TWI630265B - 液晶化合物及液晶介質 - Google Patents

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Abstract

本發明係關於含有O-雜環、三個部分氟化苯環及該等環之間的-CF2O-橋之液晶化合物。另外,本發明係關於由此製備之液晶介質及含有此等介質之液晶顯示裝置(LC顯示器)。

Description

液晶化合物及液晶介質
本發明係關於含有O-雜環、三個部分氟化苯環及該等環之間的-CF2O-橋之液晶化合物。另外,本發明係關於由此製備之液晶介質及含有此等介質之液晶顯示裝置(LC顯示器)。
液晶介質已有一段時間用於LC顯示器中來顯示資訊。例如以下說明書中已提出含有4或5個環(包括O-雜環)及-CF2O-橋之化合物用於液晶顯示裝置:EP 0 819 685 A1、JP 10-251186 A、EP 2 028 252 A1、WO 2004/048501 A1、US 2009/0237610 A1及US 2009/0059157 A1。另外,說明書US 2009/0059157 A1揭示在光學各向同性藍相中操作之LC顯示器及許多可能作為液晶組分之化合物。特定言之,本發明化合物並未由此等揭示內容揭露。
除熟習此項技術者熟知之具有向列液晶之顯示器之外,亦日益開發出更多基於具有藍相之介質的應用。此等應用之不同之處在於尤其短的反應時間。在利用液晶藍相之電光效應之顯示器應用中,參數△ε及△n尤其至關重要。
此等相中之快速切換操作之基礎為所謂的克爾效應(Kerr effect)。克爾效應為由外部電場引起之光學透明且各向同性材料的雙折射率變化。雙折射率變化由以下方程給出:△n 感應 =λ.K.E2 其中△n 感應 為感應雙折射率,K為克爾常數(Kerr constant)且E為所施加之電場。λ表示波長。觀測到在藍相中材料之克爾常數異常高。
Kikuchi等人描述克爾常數對LC材料特性之依賴性[H.Kikuchi等人,Appl.Phys.Lett. 2008,92,043119]。因此,克爾常數與液晶介質之雙折射率及介電各向異性之乘積成比例:K~△n.△ε對於快速切換過程及低切換電壓而言,需要克爾常數值較高且因此△n.△ε乘積值較高之材料。
本發明之一目的為提供用於液晶介質之具有有利特性之化合物。詳言之,其應適用於使用具有聚合物穩定化之藍相的介質之顯示器。本文需要使得能夠快速切換、具有良好電壓保持率(VHR)、需要低切換過程電壓(Vop)、具有高清澈點、展現低磁滯、具有低記憶效應且對於曝露於光及熱穩定之材料。另外,個別化合物應在向列型LC介質中具有適當溶解性,或本身具有寬向列相範圍。
本發明之另一目的為提供基本上不含酯化合物或腈之液晶介質以增加混合物之電阻及其長期穩定性。迄今已知用於光學各向同性藍相中之操作的液晶介質有時包含例如下式之化合物: 其中n=3至5,一些或所有化合物會經具有類似物理特性及更明顯穩定性之化合物置換。
此等目的係根據本發明藉由通式I化合物達成。亦已驚奇地發現,不具有先前技術材料之缺點或至少僅具有顯著較低程度的缺點之具有適合向列相範圍、高介電各向異性△ε及高△n之液晶介質可由本發明化合物獲得。用於純粹向列型顯示器之高度極性物質提出實質上相同之要求。
本發明涵蓋式I化合物, 其中L1表示H或F,較佳為F,X表示O或CH2,R1表示具有1至15個C原子之未經取代之烷基,其中另外,此基團中之一或多個CH2基團可各自彼此獨立地以不會使O原子彼此直接連接之方式經-C≡C-、-CH=CH-、-CF=CF-、-CF=CH-、-CH=CF-、-(CO)O-、- O(CO)-、-(CO)-或-O-置換,及R2表示F、CF3或OCF3,較佳為CF3或OCF3
本發明化合物具有相對較高清澈點、極高介電各向異性(△ε)、高光學各向異性(△n)及低旋轉黏度。其單獨或與其他液晶原基組分混合時在寬溫度範圍內具有向列相。此等特性使其適用於液晶介質,例如TN-TFT、IPS、FFS、「藍相」、HT-VA等類型之顯示器,其特徵為介質具有正介電各向異性,該等介質為熟習此項技術者所熟悉。其尤其適用於藍相區域中之介質。
基團R1較佳表示具有1至15個C原子之烷基,其中另外,此基團中之一或多個CH2基團可各自彼此獨立地以不會使O原子彼此直接連接之方式經-C≡C-、-CH=CH-、-(CO)O-、-O(CO)-、-(CO)-或-O-置換。R1尤其較佳表示未經取代之烷基、烯基或烷氧基,尤其具有1至9個C原子之烷基或具有2至9個C原子之烯基,且極佳為具有至多9個C原子之直鏈烷基。
基團R2尤其較佳表示CF3。此等化合物具有尤其高之△n.△ε乘積值。
本發明之例示性較佳實施例因此尤其為以下結構: 其中R1係如上文所定義,較佳為式-CnH2n+1之直鏈烷基,其中n=1、2、3、4、5、6或7,尤其為3。
I化合物宜明顯地根據以下說明性合成(流程1-3)來製備:化合物I宜由醛1作為起始物來製備(流程1及流程2)。若X=CH2,亦即若化合物I為四氫哌喃,則合成藉由醛1與3-丙烯醇2之反應進行。化合物3由環化作用以普林斯反應(Prins reaction)之方式形成。本文藉助於在三乙胺存在下鈀/碳上之氫化作用進行還原消除,得到四氫哌喃4(=化合物I,其中X=-CH2-)。
流程1:合成化合物I,其中X=-CH 2 -(尤其為4)
醛與高烯丙醇之反應在諸如二氯甲烷之有機溶劑中藉助於含鹵素酸,較佳含鹵素路易斯酸(Lewis acid)進行。醛與烯醇之類似反應描述於J.O.Metzger等人及其中所引用之 參考文獻中(Bull.Soc.Chem.Belg.(1994),103,393-7)。
該製程宜在式M(X1)n或R5M(X1)n-1之路易斯酸存在下進行,在該路易斯酸中M表示B、Al、In、Sn、Ti、Fe、Zn、Zr、Au或Bi;X1表示Cl、Br或I;R5表示具有1至10個碳原子之直鏈或分支鏈烷基;及n為整數2、3或4且經選擇以便其等於M之有效氧化數。
尤其適合的路易斯酸之實例為元素硼、鋁、鐵、鋅或鉍之鹵化物。極其適合者為例如AlCl3或BiBr3。或者,亦可採用諸如溴化氫(HBr)之布忍斯特酸(Brönsted acid)來替代路易斯酸。
自所得4-鹵基四氫哌喃還原消除鹵素可以各種變化形式進行(參見WO 2006/125526)。
二噁烷I(X=O)藉由使醛1與1,3-丙二醇5反應而獲得。此反應通常在酸催化作用下進行。
流程2:合成化合物I,其中X=O(尤其為6)
所添加之酸較佳為磺酸,尤其較佳為對甲苯磺酸或三氟甲烷磺酸。在一較佳程序中,藉由在所指示之反應條件下共沸蒸餾自反應混合物移除所形成之水。用於形成二噁烷之較佳製程與藉由路易斯酸催化之縮醛形成變化形式類似。亦尤其較佳為藉助於催化量之鹵化釕或鹵化銦、尤其RuCl3及InCl3之尤其溫和之製程(參見文獻:B.C.Janu等人,Ady.Synth.Catal.(2004),346,446-50;J.-Y.Qi等人,Tetr.Lett.(2004),45,7719-21;S.K.De,R.A.Gibbs,Tetr.Lett.(2004),45,8141-4)。溫和反應條件尤其適用於含有醚型部分之化合物及酸敏感基團。
所需起始物質可類似於熟習此項技術者已知之製程進行製備且描述於有機化學之標準著作中,諸如描述於Houben-Weyl,Methoden der organischen Chemie[Methods of organic Chemistry],Thieme-Verlag,Stuttgart中。
起始物質1宜如流程3中所示合成。
流程3:合成化合物1
首先,由相應溴化物7製備酸酯8。此舉藉由鈀促進之硼基化作用使用雙(頻哪醇根基)二硼(Pin2B2)進行。接著使該等化合物與對溴苯酚9偶合(鈴木偶合(Suzuki coupling))。在鹼存在下使苯酚10與二噻烷鎓鹽11反應,且使個別加合物直接經受氧化脫硫作用[P.Kirsch,M.Bremer,A.Taugerbeck,T.Wallmichrath,Angew.Chem.Int.Ed. 2001,40,1480-1484]。由此得到化合物12。較佳使用氯化異丙基鎂進行鹵素-金屬交換,之後與甲醯化試劑(例如甲醯基嗎啉或DMF)反應,得到化合物1
本發明因此亦涵蓋一種用於製備式I化合物之製程,其包含以下反應步驟,其中在適合反應條件下使式A之醛: 其中R2及L1係如式I所定義,與式B化合物反應: 其中R1係如式I所定義,及Y表示式-CH=CH2(對於四氫哌喃)或-CH2-OH(對於二噁烷)之基團。
適用於製備式B化合物(其中Y表示式-CH=CH之基團)之方法,及適用於由此製備四氫哌喃之反應條件揭示於例如說明書WO 2006/125527中且一般為熟習此項技術者所熟悉。
在一較佳實施例中,用於製備式I化合物之製程因此包含特徵在於化合物A及B在酸存在下進行反應之第一反應步驟。
本發明之液晶介質包含一或多種式I化合物及視情況選用之至少一種其他較佳液晶原基化合物。該等液晶介質因此較佳包含兩種或兩種以上化合物。較佳介質包含較佳之式I化合物。
本發明之液晶介質較佳具有正介電各向異性。其可以使其具有極高介電各向異性以及高光學各向異性之方式加以設計。
用於本發明液晶介質之其他較佳化合物係選自式II及式 III之化合物: 其中R1在各情況下彼此獨立地表示具有1至15個C原子之未經取代之烷基,其中另外,此基團中之一或多個CH2基團可各自彼此獨立地以不會使O原子彼此直接連接之方式經-C≡C-、-CH=CH-、-CF=CF-、-CF=CH-、-CH=CF-、-(CO)O-、-O(CO)-、-(CO)-或-O-置換,較佳為具有2至7個C原子之直鏈烷基,A2、A3彼此獨立地表示 Z2、Z3彼此獨立地表示單鍵、CF2O、CH2CH2、CF2CH2、CF2CF2、CFHCFH、CFHCH2、 (CO)O、CH2O、C≡C、CH=CH、CF=CH、CF=CF,其中不對稱鍵結單元(例如CF2O)可以兩種可能之方向定向,X1表示F、Cl、CN,或具有1至3個C原子之烷基、烯基、烯氧基、烷基烷氧基或烷氧基,其經F單取代或多取代,及L1至L4表示H或F。
液晶介質較佳包含10重量%與50重量%之間的式I化合物。在總含量大於10%之情況下,較佳採用兩種或兩種以上在基團R1中之鏈長不同之式I化合物。
液晶介質較佳包含20重量%與40重量%之間的式II化合物。若存在式III化合物,則其用量較佳為至多20重量%。若存在剩餘其他化合物,則該等化合物係選自具有高介電各向異性、高光學各向異性及較佳高清澈點之其他化合物。
具有高得不成比例之介電各向異性之液晶介質可經由高含量之式I化合物,較佳補充有式II及式III化合物來實現。
較佳之式II化合物為式IIa化合物: 其中R1及L1係如式II所定義。
較佳之式III化合物為式IIIa或式IIIb化合物: 其中R1係如式III所定義。
此外,本發明係關於式I化合物之用途,其係用於液晶介質或電光顯示器中,較佳用於具有光學各向同性液晶相、較佳具有藍相之介質及顯示器中。此相較佳藉由較佳在液晶介質中藉由使相應單體聚合形成之聚合物穩定化。一般,在介質處於藍相內之溫度下使介質之單體內含物聚合。因此,此相之穩定性範圍變寬。藍相中聚合物穩定化之介質之迄今可達成之特性的相當大改良與本發明之化合物及介質有關。
液晶介質另外可包含其他添加劑,諸如穩定劑、對掌性摻雜劑及奈米粒子。所添加之個別化合物之使用濃度較佳為0.1%至6%。在各情況下,所用之個別化合物之濃度較佳在0.1%至3%之範圍內。然而,在不考慮此等添加劑之濃度下指示液晶混合物之其他組分(亦即液晶或液晶原基化合物及適當時聚合組分)之濃度數據。
液晶介質較佳包含0.01重量%至10重量%之光學活性對 掌性摻雜劑。此情況支持液晶藍相之形成。對於藍相,較佳採用通常在2重量%至5重量%範圍內之具有高HTP(『螺旋狀扭轉力』)之對掌性摻雜劑。
本發明之介質較佳包含一或多種可聚合化合物(單體)或藉由由該等化合物獲得之聚合物穩定化,其中聚合較佳在藍相中進行。
液晶介質較佳包含0重量%至10重量%、尤其0.01重量%至5重量%且尤其較佳0.1重量%至3重量%之穩定劑。該等介質較佳包含一或多種選自2,6-二第三丁基苯酚、2,2,6,6-四甲基哌啶或2-苯并三唑-2-基苯酚之穩定劑。此等助劑為熟習此項技術者所知且可例如作為光穩定劑購得。
因此,本發明之一實施例亦為一種用於製備液晶介質之製程,其特徵在於使一或多種式I化合物與一或多種較佳選自式II及式III之液晶化合物混合,視情況與一或多種其他化合物混合且視情況與一或多種添加劑混合。隨後,視情況聚合液晶介質之可聚合內含物。
此外,本發明係關於本發明之化合物或介質之用途,其係用於電光裝置、較佳液晶顯示器中,且係關於該等裝置本身。該等顯示器較佳地至少部分在藍相區域中操作,該藍相區域較佳為聚合物穩定化之藍相。或者,介質及顯示器亦較佳在向列相中操作。
本發明之聚合物穩定化裝置較佳藉由在裝置本身中,亦即在光電池中聚合介質之可聚合組分而產生。
本發明之電光顯示裝置之結構較佳由包含兩個彼此相對 的基板封閉液晶介質之電池及安裝在電池中之電極組成。該等電極較佳以使其能夠產生具有與液晶介質中之基板平行對準(或垂直於光軸)之分量的電場之方式加以設計。較佳將電極應用於一個基板上作為梳狀電極(叉指式電極)。一或兩個基板較佳為透明的。在顯示器在藍相中操作之情況下,光學各向同性介質經由施加電壓變為具雙折射性。連同相應排列之偏光器一起實現光學切換操作。
在本申請案中,術語介電正性描述△ε>3.0之化合物或組分,介電中性描述其中-1.5△ε3.0之化合物或組分,且介電負性描述其中△ε<-1.5之化合物或組分。由向列主體混合物中個別單獨化合物之10%溶液之結果確定個別化合物之介電各向異性。若個別化合物於主體混合物中之溶解度小於10%,則將濃度降至5%。在具有垂直對準之電池中以及在具有平行對準之電池中皆測定測試混合物之電容。在兩種電池類型之情況下,電池厚度為約20 μm。所施加之電壓為頻率為1 kHz且有效值通常為0.5 V至1.0 V之矩形波,但始終經選擇為低於個別測試混合物之電容臨限值。
用於介電正性化合物之主體混合物為混合物ZLI-4792,且用於介電中性及介電負性化合物之主體混合物為混合物ZLI-3086,兩者皆來自Merck KGaA,Germany。化合物之介電常數絕對值係由添加相關化合物時主體混合物之個別值的變化測定。將該等值外推至相關化合物濃度為100%。
如此在20℃之量測溫度下量測具有向列相之組分及液晶 介質,所有其他組分如化合物般加以處理。
除非另外明確指示,否則本申請案中所指示之參數範圍均包括極限值。
在本申請案中,除非另外明確指示,否則以下條件及定義將適用。所有濃度均以重量百分比指示且在各情況下係指混合物整體。液晶之所有溫度,諸如熔點T(C,N)或T(C,S)、由近晶相(S)轉變為向列相(N)之T(S,N)及清澈點T(N,I)均以攝氏度指示。所有溫差均以差異度指示。除非另外指示,否則液晶所特有之所有物理特性均係根據「Merck Liquid Crystals,Physical Properties of Liquid Crystals」,日期1997年11月,Merck KGaA,Germany測定且針對20℃之溫度來顯示。在589.3 nm之波長下測定光學各向異性(△n)。△ε定義為(ε||-ε),而ε平均為(ε||+2 ε)/3。
臨限電壓及所有其他電光特性均使用Merck KGaA,Germany製造之測試電池來測定。用於測定△ε之測試電池之電池厚度為約20 μm。電極為具有1.13 cm2之面積及護環的圓形ITO電極。對於垂直對準(ε||),對準層為來自Nissan Chemicals,Japan之SE-1211,且對於平行對準(ε),對準層為來自Japan Synthetic Rubber,Japan之聚醯亞胺AL-1054。電容係使用Solatron 1260頻率反應分析器,使用電壓為0.3 Vrms之正弦波來測定。電光量測中所用之光為白光。本文中使用具有來自Autronic-Melchers,Germany之市售DMS儀器的裝備。特徵電壓由垂直觀測結果來測定。分別針對10%、50%及90%之相對對比度測定 臨限電壓(V10)、中灰電壓(V50)及飽和電壓(V90)。
藉由在磁場中使液晶對準來獲得垂直及平行於液晶指向矢之特性分量的值。為達成此目的,使用永久磁體磁場。磁場強度為0.35特斯拉。相應地設定磁體對準,且接著相應地旋轉90°。
在本申請案中,除非另外明確指示,否則術語化合物表示一種化合物以及複數種化合物。
術語「烷基」較佳涵蓋具有1至15個碳原子之直鏈及分支鏈烷基,尤其為直鏈基團甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基及庚基。具有2至10個碳原子之基團通常為較佳的。
術語「烯基」較佳涵蓋具有2至15個碳原子之直鏈及分支鏈烯基,尤其為直鏈基團。尤其較佳之烯基為C2-1E-烯基至C7-1E-烯基、C4-3E-烯基至C7-3E-烯基、C5-4-烯基至C7-4-烯基、C6-5-烯基至C7-5-烯基及C7-6-烯基,尤其為C2-1E-烯基至C7-1E-烯基、C4-3E-烯基至C7-3E-烯基及C5-4-烯基至C7-4-烯基。其他較佳烯基之實例為乙烯基、1E-丙烯基、1E-丁烯基、1E-戊烯基、1E-己烯基、1E-庚烯基、3-丁烯基、3E-戊烯基、3E-己烯基、3E-庚烯基、4-戊烯基、4Z-己烯基、4E-己烯基、4Z-庚烯基、5-己烯基、6-庚烯基及其類似基團。具有至多5個碳原子之基團通常為較佳的。
術語「烷氧基」較佳涵蓋式CnH2n+1-O-之直鏈基團,其中n表示1至10。n較佳為1至6。較佳烷氧基為例如甲氧 基、乙氧基、正丙氧基、正丁氧基、正戊氧基、正己氧基、正庚氧基、正辛氧基、正壬氧基、正癸氧基。
術語「氧雜烷基」或「烷氧基烷基」較佳涵蓋式CnH2n+1-O-(CH2)m之直鏈基團,其中n及m各自彼此獨立地表示1至10。較佳地,n為1且m為1至6。
術語「氟化烷基」較佳涵蓋單氟化或多氟化基團。包括全氟化基團。尤其較佳為CF3、CH2CF3、CH2CHF2、CHF2、CH2F、CHFCF3及CF2CHFCF3
術語「氟化烷氧基」較佳涵蓋單氟化或多氟化基團。包括全氟化基團。尤其較佳為OCF3
本發明之液晶介質由複數種化合物、較佳3至30種、更佳4至20種且極佳4至16種化合物組成。此等化合物以習知方式混合。一般而言,將所要量之以較小量使用之化合物溶解於以較大量使用之化合物中。若溫度高於以較高濃度使用之化合物之清澈點,則特別容易觀測到溶解過程完成。然而,亦可以其他習知方式製備介質,例如使用所謂的預混物,其可為例如化合物之同源或共晶混合物,或使用所謂的「多瓶」系統,其組分本身為即用混合物。
在本申請案中,除非另外明確指示,否則複數形式之術語表示單數形式以及複數形式,反之亦然。
根據本說明書,本發明之實施例及變化形式之其他組合亦由申請專利範圍產生。
其他縮寫: THF 四氫呋喃
MTBE 甲基第三丁基醚
SiO2 用於層析之矽膠
以下實例說明本發明,而不以任何方式限制本發明。
然而,該等物理特性使熟習此項技術者明確可實現之特性及可修改之範圍。詳言之,因此對熟習此項技術者而言,良好地定義了可較佳地達成之各種特性之組合。
實例 實例1:2-{4-[二氟-(2,3',5'-三氟-4'-三氟甲基聯苯-4-基氧基)甲基]-3,5-二氟苯基}-5-丙基四氫哌喃(「AUQGU-3-T」)
本發明化合物如下所述進行製備:
最初將100 mg(4 mmol)鎂旋屑引入150 ml THF中,且添加30.0 ml(60.0 mmol)i-PrMgCl(2 M THF溶液)。30分鐘之後,逐滴添加22.0 g(41.3 mmol)4'-[(4-溴-2,6-二氟苯基)二 氟甲氧基]-3,5,2'-三氟-4-三氟甲基聯苯於100 ml THF中之溶液。當添加完成時,在室溫下攪拌混合物2小時。添加於50 ml THF中之7.0 ml(63.1 mmol)N-甲醯基哌啶,且攪拌混合物19小時。將飽和氯化銨溶液添加至批料中,接著用MTBE萃取多次。用飽和氯化鈉溶液洗滌合併之有機相,且使用硫酸鈉乾燥溶液。藉由管柱層析(SiO2,正庚烷:甲苯=1:1)純化移除溶劑後剩餘之粗產物,得到呈淺黃色固體狀之4-[二氟-(2,3',5'-三氟-4'-三氟甲基聯苯-4-基氧基)甲基]-3,5-二氟苯甲醛。
最初將9.0 g(18.5 mmol)4-[二氟-(2,3',5'-三氟-4'-三氟甲基聯苯-4-基氧基)甲基]-3,5-二氟苯甲醛以及2.20 g(19.3 mmol)2-乙烯基戊-1-醇引入120 ml二氯甲烷中,且分數份添加4.40 g(9.61 mmol)溴化鉍(III)。攪拌批料22小時,且以吸收方式過濾混合物(SiO2,二氯甲烷)。濃縮濾液至乾燥,且藉由管柱層析(SiO2,正庚烷:甲苯=1:1)純化粗產物,得到呈無色固體狀之4-溴-2-{4-[二氟-(2,3',5'-三氟-4'-三氟甲基聯苯-4-基氧基)甲基]-3,5-二氟苯基}-5-丙基四氫哌喃。將兩種立體異構體之混合物用於下一反應。
將10.0 g(14.7 mmol)4-溴-2-{4-[二氟-(2,3',5'-三氟-4'-三氟甲基聯苯-4-基氧基)甲基]-3,5-二氟苯基}-5-丙基四氫哌喃溶解於THF中,且在5.8巴氫氣壓力下及在50℃下在三乙胺及Pd/C存在下氫化混合物50小時。過濾溶液且濃縮至乾燥。藉由管柱層析(SiO2,正庚烷:甲苯=1:1)純化粗產物。藉由自異丙醇再結晶進行進一步純化,得到呈無色固體狀之-2-{4-[二氟-(2,3',5'-三氟-4'-三氟甲基聯苯-4-基氧基)甲基]-3,5-二氟苯基}-5-丙基四氫哌喃(「AUQGU-3-T」),熔點為95℃。
C 95 N(81)I
△ε=37
△n=0.131
γ1=752 mPa.s
△ε.△n=4.9
1 H-NMR(300 MHz,CHCl3):δ=7.44-7.36(m,1H,H 芳族 ),7.23-7.12(m,4H,H 芳族 ),6.99(d,2H,J=10.8 Hz,H 芳族 ),4.26(dd,1H,J=11.3 Hz,J=1.8 Hz,H 哌喃基 ),4.09(ddd,1H,J=11.3 Hz,J=4.5 Hz,J=1.8 Hz,H 哌喃基 ),3.19(t,1H,J=11.3 Hz,H 哌喃基 ),2.05-1.96(m,1H,H 脂族 ),1.93-1.85(m,1H,H ),1.73-1.58(m,1H,H 脂族 ),1.55-1.07(m,6H,H 芳族 ),0.92(t,3H,J=7.4 Hz,-CH2CH2 CH 3 )。
19 F-NMR(282 MHz,CHCl3):δ=-56.3(t,3F,J=21.9 Hz,-CF3),-60.9(t,2F,J=25.6 Hz,-OCF2-),-110.5至-110.7(m,4F,F 芳族 ),-113.6(s,1F,F 芳族 )。
MS(EI):m/e(%)=580(3,M+),561(3,[M-F]+),289(100)。
實例2:2-{4-[二氟-(2,3',5'-三氟-4'-三氟甲氧基聯苯-4-基氧基)甲基]-3,5-二氟苯基}-5-丙基-1,3-二噁烷(「DUQGU-3-OT」)
本發明化合物如下所述進行製備:
最初將90 mg(3.7 mmol)鎂旋屑引入200 ml THF中,且添加26.0 ml(52.0 mmol)i-PrMgCl(2 M THF溶液)。30分鐘之後,逐滴添加19.0 g(34.6 mmol)4'-[(4-溴-2,6-二氟-苯基)二氟甲氧基]-3,5,2'-三氟-4-三氟甲氧基聯苯於50 ml THF中之 溶液。當添加完成時,在室溫下攪拌混合物4小時。添加於30 ml THF中之5.8 ml(52.3 mmol)N-甲醯基哌啶,且攪拌混合物21小時。將稀鹽酸添加至批料中,接著用MTBE萃取多次。用飽和碳酸氫鈉溶液洗滌合併之有機相,且使用硫酸鈉乾燥溶液。藉由管柱層析(SiO2,正庚烷:甲苯=1:1)純化移除溶劑後剩餘之粗產物,得到呈淺黃色固體狀之4-[二氟-(2,3',5'-三氟-4'-三氟甲氧基聯苯-4-基氧基)甲基]-3,5-二氟苯甲醛。
在水分離器上於100 ml甲苯中回流3.50 g(7.02 mmol)4-[二氟-(2,3',5'-三氟-4'-三氟甲氧基-聯苯-4-基氧基)甲基]-3,5-二氟苯甲醛以及850 mg 2-正丙基-丙烷-1,3-二醇及30 mg對甲苯磺酸單水合物3小時。冷卻後,用水及飽和碳酸氫鈉溶液洗滌批料。使用硫酸鈉乾燥溶液且濃縮至乾燥。藉由管柱層析(SiO2,甲苯)純化粗產物。藉由自乙醇及正庚烷再結晶進行進一步純化,得到呈無色固體狀之2-{4-[二氟-(2,3',5'-三氟-4'-三氟甲氧基聯苯-4-基氧基)甲基]-3,5-二氟苯基}-5-丙基-1,3-二噁烷,熔點為61℃。
C 61 N 93 I
△ε=36
△n=0.129
γ1=634 mPa.s
△ε.△n=4.7
1 H-NMR(300 MHz,CHCl3):δ=7.40-7.33(m,1H,H 芳族 ),7.23-7.11(m,6H,H 芳族 ),5.37(s,1H,H 二噁烷基 ),4.24(ddd,2H,J=11.0 Hz,J=4.6 Hz,J=1.5 Hz,H 二噁烷基 ),3.52(dt,2,H,J=10.8 Hz,J=1.5 Hz,H 二噁烷基 ),2.20-2.05(m,1H,H 脂族 ),1.41-1.27(m,2H,H 脂族 ),1.14-1.04(m,2H,H 脂族 ),0.98(t,3H,J=7.3 Hz,-CH2CH2 CH 3 )。
19 F-NMR(282 MHz,CHCl3):δ=-59.7(t,3F,J=7.3 Hz,-OCF3),-60.9(t,2F,J=26.8 Hz,-OCF2-),-110.0(dt,2F,J=26.8 Hz,J=9.2 Hz,F 芳族 ),-114.0(t,1F,J=9.2 Hz,F 芳族 ),-124.5至-124.6(m,2F,F 芳族 )。
MS(EI):m/e(%)=598(12,M+),579(2,[M-F]+),291(100)。
與實例1類似地製備實例化合物3至5。在各情況下,光譜數據(NMR、MS)均與結構對應。
與實例2類似地製備實例化合物6及7。在各情況下,光譜數據(NMR、MS)均與結構對應。
混合物實例
以下頭字語用以描述液晶基礎混合物(主體)之組分。指數n採用1至9之值。該等化合物適用於製備本發明之液晶介質。
較佳使用以下單體:
RM220之相序為C 82.5 N 97 I。
RM257之相序為C 66 N 127 I。
較佳使用以下添加劑(DP:對掌性摻雜劑,IN:聚合引發劑):
用於LC混合物之其他對掌性摻雜劑及聚合引發劑為熟習此項技術者所知且在本文中明確提及。
該等介質係如聚合之前所述來表徵。RM組分接著藉由用藍相輻射一次(180秒)來聚合,且再表徵所獲得之介質。
聚合之描述
在樣品聚合之前,在厚度為約10微米且面積為2×2.5 cm之測試電池中確定介質之相特性。在75℃之溫度下藉由毛細作用進行填充。在具有加熱台之偏光顯微鏡下在1℃/min之加熱速率下量測未聚合介質。藉由輻射使用有效功率為約1.5 mW/cm2之UV燈(Hönle,Bluepoint 2.1,365 nm干擾濾光片)聚合介質180秒。在電光測試電池中直接進行聚合。最初在使介質處於藍相I(BP-I)之溫度下進行聚合。以逐漸達成完全聚合之複數個分步步驟進行聚合。在聚合期間,藍相之溫度範圍一般會有所變化。因此,在各分步步驟之間以使介質仍處於藍相中之方式對溫度進行調適。實際上,此舉可藉由在約5秒或更長時間之各輻射操作之後在偏光顯微鏡下觀測樣品來進行。若樣品變得較暗,則此情況指示轉變成各向同性相。相應地降低下一分步步驟之溫度。在所指示之輻射功率下,產生最大穩定化作用之整個輻射時間通常為180秒。可根據最佳化輻射/溫度程序進行其他聚合。或者,亦可以單一輻射步驟進行聚合,尤其在聚合之前已存在足夠寬藍相之情況下。
電光表徵
在上述藍相聚合及穩定化之後,測定藍相之相寬度。隨後在此範圍內及必要時亦在此範圍外之各種溫度下進行電光表徵。
將所用測試電池裝配於電池表面上具有叉指式電極之一側。電池間隙、電極間距及電極寬度通常各為1至10微米 且較佳具有相同大小。此均勻尺寸以下稱為間隙寬度。電極所覆蓋之面積為約0.4 cm2。測試電池不具有對準層。對於電光表徵,將電池定位於交叉偏振濾光片之間,其中電極之軸向採用與偏振濾光片之軸成45°之角度。使用與電池平面成直角之DMS301(Autronic-Melchers)或藉助於偏光顯微鏡上之高靈敏度相機進行量測。在無電壓狀態下,所述排列得到基本上暗黑之影像(定義為0%透射)。
首先,量測測試電池上之特徵操作電壓,且接著量測反應時間。在電池電極處施加如下文所述呈具有交替跡象(頻率100 Hz)及可變振幅之矩形電壓形式之操作電壓。
無電壓狀態下之透射係定義為0%。當操作電壓增加時,量測透射情況。達到約100%強度之最大值可定義操作電壓之特徵量V100。同樣地,測定在最大透射之10%下的特徵電壓V10。視情況量測藍相區域中各種溫度下之此等值,在任何情況下均在室溫(20℃)下進行量測。
在藍相溫度範圍之較低端,觀測到相對較高之特徵操作電壓V100。在溫度範圍之較高端(接近於清澈點),V100之值顯著增加。在最小操作電壓之區域中,V100一般僅緩慢地隨溫度而增加。由T1及T2限制之此溫度範圍稱為可用平緩溫度範圍(FR)。此『平緩範圍』(FR)之寬度為(T2-T1)且稱為平緩範圍之寬度(WFR)。T1及T2之精確值藉由V100/溫度圖式中平緩曲線部分FR及鄰近陡斜曲線部分處切線的交叉來測定。
在量測之第二部分中,測定接通與斷開期間之反應時間 (τonoff)。反應時間τon藉由在所選溫度下施加V100水準之電壓後達到90%強度所花費之時間來定義。反應時間τoff藉由在電壓降至0 V後由V100下之最大強度起始降低90%所花費之時間來定義。亦測定藍相區域內各種溫度下之反應時間。
作為進一步表徵,可量測在FR內之溫度下在0 V與V100之間不斷變化之操作電壓下之透射。比較操作電壓增加及操作電壓降低之曲線,發現可發生磁滯。0.5.V100下之透射差異及50%透射下之電壓差異為例如特徵磁滯值且分別稱為△T50及△V50
作為另一特徵量,可量測經過切換循環之前及之後無電壓狀態下透射之比率。此透射比率稱為「記憶效應」。理想狀態下記憶效應值為1.0。高於1之值意謂在電池已接通及斷開之後某一記憶效應以過量殘餘透射之形式存在。亦測定藍相之工作範圍(FR)內之此值。
除非另外指示,否則量測值在20℃下加以測定。
混合物實例 混合物實例1(主體混合物)
清激點:76℃
混合物實例2(主體混合物)
混合物實例3(主體混合物)
混合物實例4(主體混合物)
混合物實例5(主體混合物)
混合物實例6(主體混合物)
混合物實例7
典型聚合物可穩定之混合物具有如下表中所示之組成:
在藍相溫度範圍之下端約30℃至50℃之溫度下以單一輻射步驟使可聚合混合物聚合(細節參見上文)。
聚合物穩定化之液晶介質呈現寬廣溫度範圍內之藍相。

Claims (10)

  1. 一種式I化合物, 其中L1 表示F,X 表示O,R1 表示具有1至15個C原子之未經取代之烷基,其中另外,此基團中之一或多個CH2基團可各自彼此獨立地以不會使O原子彼此直接連接之方式經-C≡C-、-CH=CH-、-CF=CF-、-CF=CH-、-CH=CF-、-(CO)O-、-O(CO)-、-(CO)-或-O-置換,及R2 表示CF3或OCF3
  2. 如請求項1之化合物,其中R2表示基團CF3
  3. 如請求項1或2之化合物,其中R1表示具有1至9個C原子之烷基或具有2至9個C原子之烯基。
  4. 如請求項1或2之化合物,其中R1表示具有3個C原子之直鏈烷基。
  5. 一種製備如請求項1至4中任一項之式I化合物之方法,其包含以下反應步驟,其中式A及式B之兩種起始物質在適合反應條件下反應: 其中R1、R2及L1係如式I所定義,及Y 表示式-CH=CH2或式-CH2-OH之基團。
  6. 一種液晶介質,其特徵在於其包含一或多種如請求項1至4中任一項之式I化合物。
  7. 如請求項6之液晶介質,其中其另外包含一或多種選自式II及式III化合物之化合物: 其中R1 彼此獨立地表示具有1至15個C原子之未經取代之烷基,其中另外,此基團中之一或多個CH2基團可各自彼此獨立地以不會使O原子彼此直接連接之方式經-C≡C-、-CH=CH-、-CF=CF-、 -CF=CH-、-CH=CF-、-(CO)O-、-O(CO)-、-(CO)-或-O-置換,A2、A3 彼此獨立地表示 Z2、Z3 彼此獨立地表示單鍵、CF2O、CH2CH2、CF2CH2、CF2CF2、CFHCFH、CFHCH2、(CO)O、CH2O、C≡C、CH=CH、CF=CH、CF=CF,其中不對稱鍵結單元可以兩種可能之方向定向,X1 表示F、Cl、CN,或具有1至3個C原子之烷基、烯基、烯氧基、烷氧基烷基或烷氧基,其經F單取代或多取代,及L1至L4 表示H或F。
  8. 一種如請求項1至4中任一項之式I化合物之用途,其係用於液晶介質或電光顯示器中。
  9. 一種電光顯示裝置,其含有如請求項6或7之液晶介質。
  10. 如請求項9之電光顯示裝置,其中其完全或部分在液晶藍相之區域中操作。
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