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JP2023165655A - 液晶媒体 - Google Patents

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Hirschmann Harald
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Abstract

【課題】IPS、FFS、VAまたはPS-VAディスプレイに用いられる液晶媒体を提供する。【解決手段】1種類以上の式Iの化合物、及び特定の2種類の化合物を含む液晶媒体とする。TIFF2023165655000255.tif39166R11、R12は、同一または異なってH、1~15個のC原子を有する直鎖状のアルキルもしくはアルコキシ、2~15個のC原子を有する直鎖状のアルケニルもしくはアルケニルオキシまたは3~15個のC原子を有する分岐状のアルキル、アルコキシ、アルケニルもしくはアルケニルオキシを表し、L1、L2は、同一または異なってFまたはClを表す。)【選択図】なし

Description

本発明は液晶(LC:liquid crystal)媒体と、光学的、電気光学的および電子的目的のためので、好ましくはVA、IPSまたはFFSタイプの特にLCディスプレイにおけるLC媒体の使用とに関する。
現在使用されている液晶ディスプレイ(LCD:liquid-crystal display)モードの1つは、TN(「ツイストネマチック(twisted nematic)」)モードである。しかしながらTN LCDは、コントラストが視野角に強く依存するという不利を有する。
加えて、より広い視野角を有する所謂VA(「垂直配向(vertically aligned)」)ディスプレイが知られている。VAディスプレイのLCセルは、2つの透明電極の間にあるLC媒体層を有し、ここでLC媒体は通常、負の誘電異方性を有する。スイッチを切った状態でLC層の分子は、電極表面に対して垂線方向に配向しているか(ホメオトロピック状)、またはチルトホメオトロピック配向を有する。2つの電極に電圧を印加すると、LC分子の再配向が、電極表面に対して平行に起こる。
また2枚の基板の間にLC層を有する所謂IPS(「面内スイッチ(in-plane switching)」)ディスプレイも知られており、ここで2つの電極は、2枚の基板のうち一方にのみ配置されており、好ましくは噛み合ったくし形の構造を有する。電極に対して電圧を印加すると、これによって電極間にLC層に対して平行の有意な成分を有する電場が生じる。これにより、層平面におけるLC分子の再配向が起こる。
更には所謂FFS(「フリンジ場スイッチ(fringe-field switching)」)ディスプレイが報告されており(特に、S.H.Jungら著、Jpn.J.Appl.Phys.、第43巻、第3号、2004年、第1028頁(非特許文献1)参照)、このディスプレイは同じ基板上に2つの電極を有し、この2つの電極のうち1つはくし形に構造化され、もう一方は構造化されていない。これによって、強力な所謂「フリンジ場」、すなわち電極端部の近くで強力な電界が生じ、セルにわたって、強い垂直成分と強い水平成分の両方を有する電界が生じる。FFSディスプレイは、コントラストの視野角依存性が低い。FFSディスプレイは通常、正の誘電異方性を有するLC媒体と、配向層、通常はポリイミド配向層とを含有し、これにより、LC媒体の分子に対して平面的な配向がもたらされる。
FFSディスプレイは、アクティブマトリックスディスプレイまたはパッシブマトリックスディスプレイとして、稼動させることができる。アクティブマトリックスディスプレイの場合、個々のピクセルは通常、一体化された非線形活性素子、例えばトランジスタ(例えば薄膜トランジスタ(「TFT(thin-film transistor)」))によってアドレスされ、その一方でパッシブマトリックスディスプレイの場合、個々のピクセルは通常、従来技術から公知のマルチプレックス法によってアドレスされる。
更にFFSディスプレイと似た電極設計および層厚を有するが、正の誘電異方性を有するLC媒体層ではなく、負の誘電異方性を有するLC媒体層を備えるFFSディスプレイが開示されている(例えばS.H.Leeら著、Appl.Phys.Lett.第73巻(第20号)、1998年、第2882~2883頁(非特許文献2)、およびS.H.Leeら著、Liquid Crystals 第39巻(第9号)、2012年、第1141~1148頁(非特許文献3)参照)。負の誘電異方性を有するLC媒体は、正の誘電異方性を有するLC媒体に比べて、チルトが小さいより好ましいダイレクター配向と、より高いツイスト配向性とを示し、その結果これらのディスプレイは、より高い透過性を有する。このディスプレイは更に、配向層、好ましくは基板の少なくとも1つの上に設けられたポリイミド配向層を有し、この配向層はLC媒体と接触しており、LC媒体のLC分子の平面的な配向を引き起こすものである。これらのディスプレイは、「超輝度FFS(UB-FFS:Ultra Brightness FFS)」モードディスプレイとしても知られている。これらのディスプレイは、高い信頼性を備えたLC媒体を必要としている。
より最近のタイプのVAディスプレイでは、LC分子の均一な配向が、LCセル内にある比較的小さな複数のドメインに限定されている。これらのドメインの間にディスクリネーションが存在することがあり、これはチルトドメインとしても知られる。チルトドメインを有するVAディスプレイは、従来のVAディスプレイと比較して、コントラストに依存しないより大きな視野角と、中間階調とを有する。加えてこのタイプのディスプレイは製造が容易であり、スイッチが入った状態で分子を均一に配向させるための、例えばラビングによる電極表面の更なる処理が、もはや必要ない。その代わり、チルト角またはプレチルト角の優先方向は、電極の特別な設計によって制御される。
所謂MVA(「マルチドメイン垂直配向(multidomain vertical alignment)」)ディスプレイでは、これは通常、突出部を有する電極によって達成されるが、これにより局所的なプレチルトが起こる。その結果、LC分子は電圧印加の際、様々な方向に、セルの様々な規定の領域で、電極表面に対して平行に配向される。これによって、「制御された」スイッチが達成され、干渉性ディスクリネーション線の形成が防止される。この配置によってディスプレイの視野角が改善するものの、しかしながら、光に対する透過性が低下する結果となる。MVAの更なる開発は、一方の電極側にのみある突出部を使用し、その一方で反対側の電極はスリットを有し、これによって光に対する透過性が改善される。スリットが入った電極は、電圧印加の際にLCセル内に不均一な電界を発生させ、これは、制御されたスイッチングが依然として達成されることを意味する。光に対する透過性を更に改善させるためにスリットと突出部との間の間隔を増やすことができるが、これは一方で、応答時間が長くなる結果となる。所謂PVA(「パターン化VA(patterned VA)」)ディスプレイでは、両方の電極が反対側にあるスリットによって構造化されているという点で突出部は完全に余剰に付与されており、これによってコントラストが上昇し、および光に対する透過性が改善される結果となるが、技術的には困難であり、これによってディスプレイは、機械的な影響(「タッピング」など)に対してより敏感になってしまう。しかしながら多くの用途、例えばモニター、特にテレビスクリーンにとって、応答時間の短縮、およびディスプレイのコントラストおよび輝度(透過性)における改善が要求されている。
更なる開発は所謂PS(「ポリマー維持(polymer sustained)」)またはPSA(「ポリマー維持配向(polymer sustained alignment)」)型のディスプレイであり、これについては時に、「ポリマー安定化(polymer stabilised)」という用語も用いられる。これらのディスプレイでは、少量(例えば0.3重量%、典型的には1質量%未満)の1種類以上の重合性化合物(1種類または多種類)、好ましくは重合性モノマー化合物(1種類または多種類)を、LC媒体に添加し、LC媒体をディスプレイに充填後、これをその場で、通常は紫外線光重合により、任意でディスプレイの電極に電圧を印加しながら重合または架橋させる。この重合は、LC媒体が液晶相を示す温度で、通常は室温で行う。反応性メソゲンまたは「RM(reactive mesogen)」としても知られる重合性メソゲンまたは液晶化合物をLC混合物に添加することは、特に適切であることが立証されている。
その一方でPS(A)原理は、様々な従来のLCディスプレイモードで使用される。よって例えば、PS-VA、PS-OCB、PS-IPS、PS-FFS、PS-UB-FFSおよびPS-TNディスプレイが知られている。RMの重合は好ましくは、PS-VAおよびPS-OCBディスプレイの場合には電圧を印加しながら行い、PS-IPSディスプレイの場合には、電圧を印加しながら、または電圧を印加せずに、好ましくは電荷を印加せずに行う。試験用セルにおいて実証可能なように、PS(A)法は結果としてセル内にプレチルトをもたらす。PS-VAディスプレイの場合、プレチルトは応答時間に対して肯定的な影響を有する。PS-VAディスプレイのためには、標準的なMVAまたはPVAピクセルおよび電極レイアウトを使用できる。しかしながら加えて、例えば一方のみが構造化された電極側で、突出部無しで間に合わせることも可能であり、これによって製造が著しく簡略化されると同時に結果として、非常に良好なコントラスト、また同時に非常に良好な光に対する透過性がもたらされる。
PS-VAディスプレイは例えば、欧州特許出願公開第1170626号明細書(特許文献1)、米国特許第6,861,107号明細書(特許文献2)、米国特許第7,169,449号明細書(特許文献3)、米国特許出願公開第2004/0191428号明細書(特許文献4)、米国特許出願公開第2006/0066793号明細書(特許文献5)および米国特許出願公開第2006/0103804号明細書(特許文献6)に記載されている。PS-OCBディスプレイは例えば、T.-J-Chenら著、Jpn.J.Appl.Phys.第45巻、2006年、第2702~2704頁(非特許文献4)およびS.H.Kim、L.-C-Chien、Jpn.J.Appl.Phys.第43巻、2004年、第7643~7647頁(非特許文献5)に記載されている。PS-IPSディスプレイは例えば、米国特許第6,177,972号明細書(特許文献7)およびAppl.Phys.Lett.1999年、第75巻(第21号)、第3264頁(非特許文献6)に記載されている。PS-TNディスプレイは例えば、Optics Express 2004年、第12巻(第7号)、第1221頁(非特許文献7)に記載されている。
相分離して重合したRMによって形成され上述のプレチルト角を誘発する層の下でディスプレイセルを形成している基板の一方または両方上にPSAディスプレイは典型的には配向層を有しており、配向層はポリマー安定化工程の前にLC分子の初期配向を与える。配向層は、通常、LC媒体と接触してLC分子の初期配向を誘導するように電極(そのような電極が存在する場合)上に適用される。配向層は例えばポリイミドを含むか構成されてよく、またラビングされてもよく、光配向法によって調製されてよい。
上記従来のLCディスプレイと同様、PSAディスプレイは、アクティブマトリックスディスプレイまたはパッシブマトリックスディスプレイとして稼動させることができる。アクティブマトリックスディスプレイの場合、個々のピクセルは通常、例えばトランジスタ(例えば薄膜トランジスタ(「TFT(thin-film transistor)」))などの集積非線形活性素子によってアドレスされ、その一方でパッシブマトリックスディスプレイの場合、個々のピクセルは通常、従来技術から公知の通りのマルチプレックス法によってアドレスされる。
特にモニター、特にはテレビ用途のためには、LCディスプレイの応答時間しかし、またコントラストおよび輝度(よって透過性も)の最適化が引き続き要求されている。ここでPSA法は、著しい利点を提供できる。特にPS-VA、PS-IPSおよびPS-FFSディスプレイの場合、試験用セルにおいて測定可能なプレチルトと相関関係にある応答時間の短縮を、その他のパラメータに対して有意な悪影響なしに達成できる。
先行技術において観察された別の問題は、PSAタイプのディスプレイを含むがこれに限定されないLCディスプレイにおいて従来のLC媒体を使用すると、特に1滴充填(ODF:one drop filling)法を用いて製造されたディスプレイセルにLC媒体が充填される場合、しばしばディスプレイにムラが発生することであった。この現象は、「ODFムラ」ともしても既知である。したがって、ODFムラの低減につながるLC媒体を提供することが望まれる。
先行技術において観察された別の問題は、PSAタイプのディスプレイを含むがこれに限定されないPSAディスプレイに使用するためのLC媒体が、しばしば高い粘度を示し、その結果、高いスイッチング時間を示すということである。LC媒体の粘度およびスイッチング時間を低減するために、先行技術において、アルケニル基を有するLC化合物を添加することが示唆されている。しかしながら、アルケニル化合物を含むLC媒体は、しばしば信頼性および安定性の低下ならびに特にUV放射への曝露後のVHRの低下を示すことが観察された。特に、PSAディスプレイにおけるRMの光重合は、通常、UV放射への曝露によって行われるため、これは、LC媒体におけるVHRの低下を引き起こす可能性があり、PSAディスプレイにおける使用にとってこれはかなり不利である。
特に、モバイル機器の観点から、高い透過率を有するディスプレイに対する大きな需要があり、これにより、バックライトの使用量を少なくすることができ、よってバッテリーの寿命を長くすることができる。あるいは、もちろん高輝度ディスプレイは、特に環境光下でのコントラストを向上させることが可能である。
加えてPSAディスプレイ、およびそのようなPSAディスプレイに使用するためのLC媒体および重合性化合物に対する大きな需要があり、それらは、大きな動作温度範囲と同時に高い比抵抗、低温でも短い応答時間、および低閾電圧、低プレチルト角、多数の中間階調、高コントラストおよび広い視野角、高い信頼性およびUV曝露後のVHRに対する高い値、および重合性化合物の場合には低融点およびLCホスト混合物への高い溶解性を可能とするものである。モバイル用途向けPSAディスプレイでは、低閾電圧および高複屈折を示すLC媒体を利用できることが特に望まれている。
欧州特許出願公開第1170626号明細書 米国特許第6,861,107号明細書 米国特許第7,169,449号明細書 米国特許出願公開第2004/0191428号明細書 米国特許出願公開第2006/0066793号明細書 米国特許出願公開第2006/0103804号明細書 米国特許第6,177,972号明細書
S.H.Jungら著、Jpn.J.Appl.Phys.、第43巻、第3号、2004年、第1028頁 S.H.Leeら著、Appl.Phys.Lett.第73巻(第20号)、1998年、第2882~2883頁 S.H.Leeら著、Liquid Crystals 第39巻(第9号)、2012年、第1141~1148頁 T.-J-Chenら著、Jpn.J.Appl.Phys.第45巻、2006年、第2702~2704頁 S.H.Kim、L.-C-Chien、Jpn.J.Appl.Phys.第43巻、2004年、第7643~7647頁 Appl.Phys.Lett.1999年、第75巻(第21号)、第3264頁 Optics Express 2004年、第12巻(第7号)、第1221頁
本発明は、PSAディスプレイに使用するためで反応性メソゲン(RM:reactive mesogen)を含み上で示した不利益を持たないか、またはその程度が軽減されたLC媒体において新規で適切な材料を提供するという目的に基づいている。特に本発明は、PSAディスプレイに使用するためのRMを含むLC媒体であって、高い透過率と同時に非常に高い比抵抗値、高いVHR値、高い信頼性、低い閾電圧、短い応答時間、高い複屈折を有するディスプレイを可能にし、特に長波長で良好なUV吸収を示し、RMの迅速かつ完全な重合を可能にする、RMを含むLC媒体という目的に基づくものであり、低いプレチルト角の生成を可能にし、好ましくはできるだけ早く可能にし、より長い時間および/またはUV曝露後でさえプレチルトの高い安定性を可能にし、ディスプレイにおける「画像固着」および「ODFムラ」の発生を低減または防止し、RMができるだけ迅速かつ完全に重合する場合には、PSAディスプレイにおいてホスト混合物として通常使用されているLC媒体に対して高い溶解度を示す。
よってVAまたはPSAまたはFFSディスプレイに使用するための任意に重合性化合物を含むLC媒体であって、上記のような欠点を示さず、またはその程度が小さく、特性が改善されているものに対する大きな需要が依然存在する。
これらの目的は、本発明に従って本願に記載される通りの材料および方法によって達成された。特に驚くべきことに、以降に記載する通りの液晶ホストを使用することで、先行技術から既知の媒体の不具合を克服できることが見出された。
本発明は、a)1種類以上の式Iの化合物、およびb)1種類以上の式IIBaの化合物、およびc)1種類以上の式IIDaの化合物、および好ましくはd)1種類以上の式IIIの化合物を含む液晶媒体に関する。
Figure 2023165655000001
式中
11、R12は、同一または異なってH、1~15個のC原子を有する直鎖状もしくは分岐状のアルキルまたはアルケニルまたはアルコキシ基を表し、ただし、これらの基における1個以上のCH基はO原子が互いに直接連結しないようにして、
Figure 2023165655000002
-C≡C-、-CFO-、-OCF-、-O-、-CO-O-または-O-CO-で、それぞれ互いに独立に置き換えられてよく、該基において加えて1個以上のH原子はハロゲンで置き換えられてよく、
、Lは、同一または異なってFまたはCl、好ましくは両者がFを表す。
Figure 2023165655000003
式中
2Bは、それぞれ1~7個のC原子を有するアルキルもしくはアルコキシまたは2~7個のC原子を有するアルケニルを表し、
(O)は、Oまたは単結合を表し、および
vは、1~5の整数である。
Figure 2023165655000004
式中
2Bは、それぞれ1~7個のC原子を有するアルキルもしくはアルコキシまたは2~7個のC原子を有するアルケニルを表し、
(O)は、Oまたは単結合を表し、および
vは、1~5の整数である。
Figure 2023165655000005
式中
31およびR32は、それぞれ互いに独立にH、1~15個のC原子を有するアルキルまたはアルコキシ基を表し、ただし、これらの基における1個以上のCH基はO原子が互いに直接連結しないようにして、
Figure 2023165655000006
-C≡C-、-CFO-、-OCF-、-CH=CH-、-O-、-CO-O-または-O-CO-で、それぞれ互いに独立に置き換えられてよく、該基において加えて1個以上のH原子はハロゲンで置き換えられてよく、
31は、それぞれの出現で互いに独立に
a)1,4-シクロヘキシレンまたは1,4-シクロヘキセニレン基、該基において1個または2個の隣接しないCH基は-O-または-S-で置き換えられてよく、
b)1,4-フェニレン基、該基において1個または2個のCH基はNで置き換えられてよく、または
c)スピロ[3.3]ヘプタン-2,6-ジイル、1,4-ビシクロ[2.2.2]オクチレン、ナフタレン-2,6-ジイル、デカヒドロナフタレン-2,6-ジイル、1,2,3,4-テトラヒドロナフタレン-2,6-ジイル、フェナントレン-2,7-ジイルおよびフルオレン-2,7-ジイルから成る群から選択される基
を表し、
ただし基a)、b)およびc)はハロゲン原子で一置換または多置換されてよく、
31は、それぞれの出現で互いに独立に-CO-O-、-O-CO-、-CFO-、-OCF-、-CHO-、-OCH-、-CH-、-CHCH-、-(CH-、-CH=CH-CHO-、-C-、-CHCF-、-CFCH-、-CF=CF-、-CH=CF-、-CF=CH-、-CH=CH-、-C≡C-または単結合を表し、
31およびL32は、それぞれ互いに独立にF、Cl、CFまたはCHFを表し、および
nは、0、1または2である。
媒体は、1種類以上の式Rの重合性化合物を含んでよい。
Figure 2023165655000007
式中、個々の基は、それぞれ互いに独立に、それぞれの出現で同一または異なって以下の意味を有する:
Pは、重合性基であって、
Spは、スペーサー基または単結合であって、
、Aは、芳香族、ヘテロ芳香族、脂環式またはヘテロ環式基で、好ましくは4~25個の環原子を有し、該基は縮合環も含んでよく、該基は非置換であるか、Lで一置換または多置換されており、
は、-O-、-S-、-CO-、-CO-O-、-O-CO-、-O-CO-O-、-OCH-、-CHO-、-SCH-、-CHS-、-CFO-、-OCF-、-CFS-、-SCF-、-(CHn1-、-CFCH-、-CHCF-、-(CFn1-、-CH=CH-、-CF=CF-、-CH=CF-、-CF=CH-、-C≡C-、-CH=CH-CO-O-、-O-CO-CH=CH-、-CH-CH-CO-O-、-O-CO-CH-CH-、-CR00-または単結合であり、
、R00は、Hまたは1~12個のC原子を有するアルキルであり、
Rは、H、LまたはP-Sp-であり、
Lは、F、Cl、-CN、P-Sp-または1~25個のC原子を有する直鎖状、分岐状もしくは環状のアルキルであって、ただし1個以上の隣接しないCH基は、Oおよび/またはS原子がそれぞれ互いに独立に直接連結しないようにして-O-、-S-、-CO-、-CO-O-、-O-CO-、-O-CO-O-で置き換えられてよく、ただし1個以上のH原子は、それぞれP-Sp-、FまたはClで置き換えられてよく、
zは0、1、2または3であり、
n1は1、2、3または4である。
本発明は更に、上記のLC媒体を含むLCディスプレィに関する。
本発明は更に、式Rの化合物が重合された上記の通りのLC媒体またはLCディスプレイに関する。
本発明は更に、式I、IIBa、IIDaの1種類以上の化合物を、好ましくは式IIIの1種類以上の化合物と、任意に式Rの1種類以上の化合物と、任意に更なる好ましくは式IIA、IIB、IICおよび/またはIIDのLC化合物および/または添加物と混合する工程を含む上および下に記載する通りのLC媒体を調製する方法に関する。
本発明は更に、PSAディスプレイにおける本発明によるLC媒体の使用、特に好ましくは電界または磁界中で、PSAディスプレイにおける式Rの化合物(1種類または多種類)のその場重合によるLC媒体中のチルト角の生成のためにLC媒体を含むPSAディスプレイにおける使用に関する。
本発明は更に、本発明によるLC媒体を含むLCディスプレイ、特にVAもしくはPSAディスプレイまたはIPSもしくはFFSディスプレイ、特に好ましくはUB-FFSディスプレイに関する。
本発明は更に、ポリマー安定化SA-VAディスプレイにおける本発明によるLC媒体の使用と、本発明によるLC媒体を含むポリマー安定化SA-VAディスプレイとに関する。
本発明は更に、少なくとも一方が光に対して透明な2枚の基板と、各基板上に設けられた電極または一方の基板のみに設けられた2つの電極と、基板間に位置し、任意に1種類以上の重合性化合物と上および下に記載のLC成分とを含むLC媒体層とを含み、ただし重合性化合物がディスプレイの基板間で重合されているVAまたはPSA型の液晶ディスプレイに関する。
本発明は更に、上および下に記載のLCディスプレイの製造方法であって、ディスプレイの基板間に、任意に上および下に記載の1種類以上の重合性化合物を含むLC媒体を充填またはその他の方法で提供する工程と、任意に重合性化合物を重合する工程とを含む製造方法に関する。
本発明によるPSAディスプレイは、2つの電極を有し、好ましくは透明層の形態で、基板の一方または両方に施与される。ディスプレイによっては、例えばPS-VAディスプレイでは、1つの電極が2つの基板のそれぞれに施与される。
好ましい実施形態では、重合性成分は、ディスプレイの電極に電圧が印加されている間、LCディスプレイ内で重合される。
重合性成分の重合性化合物は、好ましくは光重合により、非常に好ましくはUV光重合により重合される。
本発明によるLC媒体は、VAまたはFFSディスプレイに使用された場合、以下の有利な特性を示す:
・ディスプレイの透過率の向上、
・高い透明化温度、
・高い電圧保持率、
・高速スイッチ、
・特に屋外で使用される場合、熱および/またはUVに対する十分な安定性。
本発明によるLC媒体は、PSAディスプレイに使用された場合、以下の有利な特性を示す。
・ディスプレイの透過率の向上、
・高い透明化温度、
・一定のプロセスウィンドウ内にある適切なチルト生成、
・UV処理後にRM残留物を最小にする高速重合、
・UV処理後の高い電圧保持率、
・良好なチルト安定性、
・特に屋外で使用される場合、熱および/またはUVに対する十分な安定性、
・高速スイッチ。
驚くべきことに本発明による媒体は特に弾性定数KおよびKに対する回転粘度(γ)の比が有利に低いことによって区別され、非常に速いスイッチ時間を有するディスプレイ、特にFFSディスプレイが可能となることが判明した。
本発明による媒体は好ましくは、式IIA、IIB、IICおよびIIDの化合物の群から選択される1種類以上の化合物を含む。
Figure 2023165655000008
式中、
2A、R2B、R2CおよびR2Dは、同一または異なってH、1~15個のC原子を有する直鎖状のアルキルもしくはアルコキシ、2~15個のC原子を有する直鎖状のアルケニルもしくはアルケニルオキシまたは3~15個のC原子を有する分岐状のアルキルもしくはアルコキシもしくはアルケニルもしくはアルケニルオキシを表し、ただし、これらの基における1個以上のCH基はO原子が互いに直接連結しないようにして、
Figure 2023165655000009
-C≡C-、-CFO-、-OCF-、-CH=CH-、-O-、-CO-O-または-O-CO-で、それぞれ互いに独立に置き換えられてよく、該基において1個以上のH原子はハロゲンで置き換えられてよく、
~Lは、それぞれ互いに独立にF、Cl、CFまたはCHFを表し、
Yは、H、F、Cl、CF、CHFまたはCHを表し、
、Z2BおよびZ2Dは、それぞれ互いに独立に単結合、-CHCH-、-CH=CH-、-CFO-、-OCF-、-CHO-、-OCH-、-COO-、-OCO-、-C-、-CF=CF-または-CH=CHCHO-を表し、
pは、0、1または2を表し、
qは、0または1を表し、および
vは、1~6の整数を表し、
ただし式IIBaおよびIIDaの化合物は、式IIBおよびIIDから除外される。
式Iの化合物は好ましくは、式I-1およびI-2の化合物から選択される。
Figure 2023165655000010
式中、R11およびR12は式Iに上で与えられた意味を有し、好ましくはR11およびR12は独立に1~6個のC原子を有するアルキルまたは2~6個のC原子を有するアルケニルを表し、ただしR11およびR12の少なくとも1つは2~6個のC原子を有するアルケニルを表す。
より好ましくは本発明による媒体は、R11が1~6個のC原子を有するアルキルを表し、R12が2~6個のC原子を有するアルケニルを表す式I-1の1種類以上の化合物を含む。
式Iの好ましい化合物は、式I-1-1~I-1-29の化合物から選択される。
Figure 2023165655000011
Figure 2023165655000012
Figure 2023165655000013
Figure 2023165655000014
式I-1-15~I-1-29の化合物が非常に好ましい。式I-1-15の化合物が特に好ましい。
代替的に好ましくは付加的に媒体は、式IA-1~IA-23の化合物から選択される1種類以上の式Iの化合物を含む。
Figure 2023165655000015
Figure 2023165655000016
Figure 2023165655000017
Figure 2023165655000018
本発明による媒体に式IA-1~IA-23の1種類以上の化合物を0.5~2%の合計濃度で添加することで、低温安定性(LTS、low-temperature stability)の向上が観察される。
式IIA、IIB、IICおよびIIDの好ましい化合物を下に示す。
Figure 2023165655000019
Figure 2023165655000020
Figure 2023165655000021
Figure 2023165655000022
Figure 2023165655000023
Figure 2023165655000024
Figure 2023165655000025
Figure 2023165655000026
Figure 2023165655000027
Figure 2023165655000028
Figure 2023165655000029
Figure 2023165655000030
Figure 2023165655000031
式中パラメータaは1または2を表し、alkylおよびalkylは、それぞれ互いに独立に1~6個のC原子を有する直鎖状のアルキル基を表し、alkenylは2~6個のC原子を有する直鎖状のアルケニル基を表し、(O)は酸素原子または単結合を表す。alkenylは好ましくは、CH=CH-、CH=CHCHCH-、CH-CH=CH-、CH-CH-CH=CH-、CH-(CH-CH=CH-、CH-(CH-CH=CH-またはCH-CH=CH-(CH-を表す。
式IIDの非常に好ましい化合物は、以下のサブ式から選択される式IIID-10の化合物である。
Figure 2023165655000032
Figure 2023165655000033
Figure 2023165655000034
Figure 2023165655000035
Figure 2023165655000036
Figure 2023165655000037
好ましい実施形態では、媒体は、式IID-10aの1種類以上の化合物を含む。
Figure 2023165655000038
式中、出現する基およびパラメータは、式IIDの下で上に与えられる意味を有し、および
は、
Figure 2023165655000039
を表し、式中、rは0、1、2、3、4、5または6であり、sは1、2または3である。
式IID-10aの好ましい化合物は、化合物IID-10a-1~IID-10a-14である。
Figure 2023165655000040
Figure 2023165655000041
Figure 2023165655000042
本発明による特に好ましい混合物は、式IIA-2、IIA-8、IIA-10、IIA-16、IIA-18、IIA-40、IIA-41、IIA-42、IIA-43、IIB-2、IIB-10、IIB-16、IIC-1、IID-4およびIID-10の1種以上の化合物を含む。
本発明による好ましい媒体は、式IIC-1の少なくとも1種類の化合物を、好ましくは0.5重量%~5重量%、特に1重量%~3重量%の量で含む。
Figure 2023165655000043
式中、alkylおよびalkylは、上に示す意味を有する。
特に媒体は、以下のサブ式から選択される1種類以上の式IIA-2の化合物を含む。
Figure 2023165655000044
あるいは好ましくは式IIA-2-1~IIA-2-5の化合物に加えて、媒体は式IIA-2a-1~IIA-2a-5の1種類以上の化合物を含む。
Figure 2023165655000045
特に媒体は、以下のサブ式から選択される1種類以上の式IIA-10の化合物を含む。
Figure 2023165655000046
あるいは好ましくは式IIA-10-1~IIA-10-5の化合物に加えて、媒体は式IIA-10a-1~IIA-10a-5の1種類以上の化合物を含む。
Figure 2023165655000047
特に媒体は、以下のサブ式から選択される1種類以上の式IIB-10の化合物を含む。
Figure 2023165655000048
あるいは好ましくは式IIB-10-1~IIB-10-5の化合物に加えて、媒体は式IIB-10a-1~IIB-10a-5の1種類以上の化合物を含む。
Figure 2023165655000049
式IIIの化合物は好ましくは、式III-1の化合物から選択される。
Figure 2023165655000050
式中、出現する基は上で式IIIにおいて与えられる意味を有し、好ましくは、
31およびR32は、それぞれ互いに独立に1~15個のC原子を有するアルキルもしくはアルコキシ基または2~15個のC原子を有するアルケニル基を表し、より好ましくは、それらの一方または両方は1~7個のC原子を有するアルコキシ基を表し、
31およびL32は好ましくは、Fを表す。
本発明による液晶媒体は好ましくは、1種類または2種類以上の式III-1の化合物を含む。
好ましくは式III-1-1~III-1-10、好ましくは式III-1-6の化合物の群から選択される式III-1の化合物である。
Figure 2023165655000051
Figure 2023165655000052
式中、
alkylおよびalkylは、それぞれ互いに独立に1~6個のC原子を有する直鎖状のアルキル基を表し、alkenylおよびalkenylは、それぞれ互いに独立に2~6個のC原子を有する直鎖状のアルケニル基を表し、alkoxyおよびalkoxyは、それぞれ互いに独立に1~6個のC原子を有する直鎖状のアルコキル基を表し、ならびにL31およびL32は、それぞれ互いに独立にFまたはCl、好ましくは両者ともFを表す。
好ましい実施形態において本発明による媒体は、式IIIAの1種類以上の化合物を追加して含む。
Figure 2023165655000053
式中、出現する基およびパラメータnは、式IIIについて上で定義される意味を有する。
好ましくは式IIIAの化合物は、式IIIA1~IIIA10、好ましくは式IIIA-6の化合物の群から選択される。
Figure 2023165655000054
Figure 2023165655000055
式中、
alkylおよびalkylは、それぞれ互いに独立に1~6個のC原子を有する直鎖状のアルキル基を表し、alkenylおよびalkenylは、それぞれ互いに独立に2~6個のC原子を有する直鎖状のアルケニル基を表し、alkoxyおよびalkoxyは、それぞれ互いに独立に1~6個のC原子を有する直鎖状のアルコキル基を表し、ならびにL31およびL32は、それぞれ互いに独立にFまたはCl、好ましくは両者ともFを表す。
任意に媒体は、式IIIB-1および/またはIIIB-2の1種類以上の化合物を含む。
Figure 2023165655000056
式中、L31およびL32は式IIIにおいて与えられるのと同じ意味を有し、(O)はOまたは単結合を表し、
IIIAは7個までのC原子を有するアルキルもしくはアルケニルまたは基Cy-C2m+1-を表し、
mおよびnは同一または異なって0、1、2、3、4、5または6、好ましくは1、2または3、非常に好ましくは1であり、
Cyは、それぞれ3個までのC原子を有するアルキルまたはアルケニルまたはハロゲンもしくはCNで置換されてもよい、3個、4個または5個の環原子を有する脂環式基を表し、好ましくはシクロプロピル、シクロブチルまたはシクロペンチルを表す。
式IIIB-1および/またはIIIB-2の化合物は、式IIIの化合物と代替的または追加的に、好ましくは追加的に媒体に含まれる。
式IIIB-1およびIIIB-2の非常に好ましい化合物は、以下である。
Figure 2023165655000057
式中、alkoxyは1~6個のC原子を有する直鎖状のアルコキシ基または、あるいは-(CHF(式中、nは2、3、4または5である。)、好ましくはCFを表す。
本発明の好ましい実施形態において媒体は、式III-2の1種類以上の化合物を含む。
Figure 2023165655000058
式中、
31、R32は同一または異なってH、1~15個のC原子を有するアルキルまたはアルコキシ基を表し、ただし、これらの基における1個以上のCH基はO原子が互いに直接連結しないようにして-C≡C-、-CFO-、-OCF-、-CH=CH-、
Figure 2023165655000059
-O-、-CO-O-または-O-CO-で互いに独立に置き換えられてよく、ただし加えて1個以上のH原子はハロゲンで置き換えられてよい。
式III-2の化合物は好ましくは、式III-2-1~III-2-10の化合物の群から選択される。
Figure 2023165655000060
Figure 2023165655000061
式中、R32は1~7個のC原子を有するアルキル、好ましくはエチル、n-プロピルもしくはn-ブチルまたは、あるいはシクロプロピルメチル、シクロブチルメチルもしくはシクロペンチルメチルまたは、あるいは-(CHF(式中、nは2、3、4または5である。)、好ましくはCFを表す。
本発明の好ましい実施形態において媒体は、式III-3~III-5の、好ましくは式III-4の1種類以上の化合物を含む。
Figure 2023165655000062
式中パラメータは上で与えられる意味を有し、R31は好ましくは1~7個のC原子を有する直鎖状のアルキルを表し、R32は好ましくは1~7個のC原子を有するアルコキシを表す。
好ましい実施形態において本発明による媒体は、式III-6~III-8の化合物の群から選択される式IIIの、好ましくは式III-7の1種類以上の化合物を含む。
Figure 2023165655000063
式中パラメータは上で与えられる意味を有し、R31は好ましくは1~7個のC原子を有する直鎖状のアルキルを表し、R32は好ましくは1~7個のC原子を有するアルコキシを表す。
好ましい実施形態において媒体は、式IVの1種類以上の化合物を含む。
Figure 2023165655000064
式中、
41は1~7個のC原子を有する無置換のアルキル基または2~7個のC原子を有する無置換のアルケニル基、好ましくはn-アルキル基を表し、特に好ましくは2個、3個、4個または5個のC原子を有し、
42は1~7個のC原子を有する無置換のアルキル基または1~6個のC原子を有する無置換のアルコキシ基(両者とも好ましくは2~5個のC原子を有する。)、2~7個のC原子を有し、好ましくは2個、3個または4個のC原子を有する無置換のアルケニル基、より好ましくはビニル基または1-プロペニル基、特にビニル基を表す。
式IVの化合物は好ましくは、式IV-1~IV-4の化合物の群から選択される。
Figure 2023165655000065
式中、
alkylおよびalkyl’は互いに独立に1~7個のC原子を有し、好ましくは2~5個のC原子を有するアルキルを表し、
alkenylは2~5個のC原子を有し、好ましくは2~4個のC原子、特に好ましくは2個のC原子を有するアルケニル基を表し、
alkenyl’は2~5個のC原子を有し、好ましくは2~4個のC原子を有し、特に好ましくは2~3個のC原子を有するアルケニル基を表し、
alkoxyは1~5個のC原子を有し、好ましくは2~4個のC原子を有するアルコキシを表す。
好ましくは媒体は、式IV-1-1~IV-1-4の化合物から選択される1種類以上の化合物を含む。
Figure 2023165655000066
非常に好ましくは本発明による媒体は、式IV-2-1および/またはIV-2-2の1種類以上の化合物を含む。
Figure 2023165655000067
非常に好ましくは本発明による媒体は、式IV-3、特に式IV-3-1~IV-3-5の化合物から選択される化合物を含む。
Figure 2023165655000068
非常に好ましくは本発明による媒体は、式IV-4、特に式IV-4-1およびIV-4-2の化合物から選択される化合物を含む。
Figure 2023165655000069
液晶媒体は好ましくは追加して、式IVaの1種類以上の化合物を含む。
Figure 2023165655000070
式中、
41およびR42は、それぞれ互いに独立に12個までのC原子を有する直鎖状のアルキル、アルコキシ、アルケニル、アルコキシアルキルまたはアルコキシ基を表し、および
Figure 2023165655000071
は、単結合、-CHCH-、-CH=CH-、-CFO-、-OCF-、-CHO-、-OCH-、-COO-、-OCO-、-C-、-C-、-CF=CF-を表す。
式IVaの好ましい化合物を下に示す。
Figure 2023165655000072
式中、
alkylおよびalkylは、それぞれ互いに独立に1~6個のC原子を有する直鎖状のアルキル基を表す。
本発明による媒体は好ましくは、式IVa-1および/または式IVa-2の少なくとも1種類の化合物を含む。
混合物全体における式IVaの化合物の割合は、好ましくは少なくとも5重量%である。
好ましくは媒体は、式IVb-1~IVb-3の1種類以上の化合物を含む。
Figure 2023165655000073
式中、
alkylおよびalkylは、それぞれ互いに独立に1~6個のC原子を有する直鎖状のアルキル基を表し、および
alkenylおよびalkenylは、それぞれ互いに独立に2~6個のC原子を有する直鎖状のアルケニル基を表す。
混合物全体における式IV-1~IV-3のビフェニル類の割合は、好ましくは少なくとも3重量%、特に5重量%以上である。
式IVb-1~IVb-3の化合物のうち、式IVb-2の化合物が特に好ましい。
特に好ましいビフェニル類である。
Figure 2023165655000074
式中、alkylは1~6個のC原子を有するアルキル基を表し、好ましくはn-プロピルを表す。本発明による媒体は特に好ましくは、式IVb-1-1および/またはIVb-2-3の1種類以上の化合物を含む。
特に好ましい実施形態において本発明による媒体は、式Vの1種類以上の化合物を含む。
Figure 2023165655000075
式中、
51、R52は1~7個のC原子を有するアルキル、1~7個のC原子を有するアルコキシまたは2~7個のC原子を有するアルコキシアルキル、アルケニルもしくはアルケニルオキシを表し、
Figure 2023165655000076
51、Z52は、それぞれ互いに独立に-CH-CH-、-CH-O-、-CH=CH-、-C≡C-、-COO-または単結合を表し、および
nは、1または2である。
好ましくは式Vの化合物は、下式から成る群より選択される。
式Vの化合物は好ましくは、式V-1~V-16の化合物から選択される。
Figure 2023165655000077
Figure 2023165655000078
Figure 2023165655000079
式中、R51およびR52は上で式Vに示される意味を有する。R51およびR52は好ましくは、それぞれ互いに独立に直鎖状の1~7個のC原子を有するアルキルまたは2~7個のC原子を有するアルケニルを表す。
好ましい媒体は、式V-1、V-3、V-4、V-6、V-7、V-10、V-11、V-12、V-14、V-15および/またはV-16、非常に好ましくはV-3の1種類以上の化合物を含む。
本発明の好ましい実施形態では、媒体は追加して式VI-1~VI-21の1種類以上の化合物を含む。
Figure 2023165655000080
Figure 2023165655000081
Figure 2023165655000082
式中、Rは1~6個のC原子を有する直鎖状のアルキルまたはアルコキシ基を表し、(O)は-O-または単結合を表し、mは0、1、2、3、4、5または6であり、およびnは0、1、2、3または4である。Rは好ましくは、メチル、エチル、プロピル、ブチル、ペンチル、ヘキシル、メトキシ、エトキシ、プロポキシ、ブトキシ、ペントキシを表す。
本発明の好ましい実施形態では、媒体は追加して式VII-1~VII-9の1種類以上の化合物を含む。
Figure 2023165655000083
Figure 2023165655000084
式中、
は、1~6個のC原子を有する直鎖状のアルキルもしくはアルコキシ基または2~6個のC原子を有する直鎖状のアルケニル基を表し、および
wは、1~6の整数である。
特に好ましいのは、式V-9の少なくとも1種類の化合物を含む混合物である。
特に好ましいのは、式VI-1、VI-2、VI-4、VI-20およびVI-21の化合物である。これらの化合物において、Rは、好ましくは、それぞれ1~5個のC原子を有するアルキル、更にアルコキシを表す。式VI-20の化合物において、Rは、好ましくはアルキルまたはアルケニル、特にアルキルを表す。式VI-21の化合物において、Rは、好ましくは、アルキルを表す。
更に好ましい実施形態を下に列記する。
a)式Z-1~Z-7の少なくとも1種類の化合物を含む液晶媒体。
Figure 2023165655000085
式中、Rおよびalkylは上で式IIIに示される意味を有る。
b)本発明による好ましい液晶媒体は例えば、式N-1~N-5の化合物などのテトラヒドロナフチルまたはナフチル単位を含む1種類以上の物質を含む。
Figure 2023165655000086
式中R1NおよびR2Nは、それぞれ互いに独立にR2Aに示される意味を有し、好ましくは直鎖状のアルキル、直鎖状のアルコキシまたは直鎖状のアルケニルを表し、
およびZは、それぞれ互いに独立に-C-、-CH=CH-、-(CH-、-(CHO-、-O(CH-、-CH=CHCHCH-、-CHCHCH=CH-、-CHO-、-OCH-、-COO-、-OCO-、-C-、-CF=CF-、-CF=CH-、-CH=CF-、-CFO-、-OCF-、-CH-または単結合を表す。
c)好ましい混合物は、式BCのジフルオロジベンゾクロマン化合物、式CRのクロマン類ならびに式PH-1およびPH-2のフッ素化フェナントレン類の群から選択される1種類以上の化合物を含む。
Figure 2023165655000087
式中、
B1、RB2、RCR1、RCR2、R、Rは、それぞれ互いに独立にR2Aの意味を有し、cは0、1または2である。RおよびRは好ましくは互いに独立に1~6個のC原子を有するアルキルまたはアルコキシを表す。
式BCおよびCRの特に好ましい化合物は、化合物BC-1~BC-7およびCR-1~CR-5である。
Figure 2023165655000088
Figure 2023165655000089
式中、
alkylおよびalkylは、それぞれ互いに独立に1~6個のC原子を有する直鎖状のアルキル基を表し、
alkenylおよびalkenylは、それぞれ互いに独立に2~6個のC原子を有する直鎖状のアルケニル基を表す。
式BC-2、BF-1および/またはBF-2の1種類、2種類または3種類の化合物を含む混合物が非常に特に好ましい。
d)好ましい混合物は、式Inの1種類以上のインダン化合物を含む。
Figure 2023165655000090
式中、
11、R12およびR13は、それぞれ互いに独立に1~6個のC原子を有する直鎖状のアルキル、アルコキシ、アルコキシアルキルまたはアルケニル基を表し、
12およびR13はハロゲン、好ましくはFを代替して表し、
Figure 2023165655000091
を表し、
iは0、1または2を表す。
式Inの好ましい化合物は、下に示す式In-1~In-16の化合物である。
Figure 2023165655000092
Figure 2023165655000093
Figure 2023165655000094
式In-1、In-2、In-3およびIn-4の化合物が特に好ましい。
e)好ましい混合物は、式L-1~L-5の1種類以上の化合物を追加して含む。
Figure 2023165655000095
Figure 2023165655000096
Figure 2023165655000097
式中、
R、RおよびRは、それぞれ互いに独立に上式IIAにおいてR2Aに示す意味を有し、alkylは1~6個のC原子を有するアルキル基を表す。パラメータsは1または2を表す。
式L1~L9の化合物は好ましくは、5~15重量%、特に5~12重量%、非常に特に好ましくは8~10重量%の濃度で使用される。
好ましくは本発明による媒体は式Sの1種類以上の化合物を、非常に好ましくは1000ppm~5000ppmの範囲内の合計濃度で含む。
Figure 2023165655000098
式中、
Arは、4~40個のC原子を有する芳香族またはヘテロ芳香族炭化水素基を表し;
Spは、スペーサー基を表し;
は、H、1~12個のC原子を有するアルキルまたは2~12個のC原子を有するアルケニルを表し;
は、-O-、-C(O)O-、-(CH-もしくは-(CHO-、または単結合を表し;
HAは、
Figure 2023165655000099
を表し;
は、H、O、CH、OHまたはORを表し;
S1、RS2、RS3およびRS4は同一または異なって、1~6個のC原子、好ましくは1~3個のC原子を有するアルキル、非常に好ましくはCHを表し;
Gは、HもしくはRまたは基Z-HAを表し;
zは、1~6の整数であり;および
qは、3または4である。
式Sの化合物は好ましくは、式S-1、S-2およびS-3の化合物から選択される。
Figure 2023165655000100
Figure 2023165655000101
式中、
は、上で与えられる意味を有し、好ましくは、HまたはOを表し;
Spは、それぞれの出現で同一または異なってスペーサー基を表し、
Wは、直鎖状または分岐状で任意に無置換で1~12個のC原子を有するアルキレンを表し、該基において1個以上の隣接しない-CH-基は-O-で置き換えられてよい。
式S-1の好ましい化合物は、式S-1-1の化合物から選択される。
Figure 2023165655000102
式中、Rは上で与えられる意味を有し、好ましくはHまたはOを表し;およびnは0~12の整数、好ましくは5、6、7、8または9、非常に好ましくは7である。
式S-2の好ましい化合物は、式S-2-1の化合物から選択される。
Figure 2023165655000103
式中、Rは上で与えられる意味を有し、好ましくはHまたはOを表し;およびn2は、それぞれの出現で同一または異なって、好ましくは同一で0~12の整数、好ましくは2、3、4、5または6、非常に好ましくは3であり;およびRは、それぞれの出現で同一または異なって、好ましくは同一で1~6個のC原子を有するアルキル、好ましくはn-ブチルを表す。
式S-3の好ましい化合物は、式S-3-1の化合物から選択される。
Figure 2023165655000104
式中、Rは上で与えられる意味を有し、好ましくはHまたはOを表し;およびnは0~12の整数、好ましくは5、6、7、8または9、非常に好ましくは7である。
好ましくは、本発明による媒体は、式ST-1~式ST-18の化合物の群から選択される化合物を含む。
Figure 2023165655000105
Figure 2023165655000106
Figure 2023165655000107
Figure 2023165655000108
式中
STは、H、1~15個のC原子を有するアルキルまたはアルコキシ基を表し、ただし加えて、これらの基における1個以上のCH基はO原子が互いに直接連結しないようにして、-C≡C-、-CFO-、-OCF-、-CH=CH-、
Figure 2023165655000109
-O-、-CO-O-、-O-CO-で、それぞれ互いに独立に置き換えられてよく、該基において加えて1個以上のH原子はハロゲンで置き換えられてよく、
Figure 2023165655000110
は、それぞれの出現で同一または異なって、
Figure 2023165655000111
を表し、
STは、それぞれ互いに独立に-CO-O-、-O-CO-、-CFO-、-OCF-、-CHO-、-OCH-、-CH-、-CHCH-、-(CH-、-CH=CH-、-CHO-、-C-、-CHCF-、-CFCH-、-CF=CF-、-CH=CF-、-CF=CH-、-CH=CH-、-C≡C-または単結合を表し、
およびLは、それぞれ互いに独立にF、Cl、CH、CFまたはCHFを表し、
pは、0、1または2を表し、
qは、1、2、3、4、5、6、7、8、9または10を表し、
nは0から12の整数、好ましくは5、6、7、8または9、非常に好ましくは7であり、
n2は、それぞれの出現で同一または異なって好ましくは同一に、1~12の整数、好ましくは2、3、4、5または6、非常に好ましくは3であり、Rは、それぞれの出現で同一または異なって好ましくは同一に、1~6個のC原子を有するアルキル、好ましくはn-ブチルを表す。
式ST-1~ST-18の化合物のうち、以下の式およびサブ式の化合物が特に好ましい。
Figure 2023165655000112
Figure 2023165655000113
Figure 2023165655000114
Figure 2023165655000115
式ST-3aおよびST-3bの化合物において、nは好ましくは3を表す。式ST-2aの化合物において、nは好ましくは7を表す。
本発明による非常に特に好ましい混合物は、式ST-2a-1、ST-3a-1、ST-3b-1、ST-8-1、ST-9-1、ST-12aおよびST-12bの化合物の群からの1種類以上の安定剤を含む。
Figure 2023165655000116
Figure 2023165655000117
式ST-1~ST-19の化合物は好ましくは、それぞれ混合物を基準として0.002~0.5%の量で本発明による液晶混合物中に存在する。
本発明による混合物が式ST-1~ST-18の化合物の群から2種類以上の化合物を含んでいる場合、濃度はそれに対応して混合物を基準にして2種類の化合物の場合、0.05~1%に増加する。
しかしながら本発明による混合物を基準とした式ST-1~ST-18の化合物の合計割合は、2%を超えないことが好ましい。
本書で使用する「信頼性」という用語は、時間経過とともに、光負荷、温度、湿度、電圧などの異なるストレス負荷、および液晶ディスプレイの分野で当業者に知られている画像の固着(エリアおよびライン画像の固着)、ムラ、ヨゴレなどのディスプレイ効果からなるディスプレイの性能の品質を意味する。信頼性を分類するための標準的なパラメータとして、通常、電圧保持率(VHR:voltage holding ration)値が使用されるが、これは試験用ディスプレイにおいて一定の電気電圧を維持するための尺度である。VHRが高いことは、LC媒体の信頼性が高いことの前提条件である。
以下、特に断らない限り、ポリマー維持配向型ディスプレイ全般を指す場合は「PSA」という用語を使用し、PS-VA、PS-TNなどの特定の表示モードを指す場合は「PS」という用語を使用する。
また以下では、特に断らない限り、重合性メソゲン化合物または液晶性化合物を指す場合は「RM」という用語を使用する。
本明細書において使用する場合、用語「活性層」および「可スイッチ層」は、電界または磁界などの外部からの刺激で分子の配向が変化し、結果として偏光または非偏光に対する層の透過性が変化する、例えばLC分子などの構造的および光学的異方性を有する1種類以上の分子を含む電気光学的ディスプレイ、例えばLCディスプレイにおける層を意味する。
本明細書において使用する場合、用語「チルト」および「チルト角」は、LCディスプレイ(本明細書において、好ましくは、PSAディスプレイ)においてLC媒体のLC分子のセル表面に対してチルトした配向を意味すると解する。本明細書において、チルト角は、LC分子の分子長軸(LCダイレクタ)と、LCセルを形成する平坦で平行な外板の表面との間の平均角(90°未満)を意味する。本明細書においては、低い値のチルト角(即ち、角度90°から大きく外れている)は、大きいチルトに対応する。チルト角を測定する適切な方法は、例において与えられている。他に示さない限り、上および下で開示するチルト角度の値は、この測定方法に関する。
本明細書で使用する場合、用語「反応性メソゲン」および「RM(reactive mesogen)」は、メソゲンまたは液晶骨格と、その骨格に連結され重合に適切な1個以上の官能基とを含有する化合物を意味すると解し、また、その官能基を「重合性基」または「P」とも呼ぶ。
他に述べない限り本明細書において使用する場合、用語「重合性化合物」は重合性モノマー化合物を意味すると解する。
本明細書において使用する場合、用語「低分子量化合物」は「ポリマー化合物」または「ポリマー」に対する用語で、モノマーであり、および/または重合反応で調製されない化合物を意味すると解する。
本明細書において使用する場合、用語「非重合性化合物」は、RMの重合のために通常適用する条件下において重合に適する官能基を含有しない化合物を意味すると解する。
本明細書において使用する場合、用語「メソゲン基」は当業者に既知で文献に記載されており、その引力および斥力的相互作用の異方性によって、低分子量または高分子物質中で液晶(LC:liquid-crystalline)相の発生に本質的に寄与する基を意味する。メソゲン基を含有する化合物(メソゲン化合物)は、それ自身では必ずしもLC相を有する必要はない。また、他の化合物と混合後および/または重合後のみに、メソゲン化合物がLC相挙動を示すことも可能である。典型的なメソゲン基は、例えば、剛直な棒状または円盤状の形状のユニットである。メソゲンまたはLC化合物に関して使用する用語および定義の概説は、Pure Appl.Chem.2001年、73巻(5号)、888頁およびC.Tschierske、G.Pelzl、S.Diele、Angew.Chem.2004年、116巻、6340~6368頁において与えられている。
本明細書において使用する場合、用語「光学活性」および「キラル」はネマチックホスト材料にらせん状のピッチを誘発することができる材料の同義語であり、「キラルドーパント」とも呼ぶ。
本明細書において使用する場合、用語「スペーサー基」は、以降では「Sp」とも呼ばれ、当業者に既知で文献に記載されており、例えば、Pure Appl.Chem.2001年、73巻(5号)、888頁およびC.Tschierske、G.Pelzl、S.Diele、Angew.Chem.2004年、116巻、6340~6368頁を参照。本明細書で使用する場合、用語「スペーサー基」または「スペーサー」は、重合性メソゲン化合物中でメソゲン基および重合性基(1個または複数)を連結している屈曲性の基、例えばアルキレン基を意味する。
上および下において、
Figure 2023165655000118
は、トランス-1,4-シクロヘキシレン環を表す。

Figure 2023165655000119
において2個の環原子の間に示される単結合は、ベンゼン環の結合していない任意の位置に連結できる。
上および下において、「有機基」は、炭素または炭化水素基を表す。
「炭素基」は、少なくとも1個の炭素原子を含有する一価または多価の有機基を表し、ただし、これは、更なる種類の原子を含有しない(例えば、-C≡C-など)か、または、例えば、N、O、S、B、P、Si、Se、As、TeまたはGeなどの1種類以上の更なる原子を含有していてもよい(例えば、カルボニルなど)かのいずれかである。用語「炭化水素基」は、1個以上のH原子を追加的に含有しており、例えば、N、O、S、B、P、Si、Se、As、TeまたはGeなどの1種類以上のヘテロ原子を含有していてもよい炭素基を表す。
「ハロゲン」は、F、Cl、BrまたはI、好ましくはFまたはClを表す。
-CO-、-C(=O)-および-C(O)-は、カルボニル基、即ち、
Figure 2023165655000120
を表す。
炭素または炭化水素基は、飽和または不飽和基のいずれでもよい。不飽和基は、例えば、アリール、アルケニルまたはアルキニル基である。3個より多いC原子を有する炭素または炭化水素基は、直鎖状、分岐状および/または環状のいずれでもよく、また、スピロ連結または縮合環を含有していてもよい。
また、用語「アルキル」、「アリール」、「ヘテロアリール」などは、多価の基、例えば、アルキレン、アリーレン、ヘテロアリーレンなども包含する。
用語「アリール」は、芳香族炭素基またはそれらより誘導される基を表す。用語「ヘテロアリール」は、1個以上のヘテロ原子(好ましくは、N、O、S、Se、Te、SiおよびGeより選択する。)を含有し、上で定義される通りの「アリール」を表す。
好ましい炭素および炭化水素基は、置換されていてもよく、1~40個、好ましくは1~20個、特に好ましくは1~12個のC原子を有し、直鎖状、分岐状または環状のアルキル、アルケニル、アルキニル、アルコキシ、アルキルカルボニル、アルコキシカルボニル、アルキルカルボニルオキシおよびアルコキシカルボニルオキシ、置換されていてもよく、5~30個、好ましくは6~25個のC原子を有するアリールまたはアリールオキシ、または、置換されていてもよく、5~30個、好ましくは6~25個のC原子を有するアルキルアリール、アリールアルキル、アルキルアリールオキシ、アリールアルキルオキシ、アリールカルボニル、アリールオキシカルボニル、アリールカルボニルオキシおよびアリールオキシカルボニルオキシであり、ただし、1個以上のC原子は、好ましくはN、O、S、Se、Te、SiおよびGeより選択するヘテロ原子で置き換えられてもよい。
更に好ましい炭素および炭化水素基は、C~C20アルキル、C~C20アルケニル、C~C20アルキニル、C~C20アリル、C~C20アルキルジエニル、C~C20ポリエニル、C~C20シクロアルキル、C~C15シクロアルケニル、C~C30アリール、C~C30アルキルアリール、C~C30アリールアルキル、C~C30アルキルアリールオキシ、C~C30アリールアルキルオキシ、C~C30ヘテロアリール、C~C30ヘテロアリールオキシである。
~C12アルキル、C~C12アルケニル、C~C12アルキニル、C~C25アリールおよびC~C25ヘテロアリールが特に好ましい。
更に好ましい炭素および炭化水素基は、直鎖状、分岐状または環状で、1~20個、好ましくは1~12個のC原子を有するアルキルであり、該基は無置換であるか、F、Cl、Br、IまたはCNで一置換または多置換されており、ただし、1個以上の隣接していないCH基は、Oおよび/またはS原子が互いに直接連結しないようにして、それぞれ互いに独立に、-C(R)=C(R)-、-C≡C-、-N(R)-、-O-、-S-、-CO-、-CO-O-、-O-CO-、-O-CO-O-で置き換えられていてもよい。
は、好ましくは、H、F、Cl、CN、直鎖状、分岐状または環状で1~25個のC原子を有するアルキル鎖(ただし加えて、1個以上の隣接していないC原子は、-O-、-S-、-CO-、-CO-O-、-O-CO-、-O-CO-O-によって置き換えられていてもよく、ただし、1個以上のH原子はFまたはClにより置き換えられていてもよい。)を表すか、または、置換されていてもよく6~30個のC原子を有するアリールまたはアリールオキシ基、または置換されていてもよく2~30個のC原子を有するヘテロアリールまたはヘテロアリールオキシ基を表す。
好ましいアルキル基は、例えば、メチル、エチル、n-プロピル、イソプロピル、n-ブチル、イソブチル、s-ブチル、t-ブチル、2-メチルブチル、n-ペンチル、s-ペンチル、シクロペンチル、n-ヘキシル、シクロヘキシル、2-エチルヘキシル、n-ヘプチル、シクロヘプチル、n-オクチル、シクロオクチル、n-ノニル、n-デシル、n-ウンデシル、n-ドデシル、ドデカニル、トリフルオロメチル、ペルフルオロ-n-ブチル、2,2,2-トリフルオロエチル、ペルフルオロオクチル、ペルフルオロヘキシルなどである。
好ましいアルケニル基は、例えば、エテニル、プロペニル、ブテニル、ペンテニル、シクロペンテニル、ヘキセニル、シクロヘキセニル、ヘプテニル、シクロヘプテニル、オクテニル、シクロオクテニルなどである。
好ましいアルキニル基は、例えば、エチニル、プロピニル、ブチニル、ペンチニル、ヘキシニル、オクチニルなどである。
好ましいアルコキシ基は、例えば、メトキシ、エトキシ、2-メトキシエトキシ、n-プロポキシ、i-プロポキシ、n-ブトキシ、i-ブトキシ、s-ブトキシ、t-ブトキシ、2-メチルブトキシ、n-ペントキシ、n-ヘキソキシ、n-ヘプトキシ、n-オクトキシ、n-ノノキシ、n-デコキシ、n-ウンデコキシ、n-ドデコキシなどである。
好ましいアミノ基は、例えば、ジメチルアミノ、メチルアミノ、メチルフェニルアミノ、フェニルアミノなどである。
アリールおよびヘテロアリール基は単環でも多環でもよく、即ち、それらは1個の環(例えば、フェニルなど)または2個以上の環を含有してもよく、また、該基は縮合されていてもよく(例えば、ナフチルなど)または共有結合によって連結されていてもよく(例えば、ビフェニルなど)、または、縮合および連結された環の組み合わせを含有していてもよい。ヘテロアリール基は、好ましくは、O、N、SおよびSeより選択する1個以上のヘテロ原子を含有する。
6~25個のC原子を有する単環式、二環式または三環式アリール基および5~25個の環原子を有する単環式、二環式または三環式ヘテロアリール基が特に好ましく、これらの基は縮合された環を含有していてもよく、置換されていてもよい。更に、5員、6員または7員のアリールおよびヘテロアリール基が好ましく、ただし加えて、1個以上のCH基は、O原子および/またはS原子が互いに直接連結しないようにして、N、SまたはOで置き換えられていてもよい。
好ましいアリール基は、例えば、フェニル、ビフェニル、ターフェニル、[1,1’:3’,1”]ターフェニル-2’-イル、ナフチル、アントラセン、ビナフチル、フェナントレン、9,10-ジヒドロフェナントレン、ピレン、ジヒドロピレン、クリセン、ペリレン、テトラセン、ペンタセン、ベンゾピレン、フルオレン、インデン、インデノフルオレン、スピロビフルオレンなどである。
好ましいヘテロアリール基は、例えば、ピロール、ピラゾール、イミダゾール、1,2,3-トリアゾール、1,2,4-トリアゾール、テトラゾール、フラン、チオフェン、セレノフェン、オキサゾール、イソキサゾール、1,2-チアゾール、1,3-チアゾール、1,2,3-オキサジアゾール、1,2,4-オキサジアゾール、1,2,5-オキサジアゾール、1,3,4-オキサジアゾール、1,2,3-チアジアゾール、1,2,4-チアジアゾール、1,2,5-チアジアゾール、1,3,4-チアジアゾールなどの5員環;ピリジン、ピリダジン、ピリミジン、ピラジン、1,3,5-トリアジン、1,2,4-トリアジン、1,2,3-トリアジン、1,2,4,5-テトラジン、1,2,3,4-テトラジン、1,2,3,5-テトラジンなどの6員環;またはインドール、イソインドール、インドリジン、インダゾール、ベンゾイミダゾール、ベンゾトリアゾール、プリン、ナフタイミダゾール、フェナントロイミダゾール、ピリダイミダゾール、ピラジンイミダゾール、キノキサリンイミダゾール、ベンゾキサゾール、ナフトキサゾール、アントロキサゾール、フェナントロキサゾール、イソキサゾール、ベンゾチアゾール、ベンゾフラン、イソベンゾフラン、ジベンゾフラン、キノリン、イソキノリン、プテリジン、ベンゾ-5,6-キノリン、ベンゾ-6,7-キノリン、ベンゾ-7,8-キノリン、ベンゾイソキノリン、アクリジン、フェノチアジン、フェノキサジン、ベンゾピリダジン、ベンゾピリミジン、キノキサリン、フェナジン、ナフチリジン、アザカルバゾール、ベンゾカルボリン、フェナントリジン、フェナントロリン、チエノ[2,3b]チオフェン、チエノ[3,2b]チオフェン、ジチエノチオフェン、イソベンゾチオフェン、ジベンゾチオフェン、ベンゾチアジアゾチオフェンなどの縮合基;またはこれらの基の組み合わせである。
また、上および下で述べるアリールおよびヘテロアリール基は、アルキル、アルコキシ、チオアルキル、フッ素、フルオロアルキルまたは更なるアリールまたはヘテロアリール基で置換されてよい。
(非芳香族)脂環式およびヘテロ環式基は、飽和環、即ち、排他的に単結合を含有するものと、また、部分的に不飽和な環、即ち、多重結合も含有してよいものとの両者を包含する。ヘテロ環式環は、好ましくは、Si、O、N、SおよびSeより選択する1個以上のヘテロ原子を含有する。
(非芳香族)脂環式およびヘテロ環式基は、単環式、即ち、1個のみの環を含有(例えば、シクロヘキサンなど)してもよく、または、多環式、即ち、複数の環を含有(例えば、デカヒドロナフタレンまたはビシクロオクタンなど)していてもよい。飽和基が、特に好ましい。更に、単環式、二環式または三環式で、5~25個の環原子を有する基が好ましく、該基は縮合環を含有していてもよく、置換されていてもよい。更に、5員、6員、7員または8員の炭素環式基が好ましく、ただし加えて、1個以上のC原子はSiで置き換えられていてもよく、および/または、1個以上のCH基はNで置き換えられていてもよく、および/または、1個以上の隣接していないCH基は-O-および/または-S-で置き換えられていてもよい。
好ましい脂環式およびヘテロ環式基は、例えば、シクロペンタン、テトラヒドロフラン、テトラヒドロチオフラン、ピロリジンなどの5員基、シクロヘキサン、シリナン、シクロヘキセン、テトラヒドロピラン、テトラヒドロチオピラン、1,3-ジオキサン、1,3-ジチアン、ピペリジンなどの6員基、シクロヘプタンなどの7員基、および、テトラヒドロナフタレン、デカヒドロナフタレン、インダン、ビシクロ[1.1.1]ペンタン-1,3-ジイル、ビシクロ[2.2.2]オクタン-1,4-ジイル、スピロ[3.3]ヘプタン-2,6-ジイル、オクタヒドロ-4,7-メタノインダン-2,5-ジイルなどの縮合基である。
好ましい置換基は、例えば、アルキルまたはアルコキシなどの溶解促進基、フッ素、ニトロまたはニトリルなどの電子吸引基、または、ポリマーにおいてガラス転移温度(Tg)を上昇させるための置換基、特に、例えば、t-ブチルまたは置換されていてもよいアリール基などの嵩高い基である。
好ましい置換基は以降で「L」とも呼び、例えば、F、Cl、Br、I、-CN、-NO、-NCO、-NCS、-OCN、-SCN、-C(=O)N(R、-C(=O)Y、-C(=O)R、-N(R、それぞれ1~25個のC原子を有する直鎖状または分岐状のアルキル、アルコキシ、アルキルカルボニル、アルコキシカルボニル、アルキルカルボニルオキシまたはアルコキシカルボニルオキシ(ただし、1個以上のH原子はFまたはClで置き換えられていてもよい。)、1~20個のSi原子を有し置換されていてもよいシリル、または、6~25個、好ましくは6~15個のC原子を有し置換されていてもよいアリールである。
式中、Rは、H、F、Cl、CN、直鎖状、分岐状または環状で1~25個のC原子を有するアルキル鎖を表し、ただし、1個以上の隣接していないCH基は、O-および/S-原子が互いに直接連結しないようにして、-O-、-S-、-CO-、-CO-O-、-O-CO-、-O-CO-O-で置き換えられていてもよく、ただし、1個以上のH原子は、それぞれF、Cl、P-またはP-Sp-で置き換えられていてもよく、およびYはハロゲンを表す。
「置換されたシリルまたはアリール」は、好ましくは、ハロゲン、-CN、R、-OR、-CO-R、-CO-O-R、-O-CO-Rまたは-O-CO-O-Rによる置換を意味し、ただし、RはHまたは1~20個のC原子を有するアルキルを表す。
特に好ましい置換基Lは、例えば、F、Cl、CN、NO、CH、C、OCH、OC、COCH、COC、COOCH、COOC、CF、OCF、OCHF、OC、更に、フェニルである。
およびAは非常に好ましくは
Figure 2023165655000121
を表し、式中Lは上に示す意味の1つを有し、rは0、1、2、3または4を表し、特に
Figure 2023165655000122
を表す。
重合性基Pは、例えば、フリーラジカルまたはイオン性連鎖重合、重付加または重縮合などの重合反応に適するか、または、例えば、ポリマー主鎖上への付加または縮合といったポリマー類似反応に適する基である。連鎖重合のための基、特に、C=C二重結合またはC≡C三重結合を含有するもの、および、例えば、オキセタンまたはエポキシド基などの開環重合に適する基が特に好ましい。
好ましい基Pは、CH=CW-CO-O-、CH=CW-CO-、
Figure 2023165655000123
CH=CW-(O)k3-、CW=CH-CO-(O)k3-、CW=CH-CO-NH-、CH=CW-CO-NH-、CH-CH=CH-O-、(CH=CH)CH-OCO-、(CH=CH-CHCH-OCO-、(CH=CH)CH-O-、(CH=CH-CHN-、(CH=CH-CHN-CO-、HO-CW-、HS-CW-、HWN-、HO-CW-NH-、CH=CW-CO-NH-、CH=CH-(COO)k1-Phe-(O)k2-、CH=CH-(CO)k1-Phe-(O)k2-、Phe-CH=CH-、HOOC-、OCN-およびWSi-から成る群より選択され、式中、Wは、H、F、Cl、CN、CF、フェニルまたは1~5個のC原子を有するアルキル、特に、H、F、ClまたはCHを表し、WおよびWは、それぞれ互いに独立に、Hまたは1~5個のC原子を有するアルキル、特に、H、メチル、エチルまたはn-プロピルを表し、W、WおよびWは、それぞれ互いに独立に、Cl、1~5個のC原子を有するオキサアルキルまたはオキサカルボニルアルキルを表し、WおよびWは、それぞれ互いに独立に、H、Clまたは1~5個のC原子を有するアルキルを表し、Pheは、P-Sp-以外の上で定義される通りの1個以上の基Lで置換されていてもよい1,4-フェニレンを表し、k、kおよびkは、それぞれ互いに独立に、0または1を表し、kは、好ましくは、1を表し、kは1~10の整数を表す。
非常に好ましい基Pは、CH=CW-CO-O-、CH=CW-CO-、
Figure 2023165655000124
CH=CW-O-、CH=CW-、CW=CH-CO-(O)k3-、CW=CH-CO-NH-、CH=CW-CO-NH-、(CH=CH)CH-OCO-、(CH=CH-CHCH-OCO-、(CH=CH)CH-O-、(CH=CH-CHN-、(CH=CH-CHN-CO-、CH=CW-CO-NH-、CH=CH-(COO)k1-Phe-(O)k2-、CH=CH-(CO)k1-Phe-(O)k2-、Phe-CH=CH-およびWSi-から成る群より選択され、式中、Wは、H、F、Cl、CN、CF、フェニルまたは1~5個のC原子を有するアルキル、特に、H、F、ClまたはCHを表し、WおよびWは、それぞれ互いに独立に、Hまたは1~5個のC原子を有するアルキル、特に、H、メチル、エチルまたはn-プロピルを表し、W、WおよびWは、それぞれ互いに独立に、Cl、1~5個のC原子を有するオキサアルキルまたはオキサカルボニルアルキルを表し、WおよびWは、それぞれ互いに独立に、H、Clまたは1~5個のC原子を有するアルキルを表し、Pheは1,4-フェニレンを表し、k、kおよびkは、それぞれ互いに独立に、0または1を表し、kは、好ましくは、1を表し、kは1~10の整数を表す。
非常に特に好ましい基Pは、CH=CW-CO-O-、特に、CH=CH-CO-O-、CH=C(CH)-CO-O-およびCH=CF-CO-O-、更に、CH=CH-O-、(CH=CH)CH-O-CO-、(CH=CH)CH-O-、
Figure 2023165655000125
から成る群より選択する。
更に好ましい重合性基Pは、ビニルオキシ、アクリレート、メタクリレート、フルオロアクリレート、クロロアクリレート、オキセタンおよびエポキシド基から成る群より選択され、最も好ましくは、アクリレートおよびメタクリレートより選択する。
スペーサー基Spが単結合と異なる場合、それぞれの基P-Sp-が式R-Sp”-X”-に一致するように、Spは、好ましくは、式Sp”-X”であり、ただし、Sp”およびX”は以下の意味を有する。
Sp”は、1~20個、好ましくは1~12個のC原子を有する直鎖状または分岐状のアルキレンを表し、該基は、F、Cl、Br、IまたはCNで一置換または多置換されていてもよく、ただし加えて、1個以上の隣接していないCH基は、Oおよび/またはS原子が互いに直接連結しないようにして、それぞれ互いに独立に、-O-、-S-、-NH-、-N(R)-、-Si(R00)-、-CO-、-CO-O-、-O-CO-、-O-CO-O-、-S-CO-、-CO-S-、-N(R00)-CO-O-、-O-CO-N(R)-、-N(R)-CO-N(R00)-、-CH=CH-または-C≡C-で置き換えられていてもよく、
X”は、-O-、-S-、-CO-、-CO-O-、-O-CO-、-O-CO-O-、-CO-N(R)-、-N(R)-CO-、-N(R)-CO-N(R00)-、-OCH-、-CHO-、-SCH-、-CHS-、-CFO-、-OCF-、-CFS-、-SCF-、-CFCH-、-CHCF-、-CFCF-、-CH=N-、-N=CH-、-N=N-、-CH=CR-、-CY=CY-、-C≡C-、-CH=CH-CO-O-、-O-CO-CH=CH-または単結合を表し、
およびR00は、それぞれ互いに独立に、Hまたは1~20個のC原子を有するアルキルを表し、
およびYは、それぞれ互いに独立に、H、F、ClまたはCNを表す。
X”は、好ましくは、-O-、-S-、-CO-、-COO-、-OCO-、-O-COO-、-CO-NR-、-NR-CO-、-NR-CO-NR00-または単結合である。
典型的なスペーサー基Spおよび-Sp”-X”-は、例えば、-(CHp1-、-(CHp1-O-、-(CHp1-O-CO-、-(CHp1-CO-O-、-(CHp1-O-CO-O-、-(CHCHO)q1-CHCH-、-CHCH-S-CHCH-、-CHCH-NH-CHCH-または-(SiR00-O)p1-で、式中、p1は1~12の整数であり、q1は1~3の整数であり、RおよびR00は上に示す意味を有する。
特に好ましいスペーサー基Spおよび-Sp”-X”-は、-(CHp1-、-(CHp1-O-、-(CHp1-O-CO-、-(CHp1-CO-O-、-(CHp1-O-CO-O-で、ただし、p1およびq1は上に示す意味を有する。
特に好ましい基Sp”は、それぞれの直鎖状で、エチレン、プロピレン、ブチレン、ペンチレン、ヘキシレン、ヘプチレン、オクチレン、ノニレン、デシレン、ウンデシレン、ドデシレン、オクタデシレン、エチレンオキシエチレン、メチレンオキシブチレン、エチレンチオエチレン、エチレン-N-メチルイミノエチレン、1-メチルアルキレン、エテニレン、プロペニレンおよびブテニレンである。
本発明の好ましい実施形態において、式Rおよびそれのサブ式の化合物は、基Sp-PがSp(P)(ただし、sは2以上である。)に対応するように1個以上の重合性基Pで置換されたスペーサー基Sp(分岐状の重合性基)を含有する。
この好ましい実施形態による式Rの好ましい化合物はsが2のもの、即ち、基Sp(P)を含有する化合物である。この好ましい実施形態による式Rの非常に好ましい化合物は、以下の式から選択する基を含有する。
Figure 2023165655000126
式中、Pは式Rで定義される通りであり、
alkylは、単結合または1~12個のC原子を有する直鎖状もしくは分岐状のアルキレンを表し、該基は無置換であるか、または、F、ClもしくはCNで一置換もしくは多置換されており、ただし、1個以上の隣接していないCH基は、それぞれ互いに独立に、Oおよび/またはS原子が互いに直接連結しないようにして、-C(R)=C(R)-、-C≡C-、-N(R)-、-O-、-S-、-CO-、-CO-O-、-O-CO-または-O-CO-O-で置き換えられていてもよく、ただし、Rは上に示す意味を有し、
aaおよびbbは、それぞれ互いに独立に、0、1、2、3、4、5または6を表し、
Xは、X”に示す意味の1つを有し、好ましくは、O、CO、SO、O-CO-、CO-Oまたは単結合である。
好ましいスペーサー基Sp(P)は、式S1、S2およびS3から選択する。
非常に好ましいスペーサー基Sp(P)は、以下のサブ式から選択する。
Figure 2023165655000127
上記および下記の通りの式Rおよびそれのサブ式の化合物において、Pは、好ましくはビニルオキシ、アクリレート、メタクリレート、フルオロアクリレート、クロロアクリレート、オキセタンおよびエポキシドから成る群、最も好ましくはアクリレートおよびメタクリレートから選択される。
化合物中に存在する全ての重合性基Pは同一の意味を有し、非常に好ましくはアクリレートまたはメタクリレート、最も好ましくはメタクリレートを表す上記および下記の通りの式Rおよびそれのサブ式の化合物が更に好ましい。
上記および下記の通りの式Rおよびそれのサブ式の化合物においてRは、好ましくはP-Spを表す。
Spが単結合または-(CHp1-、-O-(CHp1-、-O-CO-(CHp1もしくは-CO-O-(CHp1を表し、ただしp1は2、3、4、5または6であり、Spが-O-(CHp1-、-O-CO-(CHp1または-CO-O-(CHp1の場合、そのO原子またはCO基がそれぞれベンゼン環に連結されている上記および下記の通りの式Rおよびそれのサブ式の化合物が更に好ましい。
少なくとも1個の基Spが単結合である上記および下記の通りの式Rおよびそれのサブ式の化合物が更に好ましい。
少なくとも1個の基Spが単結合と異なり、好ましくは-(CHp1-、-O-(CHp1-、-O-CO-(CHp1または-CO-O-(CHp1から選択され、ただしp1は2、3、4、5または6であり、Spが-O-(CHp1-、-O-CO-(CHp1または-CO-O-(CHp1の場合、そのO原子またはCO基がそれぞれベンゼン環に連結されている上記および下記の通りの式Rおよびそれのサブ式の化合物が更に好ましい。
式Rにおいて非常に好ましい基-A-(Z-A-は、以下の式から選択される。
Figure 2023165655000128
式中、少なくとも1個のベンゼン環は少なくとも1個の基Lで置換されており、ベンゼン環は1個以上の基LまたはP-Sp-で更に置換されてよい。
式Rおよびそれらのサブ式の好ましい化合物は、以下の好ましい実施形態(それらの任意の組み合わせを含む)から選択される:
・化合物における全ての基Pが同じ意味を有する。
・-A-(Z-A-がA1、A2およびA5から選択される。
・化合物がちょうど2個の重合性基(基Pで表される)を有する。
・化合物がちょうど3個の重合性基(基Pで表される)を有する。
・Pが、アクリレート、メタクリレート、およびオキセタンからなる群より選択され、非常に好ましくはアクリレートまたはメタクリレートである。
・Pがメタクリレートである。
・全ての基Spが単結合である。
・基Spのうちの少なくとも1個が単結合であり、基Spのうちの少なくとも1個が単結合とは異なる。
・Spが単結合とは異なる場合、-(CHp2-、-(CHp2-O-、-(CHp2-CO-O-、-(CHp2-O-CO-であり、式中p2は、2、3、4、5または6であり、O原子またはCO基はそれぞれベンゼン環に連結している。
・Spが単結合であるか、または-(CHp2-、-(CHp2-O-、-(CHp2-CO-O-、-(CHp2-O-CO-を表し、式中p2は、2、3、4、5または6であり、O原子またはCO基はそれぞれベンゼン環に連結している。
・RがP-Sp-を表す。
・Rが、重合性基を表さないか含まない。
・Rが重合性基を表さないか含まず、直鎖状、分岐状または環状の1~25個のC原子を有するアルキルを表し、ただし1個以上の隣接しないCH基はOおよび/またはS原子がそれぞれ互いに直接連結しないようにして、-O-、-S-、-CO-、-CO-O-、-O-CO-、-O-CO-O-で置き換えられてよく、ただし1個以上のH原子は、それぞれF、ClまたはLで置き換えられてよい。
・LまたはL‘が、F、ClまたはCNを表す。
・LがFである。
式Rの適切で好ましい化合物は、以下の式から選択される。
Figure 2023165655000129
Figure 2023165655000130
Figure 2023165655000131
Figure 2023165655000132
Figure 2023165655000133
Figure 2023165655000134
式中、個々の基は以下の意味を有する:
、PおよびPは、それぞれ互いに独立に、アクリレートまたはメタクリレート基を表し、
Sp、SpおよびSpは、それぞれ互いに独立に、単結合またはSpに対して上および下で示される意味の1つを有するスペーサーを表し、特に好ましくは、-(CHp1-、-(CHp1-O-、-(CHp1-CO-O-、-(CHp1-O-CO-または-(CHp1-O-CO-O-を表し、式中、p1は1~12の整数であり、
ただし加えて、存在する基P-Sp-、P-Sp-およびP-Sp-の少なくとも1つがRaaと異なることを条件として、1個以上の基P-Sp-、P-Sp-およびP-Sp-はRaaを表してもよく、
aaは、H、F、Cl、CN、または、1~25個のC原子を有する直鎖状または分岐状のアルキル(ただし加えて、1個以上の隣接していないCH基は、Oおよび/またはS原子が互いに直接連結しないようにして、それぞれ互いに独立に、C(R)=C(R00)-、-C≡C-、-N(R)-、-O-、-S-、-CO-、-CO-O-、-O-CO-、-O-CO-O-で置き換えられていてもよく、ただし加えて、1個以上のH原子は、F、Cl、CNまたはP-Sp-で置き換えられていてもよい。)、特に好ましくは、直鎖状または分岐状で一フッ素化または多フッ素化されていてもよく1~12個のC原子を有するアルキル、アルコキシ、アルケニル、アルキニル、アルキルカルボニル、アルコキシカルボニル、アルキルカルボニルオキシまたはアルコキシカルボニルオキシ(ただし、アルケニルおよびアルキニル基は少なくとも2個のC原子を有し、分岐状の基は少なくとも3個のC原子を有する。)を表し、
、R00は、それぞれ互いに独立に、それぞれの出現において同一または異なって、Hまたは1~12個のC原子を有するアルキルを表し、
およびRは、それぞれ互いに独立に、H、F、CHまたはCFを表し、
、XおよびXは、それぞれ互いに独立に、-CO-O-、-O-CO-または単結合を表し、
は、-O-、-CO-、-C(R)-または-CFCF-を表し、
およびZは、それぞれ互いに独立に、-CO-O-、-O-CO-、-CHO-、-OCH-、-CFO-、-OCF-または-(CH-を表し、ただし、nは、2、3または4であり、
Lは、それぞれの出現において同一または異なって、F、Cl、CN、または、直鎖状または分岐状で一フッ素化または多フッ素化されていてもよく1~12個のC原子を有するアルキル、アルコキシ、アルケニル、アルキニル、アルキルカルボニル、アルコキシカルボニル、アルキルカルボニルオキシまたはアルコキシカルボニルオキシ、好ましくは、Fを表し、
L’およびL”は、それぞれ互いに独立に、H、FまたはClを表し、
kは、0または1を表し、
rは、0、1、2、3または4を表し、
sは、0、1、2または3を表し、
tは、0、1または2を表し、
xは、0または1を表す。
式R2、R13、R17、R22、R23、R24、R30、R31およびR32の化合物が特に好ましい。
更に、三反応性化合物R15~R30、特に、R17、R18、R19、R22、R23、R24、R25、R26、R30、R31およびR32が好ましい。
式R1~R32の化合物において、基
Figure 2023165655000135
ただし、Lは、それぞれの出現において同一または異なって、上および下で与える意味の1つを有し、好ましくは、F、Cl、CN、NO、CH、C、C(CH、CH(CH、CHCH(CH)C、OCH、OC、COCH、COC、COOCH、COOC、CF、OCF、OCHF、OCまたはP-Sp-、非常に好ましくは、F、Cl、CN、CH、C、OCH、COCH、OCFまたはP-Sp-、より好ましくは、F、Cl、CH、OCH、COCHまたはOCF、特に、FまたはCHである。
PSAディスプレイを製造するために、任意に電極に電圧を印加しながら、LCディスプレイの基板間でLC媒体中において、その場での重合により、LC媒体に含有される重合性化合物を重合または架橋(1つの化合物が2個以上の重合性基を含有する場合)する。
本発明によるPSAディスプレイの構造は、冒頭で引用した先行技術に記載する通りのPSAディスプレイの通常の構成に対応している。突起のない構成が好ましく、特に加えて、カラーフィルター側の電極が構造化されておらず、TFT側の電極のみがスリットを有するものが好ましい。PS-VAディスプレイ用に特に適切で好ましい電極構造は、例えば、米国特許出願公開第2006/0066793号公報に記載されている。
本発明の好ましいPSAタイプLCディスプレイは、
・ピクセル領域を定義するピクセル電極であって、それぞれのピクセル領域に配置されたスイッチ素子に連結されておりマイクロスリットパターンを施してもよいピクセル電極、および任意にピクセル電極上に配置された第1配向層を含む第1基板と;
・第1基板に面している第2基板の全体部分上に配置してもよい共通電極層、および任意の第2配向層を含む第2基板と;
・第1基板と第2基板との間に配置され、式Rの1種類以上の化合物を含む重合性成分と、上および下に記載のものを含むキラルネマチック液晶ホストとを含むLC媒体層を含むLC層(ただし重合性成分は重合されてもよい。)と
を含む。
第1および/または第2配向層は、LC層のLC分子の配向方向を制御する。例えば、PS-VAディスプレイにおいては、配向層がLC分子をホメオトロピック(または垂直)配向(即ち、表面に垂直)またはチルト配向とするように配向層を選択する。そのような配向層は、例えば、ポリイミドを含み、ポリイミドはラビングされていてもよいか、または光配向法で調製できる。
LC媒体を有するLC層は、ディスプレイの製造で通常使用される方法、例えば、いわゆる液晶滴下工法(ODF:one-drop-filling)でディスプレイの基板間に配置できる。次いで、LC媒体の重合性成分を、例えばUV光重合で重合する。重合は、1つの工程または2つ以上の工程で行える。
PSAディスプレイは、カラーフィルター、ブラックマトリクス、パッシベーション層、光学レタデーション層、個々のピクセルをアドレスするためのトランジスタ素子などの更なる要素を含んでよく、これらは全て当業者に既知で、特許性のある技量を発揮することなく用いることができる。
電極構造は、個々のディスプレイのタイプに応じて当業者が設計できる。例えば、PS-VAディスプレイ用に2個、4個またはそれ以上の異なるチルト配向方向を生成するために、スリットおよび/または隆起もしくは突起を有する電極を提供することで、LC分子のマルチドメイン配向性を誘発できる。
重合すれば重合性化合物は架橋されたポリマーを形成し、LC媒体中にLC分子の一定のプレチルトが生じる。特定の理論に縛られることを望むものではないが、重合性化合物で形成される架橋されたポリマーの少なくとも一部分が、LC媒体より相分離または沈殿し、基板もしくは電極またはそれらの上に提供された配向層上でポリマーの層を形成する と考えられる。顕微鏡測定データ(SEMおよびAFMなど)で、形成されたポリマーの少なくとも一部がLC/基板の界面に蓄積していることを確認した。
重合は単一の工程で行うことができる。また、最初に、プレチルト角を生成するために第1工程において任意に電圧を印加しながら重合を行い、続いて、第2重合工程において電圧を印加せずに、第1工程において反応しなかった化合物を重合または架橋する(「最終硬化」)ことも可能である。
適切で好ましい重合方法は、例えば、熱または光重合で、好ましくは光重合であり、特にはUV誘発光重合で、UV照射に光重合性化合物を曝露することで達成できる。
1種類以上の重合開始剤をLC媒体に添加できる。重合に適切な条件および開始剤の適切なタイプおよび量は当業者に既知であり、文献に記載されている。例えば、商業的に入手可能な光重合開始剤Irgacure651(登録商標)、Irgacure184(登録商標)、Irgacure907(登録商標)、Irgacure369(登録商標)またはDarocure1173(登録商標)(Ciba社)がフリーラジカル重合に適する。重合開始剤を用いる場合、開始剤の割合は、好ましくは、0.001~5重量%、特に好ましくは、0.001~1重量%である。
また、本発明による重合性化合物は開始剤を伴わない重合にも適しており、このことは、例えば、材料費がより低く、特に、開始剤またはその劣化生成物の残存し得る量によるLC媒体の汚染がより少ないなどの特筆すべき利点を伴う。このように、開始剤を加えることなく、重合を行うこともできる。よって、好ましい実施形態において、LC媒体は重合開始剤を含まない。
また、例えば、保存または輸送中におけるRMの好ましくない自発的な重合を防止するために、LC媒体は1種類以上の安定剤を含んでもよい。安定剤の適切なタイプおよび量は当業者に既知であり、文献に記載されている。例えば、Irganox(登録商標)シリーズ(Ciba社)からの商業的に入手可能な安定剤、例えば、Irganox(登録商標)1076などが特に適切である。安定剤を用いる場合、安定剤の割合は、RMまたは重合性成分(成分A)の総量を基礎として、好ましくは、10~500,000ppm、特に好ましくは、50~50,000ppmである。
式Rの重合性化合物は、PSAディスプレイを調製する1個以上の以下の特徴を含む方法において特に良好なUV吸収性を示し、よって、その方法に特に適する:
・重合性媒体を、チルト角を生成するための第1UV曝露工程(「UV-1工程」)と、重合を完結するための第2UV曝露工程(「UV-2工程」)とを含む2段階工程でディスプレイ内においてUV光に曝露する;
・重合性媒体を、エネルギー節約UVランプ(「グリーンUVランプ」としても知られている。)で生成したUV光にディスプレイ内で曝露する。これらのランプは300~380nmの吸収スペクトルにおいて比較的低い強度(従来のUVランプの1/100~1/10である。)で特徴付けられ、好ましくはUV2工程で使用されるが、UV1工程においても高い強度を避ける必要がある場合は使用できる;
・PS-VA工程において短い波長のUV光に曝露するのを避けるために、重合性媒体を、より長い波長(好ましくは340nm以上である。)にシフトした放射スペクトルを有するUVランプで生成したUV光にディスプレイ内で曝露する。
より低い強度を使用するか、より長い波長のUVへシフトするかの何れによっても、UV光で引き起こされ得る損傷から有機層を保護する。
本発明の好ましい実施形態は、上および下に記載するPSAディスプレイを調製する方法に関し、1個以上の以下の特徴を含む:
・重合性LC媒体を、チルト角を生成するための第1UV曝露工程(「UV-1工程」)と、重合を完結するための第2UV曝露工程(「UV-2工程」)とを含む2段階でUV光に曝露する;
・重合性LC媒体を、300~380nmの波長範囲内で0.5mW/cm~10mW/cmの強度を有するUVランプで生成したUV光に曝露する(好ましくは、このUVランプをUV2工程で使用し、任意にUV1工程でも使用する。);
・重合性LC媒体を、340nm以上で、好ましくは400nm以下の波長を有するUV光に曝露する。
この好ましい方法は、例えば、所望のUVランプを使用するか、それぞれ所望の波長を有するUV光を実質的に透過し、それぞれ所望でない波長を有する光を実質的に遮断するバンドパスフィルターおよび/またはカットオフフィルターを使用することで実施可能である。例えば、300~400nmの波長λのUV光で照射が望ましい場合、λが300nm超400nm未満の波長を実質的に透過するワイドバンドパスフィルターを使用して、UV曝露を実施可能である。340nm超の波長λのUV光で照射することが望ましい場合、340nm超の波長λを実質的に透過するカットオフフィルターを用いて、UV曝露を実施可能である。
「実質的に透過する」は、フィルターが、所望の波長の入射光の、大部分、好ましくは少なくとも50%の強度で透過することを意味する。「実質的に遮断する」は、フィルターが、所望でない波長の入射光の大部分、好ましくは少なくとも50%の強度で透過しないことを意味する。「所望(所望でない)波長」は、例えば、バンドパスフィルターの場合は、与えられるλの範囲内(外)の波長を意味し、カットオフフィルターの場合は、与えられるλの値の上(下)の波長を意味する。
この好ましい方法は、より長い波長のUVを用いてのディスプレイの製造を可能にし、これにより、UV光の短波長成分の有害作用および損傷作用を低減または回避できる。
UV照射エネルギーは、一般に6~100Jであり、製造工程の条件による。
好ましくは、本発明によるLC媒体は、上および下に記載する通りの式Rの重合性化合物を含む重合性成分P)または式Rの1種類以上の重合性化合物と、LCホスト混合物と、および1種類以上のキラルドーパントを含む光学活性成分から本質的になる。しかしながら、LC媒体は、好ましくは、コモノマー、キラルドーパント、重合開始剤、禁止剤、安定剤、界面活性剤、湿潤剤、潤滑剤、分散剤、疎水化剤、接着剤、流動性向上剤、消泡剤、脱気剤、希釈剤、反応性希釈剤、助剤、着色剤、色素、顔料およびナノ粒子が挙げられるリストより限定することなく選ばれる1種類以上の更なる成分または添加剤を追加的に含んでよい。
本発明によるLC媒体は、1種類、2種類または3種類のキラルドーパント、非常に好ましくは1種類のキラルドーパントを含む。
式Rの1種類、2種類または3種類の重合性化合物を含むLC媒体が特に好ましい。キラルネマチックLC相を有するLC媒体が更に好ましい。
好ましくはLC媒体中の式Rの化合物の割合は、0%超~5%未満、非常に好ましくは0%超~1%未満、最も好ましくは0.01~0.5%である。
好ましい実施形態において単独または互いに組み合わせて、本発明による媒体は下を含む。
・1%~12%、より好ましくは1.5%~11%、非常に好ましくは2%~10%の範囲内の合計濃度で1種類以上の式Iの化合物。
・1%~20%、より好ましくは3%~18%、非常に好ましくは4%~16%の範囲内の合計濃度で1種類以上の式Iの化合物および1種類以上の式IIBaの化合物。
・8%~35%、より好ましくは10%~30%、非常に好ましくは12%~28%の範囲内の合計濃度で1種類以上の式IIBの化合物および1種類以上の式IIBaの化合物。
計濃度で1種類以上の式Iの化合物および1種類以上の式IIBaの化合物。
・5%~25%、より好ましくは7%~22%、非常に好ましくは8%~18%の範囲内の合計濃度で1種類以上の式Iの化合物および1種類以上の式IIBaの化合物。
・1%~20%、より好ましくは3%~15%、非常に好ましくは5%~13%の範囲内の合計濃度で1種類以上の式IIDaの化合物。
・15%~45%、より好ましくは18%~40%、非常に好ましくは20%~35%の範囲内の合計濃度で1種類以上の式IIBの化合物および1種類以上の式IIBaの化合物および1種類以上の式IIDaの化合物。
・5%~30%、より好ましくは7%~27%、非常に好ましくは8%~25%の範囲内の合計濃度で1種類以上の式IIIの化合物。
・1%~20%、より好ましくは2%~17%、非常に好ましくは3%~15%の範囲内の合計濃度で1種類以上の式III-1、非常に好ましくは式III-1-6の化合物。
・1%~15%、より好ましくは2%~12%、非常に好ましくは3%~10%の範囲内の合計濃度で1種類以上の式III-2の化合物。
・10%~30%、より好ましくは12%~28%、非常に好ましくは15%~25%の範囲内の合計濃度で1種類以上の式III-1およびIII-2の化合物。
・1%~25%、より好ましくは2%~24%、非常に好ましくは3%~23%の範囲内の合計濃度で1種類以上の式IIA-2の化合物。
・1%~30%、より好ましくは2%~28%、非常に好ましくは3%~25%の範囲内の合計濃度で1種類以上の式IIA-10の化合物。
・2%~25%、より好ましくは4%~20%、非常に好ましくは10%~18%の範囲内の合計濃度で1種類以上の式IID-10の化合物。
・20%~60%、より好ましくは30%~50%、非常に好ましくは33%~45%の範囲内の合計濃度で1種類以上の式IVの化合物および任意に1種類以上の式IVaの化合物。
・1%~10%の範囲内の合計濃度で1種類以上の式IVbの化合物。
・10%~55%、より好ましくは20%~50%、非常に好ましくは25%~45%の範囲内の合計濃度で1種類以上の式IV-1の化合物。
・1%~12%、より好ましくは2%~11%、非常に好ましくは3%~10%の範囲内の合計濃度で1種類以上の式IV-2の化合物。
・10%~60%、より好ましくは15%~55%、より更に好ましくは20%~50%、非常に好ましくは25%~45%の範囲内の合計濃度で1種類以上の式IV-3、好ましくはIV-3-1および/またはIV-3-2およびIV-3-4の化合物。
・10%~50%、より好ましくは15%~45%、非常に好ましくは20%~40%の範囲内の合計濃度で式IV-3-1の化合物。
・3%~25%、より好ましくは4%~20%、非常に好ましくは5%~17%の範囲内の合計濃度で式IV-3-4の化合物。
・1%~25%、より好ましくは3%~20%、より更に好ましくは4%~17%、非常に好ましくは5%~15%の範囲内の合計濃度で1種類以上の式Vの化合物。
本発明による液晶媒体は好ましくは-20℃以下~100℃以上、特に好ましくは-30℃以下~110℃以上、非常に特に好ましくは-40℃以下~120℃以上のネマチック相を有することが有利である。
本発明による媒体は、70℃以上、好ましくは72℃以上、より好ましくは75℃以上、特に90℃以上の透明化温度を有する。
「ネマチック相を有する」という表現は一方で対応する温度のより低温でスメクチック相および結晶化が観察されず、他方で所与の温度でネマチック相の加熱時に透明化(等方相への転移)が発生しないことを意味する。低温での検討は対応する温度で流動粘度計を用いて行われ、電気光学的用途に対応する層厚を有する試験用セルに少なくとも100時間保存することで確認される。-20℃の温度での試験用セルでの保存安定性が1000時間以上であれば、その媒体はこの温度で安定していると呼ばれる。温度が-30℃および-40℃の場合、対応する時間はそれぞれ500時間および250時間である。高温では、毛細管内で従来の方法で透明点を測定する。
液晶混合物は好ましくは、少なくとも60Kのネマチック相範囲および20℃における最大30mm・秒-1の流動粘度ν20を有する。
混合物は-20℃以下、好ましくは-30℃以下、非常に好ましくは-40℃以下の温度でネマチックである。
本発明の好ましい実施形態において媒体は、0.085~0.125、好ましくは0.090~0.123、特に0.095~0.122の範囲内の複屈折を有する。
更に好ましい実施形態において本発明による媒体は、0.100~0.110、非常に好ましくは0.105~0.108の範囲の複屈折を有する。
更に好ましい実施形態において本発明による媒体は、0.115~0.122、非常に好ましくは0.118~0.121の範囲内の複屈折を有する。
更に好ましい実施形態において本発明による媒体は、0.089~0.100、非常に好ましくは0.092~0.096の範囲内の複屈折を有する。
本発明による液晶混合物は、-1.5~-9.0の誘電率異方性Δεを有する。
好ましい実施形態において本発明による媒体は、-1.7~-2.5、好ましくは-1.9~-2.2の誘電率異方性Δεを有する。
好ましい実施形態において本発明による媒体は、-2.5~-3.8、好ましくは-2.8~-3.4の誘電率異方性Δεを有する。
好ましい実施形態において本発明による媒体は、-3.7~-5.0、好ましくは-3.9~-4.8の誘電率異方性Δεを有する。
好ましい実施形態において本発明による媒体は、-6.0~-8.8、好ましくは-6.2~-8.5の誘電率異方性Δεを有する。
20℃における回転粘度γは、好ましくは50~250mPas、より好ましくは55~150mPa・sの範囲である。
本発明による液晶媒体は、閾電圧(V)に対して比較的低い値を有する。それらは、好ましくは1.7V~3.0Vの範囲であり、特に好ましくは2.9V以下であり、非常に特に好ましくは2.8V以下である。
本発明では、用語「閾電圧」は、明示的に他に示されていない限り、フレデリックス閾値とも呼ばれる容量性閾値(V)に関するものである。
加えて本発明による液晶媒体は液晶セルにおいて、高い値の電圧保持率を有する。
一般に低いアドレス電圧または閾電圧を有する液晶媒体は高いアドレス電圧または閾電圧を有するものよりも低い電圧保持率を示し、その逆もまた同様である。
本発明において用語「誘電的に正の化合物」とは1.5より大きいΔεを有する化合物を表し、用語「誘電的に中性の化合物」とは-1.5以上1.5以下のΔεを有するものを表し、用語「誘電的に負の化合物」とは-1.5より小さいΔεを有するものを表す。化合物の誘電異方性は、10%の化合物を液晶ホストに溶解し、それぞれ20μmの層厚を有するホメオトロピックおよびホモジニアス表面配向の少なくとも1個の試験用セルにおいて得られる混合物の静電容量を1kHzで測定して決定する。測定電圧は典型的には0.5V~1.0Vであるが、それぞれ検討される液晶混合物の容量閾値よりも常に低くする。
本発明で示される温度の値は全て℃である。
本発明による混合物は好ましくは負の誘電異方性(Δε)を有し、例えば、VAN、MVA、(S)-PVA、ASV、PSA(polymer sustained VA:ポリマー維持VA)およびPS-VA((polymer stabilized VA:ポリマー安定化VA)などの全てのVA-TFT用途に適している。それらは更に負のΔεを有するIPS(in-plane-switching:面内スイッチ)やFFS(fringe field switching:フリンジ場スイッチ)用途に適する。
本発明のVA、IPSまたはFFS混合物が、例えば、H、N、O、ClおよびFが対応するアイソトープで置換された化合物をも含み得ることは、当業者にとり言うまでもない。
本発明による化合物は、文献(例えば、Houben-Weyl、Methoden der Organischen Chemie[Methods of Organic Chemistry]、Georg-Thieme-Verlag、Stuttgartなどの標準的な著作物)に記載されている既知の方法によって、またはそれに類似した方法で、前記反応に適した既知の反応条件の下で合成することができる。また本明細書では言及しないが、それ自体既知のバリエーションを本明細書において使用できる。特に、それらは、以下の反応スキームに記載されているか、またはそれに類似した方法で調製できる。本発明の化合物を調製するための更なる方法は、実施例から得ることができる。
また上で明示的に言及されていない他のメソゲン化合物も、有利に本発明に従った媒体に使用できる。そのような化合物は、当業者に知られている。
本発明および以下の実施例において、液晶化合物の構造は、頭字語によって示され、化学式への変換は下表A~Cに従って行われる。それぞれ全ての基C2m+1、C2n+1、およびC2l+1またはC2m-1、C2n-1およびandC2l-1は、それぞれの場合でn個、m個およびl個のC原子を有する直鎖状アルキル基またはアルキレン基である。好ましくはn、mおよびlは、それぞれ互いに独立に1、2、3、4、5、6または7である。表Aは化合物の核の環要素のコードを示し、表Bは架橋単位を列記し、表Cは分子の左端基および右端基の記号の意味を列記する。頭字語は任意の連結基を有する環要素のコードに続いて第1ハイフンおよび左端基のコード、および第2ハイフンおよび右端基のコードから構成される。表Dは、それぞれの略称と共に化合物の構造例を示す。
<表A:環要素>
Figure 2023165655000136
Figure 2023165655000137
Figure 2023165655000138
Figure 2023165655000139
<表B:架橋単位>
Figure 2023165655000140
<表C:末端基>
Figure 2023165655000141
表中、nおよびmはそれぞれ整数であり、3つの点「...」はこの表からの他の略語のための場所である。
式I、IIA、IIB、IICおよび/またはIID、IVa、IVbおよびVの化合物とは別に、本発明による混合物は好ましくは、下に述べる化合物の1種類以上の化合物を含む。
以下の略語を使用する:
(n、m、kおよびlは、それぞれ互いに独立に整数であり、好ましくは1~9、好ましくは1~7であり、またkおよびlは0でもよく、好ましくは0~4、より好ましくは0または2、最も好ましくは2であり、nは好ましくは1、2、3、4または5であり、組合わせ「-nO-」において、好ましくは1、2、3または4、より好ましくは2または4であり、mは好ましくは1、2、3、4または5であり、組合わせ「-Om」において、好ましくは1、2、3または4、より好ましくは2または4である。組合わせ「-lVm」は、好ましくは「2V1」である。)
<表D>
Figure 2023165655000142
Figure 2023165655000143
Figure 2023165655000144
Figure 2023165655000145
Figure 2023165655000146
Figure 2023165655000147
Figure 2023165655000148
Figure 2023165655000149
Figure 2023165655000150
Figure 2023165655000151
Figure 2023165655000152
Figure 2023165655000153
Figure 2023165655000154
Figure 2023165655000155
Figure 2023165655000156
Figure 2023165655000157
Figure 2023165655000158
Figure 2023165655000159
Figure 2023165655000160
Figure 2023165655000161
本発明は、以下の非制限的な実施例によって詳細に説明される。
以下の略語および記号を使用する:
は20℃における容量閾電圧[V]、
は20℃および589nmにおける異常屈折率、
は20℃および589nmにおける通常屈折率、
Δnは20℃および589nmにおける光学的異方性、
εは20℃および1kHzにおけるダイレクターに垂直な誘電率、
εは20℃および1kHzにおけるダイレクターに平行な誘電率、
Δεは20℃および1kHzにおける誘電異方性、
cl.p.、T(N,I)は透明点[℃]、
γは20℃における回転粘度[mPa・s]、
は20℃における「スプレイ(splay)」変形に対する弾性定数[pN]、
は20℃における「ツイスト(twist)」変形に対する弾性定数[pN]、
は20℃における「ベンド(bend)」変形に対する弾性定数[pN]。
明示的に別段の記載がない限り、本願における全ての濃度は重量パーセントで引用され、溶媒を含まない、全ての固体または液晶成分からなる全体として対応する混合物に関するものである。
明示的に別段の記載がない限り、例えば融点T(C,N)、スメクチック(S)相からネマチック(N)相への転移T(S,N)および透明点T(N,I)など、本願で示されるすべての温度値は、摂氏(℃)で引用される。M.p.は融点、cl.p.は透明点である。更に、Cは結晶状態、Nはネマチック相、Sはスメクチック相、Iは等方相である。これらの記号の間のデータは、転移温度を表す。
全ての物性は、「Merck Liquid Crystals, Physical Properties of Liquid Crystals」、1997年11月刊、メルク社、ドイツ国に従って決定されるか決定されたもので、20℃の温度について適用し、それぞれの場合で明示的に別の指示がない限りΔnは589nmおよびΔεは1kHzで決定される。
本発明について用語「閾電圧」は、他に明示しない限り、フレデリックス閾値としても既知の容量閾値(V)に関する。また、例において、一般的に通常であるが、10%相対コントラスト(V10)に対する光学的閾値も示す場合がある。
特に記載のない限り、上および下に記載したPSAディスプレイにおいて重合性化合物を重合する工程は、LC媒体が液晶相、好ましくはネマチック相を示す温度で実施され、最も好ましくは室温で実施される。
特に断らない限り試験用セルの作製方法、電気光学特性等の測定方法は、以下に述べる方法またはそれに準じた方法によって実施される。
容量閾電圧の測定に用いるディスプレイは、25μm間隔の2枚の平面平行ガラス外板から成り、それぞれの内側に電極層、上側に液晶分子のホメオトロピック配向をもたらすラビングされていないポリイミド配向層を有している。
チルト角の測定に使用されるディスプレイまたは試験用セルは、4μmの間隔で平行な2枚のガラス外板から成り、それぞれの内側に電極層とポリイミド配向層があり、2枚のポリイミド層は互いに反平行にラビングされ、液晶分子のホメオトロピックなエッジ配向を実現させる。
重合性化合物は、ディスプレイまたは試験用セル内で、決められた強度のUV光をあらかじめ決められた時間照射し、同時にディスプレイには電圧を印加する(通常10V~30Vの交流、1kHz)ことで重合させることができる。例では特に断りのない限り、重合には蛍光灯と10~20mW/cmの強度が使用される。強度は、標準的なメーター(ウシオアキュムレートUVメーター、中心波長313nm)を使用して測定される。
<混合物例>
ネマチックLCホスト混合物M1~M73は、以下の表で与えられる組成および特性を有する。
<混合物M1>
Figure 2023165655000162
<混合物M2>
Figure 2023165655000163
混合物M2は200ppmの化合物I-1-1aを追加して含む。
Figure 2023165655000164
<混合物M3>
Figure 2023165655000165
<混合物M4>
Figure 2023165655000166
混合物M4は50ppmの化合物I-2-1aを追加して含む。
Figure 2023165655000167
<混合物M5>
Figure 2023165655000168
<混合物M6>
Figure 2023165655000169
混合物M6は80ppmの化合物ST-12b-1を追加して含む。
Figure 2023165655000170
<混合物M7>
Figure 2023165655000171
<混合物M8>
Figure 2023165655000172
<混合物M9>
Figure 2023165655000173
<混合物M10>
Figure 2023165655000174
<混合物M11>
Figure 2023165655000175
<混合物M12>
Figure 2023165655000176
<混合物M13>
Figure 2023165655000177
<混合物M14>
Figure 2023165655000178
<混合物M15>
Figure 2023165655000179
<混合物M16>
Figure 2023165655000180
<混合物M17>
Figure 2023165655000181
<混合物M18>
Figure 2023165655000182
<混合物M19>
Figure 2023165655000183
<混合物M20>
Figure 2023165655000184
<混合物M21>
Figure 2023165655000185
<混合物M22>
Figure 2023165655000186
<混合物M23>
Figure 2023165655000187
<混合物M24>
Figure 2023165655000188
<混合物M25>
Figure 2023165655000189
<混合物M26>
Figure 2023165655000190
<混合物M27>
Figure 2023165655000191
<混合物M28>
Figure 2023165655000192
<混合物M29>
Figure 2023165655000193
<混合物M30>
Figure 2023165655000194
<混合物M31>
Figure 2023165655000195
<混合物M32>
Figure 2023165655000196
<混合物M33>
Figure 2023165655000197
<混合物M34>
Figure 2023165655000198
<混合物M35>
Figure 2023165655000199
<混合物M36>
Figure 2023165655000200
<混合物M37>
Figure 2023165655000201
<混合物M38>
Figure 2023165655000202
<混合物M39>
Figure 2023165655000203
<混合物M40>
Figure 2023165655000204
<混合物M41>
Figure 2023165655000205
<混合物M42>
Figure 2023165655000206
<混合物M43>
Figure 2023165655000207
<混合物M44>
Figure 2023165655000208
<混合物M45>
Figure 2023165655000209
<混合物M46>
Figure 2023165655000210
<混合物M47>
Figure 2023165655000211
<混合物M48>
Figure 2023165655000212
<混合物M49>
Figure 2023165655000213
<混合物M50>
Figure 2023165655000214
<混合物M51>
Figure 2023165655000215
<混合物M52>
Figure 2023165655000216
<混合物M53>
Figure 2023165655000217
<混合物M54>
Figure 2023165655000218
<混合物M55>
Figure 2023165655000219
<混合物M56>
Figure 2023165655000220
<混合物M57>
Figure 2023165655000221
<混合物M58>
Figure 2023165655000222
<混合物M59>
Figure 2023165655000223
<混合物M60>
Figure 2023165655000224
<混合物M61>
Figure 2023165655000225
<混合物M62>
Figure 2023165655000226
<混合物M63>
Figure 2023165655000227
<混合物M64>
Figure 2023165655000228
<混合物M65>
Figure 2023165655000229
<混合物M66>
Figure 2023165655000230
<混合物M67>
Figure 2023165655000231
<混合物M68>
Figure 2023165655000232
<混合物M69>
Figure 2023165655000233
<混合物M70>
Figure 2023165655000234
<混合物M71>
Figure 2023165655000235
<混合物M72>
Figure 2023165655000236
<混合物M73>
Figure 2023165655000237
<重合性混合物>
以下の重合可能な混合物は、式RM1、RM2、RM3およびRM4の化合物の群から選択される反応性メソゲン(RM:reactive mesogen)を表1に与えられる量(%RM)で添加することで、表1に与えられるネマチック混合物から調製される。
Figure 2023165655000238
表1:重合性混合物
Figure 2023165655000239

Claims (15)

  1. a)1種類以上の式Iの化合物、およびb)1種類以上の式IIBaの化合物、およびc)1種類以上の式IIDaの化合物を含む、液晶媒体。
    Figure 2023165655000240
    (式中、
    11、R12は、同一または異なってH、1~15個のC原子を有する直鎖状のアルキルもしくはアルコキシ、2~15個のC原子を有する直鎖状のアルケニルもしくはアルケニルオキシまたは3~15個のC原子を有する分岐状のアルキル、アルコキシ、アルケニルもしくはアルケニルオキシを表し、ただし、これらの基における1個以上のCH基はO原子が互いに直接連結しないようにして、
    Figure 2023165655000241
    -C≡C-、-CFO-、-OCF-、-O-、-CO-O-または-O-CO-で、それぞれ互いに独立に置き換えられてよく、該基において1個以上のH原子はハロゲンで置き換えられてよく、
    、Lは、同一または異なってFまたはClを表す。)
    Figure 2023165655000242
    (式中、
    2Bは、それぞれ1~7個のC原子を有するアルキルもしくはアルコキシまたは2~7個のC原子を有するアルケニルを表し、
    (O)は、Oまたは単結合を表し、および
    vは、1~5の整数である。)
    Figure 2023165655000243
    (式中、
    2Dは、それぞれ1~7個のC原子を有するアルキルもしくはアルコキシまたは2~7個のC原子を有するアルケニルを表し、
    (O)は、Oまたは単結合を表し、および
    vは、1~5の整数である。)
  2. 1種類以上の式IIIの化合物を含む、請求項1に記載の液晶媒体。
    Figure 2023165655000244
    (式中、
    31およびR32は、同一または異なってH、1~15個のC原子を有する直鎖状のアルキルもしくはアルコキシ、2~15個のC原子を有する直鎖状のアルケニルもしくはアルケニルオキシまたは3~15個のC原子を有する分岐状のアルキル、アルコキシ、アルケニルもしくはアルケニルオキシを表し、ただし、これらの基における1個以上のCH基はO原子が互いに直接連結しないようにして、
    Figure 2023165655000245
    -C≡C-、-CFO-、-OCF-、-CH=CH-、-O-、-CO-O-または-O-CO-で、それぞれ互いに独立に置き換えられてよく、該基において1個以上のH原子はハロゲンで置き換えられてよく、
    31は、それぞれの出現で互いに独立に
    a)1,4-シクロヘキシレンまたは1,4-シクロヘキセニレン基、該基において1個または2個の隣接しないCH基は-O-または-S-で置き換えられてよく、
    b)1,4-フェニレン基、該基において1個または2個のCH基はNで置き換えられてよく、または
    c)スピロ[3.3]ヘプタン-2,6-ジイル、1,4-ビシクロ[2.2.2]オクチレン、ナフタレン-2,6-ジイル、デカヒドロナフタレン-2,6-ジイル、1,2,3,4-テトラヒドロナフタレン-2,6-ジイル、フェナントレン-2,7-ジイルおよびフルオレン-2,7-ジイルから成る群から選択される基
    を表し、
    ただし基a)、b)およびc)はハロゲン原子で一置換または多置換されてよく、
    31は、それぞれの出現で互いに独立に-CO-O-、-O-CO-、-CFO-、-OCF-、-CHO-、-OCH-、-CH-、-CHCH-、-(CH-、-CH=CH-CHO-、-C-、-CHCF-、-CFCH-、-CF=CF-、-CH=CF-、-CF=CH-、-CH=CH-、-C≡C-または単結合を表し、
    31およびL32は、それぞれ互いに独立にF、Cl、CFまたはCHFを表し、および
    nは、0、1または2である。)
  3. 式IIA、IIB、IICおよびIIDの化合物の群から選択される1種類以上の化合物を更に含む、請求項1または2に記載の液晶媒体。
    Figure 2023165655000246
    (式中、
    2A、R2B、R2CおよびR2Dは、同一または異なってH、1~15個のC原子を有する直鎖状のアルキルもしくはアルコキシ、2~15個のC原子を有する直鎖状のアルケニルもしくはアルケニルオキシまたは3~15個のC原子を有する分岐状のアルキル、アルコキシ、アルケニルもしくはアルケニルオキシを表し、ただし、これらの基における1個以上のCH基はO原子が互いに直接連結しないようにして、
    Figure 2023165655000247
    -C≡C-、-CFO-、-OCF-、-CH=CH-、-O-、-CO-O-または-O-CO-で、それぞれ互いに独立に置き換えられてよく、該基において1個以上のH原子はハロゲンで置き換えられてよく、
    (O)は、Oまたは単結合を表し、
    ~Lは、それぞれ互いに独立にF、Cl、CFまたはCHFを表し、
    Yは、H、F、Cl、CF、CHFまたはCHを表し、
    、Z2BおよびZ2Dは、それぞれ互いに独立に、単結合、-CHCH-、-CH=CH-、-CFO-、-OCF-、-CHO-、-OCH-、-COO-、-OCO-、-C-、-CF=CF-または-CH=CHCHO-を表し、
    pは、0、1または2を表し、
    qは、0または1を表し、および
    vは、1~6の整数を表し、
    ただし式IIBaおよびIIDaの化合物は、式IIBおよびIIDから除外される。)
  4. 式I-1およびI-2の化合物の群から選択される1種類以上の化合物を含む、請求項1~3のいずれか1項に記載の液晶媒体。
    Figure 2023165655000248
    (式中、R11およびR12は独立して1~6個のC原子を有するアルキルまたは2~6個のC原子を有するアルケニルを表し、ただしR11およびR12の少なくとも一方は2~6個のC原子を有するアルケニルを表す。)
  5. 式Sの1種類以上の化合物を含む、請求項1~4のいずれか1項に記載の液晶媒体。
    Figure 2023165655000249
    (式中、
    Arは、4~40個のC原子を有する芳香族またはヘテロ芳香族炭化水素基を表し;
    Spは、スペーサー基を表し;
    は、H、1~12個のC原子を有するアルキルまたは2~12個のC原子を有するアルケニルを表し;
    は、-O-、-C(O)O-、-(CH-もしくは-(CHO-または単結合を表し;
    HAは、
    Figure 2023165655000250
    を表し;
    は、H、O、CH、OHまたはORを表し;
    S1、RS2、RS3およびRS4は、同一または異なって1~6個のC原子のC原子を有し、好ましくは1~3個のC原子を有するアルキル、非常に好ましくはCHを表し;
    Gは、HもしくはRまたは基Z-HAを表し;
    zは、1~6の整数であり;および
    qは、3または4である。)
  6. 1種類以上の式Sの化合物の合計濃度は1000ppm超~5000ppmの範囲内であり、請求項5に記載の媒体。
  7. 1種類以上の式IVの化合物を含む、請求項1~6のいずれか1項に記載の媒体。
    Figure 2023165655000251
    (式中、
    41は、1~7個のC原子を有するアルキルまたは2~7個のC原子を有するアルケニルを表し、および
    42は、1~7個のC原子を有するアルキルまたは1~6個のC原子を有するアルコキシまたは2~7個のC原子を有するアルケニルを表す。)
  8. 式Vの1種類以上の化合物を含む、請求項1~7のいずれか1項に記載の液晶媒体。
    Figure 2023165655000252
    (式中、
    51、R52は、1~7個のC原子を有するアルキル、1~7個のC原子を有するアルコキシまたは2~7個のC原子を有するアルコキシアルキル、アルケニルもしくはアルケニルオキシを表し、
    Figure 2023165655000253
    を表し、
    51、Z52は、それぞれ互いに独立に-CH-CH-、-CH-O-、-CH=CH-、-C≡C-、-COO-または単結合を表し、および
    nは、1または2である。)
  9. 式Rの重合性化合物を含む、請求項1~8のいずれか1項に記載の媒体。
    Figure 2023165655000254
    (式中、
    Pは、重合性基を表し、
    Spは、スペーサー基または単結合を表し、
    、Aは、同一または異なって芳香族、ヘテロ芳香族、脂環式またはヘテロ環式基を表し、好ましくは4~25個の環原子を有し、該基は縮合環も含んでよく、該基は非置換であるか、Lで一置換または多置換されており、
    は、-O-、-S-、-CO-、-CO-O-、-O-CO-、-O-CO-O-、-OCH-、-CHO-、-SCH-、-CHS-、-CFO-、-OCF-、-CFS-、-SCF-、-(CHn1-、-CFCH-、-CHCF-、-(CFn1-、-CH=CH-、-CF=CF-、-CH=CF-、-CF=CH-、-C≡C-、-CH=CH-CO-O-、-O-CO-CH=CH-、-CH-CH-CO-O-、-O-CO-CH-CH-、-CR00-または単結合であり、
    、R00は、Hまたは1~12個のC原子を有するアルキルであり、
    Rは、H、LまたはP-Sp-であり、
    Lは、F、Cl、-CN、P-Sp-または1~25個のC原子を有する直鎖状、分岐状もしくは環状のアルキルであって、ただし1個以上の隣接しないCH基は、Oおよび/またはS原子がそれぞれ互いに独立に直接連結しないようにして-O-、-S-、-CO-、-CO-O-、-O-CO-、-O-CO-O-で置き換えられてよく、ただし1個以上のH原子は、それぞれP-Sp-、FまたはClで置き換えられてよく、
    zは0、1、2または3であり、および
    n1は1、2、3または4である。)
  10. 請求項1~9のいずれか1項に記載の液晶媒体を含む、LCディスプレイ。
  11. VA、IPS、FFSまたはUB-FFSディスプレイである、請求項10に記載のディスプレイ。
  12. 式Rの化合物は重合されている、請求項9に記載の液晶媒体を含むPSAディスプレイ。
  13. PS-VA、PS-IPS、PS-FFS、PS-UB-FFS、SA-FFSまたはSA-VAディスプレイである、請求項12に記載のディスプレイ。
  14. 電気光学的目的のための、請求項1~9のいずれか1項に記載の液晶媒体の使用。
  15. 1種類以上の式Iの化合物を、1種類以上の式IIBaの化合物および1種類以上の式IIDaの化合物と混合する工程を少なくとも含む、請求項1~9のいずれか1項に記載の液晶媒体を調製する方法。
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