液晶組合物及液晶顯示元件的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及一種液晶組合物、含有該組合物的液晶顯示元件等。尤其設及介電各 向異性為負的液晶組合物，W及含有該組合物且具有共面切換（in-plane switching, IPS)、垂直取向（vertical alignment，VA)、邊緣場切換（fringe field switching，FFS)、 電場感應光反應取向（field-induced photo-reactive alignment，FPA)等模式的液晶顯 示元件。本發明還設及一種聚合物穩定取向型的液晶顯示元件。
【背景技術】
[0002] 液晶顯示元件中，基于液晶分子的操作模式（operating mode)的分類為：相變 (phase change,PC)、扭轉向列（twisted nematic,TN)、超扭轉向列（S叩er twisted nematic，STN)、電控雙折射（electrically controlled birefringence，ECB)、光學補償彎 曲（optically compensated bend,OCB)、共面切換（in-plane switching,IPS)、垂直取向 (ve;rtical alignment，VA)、邊緣場切換化ringe Field Switching，FFS)、電場感應光反應 取向（field-induced曲oto-reactive alignment，FPA)等模式。基于元件的驅動方式的分 類為無源矩陣(passive mahixJM)與有源矩陣(active ma1:;rix，AM) 被分類為靜態式 (static)、多工式(multiplex)等，AM被分類為薄膜晶體管（thin film transistor，TFT)、 金屬-絕緣體-金屬（metal insulator metal，MIM)等。TFT的分類為非晶娃（amo;rphous silicon) W及多晶娃(polyc巧Stal si I icon)。后者根據制造步驟而分類為高溫型與低溫 型。基于光源的分類為利用自然光的反射型、利用背光的透過型、W及利用自然光與背光兩 個的半透過型。
[0003] 液晶顯示元件含有具有向列相的液晶組合物。該組合物具有適當的特性。通過提 高該組合物的特性，可獲得具有良好特性的AM元件。將兩個的特性中的關聯歸納于下述表1 中。基于市售的AM元件來對組合物的特性進一步進行說明。向列相的溫度范圍與元件可使 用的溫度范圍相關聯。向列相的優選的上限溫度為約70°C W上，而且向列相的優選的下限 溫度為約-l〇°C W下。組合物的粘度與元件的響應時間相關聯。為了 W元件顯示動態圖像， 優選為響應時間短。理想為短于1毫秒的響應時間。因此，優選為組合物的粘度小。更優選為 低溫下的粘度小。
[0004] 表1.組合物與AM元件的特性
[0005] 1)可縮短向液晶顯示元件中注入組合物的時間
[0006]
[0007]組合物的光學各向異性與元件的對比度比相關聯。根據元件的模式而需要大的光 學各向異性或者小的光學各向異性，即適當的光學各向異性。組合物的光學各向異性（An) 與元件的單元間隙（d)的積（AnXd)被設計成使對比度比為最大。適當的積的值依存于操 作模式的種類。在VA模式的元件中，該值為約0.30皿至約0.40皿的范圍，巧PS模式或者FFS 模式的元件中，該值為約0.20WI1至約0.30皿的范圍。在運些情況下，對單元間隙小的元件而 言優選為具有大的光學各向異性的組合物。組合物中的大的介電各向異性有助于元件中的 低闊電壓、小的消耗電力與大的對比度比。因此，優選為大的介電各向異性。組合物中的大 的比電阻有助于元件的大的電壓保持率與大的對比度比。因此，優選為在初始階段中不僅 在室溫下，而且在高溫下也具有大的比電阻的組合物。優選為在長時間使用后，不僅在室溫 下，而且在高溫下也具有大的比電阻的組合物。組合物對紫外線及熱的穩定性與元件的壽 命相關聯。該穩定性高時，元件的壽命長。如上所述的特性對液晶投影機、液晶電視等中使 用的AM元件而言優選。
[000引聚合物穩定取向（PSA;polymer sustained alignment)型的液晶顯示元件中，使 用含有聚合物的液晶組合物。首先，將添加有少量聚合性化合物的組合物注入至元件中。繼 而，一邊對該元件的基板之間施加電壓，一邊對組合物照射紫外線。聚合性化合物進行聚合 而在組合物中生成聚合物的網眼結構。該組合物中，可利用聚合物來控制液晶分子的取向， 因此元件的響應時間縮短，圖像的殘像得W改善。具有TN、ECB、OCB、IPS、VA、FFS、FPA之類的 模式的元件可期待聚合物的所述效果。
[0009]具有T飾莫式的AM元件中使用具有正的介電各向異性的組合物。具有VA模式的AM元 件中使用具有負的介電各向異性的組合物。具有IPS模式或者FR5模式的AM元件中使用具有 正或負的介電各向異性的組合物。聚合物穩定取向（PSA;polymer sustained alignment) 型的AM元件中使用具有正或負的介電各向異性的組合物。具有負的介電各向異性的液晶組 合物的例子掲示于如下的專利文獻1中。
[0010][現有技術文獻]
[0011] [專利文獻]
[0012] [專利文獻1]國際公開號

【發明內容】

[0013] 發明要解決的課題
[0014] 本發明的其中一個目的為一種液晶組合物，其在向列相的高上限溫度、向列相的 低下限溫度、小的粘度、適當的光學各向異性、大的負介電各向異性、大的比電阻、對紫外線 的高穩定性、對熱的高穩定性等特性中，滿足至少一種特性。另一目的為一種在至少兩種特 性之間具有適當平衡的液晶組合物。另一目的為一種含有此種組合物的液晶顯示元件。又 一目的為一種具有短的響應時間、大的電壓保持率、低的闊電壓、大的對比度比、長的壽命 等特性的AM元件。
[0015] 解決問題的技術手段
[0016] 本發明為一種液晶組合物、W及含有該組合物的液晶顯示元件，所述液晶組合物 含有選自式（1)所親示的化合物的紐群中的牽々一種化合物，而且具有負的介電各向異性。
[0017]
(1)
[0018] 式（1)中，Ri為碳數1至12的烷基、碳數1至12的烷氧基、碳數2至12的締基、或者至 少一個氨經氣所取代的碳數2至12的締基;a為0至12的整數。
[0019] 發明的效果
[0020] 本發明的優點為一種液晶組合物，其在向列相的高上限溫度、向列相的低下限溫 度、小的粘度、適當的光學各向異性、大的負介電各向異性、大的比電阻、對紫外線的高穩定 性、對熱的高穩定性等特性中，滿足至少一種特性。另一優點為一種在至少兩種特性之間具 有適當平衡的液晶組合物。另一優點為一種含有此種組合物的液晶顯示元件。又一優點為 一種具有短的響應時間、大的電壓保持率、低的闊電壓、大的對比度比、長的壽命等特性的 AM元件。
【具體實施方式】
[0021] 該說明書中的用語的使用方法如下所述。有時將"液晶組合物"W及"液晶顯示元 件"的用語分別簡稱為"組合物"W及"元件"。液晶顯示元件為液晶顯示面板W及液晶顯示 模塊的總稱。液晶性化合物是具有向列相、層列相（smeCti C地ase)等液晶相的化合物，W 及雖不具有液晶相，但出于調節向列相的溫度范圍、粘度、介電各向異性之類的特性的目的 而混合于組合物中的化合物的總稱。該化合物具有例如1,4-亞環己基或1,4-亞苯基之類的 六員環，其分子結構為棒狀(rod like)。聚合性化合物是出于使組合物中生成聚合物的目 的而添加的化合物。
[0022] 液晶組合物是通過將多種液晶性化合物進行混合來制備。液晶性化合物的比例 (含量)是由基于該液晶組合物的重量的重量百分率(重量％)所表示。在該組合物中視需要 添加光學活性化合物、抗氧化劑、紫外線吸收劑、色素、消泡劑、聚合性化合物、聚合引發劑、 聚合抑制劑之類的添加物。添加物的比例（添加量)是與液晶性化合物的比例同樣地，由基 于液晶組合物的重量的重量百分率(重量％ )所表示。有時也使用重量百萬分率(ppm)。聚合 引發劑W及聚合抑制劑的比例是例外地基于聚合性化合物的重量來表示。
[0023] 有時將"向列相的上限溫度"簡稱為"上限溫度"。有時將"向列相的下限溫度"簡稱 為"下限溫度"。"比電阻大"是指組合物在初始階段中不僅在室溫下，而且在接近于向列相 的上限溫度的溫度下也具有大的比電阻，并且在長時間使用后不僅在室溫下，而且在接近 于向列相的上限溫度的溫度下也具有大的比電阻。"電壓保持率大"是指元件在初始階段中 不僅在室溫下，而且在接近于向列相的上限溫度的溫度下也具有大的電壓保持率，并且在 長時間使用后不僅在室溫下，而且在接近于向列相的上限溫度的溫度下也具有大的電壓保 持率。"提高介電各向異性"的表述在介電各向異性為正的組合物時，是指其值正向地增加， 在介電各向異性為負的組合物時，是指其值負向地增加。
[0024] "至少一個'A'可經'B'所取代"的表述是指'A'的數量為任意。當'A'的數量為1個 時，'A'的位置為任意，當'A'的數量為2個W上時，它們的位置也可無限制地選擇。該規則也 適用于"至少一個'A'經'B'所取代"的表述。
[0025] 式（1)至式(5)中，W六角形包圍的A、B、C等記號分別對應于環A、環B、環C等。式巧） 中，橫切環K的六角形的斜線是指Pi-Spi基可任意地選擇環上的鍵結位置。該規則也適用于 環L等的P 2-Sp2基等。h等下標表示鍵結于環K等的基的數量。在h為2時，環K上存在2個Pi-Spi 基。pi-Spi所表示的2個基可相同，或者也可不同。該規則也適用于h大于2時的任意的2個基。 該規則也適用于其他的基。有時將式（1)所表示的化合物簡稱為化合物（1)。該略記也適用 于式(2)等所表示的化合物。化合物（1)是指式（1)所表示的1種化合物或者巧巾W上的化合 物。成分化合物的化學式中，將末端基R 2的記號用于多種化合物。運些化合物中，任意的2個 R2所表示的2個基可相同，或者也可不同。例如，有化合物（2-1)的R2為乙基，且化合物(2-2) 的R 2為乙基的情況。也有化合物(2-1)的R2為乙基，而化合物（2-2)的R2為丙基的情況。該規 貝IJ也適用于其他末端基等的記號。式(2)中，當b為2時，存在2個環A。該化合物中，2個環A所 表示的2個環可相同，或者也可不同。當b大于2時，該規則也適用于任意的2個環A。該規則也 適用于Z\環D等記號。
[00%] 2-氣-1,4-亞苯基是指下述的2個二價基。化學式中，氣可為朝左化），也可為朝右 (R)。該規則也適用于四氨化喃-2,5-二基之類的非對稱的環的二價基。
[002/
[0028] 本發明為下述項等。
[0029] 項1. 一種液晶組合物，其含有選自式（1)所表示的化合物的組群中的至少一種化 合物作責笛一成4V.而日且右債的A由義向見化.
[0030： (1)
[0031] 式（1)中，Ri為碳數1至12的烷基、碳數1至12的烷氧基、碳數2至12的締基、或者至 少一個氨經氣所取代的碳數2至12的締基;a為0至12的整數。
[0032] 項2.根據項1所述的液晶組合物，其中基于液晶組合物的重量，第一成分的比例為 3重量％至30重量％的范圍。
[0033] 項3.根據項1或項2所述的液晶組合物，其含有選自式(2)所表示的化合物的組群 中的至少一種化合物作為第二成分，
[0034]
P)
[0035] 式(2)中，護及R3獨立地為碳數I至12的烷基、碳數I至12的烷氧基、碳數2至12的締 基、碳數2至12的締氧基、至少一個氨經氣所取代的碳數1至12的烷基、或者至少一個氨經氣 所取代的碳數2至12的締基；環A及環C獨立地為1,4-亞環己基、1,4-亞環己締基（1,4-cyclohexenylene)、l，4-亞苯基、至少一個氨經氣或氯所取代的1,4-亞苯基、或者四氨化 喃-2，5-二基;環B為2，3-二氣-1，4-亞苯基、2-氯-3-氣-1，4-亞苯基、2，3-二氣-5-甲基-1， 4-亞苯基、3，4,5-S氣糞-2,6-二基、或者7 ,8-二氣色原燒-2,6-二基（7,8-山;1^111〇1'〇。虹〇1]1曰]16-2,6-(1171);13為1、2或3;。為0或1;而且13與。的和為3^下。
[0036] 項4.根據項1至項3中任一項所述的液晶組合物，其含有選自式(2-1)至式(2-11) 所表示的化合物的組群中的至少一種化合物作為第二成分，
[0037]
[003引式(2-1)至式(2-11)中，R2及R3獨立地為碳數1至12的烷基、碳數1至12的烷氧基、碳 數2至12的締基、碳數2至12的締氧基、至少一個氨經氣所取代的碳數1至12的烷基、或者至 少一個氨經氣所取代的碳數2至12的締基。
[0039] 項5.根據項3或項4所述的液晶組合物，其中基于液晶組合物的重量，第二成分的 比例為5重量％至70重量％的范圍。
[0040] 項6.根據項1至項5中任一項所述的液晶組合物，其還含有選自式(3)所表示的化 合物的組群中的至少一種化合物作為第=成分，
[0041 ] 辮)'
[0042] 式(3)中，R4及R5獨立地為碳數I至12的烷基、碳數I至12的烷氧基、碳數2至12的締 基、至少一個氨經氣所取代的碳數1至12的烷基、或者至少一個氨經氣所取代的碳數2至12 的締基;環D、環E及環F獨立地為1，4-亞環己基、1，4-亞苯基、2-氣-1，4-亞苯基、或者2，5-二 氣-1，4-亞苯基;Zi及Z 2獨立地為單鍵、-C出C出-、-C出0-、-OC出-、-COO-或者-OCO-; d為0、1或 2;此處，d為1時的環E為1，4-亞環己基