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。特別是涉及 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(xué)補(bǔ)償彎曲（opticallycompensatedbend，0CB)、共面切換（in-plane switching，IPS)、邊緣場(chǎng)切換（fringefieldswitching，F(xiàn)FS)、或者電場(chǎng)感應(yīng)光反應(yīng)取向 (field-inducedphoto-reactivealignment，F(xiàn)PA)的模式的有源矩陣（activematrix， 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（operatingmode)的分類為：相 變（phasechange，PC)、扭轉(zhuǎn)向列（twistednematic，TN)、超扭轉(zhuǎn)向列（supertwisted nematic，STN)、電控雙折射（electricallycontrolledbirefringence，ECB)、光學(xué)補(bǔ)償 彎曲（opticallycompensatedbend，0CB)、共面切換（in-planeswitching，IPS)、垂直取 向（verticalalignment，VA)、邊緣場(chǎng)切換（FringeFieldswitching，F(xiàn)FS)、電場(chǎng)感應(yīng)光 反應(yīng)取向（field-inducedphoto-reactivealignment，F(xiàn)PA)等模式。基于元件的驅(qū)動(dòng)方 式的分類為無(wú)源矩陣（passivematrix，PM)與有源矩陣（activematrix，AM)。PM被分 類為靜態(tài)式（static)與多路復(fù)用式（multiplex)等，AM被分類為薄膜晶體管（thinfilm transistor，TFT)、金屬-絕緣體-金屬（metalinsulatormetal，MIM)等。TFT的分類為 非晶娃（amorphoussilicon)以及多晶娃（polycrystalsilicon)。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米匀还獾姆瓷湫汀⒗帽彻獾耐高^(guò)型、以及 利用自然光與背光的兩者的半透過(guò)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(dāng)?shù)奶匦?。通過(guò) 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(lái)對(duì)組合物的特性進(jìn)一步進(jìn)行說(shuō)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(yīng)時(shí)間相關(guān)聯(lián)。為了以元件顯示 動(dòng)態(tài)圖像，優(yōu)選為響應(yīng)時(shí)間短。理想為短于1毫秒的響應(yīng)時(shí)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(duì)比度相關(guān)聯(lián)。元件中，為了 提高對(duì)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]
[0007] 1)可縮短向液晶顯示元件中注入組合物的時(shí)間
[0008]組合物的光學(xué)各向異性與元件的對(duì)比度比相關(guān)聯(lián)。根據(jù)元件的模式而需要大的光 學(xué)各向異性或者小的光學(xué)各向異性，即適當(dāng)?shù)墓鈱W(xué)各向異性。組合物的光學(xué)各向異性（An) 與元件的單元間隙（d)的積（AnXcl)被設(shè)計(jì)成使對(duì)比度比為最大。適當(dāng)?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(dāng)?shù)闹禐榧s0.45μπι。在所述情況下，對(duì)單 元間隙小的元件而言優(yōu)選為具有大的光學(xué)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(duì)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(duì)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(zhǎng)時(shí)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(duì)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)。當(dāng)這些穩(wěn)定性高時(shí)，所述元件的壽命長(zhǎng)。如上所述的特性對(duì)液晶投影機(jī)、液晶電視等 中使用的AM元件而言優(yōu)選。
[0009] 聚合物穩(wěn)定取向（PSA;polymersustainedalignment)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(duì)所述元件的基板之間施加電壓，一邊對(duì)組合物照射紫外線。聚合性化合物進(jìn)行 聚合而在組合物中生成聚合物的網(wǎng)眼結(jié)構(gòu)。所述組合物中，可利用聚合物來(lái)控制液晶分子 的取向，因此元件的響應(yīng)時(shí)間縮短，圖像的殘像得以改善。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。
[0010] 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(fù)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(fù)的介電各向異性的組合物。聚合物穩(wěn)定取向型的AM元件中使用具有正或 負(fù)的介電各向異性的組合物。所述說(shuō)明書(shū)中記載的化合物（1)揭示于以下的專利文獻(xiàn)1中。 [0011] 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn) [0012] 專利文獻(xiàn)
[0013]專利文獻(xiàn)1 :日本專利特表2004-507607號(hào)公報(bào)
【發(fā)明內(nèi)容】

[0014]發(fā)明所欲解決的課題
[0015]本發(fā)明的其中一個(gè)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(dāng)?shù)墓鈱W(xué)各向異性、大的介電各向異性、大的比電阻、對(duì)紫外線的 高穩(wěn)定性、對(duì)熱的高穩(wěn)定性、大的彈性常數(shù)等特性中，滿足至少一個(gè)特性。另一目的為一種 在至少兩個(gè)特性之間具有適當(dāng)平衡的液晶組合物。另一目的為一種含有添加物的液晶組合 物，所述添加物可抑制因紫外線照射所引起的雜質(zhì)的生成。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(yīng)時(shí)間、大的電壓保持率、低的閾電壓、大 的對(duì)比度比、長(zhǎng)壽命等特性的AM元件。
[0016] 解決問(wèn)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 物含有選自具有式（1)所表示的一價(jià)基的化合物的組群中的至少一個(gè)化合物作為添加物、 以及選自式（2)所表示的化合物的組群中的至少一個(gè)化合物作為第一成分，具有正的介電 各向異性，而且具有向列相。
[0018]
[0019]式（1)及式（2)中，R1為氫或者碳數(shù)1至15的烷基；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的烯基；環(huán)A為1，4_亞環(huán)己基、1，4_亞苯基、2-氟-1， 4-亞苯基、2,6-二氟-1，4-亞苯基、1，3-二噁烷-2, 5-二基、或者四氫吡喃-2, 5-二基；Z1 為單鍵、亞乙基、羰基氧基、或者二氟亞甲氧基；X1及X2獨(dú)立地為氫或氟；Y1為氟、氯、至少一 個(gè)氫經(jīng)鹵素所取代的碳數(shù)1至12的烷基、或者至少一個(gè)氫經(jīng)鹵素所取代的碳數(shù)1至12的 烷氧基；a為1、2、3或4。
[0020] 發(fā)明的效果
[0021] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)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(dāng)?shù)墓鈱W(xué)各向異性、大的介電各向異性、大的比電阻、對(duì)紫外線的高穩(wěn)定 性、對(duì)熱的高穩(wěn)定性、大的彈性常數(shù)等特性中，滿足至少一個(gè)特性。另一優(yōu)點(diǎn)為一種在至少 兩個(gè)特性之間具有適當(dāng)平衡的液晶組合物。另一優(yōu)點(diǎn)為一種含有添加物的液晶組合物，所 述添加物可抑制因紫外線照射所引起的雜質(zhì)的生成。另一優(yōu)點(diǎn)為一種含有此種組合物的液 晶顯示元件。又一優(yōu)點(diǎn)為一種具有短的響應(yīng)時(shí)間、大的電壓保持率、低的閾電壓、大的對(duì)比 度比、長(zhǎng)壽命等特性的AM元件。
【具體實(shí)施方式】
[0022] 所述說(shuō)明書(shū)中的用語(yǔ)的使用方法如下所述。有時(shí)將"液晶組合物"以及"液晶顯示 元件"的用語(yǔ)分別簡(jiǎn)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 晶顯不t旲塊的總稱。"液晶性化合物"是具有向列相、層列相（smecticphase)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（rodlike)。"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。
[0023] 液晶組合物是通過(guò)將多個(gè)液晶性化合物進(jìn)行混合來(lái)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(xué)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，由基于液晶組合物的重量的重量百分率（重量％)所表示。有時(shí)也使用重量百萬(wàn)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(lái)表示。
[0024] 有時(shí)將"向列相的上限溫度"簡(jiǎn)稱為"上限溫度"。有時(shí)將"向列相的下限溫度"簡(jiǎn) 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(zhǎng)時(shí)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(zhǎng)時(shí)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(gè)'A'可經(jīng)'B'所取代"的表述是指'A'的數(shù)量為任意。當(dāng)'A'的數(shù)量為 1個(gè)時(shí)，'A'的位置為任意，當(dāng)'A'的數(shù)量為2個(gè)以上時(shí)，它們的位置也可無(wú)限制地選擇。所 述規(guī)則也適用于"至少一個(gè)'A'經(jīng)'B'所取代"的表述。
[0026] 成分化合物的化學(xué)式中，烴部分的氫或碳使用以省略形式來(lái)作圖的一般方法，但 表示基團(tuán)的式（1)中，為了明確地區(qū)分結(jié)合鍵與甲基，而表述為"CH3"。
[0027] 成分化合物的化學(xué)式中，將末端基R2的記號(hào)用于多個(gè)化合物。這些化合物中，任 意的兩個(gè)R2所表示的兩個(gè)基團(tuán)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R2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。所述規(guī)則也適用于#41]1等記號(hào)。式（2)中，當(dāng)a為2時(shí)，存在兩個(gè)環(huán)A。 所述化合物中，兩個(gè)環(huán)A所表示的兩個(gè)環(huán)可相同，或者也可不同。所述規(guī)則也適用于當(dāng)a大 于2時(shí)的任意兩個(gè)環(huán)A。所述規(guī)則也適用于Z3、環(huán)B等。
[0028] 2-氟-1，4-亞苯基是指下述的兩個(gè)二價(jià)基?；瘜W(xué)式中，氟可為朝左（L)，也可為朝 右（R)。所述規(guī)則也適用于四氫吡喃-2, 5-二基之類的非對(duì)稱的環(huán)的二價(jià)基。
[0029]
[0030] 本發(fā)明為下述項(xiàng)等。
[0031] 項(xiàng)1. 一種液晶組合物，其含有選自具有式（1)所表示的一價(jià)基的化合物的組群中 的至少一個(gè)化合物作為添加物、以及選自式（2)所表示的化合物的組群中的至少一個(gè)化合 物作為第一成分，具有正的介電各向異性，而且具有向列相，
[0032]
[0033] 式⑴及式⑵中，R1為氫或者碳數(shù)1至15的烷基；R2為