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、含有该组合物的液晶显示元件等。尤其设及介电各 向异性为正的液晶组合物，W及含有该组合物且具有扭转向列（twisted nematic,TN)、光 学补偿弯曲（optically compensated bend,0CB)、共面切换（in-plane switching,IPS)、 边缘场切换（fringe field switching，FFS)、或者电场感应光反应取向（field-induced photo-reactive alignment,FPA)的模式的有源矩阵（active matrix,AM)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（operating mode)的分类为：相变 (phase change,PC)、扭转向列（twisted nematic,TN)、超扭转向列（S叩er 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 (ve;rtical alignment，VA)、边缘场切换化ringe Field Switching，FFS)、电场感应光反应 取向（field-induced曲oto-reactive alignment，FPA)等模式。基于元件的驱动方式的分 类为无源矩阵(passive mahixJM)与有源矩阵(active ma1:;rix，AM) 被分类为静态式 (static)与多工式(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（amo;rphous silicon) W及多晶娃(polyc巧Stal si I icon)。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 个的半透过型。
[0003] 液晶显示元件含有具有向列相的液晶组合物。该组合物具有适当的特性。通过提 高该组合物的特性，可获得具有良好特性的AM元件。将两个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°C W上，而且向列相的优选的下限 溫度为约-l〇°C W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。组合物的弹性常数与元件的对比度相关联。元件中，为了提高对比度，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] I)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TN之类的模式的元件中，适当的值为约0.45皿。该情况下，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中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，而且在接近于向列相的上限溫度的溫度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，而且在接近于向列相的上限溫度的溫度下也具 有大的比电阻的组合物。组合物对紫外线及热的稳定性与液晶显示元件的寿命相关联。运 些稳定性高时，该元件的寿命长。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。
[0008] 具有T饰莫式的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FR5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;polymer sustained 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。具有正的介电各向异性的液晶组 合物的例子掲示于如下的专利文献1中。
[0009] [现有技术文献]
[0010] 巧利文献]
[0011] [专利文献1]国际公开2011-030708号
【发明内容】
[0012] 发明要解决的课题
[001引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、大的介电各向异性、液晶分子的短轴方向的 大的介电常数、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。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、长的寿命等特性的AM元件。
[0014] 解决问题的技术手段
[0015] 本发明为一种液晶组合物、W及含有该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种化合物作为第一成分，而且具有正的 介电各向异性。
[0016]
(1)
[0017]式（1)中，Ri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、或者至 少一个氨经氣所取代的碳数2至12的締基;a为0至12的整数。
[001引发明的效果
[0019] 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、大的介电各向异性、液晶分子的短轴方向的大的介电 常数、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。另一优点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、长的寿命等特性的AM元件。
【具体实施方式】
[0020] 该说明书中的用语的使用方法如下所述。有时将"液晶组合物"W及"液晶显示元 件"的用语分别简称为"组合物"W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 phase)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。该化合物具有例如1,4-亚环己基或1,4-亚苯基 之类的六员环，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。有时将选自式（1)所表示的化合物的组群中的至少一种化合 物简称为"化合物（1)"。"化合物（1)"是指式（1)所表示的1种化合物或者巧中W上的化合物。 关于其他式所表示的化合物也相同。与"经取代"相关的"至少一个"是指不仅对于位置可无 限制地选择，而且对于其个数也可无限制地选择。
[0021] 液晶组合物是通过将多种液晶性化合物进行混合来制备。液晶性化合物的比例 (含量)是由基于该液晶组合物的重量的重量百分率(重量％)所表示。在该液晶组合物中视 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地， 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。
[0022] 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。
[0023] "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W上时，它们的位置也可无限制地选择。该规则也 适用于"至少一个'A'经'B'所取代"的表述。
[0024] 式（1)至式(5)中，W六角形包围的A、B、C等记号分别对应于环A、环B、环C等。成分 化合物的化学式中，将末端基R 2的记号用于多种化合物。运些化合物中，任意的2个R2所表示 的2个基团可相同，或者也可不同。例如，有化合物(2)的R 2为乙基，且化合物(2-1)的R2为乙 基的情况。也有化合物(2)的R2为乙基，而化合物（2-1)的R 2为丙基的情况。该规则也适用于 R3 等记号。式(2)中，当b为2时，存在2个环A。该化合物中，2个环A所表示的2个环可相同， 或者也可不同。当b大于2时，该规则也适用于任意的2个环A。该规则也适用于Z 2、环C等。
[0025] 2-氣-1,4-亚苯基是指下述的2个二价基。化学式中，氣可为朝左化），也可为朝右 (R)。该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。
[0026]
[0027] 本发明为下述项等。
[0028] 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，而且具有正的介电各向异性，
[0029]
(1)
[0030] 式（1)中，Ri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、或者至 少一个氨经氣所取代的碳数2至12的締基;a为0至12的整数。
[0031] 项2.根据项1所述的液晶组合物，其中基于液晶组合物的重量，第一成分的比例为 3重量％至30重量％的范围。
[0032] 项3.根据项1或项2所述的液晶组合物，其还含有选自式(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，
[0033]
[0034] 巧甲，IT刃厭数1生U的婉巷、厭数1生U的婉'氧巷、现者厭数生U的棘基；环A 及环B独立地为1，4-亚环己基、1，4-亚苯基、2-氣-1，4-亚苯基、2，3-二氣-1，4-亚苯基、2，6-二氣-1，4-亚苯基、喀晚-2，5-二基、1，3-二恶烧-2，5-二基、或者四氨化喃-2，5-二基;Zi及Z 2 独立地为单键、亚乙基、幾基氧基、或者二氣亚甲基氧基;乂1心2、护心4及沪独立地为氨或氣； Yi为氣、氯、至少一个氨经面素所取代的碳数I至12的烷基、或者至少一个氨经面素所取代 的碳数1至12的烷氧基;b及C独立地为0、1、2或3;而且b与C的和为2或3。
[0035] 项4.根据项1至项3中任一项所述的液晶组合物，其含有选自式(2-1)至式(2-8)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，
[0036]
[0037] 式（2-1)至式（2-8)中，R2为碳数1至12的烷基、碳数1至12的烷氧基、或者碳数2至 12的締基。
[0038] 项5.根据项3或项4所述的液晶组合物，其中基于液晶组合物的重量，第二成分的 比例为5重量％至50重量％的范围。
[0039] 项6.根据项1至项5中任一项所述的液晶组合物，其还含有选自式(3)所表示的化 合物的组群中的至少一种化合物作为第=成分，
[0040]
[0041] 式(3)中，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、至少一个氨经面素所取代的碳数1至12的烷基、或者至少一个氨经氣所取代的碳数2至 12的締基;环C、环D及环閲虫立地为1,4-亚环己基、1,4-亚苯基、2-氣-1,4-亚苯基、或者2,5-二氣-1，4-亚苯基;Z 3及Z4独立地为单键、亚乙基、亚甲