液晶组合物及液晶显示元件的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种液晶组合物、含有所述组合物的液晶显示元件等。尤其涉及一种 介电各向异性为正的液晶组合物，以及含有所述组合物且具有扭转向列（TN)模式、光学补 偿弯曲（0CB)模式、共面切换（IPS)模式、边缘场切换（FFS)模式、或者电场感应光反应取 向（FPA)模式的有源矩阵（AM)元件。
【背景技术】
[0002] 液晶显示元件中，基于液晶分子的运作模式的分类为相变（phase change，PC)、扭 转向列（twisted nematic，TN)、超扭转向列（super twisted nematic，STN)、电控双折射 (electrically controlled birefringence，ECB)、光学补偿弯曲（optically compensated bend，OCB)、共面切换（in-plane switching，IPS)、垂直取向（vertical alignment， VA)、边缘场切换（fringe field switching，FFS)、电场感应光反应取向（field-induced photo-reactive alignment，FPA)等模式。基于元件的驱动方式的分类为无源矩阵 (passive matrix，PM)与有源矩阵（active matrix，AM)。PM 被分类为静态式（static) 与多路复用式（multiplex)等，AM被分类为薄膜晶体管（thin film transistor，TFT)、金 属-绝缘体-金属（metal insulator metal，MIM)等。TFT的分类为非晶娃（amorphous silicon)以及多晶娃（polycrystal silicon)。后者根据制造步骤而分类为高温型与低温 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、以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，可获得具良好特性的AM元件。两者的特性之间的关联归纳于下表1。 基于市售AM元件来对组合物的特性作进一步说明。向列相的温度范围与元件可使用的温 度范围相关。向列相的上限温度优选约为70°C以上，且向列相的下限温度优选约为-10°C 以下。组合物的粘度与元件的响应时间相关。为了以元件显示动态图像，响应时间较短的 优选。理想为短于1毫秒的响应时间。因此，组合物以粘度小的优选。低温下粘度小的更 优选。组合物的弹性常数与元件的对比度相关。为了提高元件的对比度，更优选为组合物 的弹性常数大。
[0004] 表1.组合物与AM元件的特性
[0005]
[0006] 1)可缩短向液晶显示元件中注入组合物的时间
[0007] 组合物的光学各向异性与元件的对比度相关。根据元件的模式而需要大的光学各 向异性或小的光学各向异性，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)的乘积（AnXcl)被设计成使对比度为最大。适当的乘积值依存于运作 模式的种类。TN等模式的元件中，适当值约0.45μπι。所述情况下，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。组合物的介电各向异性大有助于元件的低阈电 压、低消耗电力与大对比度。故介电各向异性大的优选。组合物的比电阻大有助于元件的 大电压保持率及大对比度。故优选为初始阶段中不仅在室温下，且在接近向列相上限温度 的温度下也具有大比电阻的组合物。优选为长时间使用后，不仅在室温下，且在接近向列相 上限温度的温度下也具有大比电阻的组合物。组合物对紫外线及热的稳定性与液晶显示元 件的寿命相关。该些的稳定性高时，所述元件寿命长。上述特性对用于液晶投影仪、液晶电 视等的AM元件而言优选。
[0008] 具有TN模式的AM元件使用具有正的介电各向异性的组合物。具有VA模式的AM 元件使用具有负的介电各向异性的组合物。具有IPS模式或FFS模式的AM元件使用具有 正或负的介电各向异性的组合物。聚合物稳定取向（polymersustainedalignment，PSA) 型AM元件使用具有正或负的介电各向异性的组合物。具有正的介电各向异性的液晶组合 物的例子揭示于以下专利文献1、专利文献2等中。
[0009]现有技术文献
[0010] 专利文献
[0011] 专利文献1 :国际公开第1996/11897号
[0012] 专利文献2 :日本专利特开2001-139511号公报
【发明内容】
[0013] 发明要解决的课题
[0014]本发明的其中一个目的为一种液晶组合物，其在向列相的高的上限温度、向列相 的低的下限温度、小的粘度、适当的光学各向异性、大的介电各向异性、大的比电阻、对紫外 线的高稳定性、对热的高稳定性、大的弹性常数等特性中，满足至少一种特性。另一目的为 一种在至少两种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。另一目的为一种具有短的响应时间、大的电压保持率、低的阈电压、大的对 比度、长寿命等特性的AM元件。
[0015]解决问题的技术手段
[0016]本发明为一种液晶组合物，以及含有所述组合物的液晶显示元件，上述液晶组合 物含有选自式（1)所表示的化合物的组群中的至少一种化合物作为第一成分，以及选自式 (2)所表示的化合物的组群中的至少一种化合物作为第二成分，而且具有向列相。
[0017]
[0018]式⑴及式⑵中，R1及R2独立为碳数1~12的烷基、碳数1~12的烷氧基或 碳数2~12的烯基；R 3为碳数2~12的烯基，或至少一个氢经氟取代的碳数2~12的 烯基；环A、环B及环C独立为1，4-亚环己基、1，4-亚苯基、2-氟-1，4-亚苯基、2, 3-二 氣-1，4_亚苯基、2,6_二氣_1，4_亚苯基、啼啶_2, 5_二基、1，3_二噁烧_2, 5_二基或四氛 吡喃-2, 5-二基；Z1、Z2及Z 3独立为单键、亚乙基、亚乙烯基、亚甲氧基、羰氧基或二氟亚甲 氧基；L1及L 2独立为氟或氯；X 1及X 2独立为氢或氟；Y 1为氟、氯、至少一个氢经卤素取代的 碳数1~12的烷基，或至少一个氢经卤素取代的碳数1~12的烷氧基；m及k独立为0、1 或2 ;j为1、2或3,且m、j及k之和为3以下。
[0019]发明的效果
[0020] 本发明的优点为在向列相的高的上限温度、向列相的低的下限温度、小的粘度、适 当的光学各向异性、大的介电各向异性、大的比电阻、对紫外线的高稳定性、对热的高稳定 性、大的弹性常数等特性中，满足至少一种特性的液晶组合物。另一优点为在至少两种特性 之间具有适当平衡的液晶组合物。另一优点为含有此种组合物的液晶显示元件。又一优 点为具有短的响应时间、大的电压保持率、低的阈电压、大的对比度、长寿命等特性的AM元 件。
【具体实施方式】
[0021] 本说明书中用语的使用方法如下。有时将"液晶组合物"及"液晶显示元件"分别 简称为"组合物"及"元件"。"液晶显示元件"是液晶显示面板及液晶显示模块的总称。"液 晶性化合物"是具向列相、层列相等液晶相的化合物，以及虽不具液晶相但出于调节向列相 温度范围、粘度、介电各向异性等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（rod like)。"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。
[0022] 液晶组合物是通过将多种液晶性化合物混合来制备。液晶性化合物的比例（含 量）是以相对于所述液晶组合物的重量的重量百分比（重量％)来表示。所述液晶组合物 中可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、聚合抑制剂等添加物。添加物的比例（添加量）与液晶性化合物的比例同 样，以相对于液晶组合物的重量的重量百分比（重量％)表示。有时也使用重量百万分率 (ppm)。聚合引发剂及聚合抑制剂的比例是例外地相对于聚合性化合物的重量来表示。
[0023] 有时将"向列相的上限温度"简称为"上限温度"。有时将"向列相的下限温度"简 称"下限温度"。"比电阻大"是指组合物在初始阶段中不仅在室温下，且在接近向列相上限 温度的温度下也具有大比电阻，而且长时间使用后不仅在室温下，且在接近向列相上限温 度的温度下也具有大比电阻。"电压保持率大"是指元件在初始阶段中不仅在室温下，且在 接近向列相上限温度的温度下也具有大电压保持率，而且长时间使用后不仅在室温下，且 在接近向列相上限温度的温度下也具有大电压保持率。
[0024] "至少一个'A'可经'B'所取代"的表述是指'A'的数量为任意。当'A'的数量为 1个时，'A'的位置为任意，当'A'的数量为2个以上时，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。
[0025] 成分化合物的化学式中，将末端基R1的记号用于多种化合物，其中任意2个R1表 示的2个基团可相同也可不同。例如，可能化合物（1)的R1为乙基且化合物（1-1)的R1为 乙基。也可能化合物（1)的R1为乙基而化合物（1-1)的R1为丙基。所述规则也适用于R4、 X1，1等记号。式（1)中当m为2时，有2个环A。所述化合物中，2个环A所表示的2个环 可相同也可不同。所述规则也适用于η大于2时的任意2个环A。所述规则也适用于Z1、 环Β等。
[0026] 2-氟-1，4-亚苯基是指下述的两种二价基。化学式中，氟可为朝左（L)，也可为朝 右（R)。所述规则也适用于四氢吡喃-2, 5-二基之类的非对称的环的二价基。
[0027]
[0028] 本发明为下述项目等。
[0029] 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种化 合物作为第一成分，以及选自式（2)所表示的化合物的组群的至少一种化合物作为第二成 分，且具有向列相。
[0030]
[0031] 式⑴及式⑵中，R1及R2独立为碳数1~12的烷基、碳数1~12的烷氧基或 碳数2~12的烯基；R 3为碳数2~12的烯基，或至少一个氢经氟取代的碳数2~12的 烯基；环Α、环Β及环C独立为1，4-亚环己基、1，4-亚苯基、2-氟-1，4-亚苯基、2, 3-二 氣-1，4_亚苯基、2,6_二氣_1，4_亚苯基、啼啶_2, 5_二基、1，3_二噁烧_2, 5_二基或四氛 吡喃-2, 5-二基；Ζ1、Ζ2及Ζ 3独立为单键、亚乙基、亚乙烯基、亚甲氧基、羰氧基或二氟亚甲 氧基；L1及L 2独立为氟或氯；X 1及X 2独立为氢或氟；Υ 1为氟、氯、至少一个氢经卤素取代的 碳数1~12的烷基，或至少一个氢经卤素取代的碳数1~12的烷氧基；m及k独立为0、1 或2 ;j为1、2或3,且m、j及k之和为3以下。
[0032] 项2.根据项1所述的液晶组合物，其含有选自式（1-1)至式（1-14)所表示的化 合物的组群中的至少一种化合物作为第一成分。
[0033]
[0034]
[0035] 式（1-1)~式（1-14)中，R1为碳数1~12的烷基、碳数1~12的烷氧基或碳数 2~12的烯基；L 1及L 2独立为氟或氯；X \ X2、X3、X4、X5、X6、X 7及X 8独立为氢或氟；Y 1为氟、 氯、至少一个氢经卤素取代的碳数1~12的烷基，或至少一个氢经卤素取代的碳数1~12 的烷氧基。
[0036] 项3.根据项1或2所述的液晶组合物，其中相对于液晶组合物的重量，第一成分 的比例在5重量％~40重量％的范围内，且第二成分的比例在15重量％~60重量％的范 围内。
[0037] 项4.根据项1~3中任一项所述的液晶组合物，其进而含有选自式（3)所表示的 化合物的组群的至少一种化合物作为第三成分。
[0038]
[0039] 式（3)中，R4及R5独立为碳数1~12的烷基、碳数1~12的烷氧基、碳数2~12 的烯基，或至少一个氢经氟取代的碳数2~12的烯基；环D及环E独立为1，4-亚环己基、 1，4-亚苯基、2-氟-1，4-亚苯基或2, 5-二氟-1，4-亚苯基；Z4为单键、亚乙基或羰氧基；η 为1、2或3 ;其中，当η为1时，环Ε为1，4-亚苯基。
[0040] 项5.根据项1~4中任一项所述的液晶组合物，其含有选自式（3-1)~（3-12) 所表示的化合物的组群中的至少一种化