液晶组合物及液晶显示元件的制作方法_4

文档序号:9602085阅读:来源:国知局
视需要可进 而添加添加物。将所述组合物注入至元件中。在对所述元件施加电压的状态下进行光照射。 优选为紫外线。通过光照射而使聚合性化合物进行聚合。通过所述聚合而生成含有聚合物 的组合物。聚合物稳定取向型的液晶显示元件是以如上所述的程序来制造。
[0141] 所述程序中,当施加电压时,液晶分子通过电场的作用而取向。依据所述取向,聚 合性化合物的分子也进行取向。由于聚合性化合物是在所述状态下利用紫外线来进行聚 合,故而生成维持所述取向的聚合物。通过所述聚合物的效果,元件的响应时间缩短。由于 图像的残像为液晶分子的运作不良,故而通过所述聚合物的效果,残像也同时得到改善。此 外,也可使组合物中的聚合性化合物预先进行聚合,将所述组合物配置于液晶显示元件的 基板之间。
[0142][实施例]
[0143] 利用实施例来对本发明进一步进行详细说明。本发明不受这些实施例的限制。本 发明包含实施例1的组合物与实施例2的组合物的混合物。本发明还包含将实施例的组 合物的至少两种混合而成的混合物。所合成的化合物是通过核磁共振(nuclear magnetic resonance,NMR)分析等方法来鉴定。化合物以及组合物的特性是利用下述记载的方法来 测定。
[0144] NMR分析:测定时使用布鲁克拜厄斯宾(Bruker BioSpin)公司制造的DRX-500。 i-NMR的测定中,使试样溶解于CDC13等氘化溶剂中,在室温下以500MHz、累计次数为16 次的条件进行测定。使用四甲基硅烷作为内部标准。 19F-NMR的测定中,使用CFC13作为内 部标准,以累计次数24次来进行。核磁共振波谱的说明中,s是指单峰(singlet),d是指 双重峰(doublet),t是指三重峰(triplet),q是指四重峰(quartet),quin是指五重峰 (quintet),sex 是指六重峰(sextet),m 是指多重峰(multiplet),br 是指宽峰(broad)。
[0145] 气相色谱分析:测定时使用岛津制作所制造的GC-14B型气相色谱仪。载体气体 为氦气(2mL/分钟)。将试样气化室设定为280°C,将检测器(火焰离子化检测器(flame ionization detector,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(Agilent Technologies Inc.)制造的毛细管柱DB-1 (长度30m、内径0.32mm、膜 厚0. 25 μπι;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/分钟的比例升温至280°C。将试样制备成丙酮溶液(0.1重量%)后,将其lyL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。所得的气相色谱图显示出与成分化合物对应的峰值的保持时间以及峰值的面积。
[0146] 用于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-1 (长度30m、内径0. 32mm、膜厚0. 25 μ m)、瑞斯 泰克公司(Restek Corporation)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(SGEInternational Pty. Ltd)制造的 ΒΡ-1 (长度 30m、内径 0.32mm、 膜厚0. 25μπι)。出于防止化合物峰值的重叠的目的,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)。
[0147] 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。
[0148]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。根据通 过测定而获得的值,利用外推法(extrapolation method)来算出化合物的特性值。(外推 值)={(试样的测定值)_〇· 85X (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。
[0149] 使用下述母液晶。成分化合物的比例是以重量%表示。
[0150]
[0151] 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(Japan Electronics and Information Technology Industries Association ;以下简称为JEITA)所审议制定的JEITA规格(JEITA · ED-2521B)中记载 的方法、或者将其修饰而成的方法。用于测定的TN元件上未安装薄膜晶体管(thin film transistor,TFT)〇
[0152] (1)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加热板上 放置试样,以1°C /分钟的速度进行加热。测定试样的一部分由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"。
[0153] (2)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下保持向列相的状态,而在_30°C下变化为结晶或者层列相时,将Τ ε记载为 "< -20°C"。有时将向列相的下限温度简称为"下限温度"。
[0154] 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。
[0155] (4)粘度(旋转粘度;Y 1;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(Molecular Crystals and Liquid Crystals)》第 259 卷第 37 页(1995) 中记载的方法来进行测定。在两块玻璃基板的间隔(单元间隙)为20 μπι的VA元件中放入 试样。对所述元件在39伏特至50伏特的范围内,以1伏特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(2秒)的条件重 复施加电压。测定通过所述施加而产生瞬态电流(transient current)的峰值电流(peak current)及峰值时间(peak time)。由这些测定值与Μ.今井(M. Imai)等人的论文第40 页的计算式(8)来获得旋转粘度的值。所述计算所需要的介电各向异性是在(6)项中进行 测定。
[0156] (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。使主棱镜的表面向一个方向 摩擦后,将试样滴加至主棱镜上。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 Δ η = η | hn丄的式子来计算。
[0157] (6)介电各向异性(Δ ε ;在25°(:下测定):根据Λ ε = ε |卜ε丄的式子来计算 出介电各向异性的值。以如下方式测定介电常数(ε | |及ε丄)。
[0158] 1)介电常数(ε | |)的测定:在经充分清洗的玻璃基板上涂布八癸基三乙氧基硅 烧(Octadecyl Trimethoxy Silane) (0· 16mL)的乙醇(20mL)溶液。利用旋转器使玻璃基 板旋转后,在150°C下加热1小时。在两块玻璃基板的间隔(单元间隙)为4μπι的VA元 件中放入试样,利用以紫外线进行硬化的粘接剂将所述元件密封。对所述元件施加正弦波 (0. 5V,1kHz),2秒后测定液晶分子的长轴方向的介电常数(ε | |)。
[0159] 2)介电常数(ε丄)的测定:在经充分清洗的玻璃基板上涂布聚酰亚胺溶液。将 所述玻璃基板进行煅烧后,对所得的取向膜进行摩擦处理。在两块玻璃基板的间隔(单元 间隙)为9μηι且扭转角(twist angle)为80度的ΤΝ元件中放入试样。对所述元件施加 正弦波(〇. 5V,1kHz),2秒后测定液晶分子的短轴方向的介电常数(ε丄)。
[0160] (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 IXD5100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4μπι且摩擦方 向为反平行的正常显黑模式(normally black mode)的VA元件中放入试样,使用以紫外线 进行硬化的粘接剂将所述元件密封。对所述元件施加的电压(60Hz,矩形波)是以0.02V为 单位自0V阶段性地增加至20V。此时,从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〇 %的电压-透 过率曲线。阈电压是由透过率达到10%时的电压来表示。
[0161] (8)电压保持率(VHR-la ;25°C;% :用于测定的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(5V,60微秒)来充电。利用高速电压 计在166. 7毫秒之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的百分率来表示。
[0162] (9)电压保持率(VHR_2a ;在60°C下测定;% ):除了代替25°C而在60°C下进行测 定以外,以与上述相同的程序来测定电压保持率。将所得的值以VHR-2a表示。含有聚合性 化合物的组合物中,对TN元件一边施加15V的电压一边照射25mW/cm 2的紫外线400秒来 使其进行聚合。进行紫外线的照射时是使用豪雅冠得光电(HOYA CANDEO OPTRONICS)股份 有限公司制造的埃克斯固(EXECURE)4000-D型水银氙灯。
[0163] (10)电压保持率(VHR_3a;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。用于测定的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(峰值波长369nm),元件与光 源的间隔为5mm。VHR-3a的测定中,在166. 7毫秒期间测定所衰减的电压。含有聚合性化 合物的组合物中,以(9)项中记载的条件进行聚合。具有大的VHR-3a的组合物对紫外线具 有大的稳定性。
[0164] (11)电压保持率(VHR_4a ;在25°C下测定;% :将注入有试样的TN元件在80°C 的恒温槽内加热500小时后,测定电压保持率,来评价对热的稳定性。VHR-4a的测定中,在 166. 7毫秒期间测定所衰减的电压。具有大的VHR-4a的组合物对热具有大的稳定性。
[0165] (12)响应时间(T;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-pass filter)设定为5kHz。
[0166] 1)不含聚合性化合物的组合物:在两块玻璃基板的间隔(单元间隙)为4μπι且 摩擦方向为反平行的正常显黑模式(normally black mode)的VA元件中放入试样。使用 以紫外线进行硬化的粘接剂将所述元件密封。对所述元件施加矩形波(60Hz,10V,0. 5秒)。 此时,从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%。响应时间是由透过率自90%变化至10%所需要 的时间(下降时间;fall time ;毫秒)来表示。
[0167] 2)含有聚合性化合物的组合物:在两块玻璃基板的间隔(单元间隙)为3. 2 μm且 摩擦方向为反平行的正常显黑模式(normally black mode)的图案垂直取向(patterned vertical alignment,PVA)元件中放入试样。使用以紫外线进行硬化的粘接剂将所述元件 密封。对所述元件一边施加15V的电压一边照射25mW/cm 2的紫外线400秒。紫外线的照 射中使用豪雅冠得光电股份有限公司制造的埃克斯固(ΕΧΕ⑶RE)4000-D型水银氙灯。对所 述元件施加矩形波(60Hz,10V,0. 5秒)。此时,从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%。响应时 间是由透过率自0%变化至90%所需要的时间(上升时间;rise time ;毫秒)来表示。
[0168] (13)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。比电阻是由下式算出。(比电阻) ={(电压)X (容器的电气容量)} / {(直流电流)X (真空的介电常数)}。
[0169] 比较例以及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_亚环己基相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%)。
[0170] 表3.使用记号的化合物的表述法
[0171 ]R- (Aj) -Zj-.....-Zn_ (An) -R'
[0172]
[0173] [实施例1]
[0174] 3-H10B(2F,3F)_02 (2-3)4%
[0175] V2-BB(2F,3F)_01 (2-4)5%
[0176] V2-BB(2F,3F)_02 (2-4)9%
[0177] 1V2-BB(2F,3F)_02 (2-4)6%
[0178] V-HHB(2F,3F)_01 (2-6)3%
[0179] V-HHB(2F,3F)_02 (2-6) 10%
[0180] 3-HH10B(2F,3F)-02 (2-8)11%
[0181] 2-BB(2F,3F)B-3 (2-9)9%
[0182] 3-HH-V (3-1)27%
[0183] 3-HH-V1 (3-1)9%
[0184] 3-HHB-01 (3-5)3%
[0185] V-HHB-1 (3-5)4%
[0186] 制备介电各向异性为负的上述组合物,并测定特性。NI= 75. 6°C;Tc< -20°C; Δη= 0.Ill;Δε= -3. 1;Vth= 2. 30V.
[0187] 在所述组合物中,以0. 4重量%的比例添加化合物(1-1-1-1)。
[0188]
[0189] 进行紫外线照射而进行聚合后,测定响应时间。T= 4. 0ms.
[0190] [比较例1]
[0191] 对实施例1中的添加化合物(i-1-i-i)之前的组合物的响应时间进行测定。T= 5. 6ms.
[0192] 实施例1的组合物的响应时间为4. 0ms,比较例1的组合物的响应时间为5. 6ms。 由所述结果可知,实施例1的PVA元件具有较比较例1的响应时间更短的响应时间。因此, 可得出就聚合物稳定取向型的液晶显示元件的观点而言,本发明的组合物优异的结论。
[0193] [实施例2]
[0194] 3-H10B(2F,3F)_02 (2-3)8%
[0195] V2-BB(2F,3F)_01 (2-4)5
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