聚合性极性化合物、液晶组合物及液晶显示元件制造技术

提供一种具有高的化学稳定性、高的使液晶分子取向的能力、在液晶组合物中的高的溶解度，并且用于液晶显示元件时的电压保持率大的极性化合物及包含其的组合物。一种式(1)所表示的化合物。式(1)中，例如P为(1b)～式(1i)的任一者，Sp为单键，Z为‑COO‑，A为1,4‑亚苯基。

Polymeric polar compounds, liquid crystal compositions and liquid crystal display elements

【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聚合性极性化合物、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具有由羟基烷基等极性基取代的丙烯酰氧基的聚合性的极性化合物、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、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，基于液晶分子的运行模式的分类为相变(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)。后者根据制造步骤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.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运行模式的种类。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。具有TN模式的AM元件中使用具有正的介电常数各向异性的组合物。具有VA模式的AM元件中使用具有负的介电常数各向异性的组合物。具有IPS模式或FFS模式的AM元件中使用具有正或负的介电常数各向异性的组合物。聚合物稳定取向(polymersustainedalignment，PSA)型的AM元件中使用具有正或负的介电常数各向异性的组合物。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。报告有如下方法：代替聚酰亚胺之类的取向膜而使用具有肉桂酸酯基的低分子化合物或聚肉桂酸乙烯酯、具有查耳酮结构的低分子化合物、具有偶氮苯结构的低分子化合物或树枝状聚合物来控制液晶的取向(专利文献1或专利文献2)。专利文献1或专利文献2的方法中，首先，将所述低分子化合物或聚合物以添加物的形式溶解于液晶组合物中。继而，通过使所述添加物进行相分离而在基板上生成包含所述低分子化合物或聚合物的薄膜。最后，以高于液晶组合物的上限温度的温度对基板照射直线偏光。当低分子化合物或聚合物通过所述直线偏光而进行二聚化或异构化时，其分子在固定方向上进行排列。在所述方法中，通过选择低分子化合物或聚合物的种类，可制造IPS或FFS之类的水平取向模式的元件与VA之类的垂直取向模式的元件。在所述方法中，重要的是低分子化合物或聚合物容易在高于液晶组合物的上限温度的温度下溶解，恢复至室温时，所述化合物容易自液晶组合物进行相分离。其中，难以确保低分子化合物或聚合物与液晶组合物的相容性。迄今为止，在不具有取向膜的液晶显示元件中，作为可使液晶分子进行水平取向的化合物，专利文献2中记载有在末端具有甲基丙烯酸酯基的化合物([化2])。但是，这些化合物使液晶分子进行水平取向的能力并不充分。现有技术文献专利文献专利文献1：国际公开第2015/146369号专利文献2：国际公开第2017/057162号
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，其具有高的化学稳定性、高的使液晶分子水平取向的能力、在液晶组合物中的高的溶解度，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，并且具有可使用元件的温度范围广、响应时间短、电压保持率高、阈电压低、对比度比大、寿命长之类的特性。解决问题的技术手段本专利技术涉及式(1)所表示的化合物、使用所述化合物的组合物及液晶显示元件。式(1)中，a及b为0、1或2，且0≦a+b≦3；环A1、环A2、环A3及本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种化合物，是由式(1)所表示，/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170731 JP 2017-1479481.一种化合物，是由式(1)所表示，



式(1)中，
a及b为0、1或2，且0≦a+b≦3，
环A1、环A2、环A3及环A4独立为1,4-亚环己基、1,4-亚环己烯基、1,4-亚苯基、萘-2,6-二基、十氢萘-2,6-二基、1,2,3,4-四氢萘-2,6-二基、四氢吡喃-2,5-二基、1,3-二噁烷-2,5-二基、嘧啶-2,5-二基、吡啶-2,5-二基、芴-2,7-二基、菲-2,7-二基、蒽-2,6-二基、全氢环戊并[a]菲-3,17-二基、或2,3,4,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17-十四氢环戊并[a]菲-3,17-二基，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1～11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，当a或b为2时，任意的两个环A1或环A4可不同；
Z1、Z2、Z3、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-(CH2)2-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；其中，Z2、Z3、或Z4中的至少一者为-COO-、-OCO-、-CH＝CHCOO-、-OCOCH＝CH-、-CH＝CH-、-CH＝CHCO-、-COCH＝CH-的任一者，当a或b为2时，任意的两个Z1或Z5可不同；
Sp1及Sp2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-(CH2)2-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；
P1为式(1b)～式(1i)的任一者所表示的基；
P2为式(1a)所表示的基，



式(1a)～式(1i)中，M1及M2独立为氢、卤素、碳数1～5的烷基、或至少一个氢由卤素取代的碳数1～5的烷基；
R1为式(2a)、式(2b)、或式(2c)的任一者所表示的基，



R2为氢、卤素、碳数1～5的烷基，在所述烷基中，至少一个氢可由卤素取代，至少一个-CH2-可由-O-取代；
R3、R4及R5独立为氢或碳数1～15的烷基，在所述烷基中，至少一个-CH2-可由-O-或-S-取代，至少一个-(CH2)2-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；
式(2a)、式(2b)、及式(2c)中，Sp3及Sp4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-(CH2)2-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-、＞SiH-或＞N-；
S2为＞C＜或＞Si＜；
X1独立为由-OH、-NH2、-OR6、-N(R6)2、-COOH、-SH、-B(OH)2、或-Si(R6)3所表示的基，此处，R6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-(CH2)2-可由-CH＝CH-取代，在这些基中，至少一个氢可由卤素取代。


2.根据权利要求1所述的化合物，是由式(1)所表示，



式(1)中，
a及b为0、1或2，且0≦a+b≦2；
环A1、环A2、环A3及环A4独立为1,4-亚环己基、1,4-亚环己烯基、1,4-亚苯基、萘-2,6-二基、十氢萘-2,6-二基、1,2,3,4-四氢萘-2,6-二基、四氢吡喃-2,5-二基、1,3-二噁烷-2,5-二基、嘧啶-2,5-二基、吡啶-2,5-二基、芴-2,7-二基、菲-2,7-二基、蒽-2,6-二基、全氢环戊并[a]菲-3,17-二基、或2,3,4,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17-十四氢环戊并[a]菲-3,17-二基，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1～11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，当a或b为2时，任意的两个环A1或环A4可不同；
Z1、Z2、Z3、Z4及Z5独立为单键、-(CH2)2-、-CH＝CH-、-C≡C-、-COO-、-OCO-、-CF2O-、-OCF2-、-CH2O-、-OCH2-、-CF＝CF-、-CH＝CHCOO-、-OCOCH＝CH-、-CH＝CHCO-或-COCH＝CH-，其中，Z2、Z3、或Z4中的至少一者为-COO-、-OCO-、-CH＝CHCOO-、-OCOCH＝CH-、-CH＝CH-、-CH＝CHCO-、-COCH＝CH-的任一者，当a或b为2时，任意的两个Z1或Z5可不同；
Sp1及Sp2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-、或-OCO-取代，至少一个-(CH2)2-可由-CH＝CH-取代，在这些基中，至少一个氢可由氟或氯取代；
P1为式(1b)～式(1i)的任一者所表示的基，P2为式(1a)所表示的基，



这些式中，
M1及M2独立为氢、卤素、碳数1～5的烷基、或至少一个氢由卤素取代的碳数1～5的烷基；
R1为式(2a)所表示的基；



R2为氢、卤素、碳数1～5的烷基，在所述烷基中，至少一个氢可由卤素取代，至少一个-CH2-可由-O-取代；
R3、R4及R8独立为氢或碳数1～15的烷基，在所述烷基中，至少一个-CH2-可由-O-或-S-取代，至少一个-(CH2)2-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；
式(2a)中，
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-、-NH-、-CO-、-COO-、-OCO-、或-OCOO-取代，至少一个-(CH2)2-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；
X1为由-OH、-NH2、-OR3、-N(R3)2、-COOH、-SH、-B(OH)2、或-Si(R3)3所表示的基，此处，R3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-(CH2)2-可由-CH＝CH-取代，在这些基中，至少一个氢可由卤素取代。


3.根据权利要求1或2所述的化合物，是由式(1-1)至式(1-3)的任一者所表示，



式(1-1)至式(1-3)中，
环A1、环A2、环A3及环A4独立为1,4-亚环己基、1,4-亚环己烯基、1,4-亚苯基、萘-2,6-二基、四氢吡喃-2,5-二基、1,3-二噁烷-2,5-二基、嘧啶-2,5-二基、吡啶-2,5-二基、芴-2,7-二基、菲-2,7-二基、蒽-2,6-二基，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1～11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、Z2、Z3、Z4及Z5独立为单键、-(CH2)2-、-CH＝CH-、-C≡C-、-COO-、-OCO-、-CF2O-、-OCF2-、-CH2O-、-OCH2-、-CF＝CF-、-CH＝CHCOO-、-OCOCH＝CH-、-CH＝CHCO-、或-COCH＝CH-，其中，Z2、Z3及Z4的任意至少一者为-COO-、-OCO-、-CH＝CHCOO-、-OCOCH＝CH-、-CH＝CH-、-CH＝CHCO-、-COCH＝CH-的任一者；
Sp1、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-、-OCOO-或-OCO-取代，至少一个-(CH2)2-可由-CH＝CH-取代，在这些基中，至少一个氢可由氟或氯取代；
P1独立为式(1b)～式(1i)的任一者所表示的基，



这些式中，
M1及M2独立为氢、卤素、碳数1～5的烷基、或至少一个氢由卤素取代的碳数1～5的烷基；
R1为式(2a)所表示的基；



R2为氢、卤素、碳数1～5的烷基，在所述烷基中，至少一个氢可由卤素取代，至少一个-CH2-可由-O-取代；
R3、R4及R5独立为氢或碳数1～15的直链状、分支状或环状的烷基，在所述烷基中，至少一个-CH2-可由-O-或-S-取代，至少一个-(CH2)2-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。


4.根据权利要求1至3中任一项所述的化合物，是由式(1-1A)至式(1-3A)的任一者所表示，



式(1-1A)至式(1-3A)中，
环A1、环A2、环A3及环A4独立为1,4-亚环己基、1,4-亚苯基、萘-2,6-二基、嘧啶-2,5-二基、吡啶-2,5-二基、芴-2,7-二基、菲-2,7-二基、蒽-2,6-二基，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1～11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；
Z2、Z3及Z4独立为单键、-(CH2)2-、-CH＝CH-、-C≡C-、-COO-、-OCO-、-CF2O-、-OCF2-、-CH2O-、-OCH2-、-CF＝CF-、-CH＝CHCOO-、-OCOCH＝CH-、-CH＝CHCO-或-COCH＝CH-，其中，Z2、Z3及Z4的任意至少一者为-COO-、-OCO-、-CH＝CHCOO-、-OCOCH＝CH-、-CH＝CH-、-CH＝CHCO-、-COCH＝CH-的任一者；
Sp1及Sp2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-、-OCOO-或-OCO-取代，至少一个-(CH2)2-可由-CH＝CH-取代，在这些基中，至少一个氢可由氟或氯取代；
P1独立为式(1b)～式(1i)的任一者所表示的基，



这些式中，
M1及M2独立为氢、卤素、碳数1～5的烷基、或至少一个氢由卤素取代的碳数1～5的烷基；
R1为式(2a)所表示的基；



R2为氢、卤素、或碳数1～5的烷基，在所述烷基中，至少一个氢可由卤素取代，至少一个-CH2-可由-O-取代；
R3、R4及R5独立为氢、碳数1～15的直链状、或分支状或者环状的烷基，在所述烷基中，至少一个-CH2-可由-O-或-S-取代，至少一个-(CH2)2-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。


5.根据权利要求1至4中任一项所述的化合物，是由式(1-1-1)至式(1-3-1)的任一者所表示，



式(1-1-1)、式(1-2-1)及式(1-3-1)中，
环A1、环A2、环A3及环A4独立为1,4-亚环己基、1,4-亚苯基、芴-2,7-二基，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1～11的烷氧基、或碳数...

【专利技术属性】
技术研发人员：矢野智広，近藤史尚，荻田和寛，佐郷弘毅，平井吉治，
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