DE60114518T2

DE60114518T2 - Flüssigkristallzusammensetzung, die Flüssigkristallmoleküle und Ausrichtungsmittel enthält

Info

Publication number: DE60114518T2
Application number: DE60114518T
Authority: DE
Inventors: Mitsuyoshi Fujinomiya-shi Ichihashi; Ken Minami-Ashigara-shi Kawata; Hiroshi Minami-Ashigara-shi Takeuchi; Koushin Minami-Ashigara-shi Matsuoka
Original assignee: Fuji Photo Film Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Corp
Priority date: 2000-07-06
Filing date: 2001-07-06
Publication date: 2006-08-10
Anticipated expiration: 2021-07-07
Also published as: US6875483B2; EP1170353A2; DE60114518D1; HK1042921B; US20020039627A1; EP1170353A3; EP1170353B1; HK1042921A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Flüssigkristallzusammensetzung, die Flüssigkristallmoleküle und ein Ausrichtungsfördermittel umfasst. Die Erfindung betrifft ferner ein optisch anisotropes Element.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG:
Eine Flüssigkristallanzeige vom Transmissionstyp umfasst eine Flüssigkristallzelle und zwei Polarisationselemente, die auf beiden Seiten der Zelle plaziert sind. Eine Anzeige vom Reflexionstyp umfasst eine Reflexionsplatte, eine Flüssigkristallzelle und ein Polarisationselement in dieser Reihenfolge.
Die Flüssigkristallzelle umfasst ein Substratpaar, stabförmige Flüssigkristallmoleküle und eine Elektrodenschicht. Die stabförmigen Flüssigkristallmoleküle werden zwischen den Substraten bereitgestellt. Die Elektrodenschicht hat die Funktion des Anlegens einer Spannung an die stabförmigen Flüssigkristallmoleküle. Jedes Substrat weist eine Ausrichtungsschicht auf, die die Funktion der Ausrichtung der stabförmigen Flüssigkristallmoleküle hat. Da die stabförmigen Flüssigkristallmoleküle zwischen den Ausrichtungsschichten plaziert sind, wird die Ausrichtung der Flüssigkristalle leicht durch die Ausrichtungsschichten gesteuert.
Zur Vergrösserung des Betrachtungswinkels der Anzeige wird häufig ein optisches Kompensationsblatt (Phasenverzögerer) zwischen der Zelle und dem Polarisationselement bereitgestellt. Das optische Kompensationsblatt hat die weitere Funktion der Entfernung unerwünschter Färbung eines angezeigten Bildes. Als optisches Kompensationsblatt wurde bisher üblicherweise eine gestreckte doppelbrechende Folie verwendet. Vor kurzem wurde anstelle der gestreckten doppelbrechenden Folie ein optisch anisotropes Element als optisches Kompensationsblatt vorgeschlagen. Das optisch anisotrope Element umfasst einen transparenten Träger und eine optisch anisotrope Schicht.
Die optisch anisotrope Schicht umfasst ausgerichtete Flüssigkristallmoleküle, die ausgerichtet und unter Aufrechterhaltung der Ausrichtung polymerisiert werden. Die Flüssigkristallmoleküle werden durch eine Ausrichtungsschicht ausgerichtet, die zwischen dem transparenten Träger und der optisch anisotropen Schicht bereitgestellt ist.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG:
Es ist schwierig, Flüssigkristallmoleküle von einer Grenzfläche, die an die Ausrichtungsschicht grenzt, zur gegenüberliegenden Grenzfläche, die der Luft gegenüberliegt, durch Verwendung nur einer Ausrichtungsschicht gleichmässig auszurichten (d.h. die Moleküle in eine Monodomänenausrichtung auszurichten). Wenn die Flüssigkristallmoleküle nicht gleichförmig ausgerichtet sind, tritt eine Disklination auf, wodurch Licht gestreut wird.
Ein erfindungsgemässes Ziel ist die Bereitstellung einer Flüssigkristallzusammensetzung, in der die Flüssigkristallmoleküle leicht gleichförmig ausgerichtet werden können.
Ein weiteres erfindungsgemässes Ziel ist die Bereitstellung eines optisch anisotropen Elements, worin die Flüssigkristallmoleküle nahe einer Grenzfläche, die keine Ausrichtungsschicht aufweist, gleichförmig ausgerichtet sind.
Ein weiteres erfindungsgemässes Ziel ist die Bereitstellung einer aromatischen Verbindung, die als Ausrichtungsfördermittel verwendet werden kann, das die Ausrichtung von Flüssigkristallmolekülen wirksam steuert.
Erfindungsgemäss wird eine Flüssigkristallzusammensetzung bereitgestellt, die Flüssigkristallmoleküle und ein Ausrichtungsfördermittel der Formel (I) in einer Menge von 0,01–20 Gew.%, bezogen auf die Menge der Flüssigkristallmoleküle umfasst: (Hb-L¹-Cy¹-L²-)_nCy² (I)worin Hb, L¹, Cy¹, L² und Cy² wie in Anspruch 1 definiert sind.
Ferner wird erfindungsgemäss ein optisch anisotropes Element bereitgestellt, das eine Flüssigkristallschicht umfasst, die Flüssigkristallmoleküle und eine auf nur einer Seite der Flüssigkristallschicht bereitgestellte Ausrichtungsschicht umfasst, worin die Flüssigkristallschicht ferner ein Ausrichtungsfördermittel der Formel (I) in einer Menge von 0,005–0,5 g/m² enthält.
Ferner wird erfindungsgemäss als bevorzugte Ausführungsform eine aromatische Verbindung der Formel (III) bereitgestellt: (Hb-L¹-Cy¹-L²-)_nAr (III)worin Hb eine aliphatische Gruppe mit 6–40 Kohlenstoffatomen oder eine aliphatisch substituierte Oligosiloxanoxygruppe mit 1–40 Kohlenstoffatomen ist, L¹ eine Einfachbindung oder eine divalente Verbindungsgruppe, ausgewählt aus einer Alkylengruppe, einer fluorsubstituierten Alkylengruppe, -O-, -S-, -CO-, -NR-, -SO₂- und einer Kombination daraus ist, und R Wasserstoff oder eine Alkylgruppe mit 1–30 Kohlenstoffatomen ist; Cy¹ eine divalente aromatische Gruppe oder eine divalente heterocyclische Gruppe ist; L² eine Einfachbindung oder eine divalente Verbindungsgruppe, ausgewählt aus einer Alkylengruppe, einer Alkenylengruppe, einer Alkinylengruppe, -O-, -S-, -CO-, -NR-, -SO₂- und einer Kombination daraus ist, und R Wasserstoff oder eine Alkylgruppe mit 1–30 Kohlenstoffatomen ist; n 2, 3, 4 oder 5 ist, und Ar eine n-valente aromatische Kohlenwasserstoffgruppe ist.
In der vorliegenden Beschreibung bedeutet der Ausdruck "durchschnittlicher Neigungswinkel" den Durchschnitt der Winkel zwischen den diskotischen Flächen diskotischer Flüssigkristallmoleküle und einer Trägeroberfläche (oder einer Oberfläche der Ausrichtungsschicht), oder den Durchschnitt der Winkel zwischen den Hauptachsen von stabförmigen Flüssigkristallmolekülen und einer Oberfläche des Trägers (oder einer Oberfläche der Ausrichtungsschicht).
In der vorliegenden Beschreibung wird die Ausrichtung von Flüssigkristallmolekülen mit einem durchschnittlichen Neigungswinkel im Bereich von 50–90° als im wesentlichen vertikale Ausrichtung bezeichnet. Ferner wird in der vorliegenden Beschreibung die Ausrichtung von Flüssigkristallmolekülen mit einem durchschnittlichen Neigungswinkel im Bereich von 0–50° als horizontale Ausrichtung bezeichnet.
Anders ausgedrückt bedeutet der Ausdruck "im wesentlichen vertikale Ausrichtung" eine homogene Ausrichtung diskotischer Flüssigkristallmoleküle oder eine homeotrope Ausrichtung stabförmiger Flüssigkristallmoleküle. Im Gegensatz dazu bedeutet der Ausdruck "im wesentlichen horizontale Ausrichtung" in der vorliegenden Beschreibung eine homeotrope Ausrichtung diskotischer Flüssigkristallmoleküle oder eine homogene Ausrichtung stabförmiger Flüssigkristallmoleküle.
Wenn Flüssigkristallmoleküle zwischen ein Paar Ausrichtungsschichten (beispielsweise in einer Flüssigkristallzelle) plaziert werden, hat die Schicht aus den Flüssigkristallmolekülen keine freie Grenzfläche (eine an Luft angrenzende Grenzfläche). In diesem Fall kann die Ausrichtung der Flüssigkristallmoleküle relativ leicht gesteuert werden. Wenn andererseits jedoch nur eine Ausrichtungsschicht verwendet wird, treten nahe der freien Grenzfläche (die keine Ausrichtungsschicht hat) verschiedene Ausrichtungsdefekte auf. Da eine Kraft zur Steuerung der Ausrichtung nahe der freien Grenzfläche nicht vorhanden ist, ist es sehr schwierig, die Flüssigkristallmoleküle gleichförmig ohne Defekte auszurichten. Ferner wird die Ausrichtung nahe der freien Grenzfläche oft durch äussere Einflüsse gestört. Beispielsweise wird Lösungsmittel aus der Beschichtungsflüssigkeit ungleichmässig von der freien Grenzfläche verdampft, oder die freie Grenzfläche wird durch Luft angeblasen und getrocknet. Daher besteht die Neigung, dass Ausrichtungsdefekte an der freien Grenzfläche auftreten. Wenn diskotische Flüssigkristallmoleküle vertikal (homogen) ausgerichtet werden, wird häufig an der freien Grenzfläche eine duale Domänenausrichtung beobachtet. Die duale Domänenausrichtung umfasst zwei Ausrichtungsformen, bei denen die diskotischen Flächen in einer Ausrichtungsform reversibel denjenigen der anderen Ausrichtungsform gegenüberliegen, obwohl die optischen Achsen parallel sind.
Die Untersuchungen der hiesigen Anmelder zeigten, dass die Verbindung der Formel (I) die Funktion der Steuerung der Ausrichtung von Flüssigkristallmolekülen besitzt, insbesondere von Flüssigkristallmolekülen nahe der freien Grenzfläche, wenn nur eine Ausrichtungsschicht verwendet wird. Wie in Formel (I) gezeigt, umfasst die Verbindung eine hydrophobe Gruppe (Hb) und eine voluminöse Gruppe (B1), die einen Ausschlussvolumeneffekt zeigt [B1 = (-Cy¹-L²-)_nCy²].
Die Verbindung der Formel (I) wird mit Flüssigkristallen vermischt, auf die Ausrichtungsschicht aufgebracht und nahe der freien Grenzfläche dicht verteilt. Zur dichten Verteilung nahe der freien Grenzfläche muss die Verbindung mit dem Flüssigkristall inkompatibel sein, so dass die Phase der Verbindung von derjenigen des Flüssigkristalls getrennt werden kann. Die hydrophobe Gruppe (Hb) besitzt die Funktion der Trennung der Verbindung von der Flüssigkristallphase. Die hydrophobe Gruppe (Hb), die ein Fluoratom enthält, hat eine starke Funktion der Bewirkung der Phasentrennung.
Ferner muss die Verbindung zur Förderung der Ausrichtung der Flüssigkristallmoleküle einen relativ steifen Bereich mit einer Molekularpolarisationseigenschaft ähnlich derjenigen des Flüssigkristalls aufweisen. Die voluminöse Gruppe (B1) wirkt als ein solcher Bereich.
Die hiesigen Erfinder nehmen an, dass die hydrophobe Gruppe (Hb) der Luftseite gegenüberliegt, während die voluminöse Gruppe (B1) der Flüssigkristallseite gegenüberliegt, wenn die Verbindung der Formel (I) nahe der freien Grenzfläche plaziert ist. Die voluminöse Gruppe (B1) weist mindestens zwei Ringe auf. Die beiden Ringe können eine planare Struktur bilden. Die beiden Ringe können auch eine Struktur bilden, die einen Teil umfassen, der sich in die Flüssigkristallseite erstreckt (beispielsweise eine Struktur, die mindestens zwei durch eine Einfachbindung, eine Vinylenbindung oder eine Ethinylenbindung verbundene Ringe umfasst).
Wenn die Ringe eine planare Struktur bilden, richtet die Verbindung der Formel (I) stabförmige Flüssigkristallmoleküle wirksam horizontal aus. Wenn die voluminöse Gruppe [B1 = (-Cy¹-L²-)_nCy², wie in den Patentansprüchen sowie unten definiert] eine Struktur aufweist, die einen Teil umfasst, der in die Flüssigkristallseite hineinragt, richtet die Verbindung sowohl stabförmige als auch diskotische Flüssigkristallmoleküle vertikal aus.
Wie oben beschrieben, können durch Veränderung der Molekularstruktur, insbesondere der voluminösen Gruppe (B1) der Verbindung die Wechselwirkungen (wie beispielsweise intermolekulare elektrostatische Anziehungskräfte und Abstossungskräfte, die durch den Verdrängungsvolumeneffekt der voluminösen Gruppe (B1) hervorgerufen wird) zwischen den Flüssigkristallmolekülen und der Verbindung der Formel (I) frei gesteuert werden. Unabhängig von den chemischen Strukturen der Flüssigkristallmoleküle können die Neigungswinkel der Moleküle nahe der freien Grenzfläche frei gesteuert werden durch geeignete Auswahl der Verbindung der Formel (I).
Ferner kann die Ausrichtungsrichtung der Flüssigkristallmoleküle durch Bestrahlung mit Licht aus der Richtung, in der eine fotoempfindliche Gruppe in der voluminösen Gruppe (B1) enthalten ist, gesteuert werden. Durch Einstellung der Richtung, aus der das Licht aufgebracht wird, kann die Ausrichtungsrichtung der Flüssigkristallmoleküle nahe der freien Grenzfläche in gewünschter Weise gesteuert werden, unabhängig davon, welche Art von Flüssigkristallmolekülen verwendet wird.
Daher können die Flüssigkristallmoleküle selbst nahe der freien Grenzfläche, die keine Ausrichtungsschicht aufweist, durch das Ausrichtungsfördermittel der Formel (I) gleichförmig ausgerichtet werden.
Ferner können erfindungsgemäss diskotische Flüssigkristallmoleküle im wesentlichen vertikal (homogen) und gleichförmig in Monodomänenausrichtung ausgerichtet werden.
Genauer können die diskotischen Flüssigkristallmoleküle ausgerichtet werden unter Verwendung einer geeigneten Menge der Verbindung der Formel (I) und durch Steuerung der Ausrichtungstemperatur. Ohne Verwendung von entweder der Verbindung der Formel (I) oder der Steuerung der Ausrichtungstemperatur werden die Flüssigkristallmoleküle in dualer Domänenausrichtung ausgerichtet.
Durch Verwendung der diskotischen Flüssigkristallmoleküle in im wesentlichen vertikaler, gleichförmiger und stabiler Ausrichtung wird nunmehr ein optisches Kompensationsblatt erhalten, das für eine Flüssigkristallanzeige im STN-Modus geeignet ist. Folglich kann die blaue oder gelbe Färbung in einer Flüssigkristallanzeige im STN-Modus verringert werden. Daher kann die Flüssigkristallanzeige im STN-Modus ein klares Bild mit hohem Kontrast liefern, wenn das optische Kompensationsblatt verwendet wird, worin die diskotischen Flüssigkristallmoleküle im wesentlichen vertikal in im wesentlichen Monodomänenausrichtung ausgerichtet (und vorzugsweise verdrillt) sind.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN:
1 stellt schematisch diskotische Flüssigkristallmoleküle dar, die vertikal in im wesentlichen dualer Domänenausrichtung oder in im wesentlichen Monodomänenausrichtung ausgerichtet sind.
2 ist eine Querschnittsansicht, die schematisch die Ausrichtung stabförmiger Flüssigkristallmoleküle in einer Flüssigkristallzelle im STN-Modus und die Ausrichtung diskotischer Flüssigkristallmoleküle in einer optisch anisotropen Schicht zeigt, wenn keine Spannung an die Zelle angelegt ist (ausgeschalteter Zustand).
3 ist ein Graph, der die Verzögerungswerte des optisch anisotropen Elements zeigt, das in Beispiel 5 hergestellt wurde, die bei verschiedenen Blickwinkeln gemessen wurden.
4 ist ein Graph, der die Verzögerungswerte des optisch anisotropen Elements zeigt, das in Beispiel 6 hergestellt wurde, die bei verschiedenen Blickwinkeln gemessen wurden.
5 ist ein Graph, der die Verzögerungswerte des optisch anisotropen Elements zeigt, das in Vergleichsbeispiel 2 hergestellt wurde, die bei verschiedenen Blickwinkeln gemessen wurden.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG:
1 stellt schematisch diskotische Flüssigkristallmoleküle dar, die vertikal in im wesentlichen dualer Domänenausrichtung oder in im wesentlichen Monodomänenausrichtung ausgerichtet sind.
In 1(a) sind die diskotischen Flüssigkristallmoleküle vertikal in dualer Domänenausrichtung mit einem durchschnittlichen Neigungswinkel von 90° ausgerichtet. Obwohl jedes der Moleküle einen Neigungswinkel von 60–80° aufweist, bilden sie Paare, die in entgegengesetzte Richtungen geneigt sind (d.h. sie sind in dualer Domänenausrichtung ausgerichtet). Daher ist der durchschnittliche Neigungswinkel insgesamt 90°. Im allgemeinen haben die Moleküle nahe der Ausrichtungsfläche (22) grosse Neigungswinkel (in der Figur z.B. 80°) und diejenigen auf der gegenüberliegenden Seite (nahe der an die Luft angrenzenden Grenzfläche) haben kleine Neigungswinkel (in der Figur z.B. 60°). Es wird angenommen, dass diskotische Flüssigkristallmoleküle, die im Stand der Technik im wesentlichen vertikal ausgerichtet sind, die duale Domänenausrichtung bilden, wie in der Figur gezeigt. Die in der dualen Domänenausrichtung ausgerichteten diskotischen Flüssigkristallmoleküle streuen aufgrund der Disklination Licht.
In 1(b) sind die diskotischen Flüssigkristallmoleküle vertikal in Monodomänenausrichtung mit einem durchschnittlichen Neigungswinkel von 90° ausgerichtet. Jedes Molekül hat einen Neigungswinkel von 90°.
In 1(c) sind die diskotischen Flüssigkristallmoleküle in Monodomänenausrichtung mit einem durchschnittlichen Neigungswinkel von 70° ausgerichtet. Jedes Molekül hat einen Neigungswinkel von 60–80°. Im Gegensatz zu 1(a) sind die Moleküle in 1(c) in die gleiche Richtung geneigt (d.h. sie sind in Monodomänenausrichtung ausgerichtet), und der durchschnittliche Neigungswinkel ist insgesamt 70°.
Die durch die Disklination hervorgerufene Streuung kann durch die in Monodomänenausrichtung ausgerichteten Flüssigkristallmoleküle, wie in 1(b) oder (c) gezeigt, verhindert werden.
2 ist eine Querschnittsansicht, die schematisch die Ausrichtung stabförmiger Flüssigkristallmoleküle in einer Flüssigkristallzelle im STN-Modus und die Ausrichtung diskotischer Flüssigkristallmoleküle in einer optisch anisotropen Schicht zeigt, wenn keine Spannung an die Zelle angelegt ist (ausgeschalteter Zustand).
Wie in 2 gezeigt, umfasst eine Flüssigkristallzelle (11 bis 15) ein oberes Substrat (11) mit einer oberen Ausrichtungsschicht (12), ein unteres Substrat (15) mit einer unteren Ausrichtungsschicht (14) und eine Flüssigkristallschicht, die stabförmige Flüssigkristallmoleküle (13a bis 13e) umfasst, die zwischen den Ausrichtungsschichten (12 und 14) eingeschlossen sind. Die stabförmigen Flüssigkristallmoleküle (13a bis 13e) sind durch die Wirkungen der Ausrichtungsschichten (12 und 14) ausgerichtet und sind durch die Wirkung eines chiralen Mittels (nicht gezeigt), das in der Flüssigkristallschicht enthalten ist, verdrillt.
Das obere Substrat (11) und das untere Substrat (15) weisen jeweils eine Elektrode (nicht gezeigt) auf, die die Funktion des Anlegens einer Spannung an die stabförmigen Flüssigkristallmoleküle (13a bis 13e) besitzen.
Wenn keine Spannung an die Flüssigkristallzelle im STN-Modus angelegt ist (ausgeschaltet), sind die stabförmigen Flüssigkristallmoleküle (13a bis 13e) im wesentlichen horizontal parallel zur Oberfläche der Ausrichtungsschichten (12 und 14) ausgerichtet, wie in 2 gezeigt. Die stabförmigen Flüssigkristallmoleküle (13a bis 13e) sind entlang der Dickenrichtung verdrillt und bilden in einer Fläche eine Spirale (etwa 240° im Gegenuhrzeigersinn von (13a) bis (13e) in 2).
Wenn eine Spannung an die Flüssigkristallzelle im STN-Modus angelegt wird (eingeschaltet), sind die stabförmigen Flüssigkristallmoleküle, die sich in der Mitte der Zelle befinden (13b bis 13d), im Vergleich zu 2 (ausgeschaltet) eher vertikal ausgerichtet (parallel zur Richtung des elektrischen Feldes neu ausgerichtet). Andererseits ist die Ausrichtung der anderen stabförmigen Flüssigkristallmoleküle (13a, 13e) in der Nähe der Substrate (11, 15) nach dem Anlegen einer Spannung an die Zelle nicht wesentlich verändert.
Unter der Flüssigkristallzelle ist ein optisches Kompensationsblatt bereitgestellt. Das in 2 gezeigte optische Kompensationsblatt umfasst in dieser Reihenfolge ein transparentes Substrat (23), eine Ausrichtungsschicht (22) und eine optisch anisotrope Schicht. Die optisch anisotrope Schicht wird hergestellt durch Ausrichten der diskotischen Flüssigkristallmoleküle (21a bis 21e) und Fixieren der Moleküle während die Ausrichtung aufrecht erhalten wird.
Erfindungsgemäss werden die diskotischen Flüssigkristallmoleküle (21a bis 21e) so ausgerichtet, dass die diskotischen Flächen der Moleküle zur Oberfläche der Ausrichtungsschicht (22) im wesentlichen senkrecht sind. Die diskotischen Flüssigkristallmoleküle (21a bis 21e) sind vorzugsweise entlang der Dickenrichtung verdrillt und bilden auf einer Fläche eine Spirale (etwa 240° im Uhrzeigersinn von 21a bis 21e in 2).
In 2 entspricht die Ausrichtung jedes der stabförmigen Flüssigkristallmoleküle der Ausrichtung jedes der diskotischen Flüssigkristallmoleküle, nämlich (13a) entspricht (21e), (13b) entspricht (21d), (13c) entspricht (21b) und (13e) entspricht (21a). Folglich kompensiert das diskotische Flüssigkristallmolekül (21e) das stabförmige Flüssigkristallmolekül (13a), (21d) kompensiert (13b), (21c) kompensiert (13c), (21b) kompensiert (13d) und (21a) kompensiert (13e).
Ausrichtungsfördermittel:
Die Verbindung der Formel (I) wird als Ausrichtungsfördermittel verwendet. (Hb-L¹-Cy¹-L²-)_nCy² (I)
In Formel (I) ist Hb eine hydrophobe Gruppe, die ausgewählt ist aus einer aliphatischen Gruppe mit 4–40 Kohlenstoffatomen, einer aromatischen Gruppe mit 6–40 Kohlenstoffatomen und einer aliphatischen substituierten Oligosiloxanoxygruppe mit 1–40 Kohlenstoffatomen, wie in Anspruch 1 definiert. Eine fluorsubstituierte Alkylgruppe mit 4–40 Kohlenstoffatomen, eine Alkylgruppe mit 6–40 Kohlenstoffatomen und eine fluorsubstituierte Arylgruppe mit 6–40 Kohlenstoffatomen sind bevorzugt.
Die aliphatische Gruppe hat vorzugsweise eher eine Kettenstruktur als eine cyclische Struktur. Die aliphatische Gruppe kann eine verzweigte Struktur aufweisen. Die aliphatische Gruppe hat vorzugsweise 6–40 Kohlenstoffatome, weiter bevorzugt 7–35 Kohlenstoffatome, weiter bevorzugt 8–30 Kohlenstoffatome, noch weiter bevorzugt 9–25 Kohlenstoffatome, und am meisten bevorzugt 10–20 Kohlenstoffatome.
Die aliphatische Gruppe bedeutet eine Alkylgruppe, eine substituierte Alkylgruppe, eine Alkenylgruppe, eine substituierte Alkenylgruppe, eine Alkinylgruppe oder eine substituierte Alkinylgruppe. Die Alkylgruppe, die substituierte Alkylgruppe, die Alkenylgruppe und die substituierte Alkenylgruppe sind bevorzugt, und weiter bevorzugt sind die Alkylgruppe und die substituierte Alkylgruppe.
Beispiele für die Substituentengruppen der aliphatischen Gruppen schliessen ein Halogenatom, Hydroxy, Cyano, Nitro, eine Alkoxygruppe, eine substituierte Alkoxygruppe (z.B. eine Oligoalkoxygruppe), eine Alkenyloxygruppe (z.B. Vinyloxy), eine Acylgruppe (z.B. Acryloyl, Methacryloyl), eine Aryloxygruppe (z.B. Acryloyloxy, Benzoyloxy), Sulfamoyl, eine aliphatisch substituierte Sulfamoylgruppe und eine Epoxyalkylgruppe (z.B. Epoxyethyl) ein. Die Substituentengruppe ist vorzugsweise ein Halogenatom und weiter bevorzugt Fluor. Anders gesagt ist eine fluorsubstituierte aliphatische Gruppe bevorzugt.
In der fluorsubstituierten aliphatischen Gruppe ist der Anteil an Fluoratomen, die Wasserstoffatome der aliphatischen Gruppe ersetzen, vorzugsweise im Bereich von 50–100 %, weiter bevorzugt 60–100 %, weiter bevorzugt 70–100 %, noch weiter bevorzugt 80–100 % und am meisten bevorzugt 85–100 %.
Die aromatische Gruppe bedeutet eine Arylgruppe oder eine substituierte Arylgruppe.
Die Arylgruppe ist vorzugsweise Phenyl oder Naphthyl.
Beispiele für die Substituentengruppen der substituierten Arylgruppe schliessen ein Halogenatom, Hydroxy, Cyano, Nitro, eine Alkoxygruppe, eine substituierte Alkoxygruppe (z.B. eine Oligoalkoxygruppe), eine Alkenyloxygruppe (z.B. Vinyloxy), eine Acylgruppe (z.B. Acryloyl, Methacryloyl), eine Aryloxygruppe (z.B. Acryloyloxy, Benzoyloxy), Sulfamoyl, eine aliphatisch substituierte Sulfamoylgruppe und eine Epoxyalkylgruppe (z.B. Epoxyethyl) ein. Die Substituentengruppe ist vorzugsweise ein Halogenatom und weiter bevorzugt Fluor. Anders gesagt ist eine fluorsubstituierte Arylgruppe bevorzugt.
Die fluorsubstituierte Arylgruppe ist vorzugsweise eine fluorsubstituierte Phenylgruppe. Der Anteil an Fluoratomen, die Wasserstoffatome der Arylgruppe substituieren, ist vorzugsweise im Bereich von 50–100 %, weiter bevorzugt 60–100 %, noch weiter bevorzugt 70–100 %, noch weiter bevorzugt 80–100 %, und am meisten bevorzugt 85–100 %.
Die aliphatisch substituierte Oligosiloxanoxygruppe umfasst insgesamt 1–40 Kohlenstoffatome. Die aliphatisch substituierte Oligosiloxanoxygruppe hat vorzugsweise 6–40 Kohlenstoffatome, weiter bevorzugt 7–35 Kohlenstoffatome, noch weiter bevorzugt 8–30 Kohlenstoffatome, noch weiter bevorzugt 9–25 Kohlenstoffatome, und am meisten bevorzugt 10–25 Kohlenstoffatome. Die aliphatisch substituierte Oligosiloxanoxygruppe wird durch die folgende Formel repräsentiert: R¹-(Si(-R²)₂-O)_q- worin R¹ Wasserstoff, Hydroxy oder eine aliphatische Gruppe ist; R2 Wasserstoff, eine aliphatische Gruppe oder eine Alkoxygruppe ist; und q eine ganze Zahl von 1–2 ist. R¹ ist vorzugsweise Hydroxy. Jede der beiden durch R² repräsentierten Gruppen ist vorzugsweise eine Alkylgruppe. In der Formel ist q vorzugsweise eine ganze Zahl von 2–8, und weiter bevorzugt eine ganze Zahl von 3–6.
Die aliphatische Gruppe hat vorzugsweise eher eine Kettenstruktur als eine cyclische Struktur. Die aliphatische Gruppe kann eine verzweigte Struktur haben. Die aliphatische Gruppe hat vorzugsweise 1–12 Kohlenstoffatome, weiter bevorzugt 1–8 Kohlenstoffatome, weiter bevorzugt 1–6 Kohlenstoffatome, noch weiter bevorzugt 1–5 Kohlenstoffatome, und am meisten bevorzugt 1–4 Kohlenstoffatome.
Die aliphatische Gruppe bedeutet eine Alkylgruppe, eine substituierte Alkylgruppe, eine Alkenylgruppe, eine substituierte Alkenylgruppe, eine Alkinylgruppe oder eine substituierte Alkinylgruppe. Die Alkylgruppe, die substituierte Alkylgruppe, die Alkenylgruppe und die substituierte Alkenylgruppe sind bevorzugt, und weiter bevorzugt sind die Alkylgruppe und die substituierte Alkylgruppe.
Beispiele für die Substituentengruppen der aliphatischen Gruppen schliessen ein Halogenatom, Hydroxyl, Cyano, Nitro, eine Alkoxygruppe, eine substituierte Alkoxygruppe (z.B. eine Oligoalkoxygruppe), eine Alkenyloxygruppe (z.B. vinyloxy), eine Acylgruppe (z.B. Acryloyl, Methacryloyl), eine Aryloxygruppe (z.B. Acryloyloxy, Benzoyloxy), Sulfamoyl, eine aliphatisch substituierte Sulfamoylgruppe und eine Epoxyalkylgruppe (z.B. Epoxyethyl) ein.
Die Alkoxygruppe kann eine cyclische oder verzweigte Struktur haben. Die Alkoxygruppe hat vorzugsweise 1–12 Kohlenstoffatome, weiter bevorzugt 1–8 Kohlenstoffatome, noch weiter bevorzugt 1–6 Kohlenstoffatome und am meisten bevorzugt 1–4 Kohlenstoffatome.
Beispiele für die hydrophobe Gruppe (Hb) sind unten angegeben.
Hb1: n-C₁₆H₃₃-
Hb2: n-C₂₀H₄₁-
Hb3: n-C₆H₁₃-CH(n-C₄H₉)-CH₂-CH₂-
Hb4: n-C₁₂H₂₅-
Hb5: n-C₁₈H₃₇-
Hb6: n-C₁₄H₂₉-
Hb7: n-C₁₅H₃₁-
Hb8: n-C₁₀H₂₁-
Hb9: n-C₁₀H₂₁-CH(n-C₄H₉)-CH₂-CH₂-
Hb10: n-C₈F₁₇-
Hb11: n-C₈H₁₇-
Hb12: CH(CH₃)₂-{C₃H₆-CH(CH₃)}₃-C₂H₄-
Hb13: CH(CH₃)₂-{C₃H₆-CH(CH₃)}₂-C₃H₆-C(CH₃)=CH-CH₂-
Hb14: n-C₈H₁₇-CH[(n-C₆H₁₃)-CH₂-CH₂-
Hb15: n-C₆H₁₃-CH[(C₂H₅)-CH₂-CH₂-
Hb16: n-C₈F₁₇-CH[(n-C₄F₉)-CH₂-
Hb17: n-C₈F₁₇-CF(n-C₆F₁₃)-CF₂-CF₂-
Hb18: n-C₃F₇-CF(CF₃)-CF₂-
Hb19: Si(CH₃)₃-{Si(CH₃)₂-O}₆-O-
Hb20: Si(OC₃H₇)(C₁₆F₃₃)(C₂H₄-SO₂-NH-C₈F₁₇)-O-
Hb21: H-C₈F₁₆-
Hb22: Tetrafluorphenyl-
Hb23: H-C₆F₁₂-
Hb24: H-C₄F₈-
Hb25: HO-(Si(CH₃)₂-O)₄-
Hb26: n-C₈H₁₇-CH₂-CH₂-
In Formel (I) ist L¹ eine Einfachbindung oder eine divalente Verbindungsgruppe. Die divalente Verbindungsgruppe ist ausgewählt aus einer Alkylengruppe, einer fluorsubstituierten Alkylengruppe, -O-, -S-, -CO-, -NR-, -SO₂- und einer Kombination daraus. R ist Wasserstoff oder eine Alkylgruppe mit 1–30 Kohlenstoffatomen. L¹ ist vorzugsweise eine divalente Verbindungsgruppe, ausgewählt aus einer Alkylengruppe, -O-, -S-, -CO-, -NR-, -SO₂- und einer Kombination daraus. R ist vorzugsweise Wasserstoff oder eine Alkylgruppe mit 1–20 Kohlenstoffatomen, weiter bevorzugt Wasserstoff oder eine Alkylgruppe mit 1–15 Kohlenstoffatomen, und am meisten bevorzugt Wasserstoff oder eine Alkylgruppe mit 1–12 Kohlenstoffatomen.
Die Alkylengruppe oder die fluorsubstituierte Alkylengruppe hat vorzugsweise 1–40 Kohlenstoffatome, weiter bevorzugt 1–30 Kohlenstoffatome, noch weiter bevorzugt 1–20 Kohlenstoffatome, noch weiter bevorzugt 1–15 Kohlenstoffatome, und am meisten bevorzugt 1–12 Kohlenstoffatome.
Beispiele für L¹ sind unten angeben. In den Beispielen ist die linke Seite an die hydrophobe Gruppe Hb gebunden, und die rechte Seite ist an die voluminöse Gruppe (B1 = (-Cy¹-L²-)_nCy²) gebunden.
L0: Einfachbindung
L1: -O-
L2: -O-CO-
L3: -CO-C₄H₈-O-
L4: -O-C₂H₄-O-C₂H₄-O-
L5: -S-
L6: -N(n-C₁₂H₂₅)-
L7: -SO₂-N(n-C₃H₇)-CH₂CH₂-O-
L8: -O-{CF(CF₃)-CF₂-O}₃-CF(CF₃)-
L9: -So₂-NH-
L10: -SO₂-NH-(CH₂)6-
L11: -SO₂-N(n-C₃H₇)-CH₂CH₂-O-CO-O-CH₂CH₂-
In Formel (I) ist n eine ganze Zahl von 2–12, vorzugsweise eine ganze Zahl von 3–9, weiter bevorzugt eine ganze Zahl von 3–6, und am meisten bevorzugt 3 oder 4.
Formel (I) umfasst die Struktureinheit (-Cy¹-L²-)_nCy², teilweise auch als "B1" bezeichnet. B1 ist eine voluminöse Gruppe, die mindestens zwei Ringe umfasst. B1 umfasst vorzugsweise mindestens drei Ringe. B1 zeigt vorzugsweise einen Verdrängungsvolumeneffekt.
Cy¹ ist eine divalente cyclische Gruppe. Cy¹ ist vorzugsweise eine divalente aromatische Kohlenwasserstoffgruppe oder eine divalente heterocyclische Gruppe, und weiter bevorzugt eine divalente aromatische Kohlenwasserstoffgruppe.
Die divalente aromatische Kohlenwasserstoffgruppe bedeutet eine Arylengruppe oder eine substituierte Arylengruppe.
Beispiele für die Arylengruppen schliessen Phenylen, Indenylen, Naphthylen, Fluorenylen, Phenanthrenylen, Anthrylen und Pyrenylen ein. Phenylen und Naphthylen sind bevorzugt.
Beispiele für die substituierten Arylgruppen schliessen eine aliphatische Gruppe, eine aromatische Kohlenwasserstoffgruppe, eine heterocyclische Gruppe, eine Alkoxygruppe (z.B. Methoxy, Ethoxy, Methoxyethoxy), eine Aryloxygruppe (z.B. Phenoxy), eine Arylazogruppe (z.B. Phenylazo), eine Alkylthiogruppe (z.B. Methylthio, Ethylthio, Propylthio), eine Alkylaminogruppe (z.B. Methylamino, Propylamino), eine Acylgruppe (z.B. Acetyl, Propanoyl, Octanoyl, Benzoyl), eine Acyloxygruppe (z.B. Acetoxy, Pivaloyloxy, Benzoyloxy), Hydroxy, Mercapto, Amino, Carboxy, Sulfo, Carbamoyl, Sulfamoyl und Ureido ein.
Die divalente aromatische Gruppe von Cy¹ ist vorzugsweise mit einem anderen aromatischen Ring durch eine Einfachbindung, eine Vinylenbindung oder eine Ethinylenbindung verbunden, oder ist mit einem anderen aromatischen Ring kondensiert, wodurch der Effekt der Ausrichtung von Flüssigkristallmolekülen in einer bestimmten Ausrichtung erzielt wird.
Die divalente aromatische Gruppe Cy¹ kann eine Gruppe entsprechend Hb-L¹- als Substituentengruppe aufweisen.
Ferner kann Cy¹, vorzugsweise die divalente aromatische Gruppe von Cy¹, eine fotoempfindliche Gruppe enthalten, die durch Absorption von Lichtenergie ihre chemische Struktur verändert.
Beispiele für die fotoempfindliche Gruppe schliessen eine fotochrome Gruppe, eine fotodimerisierbare Gruppe (z.B. eine Cinnamoylgruppe) und eine fotolytische Gruppe (z.B. eine Imidgruppe) ein.
Die fotochrome Gruppe hat im allgemeinen eine Azobenzolstruktur, eine Hydrazon-β-ketoester-Struktur oder eine Spiropyranstruktur.
Die fotoempfindliche Gruppe hat vorzugsweise eine Doppelbindung, ausgewählt aus C=C, C=N oder N=N. Die Doppelbindung in trans-Geometrie ist gegenüber derjenigen in cis-Geometrie bevorzugt. Die fotoempfindliche Gruppe kann zwei oder mehr Doppelbindungen aufweisen, die vorzugsweise konjugiert sind.
Ein Ring ist vorzugsweise (gegebenenfalls über eine Verbindungsgruppe) an eine Seite der Doppelbindung gebunden. Beispiele für die Verbindungsgruppe zwischen der Doppelbindung und dem Ring schliessen -NH-, -O-, -CO- und eine Kombination daraus ein. Vorzugsweise ist der Ring direkt ohne Verbindungsgruppe an die Doppelbindung gebunden.
Beispiele für die Ringe schliessen einen aromatischen Ring (z.B. einen Benzolring, einen Naphthalinring) und einen stickstoffhaltigen heterocyclischen Ring (z.B. einen Pyridiniumring, einen Benzopyridiniumring) ein. Wenn der Ring ein stickstoffhaltiger heterocyclischer Ring ist, ist vorzugsweise ein Kohlenstoffatom (kein Stickstoffatom) im Ring an ein Kohlenstoff- oder Stickstoffatom der Doppelbindung gebunden. Der Ring ist vorzugsweise ein aromatischer Ring, und weiter bevorzugt ein Benzolring.
Der Ring kann eine Substituentengruppe aufweisen. Beispiele für die Substituentengruppen schliessen ein Halogenatom (Fluor, Chlor, Brom), eine Alkoxygruppe (z.B. Methoxy, Hexyloxy), Cyano, eine Alkylgruppe (z.B. Methyl, Butyl, Hexyl und Cyclohexyl) und eine Alkylaminogruppe (z.B. Dimethylamino) ein. Falls der Ring ein Benzolring ist, ist die Substituentengruppe vorzugsweise in der para-Position gebunden.
Die andere Seite der Doppelbindung ist an die Struktur von B1 = (-Cy¹-L²-)_nCy² gebunden (gegebenenfalls über eine Verbindungsgruppe). Beispiele für die Verbindungsgruppen zwischen der Doppelbindung und B1 schliessen -NH-, -O-, -CO- und eine Kombination daraus ein. Vorzugsweise ist B1 direkt ohne die Verbindungsgruppe an die Doppelbindung gebunden.
Ein in der Doppelbindung enthaltenes Kohlenstoffatom kann eine Substituentengruppe aufweisen. Beispiele für die Substituentengruppen schliessen eine Arylgruppe (z.B. Phenyl) und Cyano ein. Das Kohlenstoffatom in der Doppelbindung hat jedoch vorzugsweise keine Substituentengruppe (d.h. das Kohlenstoffatom in der Doppelbindung liegt vorzugsweise in der Form -CH=CH- oder -CH=N- vor).
Die fotoempfindliche Gruppe ist am meisten bevorzugt eine aromatische Azogruppe.
Beispiele für die fotoempfindliche Gruppe (Ps) sind unten gezeigt.
Die divalente heterocyclische Gruppe hat vorzugsweise einen 5-gliedrigen, 6-gliedrigen oder 7-gliedrigen Ring, vorzugsweise einen 5-gliedrigen Ring oder einen 6-gliedrigen Ring, und am meisten bevorzugt einen 6-gliedrigen Ring. Das Heteroatom des heterocyclischen Rings ist vorzugsweise Stickstoff, Sauerstoff oder Schwefel.
Der heterocyclische Ring ist vorzugsweise aromatisch. Der aromatische heterocyclische Ring ist üblicherweise ein ungesättigter heterocyclischer Ring. Der aromatische heterocyclische Ring hat vorzugsweise eine maximale Anzahl an Doppelbindungen.
Beispiele für die heterocyclischen Ringe schliessen einen Furanring, Thiophenring, Pyrrolring, Pyrrolinring, Pyrrolidonring, Oxazolring, Isoxazolring, Thiazolring, Isothiazolring, Imidazolring, Imidazolinring, Imidazolidinring, Pyrazolring, Pyrazolinring, Pyrazolidinring, Triazolring, Furazanring, Tetrazolring, Pyranring, Thiinring, Pyridinring, Piperidinring, Oxazinring, Morpholinring, Thiazinring, Pyridazinring, Pyrimidinring, Pyrazinring, Piperazinring und Triazinring ein.
Der heterocyclische Ring kann mit einem anderen heterocyclischen Ring, einem aliphatischen Ring oder einem aromatischen Kohlenwasserstoffring kondensiert sein. Beispiele für die kondensierten Ringe schliessen einen Benzofuranring, Isobenzofuranring, Benzothiophenring, Indolring, Indolinring, Isoindolring, Benzoxazolring, Benzothiazolring, Indazolring, Benzimidazolring, Chromenring, Chromanring, Isochromanring, Chinolinring, Isochinolinring, Cinnolinring, Phthalazinring, Chinazolinring, Chinoxalinring, Dibenzofuranring, Carbazolring, Xanthenring, Acridinring, Phenanthridinring, Phenanthrolinring, Phenazinring, Phenoxazinring, Thianthrenring, Indolizinring, Chinolizinring, Chinuclidinring, Naphthyridinring, Purinring und Pterizin ein.
Die divalente heterocyclische Gruppe kann eine Substituentengruppe aufweisen. Beispiele für die Substituentengruppen sind die gleichen wie diejenigen für die divalente substituierte Arylengruppe.
Die divalente heterocyclische Gruppe kann am Heteroatom an L² oder die zentrale cyclische Gruppe von Cy², wenn L² eine Einfachbindung ist, gebunden sein. Das verbindende Heteroatom kann ein Oniumsalz bilden (z.B. Oxoniumsalz, Sulfoniumsalz, Ammoniumsalz).
Die cyclischen Strukturen von Cy¹ und Cy² (wie oben beschrieben) können insgesamt eine planare Molekülstruktur bilden. Das Ausrichtungsfördermittel kann einen spezifischen Effekt zeigen, wenn die cyclischen Strukturen insgesamt eine planare Molekülstruktur (d.h. eine diskotische Struktur) bilden.
Beispiele für Cy¹ sind unten gezeigt. Falls zwei oder mehr Gruppen Hb-L¹- an die divalente aromatische Gruppe oder die divalente heterocyclische Gruppe gebunden sind, entspricht eine der Gruppe, die in Formel (II) definiert ist, und die anderen sind Substituentengruppen der divalenten Gruppen.
In Formel (I) ist L² eine Einfachbindung oder eine divalente Verbindungsgruppe. Die divalente Verbindungsgruppe ist ausgewählt aus einer Alkylengruppe, einer Alkenylengruppe, einer Alkinylengruppe, -O-, -S-, -CO-, -NR-, -SO₂- und einer Kombination daraus. R ist Wasserstoff oder eine Alkylgruppe mit 1–30 Kohlenstoffatomen. L² ist vorzugsweise eine divalente Verbindungsgruppe, ausgewählt aus -O-, -S-, -CO-, -NR-, -SO₂- und einer Kombination daraus. R ist vorzugsweise Wasserstoff oder eine Alkylgruppe mit 1–20 Kohlenstoffatomen, weiter bevorzugt Wasserstoff oder eine Alkylgruppe mit 1–15 Kohlenstoffatomen, und am meisten bevorzugt Wasserstoff oder eine Alkylgruppe mit 1–12 Kohlenstoffatomen.
Die Alkylengruppe hat vorzugsweise 1–40 Kohlenstoffatome, weiter bevorzugt 1–30 Kohlenstoffatome, weiter bevorzugt 1–20 Kohlenstoffatome, noch weiter bevorzugt 1–15 Kohlenstoffatome, und am meisten bevorzugt 1–12 Kohlenstoffatome.
Die Alkenylengruppe oder die Alkinylengruppe hat vorzugsweise 2–40 Kohlenstoffatome, weiter bevorzugt 2–30 Kohlenstoffatome, weiter bevorzugt 2–20 Kohlenstoffatome, noch weiter bevorzugt 2–15 Kohlenstoffatome, und am meisten bevorzugt 2–12 Kohlenstoffatome.
Beispiele für L² sind unten gezeigt. In den Beispielen ist die linke Seite an Cy¹ gebunden und die rechte Seite ist an Cy² gebunden.
L20: Einfachbindung
L21: -S-
L22: -NH-
L23: -NH-SO₂-NH-
L24: -NH-CO-NH-
L25: -SO₂-
L26: -O-NH-
L27: -C=C-
L28: -CH=CH-S-
L29: -CH₂-O-
L30: -N(CH₃)-
L31: -CO-O-
L32: -CO-NH-
L33: -NH-CO-
In Formel (I) ist n eine ganze Zahl von 2–12, vorzugsweise eine ganze Zahl von 3–9, weiter bevorzugt eine ganze Zahl von 3–6, und am meisten bevorzugt 3 oder 4.
In Formel (I) ist Cy² eine n-valente cyclische Gruppe. Cy² ist vorzugsweise eine n-valente aromatische Kohlenwasserstoffgruppe oder eine n-valente heterocyclische Gruppe, und weiter bevorzugt eine n-valente aromatische Kohlenwasserstoffgruppe.
Beispiele für die aromatischen Kohlenwasserstoffringe der n-valenten aromatischen Kohlenwasserstoffgruppen schliessen einen Benzolring, Indenring, Naphthalinring, Fluorenring, Phenanthrenring, Anthracenring und Pyrenring ein. Ein Benzolring und ein Naphthalinring sind bevorzugt, und weiter bevorzugt ist ein Benzolring.
Die aromatische Kohlenwasserstoffgruppe kann eine Substituentengruppe aufweisen. Beispiele für die Substituentengruppen schliessen eine aliphatische Gruppe, eine aromatische Kohlenwasserstoffgruppe, eine heterocyclische Gruppe, eine Alkoxygruppe (z.B. Methoxy, Ethoxy, Methoxyethoxy), eine Aryloxygruppe (z.B. Phenoxy), eine Arylazogruppe (z.B. Phenylazo), eine Alkylthiogruppe (z.B. Methylthio, Ethylthio, Propylthio), eine Alkylaminogruppe (z.B. Methylamino, Propylamino), eine Acylgruppe (z.B. Acetyl, Propanoyl, Octanoyl, Benzoyl), eine Acyloxygruppe (z.B. Acetoxy, Pivaloyloxy, Benzoyloxy), Hydroxyl, Mercapto, Amino, Carboxy, Sulfo, Carbamoyl, Sulfamoyl und Ureido ein.
Die n-valente heterocyclische Gruppe hat vorzugsweise einen 5-gliedrigen, 6-gliedrigen oder 7-gliedrigen Ring, weiter bevorzugt einen 5-gliedrigen oder 6-gliedrigen Ring, und am meisten bevorzugt einen 6-gliedrigen Ring. Das Heteroatom des heterocyclischen Rings ist vorzugsweise Stickstoff, Sauerstoff oder Schwefel.
Der heterocyclische Ring ist vorzugsweise aromatisch. Der aromatische heterocyclische Ring ist üblicherweise ein ungesättigter heterocyclischer Ring. Der aromatische heterocyclische Ring hat vorzugsweise eine maximale Anzahl an Doppelbindungen.
Beispiele für die heterocyclischen Ringe schliessen einen Furanring, Thiophenring, Pyrrolring, Pyrrolinring, Pyrrolidonring, Oxazolring, Isoxazolring, Thiazolring, Isothiazolring, Imidazolring, Imidazolinring, Imidazolidinring, Pyrazolring, Pyrazolinring, Pyrazolidinring, Triazolring, Furazanring, Tetrazolring, Pyranring, Thiinring, Pyridinring, Piperidinring, Oxazinring, Morpholinring, Thiazinring, Pyridazinring, Pyrimidinring, Pyrazinring, Piperazinring und Triazinring ein.
Der heterocyclische Ring kann mit einem anderen heterocyclischen Ring, einem aliphatischen Ring oder einem aromatischen Kohlenwasserstoffring kondensiert sein.
Vorzugsweise ist der heterocyclische Ring jedoch monocyclisch.
Die n-valente heterocyclische Gruppe kann eine Substituentengruppe aufweisen. Beispiele für die Substituentengruppen sind die gleichen wie diejenigen für die n-valente aromatische Kohlenwasserstoffgruppe.
Beispiele für Cy² sind unten angegeben.
Das Ausrichtungsfördermittel wird am meisten bevorzugt durch die Formel (III) repräsentiert: (Hb-L¹-Cy¹-L²-)_nAr (III)
In Formel (III) ist Hb eine aliphatische Gruppe mit 6–40 Kohlenstoffatomen oder eine aliphatisch substituierte Oligosiloxanoxygruppe mit 1–40 Kohlenstoffatomen. Die aliphatische Gruppe und die aliphatisch substituierte Oligosiloxanoxygruppe sind wie in Formel (I) definiert.
In Formel (III) ist L¹ eine Einfachbindung oder eine divalente Verbindungsgruppe, ausgewählt aus einer Alkylengruppe, einer fluorsubstituierten Alkylengruppe, -O-, -S-, -CO-, -NR-, -SO₂- und einer Kombination daraus. R ist Wasserstoff oder eine Alkylgruppe mit 1–30 Kohlenstoffatomen. Beispiele für die divalenten Verbindungsgruppen sind die gleichen wie diejenigen, die für L¹ und R in Formel (I) beschrieben sind.
In Formel (III) ist Cy¹ eine divalente aromatische Gruppe oder eine divalente heterocyclische Gruppe. Cy¹ in Formel (III) ist wie Cy¹ in Formel (I).
In Formel (III) ist L² eine Einfachbindung oder eine divalente Verbindungsgruppe, ausgewählt aus einer Alkylengruppe, einer Alkenylengruppe, einer Alkinylengruppe, -O-, -S-, -CO-, -NR-, -SO₂- und einer Kombination daraus. R ist Wasserstoff oder eine Alkylgruppe mit 1–30 Kohlenstoffatomen. Beispiele für die divalenten Verbindungsgruppen sind die gleichen wie diejenigen, die für L² und R in Formel (I) beschrieben sind.
In Formel (III) ist n 2, 3, 4 oder 5, vorzugsweise 3, 4 oder 5, und weiter bevorzugt 3 oder 4.
In Formel (III) ist Ar eine n-valente aromatische Kohlenwasserstoffgruppe. Die aromatische Kohlenwasserstoffgruppe ist wie für Cy² in Formel (I) beschrieben.
Das Ausrichtungsfördermittel ist eine Verbindung, die aus der hydrophoben Gruppe Hb, der Verbindungsgruppe L¹ und der voluminösen Gruppe B1 = (-Cy¹-L²-)_nCy², die einen Verdrängungsvolumeneffekt zeigt, besteht. Es gibt keine besondere Beschränkung bezüglich der Kombination daraus.
Beispiele für Ausrichtungsfördermittel sind unten angegeben.
SYNTHESEBEISPIEL 1
Synthese der Verbindung (A):
In einen 200 ml-Dreihalskolben, der mit einer Rührvorrichtung ausgerüstet war, wurden 34,9 g (0,06 mol) eines Fluortensids (Megafac F-104, Dainippon Ink & Chemicals Inc.), 50 ml Tetrahydrofuran und 8,37 ml (0,06 mol) Triethylamin gegeben und unter Erhalt einer Lösung gerührt. Die Lösung wurde auf –5°C abgekühlt und dann wurden 4,64 ml (0,06 mol) Methansulfonylchloridlösung in 50 ml Tetrahydrofuran tropfenweise zu der Lösung zugegeben. Die Mischung wurde für 1 Stunde bei Raumtemperatur gerührt. Die Mischung wurde mit Ethylacetat/gesättigter wässriger Natriumchloridlösung extrahiert und gewaschen. Die Ethylacetatphase wurde aufgenommen und über wasserfreiem Natriumsulfat getrocknet. Das Ethylacetat wurde unter reduziertem Druck abgezogen, wodurch 39,3 g der Verbindung (A) erhalten wurden. Die Ausbeute betrug 99 %. Die Verbindung (A) wurde nicht gereinigt und in der nächsten Stufe eingesetzt.
Synthese der Verbindung (B):
In einen 200 ml-Dreihalskolben, der mit einer Rührvorrichtung ausgerüstet war, wurden 7,4 g (0,053 mol) p-Nitrophenol, 39,3 g (0,059 mol) der Verbindung (A) und 100 ml N,N-Dimethylformamid eingeführt und unter Erhalt einer Lösung gerührt. Zu der Lösung wurden 29,5 g (0,21 mol) Kaliumcarbonat zugegeben. Die Mischung wurde auf 130°C erwärmt und für 30 Minuten gerührt. Die Mischung wurde auf Raumtemperatur abgekühlt und mit Ethylacetat/gesättigter wässriger Natriumchloridlösung extrahiert und gewaschen. Die Ethylacetatphase wurde aufgenommen und über wasserfreiem Natriumsulfat getrocknet. Das Ethylacetat wurde unter reduziertem Druck abgezogen und dann wurde gerührt und mit 300 ml Methanol gewaschen, wodurch 26,9 g der Verbindung (B) erhalten wurden. Die Ausbeute betrug 71 %.
Synthese der Verbindung (C):
In einen 300 ml-Dreihalskolben, der mit einer Rührvorrichtung und einem Rückflusskondensator ausgerüstet war, wurden 8,48 g (0,152 mol) reduziertes Eisen, 150 ml Isopropanol, 60 ml Wasser und 0,30 g (5,7 mmol) Ammoniumchlorid eingeführt, auf 90°C erwärmt, gerührt und unter Rückfluss gehalten. Zu der Mischung wurden langsam 26,8 g (0,038 mol) zugegeben. Die Mischung wurde für 2 Stunden unter Erwärmen gerührt. Zu der Mischung wurden 100 ml Tetrahydrofuran unter Erwärmen zugegeben. Die Mischung wurde mit Sellait filtriert. Das Filtrat wurde mit Ethylacetat extrahiert und über wasserfreiem Natriumsulfat getrocknet. Das Ethylacetat wurde unter reduziertem Druck abgezogen, wodurch 20,5 g der Verbindung (C) in Form einer viskosen Flüssigkeit erhalten wurden. Die Ausbeute betrug 80 %.
Synthese der Verbindung (28):
In einen 500 ml-Dreihalskolben, der mit einer Rührvorrichtung und einem Rückflusskondensator ausgerüstet war, wurden 20,4 g der Verbindung (C), 200 ml Methylethylketon, 2,03 g (0,011 mol) Cyanurchlorid und 13,8 g (0,10 mol) Kaliumcarbonat gegeben, erwärmt und für 6 Stunden in einem Stickstoffstrom bei 100°C erhitzt. Die Mischung wurde auf Raumtemperatur abgekühlt und mit Ethylacetat/gesättigter wässriger Natriumchloridlösung extrahiert und gewaschen. Die Ethylacetatphase wurde aufgenommen und über wasserfreiem Natriumsulfat getrocknet. Nach dem Entfernen des Ethylacetats unter reduziertem Druck wurde das Produkt mit 110 ml Aceton und 300 ml Isopropanol umkristallisiert. Die Ausbeute betrug 7,28 g (38 %). Der Schmelzpunkt betrug 227°C.
¹H-NMR (Lösungsmittel: CDCl₃): 1,0 ppm, Triplett, 3H; 1,3 ppm, Multiplett, 2H; 3,4–4,0 ppm, Multiplett, 4H; 4,2 ppm, Triplett, 2H; 6,9 ppm, Doublett, 2H; 7,5 ppm, Doublett, 2H. SYNTHESEBEISPIEL 2
Synthese der Verbindung (D):
Die Verbindung (D) wurde in der gleichen Weise wie bei der Synthese der Verbindung (B) in Synthesebeispiel 1 hergestellt, ausser dass Nitrocatechol verwendet wurde. Die Ausbeute betrug 84 %.
Synthese der Verbindung (E):
Die Verbindung (E) wurde in der gleichen Weise wie bei der Synthese der Verbindung (C) in Synthesebeispiel 1 hergestellt, ausser dass die erhaltene Verbindung (D) verwendet wurde.
Synthese der Verbindung (30):
Die Verbindung (30) wurde in der gleichen Weise wie bei der Synthese der Verbindung (28) in Synthesebeispiel 1 hergestellt, ausser dass die erhaltene Verbindung (E) verwendet wurde. Die Verbindung (30) wurde durch Säulenchromatografie mit Silicagel als fester Phase und unter Verwendung von Hexan/Ethylacetat (2:1) als Entwicklungsphase gereinigt. Die Ausbeute betrug 33 %. Der Schmelzpunkt war 81–83°C.
¹H-NMR (Lösungsmittel: CDCl₃): 0,9 ppm, Triplett, 6H; 1,6-1,8 ppm, Multiplett, 4H; 3,4–3,6 ppm, Multiplett, 8H; 4,2 ppm, Triplett, 4H, 6,8–7,4 ppm, Multiplett, 3H SYNTHESEBEISPIEL 3
Synthese der Verbindung (F):
In 400 ml Ethanol wurden 20 g (0,11 mol) 3-Hydroxy-2-naphthensäure und 19 g (0,1 mol) p-Toluolsulfonsäure aufgelöst. Die Lösung wurde erwärmt und für 3 Stunden unter Rückfluss erhitzt. Die Reaktionslösung wurde in 1 Wasser gegossen und mit 1 l Ethylacetat extrahiert. Die organische Phase wurde unter reduziertem Druck eingeengt und das Konzentrat wurde mittels Silicagel-Säulenchromatografie unter Verwendung von Hexan/Ethylacetat (20:1) als Entwicklungsmittel gereinigt, wodurch 17 g (0,079 mol) der Verbindung (F) erhalten wurden.
Synthese der Verbindung (A):
In 150 ml Tetrahydrofuran wurden 29 g (0,05 mol) eines Fluortensids (Megafac F-104, Dainippon Ink & Chemicals, Inc.) und 7,1 ml Triethylamin aufgelöst. Die Lösung wurde auf –5°C abgekühlt und dann wurden 4 ml (0,05 mol) Methansulfonchloridlösung in 50 ml Tetrahydrofuran tropfenweise zu der Lösung zugegeben, wobei die Temperatur bei nicht mehr als 5°C gehalten wurde. Die Mischung wurde für 1 Stunde bei Raumtemperatur gerührt. Die Mischung wurde in 1 l Wasser gegossen und mit 1 l Ethylacetat extrahiert. Die organische Phase wurde unter reduziertem Druck eingeengt, wodurch die Verbindung (A) als Öl erhalten wurde. Die Verbindung (A) wurde nicht gereinigt und wie sie war im nächsten Schritt verwendet.
Synthese der Verbindung (G):
Die Verbindung (A) und 10 g (0,046 mol) der Verbindung (F) wurden in 100 ml N,N-Dimethylformamid aufgelöst. Zu der Lösung wurden 30 g (0,21 mol) Kaliumcarbonat zugegeben. Die Mischung wurde erwärmt und für 3 Stunden bei 120°C gerührt. Die Reaktionsmischung wurde in 1 l Wasser gegossen und mit 1 l Ethylacetat extrahiert. Die organische Phase wurde mit 4 %-iger verdünnter Salzsäure gewaschen und unter reduziertem Druck eingeengt. Das Konzentrat wurde mittels Silicagel-Säulenchromatografie (Entwicklungslösung: Hexan/Ethylacetat (10:1)) gereinigt, wodurch 29 g (0,037 mol) der Verbindung (G) erhalten wurden.
Synthese der Verbindung (H):
29 g (0,037 mol) der Verbindung (G) wurden in 100 ml Ethanol aufgelöst. Zu der Lösung wurden 3 g (0,074 mol) Natriumhydroxid in 100 ml Wasser zugegeben, und die Mischung wurde erwärmt und für 1 Stunde bei 80°C gerührt. Nach dem Abkühlen der Reaktionsmischung wurden 100 ml verdünnte Salzsäure (1 mol/l) zu der Reaktionsmischung zugegeben. Die Mischung wurde mit 500 1 Ethylacetat extrahiert. Die organische Phase wurde unter reduziertem Druck eingeengt. Das Konzentrat wurde mittels Silicagel-Säulenchromatografie (Entwicklungslösung: Hexan/Ethylacetat (4:1)) gereinigt, wodurch 26 g (0,035 mol) der Verbindung (H) erhalten wurden.
Synthese der Verbindung (34):
In 20 ml Tetrahydrofuran wurden 1,16 ml (0,015 mol) Methansulfonylchlorid aufgelöst. Die Lösung wurde auf –5°C abgekühlt. Zu der Lösung wurden eine Lösung von 11,3 g (0,015 mol) der Verbindung (H) und 2,8 ml (0,015 mol) Ethyldiisopropylamin in 10 ml Tetrahydrofuran tropfenweise zugegeben, wobei eine Temperatur von nicht mehr als 10°C aufrecht erhalten wurde. Die Mischung wurde für 30 Minuten bei Raumtemperatur gerührt. Die Mischung wurde auf 5°C oder darunter abgekühlt. Zu der Mischung wurden 2,8 ml (0,015 mol) Ethyldiisopropylamin und 0,3 g (2,4 mmol) 4-N,N-Dimethylaminopyridin zugegeben. Zu der Mischung wurden tropfenweise 10 ml einer Tetrahydrofuranlösung von 0,74 g (4,6 mmol) 1,3,5-Trihydroxybenzoldihydrat, das mit Natriumsulfat dehydriert wurde, zugegeben. Die Reaktionsmischung wurde für 3 Stunden bei Raumtemperatur gerührt, in 200 ml Wasser gegossen und mit 200 ml Ethylacetat extrahiert. Die organische Phase wurde unter reduziertem Druck eingeengt. Das Konzentrat wurde mittels Silicagel-Säulenchromatografie (Entwicklungslösung: Hexan/Ethylacetat (6:1)) gereinigt, wodurch 8,2 g (3,4 mmol) der Verbindung (34) erhalten wurden. Der Schmelzpunkt betrug 113–116°C.
¹H-NMR (Lösungsmittel: CDCl₃, TMS = 0 ppm): 8,25 (d, 3H); 7,73 (d, 3H); 7,50 (d, 6H); 7,35 (d, 6H); 7,27 (s, 3H); 7,10 (s, 3H), 7,00 (d, 3H); 4,33 (bs, 6H); 3,40–4,20 (m, 12H); 1,50–1,90 (m, 6H); 0,88 (t, 9H) SYNTHESEBEISPIEL 4
Synthese der Verbindung (I):
56 g (0,26 mol) 5-Bromsalicylsäure wurden mit 100 ml Ethylorthoformiat vermischt. Die Mischung wurde erwärmt und für 3 Stunden bei 140°C gerührt. Die Reaktionsmischung wurde unter reduziertem Druck unter Erwärmen eingeengt, wodurch 63 g (0,26 mol) der Verbindung (I) erhalten wurden.
Synthese der Verbindung (J):
Die in Synthesebeispiel 3 hergestellte Verbindung (A) und 13 g (0,053 mol) der Verbindung (I) wurden in 100 ml N,N-Dimethylformamid aufgelöst. Zu der Lösung wurden 30 g (0,21 mol) Kaliumcarbonat zugegeben. Die Mischung wurde erwärmt und für 3 Stunden bei 120°C gerührt. Die Reaktionsmischung wurde in 1 l Wasser gegossen und mit 1 l Ethylacetat extrahiert. Die organische Phase wurde mit 4 %-iger verdünnter Salzsäure gewaschen und unter reduziertem Druck eingeengt. Das Konzentrat wurde mittels Silicagel-Säulenchromatografie (Entwicklungslösung: Hexan/Ethylacetat (10:1)) gereinigt, wodurch 41 g (0,05 mol) der Verbindung (J) erhalten wurden.
Synthese der Verbindung (K):
Zu 30 ml Triethylamin wurden 38,4 g (0,047 mol) der Verbindung (J) und 5,2 g (0,051 mol) Phenylacetylen zugegeben, und die Mischung wurde unter Erhalt einer Lösung gerührt. Zu der Lösung wurden 0,1 g Palladiumbistriphenylphosphin, 0,01 g Kupferiodid und 0,2 g Triphenylphosphin zugegeben. Die Mischung wurde für 3 Stunden bei 120°C gerührt. Die Reaktionsmischung wurde in 500 ml Wasser gegossen und mit 20 ml konzentrierter Salzsäure versetzt. Die Mischung wurde mit 500 ml Ethylacetat extrahiert. Die organische Phase wurde unter reduziertem Druck eingeengt, wodurch die Verbindung (K) als Öl erhalten wurde. Die Verbindung (K) wurde nicht gereinigt und im nächsten Schritt eingesetzt.
Synthese der Verbindung (L):
Die Verbindung (K) wurde in 200 ml Ethanol aufgelöst. Zu der Lösung wurden 12 g (0,3 mol) Natriumhydroxid in 200 ml Wasser zugegeben, und die Mischung wurde erwärmt und für 1 Stunde bei 80°C gerührt. Nach dem Abkühlen der Reaktionsmischung wurden 200 ml Wasser und 30 ml konzentrierte Salzsäure zu der Reaktionsmischung zugegeben. Die Mischung wurde mit 500 ml Ethylacetat extrahiert. Die organische Phase wurde unter reduziertem Druck eingeengt. Das Konzentrat wurde mittels Silicagel-Säulenchromatografie (Entwicklungslösung: Hexan/Ethylacetat (4:1)) gereinigt, wodurch 28 g (0,035 mol) der Verbindung (L) erhalten wurden.
Synthese der Verbindung (33):
In 20 ml Tetrahydrofuran wurden 1,16 ml (0,015 mol) Methansulfonylchlorid aufgelöst. Die Lösung wurde auf –5°C abgekühlt. Zu der Lösung wurden eine Lösung von 12,1 g (0,015 mol) der Verbindung (L) und 2,8 ml (0,015 mol) Ethyldiisopropylamin in 10 ml Tetrahydrofuran tropfenweise zugegeben, wobei die Temperatur auf nicht mehr als 5°C gehalten wurde. Die Mischung wurde für 30 Minuten bei Raumtemperatur gerührt. Die Mischung wurde auf 5°C oder darunter abgekühlt. Zu der Mischung wurden 2,8 ml (0,015 mol) Ethyldiisopropylamin und 0,3 g (2,4 mmol) 4-N,N-Dimethylaminopyridin zugegeben. Zu der Mischung wurden tropfenweise 10 ml einer Tetrahydrofuranlösung von 0,74 g (4,6 mmol) 1,3,5-Trihydroxybenzoldihydrat, das mit Natriumsulfat dehydriert wurde, zugegeben. Die Reaktionsmischung wurde für 3 Stunden bei Raumtemperatur gerührt, in 200 ml Wasser gegossen und mit 200 ml Ethylacetat extrahiert. Die organische Phase wurde unter reduziertem Druck eingeengt. Das Konzentrat wurde mittels Silicagel-Säulenchromatografie (Entwicklungslösung: Hexan/Ethylacetat (6:1)) gereinigt, wodurch 8 g (3,3 mmol) der Verbindung (33) erhalten wurden. Der Schmelzpunkt betrug 148°C.
¹H-NMR (Lösungsmittel: CDCl₃, TMS = 0 ppm): 8,60 (s, 3H); 7,95 (d, 3H); 7,85 (d, 3H); 7,60 (t, 3H); 7,40–7,52 (m, 6H); 7,27 (s, 3H); 4,40 (bs, 6H); 3,72–4,10 (m, 6H); 3,56 (t, 6H); 1,50–1,90 (m, 6H); 0,80 (t, 9H) SYNTHESEBEISPIEL 5
Synthese der Verbindung (A):
In 20 ml Tetrahydrofuran wurden 58,6 g eines Fluortensids (Megafac F-104, Dainippon Ink & chemicals Inc.) und 12,14 g Triethylamin aufgelöst. Die Lösung wurde unter Eiskühlung gerührt. Zu der Lösung wurden 12,6 g Methansulfonylchlorid innerhalb von 23 Minuten zugegeben. Als Ergebnis wurde ein weisser Niederschlag beobachtet, und die Mischung war leicht exotherm. Die Beendigung der Reaktion wurde mittels Dünnschichtchromatografie festgestellt, und die Reaktionslösung wurde in eine Mischung aus verdünnter Salzsäure und Ethylacetat gegossen. Die organische Phase wurde extrahiert, abgetrennt und mit einer gesättigten wässrigen Natriumchloridlösung gewaschen. Die organische Phase wurde mit Magnesiumsulfat getrocknet und eingeengt, wodurch die Verbindung (A) als weisses Wachs erhalten wurde. Die Menge betrug 66,57 g (Ausbeute nahezu quantitativ). Die Molekülstruktur wurde mittels NMR und Massenspektrometrie bestätigt.
Synthese der Verbindung (M):
Zu 150 ml Dimethylformamid wurden 31,84 g der Verbindung (A) und 8,9 g Kaliumcarbonat zugegeben. Die Mischung wurde für 5 Stunden auf 100°C erwärmt. Die Beendigung der Reaktion wurde mittels Dünnschichtchromatografie festgestellt, und die Reaktionslösung wurde in eine Mischung aus verdünnter Salzsäure und Ethylacetat gegossen. Die organische Phase wurde extrahiert, abgetrennt und mit einer gesättigten wässrigen Natriumchloridlösung gewaschen. Die organische Phase wurde mit Magnesiumsulfat getrocknet und eingeengt, wodurch die Verbindung (M) als blassgelbe Kristalle erhalten wurde. Die Menge betrug 27,29 g (Ausbeute: 87 %). Die Molekülstruktur wurde mittels NMR und Massenspektrometrie bestätigt.
Synthese der Verbindung (N):
16 g reduziertes Eisen, 1,6 g Ammoniumchlorid und 20 ml Wasser wurden mit 200 ml Isopropanol vermischt. Die Mischung wurde erwärmt und in einem Dampfbad unter Rühren unter Rückfluss erhalten. Die Verbindung (M) wurde langsam zu der Mischung zugegeben. Die resultierende Mischung wurde erwärmt und für 2,5 Stunden unter Rückfluss gehalten. Die Beendigung der Reaktion wurde mittels Dünnschichtchromatografie festgestellt. Die Reaktionslösung wurde unter Beibehaltung der Erwärmungstemperatur mit Sellait filtriert und mit Tetrahydrofuran gewaschen. Das Filtrat wurde eingeengt, wodurch die Verbindung (N) in Form grauer Kristalle erhalten wurde. Die Menge betrug 16,56 g. Die Verbindung (N) wurde nicht gereinigt und im nächsten Schritt eingesetzt.
Synthese der Verbindung (29):
Die Verbindung (N), 3,59 g Kaliumcarbonat und 1,11 g Cyanurchlorid wurden zu 100 ml Methylethylketon zugegeben. Die Mischung wurde erwärmt und für 3 Stunden unter Rückfluss gehalten. Die Beendigung der Reaktion wurde mittels Dünnschichtchromatografie festgestellt, und die Reaktionslösung wurde in eine Mischung aus verdünnter Salzsäure und Ethylacetat gegossen. Die organische Phase wurde extrahiert, abgetrennt und mit einer gesättigten wässrigen Natriumchloridlösung gewaschen. Die organische Phase wurde mit Magnesiumsulfat getrocknet und eingeengt. Das Konzentrat wurde mittels Silicagel-Säulenchromatografie (Entwicklungslösung: Hexan/Ethylacetat (2:1)) gereinigt, wodurch die Verbindung (29) als viskoses Öl erhalten wurde. Die Menge betrug 8,79 g. Die Molekülstruktur wurde mittels Massenspektrometrie betätigt. SYNTHESEBEISPIEL 6
Synthese von 5-Phenylsalicylsäure:
21,7 g Bromsalicylsäure, 13,41 g Phenylborat und 15,28 g Kaliumcarbonat wurden in 400 ml Wasser aufgelöst. Die Lösung wurde bei Raumtemperatur für 40 Minuten gerührt. Die Beendigung der Reaktion wurde mittels Dünnschichtchromatografie festgestellt, und die Reaktionslösung wurde in eine Mischung aus verdünnter Salzsäure und Ethylacetat gegossen. Die organische Phase wurde extrahiert, abgetrennt und mit einer gesättigten wässrigen Natriumchloridlösung gewaschen. Die organische Phase wurde mit Magnesiumsulfat getrocknet und eingeengt. Das Konzentrat wurde mit Acetonitril umkristallisiert, wodurch 5-Phenylsalicylsäure in Form farbloser Kristalle erhalten wurde. Die Menge betrug 18,58 g (Ausbeute: 87 %). Die Molekülstruktur wurde mittels Massenspektrometrie bestimmt.
Synthese von Ethyl-5-phenylsalicylat:
Zu 18,59 g 5-Phenylsalicylsäure wurden 350 ml Ethanol, 100 ml Toluol und 42 ml konzentrierte Schwefelsäure zugegeben. Die Mischung wurde erwärmt und für 14 Stunden unter Rückfluss gehalten. Der nahezu vollständige Ablauf der Reaktion (bei der die ursprünglichen Materialien nahezu verschwinden) wurde mittels Dünnschichtchromatografie bestimmt, und die Reaktionslösung wurde in eine Mischung aus verdünnter Salzsäure und Ethylacetat gegossen. Die organische Phase wurde extrahiert, abgetrennt und mit Wasser und einer gesättigten wässrigen Natriumchloridlösung gewaschen. Die organische Phase wurde mit Magnesiumsulfat getrocknet und eingeengt. Das Konzentrat wurde mit Ethanol umkristallisiert, wodurch Ethyl-5-phenylsalicylat in Form farbloser Kristalle erhalten wurde. Die Menge betrug 11,53 g (Ausbeute: 55 %). Die Molekülstruktur wurde mittels NMR und Massenspektrometrie bestimmt.
Synthese der Verbindung (O):
11,46 g Ethyl-5-phenylsalicylat, 34,03 g der in Synthesebeispiel 5 hergestellten Verbindung (A) und 11,2 g Kaliumcarbonat wurden mit 150 ml Dimethylformamid vermischt. Die Mischung wurde erwärmt und bei 100°C gerührt. Die Beendigung der Reaktion wurde mittels Dünnschichtchromatografie festgestellt und die Reaktionslösung wurde in eine Mischung aus verdünnter Salzsäure und Ethylacetat gegossen. Die organische Phase wurde extrahiert, abgetrennt und mit einer gesättigten wässrigen Natriumchloridlösung gewaschen. Die organische Phase wurde mit Magnesiumsulfat getrocknet und eingeengt. Das Konzentrat wurde mit Acetonitril umkristallisiert, wodurch die Verbindung (O) in Form farbloser Kristalle erhalten wurde. Die Menge betrug 33,10 g (Ausbeute: 86 %). Die Molekülstruktur wurde mittels NMR und Massenspektrometrie bestimmt.
Synthese der Verbindung (P):
In 20 ml Tetrahydrofuran wurden 15,8 g der Verbindung (O) aufgelöst. Die Lösung wurde unter Eiskühlung gerührt. Zu der Lösung wurden 4,0 g in 20 ml Wasser aufgelöstes Natriumhydroxid zugegeben. Die Reaktionslösung wurde auf 60°C erwärmt und für 2 Stunden gerührt. Die Beendigung der Reaktion wurde mittels Dünnschichtchromatografie bestimmt. Verdünnte Salzsäure wurde tropfenweise zu der Reaktionslösung zugegeben. Die ausgefällten Kristalle wurden abfiltriert und mit Wasser gewaschen. Die Menge betrug 1,27 g (Ausbeute quantitativ).
Synthese der Verbindung (32):
In 60 ml Methylenchlorid wurden 7,03 g der Verbindung (P) aufgelöst. Zu der Lösung wurde 1 Tropfen Dimethylformamid zugegeben. Zu der Lösung wurden 1,2 ml Oxalylchlorid tropfenweise bei Raumtemperatur in einem Stickstoffstrom zugegeben. Die Reaktionslösung wurde erwärmt und für 2,5 Stunden unter Rückfluss gehalten. Die Beendigung der Reaktion wurde mittels Dünnschichtchromatografie bestimmt. Methylenchlorid wurde unter reduziertem Druck bei 60°C aus der Reaktionslösung abgezogen. Die erhaltenen weissen Kristalle wurden in 80 ml Tetrahydrofuran aufgelöst. Zu der Lösung wurden 0,38 g 1,3,5-Trihydroxybenzol und 5 ml Pyridin zugegeben. Die Mischung wurde für 6 Stunden bei 60°C gerührt. Die Reaktionslösung wurde in eine Mischung aus verdünnter Salzsäure und Ethylacetat gegossen. Die organische Phase wurde extrahiert, abgetrennt und mit einer gesättigten wässrigen Natriumchloridlösung gewaschen. Die organische Phase wurde mit Magnesiumsulfat getrocknet und eingeengt. Das Konzentrat wurde mittels Silicagel-Säulenchromatografie (Entwicklungslösung: Chloroform/Hexan (4:3)) gereinigt, wodurch die Verbindung (32) in Form farbloser Kristalle erhalten wurde. Die Menge betrug 3,24 g (Ausbeute: 45 %). Die Molekülstruktur wurde mittels NMR und Massenspektrometrie bestimmt.
Flüssigkristallzusammensetzung:
Die Flüssigkristallzusammensetzung umfasst Flüssigkristallmoleküle und das Ausrichtungsfördermittel. Es können zwei oder mehr Flüssigkristallverbindungen in Kombination miteinander verwendet werden. Es können zwei oder mehr Arten des Ausrichtungsfördermittels in Kombination miteinander verwendet werden.
Die Menge des Ausrichtungsfördermittels liegt im Bereich von 0,01–20 Gew.%, vorzugsweise im Bereich von 0,1–5 Gew.%, auf Basis der Menge der Flüssigkristallmoleküle.
Vorzugsweise werden diskotische oder stabförmige Flüssigkristallmoleküle als Flüssigkristallmoleküle verwendet. Die Moleküle haben vorzugsweise polymerisierbare Gruppen.
Das diskotische Flüssigkristallmolekül ist in verschiedenen Dokumenten beschrieben [C. Destrade et al., Mol. Cryst. Liq. Cryst., Bd. 71, Seite 111 (1981); Japan Chemical Society, Quarterly Chemical Review (in japanischer Sprache), Kapitel 5 und Kapitel 10, Abschnitt 2 (1994); B. Kohne et al., Angew. Chem. Soc. Chem. Comm., Seite 1794 (1985); und J. Zhang et al., J. Am. Chem. Soc., Bd. 116, Seite 2655 (1994)]. Die Polymerisationsreaktion des diskotischen Flüssigkristallmoleküls ist in der vorläufigen japanischen Patentveröffentlichung Nr. 8(1996)-27284 beschrieben.
Zur Fixierung der Ausrichtung sollte eine polymerisierbare Gruppe an einen diskotischen Kern des diskotischen Flüssigkristallmoleküls gebunden sein, durch die die Polymerisationsreaktion der Verbindung hervorgerufen wird. Wenn die polymerisierbare Gruppe jedoch direkt an den diskotischen Kern gebunden ist, ist es schwierig, die Ausrichtung während der Polymerisationsreaktion aufrecht zu erhalten. Daher wird eine Verbindungsgruppe zwischen dem diskotischen Kern und der polymerisierbaren Gruppe eingeführt. Folglich wird das diskotische Flüssigkristallmolekül mit einer polymerisierbaren Gruppe (polymerisierbares diskotisches Flüssigkristallmolekül) vorzugsweise durch die folgende Formel repräsentiert: D(-L-Q)_n worin D ein diskotischer Kern ist; L eine divalente Verbindungsgruppe ist; Q eine polymerisierbare Gruppe ist; und n eine ganze Zahl von 4–12 ist.
Beispiele für die diskotischen Kerne (D) sind unten angegeben. In den Beispielen bedeutet LQ (oder QL) die Kombination aus der divalenten Verbindungsgruppe L und der polymerisierbaren Gruppe Q. Besonders bevorzugt ist Triphenylen (D4).
In der Formel ist die divalente Verbindungsgruppe L vorzugsweise ausgewählt aus einer Alkylengruppe, einer Alkenylengruppe, einer Arylengruppe, -CO-, -NH-, -O-, -Sund einer Kombination daraus. L ist weiter bevorzugt eine divalente Verbindungsgruppe, die mindestens zwei divalente Gruppen umfasst, die ausgewählt sind aus einer Alkylengruppe, einer Alkenylengruppe, einer Arylengruppe, -CO-, -NH-, -O- und -S-. Noch weiter bevorzugt ist L eine divalente Verbindungsgruppe, die mindestens zwei divalente Gruppen umfasst, die ausgewählt sind aus einer Alkylengruppe, einer Alkenylengruppe, einer Arylengruppe, -CO- und -O-. Vorzugsweise hat die Alkylengruppe 1–12 Kohlenstoffatome. Die Alkenylengruppe hat vorzugsweise 2–12 Kohlenstoffatome. Die Arylengruppe hat vorzugsweise 6–10 Kohlenstoffatome. Die Alkylengruppe, die Alkenylengruppe und die Arylengruppe können eine Substituentengruppe aufweisen (wie beispielsweise eine Alkylgruppe, ein Halogenatom, Cyano, eine Alkoxygruppe oder eine Acyloxygruppe).
Beispiele für die divalenten Verbindungsgruppen L sind unten angeben. In den Beispielen ist die linke Seite an den diskotischen Kern (D) gebunden, und die rechte Seite ist an die polymerisierbare Gruppe (Q) gebunden. AL bedeutet eine Alkylengruppe oder eine Alkenylengruppe. AR bedeutet eine Arylengruppe.
L101: -AL-CO-O-AL-
L102: -AL-CO-O-AL-O-
L103: -AL-CO-O-AL-O-AL-
L104: -AL-CO-O-AL-O-CO-
L105: -CO-AR-O-AL-
L106: -CO-AR-O-AL-O-
L107: -CO-AR-O-AL-O-CO-
L108: -CO-NH-AL-
L109: -NH-AL-O-
L110: -NH-AL-O-CO-
L111: -O-AL-
L112: -O-AL-O-
L113: -O-AL-O-CO-
L114: -O-AL-O-CO-NH-AL-
L115: -O-AL-S-AL-
L116: -O-CO-AL-AR-O-AL-O-CO-
L117: -O-CO-AR-O-AL-CO-
L118: -O-CO-AR-O-AL-O-CO-
L119: -O-CO-AR-O-AL-O-AL-O-CO-
L120: -O-CO-AR-O-AL-O-AL-O-AL-O-CO-
L121: -S-AL-
L122: -S-AL-O-
L123: -S-AL-O-CO-
L124: -S-AL-S-AL-
L125: -S-AR-AL-
Die diskotischen Flüssigkristallmoleküle können in spiralförmig verdrillter Ausrichtung ausgerichtet werden, indem ein asymmetrisches Kohlenstoffatom in AL (eine Alkylengruppe) oder eine Alkenylengruppe) eingeführt ist.
Beispiele für asymmetrische Kohlenstoffatome enthaltende Gruppen AL (AL*) sind unten angegeben. In den Beispielen ist die linke Seite dem diskotischen Kern (D) benachbart, und die rechte Seite ist der polymerisierbaren Gruppe (Q) benachbart. Das Kohlenstoffatom (C) mit der Markierung (*) ist das asymmetrische Kohlenstoffatom. Die optische Aktivität kann entweder S oder R sein.
AL*1: -CH₂CH₂-C*HCH₃-CH₂CH₂CH₂-
AL*2: -CH₂CH₂CH₂-C*HCH₃-CH₂CH₂-
AL*3: -CH₂-C*HCH₃-CH₂CH₂CH₂CH₂-
AL*4: -C*HCH₃-CH₂CH₂CH₂CH₂CH₂-
AL*5: -CH₂CH₂CH₂CH₂-C*HCH₃-CH₂-
AL*6: -CH₂CH₂CH₂CH₂CH₂-C*HCH₃-
AL*7: -C*HCH₃-CH₂CH₂CH₂CH₂-
AL*8: -CH₂-C*HCH₃-CH₂CH₂CH₂-
AL*9: -CH₂CH₂-C*HCH₃-CH₂CH₂-
AL*10: -CH₂CH₂CH₂-C*HCH₃-CH₂-
AL*11: -CH₂CH₂CH₂CH₂-C*HCH₃-
AL*12: -C*HCH₃-CH₂CH₂CH₂-
AL*13: -CH₂-C*HCH₃-CH₂CH₂-
AL*14: -CH₂CH₂-C*HCH₃-CH₂-
AL*15: -CH₂CH₂CH₂-C*HCH₃-
AL*16: -CH₂-C*HCH₃-
AL*17: -C*HCH₃-CH₂-
AL*18: -C*HCH₃-CH₂CH₂CH₂CH₂CH₂CH₂-
AL*19: -CH₂-C*HCH₃-CH₂CH₂CH₂CH₂CH₂-
AL*20: -CH₂CH₂-C*HCH₃-CH₂CH₂CH₂CH₂-
AL*21: -CH₂CH₂CH₂-C*HCH₃-CH₂CH₂CH₂-
AL*22: -C*HCH₃-CH₂CH₂CH₂CH₂CH₂CH₂CH₂-
AL*23: -CH₂-C*HCH₃-CH₂CH₂CH₂CH₂CH₂CH₂-
AL*24: -CH₂CH₂-C*HCH₃-CH₂CH₂CH₂CH₂CH₂-
AL*25: -CH₂CH₂CH₂-C*HCH₃-CH₂CH₂CH₂CH₂-
AL*26: -C*HCH₃=CH₂CH₂CH₂CH₂CH₂CH₂CH₂CH₂-
AL*27: -CH₂-C*HCH₃-CH₂CH₂CH₂CH₂CH₂CH₂CH₂CH₂-
AL*28: -CH₂-C*HCH₂CH₃-
AL*29: -CH₂-C*HCH₂CH₃-CH₂-
AL*30: -CH₂-C*HCH₂CH₃-CH₂CH₂-
AL*31: -CH₂-C*HCH₂CH₃-CH₂CH₂CH₂CH₂-
AL*32: -CH₂-C*H(n-C₃H₇)-CH₂CH₂-
AL*33: -CH₂-C*H(n-C₃H₇)-CH₂CH₂CH₂CH₂-
AL*34: -CH₂-C*H(OCOCH₃)-CH₂CH₂-
AL*35: -CH₂-C*H(OCOCH₃)-CH₂CH₂CH₂CH₂-
AL*36: -CH₂-C*HF-CH₂CH₂-
AL*37: -CH₂-C*HF-CH₂CH₂CH₂CH₂-
AL*38: -CH₂-C*HCl-CH₂CH₂-
AL*39: -CH₂-C*HCl-CH₂CH₂CH₂CH₂-
AL*40: -CH₂-C*HOCH₃-CHCH₂-
AL*41: -CH₂-C*HOCH₃-CH₂CH₂CH₂CH₂-
AL*42: -CH₂-C*HCN-CH₂CH₂-
AL*43: -CH₂-C*HCN-CH₂CH₂CH₂CH₂-
AL*44: -CH₂-C*HCF₃-CH₂CH₂-
AL*45: -CH₂-C*HCF₃-CH₂CH₂CH₂CH₂-
Die polymerisierbare Gruppe (Q) wird in Abhängigkeit von der Polymerisationsreaktion bestimmt. Beispiele für die polymerisierbaren Gruppen (Q) sind unten angegeben.
Die polymerisierbare Gruppe (Q) ist vorzugsweise eine ungesättigte polymerisierbare Gruppe (Q1 bis Q7), eine Epoxyalkylgruppe (Q8) oder eine Aziridinylgruppe (Q9), weiter bevorzugt eine ungesättigte polymerisierbare Gruppe und am meisten bevorzugt eine ethylenisch ungesättigte Gruppe (Q1 bis Q6).
In der Formel ist n eine ganze Zahl von 2–4, die in Abhängigkeit von der chemischen Struktur des diskotischen Kerns (D) bestimmt wird. Die vier bis zwölf Kombinationen von L und Q können voneinander unterschiedlich sein. Die Kombinationen sind jedoch vorzugsweise identisch.
Es können zwei oder mehr Arten diskotischer Flüssigkristallmoleküle in Kombination miteinander verwendet werden. Beispielsweise können die Moleküle, die ein asymmetrisches Kohlenstoffatom in der divalenten Verbindungsgruppe (L) enthalten, in Kombination mit denjenigen verwendet werden, die kein asymmetrisches Kohlenstoffatom enthalten. Ferner können die Moleküle mit einer polymerisierbaren Gruppe (Q) in Kombination mit solchen verwendet werden, die keine polymerisierbare Gruppe aufweisen (d.h. den Molekülen, die ein Wasserstoffatom anstelle der polymerisierbaren Gruppe (Q) aufweisen). Die Flüssigkristallmoleküle, die ein asymmetrisches Kohlenstoffatom enthalten und keine polymerisierbare Gruppe haben, werden vorzugsweise in Kombination mit solchen verwendet, die eine polymerisierbare Gruppe aufweisen und kein asymmetrisches Kohlenstoffatom enthalten. In der Praxis wirken die erstgenannten Moleküle eher als Chiralitätsmittel denn als diskotischer Flüssigkristall.
Anstelle der Einführung eines asymmetrischen Kohlenstoffatoms in die divalente Verbindungsgruppe des diskotischen Flüssigkristallmoleküls können die Moleküle auch in spiralförmig verdrillter Ausrichtung ausgerichtet werden, indem eine optisch aktive Verbindung, die ein asymmetrisches Kohlenstoffatom enthält (d.h. ein Chiralitätsmittel), in die optisch anisotrope Schicht zugegeben wird. Als Chiralitätsmittel können verschiedene natürliche oder synthetische, optisch aktive Verbindungen verwendet werden. Das Chiralitätsmittel kann eine polymerisierbare Gruppe aufweisen, die die gleiche oder eine ähnliche ist wie die polymerisierbare Gruppe der diskotischen Flüssigkristallverbindung. Die diskotischen Flüssigkristallmoleküle werden in der optisch anisotropen Schicht durch eine Polymerisationsreaktion fixiert, nachdem die Moleküle im wesentlichen vertikal (homogen) ausgerichtet wurden. Das eine polymerisierbare Gruppe aufweisende Chiralitätsmittel kann ebenfalls durch die gleiche oder eine ähnliche Polymerisationsreaktion fixiert werden.
Bevorzugte Beispiele für die stabförmigen Flüssigkristallmoleküle schliessen Azomethine, Azoxyverbindungen, Cyanobiphenyle, Cyanophenylester, Benzoesäureester, Cyclohexancarbonsäurephenylester, Cyanophenylcyclohexane, cyanosubstituierte Phenylpyridine, alkoxysubstituierte Phenylpyrimidine, Phenyldioxane, Tolane und Alkenylcyclohexylbenzonitril ein.
Eine Flüssigkristallzelle im VA (vertikale Ausrichtung)-Modus ist ein typisches Beispiel für eine Zelle, in der stabförmige Flüssigkristallmoleküle weitgehend vertikal ausgerichtet sind. Eine Flüssigkristallanzeige, die eine Flüssigkristallzelle im VA (vertikal ausgerichteten)-Modus umfasst, ist in "Nikkei Microdevice (in japanischer Sprache)" 136(1996), Seite 147; in der vorläufigen japanischen Patentveröffentlichung Nr. 2(1990)-176625 und JP-PS 2 866 372 beschrieben.
Die stabförmigen Flüssigkristallmoleküle haben vorzugsweise einen Doppelbrechungsindex im Bereich von 0,001-0,7. Ferner haben die stabförmigen Flüssigkristallmoleküle vorzugsweise polymerisierbare Gruppen. Beispiele für die polymerisierbaren Gruppen sind die gleichen wie für (Q) bei den diskotischen Flüssigkristallmolekülen.
Das stabförmige Flüssigkristallmolekül hat vorzugsweise eine Molekülstruktur, die in bezug auf die Nebenachse nahezu symmetrisch ist. Folglich hat das Molekül vorzugsweise an beiden Enden polymerisierbare Gruppen.
Beispiele für die stabförmigen Flüssigkristallmoleküle sind nachfolgend angegeben.
Zusätzlich zu den Flüssigkristallmolekülen und dem Ausrichtungsfördermittel kann die Flüssigkristallzusammensetzung bei Bedarf ein Lösungsmittel, eine Verbindung mit einem asymmetrischen Kohlenstoff, einen Polymerisationsinitiator (unten beschrieben) und andere Zusatzstoffe (z.B. Celluloseester) enthalten.
Als Lösungsmittel sind organische Lösungsmittel bevorzugt. Beispiele für die organischen Lösungsmittel schliessen Amide (z.B. Dimethylformamid), Sulfoxide (z.B. Dimethylsulfoxid), heterocyclische Verbindungen (z.B. Pyridin), Kohlenwasserstoffe (z.B. Benzol, Hexan), Alkylhalogenide (z.B. Chloroform, Dichlormethan), Ester (z.B. Methylacetat, Butylacetat), Ketone (z.B. Aceton, Methylethylketon) und Ether (z.B. Tetrahydrofuran, 1,2-Dimethoxyethan) ein. Alkylhalogenide und Ketone sind bevorzugt. Es können zwei oder mehr organische Lösungsmittel in Kombination miteinander verwendet werden.
Optisch anisotropes Element:
Das optisch anisotrope Element kann hergestellt werden durch Aufbringen der Flüssigkristallzusammensetzung auf eine Ausrichtungsschicht unter Erzeugung einer Flüssigkristallschicht. Die Zusammensetzung kann nach einem herkömmlichen Beschichtungsverfahren, wie beispielsweise einem Extrusionsbeschichtungsverfahren, einem Direktgravurstreichverfahren, einem Umkehrgravurstreichverfahren, einem Stempelbeschichtungsverfahren oder einem Stabbeschichtungsverfahren aufgeschichtet werden.
Die Flüssigkristallmoleküle werden vorzugsweise durch Erwärmen der Flüssigkristallschicht auf der Ausrichtungsschicht ausgerichtet.
Wenn das Ausrichtungsfördermittel eine fotoempfindliche Gruppe enthält, kann die Ausrichtungsrichtung gesteuert werden durch monodirektionales Aufbringen von Licht auf die Flüssigkristallschicht nach dem Ausrichten der Flüssigkristallmoleküle. Das Licht schliesst Röntgenstrahlung, Elektronenstrahlen, UV-Strahlung, sichtbares Licht und IR-Strahlung (Wärmestrahlung) ein. Besonders bevorzugt ist UV-Strahlung. Die Wellenlänge der UV-Strahlung ist vorzugsweise von derjenigen für den Polymerisationsinitiator (unten beschrieben) unterschiedlich, und folglich kann ein optischer Filter verwendet werden, der die UV-Strahlung, die den Polymerisationsinitiator aktiviert, absorbiert.
Bevorzugte Lichtquellen schliessen eine Niederdruck-Quecksilberlampe (Germizidlampe, chemische Fluoreszenzlampe, Schwarzlichtlampe), eine Hochdruck-Entladungslampe (Hochdruck-Quecksilberlampe, Metallhalogenidlampe) und eine Kurzbogen-Entladungslampe (Extrahochdruck-Quecksilberlampe, Xenonlampe, Quecksilber-Xenonlampe) ein.
Zur Steuerung der Ausrichtung wird das Licht so monodirektional wie möglich auf die Flüssigkristallschicht aufgebracht. Der Ausdruck "monodirektional" bedeutet, dass die Richtung des auf die Fläche der Flüssigkristallschicht auftreffenden Lichts einheitlich gehalten wird. Das Licht kann horizontal oder vertikal zur Fläche aufgebracht werden.
Die Lichtmenge zur Belichtung liegt im Bereich von vorzugsweise 50–6.000 mJ/cm², weiter bevorzugt 100–2.000 mJ/cm². Das Licht wird vorzugsweise aufgebracht, wenn die Flüssigkristallschicht erwärmt ist, und dadurch kann die Ausrichtung in einer kurzen Zeit gesteuert werden. Die Erwärmungstemperatur liegt vorzugsweise im Bereich von 40–250°C.
Die Flüssigkristallmoleküle werden vorzugsweise fixiert, während die Ausrichtung aufrecht erhalten wird. Flüssigkristallmoleküle werden vorzugsweise durch eine Polymerisationsreaktion der polymerisierbaren Gruppen (Q) fixiert. Die Polymerisationsreaktion kann eingeteilt werden in eine thermische Reaktion unter Verwendung eines thermischen Polymerisationsinitiators und eine Fotoreaktion unter Verwendung eines Fotopolymerisationsinitiators. Eine Fotopolymerisationsreaktion ist bevorzugt.
Beispiele für die Fotopolymerisationsinitiatoren schliessen α-Carbonylverbindungen (beschrieben in den US-PSen 2 367 661 und 2 367 670), Acyloinether (beschrieben in US-PS 2 448 828 ), α-kohlenwasserstoffsubstituierte Acyloinverbindungen (beschrieben in US-PS 2 722 512 ), polycyclische Chinonverbindungen (beschrieben in den US-PSen 2 951 758 und 3 046 127), Kombinationen aus Triarylimidazolen und p-Aminophenylketonen (beschrieben in US-PS 3 549 367 ), Acridin- oder Phenazinverbindungen (beschrieben in der vorläufigen japanischen Patentveröffentlichung Nr. 60(1985)-105667 und US-PS 4 239 850 ) und Oxadiazolverbindungen (beschrieben in US-PS 4 212 970 ) ein.
Die Menge des Fotopolymerisationsinitiators liegt vorzugsweise im Bereich von 0,01–20 Gew.%, weiter bevorzugt im Bereich von 0,5–5 Gew.%, auf Basis des Feststoffgehalts der Beschichtungslösung.
Die Lichtbestrahlung für die Fotopolymerisation wird vorzugsweise mit UV-Strahlung durchgeführt.
Die Belichtungsenergie liegt vorzugsweise im Bereich von 20–50.000 mJ/cm², und weiter bevorzugt im Bereich von 100–800 mJ/cm². Die Lichtbestrahlung kann durchgeführt werden, während die Schicht erwärmt ist, wodurch die Fotopolymerisationsreaktion beschleunigt wird.
Die Flüssigkristallschicht hat vorzugsweise eine Dicke im Bereich von 0,1–50 μm, weiter bevorzugt 1–30 μm, und am meisten bevorzugt im Bereich von 5–20 μm.
Die Menge des Ausrichtungsfördermittels in der Flüssigkristallschicht ist vorzugsweise im Bereich von 0,005–0,5 g/m², weiter bevorzugt 0,01–0,45 g/m², noch weiter bevorzugt 0,02–0,40 g/m², und am meisten bevorzugt 0,03–0,35 g/m².
Bei der Herstellung eines optischen Kompensationsblattes für eine Flüssigkristallanzeige in STN-Modus werden diskotische Flüssigkristallmoleküle in der optisch anisotropen Schicht mit einem durchschnittlichen Neigungswinkel im Bereich von 50–90° ausgerichtet. Der Neigungswinkel ist vorzugsweise gleichförmig. Der Neigungswinkel kann jedoch kontinuierlich entlang der Dicke der optisch anisotropen Schicht verändert werden.
Der Verdrillungswinkel der diskotischen Flüssigkristallmoleküle ist vorzugsweise dem Verdrillungswinkel einer Flüssigkristallzelle im STN-Modus entsprechend, der üblicherweise im Bereich von 180–360° liegt, vorzugsweise im Bereich von 180–270°. Der Unterschied zwischen den Verdrillungswinkeln ist vorzugsweise nicht grösser als 10°. Falls ein optisches Kompensationsblatt in einer Flüssigkristallanzeige verwendet wird, ist der Verdrillungswinkel der diskotischen Flüssigkristallmoleküle vorzugsweise im Bereich von 180–360°. Falls zwei optische Kompensationsblätter in einer Flüssigkristallanzeige verwendet werden, ist der Verdrillungswinkel der diskotischen Flüssigkristallmoleküle vorzugsweise im Bereich von 90–180°. In einer Flüssigkristallanzeige im STN-Modus ist die Wellenlänge in Abhängigkeit von der Doppelbrechung (Δn(λ)) einer optisch anisotropen Schicht vorzugsweise der Wellenlängenabhängigkeit der Doppelbrechung einer Flüssigkristallzelle im STN-Modus entsprechend.
Die hergestellte, optisch anisotrope Schicht wird so erwärmt, dass. die diskotischen Flüssigkristallmoleküle im wesentlichen in Monodomänenausrichtung mit einem durchschnittlichen Neigungswinkel im Bereich von 50–90° angeordnet werden. Die Temperatur bei diesem Erwärmungsprozess erfüllt vorzugsweise die folgende Formel (T1): T_NI – 0,5 × (T_NI – T_CN) ≤ T < T_NI (T1)
In der Formel ist T die Temperatur (°C) in dem Erwärmungsprozess; T_NI ist die nematisch-isotrope Übergangstemperatur (°C) der diskotischen Flüssigkristallmoleküle und T_CN ist die kristallin-nematische Übergangstemperatur (°C) der diskotischen Flüssigkristallmoleküle. Falls eine Säulenphase auftritt, ist T_CN die kristallin-Säulen-Phasenübergangstemperatur (°C).
Bezüglich der Temperatur (T) ist es weiter bevorzugt, dass die folgende Formel (T2) erfüllt ist, und weiter bevorzugt erfüllt sie die folgende Formel (T3): T_NI – 0,3 × (T_NI – T_CN) ≤ T < T_NI (T2) T_NI – 0,2 × (T_NI – T_CN) ≤ T < T_NI (T3)
Die nematisch-isotrope Übergangstemperatur (T_NI) und die kristallin-nematische Übergangstemperatur (T_CN) hängen nicht nur von den verwendeten diskotischen Flüssigkristallmolekülen, sondern auch von den anderen Komponenten der optisch anisotropen Schicht ab. Folglich müssen vor der Herstellung der optisch anisotropen Schicht die Übergangstemperaturen in einem vorangehenden Experiment mit einer anderen optisch anisotropen Schicht, die die gleichen Komponenten enthält wie die angestrebte Schicht, bestimmt werden. Die Schicht für das vorhergehende Experiment wird erwärmt und mit einem Polarisationsmikroskop beobachtet, wodurch die Übergangstemperaturen bestimmt werden.
Ausrichtungsschicht:
Die Ausrichtungsschicht kann hergestellt werden durch eine Reibbehandlung einer organischen Verbindung (vorzugsweise eines Polymers), schräges Aufdampfen einer anorganischen Verbindung, Herstellen einer Mikrorillenschicht oder Stimulierung einer organischen Verbindung (z.B. ω-Tricosansäure, Dioctadecylmethylammoniumchlorid, Methylstearat) nach einem Langmuir-Blodgett-Verfahren. Ferner kann die Ausrichtungswirkung der Ausrichtungsschicht aktiviert werden durch Anlegen eines elektrischen oder magnetischen Feldes an die Schicht oder durch Bestrahlung der Schicht mit Licht. Die Ausrichtungsschicht wird vorzugsweise durch Reiben eines Polymers hergestellt. Die Reibbehandlung kann durchgeführt werden durch mehrfaches Reiben einer Schicht, die das vorgenannte Polymer enthält, mit Papier oder Stoff in einer bestimmten Richtung.
Das Polymer für die Ausrichtungsschicht wird in Abhängigkeit von der angestrebten Ausrichtung (insbesondere des angestrebten durchschnittlichen Neigungswinkels) der Flüssigkristallmoleküle ausgewählt.
Zur horizontalen Ausrichtung der Flüssigkristallmoleküle (mit einem durchschnittlichen Neigungswinkel von 0–50°) ist ein Polymer bevorzugt, das die Oberflächenenergie der Ausrichtungsschicht nicht verringert (d.h. ein Polymer, das üblicherweise für die Ausrichtungsschicht verwendet wird).
Zur vertikalen Ausrichtung der Flüssigkristallmoleküle (mit einem durchschnittlichen Neigungswinkel von 50–90°) ist ein Polymer bevorzugt, das die Oberflächenenergie der Ausrichtungsschicht senkt. Zur Senkung der Oberflächenenergie wird vorzugsweise eine Kohlenwasserstoffgruppe mit 10–100 Kohlenwasserstoffatomen in die Seitenkette des Polymers eingeführt.
Dokumente, die optische Kompensationsblätter beschreiben, die die Flüssigkristallmoleküle für verschiedene Anzeigemodi umfassen, sind bekannt, und konkrete Beispiele für das Polymer für jeden Anzeigemodus sind in diesen Dokumenten offenbart.
Die Ausrichtungsschicht hat vorzugsweise eine Dicke von 0,01–5 μm, weiter bevorzugt 0,05–1 μm.
Nachdem die Flüssigkristallmoleküle durch die Ausrichtungsschicht ausgerichtet und unter Aufrechterhaltung der Ausrichtung fixiert sind, wodurch eine optisch anisotrope Schicht hergestellt wurde, kann die optisch anisotrope Schicht auf einen Träger übertragen werden. Die ausgerichteten und fixierten diskotischen Flüssigkristallmoleküle können ohne die Ausrichtungsschicht die Ausrichtung aufrecht erhalten.
Eine Ausrichtung mit einem durchschnittlichen Neigungswinkel von weniger 5° kann erhalten werden ohne Reibbehandlung oder Ausrichtungsschicht. Jedoch kann auch in diesem Fall eine Ausrichtungsschicht, die sich mit den Flüssigkristallmolekülen an der Grenzfläche chemisch vereint, bereitgestellt werden, so dass die Haftung zwischen den Molekülen und dem Träger verbessert wird (vorläufige japanische Patentveröffentlichung Nr. 9(1997)-152509). Eine solche Ausrichtungsschicht benötigt keine Reibbehandlung.
Wenn zwei Flüssigkristallschichten auf der gleichen Seite des transparenten Trägers bereitgestellt sind, kann die zuerst auf dem Träger bereitgestellte Schicht als Ausrichtungsschicht für die weitere, darauf bereitgestellte Schicht dienen.
Anstelle einer Ausrichtungsschicht, deren Ausrichtungsfunktion durch eine Reibbehandlung erzielt wird, kann eine Ausrichtungsschicht verwendet werden, deren Ausrichtungsfunktion erzielt wird durch monodirektionales Aufbringen von Licht. Eine solche Ausrichtungsschicht wird aus fotochromen Verbindungen oder fotoempfindlichen Polymeren hergestellt.
Eine fotochrome Verbindung ist eine Verbindung, deren Struktur durch Licht verändert wird, wodurch ihr Verhalten gegenüber Licht (z.B. Farbe) verändert wird. Diese Veränderung ist im allgemeinen reversibel.
Beispiele für die fotochrome Verbindung für eine Flüssigkristallzelle schliessen Azobenzolverbindungen [offenbart in K. Ichimura et al., Langmuir, Bd. 4, Seite 1214 (1988); K. Aoki et al., Langmuir, Bd. 8, Seite 1007 (1992); Y. Suzuki et al., Langmuir, Bd. 8, Seite 2601 (1992); K. Ichimura et al., Appl. Phys. Lett., Bd. 63, Nr. 4, Seite 449 (1993); K. Ishizuki et al., Langmuir, Bd. 9, Seite 3298 (1993); K. Ishizuki et al., Langmuir, Bd. 9, Seite 857 (1993)], Hydrazono-β-ketoester-Verbindungen [offenbart in S. Yamamura et al., Liquid Crystals, Bd. 13, Nr. 2, Seite 189 (1993)], Stilbenverbindungen [offenbart in K. Ichimura et al., Kobunshi-ronbunshu (in japanischer Sprache), Bd. 47, Nr. 10, Seite 771 (1990)] und Spiropyranverbindungen [offenbart in K. Ichimura et al., Chemistry Letters, Seite 1063 (1992); K. Ichimura et al., Thin Solid Films, Bd. 235, Seite 101 (1993)] ein.
Die fotochrome Verbindung enthält besonders bevorzugt eine C=C-, C=N- oder N=N-Doppelbindung. Die fotochrome Verbindung, die die Doppelbindung enthält, umfasst die folgenden wesentlichen Teile (1) und (2) und die folgenden optionalen Bestandteile (3) bis (5):

(1) eine Doppelbindung, ausgewählt aus C=C, C=N oder N=N;
(2) Ringe, die direkt oder indirekt an beide Seiten der Doppelbindung (1) gebunden sind;
(3) eine optionale Verbindungsgruppe zwischen (1) und (2);
(4) eine optionale Substituentengruppe, die an ein Kohlenstoffatom der Doppelbindung (1) gebunden ist; und
(5) eine optionale Substituentengruppe, die an die Ringe (2) gebunden ist.

Eine Doppelbindung (1) mit trans-Geometrie ist gegenüber einer mit cis-Geometrie bevorzugt. Die fotochrome Verbindung kann zwei oder mehr Doppelbindungen aufweisen, die vorzugsweise konjugiert sind.
Beispiele für den Ring (2) schliessen einen Benzolring, einen Naphthalinring und einen stickstoffhaltigen heterocyclischen Ring (z.B. einen Pyridiniumring, einen Benzopyridiniumring) ein. Wenn der Ring ein stickstoffhaltiger heterocyclischer Ring ist, ist vorzugsweise ein Kohlenstoffatom (nicht Stickstoff)-Atom in dem Ring an ein Stickstoff- oder Kohlenstoffatom der Doppelbindung (1) gebunden. Der Ring ist vorzugsweise ein Benzolring.
Beispiele für die Verbindungsgruppe (3) schliessen -NHund -CO- ein. Vorzugsweise hat die fotochrome Verbindung jedoch keine Verbindungsgruppe (3), und daher ist es bevorzugt, dass die Doppelbindung (1) direkt an den Ring (2) gebunden ist.
Beispiele für die Substituentengruppe (4) schliessen eine Arylgruppe (z.B. Phenyl) und Cyano ein. Das Kohlenstoffatom in der Doppelbindung (1) hat jedoch vorzugsweise keine Substituentengruppe (d.h. das Kohlenstoffatom in der Doppelbindung (1) liegt vorzugsweise in der Form -CH=CH- oder -CH=N- vor).
Beispiele für die Substituentengruppe (5) schliessen eine Alkoxygruppe (z.B. Methoxy, Hexyloxy), Cyano, eine Alkylgruppe (z.B. Methyl, Butyl, Hexyl, Cyclohexyl) und eine Alkylaminogruppe (z.B. Dimethylamino) ein. Falls der Ring ein Benzolring ist, ist die Substituentengruppe vorzugsweise an die para-Position gebunden. Falls die fotochrome Verbindung chemisch mit einem Polymer verbunden ist, sind funktionelle Gruppen für die chemische Bindung in die Verbindung als Substituentengruppen (5) eingeführt, wie unten beschrieben.
Die fotochrome Verbindung muss auf der Oberfläche des Trägers fixiert werden und wird zur Fixierung vorzugsweise chemisch mit einem Polymer kombiniert.
Das mit der fotochromen Verbindung kombinierte Polymer ist vorzugsweise ein hydrophiles Polymer (z.B. Gelatine, Polyvinylalkohol, Polymethacrylat). Besonders bevorzugt ist Polyvinylalkohol.
Die Reaktion zwischen der fotochromen Verbindung und dem Polymer wird in Abhängigkeit von der Art des Polymers (insbesondere der Art der funktionellen Gruppen im Polymer) bestimmt. Wenn das Polymer Hydroxylgruppen aufweist (z.B. wenn das Polymer Polyvinylalkohol ist), kann die Reaktion zwischen Säurehalogeniden und Hydroxylgruppen ausgenutzt werden.
Vorzugsweise hat das für die Ausrichtungsschicht verwendete Polymer ferner funktionelle Gruppen, die die Flüssigkristallmoleküle im wesentlichen vertikal ausrichten (d.h. die die homogene Ausrichtung diskotischer Flüssigkristallmoleküle oder die homeotrope Ausrichtung stabförmiger Flüssigkristallmoleküle bewirken).
Zur im wesentlichen senkrechten Ausrichtung der Flüssigkristallmoleküle ist es wichtig, die Oberflächenenergie der Ausrichtungsschicht zu senken. Die Oberflächenenergie wird in der Praxis durch funktionelle Gruppen im Polymer, so dass die Flüssigkristallmoleküle gestützt werden, gesenkt. Zur Senkung der Oberflächenenergie ist eine Kohlenwasserstoffgruppe mit 10–100 Kohlenstoffatomen wirksam. Die Kohlenwasserstoffgruppe wird vorzugsweise in die Seitenkette des Polymers eingeführt, damit sie sich auf der Oberfläche der Ausrichtungsschicht anordnet.
Die Kohlenwasserstoffgruppe ist eine aliphatische Gruppe, eine aromatische Gruppe oder eine Kombination daraus. Die aliphatische Gruppe kann eine cyclische, verzweigte oder unverzweigte Kettenstruktur aufweisen und ist vorzugsweise eine Alkylgruppe (einschliesslich einer Cycloalkylgruppe) oder eine Alkenylgruppe (einschliesslich einer Cycloalkenylgruppe). Die Kohlenwasserstoffgruppe kann eine Substituentengruppe aufweisen, die keine stark hydrophilen Eigenschaften zeigt (wie beispielsweise ein Halogenatom). Die Kohlenwasserstoffgruppe hat vorzugsweise 10–100 Kohlenstoffatome, weiter bevorzugt 10–60 Kohlenstoffatome, und am meisten bevorzugt 10–40 Kohlenstoffatome.
Die Hauptkette des Polymers hat vorzugsweise eine Polyvinylalkoholstruktur.
Ein denaturierter Polyvinylalkohol, der eine Kohlenwasserstoffgruppe mit 10 oder mehr Kohlenstoffatomen umfasst, kann diskotische Flüssigkristallmoleküle weitgehend senkrecht (homogen) ausrichten. Die Kohlenwasserstoffgruppe ist eine aliphatische Gruppe, eine aromatische Gruppe oder eine Kombination daraus. Die aliphatische Gruppe kann eine cyclische, verzweigte oder unverzweigte Kettenstruktur aufweisen und ist vorzugsweise eine Alkylgruppe (einschliesslich einer Cycloalkylgruppe) oder eine Alkenylgruppe (einschliesslich einer Cycloalkenylgruppe). Die Kohlenwasserstoffgruppe kann eine Substituentengruppe aufweisen, die keine stark hydrophilen Eigenschaften zeigt (wie beispielsweise ein Halogenatom). Die Kohlenwasserstoffgruppe hat vorzugsweise 10–100 Kohlenstoffatome, weiter bevorzugt 10–60 Kohlenstoffatome, und am meisten bevorzugt 10–40 Kohlenstoffatome.
Der denaturierte Polyvinylalkohol enthält eine sich wiederholende Einheit, die die Kohlenwasserstoffgruppe mit 10 oder mehr Kohlenstoffatomen umfasst, in einer Menge von vorzugsweise 2–80 mol-%, weiter bevorzugt 3–70 mol-%.
Der denaturierte Polyvinylalkohol wird vorzugsweise durch die folgende Formel (PV) repräsentiert: -(VAL)_x-(HyC)_y-(VAc)_z-(Pc)_q (PV)worin VAL eine Vinylalkohol-Wiederholungseinheit ist; HyC eine sich wiederholende Einheit ist, die eine Kohlenwasserstoffgruppe mit 10 oder mehr Kohlenstoffatomen umfasst; VAc eine Vinylacetat-Wiederholungseinheit ist; Pc eine sich wiederholende Einheit ist, die chemisch mit einer fotochromen Verbindung kombiniert ist; x 20–95 mol-% (vorzugsweise 25–90 mol-%) repräsentiert;: y 0–80 mol-% (vorzugsweise 2–70 mol-%) repräsentiert; z 0–30 mol-% (vorzugsweise 2–20 mol-%) repräsentiert; und q 0–30 mol-% (vorzugsweise 2–20 mol-%) repräsentiert.
Die sich wiederholende Einheit (HyC), die eine Kohlenwasserstoffgruppe mit 10 oder mehr Kohlenstoffatomen umfasst, wird vorzugsweise durch die folgende Formel (HyC-I) oder (HyC-II) repräsentiert:
worin L¹ eine divalente Verbindungsgruppe ist, ausgewählt aus -O-, -CO-, -SO₂-, -NH-, einer Alkylengruppe, einer Arylengruppe und einer Kombination daraus; L² eine Einfachbindung oder eine divalente Verbindungsgruppe ist, ausgewählt aus -O-, -CO-, -SO₂-, -NH-, einer Alkylengruppe, einer Arylengruppe und einer Kombination daraus; und R¹ und R2 jeweils unabhängig voneinander eine Kohlenwasserstoffgruppe mit 10 oder mehr Kohlenstoffatomen darstellen.
Beispiele für die kombinierte divalente Verbindungsgruppe sind unten angegeben.
L201: -O-CO-
L202: -O-CO-Alkylen-O-
L203: -O-CO-Alkylen-CO-NH–
L204: -O-CO-Alkylen-NH-SO₂-Arylen-O-
L205: -Arylen-NH-CO-
L206: -Arylen-CO-O-
L207: -Arylen-CO-NH-
L208: -Arylen-O-
L209: -O-CO-NH-Arylen-NH-CO-
Die mit einer fotochromen Verbindung chemisch kombinierte, sich wiederholende Einheit (Pc) wird vorzugsweise durch die folgende Formel (Pc-I) oder (Pc-II) repräsentiert:
worin L¹ eine divalente Verbindungsgruppe ist, ausgewählt aus -O-, -CO-, -SO₂-, -NH-, einer Alkylengruppe, einer Arylengruppe und einer Kombination daraus; L² eine Einfachbindung oder eine divalente Verbindungsgruppe ist, ausgewählt aus -O-, -CO-, -SO₂-, -NH-, einer Alkylengruppe, einer Arylengruppe und einer Kombination daraus; und Z¹ und Z² jeweils unabhängig voneinander eine monovalente fotoempfindliche Gruppe darstellen, die von einer fotochromen Verbindung abgeleitet sind.
Beispiele für die kombinierte divalente Verbindungsgruppe sind die gleichen wie für (HyC-I) und (HyC-II).
Beispiele für die monovalente fotoempfindliche Gruppe (Z¹ oder Z²), die von einer fotochromen Verbindung abgeleitet sind, sind unten gezeigt.
Der Polymerisationsgrad des in der Ausrichtungsschicht verwendeten, durch Lichtbestrahlung erzeugten Polymers ist vorzugsweise im Bereich von 200–5.000, weiter bevorzugt im Bereich von 300–3.000. Das Molekulargewicht des Polymers ist vorzugsweise im Bereich von 9.000–200.000, weiter bevorzugt im Bereich von 13.000–130.000.
Es können zwei oder mehr Arten von Polymeren in Kombination miteinander verwendet werden.
Wenn parallele Strahlung schräg auf die Flüssigkristallschicht unter Erwärmen der Schicht aufgebracht wird, werden sowohl die Ausrichtungsfunktion der Ausrichtungsschicht als auch die Funktion des Ausrichtungsfördermittels zur homogenen Ausrichtung der Flüssigkristallmoleküle aktiviert. In diesem Fall wird die Ausrichtungsfunktion auf beiden Grenzflächen (der Grenzfläche, die der Ausrichtungsschicht gegenüberliegt, und der gegenüberliegenden Grenzfläche, die der Luft gegenüberliegt) durch schräges Aufstrahlen der identischen Strahlung aktiviert, und folglich werden die Flüssigkristallmoleküle, die zwischen den Grenzflächen plaziert sind, homogen mit den gleichen Neigungswinkeln ausgerichtet.
Transparenter Träger:
Das optisch anisotrope Element kann einen transparenten Träger aufweisen, der eine Glasplatte oder eine Polymerfolie ist. Der Träger ist vorzugsweise aus einer Polymerfolie hergestellt. Der Ausdruck "transparent" bedeutet hier, dass die Lichtdurchlässigkeit nicht weniger als 80 % beträgt.
Üblicherweise wird eine optisch isotrope Polymerfolie als Träger verwendet. Der Ausdruck "optisch isotrop" bedeutet, dass die Verzögerung in der Fläche (Re) der Folie vorzugsweise weniger als 10 nm, und weiter bevorzugt weniger als 5 nm, beträgt. In dem optisch isotropen, transparenten Träger ist die Verzögerung entlang der Dickenrichtung (Rth) ebenfalls vorzugsweise weniger als 10 nm, weiter bevorzugt weniger als 5 nm. Die Verzögerungswerte Re und Rth sind durch die folgenden Formeln definiert: Re = (nx – ny) × d Rth = [{(nx + ny)/2} – nz] × dworin nx und ny jeweils einen Brechungsindex in der Fläche darstellen; nz der Brechungsindex entlang der Dickenrichtung ist; und d die Dicke des transparenten Trägers ist.
In einigen Fällen wird eine optisch anisotrope Polymerfolie als Träger verwendet. In diesem Fall ist der Träger vorzugsweise optisch uniaxial oder biaxial. Der uniaxiale Träger kann entweder optisch positiv sein (d.h. der Brechungsindex parallel zur optischen Achse ist grösser als derjenige senkrecht zur Achse) oder optisch negativ (d.h. der Brechungsindex parallel zur optischen Achse ist kleiner als derjenige senkrecht zur Achse). Wenn der Träger optisch biaxial ist, sind die Indizes nx, ny und nz voneinander unterschiedlich (d.h. nx ≠ ny ≠ nz).
Re (Verzögerung in der Fläche) des optisch anisotropen Trägers liegt vorzugsweise im Bereich von 10-1.000 nm, weiter bevorzugt 15–300 nm, am meisten bevorzugt 20–200 nm. Rth (Verzögerung entlang der Dickenrichtung) ist vorzugsweise im Bereich von 10–1.000 nm, vorzugsweise 15–300 nm, am meisten bevorzugt 20–200 nm.
Das Material für den Träger wird in Abhängigkeit davon ausgewählt, ob der Träger optisch isotrop ist oder nicht. Der optisch isotrope Träger ist im allgemeinen aus Glas oder Celluloseester hergestellt, und im Gegensatz dazu ist der optisch anisotrope Träger im allgemeinen hergestellt aus synthetischen Polymeren (z.B. Polycarbonat, Polysulfon, Polyethersulfon, Polyacrylat, Polymethacrylat und Norbornenharz). Ferner kann auch eine optisch anisotrope Celluloseesterfolie (mit hohen Verzögerungswerten) verwendet werden. Die optisch anisotrope Celluloseesterfolie kann hergestellt werden durch (1) Verwendung eines verzögerungsverstärkenden Mittels, (2) Senken des Gehalts an Essigsäure in dem Celluloseacetat oder (3) Anwendung des Kühlungsauflösungsverfahrens (beschrieben in EP-A2-0 911 656).
Der Träger aus Polymerfolie wird vorzugsweise durch ein Lösungsmittelgiessverfahren hergestellt.
Zur Herstellung des optisch anisotropen Trägers wird vorzugsweise eine Polymerfolie verstreckt.
Der optisch uniaxiale Träger wird vorzugsweise hergestellt durch übliche uniaxiale oder biaxiale Verstreckung.
Andererseits wird der optisch biaxiale Träger vorzugsweise hergestellt durch Ungleichgewichts-Biaxialverstrecken. Die Prozedur des Ungleichgewichts-Biaxialverstreckens umfasst die Schritte des Streckens einer Folie entlang einer Richtung, wodurch sie in einem gewissen Mass ausgedehnt wird (d.h. 3–100 %, vorzugsweise 5–30 %), und anschliessendes Verstrecken der Folie senkrecht zur Richtung des ersten Streckens, wodurch sie in grösserem Ausmass ausgedehnt wird als beim ersten Strecken (d.h. 6–200 %, vorzugsweise 10–90 %). In dem Verfahren kann die Folie gleichzeitig entlang der beiden senkrechten Richtungen verstreckt werden.
Die Verstreckungsrichtung (Richtung der hohen Dehnung im Fall der Ungleichgewichts-Biaxialverstreckung) ist vorzugsweise im wesentlichen parallel zur langsamen Achse in der Fläche der verstreckten Folie. Hier bedeutet "im wesentlichen parallel", dass der Winkel zwischen der Verstreckungsrichtung und der langsamen Achse vorzugsweise im Bereich von weniger als 10°, weiter bevorzugt weniger als 5°, am meisten bevorzugt weniger als 3°, liegt.
Der transparente Träger hat eine Dicke, die vorzugsweise im Bereich von 10–500 μm liegt, weiter bevorzugt im Bereich von 50–200 μm.
Der transparente Träger kann einer Oberflächenbehandlung (z.B. Glimmentladungsbehandlung, Koronaentladungsbehandlung, UV-Behandlung, Flammenbehandlung) unterworfen werden, wodurch die Anhaftung an einer auf dem Träger erzeugten Schicht (z.B. einer Haftschicht, Ausrichtungsschicht, optisch anisotropen Schicht) verbessert wird. Der Träger kann einen UV-Absorber enthalten.
Auf dem transparenten Träger kann eine Haftschicht (Grundierungsschicht) bereitgestellt werden. Die vorläufige japanische Patentveröffentlichung Nr. 7(1995)-333433 beschreibt die Haftschicht. Die Haftschicht hat eine Dicke, die vorzugsweise im Bereich von 0,1 bis 2 μm liegt, vorzugsweise 0,2–1 μm.
Flüssigkristallanzeige:
Das optisch anisotrope Element kann als optisches Kompensationsblatt für Flüssigkristallanzeigen in verschiedenen Modi verwendet werden. Beispiele für die Anzeigemodi schliessen den TN (verdrillt nematischen)-Modus, IPS (in der Fläche schaltend)-Modus, FLC (ferroelektrischen Flüssigkristall)-Modus, OCB (optisch kompensationsverbiegenden)-Modus, STN (superverdrillt nematischen)-Modus, VA (vertikal ausgerichteten)-Modus, ECB (elektrisch gesteuerten Doppelbrechungs)-Modus und HAN (hybridausgerichteten nematischen)-Modus ein. Optische Kompensationsblätter für diese Modi sind bekannt, und das erfindungsgemässe, optisch anisotrope Element kann für diese optischen Kompensationsblätter verwendet werden.
BEISPIEL 1
Eine kommerziell erhältliche Polyimid-Ausrichtungsschicht (LX-1400, Hitachi Chemical Du Pont) wurde auf einer Glasplatte hergestellt und einer Reibbehandlung unterworfen.
Die Verbindung (27) wurde zu den stabförmigen Flüssigkristallmolekülen (N26) in einer Menge (Konzentration) gegeben, wie sie in Tabelle 1 angegeben ist. Die Mischung wurde mit Chloroform auf etwa 15 Gew.% verdünnt. Die verdünnte Mischung wurde auf die Ausrichtungsschicht aufgetropft und mit einer wie in Tabelle 1 angegebenen Rotationsgeschwindigkeit spinbeschichtet. Die Glasplatte wurde auf eine heisse Platte von 120°C plaziert. Die Ausrichtung (anfängliche Ausrichtung) der stabförmigen Flüssigkristallmoleküle wurde mit einem Polarisationsmikroskop beobachtet.
Die Temperatur, bei der die Mischung isotrop ist (Isopunkt) wurde gemessen. Die Mischung wurde auf eine Temperatur oberhalb des Isopunkts erwärmt, und die Ausrichtung bei 120°C (Ausrichtung unter Erwärmung) der stabförmigen Flüssigkristallmoleküle wurde mit einem Polarisationsmikroskop beobachtet.
Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 angegeben. TABELLE 1
Anmerkung:

---:

Es wurde kein Experiment durchgeführt.

dual:

Duale Domänen (inselartige, rückwärts gekippte Domänen) wurden hervorgerufen, der Flüssigkristall war an der Luftseite gekippt und in einer Hybridausrichtung entlang der Dickenrichtung ausgerichtet.

mono:

Der Flüssigkristall war ausgerichtet, ohne dass rückwärts gekippte Domänen hervorgerufen wurden, und war an der Luftseite horizontal ausgerichtet und homogen (Monodomänen) entlang der Dickenrichtung ausgerichtet.

*:

Die Ausrichtung war teilweise. in Monodomänen verändert

**:

Die Benetzbarkeit war verändert (verbessert bei hoher Temperatur).

***:

Kreisförmige Phasentrennungen (kreisförmige isotrope Bereiche mit einem Durchmesser von 20–300 μm) wurden beobachtet.

BEISPIEL 2
Die Verbindung (28), (29), (30), (31), (32), (33), (34), (35) oder (36) wurde zu den stabförmigen Flüssigkristallmolekülen (N26) in einer Menge von 1 Gew.% auf Basis der Menge der Flüssigkristallmoleküle (N26) hinzugegeben. Die Mischung wurde mit Chloroform auf etwa 15 Gew.% verdünnt. Die verdünnte Mischung wurde auf die in Beispiel 1 hergestellte Ausrichtungsschicht aufgetropft und mit einer Umdrehungsgeschwindigkeit von 1.000 U/min spinaufgeschichtet. Die Glasplatte wurde auf einer Heizplatte von 120°C plaziert. Die Ausrichtung (anfängliche Ausrichtung) der stabförmigen Flüssigkristallmoleküle wurde mit einem Polarisationsmikroskop beobachtet.
In jeder Probe wurden die Flüssigkristalle, ohne dass rückwärts gekippte Domänen hervorgerufen wurden, so ausgerichtet, dass sie auf der Luftseite horizontal ausgerichtet waren, und die Ausrichtung homogen (Monodomänen) entlang der Dickenrichtung war. Ferner wurden die Aufschichtungseigenschaften (insbesondere die Benetzbarkeit), durch Verwendung der Verbindung (28) oder (36) verbessert.
VERGLEICHSBEISPIEL 1
Die folgende Vergleichsverbindung (R), (S), (T), (U) oder (V) wurde zu den stabförmigen Flüssigkristallmolekülen (N26) in einer Menge von 1 Gew.% auf Basis der Menge der Flüssigkristallmoleküle (N26) zugegeben. Die Mischung wurde mit Chloroform auf etwa 15 Gew.% verdünnt. Die verdünnte Mischung wurde auf die in Beispiel 1 hergestellte Ausrichtungsschicht auf getropft und mit einer Umdrehungsgeschwindigkeit von 1.000 U/min spinaufgeschichtet. Die Glasplatte wurde für 1 Minute auf einer Heizplatte von 120°C plaziert. Die Ausrichtung (anfängliche Ausrichtung) der stabförmigen Flüssigkristallmoleküle wurde mit einem Polarisationsmikroskop beobachtet.
In jeder Probe wurden inselartige, rückwärts gekippte Domänen beobachtet. Ferner waren die Beschichtungseigenschaften (insbesondere die Benetzbarkeit) durch Verwendung der Verbindungen (R), (S), (T), (U) oder (V) verschlechtert.
BEISPIEL 3
Eine Probe, der die Verbindung (27) nicht zugegeben wurde, wurde in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 hergestellt. Die Verzögerung der Probe, gemessen bei 546 nm nach einem Senarmon-Verfahren, betrug 274 nm.
Die Verbindung (27) wurde zu den stabförmigen Flüssigkristallmolekülen (N26) in einer Menge von 1 Gew.% auf Basis der Menge der Flüssigkristallmoleküle (N26) hinzugegeben. Die Mischung wurde mit Chloroform auf etwa 15 Gew.% verdünnt. Die verdünnte Mischung wurde auf die in Beispiel 1 hergestellte Ausrichtungsschicht auf getropft und mit einer Umdrehungsgeschwindigkeit von 1.000 U/min spinaufgeschichtet. Die Glasplatte wurde für 1 Minute auf einer Heizplatte von 120°C plaziert. Die Ausrichtung (anfängliche Ausrichtung) der stabförmigen Flüssigkristallmoleküle wurde mit einem Polarisationsmikroskop beobachtet. Als Ergebnis wurden die Flüssigkristalle, ohne dass rückwärts gekippte Domänen hervorgerufen wurden, so ausgerichtet, dass sie an der Luftseite horizontal ausgerichtet waren, und die Ausrichtung entlang der Dickenrichtung homogen war (Monodomänen). Die Verzögerung der Probe bei 546 nm betrug 388 nm. Ferner waren die Beschichtungseigenschaften durch Verwendung der Verbindung (27) verbessert.
Getrennt davon wurde die Verbindung (45) zu den stabförmigen Flüssigkristallmolekülen (N26) in einer Menge von 1 Gew.%, auf Basis der Menge der Flüssigkristallmoleküle (N26), zugegeben. Die Mischung wurde mit Chloroform auf etwa 15 Gew.% verdünnt. Die verdünnte Mischung wurde auf die in Beispiel 1 hergestellte Ausrichtungsschicht auf getropft und mit einer Umdrehungsgeschwindigkeit von 1.000 U/min spinaufgeschichtet. Die Glasplatte wurde für 1 Minute auf einer Heizplatte von 120°C plaziert. Die Ausrichtung (anfängliche Ausrichtung) der stabförmigen Flüssigkristallmoleküle wurde mit einem Polarisationsmikroskop beobachtet. Als Ergebnis wurden die Flüssigkristalle, ohne dass rückwärts gekippte Domänen hervorgerufen wurden, so ausgerichtet, dass sie an der Luftseite horizontal ausgerichtet waren, und die Ausrichtung entlang der Dickenrichtung homogen war (Monodomänen). Die Verzögerung der Probe bei 546 nm betrug 546 nm. Ferner waren die Beschichtungseigenschaften durch Verwendung der Verbindung (45) verbessert.
BEISPIEL 4
Eine kommerziell erhältliche, nichtpolymerisierbare Flüssigkristallzusammensetzung (ZLI-1132, Merck & Co., Inc.) wurde auf die in Beispiel 1 hergestellte Ausrichtungsschicht auf getropft und mit einer Rotationsgeschwindigkeit von 2.000 U/min spinaufgeschichtet. Die Ausrichtung (anfängliche Ausrichtung) der stabförmigen Flüssigkristallmoleküle wurde mit einem Polarisationsmikroskop bei Raumtemperatur beobachtet. Als Ergebnis wurden inselartige, rückwärts gekippte Domänen hervorgerufen, die Flüssigkristalle waren an der Luftseite gekippt, und die Ausrichtung entlang der Dickenrichtung war eine Hybridausrichtung.
Getrennt davon wurde die Verbindung (27), (29), (31), (34) oder (36) zu der nichtpolymerisierbaren Flüssigkristallzusammensetzung in einer Menge von 1 Gew.%, auf Basis der Menge der Zusammensetzung, zugegeben. Die Mischung wurde auf die in Beispiel 1 hergestellte Ausrichtungsschicht auf getropft und mit einer Umdrehungsgeschwindigkeit von 2.000 U/min spinaufgeschichtet. Die Ausrichtung (anfängliche Ausrichtung) der stabförmigen Flüssigkristallmoleküle wurde mit einem Polarisationsmikroskop bei Raumtemperatur beobachtet. Als Ergebnis wurden die Flüssigkristalle, ohne dass rückwärts gekippte Domänen hervorgerufen wurden, so ausgerichtet, dass die Ausrichtung auf der Luftseite horizontal, und die Ausrichtung entlang der Dickenrichtung homogen war (Monodomänen). Ferner wurden die Beschichtungseigenschaften durch Verwendung der Verbindung (27), (29), (31), (34) oder (36) verbessert.
BEISPIEL 5
Die Verbindung (30) wurde zu den stabförmigen Flüssigkristallmolekülen (N26) in einer Menge von 0,2 Gew.%, auf Basis der Flüssigkristallmoleküle (N26), zugegeben. Ferner wurde ein kommerziell erhältlicher Polymerisationsinitiator (Irgacure 907, Ciba-Geigy) in einer Menge von 3 Gew.%, auf Basis der Moleküle (N26), zu der Mischung zugegeben. Die Mischung wurde mit Chloroform auf etwa 10 Gew.% verdünnt. Die verdünnte Mischung wurde auf die in Beispiel 1 hergestellte Ausrichtungsschicht auf getropft und bei einer Rotationsgeschwindigkeit von 2.500 U/min spinaufgeschichtet. Die Probe wurde für 1 Minute auf 120°C erwärmt. Die Ausrichtung (anfängliche Ausrichtung) der stabförmigen Flüssigkristallmoleküle wurde mit einem Polarisationsmikroskop beobachtet. Als Ergebnis wurden die Flüssigkristalle, ohne dass rückwärts gekippte Domänen hervorgerufen wurden, so ausgerichtet, dass die Ausrichtung an der Luftseite horizontal und die Ausrichtung entlang der Dickenrichtung homogen (Monodomänen) war.
Die Probe wurde unter Verwendung einer Hochdruck-Quecksilberlampe in einer Stickstoffatmosphäre unter Erwärmen auf 120°C mit 300 mJ/cm² UV-Licht belichtet, wodurch die stabförmigen Flüssigkristallmoleküle polymerisiert wurden. Dann wurde ein optisch anisotropes Element hergestellt.
Die Verzögerungswerte in Abhängigkeit von den Betrachtungswinkeln wurden gemessen. Die Ergebnisse sind in 3 dargestellt.
Die X-Achse in 3 bedeutet den Einfallswinkel des Lichts gegenüber der Normallinie der Platte als 0°. Die Y-Achse gibt die bei einer Wellenlänge von 546 nm gemessene Verzögerung an. Die schwarzen Quadrate in 3 sind Werte, die in einer zur Reibrichtung senkrechten Richtung gemessen wurden. Die weissen Kreise in 3 sind Werte, die in einer zur Reibrichtung parallelen Richtung gemessen wurden. Die Drehachse jeder Richtung liegt in der Plattenfläche.
Wie in 3 gezeigt, ist die optische Achse des optisch anisotropen Elements parallel zur Reibrichtung, was bedeutet, dass die fixierten Flüssigkristallmoleküle homogen ausgerichtet waren.
BEISPIEL 6
Die Verbindung (30) wurde zu den stabförmigen Flüssigkristallmolekülen (N72) in einer Menge von 0,2 Gew.%, auf Basis der Flüssigkristallmoleküle (N26), zugegeben. Ferner wurde ein kommerziell erhältlicher Polymerisationsinitiator (Irgacure 907, Ciba-Geigy) in einer Menge von 3 Gew.%, auf Basis der Moleküle (N26), zu der Mischung zugegeben. Die Mischung wurde mit Chloroform auf etwa 10 Gew.% verdünnt. Die verdünnte Mischung wurde auf die in Beispiel 1 hergestellte Ausrichtungsschicht auf getropft und bei einer Rotationsgeschwindigkeit von 2.500 U/min spinaufgeschichtet. Die Probe wurde für 1 Minute auf 120°C erwärmt. Die Ausrichtung (anfängliche Ausrichtung) der stabförmigen Flüssigkristallmoleküle wurde mit einem Polarisationsmikroskop beobachtet. Als Ergebnis wurden die Flüssigkristalle, ohne dass rückwärts gekippte Domänen hervorgerufen wurden, so ausgerichtet, dass die Ausrichtung an der Luftseite horizontal und die Ausrichtung entlang der Dickenrichtung homogen (Monodomänen) war.
Nur die stabförmigen Flüssigkristallmoleküle (N72) zeigen eine nematische Phase bei 131–235°C.
Die Probe wurde unter Verwendung einer Hochdruck-Quecksilberlampe in einer Stickstoffatmosphäre unter Erwärmen auf 120°C mit 300 mJ/cm² UV-Licht belichtet, wodurch die stabförmigen Flüssigkristallmoleküle polymerisiert wurden. Dann wurde ein optisch anisotropes Element hergestellt.
Die Verzögerungswerte in Abhängigkeit von den Betrachtungswinkeln wurden gemessen. Die Ergebnisse sind in 4 dargestellt.
Die X-Achse in 3 bedeutet den Einfallswinkel des Lichts gegenüber der Normallinie der Platte als 0°. Die Y-Achse gibt die bei einer Wellenlänge von 546 nm gemessene Verzögerung an. Die schwarzen Quadrate in 4 sind Werte, die in einer zur Reibrichtung senkrechten Richtung gemessen wurden. Die weissen Kreise in 4 sind Werte, die in einer zur Reibrichtung parallelen Richtung gemessen wurden. Die Drehachse jeder Richtung liegt in der Plattenfläche.
Wie in 4 gezeigt, ist die optische Achse des optisch anisotropen Elements parallel zur Reibrichtung, was bedeutet, dass die fixierten Flüssigkristallmoleküle homogen ausgerichtet waren.
VERGLEICHSBEISPIEL 2
Ein kommerziell erhältlicher Polymerisationsinitiator (Irgacure 907, Ciba-Geigy) wurde in einer Menge von 3 Gew.%, auf Basis der Moleküle (N72), zu den Flüssigkristallmolekülen (N72) zugegeben. Die Mischung wurde mit Chloroform auf etwa 10 Gew.% verdünnt. Die verdünnte Mischung wurde auf die in Beispiel 1 hergestellte Ausrichtungsschicht aufgetropft und bei einer Rotationsgeschwindigkeit von 1.000 U/min spinaufgeschichtet. Die Probe wurde für 1 Minute auf 120°C erwärmt. Die Ausrichtung (anfängliche Ausrichtung) der stabförmigen Flüssigkristallmoleküle wurde mit einem Polarisationsmikroskop beobachtet. Als Ergebnis wurden rückwärts gekippte Domänen beobachtet Die Probe wurde unter Verwendung einer Hochdruck-Quecksilberlampe in einer Stickstoffatmosphäre unter Erwärmen auf 120°C mit 300 mJ/cm² UV-Licht belichtet, wodurch die stabförmigen Flüssigkristallmoleküle polymerisiert wurden. Auf diese Weise wurde ein optisch anisotropes Element hergestellt.
Die Verzögerungswerte in Abhängigkeit von den Betrachtungswinkeln wurden gemessen. Die Ergebnisse sind in 5 dargestellt.
Die X-Achse in 5 gibt den Einfallswinkel des Lichts gegenüber der Normallinie der Platte als 0° an. Die Y-Achse gibt die bei einer Wellenlänge von 546 nm gemessene Verzögerung an. Die schwarzen Quadrate und die weissen Kreise in 5 geben die in unterschiedlichen Domänen mit unterschiedlichen Kipprichtungen gemessenen Werte an.
Wie in 5 gezeigt, waren die fixierten Flüssigkristallmoleküle in einer Hybridausrichtung angeordnet, worin die Kipprichtungen in unterschiedlichen Domänen unterschiedlich waren.
BEISPIEL 7
Die folgende Flüssigkristallzusammensetzung wurde unter Erwärmen hergestellt. Die Zusammensetzung wurde auf die in Beispiel 1 hergestellte Ausrichtungsschicht auf getropft und bei einer Rotationsgeschwindigkeit von 500 U/min spinaufgeschichtet. Die Probe wurde für 1 Minute auf 130°C erwärmt. Die Ausrichtung (anfängliche Ausrichtung) der stabförmigen Flüssigkristallmoleküle wurde mit einem Polarisationsmikroskop beobachtet. Als Ergebnis wurden die Flüssigkristalle, ohne dass rückwärts gekippte Domänen hervorgerufen wurden, ausgerichtet und gleichförmig in einer verdrillten Ausrichtung ausgerichtet.
Die Probe wurde unter Verwendung einer Hochdruck-Quecksilberlampe in eine Stickstoffatmosphäre unter Erwärmen auf 130°C mit 300 mJ/cm² UV-Licht belichtet, wodurch die stabförmigen Flüssigkristallmoleküle polymerisiert wurden. Auf diese Weise wurde ein optisch anisotropes Element hergestellt.
Die Dicke der Flüssigkristallschicht betrug 5,3 μm, die bei einer Wellenlänge von 550 nm gemessen Verzögerung betrug 860 nm, und der Verdrillungswinkel der Flüssigkristallmoleküle betrug 240°.
BEISPIEL 8
Als transparenter Träger wurde eine Cellulosetriacetatfolie verwendet (Dicke: 100 μm, Grösse: 270 mm × 100 mm, FUJI TAC, Fuji Photo Film Co., Ltd.).
Das unten gezeigte Polyimid wurde in einem gemischten Lösungsmittel aus N-Methyl-2-pyrrolidon und 2-Butanon in einer Menge von 5 Gew.% aufgelöst. Die hergestellte Lösung wurde unter Verwendung eines Stabbeschichters auf den transparenten Träger aufgebracht. Nachdem die aufgebrachte Lösung durch Aufblasen von Luft bei 80°C für 10 Minuten getrocknet worden war, wurde die Oberfläche der erzeugten Schicht einer Reibbehandlung unterworfen, wodurch eine Ausrichtungsschicht hergestellt wurde. Polyimid-Wiederholungseinheit:
Die Ausrichtungsschicht wurde mit der Beschichtungslösung, die die folgenden Komponenten enthielt, nach dem Extrusionsbeschichtungsverfahren beschichtet. Durch Erwärmen der aufgebrachten Lösung auf 130°C wurden die diskotischen Flüssigkristallmoleküle ausgerichtet.
Diskotisches Flüssigkristallmolekül (1):
Die hergestellte Schicht wurde unter Erwärmen auf 130°C für 4 Sekunden mit UV-Licht bestrahlt, wodurch die terminale Vinylgruppe der diskotischen Flüssigkristallmoleküle polymerisiert und die Ausrichtung fixiert wurden. Auf diese Weise wurde ein optisch anisotropes Element hergestellt. Die Verzögerung in der Fläche (Re) des Elements wurde zur Bestimmung der Winkelabhängigkeit von Re gemessen, wodurch der durchschnittliche Neigungswinkel der diskotischen Flüssigkristallmoleküle zu 89° bestimmt wurde. Ferner wurde die Ausrichtung der diskotischen Flüssigkristallmoleküle mittels eines Polarisationsmikroskops beobachtet, und dadurch wurde bestätigt, dass alle Moleküle gleichförmig und ohne jeglichen Defekt in einer Monodomänenausrichtung ausgerichtet waren.
BEISPIEL 9
Herstellung eines optischen Kompensationsblattes:
Als transparenter Träger wurde eine Cellulosetriacetatfolie verwendet (Dicke: 100 μm, Format: 270 mm × 100 mm, FUJI TAC, Fuji Photo Film Co., Ltd.).
Das folgende Acrylsäure-Copolymer und Triethylamin wurden in einem gemischten Lösungsmittel aus Methanol und Wasser aufgelöst, wodurch eine 5 Gew.%-ige Lösung hergestellt wurde. Das Gewichtsverhältnis von Triethylamin zu Acrylsäure-Copolymer betrug 20 Gew.% und das Volumenverhältnis von Methanol zu Wasser war 30:70. Die hergestellte Lösung wurde unter Verwendung eines Stabbeschichters auf den transparenten Träger aufgebracht, wodurch eine Schicht mit einer Dicke von 1 μm hergestellt wurde. Nach 10-minütigem Trocknen der aufgebrachten Lösung durch Aufblasen von Luft bei 100°C wurde die Oberfläche der hergestellten Schicht einer Reibbehandlung unterworfen, wodurch eine Ausrichtungsschicht hergestellt wurde. Acrylsäure-Copolymer:
Die Ausrichtungsschicht wurde mit der Beschichtungslösung mit den folgenden Komponenten nach dem Extrusionsbeschichtungsverfahren beschichtet. Durch Erwärmen der aufgebrachten Lösung auf 130°C wurden die diskotischen Flüssigkristallmoleküle ausgerichtet.
Diskotisches Flüssigkristallmolekül (2):
Chiralitätsmittel:
Polymerisierbarer Weichmacher:
Fotopolymerisationsinitiator:
Die hergestellte Schicht wurde für 4 Sekunden unter Erwärmen auf 130°C mit UV-Licht bestrahlt, wodurch die terminalen Vinylgruppen der diskotischen Flüssigkristallmoleküle polymerisiert und die Ausrichtung fixiert wurden. Auf diese Weise wurde ein optisches Kompensationsblatt hergestellt.
Die Verzögerung des hergestellten optischen Kompensationsblattes, gemessen bei einer Wellenlänge von 550 nm, betrug 880 nm. Der Verdrillungswinkel der diskotischen Flüssigkristallmoleküle betrug 240°. Ferner wurde die Ausrichtung der diskotischen Flüssigkristallmoleküle mit einem Polarisationsmikroskop beobachtet, wodurch bestätigt wurde, dass alle Moleküle gleichförmig in einer Monodomänenausrichtung ausgerichtet waren.
Getrennt davon wurde ein optisches Kompensationsblatt in der gleichen Weise wie oben beschrieben hergestellt, ausser dass kein Chiralitätsmittel verwendet wurde. Die diskotischen Flüssigkristallmoleküle waren in dem hergestellten optischen Kompensationsblatt vertikal ausgerichtet, aber nicht verdrillt. Der Verzögerungswert (Re) wurde unter Verwendung eines Ellipsometers bei einer Wellenlänge von 550 nm gemessen. Der durchschnittliche Neigungswinkel, berechnet aus dem gemessenen Verzögerungswert, betrug 85–90°.
Herstellung einer Flüssigkristallanzeige:
Eine STN-Flüssigkristallzelle (Verdrillungswinkel: 240°, Δnd: 880 nm) wurde hergestellt. Unabhängig davon wurden zwei optische Kompensationsblätter, wie in Anwendungsbeispiel 1 hergestellt, so laminiert, dass ihre optisch anisotropen Schichtseiten einander gegenüberlagen und der Direktor (Richtung der Normallinie der diskotischen Kernfläche) der diskotischen Flüssigkristallmoleküle in einem Blatt mit demjenigen der Flüssigkristallmoleküle in dem anderen Blatt identisch waren. Die so laminierten optischen Kompensationsblätter wurden am Boden der STN-Flüssigkristallzelle so bereitgestellt, dass der Direktor der diskotischen Flüssigkristallmoleküle in den Blättern in der gleichen Richtung wie der Direktor der stabförmigen Flüssigkristallmoleküle in der Zelle entlang der Grenzfläche zwischen Zelle und den Blättern angeordnet sein konnte. Dann wurde ein Paar Polarisationsplatten in gekreuzter Nicol-Anordnung bereitgestellt, wodurch eine Flüssigkristallanzeige im STN-Modus hergestellt wurde.
Die hergestellte Flüssigkristallanzeige wurde mit einer Flüssigkristallanzeige verglichen, die kein optisches Kompensationsblatt aufwies, und dadurch wurde bestätigt, dass das optische Kompensationsblatt den Blickwinkel der Flüssigkristallzelle deutlich vergrössert.
BEISPIEL 10
Herstellung eines optisch anisotropen Elements:
Als transparenter Träger wurde eine Cellulosetriacetatfolie verwendet (Dicke: 100 μm, Format: 270 mm × 100 mm, FUJI TAC, Fuji Photo Film Co., Ltd.).
Das in Beispiel 1 verwendete Polyimid wurde in einem gemischten Lösungsmittel aus N-Methyl-2-pyrrolidon und 2-Butanon in einer Menge von 5 Gew.% aufgelöst. Die hergestellte Lösung wurde mittels eines Stabbeschichters auf den transparenten Träger aufgebracht. Nach 10-minütigem Trocknen der aufgebrachten Lösung durch Aufblasen von Luft bei 80°C wurde die Oberfläche der hergestellten Schicht einer Reibbehandlung unterworfen, wodurch eine Ausrichtungsschicht hergestellt wurde.
Die Ausrichtungsschicht wurde mit der Beschichtungslösung mit den folgenden Komponenten nach dem Extrusionsbeschichtungsverfahren beschichtet. Durch Erwärmen der aufgebrachten Lösung auf 130°C wurden die diskotischen Flüssigkristallmoleküle ausgerichtet.
Während die hergestellte Schicht auf 130°C erwärmt wurde, wurde nichtpolarisierte parallele Strahlung mit 365 nm, die von einer Extrahochdruck-Quecksilberlampe (500 W) emittiert wurde, für 1 Minute aufgestrahlt (Einfallswinkel zur Oberfläche des Trägers: 60°, Azimuthwinkel: parallel zur Reibrichtung).
Die Lichtquelle wurde durch eine Metallhalogenidlampe ausgetauscht, und dann wurde für 10 Sekunden UV-Strahlung aufgestrahlt, so dass die terminalen Vinylgruppen der diskotischen Flüssigkristallmoleküle polymerisiert und die Ausrichtung fixierten wurden. Auf diese Weise wurde ein optisch anisotropes Element hergestellt.
Die Verzögerung in der Fläche (Re) des Elements wurde zur Bestimmung der Winkelabhängigkeit von Re gemessen, woraus der durchschnittliche Neigungswinkel der diskotischen Flüssigkristallmoleküle zu 70° bestimmt wurde. Ferner wurde die Ausrichtung der diskotischen Flüssigkristallmoleküle mittels eines Polarisationsmikroskops beobachtet, wodurch bestätigt wurde, dass alle Moleküle ohne jeglichen Defekt gleichförmig in Monodomänenausrichtung ausgerichtet waren.
Diese Messung wurde zweimal wiederholt. Obwohl eine geringe Schwankung des durchschnittlichen Neigungswinkels (70 ± 2°) festgestellt wurde, wurde als Ergebnis kein Defekt der Ausrichtung in irgendeine Messung beobachtet.
VERGLEICHSBEISPIEL 3
Die Vorgehensweise aus Beispiel 10 wurde wiederholt, ausser dass die Verbindung (45) nicht verwendet wurde, wodurch ein optisch anisotropes Element hergestellt wurde.
Die Verzögerung in der Fläche (Re) des Elements wurde zur Bestimmung der Winkelabhängigkeit von Re gemessen, aus der der durchschnittliche Neigungswinkel der diskotischen Flüssigkristallmoleküle zu 78° bestimmt wurde. Ferner wurde die Ausrichtung der diskotischen Flüssigkristallmoleküle mittels eines Polarisationsmikroskops beobachtet, wobei zahlreiche inselartige Ausrichtungsdefekte gefunden wurden.
BEISPIEL 11
Die Vorgehensweise aus Beispiel 10 wurde wiederholt, ausser dass eine kommerziell erhältliche Polyimid-Ausrichtungsschicht (SE-150, Nissan Chemicals Co., Ltd.) verwendet wurde, wodurch ein optisch anisotropes Element hergestellt wurde.
Die Verzögerung in der Fläche (Re) des Elements wurde zur Bestimmung der Winkelabhängigkeit von Re gemessen, aus der der durchschnittliche Neigungswinkel der diskotischen Flüssigkristallmoleküle zu 40° bestimmt wurde. Ferner wurde die Ausrichtung der diskotischen Flüssigkristallmoleküle mittels eines Polarisationsmikroskops beobachtet, wodurch bestätigt wurde, dass alle Moleküle gleichförmig ohne jeden Defekt in Monodomänenausrichtung ausgerichtet waren.
VERGLEICHSBEISPIEL 4
Die Vorgehensweise aus Beispiel 11 wurde wiederholt, ausser dass die Verbindung (45) nicht verwendet wurde, wodurch ein optisch anisotropes Element hergestellt wurde.
Die Verzögerung in der Fläche (Re) des Elements wurde zur Bestimmung der Winkelabhängigkeit von Re gemessen, aus der der durchschnittliche Neigungswinkel der diskotischen Flüssigkristallmoleküle zu 20° bestimmt wurde. Ferner wurde die Ausrichtung der diskotischen Flüssigkristallmoleküle mittels eines Polarisationsmikroskops beobachtet, wodurch bestätigt wurde, dass alle Moleküle gleichförmig ohne jeden Defekt in Monodomänenausrichtung ausgerichtet waren.
BEISPIEL 12
Vollständig verseifter Polyvinylalkohol (Polymerisationsgrad: 500) und 4-(4-Hexylphenylazo)phenoxyacetylchlorid wurden in ein gemischtes Lösungsmittel aus Dimethylformamid und Benzol gegeben und für 5 Stunden erwärmt, wodurch der folgende denaturierte Polyvinylalkohol, der Azobenzol-Wiederholungseinheiten in einer Menge von 16 Gew.% enthielt, hergestellt wurde. Denaturierter Polyvinylalkohol:
Die Vorgehensweise aus Beispiel 10 wurde wiederholt, ausser dass eine Ausrichtungsschicht aus dem oben hergestellten, denaturierten Polyvinylalkohol nicht durch Durchführung der Reibbehandlung, sondern durch Aufbringen von UV-Strahlung aus der Extrahochdruck-Quecksilberlampe für 3 Minuten hergestellt wurde, wodurch ein optisch anisotropes Element hergestellt wurde.
Die Verzögerung in der Fläche (Re) des Elements wurde zur Bestimmung der Winkelabhängigkeit von Re gemessen, aus der der durchschnittliche Neigungswinkel der diskotischen Flüssigkristallmoleküle zu 58° bestimmt wurde. Ferner wurde die Ausrichtung der diskotischen Flüssigkristallmoleküle mittels eines Polarisationsmikroskops beobachtet, wodurch bestätigt wurde, dass alle Moleküle gleichförmig ohne jeden Defekt in Monodomänenausrichtung ausgerichtet waren.
BEISPIEL 13
Die Vorgehensweise aus Beispiel 12 wurde wiederholt, ausser dass das Licht aus der Extrahochdruck-Quecksilberlampe für 3 Minuten aufgebracht wurde (Einfallswinkel zur Oberfläche des Trägers: 60°, Azimuthwinkel: 45°), während die Schicht auf 130°C erwärmt wurde, wodurch ein optisch anisotropes Element hergestellt wurde.
Die Verzögerung in der Fläche (Re) des Elements wurde zur Bestimmung der Winkelabhängigkeit von Re gemessen, aus der der durchschnittliche Neigungswinkel der diskotischen Flüssigkristallmoleküle zu 58° bestimmt wurde. Ferner wurde die Ausrichtung der diskotischen Flüssigkristallmoleküle mittels eines Polarisationsmikroskops beobachtet, wodurch bestätigt wurde, dass alle Moleküle gleichförmig ohne jeden Defekt in Monodomänenausrichtung ausgerichtet waren. Wenn die Achse der gekreuzten Nickols parallel zur Hauptachse des Trägers plaziert wurde, war das Element am hellsten. Wenn die Achse der gekreuzten Nickols andererseits in einem Winkel von 45° zur Hauptachse des Trägers plaziert wurde, trat kein Licht durch das Element hindurch.

Claims

Flüssigkristallzusammensetzung, die flüssigkristalline Moleküle und eine die Ausrichtung fördernde Verbindung der Formel (I) in einer Menge von 0,01 bis 20 Gew.-%, bezogen auf die Menge der flüssigkristallinen Moleküle umfasst: (Hb-L¹-Cy¹-L²-)_nCy² (I)worin Hb eine hydrophobe Gruppe ist, die man aus der Gruppe bestehend aus einer Alkylgruppe mit 4 bis 40 Kohlenstoffatomen, einer substituierten Alkylgruppe mit 4 bis 40 Kohlenstoffatomen, einer Alkenylgruppe mit 4 bis 40 Kohlenstoffatomen, einer substituierten Alkenylgruppe mit 4 bis 40 Kohlenstoffatomen, einer Alkinylgruppe mit 4 bis 40 Kohlenstoffatomen, einer substituierten Alkinylgruppe mit 4 bis 40 Kohlenstoffatomen, einer Arylgruppe mit 6 bis 40 Kohlenstoffatomen, einer substituierten Arylgruppe mit 6 bis 40 Kohlenstoffatomen oder einer aliphatisch substituierten Oligosiloxanoxigruppe mit 1 bis 40 Kohlenstoffatomen auswählt; L¹ eine Einfachbindung oder eine zweiwertige Verknüpfungsgruppe ist, die man aus der Gruppe bestehend aus einer Alkylengruppe, einer fluorsubstituierten Alkylengruppe, -O-, -S-, -CO-, -NR-, -SO₂- und einer Kombination derselben auswählt, und R Wasserstoff oder eine Alkylgruppe mit 1 bis 30 Kohlenstoffatomen ist; Cy¹ eine zweiwertige cyclische Gruppe ist; L² eine Einfachbindung oder eine zweiwertige Verknüpfungsgruppe ist, die man aus der Gruppe bestehend aus einer Alkylengruppe, einer Alkenylengruppe, einer Alkinylengruppe, -O-, -S-, -CO-, -NR-, -SO₂- und einer Kombination derselben auswählt, und R Wasserstoff oder eine Alkylgruppe mit 1 bis 30 Kohlenstoffatomen ist; n eine ganze Zahl von 2 bis 12 ist; und Cy² eine n-wertige cyclische Gruppe ist.
Flüssigkristallzusammensetzung gemäß Anspruch 1, worin Hb eine fluorsubstituierte Alkylgruppe mit 4 bis 40 Kohlenstoffatomen, eine Alkylgruppe mit 6 bis 40 Kohlenstoffatomen oder eine fluorsubstituierte Arylgruppe mit 6 bis 40 Kohlenstoffatomen ist.
Flüssigkristallzusammensetzung gemäß Anspruch 1, worin n eine ganze Zahl von 3 bis 9 ist.
Flüssigkristallzusammensetzung gemäß Anspruch 1, worin die (-Cy¹-L²-)_nCy² entsprechende Einheit in der Formel (I) eine n-wertige Gruppe ist, die einen ausgeschlossenen Volumeneffekt zeigt.
Flüssigkristallzusammensetzung gemäß Anspruch 1, worin jede unter Cy¹ und Cy² unabhängig voneinander eine aromatische Gruppe oder eine heterocyclische Gruppe ist.
Flüssigkristallzusammensetzung gemäß Anspruch 5, worin Cy¹ eine zweiwertige aromatische Gruppe ist.
Flüssigkristallzusammensetzung gemäß Anspruch 6, worin die zweiwertige aromatische Gruppe des Restes Cy¹ mit einem anderen aromatischen Ring durch eine Einfachbindung, Vinylenbindung oder Ethinylenbindung verbunden ist, oder mit einem anderen aromatischen Ring kondensiert ist.
Flüssigkristallzusammensetzung gemäß Anspruch 5, worin Cy² eine n-wertige aromatische Gruppe ist.
Flüssigkristallzusammensetzung gemäß Anspruch 1, worin die durch Cy¹ und Cy² dargestellten cyclischen Gruppen als ganzes eine planare Molekülstruktur bilden.
Flüssigkristallzusammensetzung gemäß Anspruch 1, worin die (-Cy¹-L²-)_nCy² entsprechende Einheit in der Formel (I) eine lichtempfindliche Gruppe enthält, die ihre chemische Struktur beim Absorbieren von Lichtenergie ändert.
Flüssigkristallzusammensetzung gemäß Anspruch 10, worin die lichtempfindliche Gruppe eine Doppelbindung enthält, die man aus der Gruppe bestehend aus C=C, C=N und N=N auswählt.
Flüssigkristallzusammensetzung gemäß Anspruch 10, worin die lichtempfindliche Gruppe eine aromatische Azogruppe ist.
Flüssigkristallzusammensetzung gemäß Anspruch 1, worin die Flüssigkristallmoleküle diskotische Flüssigkristallmoleküle sind.
Flüssigkristallzusammensetzung gemäß Anspruch 1, worin die Flüssigkristallmoleküle stabartige Flüssigkristallmolekülesind.
Flüssigkristallzusammensetzung gemäß Anspruch 1, worin die Flüssigkristallmoleküle polymerisierbare Gruppen aufweisen.
Optisch anisotropes Element, das eine Flüssigkristallschicht, die Flüssigkristallmoleküle umfasst, und eine Orientierungsschicht umfasst, die auf einer Seite der Flüssigkristallschicht vorgesehen ist, worin die Flüssigkristallschicht ferner eine ausrichtungsfördernde Verbindung der Formel (I) in einer Menge von 0,005 bis 0,5 g/m² aufweist: (Hb-L¹-Cy¹-L²-)_nCy² (I)worin Hb eine hydrophobe Gruppe ist, die man aus der Gruppe bestehend aus einer Alkylgruppe mit 4 bis 40 Kohlenstoffatomen, einer substituierten Alkylgruppe mit 4 bis 40 Kohlenstoffatomen, einer Alkenylgruppe mit 4 bis 40 Kohlenstoffatomen, einer substituierten Alkenylgruppe mit 4 bis 40 Kohlenstoffatomen, einer Alkinylgruppe mit 4 bis 40 Kohlenstoffatomen, einer substituierten Alkinylgruppe mit 4 bis 40 Kohlenstoffatomen, einer Arylgruppe mit 6 bis 40 Kohlenstoffatomen, einer substituierten Arylgruppe mit 6 bis 40 Kohlenstoffatomen oder einer aliphatisch substituierten Oligosiloxanoxigruppe mit 1 bis 40 Kohlenstoffatomen auswählt; L¹ eine Einfachbindung oder eine zweiwertige Verknüpfungsgruppe ist, die man aus der Gruppe bestehend aus einer Alkylengruppe, einer fluorsubstituierten Alkylengruppe, -O-, -S-, -CO-, -NR-, -SO₂- und einer Kombination derselben auswählt, und R Wasserstoff oder eine Alkylgruppe mit 1 bis 30 Kohlenstoffatomen ist; Cy¹ eine zweiwertige cyclische Gruppe ist; L² eine Einfachbindung oder eine zweiwertige Verknüpfungsgruppe ist, die man aus der Gruppe bestehend aus einer Alkylengruppe, einer Alkenylengruppe, einer Alkinylengruppe, -O-, -S-, -CO-, -NR-, -SO₂- und einer Kombination derselben auswählt, und R Wasserstoff oder eine Alkylgruppe mit 1 bis 30 Kohlenstoffatomen ist; n eine ganze Zahl von 2 bis 12 ist; und Cy² eine n-wertige cyclische Gruppe ist.
Optisch anisotropes Element gemäß Anspruch 16, worin die Flüssigkristallmoleküle in einem mittleren Neigungswinkel von 50° bis 90° ausgerichtet sind.
Optisch anisotropes Element gemäß Anspruch 16, worin die Flüssigkristallmoleküle ausgerichtet und polymerisiert sind unter Bewahrung der Ausrichtung.
Aromatische Verbindung der Formel (III): (Hb-L¹-Cy¹-L²-)_nAr (III)worin Hb eine Alkylgruppe mit 4 bis 40 Kohlenstoffatomen, eine substituierte Alkylgruppe mit 4 bis 40 Kohlenstoffatomen, eine Alkenylgruppe mit 4 bis 40 Kohlenstoffatomen, eine substituierte Alkenylgruppe mit 4 bis 40 Kohlenstoffatomen, eine Alkinylgruppe mit 4 bis 40 Kohlenstoffatomen, eine substituierte Alkinylgruppe mit 4 bis 40 Kohlenstoffatomen oder eine aliphatisch substituierte Oligosiloxanoxygruppe mit 1 bis 40 Kohlenstoffatomen ist; L¹ eine Einfachbindung oder eine zweiwertige Verknüpfungsgruppe ist, die man aus der Gruppe bestehend aus einer Alkylengruppe, einer fluorsubstituierten Alkylengruppe, -O-, -S-, -CO-, -NR-, -SO₂- und einer Kombination derselben auswählt, und R Wasserstoff oder eine Alkylgruppe mit 1 bis 30 Kohlenstoffatomen ist; Cy¹ eine zweiwertige aromatische Gruppe ist oder eine zweiwertige heterocyclische Gruppe ist; L² eine Einfachbindung oder eine zweiwertige Verknüpfungsgruppe ist, die man aus der Gruppe bestehend aus einer Alkylengruppe, einer Alkenylengruppe, einer Alkinylengruppe, -O-, -S-, -CO-, -NR-, -SO₂- und einer Kombination derselben auswählt, und R Wasserstoff oder eine Alkylgruppe mit 1 bis 30 Kohlenstoffatomen ist; n die ganze Zahl 2, 3, 4 oder 5 ist; und Ar eine n-wertige aromatische Kohlenwasserstoffgruppe ist.