JP6491269B2 - 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

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Description

本発明は、重合性化合物、その製造のための方法および中間体、それらを含む液晶(LC)媒体、ならびに重合性化合物およびLC媒体の光学的、電気光学的および電子的目的のための、特にLCディスプレイにおける、とりわけPSA(「ポリマー整列維持配向」)タイプのLCディスプレイにおける使用に関する。
現在使用されている液晶ディスプレイ(LCディスプレイ)は、通常はTN(「ねじれネマチック」)タイプのものである。しかしながら、これらは、コントラストの強い視野角依存性の欠点を有する。
さらに、より広い視野角を有するいわゆるVA(「垂直整列」)ディスプレイが、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LC媒体の層を含み、ここでLC媒体は、通常は負の値の誘電(DC)異方性を有する。スイッチオフ状態において、LC層の分子は、電極表面に対して垂直に整列している(ホメオトロピックに)か、またはティルトしたホメオトロピック配向を有する。電圧の2つの電極への印加の際に、電極表面と平行なLC分子の再整列が、起こる。
さらに、複屈折効果に基づいており、いわゆる「ベンド」整列および通常は正の(DC)異方性を有するLC層を有するOCB(「光学的補償ベンド」)ディスプレイが、知られている。電圧の印加の際に、電極表面に垂直なLC分子の再整列が、起こる。さらに、OCBディスプレイは通常は、暗状態におけるベンドセルの光に対する所望されない透明性を防止するために、1つまたは2つ以上の複屈折光学リタデーションフィルムを含む。OCBディスプレイは、TNディスプレイと比較して広い視野角および短い応答時間を有する。
また知られているのは、いわゆるIPS(「面内切換」)ディスプレイであり、それは、2つの基板間にLC層を含み、ここで2つの電極は、2つの基板の一方のみ上に配置されており、好ましくは互いにかみ合った櫛形構造を有する。電圧の電極への印加の際に、LC層に平行な有意の成分を有する電場が、それによってそれらの間に発生する。これによって、層平面におけるLC分子の再整列が引き起こされる。
さらに、いわゆるFFS(「フリンジ領域切換」)ディスプレイが提唱されており(とりわけS.H. Jung et al., Jpn. J. Appl. Phys., Volume 43, No. 3, 2004, 1028を参照)、それは、同様に2つの電極を同一の基板上に含むが、IPSディスプレイとは対照的に、これらの一方のみが櫛形の様式で構造化された電極の形状にあり、他方の電極は構造化されていない。強力な、いわゆる「フリンジ領域」、つまり電極端近くに強い電場および、セル全体にわたって、強い垂直成分およびまた強い水平成分の両方を有する電場が、それによって発生する。IPSディスプレイおよびまたFFSディスプレイの両方が、低度の視野角依存性のコントラストを有する。
直近のタイプのVAディスプレイにおいて、LC分子の均一な整列は、LCセル内の複数の相対的な小ドメインに限定される。回位がこれらの領域間に存在し得、ティルトドメインとしてもまた公知である。ティルトドメインを有するVAディスプレイは、慣用のVAディスプレイと比較して、より大きな視野角独立性のコントラストおよびグレーシェードを有する。さらに、このタイプのディスプレイは、スイッチオン状態における分子の均一な整列のための電極表面の、例えばラビングによる追加的な処理がもはや必要でないので、製造するのがより単純である。代わりに、ティルトまたはプレティルト角の優先方向は、特別な設計の電極によって制御される。
いわゆるMVA(「マルチドメイン垂直整列」)ディスプレイにおいて、これは通常、局所的なプレティルトを引き起こす突起を有する電極によって達成される。結果として、LC分子は電圧の印加の際に、セルの異なる規定された領域において異なる方向に、電極表面と平行に整列する。「制御された」切換がそれにより達成され、干渉回位線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されるが、しかしながらその結果、光に対するその透明性が低減されてしまう。MVAのさらなる開発は、一方のみの電極側上において突起を使用し、反対の電極はスリットを有し、それによって光に対する透明性が改善される。スリットを有する電極は、電圧の印加の際にLCセルにおいて均一でない電場を発生し、それは、制御された切換が尚達成されることを意味する。
光に対する透明性のさらなる改善のために、スリットと突起との間の距離を増大させることができるが、この結果、代わって応答時間の延長がもたらされる。いわゆるPVA(「パターン化VA」)ディスプレイにおいて、突起は、両方の電極が対向する側上のスリットによって構築されるため、完全に余分となり、その結果、増大したコントラストおよび光に対する改善された透明性がもたらされるが、技術的に困難であり、ディスプレイが機械的影響(「タッピング」など)に対してより敏感になる。しかし多くの適用、例えばモニターおよび特にテレビスクリーンのために、応答時間の短縮ならびにディスプレイのコントラストおよび輝度(透過性)における改善が、要求されている。
いわゆるPS(「ポリマー保持」)またはPSA(「ポリマー保持整列」)ディスプレイがさらなる開発であり、それに対し用語「ポリマー安定化」がまた、時に使用される。これらにおいて、少量(例えば0.3重量%、典型的には<1重量%)の1種または2種以上の重合性化合物(単数または複数)、好ましくは重合性モノマー化合物(単数または複数)を、LC媒体に添加し、LCセル中への導入の後、印加電圧を伴う、または伴わない電極間で、通常はUV光重合によってin situで重合させるかまたは架橋させる。重合を、LC媒体が液晶相を示す温度で、通常は室温で行う。反応性メソゲンまたは「RM」としてもまた知られている重合性メソゲン性または液晶化合物のLC混合物への添加は、特に好適であると示された。
他に示さない限り、用語「PSA」を、PSディスプレイおよびPSAディスプレイを示すものとして、以下において使用する。
一方、PS(A)原理は、多様な古典的なLCディスプレイにおいて使用されている。したがって、例えば、PSA−VA、PSA−OCB、PSA−IPS、PSA−FFSおよびPSA−TNディスプレイが、知られている。重合性化合物(単数または複数)の重合は、好ましくは、PSA−VAおよびPSA−OCBディスプレイの場合においては印加された電圧を伴って、ならびにPSA−IPSディスプレイの場合においては印加された電圧を伴って、または伴わずに、好ましくは伴わずに起こる。テストセルにおいて実証できるように、PS(A)法の結果、セルにプレティルトがもたらされる。PSA−OCBディスプレイの場合において、例えば、ベンド構造を、オフセット電圧が不必要であるかまたは低下させることができるように安定化することが可能である。PSA−VAディスプレイの場合において、プレティルトは、応答時間に対して正の効果を有する。PSA−VAディスプレイのために、標準的なMVAまたはPVA画素および電極配置を、使用することができる。しかしさらに、例えば一方のみの構造化した電極側および突起なしで成し遂げることもまた可能であり、それによって製造が顕著に単純化され、そして同時に、極めて良好なコントラストが、光に対する極めて良好な透明性と同時にもたらされる。
さらに、いわゆるポジ−VAディスプレイ(「正のVA」)は、特に好適な方式であると明らかになった。古典的なVAディスプレイにおけるように、ポジ−VAディスプレイにおけるLC分子の初期配向は、電圧を印加しない初期状態においてホメオトロピック、つまり基板に実質的に垂直である。しかしながら、古典的なVAディスプレイとは対照的に、ポジ−VAディスプレイにおいて、正の誘電異方性を有するLC媒体が、使用される。通常用いられているIPSディスプレイにおけるように、ポジ−VAディスプレイにおける2つの電極は、2つの基板の一方のみ上に配置され、好ましくはかみ合っており、櫛形(インターデジタル)構造を示す。LC媒体の層と実質的に平行である電場を作り出す電圧の櫛形電極への印加によって、LC分子は、基板と実質的に平行である配向に移行する。ポジ−VAディスプレイにおいても、それ、ポリマー安定化(PSA)は、有利であると示され、つまりRMのLC媒体への添加、それはセル中で重合し、それによって切換時間の著しい低減を実現することができる。
PSA−VAディスプレイは、例えばJP 10-036847 A、EP 1 170 626 A2、US 6,861,107、US 7,169,449、US 2004/0191428 A1、US 2006/0066793 A1およびUS 2006/0103804 A1に記載されている。PSA−OCBディスプレイは、例えばT.-J- Chen et al., 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。PSA−IPSディスプレイは、例えばUS 6,177,972およびAppl. Phys. Lett. 1999, 75(21), 3264に記載されている。PSA−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。
上に記載した慣用のLCディスプレイと同様に、PSAディスプレイは、アクティブマトリックスまたはパッシブマトリックスディスプレイとして作動することができる。アクティブマトリックスディスプレイの場合において、個々の画素を、通常は集積非線形能動素子、例えばトランジスタ(例えば薄膜トランジスタ(「TFT」))によってアドレスし、一方パッシブマトリックスディスプレイの場合において、個々の画素を、通常は多重方式によってアドレスし、それは従来技術から知られている通りである。
PSAディスプレイはまた、ディスプレイセルを形成する基板の一方または両方上に整列層を含んでもよく、ここで前記整列層はLC媒体と接触しており、LC分子の初期整列を誘導し、かつここで前記整列層は、光配向によって得られる。
特にモニターおよびとりわけテレビ適用のために、LCディスプレイの応答時間、ならびにコントラストおよび輝度(ひいては透過性もまた)の最適化が、継続して要求されている。PSA法は、ここで重大な利点を供給することができる。特にPSA−VA、PSA−IPS、PSA−FFSおよびPSA−ポジ−VAディスプレイの場合において、テストセルにおける測定可能なプレティルトと相関する応答時間の短縮を、他のパラメーターに対する顕著な悪影響なしに達成することができる。
従来技術において、例えば、以下の式で表される重合性化合物の使用がなされている:
式中、Pは、例えばUS 7,169,449に記載されている重合性基、通常はアクリレートまたはメタクリレート基を示す。
しかしながら、LC混合物(また以下で「LCホスト混合物」と言及する)+重合性成分(典型的にRM)からなるすべての組み合わせが、例えば不適切なティルトが確立されるかもしくは全く確立されないので、または例えばいわゆる「電圧保持比」(VHRもしくはHR)が、TFTディスプレイ適用のためには不適切であるので、PSAディスプレイに適しているとは限らないという問題が生じる。さらに、PSAディスプレイにおける使用の際に、従来技術から公知のLC混合物およびRMは尚いくつかの欠点を有することが、見出された。したがって、LC混合物に溶解性であるすべての公知のRMが、PSAディスプレイにおいて使用するのに適しているとは限らない。さらに、RMのための好適な選択基準をPSAディスプレイにおけるプレティルトの直接的な測定に加えて見出すのは、しばしば困難である。好適なRMの選択は、光開始剤の添加を伴わないUV光による重合が所望される場合には尚より小さくなり、それはある適用のためには有利であり得る。
さらに、LCホスト混合物/RMの選択された組み合わせは、最も低い可能な回転粘度および最良の可能な電気的特性を有しなければならない。特に、それは、最も高い可能なVHRを有しなければならない。PSAディスプレイにおいて、UV光での照射後の高いVHRは、UV露光がディスプレイ製造プロセスの不可欠な部分であり、ならびに完成したディスプレイの作動中に平常の露光として生じるので、特に必要である。
特には、特に小さなプレティルト角を作り出すPSAディスプレイのための利用可能な新規な材料を有することが、望ましい。ここで好ましい材料は、現在まで知られている材料よりも、同一の露光時間にわたる重合の間に低いプレティルト角を生じ、かつ/またはその使用によって、既知の材料で達成することができる(より高い)プレティルト角を、より短い露光時間の後に既に達成することができるものである。したがって、ディスプレイの生産時間(「タクトタイム」)を短縮し、生産プロセスのコストを低減することができた。
PSAディスプレイの生産におけるさらなる問題は、特にディスプレイにおけるプレティルト角の生成のための重合ステップ後の、重合していないRMの残留量の存在または除去である。例えば、このタイプの未反応のRMは、ディスプレイの特性に、例えばディスプレイの完成後の作動中に制御されていない様式で重合することにより悪影響を及ぼし得る。
したがって、従来技術から知られているPSAディスプレイは、しばしばいわゆる「画像焼き付き(image sticking)」または「画像焼け(image burn)」の所望されない効果を示し、すなわち個々の画素の一時的なアドレッシングによってLCディスプレイにおいて作成された画像が、これらの画素における電場がスイッチオフされた後に、または他の画素がアドレスされた後にさえも、尚依然として視覚可能である。
この「画像焼き付き」は、一方で、低いVHRを有するLCホスト混合物を使用する場合に生じ得る。日光またはバックライトのUV成分によって、その中のLC分子の所望されない分解反応が引き起こされ、ひいてはイオン性またはフリーラジカル不純物の生成が開始され得る。これらは、特に電極または整列層で蓄積し得、ここでそれらは、有効な印加電圧を低減し得る。この効果はまた、ポリマー成分を有しない慣用のLCディスプレイにおいても観察され得る。
さらに、未重合のRMの存在によって引き起こされた追加的な「焼き付き」効果は、PSAディスプレイにおいてしばしば観察される。残留RMの制御されない重合は、ここで環境からのUV光によって、またはバックライトによって開始する。切り換えられた表示領域において、これは、多数のアドレシングサイクルの後にティルト角を変化させる。その結果、切り換えられた領域における透過性の変化が生じ得、一方それは、切り換えられていない領域において依然として不変である。
したがって、RMの重合がPSAディスプレイの生産の間に可能な限り完全に進行し、ディスプレイにおける未重合のRMの存在が可能な限り除外されるかまたは最小に低減されるのが、望ましい。このために、高度に有効かつ完全な重合を可能にする材料が、必要である。さらに、これらの残留量の制御された反応は、望ましいであろう。これは、RMが現在まで知られている材料より急速かつ有効に重合する場合には、より単純であろう。
解決するべき別の問題は、従来技術のRMがしばしば高い融点を有し、多くの現在一般的なLC混合物において限定された溶解性を示すに過ぎず、それゆえ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、自発的な重合のリスクのため、重合性成分を溶解させるためのLCホスト混合物の加温ができず、これは、室温においてさえも最良の可能な溶解性が必要であることを意味する。さらに、分離の危険が、例えばLC媒体のLCディスプレイ中への導入の際に、あり(クロマトグラフィー効果)、それによってディスプレイの均質性が大いに損なわれ得る。これは、LC媒体が通常、自発的な重合の危険を低減するために低温で導入されるという事実によってさらに増大し(上記を参照)、それは変わって、溶解性に対する悪影響を有する。
従来技術において観察された別の問題は、PSAタイプのディスプレイを含むがこれらには限定されないPSAディスプレイにおいて使用するためのLC媒体がしばしば高い粘度および結果として高い切換時間を示すことである。LC媒体の粘度および切換時間を減少させるために、従来技術において、アルケニル基を有するLC化合物を加えることが、示唆されている。しかしながら、アルケニル化合物を含むLC媒体がしばしば信頼性および安定性の低下、ならびに特にUV放射線への露光後のVHRの低下を示すことが、観察された。特に、PSAディスプレイにおいて使用するために、これは、PSAディスプレイにおけるRMの光重合が通常はUV放射線への露光によって行われ、それによって次にLC媒体におけるVHR低下が引き起こされるので、相当な欠点である。
したがって、上に記載した欠点を示さないか、または小さな程度に示すに過ぎず、かつ改善された特性を有する、PSAディスプレイ、特にVAおよびOCBタイプの、ならびにかかるディスプレイにおいて使用するためのLC媒体および重合性化合物についての多大な要求が未だに存在する。特に、大きな作動温度範囲、短い応答時間、低温においてさえも、ならびに低いしきい値電圧、低いプレティルト角、グレーシェードの多重度、高いコントラストおよび広い視野角と同時に、高い比抵抗を可能にし、UV露光後の「電圧保持比」(VHR)に対する高い値を有し、かつ低い融点およびLCホスト混合物への高い溶解性を有するPSAディスプレイ、およびPSAディスプレイにおいて使用するための材料に対する多大な要求が存在する。
本発明は、上に示した不利を有しないかまたは低減された程度で有し、可能な限り迅速かつ完全に重合し、低いプレティルト角が可能な限り迅速に確立されることを可能にし、ディスプレイにおける「焼き付き」の発生を低減するかまたは防止し、好ましくは同時に極めて高い比抵抗値、高いVHR値、低いしきい値電圧および短い応答時間を可能にし、典型的にPSAディスプレイにおいてホスト混合物として使用するLC媒体への高い溶解性を有する、PSAディスプレイにおける使用のための新規な好適な材料、特にそれを含むRMおよびLC媒体を提供する目的に基づく。
本発明の他の目的は、特に光学的、電気光学的および電子的適用のための新規なRM、ならびにその製造のための好適なプロセスおよび中間体を提供することにある。
特に、本発明は、光重合の後により大きな最大プレティルトを作り出し、その結果所望のプレティルトがより迅速に達成され、ひいてはLCディスプレイの生産時間が著しく短縮され、かつLC混合物において容易に処理可能な重合性化合物を提供する目的に基づく。
この目的は、本発明により、本出願に記載されている材料およびプロセスによって達成された。特に、驚くべきことに、少なくとも3つの重合性基を含み、少なくとも1つの分枝状重合性基を含む、以下に記載する式Iで表される多反応性重合性化合物の、PSAディスプレイにおける使用によって、特に低いプレティルト角および所望のティルト角の迅速な確立が促進されることが、見出された。
これは、LC媒体に関してプレティルト測定によって実証された。特に、プレティルトは、光開始剤を添加せずに達成された。さらに、本発明による重合性化合物は、プレティルト角の露光時間依存性測定によって実証されたように、従来技術から知られている材料と比較してプレティルト角の著しく迅速な生成を示す。
本発明による重合性化合物がアルケニル基を有するメソゲン性またはLC化合物を含むLCホスト混合物において使用するのに特に適していることがまた、実証された。本発明による重合性化合物のかかるLCホスト混合物における使用によって、高いVHR値が可能となる。
さらに、本発明による重合性化合物は、高い重合速度を示し、その結果より小さな未反応の残留量がセル中に残留する。したがってセルの電気光学的特性は改善され、さらにこれらの残留量の制御された反応はより単純になる。それゆえ重合性化合物は、PSAタイプのディスプレイにおいて高いプレティルトを作り出すのに適している。
また、本発明による重合性化合物は、結晶化に対する低い傾向および典型的な商業的に入手できるLCホスト混合物への高い溶解性を示す。
US 7,060,200 B1およびUS 2006/0172090 A1は、重合性LC材料およびLCポリマーにおいて使用するための分枝重合性基を有する多反応性化合物が開示されているが、以下に開示または特許請求する重合性化合物またはPSAタイプLCディスプレイのためのLC媒体におけるそれらの使用は開示されていない。
本発明は、式I
−Sp−(A−Z−A−Sp−CH(Sp−P)(Sp−P) I式中、個々のラジカルは以下の意味を有する:
、P、Pは、互いに独立して重合性基を示し、
Sp1〜4は、互いに独立してスペーサー基または単結合を示し、
、Aは、互いに独立して、かつ各出現において同一にまたは異なって、4〜25個のC原子を有し、また縮合環を含んでいてもよく、かつ任意にLによって単置換または多置換されている、芳香族、複素芳香族、脂環式または複素環式基を示し、
Lは、P−、P−Sp−、F、Cl、Br、I、−CN、−NO、−NCO、−NCS、−OCN、−SCN、−C(=O)N(R、−C(=O)Y、−C(=O)R、−N(R、任意に置換されたシリル、5〜20個の環原子を有する任意に置換されたアリールもしくはヘテロアリール、または1〜25個、特に好ましくは1〜10個のC原子を有する直鎖状もしくは分枝状アルキルを示し、ここでさらに、1つまたは2つ以上の隣接していないCH基は、各々、互いに独立して、−C(R00)=C(R000)−、−C≡C−、−N(R00)−、−O−、−S−、−CO−、−CO−O−、−O−CO−、−O−CO−O−によって、Oおよび/またはS原子が互いに直接結合しないように置き換えられていてもよく、かつここでさらに、1個または2個以上のH原子は、F、Cl、CN、PまたはP−Sp−によって置き換えられていてもよく、
00およびR000は、各々、互いに独立して、Hまたは1〜12個のC原子を有するアルキルを示し、
は、ハロゲンであり、
は、P、P−Sp−、H、ハロゲン、1〜25個のC原子を有する直鎖状、分枝状または環状アルキルを示し、ここで1つまたは2つ以上の隣接していないCH基は、任意に−O−、−S−、−CO−、−CO−O−、−O−CO−、−O−CO−O−によって、OまたはS原子が互いに直接結合しないように置き換えられており、かつここで1個または2個以上のH原子は、任意にF、Cl、P−またはP−Sp−、5〜20個の環原子を有する任意に置換されたアリール、アリールオキシ、ヘテロアリールまたはヘテロアリールオキシによって置き換えられており、
nは、1、2、3または4である、
で表される化合物の、液晶(LC)媒体またはLCディスプレイにおける、特にLCディスプレイのLC媒体、活性層または整列層における使用に関する。
好ましくは、式Iで表される化合物およびそれらを含むLC媒体を、PSA(ポリマー保持整列)タイプのLCディスプレイにおいて使用する。
本発明はさらに、式Iで表される新規化合物に関する。
本発明はさらに、式Iで表される化合物の新規な製造方法、およびこれらの方法において使用するかまたは得られる新規な中間体に関する。
本発明はさらに、式Iで表される1種または2種以上の重合性化合物および、またメソゲン性、液晶性および/または重合性であり得る1種または2種以上の追加的な化合物を含むLC媒体に関する。
本発明はさらに、以下のものを含むLC媒体に関する。
− 式Iで表される1種または2種以上の重合性化合物を含む重合性成分A)、および
− 以下で「LCホスト混合物」ともまた称され、1種または2種以上、好ましくは2種または3種以上の本明細書中に記載した低分子量(モノマーかつ非重合性)の化合物を含む、液晶性成分B)。
本発明はさらに、本明細書中に記載したLC媒体に関し、ここでLCホスト混合物または成分Bは、アルケニル基を含む少なくとも1種のメソゲン性または液晶性化合物を含む。
本発明はさらに、式Iで表される1種もしくは2種以上の重合性化合物の重合によって、または上に記載した重合性成分A)の重合によって得られるポリマーを含み、さらにまたメソゲン性、液晶性および/または重合性であり得る1種または2種以上の追加的な化合物、または上に記載した成分B)を含む、LC媒体に関する。
本発明はさらに、本明細書中に記載したLC媒体であって、ここで式Iで表される重合性化合物または重合性成分A)を重合させる、該LC媒体に関する。
本発明はさらに、本明細書中に記載したLC媒体の製造方法であって、1種または2種以上の低分子量液晶化合物または本明細書中に記載したLCホスト混合物もしくは液晶成分B)を、式Iで表される1種または2種以上の重合性化合物と、ならびに任意にさらなる液晶化合物および/または添加剤と混合するステップを含む、前記プロセスに関する。
本発明はさらに、好ましくは電場または磁場における、PSAディスプレイにおける式Iで表される化合物(単数または複数)のin-situ重合による、LC媒体におけるティルト角の形成のための、本発明の式Iで表される重合性化合物およびLC媒体のPSAディスプレイにおける使用、特にLC媒体を含むPSAディスプレイにおける使用に関する。
本発明はさらに、式Iで表される1種もしくは2種以上の重合性化合物または本発明のLC媒体を含むLCディスプレイ、特にPSAディスプレイ、特に好ましくはPSA−VA、PSA−OCB、PSA−IPS、PS−FFS、PSA−ポジ−VAまたはPSA−TNディスプレイに関する。
本発明はさらに、式Iで表される1種もしくは2種以上の重合性化合物または上に記載した重合性成分A)の重合によって得られるポリマーを含むか、あるいは本発明のLC媒体を含むLCディスプレイ、特にPSAディスプレイ、特に好ましくはPSA−VA、PSA−OCB、PSA−IPS、PS−FFS、PSA−ポジ−VAまたはPSA−TNディスプレイに関する。
本発明はさらに、PSAタイプのLCディスプレイであって、LCセルであって、2つの基板および2つの電極、ここで少なくとも1つの基板が光に対して透明であり、少なくとも1つの基板が1つまたは2つの電極を有する、ならびに該基板間に位置する、重合性成分および低分子量成分を含む層を有する前記LCセル含み、ここで重合した成分が、好ましくは電圧を電極に印加しながら、LC媒体におけるLCセルの基板間の1種または2種以上の重合性化合物の重合によって得ることができる、ここで重合性化合物の少なくとも1種が本明細書中に記載した式Iで表される重合性化合物から選択される、かつ/またはここでLC媒体が本明細書中に記載したLC媒体である、前記PSAタイプのLCディスプレイに関する。
本発明はさらに、本明細書中に記載したLCディスプレイの製造方法であって、本明細書中に記載した1種または2種以上の低分子量液晶化合物またはLCホスト混合物または液晶成分B)、および本明細書中に記載した式Iで表される1種または2種以上の重合性化合物または重合性成分A)を含むLC媒体を、本明細書中に記載した2つの基板および2つの電極を有するLCセル中に満たし、重合性化合物を、好ましくは電圧を電極に印加しながら重合させるステップを含む、前記方法に関する。
本発明のPSAディスプレイは、好ましくは透明な層の形態での、2つの電極を有し、それは、LCセルを形成する基板の一方または両方に適用されている。各場合のいずれにおいても、例えば本発明のPSA−VA、PSA−OCBもしくはPSA−TNディスプレイにおけるように、1つの電極が2つの基板の各々に適用されるか、または例えば本発明のPSA−ポジ−VA、PSA−IPSまたはPSA−FFSディスプレイにおけるように、両方の電極が2つの基板の一方のみに適用され、一方で他方の基板は電極を有しない。
用語の定義
本明細書中で使用する用語「ティルト」および「ティルト角」は、LCディスプレイ(ここでは好ましくはPSまたはPSAディスプレイ)におけるセルの表面に対してのLC媒体のLC分子のティルト配向を意味する。ここでのティルト角は、LC分子の長軸方向の分子軸(LCダイレクター)と、LCセルを形成する面平行な外板の表面との間の平均の角度(<90°)を示す。ティルト角についての低い値(すなわち90°の角度からの大きい偏位)は、ここでは大きいティルトに相当する。ティルト角の測定のための好適な方法を、実施例において示す。他に示さない限り、本明細書中に開示したティルト角の値は、この測定法に関する。
本明細書中で使用する用語「メソゲン性基」は、当業者に知られており、文献に記載されており、その誘引および反発の相互作用の異方性により、本質的に、低分子量物質またはポリマー物質中の、液晶(LC)相を生じせしめることに寄与する基を示す。メソゲン性基を含む化合物(メソゲン性化合物)は、必ずしもそれら自体LC相を有する必要はない。また、メソゲン性化合物が、他の化合物と混合した後、および/または重合の後にのみ、LC相挙動を示すことが可能である。典型的なメソゲン性基は、例えば剛体棒状または円盤状の単位である。メソゲン性化合物またはLC化合物に関して使用する用語および定義の概観は、Pure Appl. Chem. 73(5), 888 (2001)およびC. Tschierske, G. Pelzl, S. Diele, Angew. Chem. 2004, 116, 6340-6368中に示されている。
以下で「Sp」とも称する用語「スペーサー基」は、当業者に知られており、文献に記載されおり、例えば、Pure Appl. Chem. 73(5), 888 (2001)およびC. Tschierske, G. Pelzl, S. Diele, Angew. Chem. 2004, 116, 6340-6368を参照されたい。本明細書中で使用する用語「スペーサー基」または「スペーサー」は、メソゲン性基および重合性基(単数または複数)を重合性メソゲン性化合物中で結合させるフレキシブルな基、例えばアルキレン基を意味する。
本明細書中で使用する用語「反応性メソゲン」または「RM」は、1つのメソゲン性基および重合に適している1つまたは2つ以上の官能基を含む化合物を意味し、後者はまた「重合性基」または「P」と称される。
以下で使用する用語「重合性化合物」は、他に述べない限り重合性モノマー化合物を意味する。
本明細書中で使用する用語「低分子量化合物」および「非重合性化合物」は、通常はモノマー性であり、当業者に知られている通常の条件下での、特にRMの重合のために使用する条件下での重合に適している官能基を含まない化合物を意味する。
本明細書中で使用する用語「活性層」および「切換可能な層」は、電気光学的ディスプレイ、例えばLCディスプレイにおける層を意味し、それは構造的および光学的異方性を有する1種または2種以上の分子、例えばLC分子を含み、それはそれらの配向を外部刺激、例えば電場または磁場によって変化させ、偏向したかまたは偏向していない光に対する、層の透過性の変化をもたらす。
発明の詳細な説明
他に述べない限り、式Iで表される化合物は、アキラルな化合物から選択される。
本明細書中において、「有機基」は、炭素基または炭化水素基を示す。
「炭素基」は、少なくとも1個の炭素原子を含む一価または多価の有機基を示し、ここでこれは、さらなる原子を含まない(例えば−C≡C−)か、または任意に1個もしくは2個以上のさらなる原子、例えばN、O、S、P、Si、Se、As、TeもしくはGeを含む(例えばカルボニルなど)。用語「炭化水素基」は、さらに1個または2個以上のH原子および任意に1個または2個以上のヘテロ原子、例えばN、O、S、P、Si、Se、As、TeまたはGeを含む炭素基を示す。
「ハロゲン」は、F、Cl、BrまたはIを示す。
−CO−、−C(=O)−および−C(O)−は、カルボニル基、つまり

を示す。
「共役ラジカル」または「共役基」は、主にsp混成(または恐らくまたsp混成)炭素原子を含み、また対応するヘテロ原子によって置き換えられていてもよいラジカルまたは基を示す。最も単純な場合において、これは、二重結合および単結合の交互の存在を意味する。この関連における「主に」は、共役中断をもたらす天然に(無秩序ではなく)生じる欠陥が用語「共役」を低く評価しないことを意味する。さらに、用語「共役」は、例えばアリールアミン単位またはある複素環(つまりN、O、PもしくはS原子を介しての結合)がラジカルまたは基中に位置する場合に同様に本願の本文中で使用する。
炭素基または炭化水素基は、飽和の、または不飽和の基であり得る。不飽和の基は、例えばアリール、アルケニルまたはアルキニル基である。3個より多いC原子を有する炭素ラジカルまたは炭化水素ラジカルは、直鎖状、分枝状または環状であり得、またスピロ結合または縮合環を含んでもよい。
用語「アルキル」、「アリール」、「ヘテロアリール」などはまた、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を包含する。
用語「アリール」は、芳香族炭素基またはそれから誘導された基を示す。用語「ヘテロアリール」は、1個または2個以上のヘテロ原子を含む、上に定義した「アリール」を示す。
好ましい炭素基および炭化水素基は、1〜40個、好ましくは1〜25個、特に好ましくは1〜18個のC原子を有する任意に置換されたアルキル、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、6〜40個、好ましくは6〜25個のC原子を有する任意に置換されたアリールもしくはアリールオキシ、または6〜40個、好ましくは6〜25個のC原子を有する任意に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る。
さらに好ましい炭素基および炭化水素基は、C〜C40アルキル、C〜C40アルケニル、C〜C40アルキニル、C〜C40アリル、C〜C40アルキルジエニル、C〜C40ポリエニル、C〜C40アリール、C〜C40アルキルアリール、C〜C40アリールアルキル、C〜C40アルキルアリールオキシ、C〜C40アリールアルキルオキシ、C〜C40ヘテロアリール、C〜C40シクロアルキル、C〜C40シクロアルケニルなどである。特に好ましいのは、C〜C22アルキル、C〜C22アルケニル、C〜C22アルキニル、C〜C22アリル、C〜C22アルキルジエニル、C〜C12アリール、C〜C20アリールアルキルおよびC〜C20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、1〜40個、好ましくは1〜25個のC原子を有する直鎖状、分枝状または環状アルキルラジカルであり、それは非置換であるか、またはF、Cl、Br、IもしくはCNによって単置換もしくは多置換されており、かつここで1つまたは2つ以上の隣接していないCH基は、各々、互いに独立して、−C(R)=C(R)−、−C≡C−、−N(R)−、−O−、−S−、−CO−、−CO−O−、−O−CO−、−O−CO−O−によって、Oおよび/またはS原子が互いに直接結合しないように置き換えられていてもよい。
は、好ましくはH、ハロゲン、1〜25個のC原子を有し、ここでさらに1個または2個以上の隣接していないC原子が−O−、−S−、−CO−、−CO−O−、−O−CO−、−O−CO−O−によって置き換えられていてもよく、およびここで1個または2個以上のH原子がフッ素、6〜40個のC原子を有する任意に置換されたアリールもしくはアリールオキシ基、または2〜40個のC原子を有する任意に置換されたヘテロアリールもしくはヘテロアリールオキシ基によって置き換えられていてもよい、直鎖状、分枝状または環状アルキル鎖を示す。
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−エチルヘキシル、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、パーフルオロ−n−ブチル、2,2,2−トリフルオロエチル、パーフルオロオクチル、パー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、つまりそれらは、1つの環(例えばフェニル基など)または2つもしくは3つ以上の環を含むことができ、それはまた縮合しているか(例えばナフチルなど)、または共有結合しているか(例えばビフェニルなど)、または縮合した環および結合した環の組み合わせを含んでいてもよい。ヘテロアリール基は、好ましくはO、N、SおよびSeから選択された、1個または2個以上のヘテロ原子を含む。
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個の環原子を有し、任意に縮合環を含み、任意に置換されている単環式、二環式または三環式のヘテロアリール基である。好ましいのは、さらに、5、6または7員環のアリールおよびヘテロアリール基であり、ここでさらに1つまたは2つ以上のCH基は、N、SまたはOによって、O原子および/またはS原子が互いに直接結合しないように置き換えられていてもよい。
好ましいアリール基は、例えばフェニル、ビフェニル、ターフェニル、[1,1’:3’,1’’]ターフェニル−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、キノキサリンイミダゾール、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。
本明細書中で述べたアリールおよびヘテロアリール基はまた、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にアリール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)脂環式および複素環式基は、飽和環、つまり専ら単結合を含むもの、およびまた部分的に不飽和の環、つまり多重結合もまた含んでいてもよいものの両方を包含する。複素環式環は、好ましくはSi、O、N、SおよびSeから選択された、1個または2個以上のヘテロ原子を含む。
(非芳香族)脂環式および複素環式基は、単環式である、つまり1つのみの環を含む(例えばシクロヘキサン)か、または多環式である、つまり複数の環を含む(例えばデカヒドロナフタレンもしくはビシクロオクタン)ことができる。特に好ましいのは、飽和基である。好ましいのは、さらに、5〜25個の環原子を有し、任意に縮合環を含み、任意に置換されている単環式、二環式または三環式の基である。好ましいのは、さらに、5、6、7または8員環の炭素環式基であり、ここでさらに、1個または2個以上のC原子は、Siによって置き換えられていてもよく、かつ/または1つもしくは2つ以上のCH基は、Nによって置き換えられていてもよく、かつ/または1つもしくは2つ以上の隣接していないCH基は、−O−および/もしくは−S−によって置き換えられていてもよい。
好ましい脂環式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、および縮合基、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、例えば溶解性促進基、例えばアルキルもしくはアルコキシ、電子求引基、例えばフッ素、ニトロもしくはニトリル、またはポリマーにおけるガラス転移温度(Tg)を増大させるための置換基、特に嵩高い基、例えばt−ブチルもしくは任意に置換されたアリール基である。
本明細書中で「L」とも称される、好ましい置換基は、例えばF、Cl、Br、I、−CN、−NO、−NCO、−NCS、−OCN、−SCN、−C(=O)N(R、−C(=O)Y、−C(=O)R、−N(Rであり、ここでRは、上に示した意味を有し、Yは、ハロゲン、6〜40個、好ましくは6〜20個のC原子を有する任意に置換されたシリルまたはアリール、および1〜25個のC原子を有し、ここで1個または2個以上のH原子が任意にFまたはClによって置き換えられていてもよい直鎖状または分枝状アルキル、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を示す。
「置換シリルまたはアリール」は、好ましくはハロゲン、−CN、R、−OR、−CO−R、−CO−O−R、−O−CO−Rまたは−O−CO−O−Rによって置換されていることを意味し、ここでRは、上に示した意味を有する。
特に好ましい置換基Lは、例えばF、Cl、CN、NO、CH、C、OCH、OC、COCH、COC、COOCH、COOC、CF、OCF、OCHF、OC、さらにフェニルである。
ここでLは、上に示した意味の1つを有する。
重合性基P1〜3は、重合反応、例えばフリーラジカルもしくはイオン性連鎖重合、重付加もしくは重縮合、またはポリマー類似反応、例えば主なポリマー鎖上への付加もしくは縮合に適している基である。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−三重結合を含むもの、および開環を伴う重合に適している基、例えばオキセタンまたはエポキシド基である。
好ましい基P1〜3は、CH=CW−CO−O−、
およびWSi−からなる群から選択され、ここでWは、H、F、Cl、CN、CF、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CHを示し、WおよびWは、各々、互いに独立してHまたは1〜5個のC原子を有するアルキル、特にH、メチル、エチルまたはn−プロピルを示し、W、WおよびWは、各々、互いに独立して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示し、WおよびWは、各々、互いに独立してH、Clまたは1〜5個のC原子を有するアルキルを示し、Pheは1,4−フェニレンを示し、それは任意に、P−Sp−以外である上記で定義した1つまたは2つ以上のラジカルLによって置換されており、k、kおよびkは、各々、互いに独立して0または1を示し、kは、好ましくは1を示し、kは、1〜10の整数を示す。
特に好ましい基P1〜3は、
およびWSi−からなる群から選択され、ここでWは、H、F、Cl、CN、CF、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CHを示し、WおよびWは、各々、互いに独立してHまたは1〜5個のC原子を有するアルキル、特にH、メチル、エチルまたはn−プロピルを示し、W、WおよびWは、各々、互いに独立して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示し、WおよびWは、各々、互いに独立してH、Clまたは1〜5個のC原子を有するアルキルを示し、Pheは1,4−フェニレンを示し、k、kおよびkは、各々、互いに独立して0または1を示し、kは、好ましくは1を示し、kは、1〜10の整数を示す。
極めて特に好ましい基P1〜3は、CH=CW−CO−O−、特にCH=CH−CO−O−、CH=C(CH)−CO−O−およびCH=CF−CO−O−、さらに
からなる群から選択される。
さらに極めて特に好ましい基P1〜3は、ビニル、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基からなる群から選択され、特に好ましくはアクリレート、メタクリレートまたはオキセタン基を示す。
スペーサー基Sp1〜3が単結合とは異なる場合には、それらは、好ましくは式Sp’’−X’’で表され、したがってそれぞれのラジカルP−Sp−、例えばP−Sp−は、式P−Sp’’−X’’−に適合し、ここでSp’’およびX’’は、以下に示す意味を有する。
スペーサー基Spが単結合とは異なる場合には、それは、好ましくは式X’’−Sp’’で表され、したがってそれぞれのラジカル−A−Sp−は、式−A−X’’−Sp’’−に適合し、ここでSp’’およびX’’は、以下に示す意味を有する。
Sp’’は、1〜20個、好ましくは1〜12個のC原子を有するアルキレンを示し、それは、任意にF、Cl、Br、IまたはCNによって単置換または多置換されており、かつここでさらに、1つまたは2つ以上の隣接していないCH基は、各々、互いに独立して−O−、−S−、−NH−、−N(R)−、−Si(R00000)−、−CO−、−CO−O−、−O−CO−、−O−CO−O−、−S−CO−、−CO−S−、−N(R00)−CO−O−、−O−CO−N(R00)−、−N(R00)−CO−N(R00)−、−CH=CH−または−C≡C−によって、Oおよび/またはS原子が互いに直接結合しないように置き換えられていてもよく、
X’’は、−O−、−S−、−CO−、−CO−O−、−O−CO−、−O−CO−O−、−CO−N(R00)−、−N(R00)−CO−、−N(R00)−CO−N(R00)−、−OCH−、−CHO−、−SCH−、−CHS−、−CFO−、−OCF−、−CFS−、−SCF−、−CFCH−、−CHCF−、−CFCF−、−CH=N−、−N=CH−、−N=N−、−CH=CR−、−CY=CY−、−C≡C−、−CH=CH−CO−O−、−O−CO−CH=CH−または単結合を示し、
00およびR000は、各々、互いに独立してHまたは1〜12個のC原子を有するアルキルを示し、
およびYは、各々、互いに独立してH、F、ClまたはCNを示す。
X’’は、好ましくは−O−、−S−、−CO−、−COO−、−OCO−、−O−COO−、−CO−NR−、−NR−CO−、−NR−CO−NR−または単結合である。
典型的なスペーサー基−Sp’’−X’’−は、例えば−(CHp1−、−(CHCHO)q1−CHCH−、−CHCH−S−CHCH−、−CHCH−NH−CHCH−または−(SiR00000−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、R00およびR000は上記で示した意味を有する。
特に好ましい基−Sp’’−X’’−は、−(CHp1−、−(CHp1−O−、−(CHp1−O−CO−、−(CHp1−O−CO−O−であり、ここでp1およびq1は、上記で示した意味を有する。
特に好ましい基−X’’−Sp’’−は、−(CHp1−、−O−(CHp1−、−CO−O−(CHp1−、−O−CO−O−(CHp1−であり、ここでp1およびq1は、上記で示した意味を有する。
特に好ましい基Sp’’は、例えば各場合において直鎖状エチレン、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。
式Iで表される好ましい化合物は、式中、A、Aが各々、互いに独立して1,4−フェニレン、ナフタレン−1,4−ジイルまたはナフタレン−2,6−ジイル、ここでこれらの基中の1つまたは2つ以上のCH基は、任意にNによって置き換えられている、シクロヘキサン−1,4−ジイル、ここでさらに、1つまたは2つ以上の隣接していないCH基は、任意にOおよび/またはSによって置き換えられている、1,4−シクロヘキセニレン、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、ピペリジン−1,4−ジイル、デカヒドロナフタレン−2,6−ジイル、1,2,3,4−テトラヒドロナフタレン−2,6−ジイル、インダン−2,5−ジイル、オクタヒドロ−4,7−メタノインダン−2,5−ジイル、アントラセン−2,7−ジイル、フルオレン−2,7−ジイル、フェナントレン−2,7−ジイルまたは9,10−ジヒドロ−フェナントレン−2,7−ジイル、ここですべてのこれらの基は、非置換であるか、またはLによって単置換もしくは多置換されている、を示すものである。
式Iで表されるさらに好ましい化合物は、式中、
− P、PおよびPがアクリレート、メタクリレートおよびオキセタンからなる群から選択される、
− Spが単結合である、
− Spが−(CHp2−または−(CHp1−O−であり、ここでp1は1〜6の整数、好ましくは1、2または3である、
− SpおよびSpが(CHp2−を示し、ここでp2は1〜6の整数、好ましくは1、2または3であり、極めて好ましくはメチレンを示す、
− Spが−(CHp4−であり、ここでp4は1〜6の整数、好ましくは1、2または3であり、極めて好ましくはメチレンである、
− Spが単結合であり、かつSp、SpおよびSpがメチレンである、
− SpおよびSpが単結合であり、かつSpおよびSpがメチレンである、
− Sp、SpおよびSpが単結合であり、かつSpがエチレンである、
− Lは重合性基を示さないかまたは含まない、
− AおよびAが1,4−フェニレン、ナフタレン−2,6−ジイル、フェナントレン−2,7−ジイルおよび9,10−ジヒドロ−フェナントレン−2,7−ジイルからなる群から選択され、ここでさらに、これらの環中の1つまたは2つのCH基は任意にNによって置き換えられており、およびここでこれらの環が任意に本明細書中に記載したLによって単置換または多置換されている、
− Zが−O−、−CO−O−、−OCO−、−OCH−、−CHO−、−CFO−、−OCF−、−CHCH−、−CH=CH−、−CF=CF−、−CH=CF−、−CF=CH−、−C≡C−および単結合からなる群から選択される、
− Zが単結合である、
− nが1または2である、
− Lが非重合性基であり、好ましくはF、Cl、−CNおよび1〜25個、特に好ましくは1〜10個のC原子を有する直鎖状または分枝状アルキル、ここでさらに、1つまたは2つ以上の隣接していないCH基は各々、互いに独立して、−C(R00)=C(R000)−、−C≡C−、−N(R00)−、−O−、−S−、−CO−、−CO−O−、−O−CO−、−O−CO−O−によって、Oおよび/またはS原子が互いに直接結合しないように置き換えられていてもよく、かつここでさらに、1個または2個以上のH原子はF、Cl、Br、IまたはCNによって置き換えられていてもよい、から選択される
ものである。
式Iで表される極めて好ましい化合物は、以下の従属式から選択される。
式中、P、P、PおよびLは式I中で定義した通りであり、rは0、1、2、3または4である。
本発明はさらに、式IおよびI1〜I6で表される新規化合物に関する。
本発明はさらに、式Iおよびその従属式で表される化合物の製造のための中間体として好適であり、好ましくは中間体として使用する、式IIで表される新規化合物に関する。
Pg−Sp−(A−Z−A−Sp−CH(Sp−Pg)(Sp−Pg) II
式中、Sp、Sp、Sp、Sp、A、A、Zおよびnは、式Iにおいて、または本明細書中に示した意味を有し、Pg、PgおよびPgは、互いに独立してOHまたは保護された水酸基またはマスクした水酸基を示す。
好適な保護された水酸基Pg1〜3は、当業者に知られている。水酸基のための好ましい保護基は、アルキル、アルコキシアルキル、アシル、アルキルシリル、アリールシリルおよびアリールメチル基、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。
用語「マスクした水酸基」は、水酸基に化学的に変換することができるあらゆる官能基を意味するものと理解される。好適なマスクした水酸基Pg1〜3は、当業者に知られている。−CH(CH−Pg)(CH−Pg)のための好ましいマスキング基は、マロネート基−CH(COEt)である。
式IIで表される特に好ましい化合物は、以下の従属式から選択される。
式中、Pg、PgおよびPgは式IIにおいて定義した通りであり、Lおよびrは式I1において定義した通りである。
式IおよびIIならびにそれらの従属式で表される化合物および中間体を、当業者に知られており、有機化学の標準的学術書、例えばHouben-Weyl, Methoden der organischen Chemie [Methods of Organic Chemistry], Thieme-Verlag, Stuttgartに記載されているプロセスと同様にして製造することができる。
式IおよびIIで表される化合物および中間体の製造のための特に好適であり、好ましいプロセスを、例によって以下のスキームにおいて描写し、好ましくは以下に記載するステップの1つまたは2つ以上を含む。
例えば、式Iで表される化合物を、式IIで表され、式中Pg1〜3がOHを示す中間体の、対応する酸、酸誘導体、または重合性基Pを含むハロゲン化化合物を使用するエステル化またはエーテル化によって合成することができる。
スキーム1に例示的に示すように、アクリル酸またはメタクリル酸エステル(ここでSp1〜4、A1〜2、Zおよびnは上に示した意味を有し、「Acr」はアクリレートまたはメタクリレート基を示す)を、対応するアルコールの、酸誘導体、例えば(メタ)アクリロイルクロリドまたは(メタ)アクリル酸無水物での、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)の存在下でのエステル化によって製造することができる。あるいはまた、エステルを、アルコールの、(メタ)アクリル酸との、例えばSteglichによる、脱水化試薬の存在下での、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塩酸塩およびDMAPでのエステル化によって製造することができる。
スキーム1
式IIで表される中間体を、文献に記載されている公知の方法に従って、またはそれと同様にして合成することができる。式II1で表される中間体、例えば化合物(7)の合成を、スキーム2に例示的に示す。
スキーム2
2−[(4−ブロモフェニル)メチル]−プロパン二酸1,3−ジエチルエステル(4)を、文献(WO 2010/105179;Tetrahedron: Asymmetry 2001, 12(4), 585)に従って、商業的に入手できる1−ブロモ−4−(ブロモメチル)−ベンゼン(2)およびマロン酸ジエチル(3)から製造する。[4−(ベンジルオキシ)フェニル]−ボロン酸とのアリール−アリールカップリングによって、化合物(5)が得られ、それをジオール(6)に還元する。ベンジル保護基の除去によって、化合物(7)が得られる。(7)のアクリル酸でのエステル化によって、モノマー(1)が得られる。
PSAディスプレイの製造のために、重合性化合物を、電圧の印加を伴うLCディスプレイの基板間のLC媒体中でのin-situ重合によって重合するかまたは架橋させる(1化合物が2つまたは3つ以上の重合性基を含む場合)。重合を、1段階で行うことができる。また、第1のステップにおいて電圧の印加を伴う重合を先ず行ってプレティルト角を生成し、その後印加電圧を伴わない第2の重合ステップにおいて、第1のステップにおいて反応していない化合物を重合するかまたは架橋させる(「最終硬化」)ことが、可能である。
好適であり好ましい重合方法は、例えば熱重合または光重合、好ましくは光重合、特にUV光重合である。1種または2種以上の開始剤を、任意にまたここで加えることができる。重合のための好適な条件ならびに開始剤の好適なタイプおよび量は、当業者に知られており、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、例えば商業的に入手できる光開始剤Irgacure651(登録商標)、Irgacure184(登録商標)、Irgacure907(登録商標)、Irgacure369(登録商標)またはDarocure1173(登録商標)(Ciba AG)である。開始剤を使用する場合には、その比率は、好ましくは0.001〜5重量%、特に好ましくは0.001〜1重量%である。
本発明の重合性化合物はまた、開始剤を伴わない重合に好適であり、それは、相当な利点、例えばより低い材料費および特に可能な残留量の開始剤またはその分解生成物によるLC媒体のより少ない汚染を伴う。したがって、重合をまた、開始剤の添加を伴わずに行うことができる。好ましい態様において、LC媒体は、このように重合開始剤を含まない。
重合性成分A)またはLC媒体はまた、1種または2種以上の安定剤を含んで、例えば貯蔵または輸送中のRMの所望されない自発的な重合を防止してもよい。安定剤の好適なタイプおよび量は、当業者に知られており、文献に記載されている。特に好適なのは、例えばIrganox(登録商標)シリーズ(Ciba AG)からの商業的に入手できる安定剤、例えばIrganox(登録商標)1076である。安定剤を使用する場合には、RMまたは重合性成分A)の合計量を基準としたそれらの比率は、好ましくは10〜500,000ppm、特に好ましくは50〜50,000ppmである。
好ましくは、本発明のLC媒体は、本質的に本明細書中に記載した式Iで表される1種または2種以上の重合性化合物およびLCホスト混合物からなる。しかしながら、LC媒体またはLCホスト混合物は、さらに、好ましくは、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、疎水剤、接着剤、流動性向上剤、消泡剤、脱気剤、希釈剤、反応性希釈剤、補助物、着色剤、染料、顔料およびナノ粒子を含むがこれらに限定されないリストから選択される1種または2種以上のさらなる成分または添加剤を含んでもよい。
PSAディスプレイにおいて使用するための本発明のLC媒体は、好ましくは、>0〜<5重量%、特に好ましくは>0〜<1重量%、極めて特に好ましくは0.01〜0.5重量%の重合性化合物、特に上に示した式で表される重合性化合物を含む。
特に好ましいのは、本発明の1種、2種または3種の重合性化合物を含むLC媒体である。
好ましいのは、さらに、重合性成分(成分A)が専ら本発明の重合性化合物を含むLC媒体である。
好ましいのは、さらに、成分B)がネマチック液晶相を有するLC化合物またはLC混合物であるLC媒体である。
好ましいのは、さらに、成分A)および/またはB)の化合物がアキラルな化合物からなる群から専ら選択される、本発明のアキラルな重合性化合物およびLC媒体である。
好ましいのは、さらに、重合性成分または成分A)が、1つの重合性基(単反応性)を含む本発明の1種または2種以上の重合性化合物、および2つまたは3つ以上、好ましくは2つの重合性基(二反応性または多反応性)を含む本発明の1種または2種以上の重合性化合物を含む、LC媒体である。
好ましいのは、さらに、重合性成分または成分A)が専ら2つの重合性基を含む(二反応性)本発明の重合性化合物を含む、PSAディスプレイおよびLC媒体である。
重合性成分または成分A)の本発明のLC媒体中の割合は、好ましくは>0〜<5%、特に好ましくは>0〜<1%、極めて特に好ましくは0.01〜0.5%である。
液晶成分または成分B)の本発明のLC媒体中の割合は、好ましくは95〜<100%、特に好ましくは99〜<100%である。
本発明の重合性化合物を、個々に重合することができるが、本発明の2種もしくは3種以上の重合性化合物を含む混合物または本発明の1種もしくは2種以上の重合性化合物および好ましくはメソゲン性であるかもしくは液晶性である1種もしくは2種以上の他の重合性化合物(「コモノマー」)を含む混合物を重合させることもまた、可能である。そのような混合物の重合の場合においては、コポリマーが生成する。本発明はさらに、本明細書中で述べた重合性混合物に関する。重合性化合物およびコモノマーは、メソゲン性または非メソゲン性、好ましくはメソゲン性または液晶性である。
特にPSAディスプレイにおいて使用するための、好適であり、好ましいメソゲン性コモノマーは、例えば以下の式から選択される:
式中、個々のラジカルは、以下の意味を有する:
、PおよびPは、各々、互いに独立して、好ましくは本明細書中でPについて示した意味の1つを有する重合性基、特に好ましくはアクリレート、メタクリレート、フルオロアクリレート、オキセタン、ビニル、ビニルオキシまたはエポキシド基を示し、
Sp、SpおよびSpは、各々、互いに独立して、好ましくは本明細書中でSpについて示した意味の1つを有する単結合またはスペーサー基を示し、特に好ましくは−(CHp1−、−(CHp1−O−、−(CHp1−CO−O−または−(CHp1−O−CO−O−を示し、ここでp1は、1〜12の整数であり、かつここで最後に述べた基中の隣接した環への結合は、O原子を介して起こり、
ここでさらに、ラジカルP−Sp−、P−Sp−およびP−Sp−の1つまたは2つ以上は、Raaを示してもよく、ただし存在するラジカルP−Sp−、P−Sp−およびP−Sp−の少なくとも1つは、Raaを示さず、
aaは、H、F、Cl、CNまたは1〜25個のC原子を有する直鎖状もしくは分枝状アルキルを示し、ここでさらに、1つまたは2つ以上の隣接していないCH基は、各々、互いに独立してC(R)=C(R00)−、−C≡C−、−N(R)−、−O−、−S−、−CO−、−CO−O−、−O−CO−、−O−CO−O−によって、Oおよび/またはS原子が互いに直接結合しないように置き換えられていてもよく、かつここで、さらに、1個または2個以上のH原子は、F、Cl、CNまたはP−Sp−によって置き換えられていてもよく、特に好ましくは直鎖状または分枝状であり、任意に1〜12個のC原子を有する一フッ素化または多フッ素化されたアルキル、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であり(ここでアルケニルおよびアルキニルラジカルは、少なくとも2個のC原子を有し、分枝状ラジカルは、少なくとも3個のC原子を有する)、
、R00は、各々、互いに独立して、かつ同一にまたは異なって、各出現においてHまたは1〜12個のC原子を有するアルキルを示し、
およびRは、各々、互いに独立してH、F、CHまたはCFを示し、
、XおよびXは、各々、互いに独立して−CO−O−、−O−CO−または単結合を示し、
は、−O−、−CO−、−C(R)−または−CFCF−を示し、
およびZは、各々、互いに独立して−CO−O−、−O−CO−、−CHO−、−OCH−、−CFO−、−OCF−または−(CH−を示し、ここでnは2、3または4であり、
Lは、各出現において、同一に、または異なってF、Cl、CNまたは1〜12個のC原子を有する直鎖状もしくは分枝状の任意に一フッ素化または多フッ素化されたアルキル、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、好ましくはFを示し、
L’およびL’’は、各々、互いに独立してH、FまたはClを示し、
rは、0、1、2、3または4を示し、
sは、0、1、2または3を示し、
tは、0、1または2を示し、
xは、0または1を示す。
式M1〜M28で表される化合物が、特に好ましい。
式M1〜M42で表される化合物において、
式中、Lは、各出現において同一にまたは異なって本明細書中に示した意味の1つを有し、好ましくはF、Cl、CN、NO、CH、C、C(CH、CH(CH、CHCH(CH)C、OCH、OC、COCH、COC、COOCH、COOC、CF、OCF、OCHF、OCまたはP−Sp−、極めて好ましくはF、Cl、CN、CH、C、OCH、COCH、OCFまたはP−Sp−、より好ましくはF、Cl、CH、OCH、COCHまたはOCF、特にFまたはCHである。
上記で記載した重合性化合物に加えて、本発明のLCディスプレイにおいて使用するためのLC媒体は、1種または2種以上、好ましくは2種または3種以上の低分子量(すなわちモノマー性または重合していない)化合物を含むLC混合物(「ホスト混合物」)を含む。後者は、重合性化合物の重合のために使用する条件下で重合反応に対して安定であるかまたは非反応性である。原則として、慣用のVAおよびOCBディスプレイにおける使用に適しているあらゆるLC混合物が、ホスト混合物として好適である。好適なLC混合物は、当業者に知られており、文献に記載されており、例えばEP 1 378 557 A1におけるVAディスプレイにおける混合物ならびにEP 1 306 418 A1およびDE 102 24 046 A1におけるOCBディスプレイのための混合物である。
式Iで表される重合性化合物は、アルケニル基を含む1種または2種以上の化合物(「アルケニル化合物」)を含むLCホスト混合物において使用するのに特に適しており、ここでこのアルケニル基は、式Iで表される重合性化合物またはLC媒体中に含まれる他の重合性化合物の重合のために使用する条件下での重合反応に対して安定である。従来技術から知られている反応性メソゲンと比較して、かかるLCホスト混合物中の式Iで表される重合性化合物は、改善された特性、例えば溶解性、反応性またはティルト角を生成する能力を示す。
LCホスト混合物は、好ましくはネマチックLC混合物である。
アルケニル化合物中のアルケニル基は、好ましくは、特に2〜25個のC原子を有する、特に好ましくは2〜12個のC原子を有する直鎖状、分枝状または環状アルケニルから選択され、ここでさらに1つまたは2つ以上の隣接していないCH基は、−O−、−S−、−CO−、−CO−O−、−O−CO−、−O−CO−O−によって、Oおよび/またはS原子が互いに直接結合しないように置き換えられていてもよく、かつここでさらに、1個または2個以上のH原子は、Fおよび/またはClによって置き換えられていてもよい。
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。
アルケニル基を含む化合物のLCホスト混合物(つまりいかなる重合性化合物をも有しない)中の濃度は、好ましくは5%〜100%、極めて好ましくは20%〜60%である。
アルケニル基を有する1〜5種、好ましくは1種、2種または3種の化合物を含むLC混合物が、特に好ましい。
アルケニル基を含む化合物は、好ましくは以下の式から選択される:
式中、個々のラジカルは、各出現において同一にまたは異なって、各々、互いに独立して以下の意味を有する:
11 2〜9個のC原子を有するアルケニルまたは、環X、YおよびZの少なくとも1つがシクロヘキセニルを示す場合には、またRの意味の1つ、
12 1〜12個のC原子を有するアルキル、ここでさらに、1つまたは2つの隣接していないCH基は、−O−、−CH=CH−、−CO−、−OCO−または−COO−によって、O原子が互いに直接結合しないように置き換えられていてもよい、
−CHCH−、−CH=CH−、−CFO−、−OCF−、−CHO−、−OCH−、−CO−O−、−O−CO−、−C−、−CF=CF−、−CH=CH−CHO−または単結合、好ましくは単結合、
1〜4 各々、互いに独立してH、F、Cl、OCF、CF、CH、CHFまたはCHFH、好ましくはH、FまたはCl、
x 1または2、
z 0または1。
22は、好ましくは、1〜8個のC原子を有する直鎖状アルキルもしくはアルコキシまたは2〜7個のC原子を有する直鎖状アルケニルである。
LC媒体は、好ましくは末端ビニルオキシ基(−O−CH=CH)を含む化合物を含まず、特に式AまたはBで表され、式中R11またはR12が末端ビニルオキシ基(−O−CH=CH)を示すかまたは含む化合物を含まない。
好ましくは、LおよびLはFを示すか、またはLおよびLの一方がFを示し、他方がClを示し、LおよびLはFを示し、またはLおよびLの一方がFを示し、他方がClを示す。
式ANで表される化合物は、好ましくは以下の従属式から選択される:
式AYで表される化合物は、好ましくは以下の従属式から選択される:
式中、alkylは、1〜6個のC原子を有する直鎖状アルキルラジカルを示し、alkenylおよびalkenyl*は、各々、互いに独立して2〜7個のC原子を有する直鎖状アルケニルラジカルを示す。alkenylおよびalkenyl*は、好ましくはCH=CH−、CH=CHCHCH−、CH−CH=CH−、CH−CH−CH=CH−、CH−(CH−CH=CH−、CH−(CH−CH=CH−またはCH−CH=CH−(CH−を示す。
式Aで表される極めて特に好ましい化合物は、以下の従属式から選択される:
式AYで表される極めて特に好ましい化合物は、以下の従属式から選択される:
式中、mおよびnは、各々、互いに独立して1、2、3、4、5または6を示し、iは、0、1、2または3を示し、Rb1は、H、CHまたはCを示し、alkenylは、CH=CH−、CH=CHCHCH−、CH−CH=CH−、CH−CH−CH=CH−、CH−(CH−CH=CH−、CH−(CH−CH=CH−またはCH−CH=CH−(CH−を示す。
第1の好ましい態様において、LC媒体は、負の誘電異方性を有する化合物に基づいたLCホスト混合物を含む。かかるLC媒体は、PSA−VAディスプレイにおいて使用するのに特に適している。かかるLC媒体の特に好ましい態様は、以下のセクションa)〜y)のものである:
a)式CYおよび/またはPYで表される1種または2種以上の化合物を含むLC媒体:
式中、
aは、1または2を示し、
bは、0または1を示し、
およびRは、各々、互いに独立して1〜12個のC原子を有するアルキルを示し、ここでさらに、1つまたは2つの隣接していないCH基は、−O−、−CH=CH−、−CO−、−OCO−または−COO−によって、O原子が互いに直接結合しないように置き換えられていてもよく、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を示し、
およびZは、各々、互いに独立して−CHCH−、−CH=CH−、−CFO−、−OCF−、−CHO−、−OCH−、−CO−O−、−O−CO−、−C−、−CF=CF−、−CH=CH−CHO−または単結合、好ましくは単結合を示し、
1〜4は、各々、互いに独立してF、Cl、OCF、CF、CH、CHF、CHFを示す。
好ましくは、ラジカルLおよびLの両方はFを示すか、またはラジカルLおよびLの一方はFを示し、他方はClを示し、またはラジカルLおよびLの両方はFを示すか、またはラジカルLおよびLの一方はFを示し、他方はClを示す。
式CYで表される化合物は、好ましくは以下の従属式からなる群から選択される。
式中、aは、1または2を示し、alkylおよびalkyl*は、各々、互いに独立して1〜6個のC原子を有する直鎖状アルキルラジカルを示し、alkenylは、2〜6個のC原子を有する直鎖状アルケニルラジカルを示し、(O)は、酸素原子または単結合を示す。alkenylは、好ましくはCH=CH−、CH=CHCHCH−、CH−CH=CH−、CH−CH−CH=CH−、CH−(CH−CH=CH−、CH−(CH−CH=CH−またはCH−CH=CH−(CH−を示す。
式PYで表される化合物は好ましくは、以下の従属式からなる群から選択される:
式中、alkylおよびalkyl*は、各々、互いに独立して1〜6個のC原子を有する直鎖状アルキルラジカルを示し、alkenylは、2〜6個のC原子を有する直鎖状アルケニルラジカルを示し、(O)は、酸素原子または単結合を示す。alkenylは、好ましくはCH=CH−、CH=CHCHCH−、CH−CH=CH−、CH−CH−CH=CH−、CH−(CH−CH=CH−、CH−(CH−CH=CH−またはCH−CH=CH−(CH−を示す。
b)さらに、以下の式で表される1種または2種以上の化合物を含むLC媒体:
式中、個々のラジカルは、以下の意味を有する:
およびRは、各々、互いに独立して1〜12個のC原子を有するアルキルを示し、ここでさらに、1つまたは2つの隣接していないCH基は、−O−、−CH=CH−、−CO−、−O−CO−または−CO−O−によって、O原子が互いに直接結合しないように置き換えられていてもよく、
は、−CHCH−、−CH=CH−、−CFO−、−OCF−、−CHO−、−OCH−、−CO−O−、−O−CO−、−C−、−CF=CF−、−CH=CH−CHO−または単結合、好ましくは単結合を示す。
式ZKで表される化合物は、好ましくは以下の従属式からなる群から選択される:
式中、alkylおよびalkyl*は、各々、互いに独立して1〜6個のC原子を有する直鎖状アルキルラジカルを示し、alkenylは、2〜6個のC原子を有する直鎖状アルケニルラジカルを示す。alkenylは、好ましくはCH=CH−、CH=CHCHCH−、CH−CH=CH−、CH−CH−CH=CH−、CH−(CH−CH=CH−、CH−(CH−CH=CH−またはCH−CH=CH−(CH−を示す。
c)さらに、以下の式で表される1種または2種以上の化合物を含むLC媒体:
式中、各出現における個々のラジカルは、同一にまたは異なって以下の意味を有する:
およびRは、各々、互いに独立してRについて上記で示した意味の1つを有し、
eは、1または2を示す。
式DKで表される化合物は、好ましくは以下の従属式からなる群から選択される:
式中、alkylおよびalkyl*は、各々、互いに独立して1〜6個のC原子を有する直鎖状アルキルラジカルを示し、alkenylおよびalkenyl*は、各々、互いに独立して2〜6個のC原子を有する直鎖状アルケニルラジカルを示す。alkenylおよびalkenyl*は、好ましくはCH=CH−、CH=CHCHCH−、CH−CH=CH−、CH−CH−CH=CH−、CH−(CH−CH=CH−、CH−(CH−CH=CH−またはCH−CH=CH−(CH−を示す。
d)さらに、以下の式で表される1種または2種以上の化合物を含むLC媒体:
式中、個々のラジカルは、以下の意味を有する:
fは、0または1を示し、
およびRは、各々、互いに独立して1〜12個のC原子を有するアルキルを示し、ここでさらに、1つまたは2つの隣接していないCH基は、−O−、−CH=CH−、−CO−、−OCO−または−COO−によって、O原子が互いに直接結合しないように置き換えられていてもよく、
およびZは、各々、互いに独立して−CHCH−、−CH=CH−、−CFO−、−OCF−、−CHO−、−OCH−、−CO−O−、−O−CO−、−C−、−CF=CF−、−CH=CH−CHO−または単結合、好ましくは単結合を示し、
およびLは、各々、互いに独立してF、Cl、OCF、CF、CH、CHF、CHFを示す。
好ましくは、ラジカルLおよびLの両方はFを示し、またはラジカルLおよびLの一方はFを示し、他方はClを示す。
式LYで表される化合物は、好ましくは以下の従属式からなる群から選択される:
式中、Rは、上記で示した意味を有し、alkylは、1〜6個のC原子を有する直鎖状アルキルラジカルを示し、(O)は、酸素原子または単結合を示し、vは、1〜6の整数を示す。Rは、好ましくは1〜6個のC原子を有する直鎖状アルキルまたは2〜6個のC原子を有する直鎖状アルケニル、特にCH、C、n−C、n−C、n−C11、CH=CH−、CH=CHCHCH−、CH−CH=CH−、CH−CH−CH=CH−、CH−(CH−CH=CH−、CH−(CH−CH=CH−またはCH−CH=CH−(CH−を示す。
e)さらに、以下の式からなる群から選択された1種または2種以上の化合物を含むLC媒体:
式中、alkylは、C1〜6アルキルを示し、Lは、HまたはFを示し、Xは、F、Cl、OCF、OCHFまたはOCH=CFを示す。特に好ましいのは、XがFを示す式G1で表される化合物である。
f)さらに、以下の式からなる群から選択された1種または2種以上の化合物を含むLC媒体:
式中、Rは、Rについて上記で示した意味の1つを有し、alkylは、C1〜6アルキルを示し、dは、0または1を示し、zおよびmは、各々、互いに独立して1〜6の整数を示す。これらの化合物中のRは、特に好ましくはC1〜6アルキルもしくはアルコキシまたはC2〜6アルケニルであり、dは好ましくは1である。本発明のLC媒体は、好ましくは上述の式で表される1種または2種以上の化合物を、≧5重量%の量において含む。
g)さらに、以下の式からなる群から選択された1種または2種以上のビフェニル化合物を含むLC媒体:
式中、alkylおよびalkyl*は、各々、互いに独立して1〜6個のC原子を有する直鎖状アルキルラジカルを示し、alkenylおよびalkenyl*は、各々、互いに独立して2〜6個のC原子を有する直鎖状アルケニルラジカルを示す。alkenylおよびalkenyl*は、好ましくはCH=CH−、CH=CHCHCH−、CH−CH=CH−、CH−CH−CH=CH−、CH−(CH−CH=CH−、CH−(CH−CH=CH−またはCH−CH=CH−(CH−を示す。
LC混合物中の式B1〜B3で表されるビフェニルの比率は、好ましくは少なくとも3重量%、特に≧5重量%である。
式B2で表される化合物が、特に好ましい。
式B1〜B3で表される化合物は、好ましくは以下の従属式からなる群から選択される:
式中、alkyl*は、1〜6個のC原子を有するアルキルラジカルを示す。本発明の媒体は、特に好ましくは式B1aおよび/またはB2cで表される1種または2種以上の化合物を含む。
h)さらに、以下の式で表される1種または2種以上のターフェニル化合物を含むLC媒体:
式中、RおよびRは、各々、互いに独立してRについて上記で示した意味の1つを有し、
は、各々、互いに独立して
を示し、
ここで、Lは、FまたはCl、好ましくはFを示し、Lは、F、Cl、OCF、CF、CH、CHFまたはCHF、好ましくはFを示す。
式Tで表される化合物は、好ましくは以下の従属式からな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アルキルまたはアルコキシラジカルを示し、Rは、2〜7個のC原子を有する直鎖状アルケニルラジカルを示し、(O)は、酸素原子または単結合を示し、mは、1〜6の整数を示す。Rは、好ましくはCH=CH−、CH=CHCHCH−、CH−CH=CH−、CH−CH−CH=CH−、CH−(CH−CH=CH−、CH−(CH−CH=CH−またはCH−CH=CH−(CH−を示す。
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示す。
本発明のLC媒体は、好ましくは式Tおよびその好ましい従属式で表されるターフェニルを、0.5〜30重量%、特に1〜20重量%の量において含む。
特に好ましいのは、式T1、T2、T3およびT21で表される化合物である。これらの化合物において、Rは、好ましくは、各々1〜5個のC原子を有するアルキル、さらにアルコキシを示す。
ターフェニルを、好ましくは、混合物のΔn値が≧0.1であるべきである場合に、本発明の混合物において使用する。好ましい混合物は、好ましくは化合物T1〜T22の群から選択された、式Tで表される1種または2種以上のターフェニル化合物を2〜20重量%含む。
i)さらに、以下の式からなる群から選択された1種または2種以上の化合物を含むLC媒体:
式中、RおよびRは、上記で示した意味を有し、好ましくは各々、互いに独立して1〜6個のC原子を有する直鎖状アルキルまたは2〜6個のC原子を有する直鎖状アルケニルを示す。
好ましい媒体は、式O1、O3およびO4から選択された1種または2種以上の化合物を含む。
k)さらに、以下の式:
式中、
は、H、CH、Cまたはn−Cを示し、(F)は、任意のフッ素置換基を示し、およびqは、1、2または3を示し、およびRは、Rについて示した意味の1つを有する、
で表される1種または2種以上の化合物を、好ましくは>3重量%、特に≧5重量%および極めて特に好ましくは5〜30重量%の量において含むLC媒体。
式FIで表される特に好ましい化合物は、以下の従属式からなる群から選択される:
式中、Rは、好ましくは直鎖状アルキルを示し、Rは、CH、Cまたはn−Cを示す。特に好ましいのは、式FI1、FI2およびFI3で表される化合物である。
l)さらに、以下の式からなる群から選択された1種または2種以上の化合物を含むLC媒体:
式中、Rは、Rについて示した意味を有し、alkylは、1〜6個のC原子を有する直鎖状アルキルラジカルを示す。
m)さらに、テトラヒドロナフチルまたはナフチル単位を含む1種または2種以上の化合物、例えば以下の式からなる群から選択された化合物を含むLC媒体:
式中、R10およびR11は、各々、互いに独立してRについて示した意味の1つを有し、好ましくは1〜6個のC原子を有する直鎖状アルキルもしくはアルコキシ、または2〜6個のC原子を有する直鎖状アルケニルを示し、ZおよびZは、各々、互いに独立して−C−、−CH=CH−、−(CH−、−(CHO−、−O(CH−、−CH=CH−CHCH−、−CHCHCH=CH−、−CHO−、−OCH−、−CO−O−、−O−CO−、−C−、−CF=CF−、−CF=CH−、−CH=CF−、−CH−または単結合を示す。
n)さらに、以下の式:
式中
11およびR12は、各々、互いに独立して、上に示した意味を有し、
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、
は、−C−、−CHO−、−OCH−、−CO−O−または−O−CO−であり、
cは、0または1である、
で表される1種または2種以上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、好ましくは3〜20重量%の量において、特に3〜15重量%の量において含む、LC媒体。
式BC、CRおよびRCで表される特に好ましい化合物は、以下の従属式からなる群から選択される:
式中、alkylおよびalkyl*は、各々、互いに独立して、1〜6個のC原子を有する直鎖状アルキルラジカルを示し、(O)は、酸素原子または単結合を示し、cは、1または2であり、alkenylおよびalkenyl*は、各々、互いに独立して、2〜6個のC原子を有する直鎖状アルケニルラジカルを示す。alkenylおよびalkenyl*は、好ましくはCH=CH−、CH=CHCHCH−、CH−CH=CH−、CH−CH−CH=CH−、CH−(CH−CH=CH−、CH−(CH−CH=CH−またはCH−CH=CH−(CH−を示す。
極めて特に好ましいのは、式BC−2で表される1種、2種または3種の化合物を含む混合物である。
o)さらに、以下の式で表される1種または2種以上のフッ素化フェナントレンおよび/またはジベンゾフランを含むLC媒体:
式中、R11およびR12は、各々、互いに独立して上記で示した意味を有し、bは0または1を示し、LはFを示し、rは1、2または3を示す。
式PHおよびBFで表される特に好ましい化合物は、以下の従属式からなる群から選択される:
式中、RおよびR’は、各々、互いに独立して1〜7個のC原子を有する直鎖状アルキルまたはアルコキシラジカルを示す。
p)さらに、以下の式
式中
およびRは、各々、互いに独立して、1〜12個のC原子を有し、ここでさらに1つまたは2つの隣接していないCH基が−O−、−CH=CH−、−CO−、−OCO−または−COO−によって、O原子が互いに直接結合しないように置き換えられていてもよいアルキル、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を示し、
およびLは、各々、互いに独立して、F、Cl、OCF、CF、CH、CHF、CHFを示す。
で表される1種または2種以上の単環式の化合物を含む、LC媒体
好ましくは、LおよびLの両方はFを示すか、またはLおよびLの一方はFを示し、他方はClを示す、
式Yで表される化合物は、好ましくは以下の従属式からなる群から選択される:
式中、AlkylおよびAlkyl*は、各々、互いに独立して、1〜6個のC原子を有する直鎖状アルキルラジカルを示し、Alkoxyは、1〜6個のC原子を有する直鎖状アルコキシラジカルを示し、AlkenylおよびAlkenyl*は、各々、互いに独立して、2〜6個のC原子を有する直鎖状アルケニルラジカルを示し、Oは、酸素原子または単結合を示す。AlkenylおよびAlkenyl*は、好ましくはCH=CH−、CH=CHCHCH−、CH−CH=CH−、CH−CH−CH=CH−、CH−(CH−CH=CH−、CH−(CH−CH=CH−またはCH−CH=CH−(CH−を示す。
式Yで表される特に好ましい化合物は、以下の従属式からなる群から選択される:
式中、Alkoxyは、好ましくは3、4または5個のC原子を有する直鎖状アルコキシを示す。
q)本発明の、特に式Iまたはその従属式で表される重合性化合物およびコモノマー以外には、末端ビニルオキシ基(−O−CH=CH)を含む化合物を含まない、LC媒体。
r)好ましくは本発明の、特に式Iまたはその従属式で表される重合性化合物から選択された1〜5種、好ましくは1、2または3種の重合性化合物を含む、LC媒体。
s)特に式Iまたはその従属式で表される重合性化合物の全体としての混合物中での割合が0.05〜5%、特に好ましくは0.1〜1%である、LC媒体。
t)1〜8種、好ましくは1〜5種の式CY1、CY2、PY1および/またはPY2で表される化合物を含むLC媒体。これらの化合物の全体としての混合物中での比率は、好ましくは5〜60%、特に好ましくは10〜35%である。これらの個々の化合物の含量は、好ましくは各場合において2〜20%である。
u)1〜8種、好ましくは1〜5種の式CY9、CY10、PY9および/またはPY10で表される化合物を含むLC媒体。これらの化合物の全体としての混合物中での比率は、好ましくは5〜60%、特に好ましくは10〜35%である。これらの個々の化合物の含量は、好ましくは各場合において2〜20%である。
v)1〜10種、好ましくは1〜8種の式ZKで表される化合物、特に式ZK1、ZK2および/またはZK6で表される化合物を含むLC媒体。これらの化合物の全体としての混合物中での比率は、好ましくは3〜25%、特に好ましくは5〜45%である。これらの個々の化合物の含量は、好ましくは各場合において2〜20%である。
w)式CY、PYおよびZKで表される化合物の全体としての混合物中での比率が、70%より大きく、好ましくは80%より大きいLC媒体。
x)LCホスト混合物が、アルケニル基を含み、好ましくはRおよびRの一方または両方が2〜6個のC原子を有する直鎖状アルケニルを示す式CY、PYおよびLY、RおよびRの一方または両方が2〜6個のC原子を有する直鎖状アルケニルを示す式ZKおよびDK、ならびに式B2およびB3からなる群から選択された、極めて好ましくは式CY15、CY16、CY34、CY32、PY15、PY16、ZK3、ZK4、DK3、DK6、B2およびB3から選択された、最も好ましくは式ZK3、ZK4、B2およびB3から選択された1種または2種以上の化合物を含む、LC媒体。これらの化合物のLCホスト混合物中での濃度は、好ましくは2〜70%、極めて好ましくは3〜55%である。
y)1種または2種以上、好ましくは1〜5種の、式PY1〜PY8から選択された、極めて好ましくは式PY2で表される化合物を含む、LC媒体。これらの化合物の全体としての混合物中での割合は、好ましくは1〜30%、特に好ましくは2〜20%である。これらの個々の化合物の含有量は、好ましくは各場合において1〜20%である。
z)1種または2種以上、好ましくは1、2または3種の式T2で表される化合物を含む、LC媒体。これらの化合物の全体としての混合物中での含有量は、好ましくは1〜20%である。
第2の好ましい態様において、LC媒体は、正の誘電異方性を有する化合物に基づいたLCホスト混合物を含む。かかるLC媒体は、PSA−OCB、PSA−TN、PSA−ポジ−VA、PSA−IPSまたはPSA−FFSディスプレイにおける使用に特に適している。
式AAおよびBBで表される化合物からなる群から選択された1種または2種以上の化合物を含み、
ならびに任意に、式AAおよび/またはBBで表される化合物に加えて、1種または2種以上の式CC
式中、個々のラジカルは以下の意味を有する:
各々、互いに独立して、および各出現において同一にまたは異なって
各々、互いに独立して、および各出現において同一にまたは異なって
21、R31、R41、R42 各々、互いに独立して、1〜9個のC原子を有するアルキル、アルコキシ、オキサアルキルもしくはフルオロアルキルまたは2〜9個のC原子を有するアルケニル、
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、
31 −CHCH−、−CFCF−、−COO−、トランス−CH=CH−、トランス−CF=CF−、−CHO−または単結合、好ましくは−CHCH−、−COO−、トランス−CH=CH−または単結合、特に好ましくは−COO−、トランス−CH=CH−または単結合、
41、Z42 −CHCH−、−COO−、トランス−CH=CH−、トランス−CF=CF−、−CHO−、−CFO−、−C≡C−または単結合、好ましくは単結合、
21、L22、L31、L32 HまたはF、
g 1、2または3、
h 0、1、2または3、
で表される化合物を含む、この第2の好ましい態様のLC媒体が、特に好ましい。
は、好ましくはF、Cl、CF、CHF、OCF、OCHF、OCFHCF、OCFHCHF、OCFHCHF、OCFCH、OCFCHF、OCFCHF、OCFCFCHF、OCFCFCHF、OCFHCFCF、OCFHCFCHF、OCFCFCF、OCFCFCClF、OCClFCFCFまたはCH=CF、極めて好ましくはFまたはOCFである。
式AAで表される化合物は、好ましくは以下の式からなる群から選択される:
式中、A21、R21、X、L21およびL22は、式AAにおいて示した意味を有し、L23およびL24は、各々、互いに独立してHまたはFであり、ならびにXは、好ましくはFである。特に好ましいのは、式AA1およびAA2で表される化合物である。
式AA1で表される特に好ましい化合物は、以下の従属式からなる群から選択される:
式中、Rは、式AA1中のR21について示した意味の1つを有し、X、L21およびL22は、式AA1において示した意味を有し、L23、L24、L25およびL26は、各々、互いに独立してHまたはFであり、ならびにXは、好ましくはFである。
式AA1で表される極めて特に好ましい化合物は、以下の従属式からなる群から選択される:
式中、Rは、式AA1中のR21について示した意味を有する。
式AA2で表される極めて好ましい化合物は、以下の従属式からなる群から選択される:
式中、Rは、式AA1中のR21について示した意味を有し、X、L21およびL22は、式AAにおいて示した意味を有し、L23、L24、L25およびL26は、各々、互いに独立してHまたはFであり、ならびにXは、好ましくはFである。
式AA2で表される極めて特に好ましい化合物は、以下の従属式からなる群から選択される:
式中、Rは、式AA1中のR21について示した意味を有する。
式AA3で表される特に好ましい化合物は、以下の従属式からなる群から選択される:
式中、Rは、式AA1中のR21について示した意味を有し、X、L21およびL22は、式AA3中で示した意味を有し、ならびにXは、好ましくはFである。
式AA4で表される特に好ましい化合物は、以下の従属式からなる群から選択される:
式中、Rは、式AA1中のR21について示した意味を有する。
式BBで表される化合物は、好ましくは以下の式からなる群から選択される:
式中、A31、A32、R31、X、L31およびL32は、式BB中で示した意味を有し、Xは、好ましくはFである。式BB1およびBB2で表される化合物が、特に好ましい。
式BB1で表される特に好ましい化合物は、以下の従属式からなる群から選択される:
式中、Rは、式BB1中のR31について示した意味を有し、X、L31およびL32は、式BB1中で示した意味を有し、ならびにXは、好ましくはFである。
式BB1aで表される極めて特に好ましい化合物は、以下の従属式からなる群から選択される:
式中、Rは、式BB1中のR31について示した意味を有する。
式BB1bで表される極めて特に好ましい化合物は、以下の従属式からなる群から選択される:
式中、Rは、式BB1中のR31について示した意味を有する。
式BB2で表される特に好ましい化合物は、以下の従属式からなる群から選択される:
式中、Rは、式BB2中でR21について示した意味の1つを有し、X、L31およびL32は、式BB2中に示した意味を有し、L33、L34、L35およびL36は、各々、互いに独立してHまたはFであり、ならびにXは、好ましくはFである。
式BB2で表される極めて特に好ましい化合物は、以下の従属式からなる群から選択される:
式中、Rは、式BB2中のR31について示した意味を有する。
式BB2bで表される極めて特に好ましい化合物は、以下の従属式からなる群から選択される:
式中、Rは、式BB2中のR31について示した意味を有する。
式BB2cで表される極めて特に好ましい化合物は、以下の従属式からなる群から選択される:
式中、Rは、式BB2中のR31について示した意味を有する。
式BB2dおよびBB2eで表される極めて特に好ましい化合物は、以下の従属式からなる群から選択される:
式中、Rは、式BB2中のR31について示した意味を有する。
式BB2fで表される極めて特に好ましい化合物は、以下の従属式からなる群から選択される:
式中、Rは、式BB2中のR31について示した意味を有する。
式BB2gで表される極めて特に好ましい化合物は、以下の従属式からなる群から選択される:
式中、Rは、式BB2中のR31について示した意味を有する。
式BB2hで表される極めて特に好ましい化合物は、以下の従属式からなる群から選択される:
式中、Rは、式BB2中のR31について示した意味を有する。
式BB2iで表される極めて特に好ましい化合物は、以下の従属式からなる群から選択される:
式中、Rは、式BB2中のR31について示した意味を有する。
式BB2kで表される極めて特に好ましい化合物は、以下の従属式からなる群から選択される:
式中、Rは、式BB2中のR31について示した意味を有する。
式BB1および/またはBB2で表される化合物に対して代替的に、またはそれに加えて、LC媒体はまた、1種または2種以上の上に定義した式BB3で表される化合物を含んでもよい。
式BB3で表される特に好ましい化合物は、以下の従属式からなる群から選択される:
式中、Rは、式BB3中のR31について示した意味を有する。
好ましくは、この第2の好ましい態様によるLC媒体は、式AAおよび/またはBBで表される化合物に加えて、−1.5〜+3の範囲内の誘電異方性を有し、好ましくは上に定義した式CCで表される化合物の群から選択される1種または2種以上の誘電的にニュートラルな化合物を含む。
式CCで表される特に好ましい化合物は、以下の従属式からなる群から選択される:
式中、R41およびR42は、式CC中で示した意味を有し、好ましくは、各々、互いに独立して、1〜7個のC原子を有するアルキル、アルコキシ、フッ素化アルキルもしくはフッ素化アルコキシ、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素化アルケニルを示し、Lは、HまたはFである。
好ましくは、この第2の好ましい態様によるLC媒体は、式CCで表される誘電的にニュートラルな化合物に加えて、またはそれに対して代替的に、−1.5〜+3の範囲内の誘電異方性を有し、式DDで表される化合物の群から選択された1種または2種以上の誘電的にニュートラルな化合物を含む。
式中、A41、A42、Z41、Z42、R41、R42およびhは、式CCにおいて示した意味を有する。
式DDで表される特に好ましい化合物は、以下の従属式からなる群から選択される:
式中、R41およびR42は、式DDにおいて示した意味を有し、R41は、好ましくはアルキルを示し、式DD1において、R42は、好ましくはアルケニル、特に好ましくは−(CH−CH=CH−CHを示し、式DD2において、R42は、好ましくはアルキル、−(CH−CH=CHまたは−(CH−CH=CH−CHを示す。
式AAおよびBBで表される化合物を、好ましくは、本発明のLC媒体中で、全体としての混合物中で2%〜60%、より好ましくは3%〜35%、および極めて特に好ましくは4%〜30%の濃度で使用する。
式CCおよびDDで表される化合物を、好ましくは、本発明のLC媒体中で、全体としての混合物中で2%〜70%、より好ましくは5%〜65%、尚より好ましくは10%〜60%、および極めて特に好ましくは10%から、好ましくは15%から、55%までの濃度で使用する。
上述した好ましい態様の化合物の上記で記載した重合した化合物との組み合わせによって、本発明のLC媒体における低いしきい値電圧、低い回転粘度および極めて良好な低温安定性、これと同時に常に高い透明点および高いHR値が生じ、PSAディスプレイにおける特に低いプレティルト角の迅速な確立が可能となる。特に、LC媒体は、PSAディスプレイにおいて従来技術からの媒体と比較して著しく短縮された応答時間、特にまたグレーシェード応答時間を示す。
液晶混合物は、好ましくは少なくとも80K、特に好ましくは少なくとも100Kのネマチック相範囲、および20℃で250mPa・s以下の、好ましくは200mPa・s以下の回転粘度を有する。
本発明のVAタイプのディスプレイにおいて、スイッチオフ状態におけるLC媒体の層中の分子は、電極表面に対して垂直に(ホメオトロピックに)整列しているか、またはティルトしたホメオトロピック配向を有する。電極への電圧の印加の際に、LC分子の再整列が、電極表面に平行な長軸方向の分子軸を有して起こる。
特にPSA−VAタイプのディスプレイにおいて使用するための、第1の好ましい態様による負の誘電異方性を有する化合物に基づいた本発明のLC媒体は、20℃および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。
PSA−VAタイプのディスプレイにおいて使用するための本発明のLC媒体における複屈折Δnは、好ましくは0.16未満、特に好ましくは0.06〜0.14、極めて特に好ましくは0.07〜0.12である。
本発明のOCBタイプのディスプレイにおいて、LC媒体の層中の分子は、「ベンド」整列を有する。電圧の印加の際に、LC分子の再整列が、電極表面に垂直な分子の長軸で起こる。
PSA−OCBタイプのディスプレイにおいて使用するための本発明のLC媒体は、好ましくは第2の好ましい態様による正の誘電異方性を有する化合物に基づいたものであり、好ましくは20℃および1kHzで+4〜+17の正の誘電異方性Δεを有する。
PSA−OCBタイプのディスプレイにおいて使用するための本発明のLC媒体における複屈折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。
PSA−TN、PSA−ポジ−VA、PSA−IPSまたはPSA−FFSタイプのディスプレイで使用するための、第2の好ましい態様による正の誘電異方性を有する化合物に基づいた本発明のLC媒体は、好ましくは、20℃および1kHzで+2〜+30、特に好ましくは+3〜+20の正の誘電異方性Δεを有する。
PSA−TN、PSA−ポジ−VA、PSA−IPSまたはPSA−FFSタイプ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。
本発明のLC媒体はまた、当業者に知られており、文献に記載されているさらなる添加剤、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を含んでもよい。これらは、重合性または非重合性であってもよい。したがって重合性添加剤は、したがって重合性成分または成分A)に属するものとみなされる。非重合性添加剤は、非重合性成分または成分B)に属するものとみなされる。
好ましい態様において、LC媒体は、1種または2種以上のキラルドーパントを、好ましくは0.01〜1%、極めて好ましくは0.05〜0.5%の濃度で含む。キラルドーパントは、好ましくは、以下の表Bからの化合物からなる群から、極めて好ましくは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からなる群から選択される。
別の好ましい態様において、LC媒体は、1種または2種以上のキラルドーパントのラセミ体を含み、それは、好ましくは前の段落において述べたキラルドーパントから選択される。
さらに、LC媒体に、例えば0〜15重量%の多色性染料、さらにナノ粒子、導電性塩、好ましくは4−ヘキソキシ安息降参エチルジメチルドデシルアンモニウム、テトラブチルアンモニウムテトラフェニルボレートもしくはクラウンエーテルの錯塩(例えばHaller et al., Mol. Cryst. Liq. Cryst. 24, 249-258 (1973)を参照)を、導電性を改善するために、または誘電異方性、粘度および/もしくはネマチック相の整列を修正するための物質を加えることが、可能である。このタイプの物質は、例えばDE-A 22 09 127、22 40 864、23 21 632、23 38 281、24 50 088、26 37 430および28 53 728に記載されている。
本発明のLC媒体の好ましい態様a)〜z)の個々の成分は、知られているか、またはその製造方法は、関連する当業者によって従来技術から容易に誘導され得る。その理由は、それらが文献に記載されている標準的な方法に基づくからである。式CYで表される対応する化合物は、例えばEP-A-0 364 538に記載されている。式ZKで表される対応する化合物は、例えばDE-A-26 36 684およびDE-A-33 21 373に記載されている。
本発明において使用することができるLC媒体を、自体慣用の方式で、例えば上述の化合物の1種または2種以上を上記で定義した1種または2種以上の重合性化合物と、ならびに任意に他の液晶性化合物および/または添加剤とを混合することにより製造する。一般的に、少ない方の量で使用する所望の量の成分を、主成分を構成する成分に、有利には高められた温度で溶解する。また、当該成分を有機溶媒、例えばアセトン、クロロホルムまたはメタノールに溶解した溶液を混合し、溶媒を、十分な混合の後に例えば蒸留によって再び除去することが可能である。本発明はさらに、本発明のLC媒体の製造方法に関する。
当業者には、本発明のLC媒体がまた、例えばH、N、O、Cl、Fが対応する同位体によって置き換えられている化合物を含んでもよいことは、言うまでもない。
本発明のLCディスプレイの構造は、冒頭で引用した従来技術に記載されているように、PSAディスプレイについての通常の配置に相当する。突起部を有しない形状、特に、さらにカラーフィルター側上の電極が構築されておらず、TFT側上の電極のみが溝を有するものが、好ましい。PSA−VAディスプレイに特に好適であり、好ましい電極構造は、例えばUS 2006/0066793 A1に記載されている。
以下の例は、本発明を、それを限定せずに説明する。しかしながら、それらは、好ましく使用するべき化合物およびそれらのそれぞれの濃度についての好ましい混合物概念ならびにその互いとの組み合わせを当業者に示す。さらに、当該例は、いずれの特性および特性の組み合わせが到達可能であるかを例示する。
以下の略語を使用する:
(n、m、z:各場合において互いに独立して1、2、3、4、5または6)
表A
本発明の好ましい態様において、本発明のLC媒体は、表Aからの化合物からなる群から選択された1種または2種以上の化合物を含む。
表B
表Bは、本発明のLC媒体に加えることができる、可能なキラルなドーパントを示す。
LC媒体は、好ましくは0〜10重量%、特に0.01〜5重量%、特に好ましくは0.1〜3重量%のドーパントを含む。LC媒体は好ましくは、表Bからの化合物からなる群から選択される1種または2種以上のドーパントを含む。
表C
表Cは、本発明のLC媒体に加えることができる可能な安定剤を示す。(nはここで、1〜12、好ましくは1、2、3、4、5、6、7または8の整数を示し、末端のメチル基を示さない)。
LC媒体は好ましくは、0〜10重量%、特に1ppm〜5重量%、特に好ましくは1ppm〜1重量%の安定剤を含む。LC媒体は好ましくは、表Cからの化合物からなる群から選択される1種または2種以上の安定剤を含む。
表D
表Eは、好ましくは反応性のメソゲン性化合物として本発明のLC媒体において使用することができる例示的な化合物を示す。
本発明の好ましい態様において、メソゲン性媒体は、表Dからの化合物の群から選択された1種または2種以上の化合物を含む。
さらに、以下の略語および記号を使用する:
20℃における容量性[V]のしきい値電圧、
20℃および589nmにおける異常光屈折率、
20℃および589nmにおける常光屈折率、
Δn 20℃および589nmにおける光学異方性、
ε 20℃および1kHzにおけるダイレクターに垂直な誘電体の誘電率、
ε││ 20℃および1kHzにおけるダイレクターに平行な誘電体の誘電率、
Δε 20℃および1kHzにおける誘電異方性、
cl.p.、T(N,I) 透明点[℃]、
γ 20℃における回転粘度[mPa・s]、
弾性定数、20℃における「スプレイ」変形[pN]、
弾性定数、20℃における「ツイスト」変形[pN]、
弾性定数、20℃における「ベンド」変形[pN]。
他に明確に注記しない限り、本出願中のすべての濃度を、重量パーセントにおいて引用し、すべての固体または液晶性成分を含み、溶媒を含まない全体としての対応する混合物に関する。
他に明確に注記しない限り、例えば融点T(C,N)、スメクチック相(S)からネマチック相(N)への転移T(S,N)および透明点T(N,I)についての本出願中で示したすべての温度値を、摂氏度(℃)で値を付ける。m.p.は、融点を示し、cl.p.=透明点である。さらに、C=結晶状態、N=ネマチック相、S=スメクチック相およびI=アイソトロピック相である。これらの記号間のデータは、転移温度を表す。
すべての物理的特性を、"Merck Liquid Crystals、Physical Properties of Liquid Crystals"、ステータス1997年11月、Merck KGaA 、ドイツ国に従って決定し、決定しており、20℃の温度について適用され、各場合において他に明確に注記しない限り、Δnを589nmで決定し、Δεを1kHzで決定する。
本発明についての用語「しきい値電圧」は、他に明確に示さない限り、フレデリクスしきい値としても知られている容量性しきい値(V)に関する。実施例において、光学的しきい値をまた、一般的に通常であるように10%相対的コントラスト(V10)について引用してもよい。
他に述べない限り、本明細書中に記載したPSAディスプレイ中の重合性化合物を重合するプロセスを、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、最も好ましくは室温で行う。
他に述べない限り、テストセルを製造し、それらの電気光学的および他の特性を測定する方法を、以下に記載する方法によって、またはそれと同様にして行う。
容量性しきい値電圧の測定のために使用するディスプレイは、25μmで離間した2面平行ガラス外板からなり、その各々は、内側上に電極層および最上部上にラビングしていないポリイミド整列層を有し、それは、液晶分子のホメオトロピック端部整列をもたらす。
ティルト角の測定のために使用するディスプレイまたはテストセルは、4μmで離間した2面平行なガラス外板からなり、その各々は、内側上に電極層および最上部上にポリイミド整列層を有し、ここで2つのポリイミド膜は、互いに逆平行にラビングされ、液晶分子のホメオトロピック端部整列をもたらす。
重合性化合物を、ディスプレイまたはテストセル中で、あらかじめ特定した時間にわたる規定された強度のUVA光での照射によって重合させ、電圧を、同時にディスプレイに印加する(通常10V〜30Vの交流、1kHz)。実施例において、他に示さない限り、メタルハライドランプおよび100mW/cmの強度を、重合のために使用する。強度を、標準的なUVAメーター(UVAセンサーを備えたHoenleUVメーターハイエンド)を使用して測定する。
ティルト角を、結晶回転実験によって決定する(Autronic-Melchers TBA-105)。低い値(すなわち90°の角度からの大きい偏差)は、ここでは大きいティルトに相当する。
VHR値を、以下のように測定する:0.3%の重合性モノマー化合物を、LCホスト混合物に加え、得られた混合物を、VA−VHRテストセル(ラビングしていない、VAポリイミド整列層、LC層厚さd≒6μm)中に導入する。HR値を、5分後に100℃で、1V、60Hz、64μsパルスでのUV露光の前および後に決定する(測定機器:Autronic-Melchers VHRM-105)。
例1
重合性モノマー化合物(1)を、以下のように製造する。
1.1 2−[(4−ブロモフェニル)メチル]−プロパン二酸1,3−ジエチルエステル(4) 2−[(4−ブロモフェニル)メチル]−プロパン二酸1,3−ジエチルエステル(4)(CAS 70146−78−0)を、文献(WO 2010/105179;Tetrahedron: Asymmetry 2001, 12(4), 585)に従って、商業的に入手できる1−ブロモ−4−(ブロモメチル)−ベンゼン(2)(CAS 589−15−1)およびマロン酸ジエチル(3)(CAS 105−53−3)から製造した。
1.2 2−[(4’−フェニルメトキシ−ビフェニル−4−イル)メチル]−プロパン二酸1,3−ジエチルエステル(5)
メタホウ酸ナトリウム四水和物(60.5g、0.43mol)を蒸留水(230mL)に溶解した溶液に、乾燥テトラヒドロフラン(1025mL)、2−[(4−ブロモフェニル)メチル]−プロパン二酸1,3ジエチルエステル(4)(130.0g、0.39mol)および[4−(ベンジルオキシ)フェニル]−ボロン酸(CAS 146631−00−7)(90.1g、0.39mol)、続いてビス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(II)ジクロリド(5.7g、7.9mmol)およびヒドラジン水和物(1.9mL、0.04mol)を、アルゴン雰囲気下で加える。反応混合物を、還流で20h加熱する。室温に冷却した後に、水相を分離し、メチルtertブチルエーテル(2×)で抽出する。合わせた有機抽出物を、蒸留水で洗浄し、硫酸ナトリウムで乾燥し、真空中で濃縮する。残留物を、シリカゲルクロマトグラフィー(ヘプタン/酢酸エチル 4/1)によって精製して、2−[(4’−フェニルメトキシ−ビフェニル−4−イル)メチル]−プロパン二酸1,3−ジエチルエステル(5)(84.0g)の白色結晶を得る。
1.3 2−[(4’−フェニルメトキシ−ビフェニル−4−イル)メチル]−プロパン−1,3−ジオール(6) 水素化アルミニウムリチウム(7.5g、0.20mol)をトルエン(40mL)およびテトラヒドロフラン(100mL)に懸濁させた懸濁液に、2−[(4’−フェニルメトキシ−ビフェニル−4−イル)メチル]−プロパン二酸1,3−ジエチルエステル(5)(66.0g、0.15mol)をテトラヒドロフラン(330mL)に溶解した溶液を、0℃で滴加する。次に反応混合物を、50℃で2時間撹拌し、蒸留水/テトラヒドロフラン(1/1、6mL)、続いて炭酸ナトリウム十水和物(22.6g、0.21mol)の水溶液(35mL)の添加によって注意深く加水分解する。沈殿物を濾別し、残留物を高い温度でテトラヒドロフランで処理する。沈殿物を、濾過によって再び除去し、温かいメチルtert−ブチルエーテルで洗浄する。合わせた母液を真空中で濃縮し、残留物をイソプロパノールから再結晶させる。2−[(4’−フェニルメトキシ−ビフェニル−4−イル)メチル]−プロパン−1,3−ジオール(6)(38.4g)を、白色固体として単離する。
1.4 2−[(4’−ヒドロキシ−ビフェニル−4−イル)メチル]−プロパン−1,3−ジオール(7) 2−[(4’−フェニルメトキシ−ビフェニル−4−イル)メチル]−プロパン−1,3−ジオール(6)(19.1g、50mmol)をテトラヒドロフラン(200mL)に溶解した溶液を、活性炭(5.0g)上のパラジウム(5%)で処理し、20時間水素化処理に供する。次に触媒を濾別し、残りの溶液を真空中で濃縮する。残留物をアセトニトリルから再結晶させて、2−[(4’−ヒドロキシ−ビフェニル−4−イル)メチル]−プロパン−1,3−ジオール(7)(12.3g)の白色結晶を得る。
1H-NMR (DMSO-d6, 400 MHz): δ(ppm) = 9.44 (s, 1 H, OH), 7.47 - 7.43 (m, 4 H, Ar-H), 7.21 (d, J = 8.2 Hz, 2 H, Ar-H), 6.84 - 6.81 (m, 2 H, Ar-H), 4.37 (t, J = 5.1 Hz, 2 H, CH2), 3.41 - 3.33 (m, 4 H, 2x OCH2), 2.57 (s, 1 H, OH), 2.56 (s, 1 H, OH), 1.79 - 1.72 (m, 1 H, CH).
1.5 2−メチル−アクリル酸4’−[3−(2−メチル−アクリロイルオキシ)−2−(2−メチル−アクリロイルオキシメチル)−プロピル]−ビフェニル−4−イルエステル(1)
メタクリル酸(22.9mL、271mmol)および4−(ジメチルアミノ)ピリジン(0.58g、4.8mmol)を、2−[(4’−ヒドロキシ−ビフェニル−4−イル)メチル]−プロパン−1,3−ジオール(7)(12.3g、48mmol)をジクロロメタン(500mL)に懸濁させた懸濁液に加える。反応混合物を、N−(3−ジメチルアミノプロピル)−N’−エチルカルボジイミド(47.7mL、271mmol)をジクロロメタン(120mL)に溶解した溶液で0℃で滴加して処理し、周囲温度で20時間撹拌する。次に過剰の溶媒を、反応混合物から真空中で除去し、残留物を、シリカゲルクロマトグラフィー(ヘプタン/酢酸エチル 7/3)によって精製する。エタノールおよびヘプタンからの粗生成物の再結晶によって、2−メチル−アクリル酸4’−[3−(2−メチル−アクリロイルオキシ)−2−(2−メチル−アクリロイルオキシメチル)−プロピル]−ビフェニル−4−イルエステル(1)(8.3g、m.p. 49℃)の白色結晶が得られる。
1H-NMR (DMSO-d6, 400 MHz): δ(ppm) = 7.73 - 7.70 (m, 2 H, Ar-H), 7.63 (d, J = 8.3 Hz, 2 H, Ar-H), 7.33 (d, J = 8.3 Hz, 2 H, Ar-H), 7.28 - 7.25 (m, 2 H, Ar-H), 6.32 - 6.30 (m, 1 H, Holefin), 6.06 - 6.04 (m, 2 H, Holefin), 5.92 (quint, J = 1.5 Hz, 1 H, Holefin), 5.69 (quint, J = 1.6 Hz, 2 H, Holefin), 4.17 (dd, J = 5.2 Hz, J = 11.2 Hz, 2 H, OCH2), 4.11 (dd, J = 6.2 Hz, J = 11.2 Hz, 2 H, OCH2), 2.79 (d, J = 7.3 Hz, 2 H, CH2), 2.49 - 2.45 (m, 1 H, CH), 2.05 - 2.03 (m, 3 H, CH3), 1.90 - 1.88 (m, 6 H, 2x CH3).
混合物例1+2
ネマチックLC混合物N1を、以下のように配合する。
ネマチックLC混合物N2を、以下のように配合する。
使用例1+2
重合性混合物M1およびM2を、例1のモノマー(1)をそれぞれLC混合物N1またはN2に0.3重量%の濃度で加えることによって製造する。得られた重合性混合物を、VA e/oテストセル(ラビングした逆平行、VA−ポリイミド整列層、LC層厚さd≒4μm)中に挿入する。比較目的のために、VA e/oテストセルを、それぞれLC混合物N1またはN2を含む比較混合物C1およびC2、ならびに0.3%の従来技術のモノマーAで製造する。
テストセルを、100mW/cmのの強度を有するUV光で、24Vrmsの電圧(交流)の印加で示した時間にわたって照射し、重合性モノマー化合物を重合させる。
ティルト角を、UV照射の前および後に、結晶回転実験(Autronic-Melchers TBA-105)によって決定する。
UV露光前および後の重合性LC混合物M1、M2およびC1のVHR値を、上に記載したように測定する。
ティルト角結果を、表1に示す。混合物のVHR値を、表2に示す。
表1
表2
表1から分かるように、重合後の小さなティルト角は、本発明の混合物M1またはM2を含むPSAディスプレイにおいて迅速に達成され、それは、従来技術による混合物C1またはC2を含むPSAディスプレイに匹敵する。
表2から分かるように、UV露光後の本発明の混合物M1またはM2のVHR値は、従来技術による混合物C1またはC2のVHR値より著しく高い。
溶解性を測定するために、例1のモノマー(1)および従来技術のモノマーAを、各々、商業的に入手できるネマチックLC混合物MJ011412(Merck Japan Ltd.)中の0.3〜3.0重量%の様々な濃度で溶解する。試料を室温で1000h保存し、それらが均質な溶液のままであるかどうかをチェックする。その後、試料を遠心分離し、濾過し、上清液体中の残留モノマー濃度を決定する。
RTでの1000h後の最大の残留モノマー濃度:
モノマーA:0.46%
モノマー(1):3.00%
これは、本発明のモノマー(1)が従来技術のモノマーAよりはるかに良好な溶解性を示すことを示す。

Claims (3)

  1. 式II
    Pg−Sp−(A−Z−A−Sp−CH(Sp−Pg)(Sp−Pg) II
    式中、Sp は、単結合を示し、
    Sp およびSp は、−(CH p2 −を示し、ここでp2は1、2、または3であり、
    Sp は、−(CH p4 −であり、ここでp4は、1、2、または3であり、
    、A、フェニル基(Lによって単置換または多置換されていてもよい)を示し、
    、単結合であり
    Lは、F、Cl、−CN、および1〜10個のC原子を有する直鎖状もしくは分枝状アルキル(ここでさらに、1つまたは2つ以上の隣接していないCH基は、各々、互いに独立して、−C(R00)=C(R000)−、−C≡C−、−N(R00)−、−O−、−S−、−CO−、−CO−O−、−O−CO−、−O−CO−O−によって、Oおよび/またはS原子が互いに直接結合しないように置き換えられていてもよく、かつここでさらに、1個または2個以上のH原子は、F、Cl、Br、I、またはNによって置き換えられていてもよい)から選択される非重合性基であり、
    00 およびR000は、各々、互いに独立して、Hまたは1〜12個のC原子を有するアルキルを示し
    は、1または2であり、
    Pg、PgおよびPg、OHを示す、
    で表される化合物。
  2. 以下の従属式
    式中、Lは、F、Cl、−CN、および1〜10個のC原子を有する直鎖状もしくは分枝状アルキル(ここでさらに、1つまたは2つ以上の隣接していないCH 基は、各々、互いに独立して、−C(R 00 )=C(R 000 )−、−C≡C−、−N(R 00 )−、−O−、−S−、−CO−、−CO−O−、−O−CO−、−O−CO−O−によって、Oおよび/またはS原子が互いに直接結合しないように置き換えられていてもよく、かつここでさらに、1個または2個以上のH原子は、F、Cl、Br、I、またはCNによって置き換えられていてもよい)から選択される非重合性基であり、
    Pg 、Pg およびPg は、OHを示し、、および
    rは0、1、2、3または4である、
    のいずれかで表される化合物からなる群から選択される化合物。
  3. 以下の式:
    で表される化合物であることを特徴とする、請求項1または2に記載の化合物。
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