聚合性极性化合物、液晶组合物及液晶显示元件制造技术

一种式(1)表示的化合物。例如，R

Polymerizable polar compound, liquid crystal composition and liquid crystal display element

A compound (1) expressed. For example, R

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】聚合性极性化合物、液晶组合物及液晶显示元件
本专利技术涉及一种具有聚合性基的化合物、液晶组合物及液晶显示元件。更详细而言，本专利技术涉及一种同时具有多个甲基丙烯酰氧基等聚合性基与-OH基等极性基的化合物、含有所述化合物且介电各向异性为正或负的液晶组合物、及含有所述组合物的液晶显示元件。
技术介绍
液晶显示元件根据液晶分子的动作模式而被分类为相变(phasechange，PC)、扭转向列(twistednematic，TN)、超扭转向列(supertwistednematic，STN)、电控双折射(electricallycontrolledbirefringence，ECB)、光学补偿弯曲(opticallycompensatedbend，OCB)、共面切换(in-planeswitching，IPS)、垂直取向(verticalalignment，VA)、边缘场切换(fringefieldswitching，FFS)、电场感应光反应取向(field-inducedphoto-reactivealignment，FPA)等模式。根据元件的驱动方式而被分类为无源矩阵(passivematrix，PM)与有源矩阵(activematrix，AM)。PM被分类为静态式(static)、多路复用式(multiplex)等，AM被分类为薄膜晶体管(thinfilmtransistor，TFT)、金属-绝缘体-金属(metalinsulatormetal，MIM)等。TFT被分类为非晶硅(amorphoussilicon)及多晶硅(polycrystalsilicon)。后者依制造步骤而被分类为高温型与低温型。根据光源而被分类为利用自然光的反射型、利用背光的透射型、以及利用自然光与背光两者的半透射型。液晶显示元件含有具有向列相的液晶组合物。所述组合物具有适当的特性。通过使所述组合物的特性提高，可获得具有良好特性的AM元件。将两者的特性的关联汇总于下述表1中。根据市售的AM元件来对组合物的特性进一步加以说明。向列相的温度范围与元件的可使用的温度范围有关。向列相的优选上限温度为约70℃以上，而且向列相的优选下限温度为约-10℃以下。组合物的粘度与元件的响应时间有关。为了以元件显示动态图像，优选为响应时间短。理想的是响应时间短于1毫秒。因此，优选为组合物的粘度小。更优选为低温下的粘度小。表1.组合物与AM元件的特性1)可缩短向液晶显示元件中注入组合物的时间组合物的光学各向异性与元件的对比度有关。根据元件的模式，需要大的光学各向异性或小的光学各向异性、即适当的光学各向异性。组合物的光学各向异性(Δn)与元件的单元间隙(d)的积(Δn×d)是以使对比度成为最大的方式设计。适当的积的值依存于动作模式的种类。在TN般的模式的元件中，所述值为约0.45μm。在VA模式的元件中，所述值为约0.30μm～约0.40μm的范围，在IPS模式或FFS模式的元件中，所述值为约0.20μm～约0.30μm的范围。这些情形时，对于单元间隙小的元件而言，优选为具有大的光学各向异性的组合物。组合物的大的介电各向异性有助于使元件的阈电压低、消耗电力小及对比度大。因此，优选为正或负的介电各向异性大。组合物的大的比电阻有助于使元件的电压保持率大及对比度大。因此，优选为在初期阶段中不仅在室温下而且在接近向列相的上限温度的温度下也具有大的比电阻的组合物。且优选为在长时间使用后，不仅在室温下而且在接近向列相的上限温度的温度下也具有大的比电阻的组合物。组合物对紫外线及热的稳定性与元件的寿命有关。在所述稳定性高时，元件的寿命长。此种特性对于液晶投影仪(liquidcrystalprojector)、液晶电视等中所用的AM元件而言优选。在聚合物稳定取向(polymersustainedalignment，PSA)型的液晶显示元件中，使用含有聚合物的液晶组合物。首先，将添加有少量的聚合性化合物的组合物注入至元件中。继而，一面在所述元件的基板间施加电压，一面对组合物照射紫外线。聚合性化合物进行聚合，在组合物中生成聚合物的网眼结构。对于所述组合物而言，因可利用聚合物来控制液晶分子的取向，故元件的响应时间缩短，图像的残像得以改善。在具有TN、ECB、OCB、IPS、VA、FFS、FPA般的模式的元件中，可期待聚合物的此种效果。通用的液晶显示元件中，液晶分子的垂直取向是通过聚酰亚胺取向膜来达成。另一方面，作为不具有取向膜的液晶显示元件，提出有将极性化合物添加至液晶组合物中，而使液晶分子取向的模式。首先，将添加有少量的极性化合物及少量的聚合性化合物的组合物注入至元件中。此处，利用极性化合物的作用使液晶分子取向。继而，一面在所述元件的基板间施加电压，一面对组合物照射紫外线。此处，聚合性化合物聚合，使液晶分子的取向变稳定。对于所述组合物而言，因可利用极性化合物及聚合物来控制液晶分子的取向，故元件的响应时间缩短，图像的残像得以改善。进而，不具有取向膜的元件无需形成取向膜的步骤。因不存在取向膜，故不会发生因取向膜与组合物的相互作用而元件的电阻降低的情况。在具有TN、ECB、OCB、IPS、VA、FFS、FPA般的模式的元件中，可期待由极性化合物与聚合物的组合所得的此种效果。迄今为止，作为可在不具有取向膜的液晶显示元件中使液晶分子垂直取向的化合物，已合成了各种在末端具有-OH基的化合物。在专利文献1中记载有一种在末端具有-OH基的联苯化合物(S-1)。现有技术文献专利文献专利文献1：国际公开第2014/090362号专利文献2：国际公开第2014/094959号专利文献3：国际公开第2013/004372号专利文献4：国际公开第2012/104008号专利文献5：国际公开第2012/038026号专利文献6：日本专利特开昭50-35076号公报
技术实现思路
专利技术所要解决的课题本专利技术的第一课题在于提供一种极性化合物，其具有高的化学稳定性、高的使液晶分子取向的能力及在液晶组合物中的高溶解度，而且在用于液晶显示元件中的情形时的电压保持率大。本专利技术的第二课题在于提供一种液晶组合物，其含有所述化合物，而且充分满足如下特性中的至少一个：向列相的上限温度高、向列相的下限温度低、粘度小、光学各向异性适当、正或负的介电各向异性大、比电阻大、对紫外线的稳定性高、对热的稳定性高、弹性常数大等。本专利技术的第三课题在于提供一种液晶显示元件，其含有所述组合物，而且具有如下特性：可使用元件的温度范围广、响应时间短、电压保持率大、阈电压低、对比度大、寿命长、垂直取向性良好。解决课题的技术手段本专利技术涉及式(1)所表示的化合物、含有所述化合物的液晶组合物及含有所述组合物的液晶显示元件。式(1)中，R1、R2及R3独立地为氢或碳数1～15的烷基，所述烷基中，至少一个-CH2-可经-O-、-S-或-NH-取代，至少一个-(CH2)2-可经-CH＝CH-取代，这些基团中，至少一个氢可经卤素取代；n为0、1或2；环A1及环A3独立地为环己基、环己烯基、苯基、1-萘基、2-萘基、四氢吡喃-2-基、1,3-二噁烷-2-基、嘧啶-2-基或吡啶-2-基，环A2为1,4-亚环己基、1,4-亚环己烯基、1,4-亚苯基、萘-1,2-二基、萘本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种式(1)所表示的化合物，

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.09.15 JP 2015-1813701.一种式(1)所表示的化合物，式(1)中，R1、R2及R3独立地为氢或碳数1～15的烷基，所述烷基中，至少一个-CH2-可经-O-、-S-或-NH-取代，至少一个-(CH2)2-可经-CH＝CH-取代，这些基团中，至少一个氢可经卤素取代；n为0、1或2；环A1及环A3独立地为环己基、环己烯基、苯基、1-萘基、2-萘基、四氢吡喃-2-基、1,3-二噁烷-2-基、嘧啶-2-基或吡啶-2-基，环A2为1,4-亚环己基、1,4-亚环己烯基、1,4-亚苯基、萘-1,2-二基、萘-1,3-二基、萘-1,4-二基、萘-1,5-二基、萘-1,6-二基、萘-1,7-二基、萘-1,8-二基、萘-2,3-二基、萘-2,6-二基、萘-2,7-二基、四氢吡喃-2,5-二基、1,3-二噁烷-2,5-二基、嘧啶-2,5-二基或吡啶-2,5-二基，这些环中，至少一个氢可经氟或氯取代；Z1及Z2独立地为单键或碳数1～10的亚烷基，所述亚烷基中，至少一个-CH2-可经-O-、-COO-、-OCO-或-OCOO-取代，至少一个-(CH2)2-可经-CH＝CH-或-C≡C-取代，这些基团中，至少一个氢可经氟或氯取代；Sp1、Sp2及Sp3独立地为单键或碳数1～10的亚烷基，所述亚烷基中，至少一个-CH2-可经-O-、-COO-、-OCO-或-OCOO-取代，至少一个-(CH2)2-可经-CH＝CH-或-C≡C-取代，这些基团中，至少一个氢可经氟或氯取代；a为0、1、2、3或4；c、d及e独立地为0、1、2、3或4，而且c、d及e的和为2、3或4；P1、P2及P3独立地为式(P-1)所表示的聚合性基；式(P-1)中，M1及M2独立地为氢、卤素、碳数1～5的烷基或至少一个氢经卤素取代的碳数1～5的烷基；R4为选自式(1a)、式(1b)及式(1c)所表示的极性基的组群中的基团，式(1a)、式(1b)及式(1c)中，Sp5及Sp6独立地为单键或碳数1～10的亚烷基，所述亚烷基中，至少一个-CH2-可经-O-、-NH-、-CO-、-COO-、-OCO-或-OCOO-取代，至少一个-(CH2)2-可经-CH＝CH-或-C≡C-取代，这些基团中，至少一个氢可经卤素取代；S1为＞CH-或＞N-，而且S2为＞C＜或＞Si＜；X1为-OH、-NH2、-OR5、-N(R5)2、-COOH、-SH、-B(OH)2或-Si(R5)3，此处，R5为氢或碳数1～10的烷基，所述烷基中，至少一个-CH2-可经-O-取代，至少一个-(CH2)2-可经-CH＝CH-取代，这些基团中，至少一个氢可经卤素取代。2.根据权利要求1所述的化合物，其中，式(P-1)中，R4为式(1a)或式(1b)所表示的极性基。3.根据权利要求1或2所述的化合物，其中，式(1)中，c、d及e为0、1、2或3，而且c、d及e的和为2、3或4；式(P-1)中，R4为式(1a)所表示的极性基。4.根据权利要求1至3中任一项所述的化合物，其是由式(1-1)～式(1-6)的任一个所表示，式(1-1)～式(1-6)中，R1、R2及R3独立地为氢、碳数1～12的烷基、碳数2～12的烯基、碳数1～11的烷氧基或碳数2～11的烯氧基，这些基团中，至少一个氢可经氟取代；环A1及环A3独立地为环己基、环己烯基、苯基、1-萘基、2-萘基、四氢吡喃-2-基或1,3-二噁烷-2-基，环A2为1,4-亚环己基、1,4-亚环己烯基、1,4-亚苯基、萘-1,5-二基、萘-2,6-二基、四氢吡喃-2,5-二基或1,3-二噁烷-2,5-二基，这些环中，至少一个氢可经氟或氯取代；Z1及Z2独立地为单键或碳数1～8的亚烷基，所述亚烷基中，至少一个-CH2-可经-O-、-COO-或-OCO-取代，至少一个-(CH2)2-可经-CH＝CH-或-C≡C-取代，这些基团中，至少一个氢可经氟或氯取代；Sp1、Sp2及Sp3独立地为单键或碳数1～8的亚烷基，所述亚烷基中，至少一个-CH2-可经-O-、-COO-或-OCO-取代，至少一个-(CH2)2-可经-CH＝CH-或-C≡C-取代，这些基团中，至少一个氢可经氟或氯取代；c、d及e独立地为0、1、2、3或4，而且c、d及e的和为2、3或4；P1、P2及P3独立地为式(P-11)所表示的聚合性基，式(P-11)中，M1及M2独立地为氢、卤素、碳数1～4的烷基或至少一个氢经卤素取代的碳数1～4的烷基；Sp5为单键或碳数1～8的亚烷基，所述亚烷基中，至少一个-CH2-可经-O-、-CO-、-COO-或-OCO-取代，至少一个-(CH2)2-可经-CH＝CH-或-C≡C-取代，这些基团中，至少一个氢可经卤素取代；X1为-OH、-NH2、-OR5、-N(R5)2或-Si(R5)3，此处，R5为氢或碳数1～8的烷基，所述烷基中，至少一个-CH2-可经-O-取代，至少一个-(CH2)2-可经-CH＝CH-取代，这些基团中，至少一个氢可经卤素取代。5.根据权利要求4所述的化合物，其中，根据权利要求4所述的式(1-1)～式(1-6)中，R1、R2及R3独立地为氢、碳数1～10的烷基、碳数2～10的烯基、碳数1～9的烷氧基或碳数2～9的烯氧基，这些基团中，至少一个氢可经氟取代；环A1及环A3独立地为环己基、环己烯基、苯基、1-萘基、2-萘基或四氢吡喃-2-基，环A2为1,4-亚环己基、1,4-亚环己烯基、1,4-亚苯基、萘-2,6-二基或四氢吡喃-2,5-二基，这些环中，至少一个氢可经氟或氯取代；Z1及Z2独立地为单键或碳数1～6的亚烷基，所述亚烷基中，至少一个-CH2-可经-O-、-COO-或-OCO-取代，至少一个-(CH2)2-可经-CH＝CH-或-C≡C-取代，这些基团中，至少一个氢可经氟取代；Sp1、Sp2及Sp3独立地为单键或碳数1～6的亚烷基，所述亚烷基中，至少一个-CH2-可经-O-取代，至少一个-(CH2)2-可经-CH＝CH-取代，这些基团中，至少一个氢可经氟取代；c、d及e独立地为0、1、2或3，而且c、d及e的和为2、3或4；P1、P2及P3独立地为式(P-11)所表示的聚合性基，式(P-11)中，M1及M2独立地为氢、碳数1或3的烷基或至少一个氢经氟取代的碳数1或3的烷基；Sp5为单键或碳数1～6的亚烷基，所述亚烷基中，至少一个-CH2-可经-O-取代，至少一个-(CH2)2-可经-CH＝CH-或-C≡C-取代，这些基团中，至少一个氢可经氟取代；X1为-OH或-NH2。6.根据权利要求1至5中任一项所述的化合物，其是由式(1-7)～式(1-21)的任一个所表示，式(1-7)～式(1-21)中，R1、R2及R3独立地为氢、碳数1～8的烷基、碳数2～8的烯基、碳数1～7的烷氧基或碳数2～7的烯氧基；环A1为环己基、环己烯基或苯基，环A2为1,4-亚环己基、1,4-亚环己烯基或1,4-亚苯基，这些环中，至少一个氢可经氟取代；L1、L2、L3、L4、L5、L7、L8、L10、L12、L13、L15、L16、L17、L18、L19及L20独立地为氢、氟、甲基或乙基；Sp1、Sp2及Sp3独立地为单键或碳数1～5的亚烷基，所述亚烷基中，至少一个-CH2-可经-O-取代；c、d及e独立地为0、1或2，而且c、d及e的和为2、3或4；P1、P2及P3独立地为式(P-11)所表示的聚合性基，式(P-11)中，M1及M2独立地为氢、氟、甲基、乙基或三氟甲基；Sp5为单键或碳数1～5的亚烷基，所述亚烷基中，至少一个-CH2-可经-O-取代；X1为-OH或-NH2。7.根据权利要求6所述的化合物，其中，根据权利要求6所述的式(1-7)～式(1-21)中，R1、R2及R3独立地为氢、碳数1～8的烷基、碳数2～8的烯基、碳数1～7的烷氧基或碳数2～7的烯氧基；环A1为环己基、环己烯基或苯基，环A2为1,4-亚环己基、1,4-亚环己烯基或1,4-亚苯基，这些环中，至少一个氢可经氟取代；L1、L2、L3、L4、L5、L7、L8、L10、L12、L13、L15、L16、L17、L18、L19及L20独立地为氢、氟、...

【专利技术属性】
技术研发人员：矢野匡一，田中裕之，荻田和寛，近藤史尚，矢野智広，
申请(专利权)人：捷恩智株式会社，捷恩智石油化学株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP