液晶組合物及液晶顯示元件的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)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 向異性為正的液晶組合物，W及含有該組合物且具有扭轉向列（twisted nematic,TN)、光 學補償彎曲（optically compensated bend,0CB)、共面切換（in-plane switching,IPS)、 邊緣場切換（fringe field switching，F(xiàn)FS)、或者電場感應光反應取向（field-induced photo-reactive alignment,FPA)的模式的有源矩陣（active matrix,AM)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，F(xiàn)FS)、電場感應光反應 取向（field-induced曲oto-reactive alignment，F(xiàn)PA)等模式?；谠尿寗臃绞降姆?類為無源矩陣(passive mahixJM)與有源矩陣(active ma1:;rix，AM) 被分類為靜態(tài)式 (static)與多工式(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(jù)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?shù)奶匦浴Ｍㄟ^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(lián)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(lián)。向列相的優(yōu)選的上限溫度為約70°C W上，而且向列相的優(yōu)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(lián)。為了 W元件顯示動態(tài)圖像， 優(yōu)選為響應時間短。理想為短于1毫秒的響應時間。因此，優(yōu)選為組合物的粘度小。更優(yōu)選為 低溫下的粘度小。組合物的彈性常數(shù)與元件的對比度相關聯(lián)。元件中，為了提高對比度，更 優(yōu)選為組合物的彈性常數(shù)大。
[0004] 表1.組合物與AM元件的特性
[0005]
[0006] I)可縮短向液晶顯示元件中注入組合物的時間
[0007] 組合物的光學各向異性與元件的對比度比相關聯(lián)。根據(jù)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?shù)墓鈱W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?shù)姆e的值依存于操 作模式的種類。在TN之類的模式的元件中，適當?shù)闹禐榧s0.45皿。該情況下，對單元間隙小 的元件而言優(yōu)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(yōu)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中的大的電壓保持率與大的對比度比。因此，優(yōu)選為在初始 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的組合 物。優(yōu)選為在長時間使用后，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 有大的比電阻的組合物。組合物對紫外線及熱的穩(wěn)定性與液晶顯示元件的壽命相關聯(lián)。運 些穩(wěn)定性高時，該元件的壽命長。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(yōu)選。
[0008] 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(wěn)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。具有正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。
[0009] [現(xiàn)有技術文獻]
[0010] 巧利文獻]
[0011] [專利文獻1]國際公開2011-030708號

【發(fā)明內容】

[0012] 發(fā)明要解決的課題
[001引本發(fā)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?shù)墓鈱W各向異性、大的介電各向異性、液晶分子的短軸方向的 大的介電常數(shù)、大的比電阻、對紫外線的高穩(wěn)定性、對熱的高穩(wěn)定性、大的彈性常數(shù)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。
[0014] 解決問題的技術手段
[0015] 本發(fā)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)所表示的化合物的組群中的至少一種化合物作為第一成分，而且具有正的 介電各向異性。
[0016]
(1)
[0017]式（1)中，Ri為碳數(shù)1至12的烷基、碳數(shù)1至12的烷氧基、碳數(shù)2至12的締基、或者至 少一個氨經氣所取代的碳數(shù)2至12的締基;a為0至12的整數(shù)。
[001引發(fā)明的效果
[0019] 本發(fā)明的優(yōu)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?shù)墓鈱W各向異性、大的介電各向異性、液晶分子的短軸方向的大的介電 常數(shù)、大的比電阻、對紫外線的高穩(wěn)定性、對熱的高穩(wěn)定性、大的彈性常數(shù)等特性中，滿足至 少一種特性。另一優(yōu)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(yōu)點 為一種含有此種組合物的液晶顯示元件。又一優(yōu)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】
[0020] 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（smectic phase)等液晶相的化合 物，W及雖不具有液晶相，但出于調節(jié)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(huán)己基或1,4-亞苯基 之類的六員環(huán)，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。有時將選自式（1)所表示的化合物的組群中的至少一種化合 物簡稱為"化合物（1)"。"化合物（1)"是指式（1)所表示的1種化合物或者巧中W上的化合物。 關于其他式所表示的化合物也相同。與"經取代"相關的"至少一個"是指不僅對于位置可無 限制地選擇，而且對于其個數(shù)也可無限制地選擇。
[0021] 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。在該液晶組合物中視 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(fā)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(fā)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。
[0022] 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。
[0023] "至少一個'A'可經'B'所取代"的表述是指'A'的數(shù)量為任意。當'A'的數(shù)量為1個 時，'A'的位置為任意，當'A'的數(shù)量為2個W上時，它們的位置也可無限制地選擇。該規(guī)則也 適用于"至少一個'A'經'B'所取代"的表述。
[0024] 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(huán)A、環(huán)B、環(huán)C等。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個基團可相同，或者也可不同。例如，有化合物(2)的R 2為乙基，且化合物(2-1)的R2為乙 基的情況。也有化合物(2)的R2為乙基，而化合物（2-1)的R 2為丙基的情況。該規(guī)則也適用于 R3 等記號。式(2)中，當b為2時，存在2個環(huán)A。該化合物中，2個環(huán)A所表示的2個環(huán)可相同， 或者也可不同。當b大于2時，該規(guī)則也適用于任意的2個環(huán)A。該規(guī)則也適用于Z 2、環(huán)C等。
[0025] 2-氣-1,4-亞苯基是指下述的2個二價基?；瘜W式中，氣可為朝左化），也可為朝右 (R)。該規(guī)則也適用于四氨化喃-2,5-二基之類的非對稱的環(huán)的二價基。
[0026]
[0027] 本發(fā)明為下述項等。
[0028] 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 合物作為第一成分，而且具有正的介電各向異性，
[0029]
(1)
[0030] 式（1)中，Ri為碳數(shù)1至12的烷基、碳數(shù)1至12的烷氧基、碳數(shù)2至12的締基、或者至 少一個氨經氣所取代的碳數(shù)2至12的締基;a為0至12的整數(shù)。
[0031] 項2.根據(jù)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。
[0032] 項3.根據(jù)項1或項2所述的液晶組合物，其還含有選自式(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，
[0033]
[0034] 巧甲，IT刃厭數(shù)1生U的婉巷、厭數(shù)1生U的婉'氧巷、現(xiàn)者厭數(shù)生U的棘基；環(huán)A 及環(huán)B獨立地為1，4-亞環(huán)己基、1，4-亞苯基、2-氣-1，4-亞苯基、2，3-二氣-1，4-亞苯基、2，6-二氣-1，4-亞苯基、喀晚-2，5-二基、1，3-二惡燒-2，5-二基、或者四氨化喃-2，5-二基;Zi及Z 2 獨立地為單鍵、亞乙基、幾基氧基、或者二氣亞甲基氧基;乂1心2、護心4及滬獨立地為氨或氣； Yi為氣、氯、至少一個氨經面素所取代的碳數(shù)I至12的烷基、或者至少一個氨經面素所取代 的碳數(shù)1至12的烷氧基;b及C獨立地為0、1、2或3;而且b與C的和為2或3。
[0035] 項4.根據(jù)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(2-8)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，
[0036]
[0037] 式（2-1)至式（2-8)中，R2為碳數(shù)1至12的烷基、碳數(shù)1至12的烷氧基、或者碳數(shù)2至 12的締基。
[0038] 項5.根據(jù)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50重量％的范圍。
[0039] 項6.根據(jù)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，
[0040]
[0041] 式(3)中，R3及R4獨立地為碳數(shù)1至12的烷基、碳數(shù)1至12的烷氧基、碳數(shù)2至12的締 基、至少一個氨經面素所取代的碳數(shù)1至12的烷基、或者至少一個氨經氣所取代的碳數(shù)2至 12的締基;環(huán)C、環(huán)D及環(huán)閲蟲立地為1,4-亞環(huán)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;Z 3及Z4獨立地為單鍵、亞乙基、亞甲