−、または−COO−によって、O原子が直接相互に結合していないように置き換えられていてよく、好ましくは1〜6個のC原子を有するアルキルまたはアルコキシであり、
R10およびR11は好ましくは、1〜6個のC原子を有する直鎖状のアルキルまたはアルコキシ、または2〜6個のC原子を有する直鎖状のアルケニルを表し、
Z1およびZ2はそれぞれ、相互に独立して、−C2H4−、−CH=CH−、−(CH2)4−、−(CH2)3O−、−O(CH2)3−、−CH=CH−CH2CH2−、−CH2CH2CH=CH−、−CH2O−、−OCH2−、−CO−O−、−O−CO−、−C2F4−、−CF=CF−、−CF=CH−、−CH=CF−、−CH2−、または単結合を表す。
R10およびR11はそれぞれ、相互に独立して、1〜12個の炭素原子を有するアルキルを表し、ここでさらに、1個または2個の非隣接CH2基は、−O−、−CH=CH−、−CO−、−OCO−、または−COO−によって、O原子が直接相互に結合していないように置き換えられていてよく、好ましくは1〜6個のC原子を有するアルキルまたはアルコキシであり、
R10およびR11は好ましくは、1〜6個のC原子を有する直鎖状のアルキルまたはアルコキシ、または2〜6個のC原子を有する直鎖状のアルケニルを表し、
Z1およびZ2はそれぞれ、相互に独立して、−C2H4−、−CH=CH−、−(CH2)4−、−(CH2)3O−、−O(CH2)3−、−CH=CH−CH2CH2−、−CH2CH2CH=CH−、−CH2O−、−OCH2−、−CO−O−、−O−CO−、−C2F4−、−CF=CF−、−CF=CH−、−CH=CF−、−CH2−、または単結合を表す。
q)成分B)またはLCホスト混合物がさらに、以下の式のジフルオロジベンゾクロマンおよび/またはクロマンを1種以上、好ましくは3〜20質量%の量、特に3〜15質量%の量で含有するLC媒体:
式中、
R11およびR12はそれぞれ、相互に独立して、R11について示したいずれかの意味を有し、
環Mは、トランス1,4−シクロヘキシレンまたは1,4−フェニレンであり、
Zmは、−C2H4−、−CH2O−、−OCH2−、−CO−O−または−O−CO−であり、
cは、0、1または2である。
R11およびR12はそれぞれ、相互に独立して、R11について示したいずれかの意味を有し、
環Mは、トランス1,4−シクロヘキシレンまたは1,4−フェニレンであり、
Zmは、−C2H4−、−CH2O−、−OCH2−、−CO−O−または−O−CO−であり、
cは、0、1または2である。
特に好ましい式BC、CRおよびRCの化合物は、以下の下位式から成る群から選択される:
式中、アルキルおよびアルキル*はそれぞれ、相互に独立して、1〜6個のC原子を有する直鎖状アルキル基を表し、「(O)」は、酸素原子または単結合を表し、cは1または2であり、アルケニルおよびアルケニル*はそれぞれ、相互に独立して、2〜6個のC原子を有する直鎖状アルケニル基を表す。アルケニルおよびアルケニル*は好ましくは、CH2=CH−、CH2=CHCH2CH2−、CH3−CH=CH−、CH3−CH2−CH=CH−、CH3−(CH2)2−CH=CH−、CH3−(CH2)3−CH=CH−、またはCH3−CH=CH−(CH2)2−を表す。
式BC−2の化合物を1種、2種、または3種含有するLCホスト混合物が、極めて特に好ましい。
r)成分B)またはLCホスト混合物がさらに、以下の式のフッ化フェナントレンおよび/またはジベンゾフランを1種以上、含有するLC媒体:
式中、R11およびR12はそれぞれ、相互に独立して、R11について示した前述の意味のいずれかを有し、bは0または1を表し、LはFを表し、rは1、2または3を表す。
s)成分B)またはLCホスト混合物がさらに、以下の式の単環式化合物を1種以上、含有するLC媒体:
式中、
R1およびR2はそれぞれ、相互に独立して、1〜12個のC原子を有するアルキルを表し、ここでさらに、1個または2個の非隣接CH2基は、−O−、−CH=CH−、−CO−、−OCO−、または−COO−によって、O原子が直接相互に結合していないように置き換えられていてよく、好ましくは1〜6個のC原子を有するアルキルまたはアルコキシであり、
L1およびL2はそれぞれ、相互に独立して、F、Cl、OCF3、CF3、CH3、CH2F、CHF2を表す。
R1およびR2はそれぞれ、相互に独立して、1〜12個のC原子を有するアルキルを表し、ここでさらに、1個または2個の非隣接CH2基は、−O−、−CH=CH−、−CO−、−OCO−、または−COO−によって、O原子が直接相互に結合していないように置き換えられていてよく、好ましくは1〜6個のC原子を有するアルキルまたはアルコキシであり、
L1およびL2はそれぞれ、相互に独立して、F、Cl、OCF3、CF3、CH3、CH2F、CHF2を表す。
好ましくは、L1およびL2の両方がFを表すか、またはL1およびL2の一方がFを表し、もう一方がClを表す。
式Yの化合物は好ましくは、以下の下位式から成る群から選択される:
式中、アルキルおよびアルキル*はそれぞれ、相互に独立して、1〜6個のC原子を有する直鎖状アルキル基を表し、アルコキシは、1〜6個のC原子を有する直鎖状のアルコキシ基を表し、アルケニルおよびアルケニル*はそれぞれ、相互に独立して、2〜6個のC原子を有する直鎖状アルケニル基を表す。アルケニルおよびアルケニル*は好ましくは、CH2=CH−、CH2=CHCH2CH2−、CH3−CH=CH−、CH3−CH2−CH=CH−、CH3−(CH2)2−CH=CH−、CH3−(CH2)3−CH=CH−、またはCH3−CH=CH−(CH2)2−を表す。
t)前述の、および後述する重合性化合物以外には、末端ビニルオキシ基(−O−CH=CH2)を有する化合物を含有しないLC媒体。
u)成分B)またはLCホスト混合物が式CY1、CY2、PY1および/またはPY2の化合物を1〜8種、好ましくは1〜5種、含有するLC媒体。LCホスト混合物全体におけるこれらの化合物の割合は、好ましくは5〜60%、特に好ましくは10〜35%である。これらの各化合物の含分は、それぞれの場合において2〜20%であるのが好ましい。
v)成分B)またはLCホスト混合物が式CY9、CY10、PY9および/またはPY10の化合物を1〜8種、好ましくは1〜5種、含有するLC媒体。LCホスト混合物全体におけるこれらの化合物の割合は、好ましくは5〜60%、特に好ましくは10〜35%である。これらの各化合物の含分は、それぞれの場合において2〜20%であるのが好ましい。
w)成分B)またはLCホスト混合物が式ZKの化合物、特に式ZK1、ZK2、および/またはZK6の化合物を1〜10種、好ましくは1〜8種、含有するLC媒体。LCホスト混合物全体におけるこれらの化合物の割合は、好ましくは3〜25%、特に好ましくは5〜45%である。これらの各化合物の含分は、それぞれの場合において2〜20%であるのが好ましい。
x)式CY、PYおよびZKの化合物の割合が、LCホスト混合物全体において70%超、好ましくは80%超である、LC媒体。
y)LCホスト混合物が、アルケニル基を有する化合物、好ましくはANおよびAYから選択される化合物、特に好ましくは式AN1、AN3、AN6、およびAY14から選択される化合物、最も好ましくは式AN1a、AN3a、AN6aおよびAY14から選択される化合物を1種以上、含有するLC媒体。LCホスト混合物におけるこれらの化合物の濃度は、好ましくは2〜70%、特に好ましくは3〜55%である。
z)成分B)またはLCホスト混合物が、式PY1〜PY8の化合物、特に好ましくは式PY2の化合物を1種以上、好ましくは1〜5種、含有するLC媒体。LCホスト混合物全体におけるこれらの化合物の割合は、好ましくは1〜30%、特に好ましくは2〜20%である。これらの各化合物の含分は、それぞれの場合において1〜20%であるのが好ましい。
z1)成分B)またはLCホスト混合物が、式T1、T2およびT5からの化合物、特に好ましくは式T2からの化合物を1種以上、好ましくは1種、2種、または3種、含有するLC媒体。LCホスト混合物全体におけるこれらの化合物の含分は、1〜20%であるのが好ましい。
z2)LCホスト混合物が、式CYおよびPYから選択される1種以上の化合物と、式ANおよびAYから選択される1種以上の化合物と、式TおよびQから選択される1種以上の化合物とを含有するLC媒体。
z3)LCホスト混合物が、式BF1の化合物1種以上、好ましくは1種、2種、または3種と、式AY14、AY15およびAY16から選択される化合物、特に好ましくは式AY14の化合物1種以上、好ましくは1種、2種、または3種とを含有する、LC媒体。LCホスト混合物における式AY14〜AY16の化合物の割合は、好ましくは2〜35%、特に好ましくは3〜30%である。LCホスト混合物における式BF1の化合物の割合は、好ましくは0.5〜20%、特に好ましくは1〜15%である。この好ましい実施形態によるLCホスト混合物はさらに好ましくは、式Tの化合物、好ましくは式T1、T2およびT5から選択される化合物、特に好ましくは式T2またはT5から選択される化合物を1種以上、好ましくは1種、2種、または3種、含有する。LCホスト混合物媒体における式Tの化合物の割合は、好ましくは0.5〜15%、特に好ましくは1〜10%である。
第二の好ましい実施形態においてLC媒体は、正の誘電異方性を有する化合物に基づくLCホスト混合物を含有する。このような媒体は、TN式、OCB式、ポジ型VA式、IPS式、FFS式、PS−OCB式、PS−TN式、PS−ポジ型VA式、PS−IPS式、またはPS−FFS式ディスプレイにおいて使用するために、特に適している。
式中、各基は相互に独立して、それぞれの場合に、同一または異なって、以下の意味を有する:
はそれぞれ、相互に独立して、それぞれの場合に、同一または異なって、
であり、
R21、R31はそれぞれ、相互に独立して、1〜9個のC原子を有するアルキル、アルコキシ、オキサアルキル、またはアルコキシアルキルであるか、または2〜9個のC原子を有するアルケニルもしくはアルケニルオキシであり、これらは全て、任意でフッ化されており、
X0は、F、Cl、1〜6個のC原子を有するハロゲン化アルキルもしくはアルコキシであるか、または2〜6個のC原子を有するハロゲン化アルケニルもしくはアルケニルオキシであり、
Z31は、−CH2CH2−、−CF2CF2−、−COO−、トランス−CH=CH−、トランス−CF=CF−、−CH2O−、または単結合であり、好ましくは−CH2CH2−、−COO−、トランス−CH=CH−、または単結合であり、特に好ましくは−COO−、トランス−CH=CH−、または単結合であり、
L21、L22、L31、L32はそれぞれ、相互に独立して、HまたはFであり、
gは0、1、2または3である。
R21、R31はそれぞれ、相互に独立して、1〜9個のC原子を有するアルキル、アルコキシ、オキサアルキル、またはアルコキシアルキルであるか、または2〜9個のC原子を有するアルケニルもしくはアルケニルオキシであり、これらは全て、任意でフッ化されており、
X0は、F、Cl、1〜6個のC原子を有するハロゲン化アルキルもしくはアルコキシであるか、または2〜6個のC原子を有するハロゲン化アルケニルもしくはアルケニルオキシであり、
Z31は、−CH2CH2−、−CF2CF2−、−COO−、トランス−CH=CH−、トランス−CF=CF−、−CH2O−、または単結合であり、好ましくは−CH2CH2−、−COO−、トランス−CH=CH−、または単結合であり、特に好ましくは−COO−、トランス−CH=CH−、または単結合であり、
L21、L22、L31、L32はそれぞれ、相互に独立して、HまたはFであり、
gは0、1、2または3である。
式AおよびBの化合物において、X0は好ましくは、F、Cl、CF3、CHF2、OCF3、OCHF2、OCFHCF3、OCFHCHF2、OCFHCHF2、OCF2CH3、OCF2CHF2、OCF2CHF2、OCF2CF2CHF2、OCF2CF2CHF2、OCFHCF2CF3、OCFHCF2CHF2、OCF2CF2CF3、OCF2CF2CClF2、OCClFCF2CF3、またはCH=CF2であり、特に好ましくはFまたはOCF3であり、最も好ましくはFである。
式AおよびBの化合物において、R21およびR31は好ましくは、1個、2個、3個、4個、5個または6個のC原子を有する直鎖状のアルキルまたはアルコキシ、および2個、3個、4個、5個、6個または7個のC原子を有する直鎖状のアルケニルから選択される。
式AおよびBの化合物において、gは好ましくは1または2である。
式Bの化合物において、Z31は好ましくはCOO、トランス−CH=CH、または単結合であり、特に好ましくはCOO、または単結合である。
LC媒体の成分B)は好ましくは、以下の式からなる群から選択される式Aの化合物を1種以上、含有する:
式中、A21,R21、X0、L21、およびL22は、式Aにおける意味を有し、L23およびL24はそれぞれ、相互に独立して、HまたはFであり、X0は好ましくはFである。式A1およびA2の化合物が、特に好ましい。
特に好ましい式A1の化合物は、以下の下位式から成る群から選択される:
式中、R21、X0、L21、およびL22は、式A1における意味を有し、L23、L24、L25、およびL26はそれぞれ、相互に独立して、HまたはFであり、X0は好ましくはFである。
特に好ましい式A2の化合物は、以下の下位式から成る群から選択される:
式中、R21、X0、L21、およびL22は、式A2における意味を有し、L23、L24、L25、およびL26はそれぞれ、相互に独立して、HまたはFであり、X0は好ましくはFである。
LC媒体の成分B)は好ましくは、以下の式からなる群から選択される式Bの化合物を1種以上、含有する:
式中、g、A31、A32、R31、X0、L31およびL32は、式Bに記載した意味を有し、X0は、好ましくはFである。式B1およびB2の化合物が、特に好ましい。
特に好ましい式B2の化合物は、以下の下位式から成る群から選択される:
式中、R31、X0、L31、およびL32は、式B2における意味を有し、L33、L34、L35、およびL36はそれぞれ、相互に独立して、HまたはFであり、X0は好ましくはFである。
式B1および/またはB2の化合物に代えて、またはこれらに加えて、LC媒体の成分B)はまた、前述の式B3の化合物を1種以上、含有することができる。
LC媒体の成分B)は好ましくは、式Aおよび/またはBの化合物に加えて、式Cの化合物を1種以上、含有する:
式中、各基は、以下の意味を有する:
はそれぞれ、相互に独立して、それぞれの場合に、同一であるかまたは異なって、
であり、
R41、R42はそれぞれ、相互に独立して、1〜9個のC原子を有するアルキル、アルコキシ、オキサアルキル、またはアルコキシアルキルであるか、または2〜9個のC原子を有するアルケニルもしくはアルケニルオキシであり、これらは全て、任意でフッ化されており、
Z41、Z42はそれぞれ、相互に独立して、−CH2CH2−、−COO−、トランス−CH=CH−、トランス−CF=CF−、−CH2O−、−CF2O−、−C≡C−、または単結合であり、好ましくは単結合であり、
hは0、1、2または3である。
R41、R42はそれぞれ、相互に独立して、1〜9個のC原子を有するアルキル、アルコキシ、オキサアルキル、またはアルコキシアルキルであるか、または2〜9個のC原子を有するアルケニルもしくはアルケニルオキシであり、これらは全て、任意でフッ化されており、
Z41、Z42はそれぞれ、相互に独立して、−CH2CH2−、−COO−、トランス−CH=CH−、トランス−CF=CF−、−CH2O−、−CF2O−、−C≡C−、または単結合であり、好ましくは単結合であり、
hは0、1、2または3である。
式Cの化合物において、R41およびR42は好ましくは、1個、2個、3個、4個、5個または6個のC原子を有する直鎖状のアルキルまたはアルコキシ、および2個、3個、4個、5個、6個または7個のC原子を有する直鎖状のアルケニルから選択される。
式Cの化合物において、hは好ましくは0、1または2である。
式Cの化合物においてZ41およびZ42は、好ましくはCOO、トランス−CH=CH、および単結合から選択され、特に好ましくはCOOおよび単結合から選択される。
さらに好ましい式Cの化合物は、以下の下位式から成る群から選択される:
式中、R41およびR42は、式Cに記載した意味を有し、好ましくはそれぞれ、相互に独立して、1〜7個のC原子を有するアルキル、アルコキシ、フッ化アルキルもしくはフッ化アルコキシ、または2〜7個のC原子を有するアルケニル、アルケニルオキシ、アルコキシアルキルもしくはフッ化アルケニルを表す。
さらにLC媒体の成分B)は好ましくは、式Aおよび/またはBの化合物に加えて、式Dの化合物を1種以上、含有する:
式中、A41、A42、Z41、Z42、R41、R42、およびhは、式Cに記載の意味を有するか、または前述の好ましい意味のいずれかを有する。
好ましい式Dの化合物は、以下の下位式から成る群から選択される:
式中、R41およびR42は、式Dに記載の意味を有し、R41は好ましくは、アルキルを意味し、式D1においてR42は好ましくは、アルケニル、特に好ましくは−(CH2)2−CH=CH−CH3を表し、式D2においてR42は好ましくは、アルキル、−(CH2)2−CH=CH2、または−(CH2)2−CH=CH−CH3を表す。
さらにLC媒体の成分B)は好ましくは、式Aおよび/またはBの化合物に加えて、アルケニル基を有する式Eの化合物を1種以上、含有する:
式中、各基は、それぞれの場合に同一または異なって、それぞれ相互に独立して、以下の意味を有する:
RA1は、2〜9個のC原子を有するアルケニルであるか、または環X、Y、およびZのうち少なくとも1つがシクロヘキセニルを表す場合には、RA2の意味のいずれかでもあり、
RA2は、1〜12個のC原子を有するアルキルであり、ここでさらに、1個または2個の非隣接CH2基は、−O−、−CH=CH−、−CO−、−OCO−、または−COO−によって、O原子が直接相互に結合していないように置き換えられていてよく、
xは、1または2である。
RA2は、1〜12個のC原子を有するアルキルであり、ここでさらに、1個または2個の非隣接CH2基は、−O−、−CH=CH−、−CO−、−OCO−、または−COO−によって、O原子が直接相互に結合していないように置き換えられていてよく、
xは、1または2である。
RA2は好ましくは、1〜8個のC原子を有する直鎖状のアルキルまたはアルコキシ、または2〜7個のC原子を有する直鎖状のアルケニルを表す。
式Eの好ましい化合物は、以下の下位式から選択される:
式中、アルキルおよびアルキル*はそれぞれ、相互に独立して、1〜6個のC原子を有する直鎖状アルキル基を表し、アルケニルおよびアルケニル*はそれぞれ、相互に独立して、2〜7個のC原子を有する直鎖状アルケニル基を表す。アルケニルおよびアルケニル*は好ましくは、CH2=CH−、CH2=CHCH2CH2−、CH3−CH=CH−、CH3−CH2−CH=CH−、CH3−(CH2)2−CH=CH−、CH3−(CH2)3−CH=CH−、またはCH3−CH=CH−(CH2)2−を表す。
最も好ましいのは、式E1a2、E1a5、E3a1、およびE6a1の化合物である。
さらにLC媒体の成分B)は好ましくは、式Aおよび/またはBの化合物に加えて、式Fの化合物を1種以上、含有する:
式中、各基は相互に独立して、それぞれの場合に、同一または異なって、以下の意味を有する:
R21、R31はそれぞれ、相互に独立して、1〜9個のC原子を有するアルキル、アルコキシ、オキサアルキル、またはアルコキシアルキルであるか、または2〜9個のC原子を有するアルケニルもしくはアルケニルオキシであり、これらは全て、任意でフッ化されており、
X0は、F、Cl、1〜6個のC原子を有するハロゲン化アルキルもしくはアルコキシであるか、または2〜6個のC原子を有するハロゲン化アルケニルもしくはアルケニルオキシであり、
Z21は、−CH2CH2−、−CF2CF2−、−COO−、トランス−CH=CH−、トランス−CF=CF−、−CH2O−、−CF2O−、−C≡C−、または単結合であり、好ましくは−CF2O−であり、
L21、L22、L23、L24はそれぞれ、相互に独立して、HまたはFであり、
gは0、1、2または3である。
X0は、F、Cl、1〜6個のC原子を有するハロゲン化アルキルもしくはアルコキシであるか、または2〜6個のC原子を有するハロゲン化アルケニルもしくはアルケニルオキシであり、
Z21は、−CH2CH2−、−CF2CF2−、−COO−、トランス−CH=CH−、トランス−CF=CF−、−CH2O−、−CF2O−、−C≡C−、または単結合であり、好ましくは−CF2O−であり、
L21、L22、L23、L24はそれぞれ、相互に独立して、HまたはFであり、
gは0、1、2または3である。
特に好ましい式Fの化合物は、以下の式から成る群から選択される:
式中、R21、X0、L21、およびL22は、式Fにおける意味を有し、L25およびL26はそれぞれ、相互に独立して、HまたはFであり、X0は好ましくはFである。
LCホスト混合物における式AおよびBの化合物の濃度は、好ましくは2〜60%、特に好ましくは3〜45%、最も好ましくは4〜35%である。
LCホスト混合物における式CおよびDの化合物の濃度は、好ましくは2〜70%、特に好ましくは5〜65%、最も好ましくは10〜60%である。
LCホスト混合物における式Eの化合物の濃度は、好ましくは5〜50%、特に好ましくは5〜35%である。
LCホスト混合物における式Fの化合物の濃度は、好ましくは2〜30%、特に好ましくは5〜20%である。
本発明のこの第二の好ましい実施形態のさらなる好ましい実施形態(これらのあらゆる組み合わせも含まれる)を以下に記す。
2a)LCホスト混合物は、高い正の誘電異方性、好ましくはΔε>15を有する式Aおよび/またはBの化合物を1種以上含有する。
2b)LCホスト混合物は、式A1a2、A1b1、A1d1、A1f1、A2a1、A2h1、A2l2、A2k1、B2h3、B2l1、F1aから成る群から選択される化合物を1種以上、含有する。LCホスト混合物におけるこれらの化合物の割合は、好ましくは4〜40%、特に好ましくは5〜35%である。
2c)LCホスト混合物は、式B2c1、B2c4、B2f4、C14から成る群から選択される化合物を1種以上、含有する。LCホスト混合物におけるこれらの化合物の割合は、好ましくは4〜40%、特に好ましくは5〜35%である。
2d)LCホスト混合物は、式C3、C4、C5、C9、およびD2から成る群から選択される化合物を1種以上、含有する。LCホスト混合物におけるこれらの化合物の割合は、好ましくは8〜70%、特に好ましくは10〜60%である。
2e)LCホスト混合物は、式G1、G2およびG5から成る群、好ましくはG1a、G2aおよびG5aから成る群から選択される化合物を1種以上、含有する。LCホスト混合物におけるこれらの化合物の割合は、好ましくは4〜40%、特に好ましくは5〜35%である。
2f)LCホスト混合物は、式E1、E3およびE6から成る群、好ましくはE1a、E3aおよびE6aから成る群、特に好ましくはE1a2、E1a5、E3a1およびE6a1から成る群から選択される化合物を1種以上、含有する。LCホスト混合物におけるこれらの化合物の割合は、好ましくは5〜60%、特に好ましくは10〜50%である。
前述の好ましい実施形態の化合物と、前述の重合した化合物との組み合わせによって、本発明によるLC媒体中で低いしきい値電圧、低い回転粘度、および非常に良好な低温安定性につながると同時に、一定の高い澄明点および高いHR値につながり、またPSAディスプレイにおいて特に小さいプレチト角を迅速に確立することができる。LC媒体は特に、PSAディスプレイにおいて、従来の媒体と比較して著しく短縮された応答時間(特にまたグレースケール応答時間)を示す。
本発明によるLC媒体およびLCホスト混合物は好ましくは、ネマチック相範囲が少なくとも80K、特に好ましくは少なくとも100Kであり、回転粘度が20℃で250mPa・s以下、好ましくは200mPa・s以下である。
本発明によるVA式ディスプレイにおいて、スイッチを切った状態でLC媒体の層内にある分子は、電極表面に対して垂線方向に配向しているか(ホメオトロピック状)、またはチルトホメオトロピック配向を有する。電極に電圧を印加すると、LC分子の再配列が、長手方向の分子軸で、電極表面に対して平行に起こる。
第一の好ましい実施形態に従った負の誘電異方性を有する化合物に基づく、本発明によるLC媒体、特にVA式、UB−FFS式、PS−VA式およびPS−UB−FFS式のディスプレイで使用するためのLC媒体は、20℃、1kHzで、好ましくは−0.5〜−10、特に−2.5〜−7.5の負の誘電異方性Δεを有する。
VA式、UB−FFS式、PS−VA式およびPS−UB−FFS式のディスプレイで使用するための、本発明によるLC媒体における複屈折率Δnは好ましくは、0.16未満、特に好ましくは0.06〜0.14、特に好ましくは0.07〜0.12である。
本発明によるOCB式ディスプレイにおいて、LC媒体の層における分子は、「ベンド」配向を有する。電圧を印加すると、LC分子の再配列が、長手方向の分子軸で、電極表面に対して垂線方向に起こる。
OCB式、TN式、IPS式、ポジ型VA式、FFS式、PS−OCB式、PS−TN式、PS−IPS式、PS−ポジ型VA式、およびPS−FFS式のディスプレイで使用するための、本発明によるLC媒体は、第二の好ましい実施形態による正の誘電異方性を有する化合物に基づくものであるのが好ましく、20℃、1kHzで+4〜+17の正の誘電異方性Δεを有するのが好ましい。
OCB式およびPS−OCB式のディスプレイにおいて使用するための、本発明によるLC媒体における複屈折率Δnは好ましくは、0.14〜0.22、特に好ましくは0.16〜0.22である。
TN式、ポジ型VA式、IPS式、FFS式、PS−TN式、PS−ポジ型VA式、PS−IPS式、およびPS−FFS式のディスプレイにおいて使用するための、本発明によるLC媒体における複屈折率Δnは、好ましくは0.07〜0.15、特に好ましくは0.08〜0.13である。
TN式、ポジ型VA式、IPS式、FFS式、PS−TN式、PS−ポジ型VA式、PS−IPS式、およびPS−FFS式のディスプレイにおいて使用するための、第二の好ましい実施形態による正の誘電異方性を有する化合物に基づく、本発明によるLC媒体は、20℃、1kHzで好ましくは+2〜+30、特に好ましくは+3から+20の正の誘電異方性Δεを有する。
本発明によるLC媒体は、当業者に公知の、また文献に記載されたさらなる添加剤を含有することもでき、それは例えば、重合開始剤、阻害剤、安定剤、界面活性物質、またはキラルドーパントである。これらは、重合性、または非重合性であり得る。重合性添加剤は、重合性成分または成分A)に従って割り当てられる。非重合性添加剤は、非重合性成分または成分B)に従って割り当てられる。
好ましい実施形態においてLC媒体は、1種以上のキラルドーパントを含有し、好適には0.01〜1質量%、特に好適には0.05〜0.5質量%の濃度で含有する。キラルドーパントは好適には、以下の表Bからの化合物から成る群から選択され、特に好ましくは、R−またはS−1011、R−またはS−2011、R−またはS−3011、R−またはS−4011、およびR−またはS−5011から成る群から選択される。
別の好ましい実施形態においてLC媒体は、1種以上のキラルドーパントのラセミ体を含有し、これは好ましくは、前の段落で言及したキラルドーパントから選択されるものである。
さらにLC媒体には、例えば0〜15質量%の多色色素を、さらには導電性を改善するために、ナノ粒子、導電性塩、好ましくはエチルジメチルドデシルアンモニウム4−ヘキソキシベンゾエート、テトラブチルアンモニウムテトラフェニルボレート、またはクラウンエーテルの錯塩(例えば、Hallerら、Mol. Cryst. Liq. Cryst. 24, 249-258(1973年)参照)を、または誘電異方性、粘度および/またはネマチック相の配向を変更するための物質を、添加することが可能である。この種類の物質は例えば、西独国特許出願公開第2209127号明細書(DE A 22 09 127)、同第2240864号明細書(22 40 864)、同第2321632号明細書(23 21 632)、同第2338281号明細書(23 38 281)、同第2450088号明細書(24 50 088)、同第2637430号明細書(26 37 430)、および同第2853728号明細書(28 53 728)に記載されている。
本発明によるLC媒体の好ましい実施形態の各成分a)〜z)は公知であるか、またはその製造方法は、関連する分野の当業者であれば従来技術から直ちに導き出すことができる。それと言うのもこれらは、文献に記載された標準的な手法に基づくからである。式CYの相当する化合物は例えば、欧州特許出願第0364538号明細書(EP-A-0 364 538)に記載されている。式ZKの相当する化合物は例えば、独国特許出願第2636684号明細書(DE-A-26 36 684)および独国特許出願第3321373号明細書(DE-A-33 21 373)に記載されている。
本発明に従って使用可能なLC媒体は、それ自体慣用の方法で製造され、例えば前述の化合物1種以上を、前述の重合性化合物1種以上と混合することによって、任意でさらなる液晶化合物および/または添加剤と混合することによって、製造される。一般的に、比較的少ない量で使用される化合物の所望の量は、主要構成要素をなす成分中に、有利には高温で、溶解している。成分の溶液を有機溶媒、例えばアセトン、クロロホルム、またはメタノール中で混合し、よく混合した後に、例えば蒸留によって、溶媒を再度除去することも可能である。本発明はさらに、本発明によるLC媒体の製造方法に関する。
好ましい実施形態において、本発明によるLC媒体を安定化させる方法は、前述の化合物1種以上と、式Iの安定剤1種以上とを、任意でさらなる液晶化合物および/または添加剤とを、混合する工程を含む。特に好ましい実施形態において、比較的少ない量で使用する成分の所望の量は、主成分をなす成分中に溶解している。
式Iの化合物を安定剤として使用する場合、この化合物を不活性雰囲気下、好ましくは窒素またはアルゴン下で、LC混合物に添加することがさらに好ましい。
この混合法は高温で、好ましくは20℃超〜120℃未満、より好ましくは30℃超〜100℃未満、最も好ましくは40℃超〜80℃未満で行うのが、有利である。
成分の溶液を有機溶媒、例えばアセトン、クロロホルム、またはメタノール中で混合し、よく混合した後に、例えば蒸留によって、溶媒を再度除去することも可能である。本発明はさらに、本発明によるLC媒体の製造方法に関する。
本発明による安定化方法は、通常はLCディスプレイの稼動の間に、LCDバックライトにさらされるLC媒体にとって、特に有用である。このようなバックライトは、冷陰極蛍光ランプ(CCFL)またはLED(発光ダイオード)の光源であるのが好ましい。これらの種類の光源の利点は、紫外光を放出しない、もし放出するにしても、無視できる程度にしか放出しないという事実である。従って、LC混合物がさらされる光ストレスは比較的小さい。なぜならば、光重合反応を引き起こしかねない紫外光が存在しないからである。
式Iの安定剤は、紫外線領域のスペクトルが非常に少ない光、または全くない光にさらされた場合に、またLC混合物において1000ppm以下の濃度で使用する場合に、特に効果的である。
本発明はさらに、前述の、および後述するLC混合物を含有するLCディスプレイに関する。液晶ディスプレイパネルは、第一および第二の基板、第一の基板上の活性領域(この活性領域は、複数の薄膜フィルムトランジスタと、ピクセル電極とを含むものである)、活性領域の周辺に沿った、および第二の基板の相応する領域に沿った封止領域、この封止領域における封止剤(この封止剤は、第一の基板と第二の基板とを相互に付着させ、その間にあるギャップを保つものである)、およびこのギャップ内にあり、かつ封止剤の活性領域側になる液晶層を備える。
本発明の別の態様において、LCDパネルを製造する方法は、第一の基板上にある活性領域における複数のピクセル電極を形成する工程、紫外線硬化型封止剤を、活性領域の周辺に沿って配置された封止領域に適用する工程、第一の基板と第二の基板とを相互に付着させる工程、および封止剤を硬化させるために、封止剤に紫外線を照射する工程を含む。
本発明のさらに別の態様において、LCDパネルの製造方法は、紫外線硬化型封止剤を、第一の基板の第一の封止領域で形成する工程、および第一の基板の表面上に、液晶を滴加する工程を含む。第一および第二の基板は、第一および第二の封止領域で相互に付着し、封止剤を硬化させるために、紫外線が使用される。
本発明の好ましい実施形態において、ディスプレイの活性領域、すなわち切り替え可能なLC分子を含有するディスプレイの領域は、LCディスプレイ製造方法の間には、紫外光にさらされず、少なくとも周囲環境の紫外光の一部を除いて紫外光にはさらされず、好ましくは紫外光から遮蔽される。例えば、パネルの紫外線硬化型封止剤を硬化させる際には、活性領域、すなわちディスプレイ情報のために使用するフレーム内部のディスプレイパネルの一部が、シャドウマスクによって覆われているのが好ましい。
本発明の別の好ましい実施形態において、LCディスプレイ製造方法は、例えばPSAディスプレイの製造方法において適用されるように、LC媒体を熱または化学線にさらすことにより、LC媒体中に含有される重合性化合物を重合させる工程を含まない。
例えばH、N、O、Cl、Fが、相応する同位元素、例えば重水素などによって置き換えられている化合物を、本発明によるLC媒体が含むことができることは、当業者には自明である。
以下の実施例は、本発明を制限することなく、本発明を説明する。しかしながら、これらの実施例は当業者に、用いるのが好ましい化合物による好ましい混合物コンセプト、およびそれぞれについての濃度、および相互の組み合わせを提示する。さらに、これらの実施例は利用可能な特性および特性の組み合わせを説明する。
好ましい混合物成分は、以下の表A1およびA2に示されている。表A1に示された化合物は、正の誘電異方性を有するLC混合物において使用するために、特に適している。表A2に示された化合物は、負の誘電異方性を有するLC混合物において使用するために、特に適している。
表A1
表A1において、mおよびnは相互に独立して、1〜12の整数、好ましくは1、2、3、4、5または6であり、kは0、1、2、3、4、5または6であり、(O)CmH2m+1は、CmH2m+1またはOCmH2m+1を意味する。
表A1において、mおよびnは相互に独立して、1〜12の整数、好ましくは1、2、3、4、5または6であり、kは0、1、2、3、4、5または6であり、(O)CmH2m+1は、CmH2m+1またはOCmH2m+1を意味する。
表A2
表A2において、mおよびnは相互に独立して、1〜12、好ましくは1、2、3、4、5または6であり、kは0、1、2、3、4、5または6であり、(O)CmH2m+1は、CmH2m+1またはOCmH2m+1を意味する。
表A2において、mおよびnは相互に独立して、1〜12、好ましくは1、2、3、4、5または6であり、kは0、1、2、3、4、5または6であり、(O)CmH2m+1は、CmH2m+1またはOCmH2m+1を意味する。
本発明の第一の好ましい実施形態において、本発明によるLC媒体、特に正の誘電異方性を有するものは、表A1からの化合物から成る群から選択される化合物を1種以上、含有する。
本発明の第二の好ましい実施形態において、本発明によるLC媒体、特に負の誘電異方性を有するものは、表A2からの化合物から成る群から選択される化合物を1種以上、含有する。
LC媒体は、好ましくは0〜10質量%、特に0.01〜5質量%、特に好ましくは0.1〜3質量%、ドーパントを含有する。LC媒体は好ましくは、表Bからの化合物から成る群から選択されるドーパントを1種以上、含有する。
LC媒体は、好ましくは0〜10質量%、特に1ppm〜5質量%、特に好ましくは1ppm〜1質量%、安定剤を含有する。LC媒体は好ましくは、表Cからの化合物から成る群から選択される安定剤を1種以上、含有する。
好ましい実施形態において、本発明による混合物は、1種以上の重合性化合物、好ましくは式M−1〜M−131の重合性化合物から選択されるものを含有する。これらのうち、RM−1、RM−4、RM−8、RM−17、RM−19、RM−35、RM−37、RM−43、RM−47、RM−49、RM−51、RM−59、RM−69、RM−71、RM−83、RM−97、RM−98、RM−104、RM−112、RM−115、およびRM−116が、特に好ましい。
さらに、以下の略号および記号を使用する:
V0:しきい値電圧、20℃での容量[V]
ne:20℃、589nmでの異常屈折率
no:20℃、589nmでの通常屈折率
Δn:20℃、589nmでの光学異方性、
:20℃、1kHzでの、配向子に対して垂線方向の誘電率
:20℃、1kHzでの、配向子に対して平行な誘電率
Δε:20℃、1kHzでの誘電異方性
cl.p.、(T(N,I)):澄明点[℃]
γ1:20℃での回転粘度[mPas・s]
K1:弾性定数、20℃で「展開」変形[pN]
K2:弾性定数、20℃で「ツイスト」変形[pN]
K3:弾性定数、20℃で「ベンド」変形[pN]。
V0:しきい値電圧、20℃での容量[V]
ne:20℃、589nmでの異常屈折率
no:20℃、589nmでの通常屈折率
Δn:20℃、589nmでの光学異方性、
Δε:20℃、1kHzでの誘電異方性
cl.p.、(T(N,I)):澄明点[℃]
γ1:20℃での回転粘度[mPas・s]
K1:弾性定数、20℃で「展開」変形[pN]
K2:弾性定数、20℃で「ツイスト」変形[pN]
K3:弾性定数、20℃で「ベンド」変形[pN]。
特に明示しない限り、本願における全ての濃度は、質量パーセントで述べられており、溶媒を除く全ての固体成分または液晶成分を含む、相応する混合物全体に対するものである。
特に明示しない限り、本願における全ての温度の値、例えば融点T(C,N)、スメチック相(S)からネマチック相(N)への転移T(S,N)、および澄明点T(N,I)は、摂氏度(℃)で述べられている。M.p.は融点を表し、cl.p.は澄明点を表す。さらに、Cは結晶状態、Nはネマチック相、Sはスメチック相、そしてIは異方性相を表す。これらの記号の間のデータは、転移温度を示す。
全ての物理的特性は、「Merck Liquid Crystals, Physical Properties of Liquid Crystals」、1997年11月版、Merck KGaA、ドイツ国に従って測定されたものであり、20℃の温度について適用され、それぞれの場合において明示的に別途示さない限り、Δnは589nmで、Δεは1kHzで特定される。
本発明について、「しきい値電圧」という用語は、特に明示しない限り、容量しきい値(V0)(フレデリクスしきい値としても知られる)と関連する。実施例において光学しきい値は、一般的な用法の通り、10%の相対コントラスト(V10)について言及することもできる。
特に言及しない限り、前述の、および後述するPSAディスプレイにおいて重合性化合物を重合させる工程は、LC媒体が液晶相、好ましくはネマチック相を示す温度で行い、室温で行うのが最も好ましい。
特に言及しない限り、試験セルの製造方法、およびその電気光学特性およびその他の特性を測定する方法は、以下に記載するような方法で、またはそれに似た方法で行う。
容量しきい値電圧を測定するために使用するディスプレイは、25μm隔てられた2枚の平らで平行な外側の板ガラスから成り、これらはそれぞれ、内側に電極層と、上部に粗面化されていないポリイミド配向層とを有するものであり、これらは液晶分子のホメオトロピックなエッジ配向をもたらす。
チルト角を測定するために使用するディスプレイまたは試験セルは、4μm隔てられた2枚の平らで平行な外側の板ガラスから成り、これらはそれぞれ、内側に電極層と、上部にポリイミド配向層とを有するものであり、ここで2つのポリイミド層は、相互に逆平行に粗面化されており、液晶分子のホメオトロピックなエッジ配向をもたらす。
重合性化合物は、ディスプレイまたは試験セル内で、事前に特定した時間にわたって規定の強度の紫外光の照射によって重合され、同時に電圧がディスプレイに印加される(通常は10V〜30Vの交流、1kHz)。実施例では特に記載しない限り、メタルハライドランプ、および100mW/cm2の強度を、重合のために使用する。この強度は、標準的な測定器(Hoenle UV-meter high end、紫外線センサ付き)を用いて測定する。
チルト角は、液晶回転実験により特定する(Autronic-Melchers TBA-105)。ここで低い値(すなわち、角度90°からの大きな逸脱)は、チルトが大きいことに相当する。
特に言及しない場合、「チルト角」という用語は、LC配向子と基板との間の角度を意味し、「LC配向子」とは、均一な配向性を有するLC分子層において、LC分子の光学主軸の好ましい配向方向を意味し、これはカラミチックな、一軸の正の複屈折LC分子の場合、その分子長軸に相当する。
VHR値は、以下のように測定する:重合性モノマー化合物0.3%をLCホスト混合物に添加し、こうして生じた混合物を、粗面化されていないVAポリイミド配向層を有するVA−VHR試験セルに導入する。LC層の厚さdは、特に言及しなければ、約4μmである。VHR値は、100℃で5分後、1V、60Hz、64μsパルスで紫外線にさらす前、およびさらした後に特定する(測定装置:Autronic-Melchers VHRM-105)。
1a:1−ベンジルオキシ−4−ブロモ−ベンゼン(25.0g、92.2mmol)および4−ヒドロキシフェニルボロン酸(14.7g、101.4mmol)を310mlの1,4−ジオキサンに入れた溶液に、炭酸ナトリウム(19.5g、184.3mmol)、および75mlの蒸留水を添加した。アルゴンで完全に脱気後、[1,1’−ビス(ジフェニルホスフィノ)フェロセン]−ジクロロパラジウム(ll)(2.02g、2.76mmol)を添加する。この反応混合物を還流で加熱し、一晩撹拌する。室温に冷却後、この反応混合物を2MのHClで入念に中和する。水相を分離し、酢酸エチルで抽出する。有機相を1つにまとめ、無水硫酸ナトリウムで乾燥させ、シリカゲルで濾過した。溶媒を真空除去した後、得られた粗生成物をヘプタン/トルエンの溶媒混合物から再結晶させ、1aが明るい茶色の結晶として得られた(17.8g)。
1b:1a(5.7g、20.6mmol)および(3−ブロモエチル−オキセタン−3−イル)−メタノール(5.77g、30.9mmol)を90mlのDMFに入れた溶液に、無水炭酸セシウム(10.1g、30.9mmol)を添加する。この反応混合物を70℃で5時間、撹拌する。室温に冷却後、この反応混合物を100mlの水に添加し、2MのHClで入念に中和する。水相を、酢酸エチルで抽出する。有機相を1つにまとめ、飽和NaCl水溶液で洗浄し、硫酸ナトリウムで乾燥させる。溶媒を除去後、固体の残渣をトルエン/ヘプタン/酢酸エチルの溶媒混合物で再結晶させ、1bが灰色の結晶として得られた(5.9g)。
1c:1b(5.9g、13.3mmol)を60mlのテトラヒドロフランに入れた溶液を、活性炭(1.0g)上のパラジウム(5%)で処理し、30時間水素化にかける。それから触媒を濾別し、残っている溶液を真空で濃縮する。その残渣を、トルエン/ヘプタンの溶媒混合物から再結晶させ、1cがオフホワイトの固体として得られた(3.5g)。
1:メタクリル酸(2.83g、33.3mmol)および4−(ジメチルアミノ)ピリジン(0.13g、1.1mmol)を、1c(3.5g、11.1mmol)を40mlのジクロロメタンに入れた懸濁液に添加する。この反応混合物を0℃で、N−(3−ジメチルアミノプロピル)−N’−エチルカルボジイミド(5.2g、33.3mmol)をジクロロメタン溶液(20ml)に入れた溶液により滴加処理し、20時間室温で撹拌する。溶媒を真空除去後、油っぽい残渣をシリカゲルクロマトグラフィーで、溶離剤としてジクロロメタン/酢酸エチル(10:1)を用いて精製する。得られた生成物をエタノールから再結晶させ、1の白い結晶が得られた(2.6g、融点108℃)。
3a:2,7−ジブロモフェナントレン(40.0g、0.12mol)を500mlの1,4−ジオキサンに入れた懸濁液を、水酸化カリウム(16.5g、0.60mol)を250mlの蒸留水に入れた溶液に添加する。アルゴンで完全に脱気後、ビス(ジベンジリデンアセトン)パラジウム(0)(1.37g、2mmol)および2−ジ−tert−ブチルホスフィノ−2’,4’,6’−トリイソプロピルビフェニル(4.0g、9.4mmol)を添加する。この反応混合物を90℃に加熱し、3時間撹拌する。室温に冷却後、200mlのメチルtert−ブチルエーテルを添加する。水相を有機相から分離し、2MのHCl水溶液で酸性化する。それからこの生成物を、3×200mlの酢酸エチルで水相から抽出する。溶媒の除去後、1aが黄色っぽい結晶として得られる(16.6g)。
3b:3a(16.6g、79.0mmol)を130mlのジクロロメタン(DCM)および150mlのTHFに入れた溶液に、トリメチルアミン(12.0ml、86.8mmol)および4−ジメチルアミノ−ピリジン(0.5g、4.2mmol)を3℃で注意深く添加する。クロロトリイソプロピルシラン(16.9ml、79.0mmol)を20mlのDCMに入れた溶液を、それから最大5℃で滴加する。それからこの反応混合物をゆっくりと室温まで加熱し、6時間、撹拌する。溶媒を蒸留した後、酢酸エチル/THFの溶媒混合物(1:1)300mlと、蒸留水150mlとを添加する。水相を二度、酢酸エチルで抽出する。有機相を1つにまとめ、飽和NaCl水溶液で洗浄し、無水硫酸ナトリウムで乾燥させる。溶媒の除去後、粗生成物をカラムクロマトグラフィーでシリカゲルにより、溶離剤としてDCMを用いて精製し、3bが明るい茶色の固体として得られた(13.8g)。
3c:3b(13.8g、37.8mmol)を150mlのDMFに入れた溶液に、無水炭酸セシウム(4.5g、56.8mmol)を添加する。この反応体を室温で10分間、撹拌し、それから(3−ブロモエチル−オキセタン−3−イル)−メタノール(10.6g、56.8mmol)を添加する。この反応混合物を70℃に加熱し、5時間撹拌する。室温に冷却後、この反応混合物を100mlの水に添加し、2MのHClで入念に中和する。水相を、酢酸エチル/THFの溶媒混合物で抽出する。有機相を1つにまとめ、飽和NaCl水溶液で洗浄し、硫酸ナトリウムで乾燥させる。溶媒の除去後、粗生成物をカラムクロマトグラフィーでシリカゲルにより、溶離剤としてDCMを用いて精製する。所望の生成物3cと、二官能化された副生成物との混合物が得られ(10.5g)、これを次の工程でさらに精製せずに使用する。
3:3cを含有する粗生成物(9.5g)を、100mlのDCMに添加する。この懸濁液に、メタクリル酸(7.9g、92.6mmol)および4−(ジメチルアミノ)ピリジン(0.37g、3.1mmol)を添加する。それからこの反応混合物を0℃で、N−(3−ジメチルアミノプロピル)−N’−エチルカルボジイミド(14.37g、92.6mmol)を20mlのDCMに入れた溶液により滴加処理する。ゆっくりと室温に温めた後、反応混合物をさらに20時間、撹拌する。溶媒を真空除去後、油っぽい残渣をシリカゲルクロマトグラフィーで、溶離剤としてヘプタン/酢酸エチルの溶媒混合物を用いて精製する。得られた生成物をエタノールから再結晶させ、3の白い結晶が得られた(1.2g、融点120℃)。
重合性混合物の実施例
重合性混合物P11〜P13は、重合性化合物1、2または3をそれぞれ、ネマチックLCホスト混合物N1に0.3〜0.5質量%の濃度で添加することにより製造する。
重合性混合物P11〜P13は、重合性化合物1、2または3をそれぞれ、ネマチックLCホスト混合物N1に0.3〜0.5質量%の濃度で添加することにより製造する。
重合性混合物P21〜P23は、重合性化合物1、2または3をそれぞれ、ネマチックLCホスト混合物N2に0.3〜0.5質量%の濃度で添加することにより製造する。
比較のために、重合性混合物C11、C12およびC13は、それぞれ従来技術の重合性化合物M1、M2またはM3を、ネマチックLCホスト混合物N1に0.3質量%の濃度で添加することにより製造し、重合性混合物C21、C22およびC23は、それぞれ従来技術の重合性化合物M1、M2またはM3を、ネマチックLCホスト混合物N2に0.3質量%の濃度で添加することにより製造する。
式中、「Me」はメチルである。
重合性混合物の組成は、以下の表1に記載されている。
使用実施例
従来技術のM1〜M3を含有する重合性混合物C11〜C23およびC21〜C23を、オキセタンスペーサを有する本発明による重合性化合物1〜3のいずれかを含有する重合性混合物P11〜P13およびP21〜P23と比較する。
従来技術のM1〜M3を含有する重合性混合物C11〜C23およびC21〜C23を、オキセタンスペーサを有する本発明による重合性化合物1〜3のいずれかを含有する重合性混合物P11〜P13およびP21〜P23と比較する。
電圧保持率(VHR)
VHRを測定するために、重合性混合物を電気光学試験セル内に挿入する。この試験セルは2枚のAFガラス基板を有し、このガラス基板には、厚さ約20nmのITO電極層と、厚さ約100nmのVAポリイミド配向層(Pl−4)とが備えられている。LC層の厚さは、約4μmである。
VHRを測定するために、重合性混合物を電気光学試験セル内に挿入する。この試験セルは2枚のAFガラス基板を有し、このガラス基板には、厚さ約20nmのITO電極層と、厚さ約100nmのVAポリイミド配向層(Pl−4)とが備えられている。LC層の厚さは、約4μmである。
VHRは100℃で、1V/60Hzの電圧を適用して測定する。日射試験のために、試験セルに20℃で2時間、750W/m2の強度を有する光を、キセノンランプ(Atlas Suntest CPS+)を用いて照射する。紫外線試験のため、試験セルに10分間、強度100mW/cm2の紫外光を照射する(Feドープ水銀ランプ、320nmのカットオフフィルタ付き)。
その結果が、表2に示されている。
本発明による重合性化合物を含有する重合性混合物P11〜P13およびP21〜P23は、日射試験および/または紫外線試験の後に、オキセタンスペーサを有さない従来技術の化合物M1〜M3を含有する重合性混合物C11〜C13およびC21〜C23のVHR値と同等の、またはそれよりも高いVHR値を示すことが見て取れる。
残留RM
重合速度は、規定の強度およびランプスペクトルでの紫外線曝露後に、混合物中で重合していない残留モノマーの残留含分(質量%)を特定することにより、測定する。
重合速度は、規定の強度およびランプスペクトルでの紫外線曝露後に、混合物中で重合していない残留モノマーの残留含分(質量%)を特定することにより、測定する。
この目的のために、重合性混合物を電気光学試験セル内に挿入する。この試験セルは2枚のソーダ石灰ガラス基板を有し、このガラス基板には、厚さ約200nmのITO電極層と、厚さ約30nmのVAポリイミド配向層(JALS-2096-R1)とが備えられている。LC層の厚さは、約25μmである。
試験セルを、強度100mW/cm2の紫外光(メタルハライドランプ、320nmのカットオフフィルタ付き)で、提示した時間にわたり照射し、RMの重合を引き起こし、その一方で試験セル底部の温度は、20℃に保つ。
それからこの混合物を、MEK(メチルエチルケトン)を用いて試験セルからすすぎ出し、未反応のモノマーの残量を、HPLCにより測定する。その結果が、表3に示されている。
チルト角生成
チルト角生成を測定するために、重合性混合物を電気光学試験セル内に挿入する。この試験セルは2枚のソーダ石灰ガラス基板を有し、このガラス基板には、厚さ約200nmのITO電極層と、厚さ約30nmの、逆平行に粗面化されたVAポリイミド配向層(JALS-2096-R1)とが備えられている。LC層の厚さdは、約4μmである。
チルト角生成を測定するために、重合性混合物を電気光学試験セル内に挿入する。この試験セルは2枚のソーダ石灰ガラス基板を有し、このガラス基板には、厚さ約200nmのITO電極層と、厚さ約30nmの、逆平行に粗面化されたVAポリイミド配向層(JALS-2096-R1)とが備えられている。LC層の厚さdは、約4μmである。
試験セルを、強度100mW/cm2の紫外光(メタルハライドランプ、320nmのカットオフフィルタ付き)で、提示した時間にわたり照射し、24VRMS(交流)の電圧を適用しながら、RMの重合を引き起こす。
チルト角は、紫外線照射前と紫外線照射後に、液晶回転実験により特定する(Autronic-Melchers TBA- 105)。その結果が、表3に示されている。
この使用実施例は、本発明による重合性化合物および重合性混合物が、低い残留モノマー量で特に迅速な重合を示しながら、日射試験または紫外線曝露後にも、ディスプレイ用途に充分なプレチルト角生成およびディスプレイ用途に充分なVHR値を保つことを実証している。
Claims (26)
- 式Iの化合物:
P−Sp−A1−(Z1−A2)z−R I
であって、
前記式中、各基は相互に独立して、それぞれの場合に、同一または異なって、以下の意味を有する:
Pは重合性基であり、
Spは、スペーサー基または単結合であり、
A1、A2は、4〜30個の環原子を有する、非環式、複素環式、芳香族またはヘテロ芳香族の基であり、この基はまた縮合環を有していてよく、かつ任意で、1個以上の基LまたはRによって置換されており、
Z1は、−O−、−S−、−CO−、−CO−O−、−O−CO−、−O−CO−O−、−OCH2−、−CH2O−、−SCH2−、−CH2S−、−CF2O−、−OCF2−、−CF2S−、−SCF2−、−(CH2)n1−、−CF2CH2−、−CH2CF2−、−(CF2)n1−、−CH=CH−、−CF=CF−、−CH=CF−、−CF=CH−、−C≡C−、−CH=CH−CO−O−、−O−CO−CH=CH−、−CH2−CH2−CO−O−、−O−CO−CH2−CH2−、−CR0R00−、または単結合であり、
R0、R00は、Hであるか、または1〜12個のC原子を有するアルキルであり、
Rは、H、LまたはP−Sp−であり、
Lは、F、Cl、−CN、P−Sp−、または1〜25個のC原子を有する直鎖状、分枝鎖状もしくは環状のアルキルであり、ここで1個以上の非隣接CH2基は任意で、−O−、−S−、−CO−、−CO−O−、−O−CO−、−O−CO−O−によって、O原子および/またはS原子が直接相互に結合していないように、置き換えられており、ここで1個以上のH原子はそれぞれ任意で、P、FまたはClによって置き換えられており、
zは、0、1、2または3であり、
n1は、1、2、3または4であり、
前記化合物が、オキセタン−3,3−ジイル基を有する基Spを少なくとも1個有することを特徴とする、前記化合物。 - Rが、P−Sp−を表すことを特徴とする、請求項1記載の化合物。
- Pが、アクリレートまたはメタクリレートを表すことを特徴とする、請求項1または2記載の化合物。
- Z1が単結合であることを特徴とする、請求項1から6までのいずれか1項記載の化合物。
- A1およびA2が、ベンゼン、ナフタレン、フェナントレン、アントラセン、ジベンゾフラン、またはジベンゾチオフェンを表し、これらは全て任意で、請求項1で規定された1個以上の基LまたはP−Sp−によって置換されていることを特徴とする、請求項1から7までのいずれか1項記載の化合物。
- 請求項1から11までのいずれか1項で規定された式Iの化合物を1種以上含有する、液晶(LC)媒体。
- ・請求項1から11までのいずれか1項で規定された式Iの化合物を1種以上含有する、重合性成分A)、および
・メソゲン化合物または液晶化合物を1種以上含有する、液晶(LC)成分B)
を含有することを特徴とする、請求項12記載のLC媒体。 - 成分B)が、式CYおよび/またはPYの化合物:
aは、1または2を表し、
bは、0または1を表し、
Zxは、−CH=CH−、−CH2O−、−OCH2−、−CF2O−、−OCF2−、−O−、−CH2−、−CH2CH2−、または単結合を表し、好ましくは単結合を表し、
L1〜4はそれぞれ、相互に独立して、F、Cl、OCF3、CF3、CH3、CH2F、CHF3を表す]
を1種以上含有することを特徴とする、請求項13記載のLC媒体。 - 成分B)が、以下の式から選択される化合物:
RA2は、1〜12個のC原子を有するアルキルであり、ここでさらに、1個または2個の非隣接CH2基は、−O−、−CH=CH−、−CO−、−OCO−、または−COO−によって、O原子が直接相互に結合していないように置き換えられていてよく、
Zxは、−CH2CH2−、−CH=CH−、−CF2O−、−OCF2−、−CH2O−、−OCH2−、−CO−O−、−O−CO−、−C2F4−、−CF=CF−、−CH=CH−CH2O−、または単結合であり、
L1〜4はそれぞれ、相互に独立して、H、F、Cl、OCF3、CF3、CH3、CH2F、またはCHF2Hであり、
xは、1または2であり、
zは、0または1である]
を1種以上含有することを特徴とする、請求項13または14記載のLC媒体。 - 成分B)が、以下の式の化合物:
Zyは、−CH2CH2−、−CH=CH−、−CF2O−、−OCF2−、−CH2O−、−OCH2−、−COO−、−OCO−、−C2F4−、−CF=CF−または単結合である]
を1種以上含有することを特徴とする、請求項13から15までのいずれか1項記載のLC媒体。 - 式Iの化合物が重合されていることを特徴とする、請求項12から16までのいずれか1項記載のLC媒体。
- メソゲン化合物または液晶化合物1種以上、または請求項13で規定した液晶成分B)を、請求項1から11までのいずれか1項で規定された式Iの化合物1種以上と、任意でさらなる液晶化合物および/または添加剤と、混合する工程を有する、請求項12から17までのいずれか1項記載のLC媒体の製造方法。
- 請求項1から11までのいずれか1項で規定された式Iの化合物を1種以上含有する、または請求項12から18までのいずれか1項で規定されたLC媒体を含有する、LCディスプレイ。
- VA式、IPS式、UB−FFS式、TN式、OCB式、FFS式、またはポジ型VA式ディスプレイである、請求項19記載のLCディスプレイ。
- PSA型ディスプレイである、請求項20記載のLCディスプレイ。
- PS−VA式、PS−OCB式、PS−IPS式、PS−FFS式、PS−UB−FFS式、PS−ポジ型VA式、またはPS−TN式ディスプレイである、請求項21記載のLCディスプレイ。
- ・2枚の基板、このうち少なくとも1枚は、光に対して透過性である、
・各基板上に設けられた電極、または一方の基板のみに設けられた2つの電極、および
・前記基板の間に位置するLC媒体の層、このLC媒体は、請求項1から10までのいずれか1項で規定された式Iの化合物1種以上と、任意でさらなる重合性化合物1種以上とを含有するものである、
を有し、ここで式Iの化合物、およびさらなる重合性化合物は、ディスプレイの基板の間で重合されていることを特徴とする、請求項21または20記載のLCディスプレイ。 - 請求項1から11までのいずれか1項で規定された式Iの化合物1種以上と、任意で1種以上のさらなる重合性化合物とを含有するLC媒体を、ディスプレイの基板の間に用意する工程、および式Iの化合物およびさらなる重合性化合物を重合させる工程を有する、請求項23記載のLCディスプレイの製造方法。
- 相応する酸、酸誘導体、または基Pを有するハロゲン化化合物を用いて、脱水剤の存在下で、PgがOHを表す請求項25の化合物をエステル化することによる、請求項1から11までのいずれか1項記載の式Iの化合物の製造方法。
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