具有含氟端基部分的手性液晶化合物制造技术

提供一种新的液晶化合物，它显示的开关性能对温度依赖性低以便可靠并一致地运行液晶器件。所述液晶化合物包括（ａ）一个非手性含氟端基部分，它包括氟烷基、氟醚基、全氟烷基或全氟醚基端基；（ｂ）一个手性端基部分，它包括含一个手性中心的饱和或不饱和的手性烃或手性烃醚基；和（ｃ）连接各端基部分的芯部；在所述手性端基部分的手性中心与所述芯部之间所述手性端基部分至少具有三个链原子（伸长的基团）。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
专利技术的领域本专利技术涉及含氟手性近晶型液晶化合物、涉及液晶化合物的混合物并涉及含这种化合物的电光显示器件。专利技术的背景业已发现使用液晶的器件适用于各种电光用途，尤其是那些需要小型、节能、电压受控光阀的用途(如表和计算器的显示以及用于手提电脑和小型电视机的平板显示器)。液晶显示器具有许多独特的特点，包括运行时的低电压和低功率，使之最有可能成为目前可制得的非发射电光显示器的候选器件。液晶领域的近来发展已在提供微秒开关和双稳态运行的器件中采用倾斜的手性近晶型液晶(其中的一类称为铁电液晶)。铁电液晶是由R.B.Meyer等发现的(参见J.Physique36，1-69(1975))。N.A.Clark等发现在使用“表面稳定的铁电液晶(SSFLC)”时铁电液晶存在高速光交换现象(参见Appl.Phys.Lett.36,899和美国专利4,367,924)。业已开发了许多新的铁电液晶并对其开关特性进行了广泛试验。尽管使用这些材料的器件呈现高的响应速度和宽的观察角，但是在开发SSFLC器件时还存在许多问题。这些问题包括阈值特性不足，由于人字形缺陷而使对比度难以令人满意，以及由于排列控制上的困难而使双稳定性不充分。近来开发了反铁电液晶(AFLC)，它是另一类倾斜的手性近晶型液晶。除了在铁电液晶器件中使用的倾斜的手性近晶型C相(SC*相)以外，在手性近晶型CA相(SCA*相)中反铁电液晶也是可换向的。液晶显示器件的一个最重要的特性是其响应时间，即器件由开启状态(明亮)转化至关闭状态(黑暗)所需的时间。大型器件实际操作中尤为重要的是与温度有关的响应时间。在这种器件中，温度的不均匀会对性能产生不利影响，需要某种形式的补偿，除非开关速度基本与温度无关。在铁电或反铁电器件中，响应时间τ电与显示器件中所含的液晶化合物的旋转粘度(η)成正比，与其极化(Ps)和施加的电场(E)成反比τ电＝η/PsE。因此使用高极化或低旋转粘度的化合物可降低响应时间，因此在本领域中极需要这类化合物。另外，极化随温度下降而快速增加的化合物会导致开关性能与温度无关或者可降低其温度的依赖性。但是，在呈现自发极化的液晶化合物的无源访问中，对于液晶器件的实际运行来说较好使用低极化的混合物。高极化的混合物的极化反转场较大，极化反转场导致材料转回或部分转回其原来的导向偶极子(director)排列。这会失去对铁电液晶器件的无源矩阵驱动是至关重要的双稳定性。使用高极化的混合物的另一个可能的缺点在于它会响应呈驱动波形的非开关(次级)信号而部分转换其导向偶极子排列。这种持续的响应或导向偶极子波动会使铁电液晶器件的对比度系数明显下降。因此本领域需要具有快速响应时间的液晶材料，它较好具有宽的近晶型温度范围以使液晶器件能在宽的温度范围内运行，或者能与具有不同近晶型温度范围的其它液晶化合物组合在一起而不会对原料混合物的近晶型相性能产生不利影响。本领域还需要具有低极化值的材料，它可使响应时间具有低的温度依赖性。此外，本领域还需要呈现三稳态开关性能的新液晶材料。专利技术的概述简单地说，本专利技术提供一种具有近晶型中间相或潜在的近晶型中间相的含氟手性液晶化合物。(具有潜在的近晶型中间相的化合物是本身不呈现近晶型中间相，但是在与具有近晶型中间相的化合物混合或者与具有潜在的近晶型中间相的化合物混合后，在适当的条件下产生近晶型中间相的化合物)。本专利技术手性液晶化合物包括(a)一个非手性含氟端基部分，它包括氟烷基、氟醚基、全氟烷基或全氟醚基端基；(b)一个手性端基部分，它包括含一个手性中心的饱和或不饱和的手性烃或手性烃醚基；和(c)连接各端基部分的芯部；在所述手性端基部分的手性中心与所述芯部之间所述手性端基部分至少具有三个链原子(一个伸长的基团)。令人惊奇的是，与手性端基部分的手性中心和芯部之间链原子数少于三个的类似化合物相比，尽管本专利技术化合物测得的极化值较低。但是其具有类似的电光响应速度。这些低的极化值与宽的产生介晶(mesogenic)温度范围组合在一起，能使用含高达100％本专利技术手性(光学活性)化合物的液晶混合物。一般来说，含高浓度本专利技术化合物的混合物呈现低温度相关的开关性能，这对于可靠地始终如一地运行液晶器件是重要的。另外，使用高浓度具有低极化的液晶化合物还能降低形成的组合物对常用于液晶器件无源访问呈驱动波形的非开关(次级)信号的部分开关响应。降低这种响应对改进器件的对比度是关键的。本专利技术的另一方面是提供液晶显示器件，该器件采用本专利技术液晶化合物和含本专利技术液晶化合物的混合物。另一方面，本专利技术提供呈现三稳态开关性能的液晶化合物，并提供呈现三稳态开关性能、深淡显示(灰度)、阈值控制、滞后控制以及快速响应时间的本专利技术液晶显示器件。该器件可以是无源或有源矩阵器件。本专利技术再一方面是提供一种降低液晶混合物开关速度的温度依赖性的方法，它将至少一种本专利技术液晶化合物与至少一种其它化合物的液晶组合物组合在一起，所述液晶组合物包括至少一种近晶型的或潜在的近晶型的液晶化合物，其与温度有关的开关的斜率通常小于-0.02，更好小于-0.03。通过下列描述、实施例和附图能更好地理解本专利技术的这些和其它特征、概况和优点。附图简述附图说明图1和图2是本专利技术化合物的极化(Ps)与温度的关系；图3是本专利技术化合物的开关速度τ电与温度的关系；图4和图5是选用的本专利技术化合物的三稳态开关性能。专利技术的详细描述本专利技术化合物的手性端基部分可用式-D-R*表示，其中R*是至少含一个手性中心(不对称的碳原子)的饱和或不饱和的手性烃或烃醚部分；D是非定向地选自共价键、-C(＝O)-O-CrH2r-，-O-CrH2r-，-O-(O＝)C-CrH2r-，-C≡C-，-CH＝CH-，-C(＝O)-，-OCsH2sOtCr′H2r′-，-CrH2r-，CsH2sOtCr′H2r′-，-O-，-S-，-OSO2-，-SO2-，-SO2-CrH2r-，-CrH2r-N-SO2-， 及其组合，其中r和r’各自是0至约20的整数，对于各个(CsH2sO)s各自是1至约10的整数，t为1至约6的整数，p为0至约4的整数；条件是至少一个手性中心R*与芯部相隔至少3个链原子。-D-R*中的D较好是-O-CrH2r-或者-CrH2r-。本专利技术化合物的非手性含氟端基部分可用式-D-Rf表示，其中D如前面所限定，Rf是一个非手性氟烷基、全氟烷基、氟醚基或全氟醚基。较好的是，Rf是全氟烷基或全氟醚基，更好的是Rf是全氟醚基，因为本专利技术含全氟醚基的化合物呈现出例如宽的近晶型C中间相、良好的与其它近晶型C化合物的相容性、以及良好的层间距性能。当含氟端基部分的Rf基团是全氟烷基或全氟醚基时，它可含有少量残留的与碳相连的氢原子，但是较好是完全氟化的。-D-Rf中的D较好是-O-CrH2r-、-O-(CsH2sO)t-Cr′H2r-，、-CrH2r-或者-(CsH2sO)t-Cr’H2r’-。一般来说，本专利技术化合物带有一个由至少一个或两个环组成的芯部，所述环各自选自芳环、杂芳环、脂环、取代的芳环、取代的杂芳环和取代的脂环。所述环相互间由共价键相连或者通过选自-COO-、-COS-、-HC＝N-、-CH＝CH-、-C≡C-和-COSe-的化学基团相连。所述环可以是稠环或非稠环。本文档来自技高网...

【技术保护点】
含氟手性液晶化合物，它包括（ａ）一个非手性含氟端基部分，它包括氟烷基、氟醚基、全氟烷基或全氟醚基端基；（ｂ）一个手性端基部分，它包括含一个手性中心的饱和或不饱和的手性烃或手性烃醚基；和（ｃ）连接所述端基部分的芯部；在所述手性端基部分的手性中心与所述芯部之间所述手性端基部分至少具有三个链原子。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：MP凯斯，MD拉得克里夫，SJ马丁，DC斯努斯坦德，KA爱泼斯坦，
申请(专利权)人：美国三M公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]