液晶組合物及液晶顯示元件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種液晶組合物、含有所述組合物的液晶顯示元件等。尤其涉及一種 介電各向異性為正的液晶組合物，以及含有所述組合物且具有扭轉(zhuǎn)向列（twisted nematic，TN)、光學補償彎曲（optically compensated bend，0CB)、面內(nèi)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，F(xiàn)PA)的模式的有源矩陣（active matrix， AM)元件。
【背景技術(shù)】
[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(zhuǎn)向列（twisted nematic，TN)、超扭轉(zhuǎn)向列（super twisted nematic，STN)、電控雙折射（electrically controlled birefringence，ECB)、光學補償彎 曲（optically compensated bend，0CB)、面內(nèi)切換（in-plane switching，IPS)、垂直取向 (vertical alignment，VA)、邊緣場切換(Fringe Field Switching，F(xiàn)FS)、電場感應光反應 取向（field-induced photo-reactive alignment，F(xiàn)PA)等模式。基于元件的驅(qū)動方式的分 類為無源矩陣(passive matrix，PM)與有源矩陣(active matrixJMhPM被分類為靜態(tài)式 (static)與多路復用式(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 (amorphous silicon)以及多晶娃(polycrystal silicon)。后者根據(jù)制造步驟而分類為高 溫型與低溫型?；诠庠吹姆诸悶槔米匀还獾姆瓷湫?、利用背光的透過型、以及利用自然 光與背光的兩者的半透過型。
[0003] 液晶顯示元件含有具有向列相的液晶組合物。所述組合物具有適當?shù)奶匦?。通過 提高所述組合物的特性，可獲得具有良好特性的AM元件。將兩者的特性中的關(guān)聯(lián)歸納于下 述表1中?；谑惺鄣腁M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(guān)聯(lián)。向列相的優(yōu)選的上限溫度為約70°C以上，而且向列相的優(yōu)選的 下限溫度為約_l〇°C以下。組合物的粘度與元件的響應時間相關(guān)聯(lián)。為了以元件顯示動態(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(guān)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] 1)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(guān)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s0.45μπι。所述情況下，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 于元件中的低閾電壓、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(guān)聯(lián)。 這些穩(wěn)定性高時，所述元件的壽命長。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TN模式的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FFS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 合物的例子揭示于如下的專利文獻1至專利文獻3中。
[0009] 現(xiàn)有技術(shù)文獻
[0010] 專利文獻
[0011]專利文獻1:日本專利特開平7-2832號公報
[0012]專利文獻2:日本專利特開平10-81679號公報 [0013] 專利文獻3:日本專利特開2008-69153號公報

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014] 發(fā)明要解決的問題
[0015] 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、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、低的閾電壓、大的對比度 比、長的壽命等特性的AM元件。
[0016] 解決問題的技術(shù)手段
[0017] 本發(fā)明為一種液晶組合物、以及含有所述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、以及選自式 (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，而且具有向列相。
[0018:
[0019]式（1)及式(2)中，R1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 烯基;R2為碳數(shù)1至3的烷基或至少一個氫經(jīng)鹵素所取代的碳數(shù)1至12的烷基;R3為氫或碳數(shù)1 至5的烷基;環(huán)A及環(huán)B獨立地為1，4-亞環(huán)己基、1，4-亞苯基、2-氟-1，4-亞苯基、2，3-二氟-1， 4-亞苯基、2，6-二氟-1，4-亞苯基、嘧啶-2，5-二基、1，3-二噁烷-2，5-二基、或者四氫吡喃-2，5-二基;Z 1及Z2獨立地為單鍵、亞乙基、亞乙烯基、亞甲基氧基、羰基氧基、或者二氟亞甲基 氧基;X 1為氫或氟;Y1為氟、氯、至少一個氫經(jīng)鹵素所取代的碳數(shù)1至12的烷基、至少一個氫經(jīng) 鹵素所取代的碳數(shù)1至12的烷氧基、或者至少一個氫經(jīng)鹵素所取代的碳數(shù)2至12的烯氧基;j 及k獨立地為0、1、2或3;而且j與k的和為4以下。
[0020]發(fā)明的效果
[0021]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、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、低的閾電壓、大的對比度比、長的 壽命等特性的AM元件。
【具體實施方式】
[0022]所述說明書中的用語的使用方法如下所述。有時將"液晶組合物"以及"液晶顯示 元件"的用語分別簡稱為"組合物"以及"元件"。"液晶顯示元件"為液晶顯示面板以及液晶 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，以及雖不具有液晶相，但出于調(diào)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。所述化合物具有例如1，4_亞環(huán)己基或1，4_亞苯 基之類的六元環(huán)，其分子結(jié)構(gòu)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2種以上的化合 物。關(guān)于其他式所表示的化合物也相同。與"經(jīng)取代"相關(guān)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。
[0023] 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)是由基于所述液晶組合物的重量的重量百分率(重量％ )所表示。在所述組合物中視 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)劑以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。
[0024] 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。
[0025] "至少一個'A'可經(jīng)'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)量為兩個以上時，它們的位置也可無限制地選擇。所述規(guī) 則也適用于"至少一個'A'經(jīng)'B'所取代"的表述。
[0026] 成分化合物的化學式中，將末端基R1的記號用于多種化合物。這些化合物中，任意 的兩個R1所表示的兩個基團可相同，或者也可不同。例如，有化合物（1)的R 1為乙基，且化合 物（Η)的R1為乙基的情況。也有化合物(1)的R1為乙基，而化合物（1-1)的R 1為丙基的情況。 所述規(guī)則也適用于R'X1等記號。式（1)中，當j為2時，存在兩個環(huán)Α。所述化合物中，兩個環(huán)A 所表示的兩個環(huán)可相同，或者也可不同。當j大于2時，所述規(guī)則也適用于任意的兩個環(huán)A。所 述規(guī)則也適用于Z1、環(huán)B等。
[0027] 2-氟-1，4-亞苯基是指下述的兩個二價基?；瘜W式中，氟可為朝左(L)，也可為朝右
(R)。所沭挪_+b,;舌田平I7H ΑΠ?Ι+ΙΙ??-9 · Fi--其^悉的韭對稱的環(huán)的二價基。
[0028]
[0029]本發(fā)明為下述項等。
[0030]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、以及選自式(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，而且具有向列相，
[0031]
[0032] 式（1)及式（2)中，R1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 烯基;R 2為碳數(shù)1至3的烷基或至少一個氫經(jīng)鹵素所取代的碳數(shù)1至12的烷基;R3為氫或碳數(shù)1 至5的烷基;環(huán)A及環(huán)B獨立地為1，4-亞環(huán)己基、1，4-亞苯基、2-氟-1，4-亞苯基、2，3-二氟-1， 4-亞苯基、2，6-二氟-1，4-亞苯基、嘧啶-2，5-二基、1，3-二噁烷-2，5-二基、或者四氫吡喃-2，5-二基;Z 1及Z2獨立地為單鍵、亞乙基、亞乙烯基、亞甲基氧基、羰基氧基、或者二氟亞甲基 氧基;X 1為氫或氟;Y1為氟、氯、至少一個氫經(jīng)鹵素所取代的碳數(shù)1至12的烷基、至少一個氫經(jīng) 鹵素所取代的碳數(shù)1至12的烷氧基、或者至少一個氫經(jīng)鹵素所取代的碳數(shù)2至12的烯氧基;j 及k獨立地為0、1、2或3;而且j與k的和為4以下。
[0033] 項2.根據(jù)項1所述的液晶組合物，其含有選自式（1-1)至式（1-12)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，
[0034]
[0035] X，
[0036] 式（1-1)至式（1-12)中，R1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的烯基;乂 1^、乂4土、乂6及乂7獨立地為氫或氟;￥ 1為氟、氯、至少一個氫經(jīng)鹵素所取代的 碳數(shù)1至12的烷基、至少一個氫經(jīng)鹵素所取代的碳數(shù)1至12的烷氧基、或者至少一個氫經(jīng)鹵 素所取代的碳數(shù)2至12的烯氧基。
[0037] 項3.根據(jù)項1或項2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5重量％至40重量％的范圍，第二成分的比例為10重量％至60重量％的范圍。
[0038] 項4.根據(jù)項1至項3中任一項所述的液晶組合物，其還含有選自式(3)所表示