液晶组合物及液晶显示元件的制作方法_4

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检测器(flame ionizationdetector,FID))设定为300°C。进行成分化合物的分离时使用安捷伦科技有 限公司(AgilentTechnologiesInc.)制造的毛细管柱DB-1 (长度30m、内径0.32mm、膜 厚0. 25μπι;固定液相为二甲基聚硅氧烷;无极性)。所述管柱在200°C下保持2分钟后,以 5°C/min的比例升温至280°C。将试样制备成丙酮溶液(0. 1重量% )后,将其1yL注入至 试样气化室中。记录计为岛津制作所制造的C-R5A型色谱仪组件(Chromatopac)、或者其同 等品。所得的气相色谱图表示出与成分化合物相对应的峰值的保持时间以及峰值的面积。
[0104] 用以稀释试样的溶剂可使用氯仿、己烷等。为了将成分化合物分离,可使用如下的 毛细管柱。安捷伦科技有限公司制造的HP-ι(长度30m、内径0. 32mm、膜厚0. 25μm)、瑞斯 泰克公司(RestekCorporation)制造的Rtx_l(长度 30m、内径 0· 32mm、膜厚 0· 25μπι)、澳 大利亚SGE国际公司(SGEInternationalPty.Ltd)制造的ΒΡ-1 (长度 30m、内径 0.32mm、 膜厚0. 25μm)。出于防止化合物峰值的重叠的目的,也可使用岛津制作所制造的毛细管柱 CBP1-M50-025 (长度 50m、内径 0· 25mm、膜厚 0· 25μπι)。
[0105] 组合物中所含有的液晶性化合物的比例可利用如下所述的方法来算出。利用气相 色谱仪(FID)来对液晶性化合物的混合物进行检测。气相色谱图中的峰值的面积比相当于 液晶性化合物的比例(重量比)。使用上文记载的毛细管柱时,可将各种液晶性化合物的修 正系数视为1。因此,液晶性化合物的比例(重量% )可根据峰值的面积比来算出。
[0106]测定试样:测定组合物的特性时,将组合物直接用作试样。测定化合物的特性 时,通过将所述化合物(15重量% )混合于母液晶(85重量% )中来制备测定用试样。根 据由测定而获得的值,利用外推法来算出化合物的特性值。(外推值)= {(试样的测定 值)-0·85Χ(母液晶的测定值)}/0.15。当在所述比例下,层列相(或者结晶)在25°C下 析出时,将化合物与母液晶的比例以10重量% :90重量%、5重量% :95重量%、1重量%: 99重量%的顺序变更。利用所述外推法来求出与化合物相关的上限温度、光学各向异性、粘 度、以及介电各向异性的值。
[0107] 使用下述母液晶。成分化合物的比例是以重量%表示。
[0108]
[0109] 测定方法:利用下述方法来进行特性的测定。这些方法大多是社团法人电子 信息技术产业协会(JapanElectronicsandInformationTechnologyIndustries Association;以下称为JEITA)所审议制定的JEITA标准(JEITA.ED-2521B)中记载的方 法、或者将其加以修饰而成的方法。用于测定的TN元件上未安装薄膜晶体管(thinfilm transistor,TFT)〇
[0110] ⑴向列相的上限温度(NI;°C):在具备偏光显微镜的熔点测定装置的热板上放 置试样,以1°C/min的速度进行加热。测定试样的一部分自向列相变化为各向同性液体时 的温度。有时将向列相的上限温度简称为"上限温度"。
[0111] ⑵向列相的下限温度(Tc;°C):将具有向列相的试样放入玻璃瓶中,在 0°C、-10°c、-20°c、-30°c及-40°c的冷冻器中保管10天后,观察液晶相。例如,当试样 在-20°C下为向列相的状态,而在-30°C下变化为结晶或者层列相时,将Τε记载为<-20°C。 有时将向列相的下限温度简称为"下限温度"。
[0112] ⑶粘度(体积粘度;η;在20°c下测定;mPa*s):测定时使用东京计器股份有限 公司制造的E型旋转粘度计。
[0113] ⑷粘度(旋转粘度;γ1 ;在25°C下测定;mPa*s):依据M.今井(M.Imai)等人的 《分子晶体与液晶(MolecularCrystalsandLiquidCrystals)》第 259 期第 37 页(1995) 中记载的方法来进行测定。在扭转角(twistangle)为0°且两块玻璃基板的间隔(单元 间隙)为5μπι的TN元件中放入试样。对所述元件在16V至19. 5V的范围内,以0. 5V为 单位阶段性地施加电压。不施加电压〇. 2秒后,以仅施加1个矩形波(矩形脉冲;0. 2秒) 与不施加电压(2秒)的条件反复施加。测定通过所述施加而产生的暂态电流(transient current)的峰值电流(peakcurrent)及峰值时间(peaktime)。由这些测定值与Μ.今井 等人的论文中的第40页记载的计算式(8)来获得旋转粘度的值。所述计算所需要的介电 各向异性的值是使用所述测定了旋转粘度的元件,利用下文记载的方法而求出。
[0114] (5)光学各向异性(折射率各向异性;△η;在25°C下测定):使用波长为589nm的 光,利用在接目镜上安装有偏光板的阿贝折射计来进行测定。将主棱镜的表面向一个方向 摩擦后,将试样滴加于主棱镜上。折射率n||是在偏光的方向与摩擦的方向平行时进行测 定。折射率η丄是在偏光的方向与摩擦的方向垂直时进行测定。光学各向异性的值是根据 Δη=η|hn丄的式子来计算。
[0115] (6)介电各向异性(△ε;在25°C下测定):在两块玻璃基板的间隔(单元间隙) 为9μm且扭转角为80度的TN元件中放入试样。对所述元件施加正弦波(10V、1kHz),2秒 后测定液晶分子的长轴方向的介电常数(ε| |)。对所述元件施加正弦波(0. 5V、1kHz),2秒 后测定液晶分子的短轴方向的介电常数(ε丄)。根据Δε =ε | |-ε丄的式子来计算出 介电各向异性的值。
[0116] (7)阈电压(Vth;在25°C下测定;V):测定时使用大冢电子股份有限公司制造的 LCD5100型亮度计。光源为卤素灯。在两块玻璃基板的间隔(单元间隙)为0.45/Δη(μπι) 且扭转角为80度的常白模式(normallywhitemode)的ΤΝ元件中放入试样。对所述元件 施加的电压(32Hz、矩形波)是以0. 02V为单位,自0V阶段性地增加至10V。此时,自垂直 方向对元件照射光,测定透过元件的光量。制成当所述光量达到最大时透过率为100%,且 当所述光量为最小时透过率为0%的电压-透过率曲线。阈电压是由透过率达到90%时的 电压来表不。
[0117] (8)电压保持率(VHR-a;在25°C下测定;% ):测定中使用的TN元件具有聚酰亚 胺取向膜,而且两块玻璃基板的间隔(单元间隙)为5μπι。加入试样后,利用以紫外线进行 硬化的粘接剂将所述元件密封。对所述ΤΝ元件施加脉冲电压(1V、60微秒)来充电。利用 高速电压计在166. 7毫秒期间测定所衰减的电压,求出单位周期中的电压曲线与横轴之间 的面积A。面积B为未衰减时的面积。电压保持率是由面积A相对于面积B的百分率来表 不。
[0118] (9)电压保持率(VHR-b;在60°C下测定;% ):除了代替25°C而在60°C下进行测 定以外,以与所述相同的程序来测定电压保持率。将所得的值以VHR-b来表示。
[0119] (10)电压保持率(VHR-c;在60°C下测定;% ):照射紫外线后,测定电压保持率, 来评价对紫外线的稳定性。测定中使用的TN元件具有聚酰亚胺取向膜,而且单元间隙为 5μπι。在所述元件中注入试样,照射光167分钟。光源为黑光(blacklight)(峰值波长 369nm),元件与光源的间隔为5mm。VHR-c的测定中,在166. 7毫秒期间测定所衰减的电压。 具有大的VHR-c的组合物对紫外线具有大的稳定性。
[0120] (11)电压保持率(VHR-d;在60°C下测定;% :将注入有试样的TN元件在150°C 的恒温槽内加热2小时后,测定电压保持率,来评价对热的稳定性。VHR-d的测定中,在 166. 7毫秒期间测定所衰减的电压。具有大的VHR-4的组合物对热具有大的稳定性。
[0121] (12)响应时间(τ;在25°C下测定;ms):测定时使用大冢电子股份有限公司制造 的LCD5100型亮度计。光源为卤素灯。低通滤波器(Low-passfilter)设定为5kHz。在两 块玻璃基板的间隔(单元间隙)为5. 0μπι且扭转角为80度的常白模式(normallywhite mode)的TN元件中放入试样。对所述元件施加矩形波(60Hz、5V、0. 5秒)。此时,自垂直方 向对元件照射光,测定透过元件的光量。所述光量达到最大时视为透过率100%,所述光量 为最小时视为透过率0%。上升时间(Tr:risetime;毫秒)是透过率自90%变化为10% 所需要的时间。下降时间(Tf:falltime;毫秒)是透过率自10%变化为90%所需要的 时间。响应时间是由以所述方式求出的上升时间与下降时间的和来表示。
[0122] (13)弹性常数(K;在25 °C下测定;pN):测定时使用横河惠普 (Yokogawa-Hewlett-Packard)股份有限公司制造的HP4284A型电感电容电阻(inductance -capacitance-resistance,LCR)计。在两块玻璃基板的间隔(单元间隙)为20μm的水平 取向元件中放入试样。对所述元件施加〇伏特至20伏特电荷,测定静电电容以及施加电压。 使用《液晶装置手册》(日刊工业新闻社)第75页的式(2. 98)、式(2. 101),将所测定的静 电电容(C)与施加电压(V)的值进行拟合,由式(2. 99)获得K11及K33的值。继而在所述 《液晶装置手册》第171页的式(3. 18)中,使用刚才求出的K11及K33的值来算出K22。弹 性常数是由以所述方式求出的Kll、K22及K33的平均值来表示。
[0123] (14)比电阻(P;在25°C下测定;Ωαιι):在具备电极的容器中注入试样1. 〇mL。对 所述容器施加直流电压(10V),测定10秒后的直流电流。由下式来算出比电阻。(比电阻) ={(电压)X(容器的电容)} / {(直流电流)X(真空的介电常数)}。
[0124] (15)螺旋节距(P;在室温下测定;μπι):螺旋节距是利用楔法来测定。参照《液晶 便览》第196页(2000年发行,丸善)。将试样注入至楔形单元中,在室温下静置2小时后, 利用偏光显微镜(尼康(Nikon)(股),商品名ΜΜ40/60系列)来观察向错线(disclination line)的间隔(d2-dl)。螺旋节距(P)是根据将楔单元的角度表示为Θ的下述式来算出。 P = 2X (d2-dl) Xtan Θ。
[0125] 实施例中的化合物是基于下述表3的定义,利用记号来表示。表3中,与1,4-亚 环己基有关的立体构型为反式构型。位于记号后的括弧内的编号与化合物的编号相对应。 (_)的记号是指其他的液晶性化合物。液晶性化合物的比例(百分率)是基于液晶组合物 的重量的重量百分率(重量% )。最后,归纳组合物的特性值。
[0126] 表3使用记号的化合物的表述方法
[0127] R-CAJ-Zf.....-Zn-(An)_R'
[0128]

[0132] 制备介电各向异性为正的所述组合物,测定特性。NI=107.
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