聚合性极性化合物、液晶组合物及液晶显示元件制造技术

本发明专利技术提供一种具有化学稳定性高、使液晶分子取向的能力高、在液晶组合物中的溶解度高，并且用于液晶显示元件时的电压保持率大的极性化合物。通过由式(1)所表示的化合物来解决所述课题。例如，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。进而，详细而言涉及一种一并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、包含所述化合物且介电常数各向异性为正或负的液晶组合物、以及包含所述组合物的液晶显示元件。
技术介绍
液晶显示元件中，基于液晶分子的动作模式的分类为相变(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)、面内切换(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。基于元件的驱动方式的分类为无源矩阵(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的分类为非晶硅(amorphoussilicon)及多晶硅(polycrystalsilicon)。后者根据制造工序而分类为高温型与低温型。基于光源的分类为利用自然光的反射型、利用背光的透过型、以及利用自然光与背光两者的半透过型。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。通过提高所述组合物的特性，可获得具有良好特性的AM元件。将两种特性中的关联归纳于下述表1中。基于市售的AM元件来对组合物的特性进一步进行说明。向列相的温度范围与元件可使用的温度范围相关联。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相关联。为了以元件显示动态图像，优选为响应时间短。理想为短于1毫秒的响应时间。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]表1.组合物与AM元件的特性1)可缩短向液晶显示元件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比相关联。根据元件的模式，而需要光学各向异性大或光学各向异性小，即光学各向异性适当。组合物的光学各向异性(Δn)与元件的单元间隙(d)的积(Δn×d)被设计成使对比度比为最大。适当的积的值依存于动作模式的种类。所述值在如TN模式的元件中为约0.45μm。所述值在VA模式的元件中为约0.30μm至约0.40μm的范围，在IPS模式或FFS模式的元件中为约0.20μm至约0.30μm的范围。这些情况下，对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。组合物的介电常数各向异性大有助于元件中的阈电压低、消耗电力小与对比度比大。因此，优选为正或负的介电常数各向异性大。组合物的比电阻大有助于元件的电压保持率大与对比度比大。因此，优选为在初始阶段中不仅在室温下，而且在接近于向列相的上限温度的温度下也具有大的比电阻的组合物。优选为在长时间使用后，不仅在室温下，而且在接近于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相关联。在所述稳定性高时，元件的寿命长。此种特性对用于液晶投影仪、液晶电视等的AM元件而言优选。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，将添加有少量聚合性化合物的组合物注入至元件中。继而，一面对所述元件的基板之间施加电压，一面对组合物照射紫外线。聚合性化合物进行聚合而在组合物中生成聚合物的网状结构。所述组合物中，能够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，图像的残像得到改善。具有TN、ECB、OCB、IPS、VA、FFS、FPA之类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可通过聚酰亚胺取向膜达成。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，将添加有少量极性化合物及少量聚合性化合物的组合物注入至元件中。此处，通过极性化合物的作用，将液晶分子取向。继而，一面对所述元件的基板之间施加电压，一面对组合物照射紫外线。此处，聚合性化合物进行聚合，并使液晶分子的取向稳定化。所述组合物中，能够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，图像的残像得到改善。进而，不具有取向膜的元件中不需要形成取向膜的工序。由于不存在取向膜，故通过取向膜与组合物的相互作用，元件的电阻不会降低。具有TN、ECB、OCB、IPS、VA、FFS、FPA之类的模式的元件中可期待由极性化合物与聚合物的组合所产生的此种效果。迄今为止，关于不具有取向膜的液晶显示元件，作为可使液晶分子进行垂直取向的化合物，已合成有多种在末端具有-OH基的化合物。在专利文献1中记载有在末端具有-OH基的联苯化合物(S-1)。但是，虽然所述化合物的使液晶分子进行垂直取向的能力高，但用于液晶显示元件时的电压保持率并不充分。[化14]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问题本专利技术的第一课题为提供一种极性化合物，其具有化学稳定性高、使液晶分子取向的能力高、在液晶组合物中的溶解度高，并且用于液晶显示元件时的电压保持率大。第二课题为提供一种液晶组合物，其包含所述化合物，并且满足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、正或负的介电常数各向异性大、比电阻大、对紫外线的稳定性高、对热的稳定性高、弹性常数大等特性的至少一种。第三课题为提供一种液晶显示元件，其包含所述组合物，并且具有宽广的可使用元件的温度范围、短响应时间、高电压保持率、低阈电压、高对比度比、长寿命之类的特性。解决问题的技术手段本专利技术涉及一种由下述式(1)所表示的化合物、包含所述化合物的液晶组合物、及包含所述组合物的液晶显示元件。[化15]式(1)中，R1为氢、-Sp2-P2、-Sp3-P3、或碳数1～15的烷基，在所述烷基中，至少一个-CH2-可由-O-、-S-或-NH-取代，至少一个-CH2CH2-可由-CH＝CH-取代，在这些基中，至少一个氢可由卤素取代；环A1、环A4、及环A5独立为亚环己基、亚环己烯基、亚苯基、亚萘基、十氢亚萘基、四氢亚萘基、四氢吡喃二基、1,3-二噁烷二基、嘧啶二基、或吡啶二基，在这些环中，至少一个氢可由氟、氯、碳数1～12的烷基、碳数2～本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种化合物，其由下述式(1)表示。[化1]

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.08.05 JP 2016-1545551.一种化合物，其由下述式(1)表示。[化1]式(1)中，R1为氢、-Sp2-P2、-Sp3-P3、或碳数1～15的烷基，在所述烷基中，至少一个-CH2-可由-O-、-S-或-NH-取代，至少一个-CH2CH2-可由-CH＝CH-或-C≡C-取代，在这些基中，至少一个氢可由卤素取代；环A1、环A4、及环A5独立为亚环己基、亚环己烯基、亚苯基、亚萘基、十氢亚萘基、四氢亚萘基、四氢吡喃二基、1,3-二噁烷二基、嘧啶二基、或吡啶二基，在这些环中，至少一个氢可由氟、氯、碳数1～12的烷基、碳数2～12的烯基、碳数1～12的烷氧基、或碳数2～11的烯氧基取代，在这些基中，至少一个氢可由氟或氯取代；环A2、及环A3独立为亚环己基、或亚苯基，在这些环中，至少一个氢可由氟、氯、碳数1～12的烷基、碳数2～12的烯基、碳数1～12的烷氧基、或碳数2～11的烯氧基取代，在这些基中，至少一个氢可由氟或氯取代；Z1、Z4及Z5独立为单键或碳数1～10的亚烷基，在所述亚烷基中，至少一个-CH2-可由-O-、-CO-、-COO-、-OCO-、或-OCOO-取代，至少一个-CH2CH2-可由-CH＝CH-或-C≡C-取代，在这些基中，至少一个氢可由氟或氯取代；Sp2、及Sp3独立为单键或碳数1～10的亚烷基，在所述亚烷基中，至少一个-CH2-可由-O-、-COO-、-OCO-、或-OCOO-取代，至少一个-CH2CH2-可由-CH＝CH-或-C≡C-取代，在这些基中，至少一个氢可由氟或氯取代；P2、及P3独立为由下述式(P-1)所表示的聚合性基；[化2]式(P-1)中，M1及M2独立为氢、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为选自由下述式(1a)、式(1b)、及式(1c)的任一者所表示的基中的基；[化3]式(1a)、式(1b)、及式(1c)中，Sp5及Sp6独立为单键或碳数1～10的亚烷基，在所述亚烷基中，至少一个-CH2-可由-O-、-NH-、-CO-、-COO-、-OCO-、或-OCOO-取代，至少一个-CH2CH2-可由-CH＝CH-或-C≡C-取代，在这些基中，至少一个氢可由卤素取代；S1为＞CH-或＞N-；S2为＞C＜或＞Si＜；X1为由-OH、-NH2、-OR5、-N(R5)2、-COOH、-SH、-B(OH)2、或-Si(R5)3所表示的基，此处，R5为氢或碳数1～10的烷基，在所述烷基中，至少一个-CH2-可由-O-取代，至少一个-CH2CH2-可由-CH＝CH-取代，在这些基中，至少一个氢可由卤素取代；a、b及c独立为0、1、2、3、或4；d及e独立为0、1、2、3、或4；d及e的和为2、3、或4。2.根据权利要求1所述的化合物，其中在式(P-1)中，R4为由式(1a)或式(1b)所表示的基。3.根据权利要求1或2所述的化合物，其中在式(P-1)中，R4由式(1a)表示，在式(1)中，b及c为0，d及e的和为2、3、或4。4.根据权利要求1至3中任一项所述的化合物，其由下述式(1-1)表示。[化4]式(1-1)中，P2及P3独立为由下述式(P-1-1)所表示的聚合性基；[化5]式(P-1-1)中，M1及M2独立为氢、氟、或甲基；Sp5独立为单键或碳数1～10的亚烷基，在所述亚烷基中，至少一个-CH2-可由-O-、-NH-、-CO-、-COO-、-OCO-、或-OCOO-取代，至少一个-CH2CH2-可由-CH＝CH-或-C≡C-取代，在这些基中，至少一个氢可由卤素取代；Sp2及Sp3独立为单键或碳数1～3的亚烷基，在所述亚烷基中，至少一个-CH2-可由-O-取代；R1、环A1、环A2、环A3、Z1、及a为如权利要求1中所定义那样。5.一种液晶组合物，其含有根据权利要求1至4中任一项所述的化合物的至少一种。6.根据权利要求5所述的液晶组合物，其还含有选自由下述式(2)至式(4)的任一者所表示的化合物的群组中的至少一种化合物。[化6]式(2)至式(4)中，R11及R12独立为碳数1～10的烷基或碳数2～10的烯基，在所述烷基及所述烯基中，至少一个-CH2-可由-O-取代，至少一个氢可由氟取代；环B1、环B2、环B3、及环B4独立为1,4-亚环己基、1,4-亚苯基、2-氟-1,4-亚苯基、2,5-二氟-1,4-亚苯基、或嘧啶-2,5-二基；Z11、Z12、及Z13独立为单键、-CH2CH2-、-CH＝CH-、-C≡C-、或-COO-。7.根据权利要求5或6所述的液晶组合物，其还含有选自由下述式(5)至式(7)的任一者所表示的化合物的群组中的至少一种化合物。[化7]式(5)至式(7)中，R13为碳数1～10的烷基或碳数2～10的烯基，在所述烷基及所述烯基中，至少一个-CH2-可由-O-取代，至少一个氢可由氟取代；X11为氟、氯、-OCF3、-OCHF2、-CF3、-CHF2、-CH2F、-OCF2CHF2、或-OCF2CHFCF3；环C1、环C2、及环C3独立为1,4-亚环己基、至少一个氢可由氟取代的1,4-亚苯基、四氢吡喃-2,5-二基、1,3-二噁烷-2,5-二基、或嘧啶-2,5-二基；Z14、Z15及Z16独立为单键、-CH2CH2-、-CH＝CH-、-C≡C-、-COO-、-CF2O-、-O...

【专利技术属性】
技术研发人员：矢野智広，近藤史尚，荻田和寛，
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