液晶组合物及液晶显示元件的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种液晶组合物、含有所述组合物的液晶显示元件等。尤其设及 一种介电各向异性为负的液晶组合物、W及含有所述组合物且具有共面切换（in-plane switching,IP巧、垂直取向（verticalalignment,VA)、边缘场切换（fringefield switching,FF。、电场感应光反应取向（field-inducedphoto-reactivealignment, FPA)等模式的液晶显示元件。本发明还设及一种聚合物稳定取向（polymersustained alignment,PSA)型的液晶显示元件。
【背景技术】
[0002] 液晶显示元件中，基于液晶分子的操作模式（operatingmode)的分类为：相 变（phasechange,PC)、扭转向列（twistednematic,TN)、超扭转向列（supertwisted nematic,STN)、电控双折射（electricallycontrolledbirefringence,ECB)、光学补偿 弯曲（opticallycompensatedbend,OCB)、共面切换（in-planeswitching,IPS)、垂直取 向（verticalalignment,VA)、边缘场切换（fringefieldswitching,FF巧、电场感应光 反应取向（field-inducedphoto-reactivealignment,FPA)等模式。基于元件的驱动方 式的分类为无源矩阵（passivematrix,PM)与有源矩阵（activematrix,AM)。PM被分 类为静态式（static)、多路复用式（multiplex)等，AM被分类为薄膜晶体管（thinfilm transistor,TFT)、金属-绝缘体-金属（metalinsulatormetal，MIM)等。TFT的分类为 非晶娃（amo;rphoussilicon)W及多晶娃（polyciystalsilicon)。后者根据制造步骤而 分类为高溫型与低溫型。基于光源的分类为利用自然光的反射型、利用背光的透过型、W及 利用自然光与背光两者的半透过型。
[0003] 液晶显示元件含有具有向列相的液晶组合物。所述组合物具有适当的特性。通过 提高所述组合物的特性，可获得具有良好特性的AM元件。将两者的特性中的关联归纳于下 述表1中。基于市售的AM元件来对组合物的特性进一步进行说明。向列相的溫度范围与 元件可使用的溫度范围相关联。向列相的优选的上限溫度为约70°CW上，而且向列相的优 选的下限溫度为约-l〇°CW下。组合物的粘度与元件的响应时间相关联。为了W元件显示 动态图像，优选为响应时间短。理想为短于1毫秒的响应时间。因此，优选为组合物的粘度 小。更优选为低溫下的粘度小。
[0004] 表1.组合物与AM元件的特性
[0005]
[0007] 1)可缩短向液晶显示元件中注入组合物的时间
[0008] 组合物的光学各向异性与元件的对比度比相关联。根据元件的模式而需要大的光 学各向异性或者小的光学各向异性，即适当的光学各向异性。组合物的光学各向异性（An) 与元件的单元间隙（d)的积（AnXd)被设计成使对比度比为最大。适当的积的值依存于 操作模式的种类。在VA模式的元件中，所述值为约0. 30μm至约0. 40μm的范围，在IPS 模式或者FK模式的元件中所述值为约0. 20μm至约0. 30μm的范围。在运些情况下，对 单元间隙小的元件而言优选为具有大的光学各向异性的组合物。组合物中的大的介电各向 异性有助于元件中的低阔电压、小的消耗电力与大的对比度比。因此，优选为大的介电各向 异性。组合物中的大的比电阻有助于元件的大的电压保持率与大的对比度比。因此，优选 为在初始阶段中不仅在室溫下，而且在高溫下也具有大的比电阻的组合物。优选为在长时 间使用后，不仅在室溫下，而且在高溫下也具有大的比电阻的组合物。组合物对紫外线及热 的稳定性与元件的寿命相关联。所述稳定性高时，元件的寿命长。如上所述的特性对液晶 投影机、液晶电视等中使用的AM元件而言优选。
[0009] 聚合物稳定取向（PSA;polymersustainedalignment)型的液晶显示元件中，使 用含有聚合物的液晶组合物。首先，将添加有少量聚合性化合物的组合物注入至元件中。 继而，一边对所述元件的基板之间施加电压，一边对组合物照射紫外线。聚合性化合物进行 聚合而在组合物中生成聚合物的网眼结构。所述组合物中，可利用聚合物来控制液晶分子 的取向，因此元件的响应时间缩短，图像的残像得W改善。具有TN、ECB、0CB、IPS、VA、FFS、 FPA之类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电各向异性的组合物。具有VA模式的 AM元件中使用具有负的介电各向异性的组合物。具有IPS模式或者FK模式的AM元件 中使用具有正或负的介电各向异性的组合物。聚合物稳定取向（PSA;polymersustained alignment)型的AM元件中使用具有正或负的介电各向异性的组合物。本申请中的化合物 (1)掲示于W下的专利文献1中，具有负的介电各向异性的液晶组合物的例子掲示于专利 文献2及专利文献3中。
[0011] [现有技术文献]
[0012] [专利文献]
[0013] 专利文献1 :日本专利特表2004-507607号公报
[0014] 专利文献2 :欧洲专利申请公开2463355号公报
[0015] 专利文献3 :国际公开2012-076105号
【发明内容】
[0016] [发明所欲解决的课题]
[0017] 本发明的其中一个目的为一种液晶组合物，其在向列相的高上限溫度、向列相的 低下限溫度、小的粘度、适当的光学各向异性、大的负介电各向异性、大的比电阻、对紫外线 的高稳定性、对热的高稳定性等特性中，满足至少一个特性。另一目的为一种在至少两个特 性之间具有适当平衡的液晶组合物。另一目的为一种含有此种组合物的液晶显示元件。又 一目的为一种具有短的响应时间、大的电压保持率、低的阔电压、大的对比度比、长寿命等 特性的AM元件。
[001引[解决问题的技术手段]
[0019] 本发明为一种液晶组合物、W及含有所述组合物的液晶显示元件，所述液晶组合 物含有选自式（1)所表示的化合物的组群中的至少一个化合物作为添加物、W及选自式 (2)所表示的化合物的组群中的至少一个化合物作为第一成分，而且具有负的介电各向异 性，且具有向列相。
[0020]
[0021] 式（1)及式（2)中，Ri及R2独立地为氨或者碳数1至15的烷基；R3及R4独立地为 碳数1至12的烷基、碳数1至12的烷氧基、碳数2至12的締基、或者碳数2至12的締氧 基；环A及环C独立地为1,4-亚环己基、1,4-亚环己締基（l，4-cyclohexenylene)、1，4-亚 苯基、至少一个氨经氣或氯所取代的1,4-亚苯基、或者四氨化喃-2,5-二基；环B为2,3-二 氣-1，4-亚苯基、2-氯-3-氣-1,4-亚苯基、2,3-二氣-5-甲基-1,4-亚苯基、3,4, 5-二 氣糞-2,6-二基、或者7,8-二氣色原烧-2,6-二基（7,8-山;1^111〇1'〇。虹〇11励16-2,6-山5^1); Zi为碳数1至20的亚烷基，所述亚烷基中，至少一个氨可经面素所取代，至少一个-CH2-可 经-0-所取代；Z2及Z3独立地为单键、亚乙基、亚甲氧基、或者幾基氧基，当全部的Z2均为单 键时，R3为碳数2至12的締基或者碳数2至12的締氧基；a为1、2或3,b为0或1，而且 a与b的和为3W下。
[002引[发明的效果]
[0023] 本发明的优点为一种液晶组合物，其在向列相的高上限溫度、向列相的低下限溫 度、小的粘度、适当的光学各向异性、大的负介电各向异性、大的比电阻、对紫外线的高稳定 性、对热的高稳定性等特性中，满足至少一个特性。另一优点为一种在至少两个特性之间具 有适当平衡的液晶组合物。另一优点为一种含有此种组合物的液晶显示元件。又一优点为 一种具有短的响应时间、大的电压保持率、低的阔电压、大的对比度比、长寿命等特性的AM元件。
【具体实施方式】
[0024] 所述说明书中的用语的使用方法如下所述。有时将"液晶组合物及"液晶显示 元件"的用语分别简称为"组合物及"元件"。液晶显示元件为液晶显示面板W及液晶显 示模块的总称。液晶性化合物是具有向列相、层列相（smectic地ase)等液晶相的化合物， W及虽不具有液晶相，但出于调节向列相的溫度范围、粘度、介电各向异性之类的特性的目 的而混合于组合物中的化合物的总称。所述化合物具有例如1,4-亚环己基或1,4-亚苯基 之类的六元环，其分子结构为棒状（rodlike)。聚合性化合物是出于使组合物中生成聚合 物的目的而添加的化合物。
[00巧]液晶组合物是通过将多个液晶性化合物进行混合来制备。液晶性化合物的比例 (含量）是由基于所述液晶组合物的重量的重量百分率（重量％)所表示。在所述组合物 中视需要添加光学活性化合物、抗氧化剂、紫外线吸收剂、色素、消泡剂、聚合性化合物、聚 合引发剂、聚合抑制剂之类的添加物。添加物的比例（添加量）是与液晶性化合物的比例 同样，由基于液晶组合物的重量的重量百分率（重量％)所表示。有时也使用重量百万分 率（ppm)。聚合引发剂W及聚合抑制剂的比例是例外地基于聚合性化合物的重量来表示。
[0026] 有时将"向列相的上限溫度"简称为"上限溫度"。有时将"向列相的下限溫度"简 称为"下限溫度"。"比电阻大"是指组合物在初始阶段中不仅在室溫下，而且在接近于向列 相的上限溫度的溫度下也具有大的比电阻，并且在长时间使用后不仅在室溫下，而且在接 近于向列相的上限溫度的溫度下也具有大的比电阻。"电压保持率大"是指元件在初始阶段 中不仅在室溫下，而且在接近于向列相的上限溫度的溫度下也具有大的电压保持率，并且 在长时间使用后不仅在室溫下，而且在接近于向列相的上限溫度的溫度下也具有大的电压 保持率。"提高介电各向异性"的表述在介电各向异性为正的组合物时，是指其值正向地增 加，在介电各向异性为负的组合物时，是指其值负向地增加。
[0027] "至少一个'A'可经'B'所取代"的表述是指的数量为任意。当的数量为 1个时，'A'的位置为任意，当'A'的数量为两个W上时，它们的位置也可无限制地选择。所 述规则也适用于"至少一个'A'经'B'所取代"的表述。
[0028] 成分化合物的化学式中，将末端基R4的记号用于多个化合物。运些化合物中，任意 的两个R4所表示的两个基团可相同，或者也可不同。例如，存在化合物（2-1)的R4为乙基， 且化合物（2-2)的R4为乙基的情况。还存在化合物（2-1)的R4为乙基，而化合物（2-2)的 R4为丙基的情况。所述规则也适用于其他末端基等的记号。式（2)中，当a为2时，存在两 个环A。所述化合物中，两个环A所表示的两个环可相同，或者也可不同。所述规则也适用 于当a大于2时的任意两个环A。所述规则也适用于Z4、环D等记号。
[0029] 2-氣-1,4-亚苯基是指下述的两个二价基。化学式中，氣可为朝左化)，也可为朝 右（时。所述规则也适用于四氨化喃-2, 5-二基之类的非对称的环的二价基。
[0030]
[0031] 本发明为下述项等。
[003引项1. 一种液晶组合物，其含有选自式（1)所表示的化合物的组群中的至少一个化 合物作为添加物、W及选自式（2)所表示的化合物的组群中的至少一个化合物作为第一成 分，而且具有负的介电各向异性，且具有向列相，
[0033]
[0034] 式（1)及式（2)中，Ri及R2独立地为氨或者碳数1至15的烷基；R3及R4独立地 为碳数1至12的烷基、碳数1至12的烷氧基、碳数2至12的締基、或者碳数2至12的締 氧基；环A及环C独立地为1,4-亚环己基、1,4-亚环己締基、1,4-亚苯基、至少一个氨经 氣或氯所取代的1,4-亚苯基、或者四氨化喃-2, 5-二基；环B为2, 3-二氣-1,4-亚苯基、 2-氯-3-氣-1，4-亚苯基、2, 3-二氣-5-甲基-1，4-亚苯基、3,4, 5-二氣糞-2,6-二基、或 者7,8-二氣色原烧-2,6-二基；Zi为碳数1至20的亚烷基，所述亚烷基中，至少一个氨可 经面素所取代，至少一个-邸2-可经-0-所取代；Z2及Z3独立地为单键、亚乙基、亚甲氧基、 或者幾基氧基，