專利名稱:噻吩衍生物和包含它的液晶介質(zhì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及噻吩衍生物,制備其的方法和中間產(chǎn)物,其用于光學(xué)、電光學(xué)和電子目的,特別是在液晶(no介質(zhì)和液晶顯示器中的應(yīng)用,以及包含它的液晶介質(zhì)和液晶顯示器。
背景技術(shù):
液晶主要在顯示器件中用作電介質(zhì),因為這類物質(zhì)的光學(xué)性質(zhì)能受到施加的電壓的影響?;谝壕У碾姽鈱W(xué)器件對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是極為熟知的且可以是基于各種效果的。這類器件的實例是具有動態(tài)散射的盒,DAP(排列相畸變)盒、賓/主盒、具有扭曲向列("twisted nematic")結(jié)構(gòu)的TN盒、STN( “超扭曲向列”)盒、SBE( “超雙折射效應(yīng)”) 盒和OMI ( “光學(xué)模式干涉”)盒。最為常見的顯示器件基于Schadt-Helfrich效應(yīng)并且具有扭曲向列結(jié)構(gòu)。此外,還有以與基板和液晶面平行的電場工作的盒,例如,IPS( “面內(nèi)切換”)盒。特別是TN、STN和IPS盒,尤其是TN、STN和IPS盒對于根據(jù)本發(fā)明的介質(zhì)而言是當(dāng)前商業(yè)上關(guān)注的應(yīng)用領(lǐng)域。液晶材料必須具有良好的化學(xué)和熱穩(wěn)定性以及對電場和電磁輻射的良好的穩(wěn)定性。此外,液晶材料應(yīng)當(dāng)具有低粘度并在盒中產(chǎn)生短的尋址時間(Ansprechzeiten)、低的閾值電壓和高的對比度。此外,它們應(yīng)當(dāng)在通常的工作溫度,即高于和低于室溫的盡可能寬的范圍內(nèi)具有合適的介晶相(Mesophase),例如對于上述盒而言的向列型介晶相。因為通常將液晶作為多種組分的混合物使用,因此重要的是組分能彼此易于混溶。更進一步的性質(zhì)如導(dǎo)電性、介電各向異性和光學(xué)各向異性必須根據(jù)盒類型和應(yīng)用領(lǐng)域而滿足各種要求。例如,用于具有扭曲向列結(jié)構(gòu)的盒的材料應(yīng)當(dāng)具有正的介電各向異性和低導(dǎo)電率。例如,對于具有集成的非線性元件以切換獨立像素的矩陣液晶顯示器(MFK-顯示器),期望具有大的正介電各向異性、寬的向列相、相對低的雙折射率、很高的電阻率、良好的UV和溫度穩(wěn)定性和低蒸氣壓的介質(zhì)。這類矩陣液晶顯示器是已知的。作為用于獨立地切換獨立像素的非線性元件的, 例如可以使用有源元件(即晶體管)。于是談及術(shù)語“有源矩陣(activen Matrix)”,其中可區(qū)分為以下兩種類型1.在作為基板的硅晶片上的MOS (金屬氧化物半導(dǎo)體)或其它二極管。2.在作為基材的玻璃板上的薄膜晶體管(TFT)。將單晶硅作為基板材料使用限制了顯示器尺寸,因為即使是各種分顯示器的模塊式組裝也會在接頭處導(dǎo)致問題。就優(yōu)選的更有前景的類型2的情況來說,所用的電光效應(yīng)通常是TN效應(yīng)。區(qū)分為兩種技術(shù)由化合物半導(dǎo)體構(gòu)成的例如CdSe的TFT,或基于多晶硅或非晶硅的TFT。對于后一種技術(shù),全世界范圍內(nèi)正在進行深入的工作。將TFT矩陣安裝于顯示器的一個玻璃板的內(nèi)側(cè),而另一玻璃板在其內(nèi)側(cè)帶有透明反電極。與像素電極的 尺寸相比,TFT非常小且對圖像幾乎沒有不利作用。該技術(shù)還可以推廣到全色功能的圖像顯示,其中將紅、綠和藍濾光片的鑲嵌物(Mosaik)以使得濾光片元件每個與可切換的圖像元件對置的方式排列。TFT顯示器通常作為在透射中具有交叉的起偏器的TN盒來運行且是背景照明的。術(shù)語“MFK-顯示器”在此處包括具有集成非線性元件的任何矩陣顯示器,即除了有源矩陣外,還有具有無源(passive)元件的顯示器,如變阻器或二極管(MIM=金屬-絕緣體_金屬)。這類MFK-顯示器特別適用于TV應(yīng)用(例如袖珍電視)或用于計算機應(yīng)用(膝上型電腦)和汽車或飛機構(gòu)造中的高信息顯示器。除了關(guān)于對比度的角度依賴性和響應(yīng)時間(Schaltzeiten)方面問題之外,在MFK顯示器中還受到于液晶混合物不夠高的電阻率的限制[T0GASHI, S.,SEKIGUCHI, K.,TANABE, H.,ΥΑΜΑΜ0Τ0, E.,S0RIMACHI, K.,TAJIMA, E.,WATANABE, H.,SHIMIZU, H.,Proc. Eurodisplay 84,1984 年 9 月A 210-288Matrix LCD Controlled by Double Stage Diode Rings,H 141Paris ;STROMER, Μ. , Proc. Eurodisplay 84,1984年9月Design of Thin Film Transistors for Matrix Addressing of Television Liquid Crystal Displays,第 145 頁起,Paris]。隨著降低的電阻,MFK-顯示器的對比度劣化,并且可能出現(xiàn)“殘留影像(after image)消除”的問題。因為由于與顯示器內(nèi)表面的相互作用,液晶混合物的電阻率通常隨MFK-顯示器的壽命下降,所以高的 (初始)電阻非常重要以獲得可接受的使用壽命。特別是就低電壓的混合物來說,至今不可能實現(xiàn)很高的電阻率值。更重要的是,電阻率顯示出隨溫度升高和在溫度負載和/或UV曝露后最小可能的增加。來自現(xiàn)有技術(shù)的混合物的低溫性能也是特別不利的。要求即使在低溫下也不出現(xiàn)結(jié)晶和/或近晶相,以及粘度的溫度依賴性要盡可能低。因此,來自現(xiàn)有技術(shù)的MFK-顯示器不滿足當(dāng)今的要求。除了使用背景照明的、即透射式和可能的透射反射式(transflektiv)工作的液晶顯示器之外,反射式液晶顯示器也是特別令人感興趣的。這些反射式液晶顯示器使用環(huán)境光用于信息顯示。因此它們比具有相應(yīng)尺寸和分辨率的背景照明的液晶顯示器消耗明顯更少的能量。因為TN效應(yīng)特征在于非常良好的對比度,這類反射式顯示器甚至可在明亮的環(huán)境條件中很好地識別。這已經(jīng)以簡單的反射式TN顯示器,如用于例如手表和袖珍計算器中的那些已知。然而,該原理還可用于高質(zhì)、更高分辨率的有源矩陣控制的顯示器,例如TFT 顯示器。在此,如已經(jīng)在一般常規(guī)的透射式TFT-TN顯示器中的那樣,低雙折射率(Δη)的液晶的使用對于達到低光學(xué)延遲(d· Δη)是必需的。該低光學(xué)延遲產(chǎn)生大多數(shù)情況下可接受的對比度的低視角依賴性(參見DE 30 22 818)。在反射式顯示器中,低雙折射率液晶的應(yīng)用甚至比在透射式顯示器中更重要,因為在反射式顯示器中光所穿越的有效層厚度為在具有相同層厚度的透射式顯示器中的大約兩倍。對于TV和視頻應(yīng)用,要求具有短響應(yīng)時間的MFK-顯示器。若使用具有低值粘度、 特別是旋轉(zhuǎn)粘度Y1的液晶介質(zhì),則能特別達到這樣短的響應(yīng)時間。然而,稀釋性添加劑通常降低了清亮點以及因此縮小了介質(zhì)的工作溫度范圍。因此,繼續(xù)存在著對具有非常高的電阻率且同時具有大的工作溫度范圍、短響應(yīng)時間(甚至在低溫下)和低閾值電壓的MFK-顯示器的很大需求,這種顯示器不顯示出或僅僅較小程度地顯示出這些缺點。
就TN-(Schadt-Helfrich)盒來說,期望能于盒中實現(xiàn)以下優(yōu)勢的介質(zhì)-拓寬的向列相范圍(特別是直到低溫)-在極低溫下切換的能力(戶外應(yīng)用、汽車、航空電子技術(shù))-提高的對紫外輻射的耐受性(更長的壽命)-低閾值電壓。從現(xiàn)有技術(shù)中可獲得的介質(zhì)不能使得這些優(yōu)勢實現(xiàn)而同時保持其它參數(shù)。就高扭曲(STN)盒來說,期望介質(zhì)能實現(xiàn)更大的多路傳輸性 (Multiplexierbarkeit)和/或更低的閾值電壓和/或更寬的向列相范圍(特別是在低溫下)。為此,迫切地需要進一步擴展可利用的參數(shù)范圍(清亮點、近晶-向列型轉(zhuǎn)變點或熔點、粘度、介電值、彈性值)。特別就用于TV和視頻應(yīng)用(例如IXD-TV、監(jiān)視器、PDA、筆記本、游戲平臺)的液晶顯示器來說,要求響應(yīng)時間顯著縮短。因此存在著能實現(xiàn)響應(yīng)時間的縮短、但同時不削弱液晶介質(zhì)的其它性質(zhì)如清亮點、介電各向異性△ ε或者雙折射Δη的液晶介質(zhì)用化合物的需求。特別地,低旋轉(zhuǎn)粘度對于該目的是合乎需要的。就具有正介電各向異性的液晶介質(zhì)的應(yīng)用來說,通常需要快速的響應(yīng)時間。眾所周知的是在液晶盒中液晶介質(zhì)的層厚度d的減少理論上導(dǎo)致響應(yīng)時間縮短。因此對于該目的要求具有相對高雙折射值Δη的液晶介質(zhì)以確保足夠的光延遲值d· Δη。然而,另一方面,具有比較高的雙折射值的液晶介質(zhì)一般也具有相對高數(shù)值的旋轉(zhuǎn)粘度,其反過來導(dǎo)致較長的響應(yīng)時間。因此,由減少層厚度而實現(xiàn)的響應(yīng)時間的縮短至少部分地再由所用液晶介質(zhì)的相對高旋轉(zhuǎn)粘度來補償。因此,存在對于同時具有高雙折射值和低旋轉(zhuǎn)粘度的液晶介質(zhì)的迫切需求。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所基于的任務(wù)在于提供介質(zhì),特別是用于這類MFK-、TN_、STN-或IPS-顯示器的介質(zhì),其具有如上所述的所期望的性質(zhì)且不顯示出如上所述的缺點或者僅僅以較小的程度顯示這些缺點。特別是,該液晶介質(zhì)應(yīng)當(dāng)具有快速響應(yīng)時間和低旋轉(zhuǎn)粘度,以及高介電各向異性和高雙折射。另外,液晶介質(zhì)應(yīng)當(dāng)具有高清亮點、寬向列相范圍和低閾值電壓。現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)如果將根據(jù)本發(fā)明的噻吩衍生物用于液晶介質(zhì)、特別是具有正介電各向異性的液晶介質(zhì)以及MFK、TN、STN和IPS顯示器中,該任務(wù)能得以實現(xiàn)。這些噻吩衍生物產(chǎn)生了具有如上所述的所期望的性質(zhì)的液晶介質(zhì)。JP 2007-084487A1中公開了噻吩衍生物,其中噻吩_2,5_ 二基單元直接連接或通過橋接部分連接到2,3- 二氟亞苯基-1,4- 二基單元。然而,這些化合物具有負的介電各向異性并因此不適于用于在正介電的液晶介質(zhì)中的應(yīng)用。此外,2,3_ 二氟亞苯基-1,4-二基單元通常產(chǎn)生比較少氟化的亞苯基單元或2,5-二氟亞苯基-1,4-二基單元相對更高的旋轉(zhuǎn)粘度。EP 0 467 260A2公開了具有噻吩_2,5_ 二基單元的化合物,該單元直接連接到 2-和/或3-取代的亞苯基-1,4-二基單元上。然而,EP 0467 260A2所基于的任務(wù)是用于鐵電體液晶顯示器的新型材料的開發(fā)。EP 0 467 260A2的主題因此也尤其涉及鐵電液晶介質(zhì)和鐵電液晶物質(zhì)以及通常的具有特別適用于鐵電液晶顯示器的性質(zhì)的化合物。
特別是,具有手性的近晶C相(SmC*)液晶介質(zhì)適用于鐵電體液晶顯示器。通常, 要求具有近晶相的介晶化合物來制備這樣的液晶介質(zhì)。如公開在EP 0 467 260A2中的特別優(yōu)選的具體實施方案,若液晶結(jié)構(gòu)的骨架配備有特別長的烷基或者烷氧基側(cè)鏈,則優(yōu)選形成近晶相。若極性羰基官能團如-C(O)-存在于側(cè)鏈中,則近晶相也就被穩(wěn)定化,如公開在EP 0 467 260A2的一些優(yōu)選具體實施方案中的那樣。需要手性介晶化合物來誘導(dǎo)SmC* 相。因此,在EP 0 467 260A2中的化合物優(yōu)選具有帶有手性中心的支鏈烷基鏈,其還可以與酯官能團結(jié)合,如在EP 0 467 260A2的第20頁上的實例化合物1_40
權(quán)利要求
1.式I的化合物
2.權(quán)利要求1的化合物,其特征在于,它們選自下式
3.權(quán)利要求1或2的化合物,其特征在于,在式I中,η表示0,m表示O或1,且Z1表示單鍵。
4.在室溫下具有向列相的液晶介質(zhì),其包含一種或多種依據(jù)權(quán)利要求1-3中一項或多項的化合物。
5.權(quán)利要求4的液晶介質(zhì),其特征在于,它另外包含一種或多種式II和/或III的化合物
6.權(quán)利要求4或5的液晶介質(zhì),其特征在于,它另外包含一種或多種選自下式的化合物
7.權(quán)利要求4到6的一項或多項的液晶介質(zhì),其特征在于,它另外包含一種或多種選自下式的化合物
8.權(quán)利要求4到7的一項或多項的液晶介質(zhì),其特征在于,它另外包含一種或多種下式的化合物
9.制備根據(jù)權(quán)利要求1到3的一項或多項的式I化合物的方法,其特征在于,在鈀媒介的Suzuki-交叉偶聯(lián)中,將取代的溴噻吩2 與硼酸1
10.包含根據(jù)權(quán)利要求1到8的一項或多項的液晶介質(zhì)或一種或多種化合物的液晶顯不器。
11.權(quán)利要求10的液晶顯示器,其特征在于,它是MFK-、TN-、STN-或IPS-顯示器。
全文摘要
本發(fā)明涉及噻吩衍生物,制備其的方法和中間產(chǎn)物,其用于光學(xué)、電光學(xué)和電子目的的用途,特別是在液晶(FK)介質(zhì)和液晶顯示器中的用途,以及包含它們的液晶介質(zhì)和液晶顯示器。
文檔編號C07D333/12GK102325762SQ201080008155
公開日2012年1月18日 申請日期2010年2月3日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月19日
發(fā)明者A·詹森, D·保盧特, H·希爾施曼, M·恰因塔 申請人:默克專利股份有限公司