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。特别是涉及 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（twisted nematic，TN)、光学补偿弯曲（opticallycompensatedbend，0CB)、共面切换（in-plane switching，IPS)、边缘场切换（fringefieldswitching，FFS)、或者电场感应光反应取向 (field-inducedphoto-reactivealignment，FPA)的模式的有源矩阵（activematrix， 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（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，0CB)、共面切换（in-planeswitching，IPS)、垂直取 向（verticalalignment，VA)、边缘场切换（FringeFieldswitching，FFS)、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)与多路复用式（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（amorphoussilicon)以及多晶娃（polycrystalsilicon)。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 利用自然光与背光的两者的半透过型。
[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。向列相的温度范围与 元件可使用的温度范围相关联。向列相的优选的上限温度为约70°C以上，而且向列相的优 选的下限温度为约-l〇°C以下。组合物的粘度与元件的响应时间相关联。为了以元件显示 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。更优选为低温下的粘度小。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]
[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（AnXcl)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0.45μπι。在所述情况下，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。组合物中的大的介电各向异 性有助于元件中的低阈电压、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温下，而且在接近于向列相的上限温度的温度下也具有大的比电 阻的组合物。优选为在长时间使用后，不仅在室温下，而且在接近于向列相的上限温度的温 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。当这些稳定性高时，所述元件的寿命长。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，图像的残像得以改善。具有TN、ECB、OCB、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FFS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。聚合物稳定取向型的AM元件中使用具有正或 负的介电各向异性的组合物。所述说明书中记载的化合物（1)揭示于以下的专利文献1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
【发明内容】
[0014]发明所欲解决的课题
[0015]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温度、向列相的 低下限温度、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添加物的液晶组合 物，所述添加物可抑制因紫外线照射所引起的杂质的生成。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、低的阈电压、大 的对比度比、长寿命等特性的AM元件。
[0016] 解决问题的技术手段
[0017] 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，所述液晶组合 物含有选自具有式（1)所表示的一价基的化合物的组群中的至少一个化合物作为添加物、 以及选自式（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，具有正的介电 各向异性，而且具有向列相。
[0018]
[0019]式（1)及式（2)中，R1为氢或者碳数1至15的烷基；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的烯基；环A为1，4_亚环己基、1，4_亚苯基、2-氟-1， 4-亚苯基、2,6-二氟-1，4-亚苯基、1，3-二噁烷-2, 5-二基、或者四氢吡喃-2, 5-二基；Z1 为单键、亚乙基、羰基氧基、或者二氟亚甲氧基；X1及X2独立地为氢或氟；Y1为氟、氯、至少一 个氢经卤素所取代的碳数1至12的烷基、或者至少一个氢经卤素所取代的碳数1至12的 烷氧基；a为1、2、3或4。
[0020] 发明的效果
[0021] 本发明的优点为一种液晶组合物，其在向列相的高上限温度、向列相的低下限温 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添加物的液晶组合物，所 述添加物可抑制因紫外线照射所引起的杂质的生成。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、低的阈电压、大的对比 度比、长寿命等特性的AM元件。
【具体实施方式】
[0022] 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"以及"液晶显示 元件"的用语分别简称为"组合物"以及"元件"。"液晶显示元件"为液晶显示面板以及液 晶显不t旲块的总称。"液晶性化合物"是具有向列相、层列相（smecticphase)等液晶相的 化合物，以及虽不具有液晶相，但出于调节向列相的温度范围、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。
[0023] 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)。聚合引发剂以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。
[0024] 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 称为"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，而且在接近于向列 相的上限温度的温度下也具有大的比电阻，并且在长时间使用后不仅在室温下，而且在接 近于向列相的上限温度的温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 中不仅在室温下，而且在接近于向列相的上限温度的温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温下，而且在接近于向列相的上限温度的温度下也具有大的电压 保持率。
[0025] "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。
[0026] 成分化合物的化学式中，烃部分的氢或碳使用以省略形式来作图的一般方法，但 表示基团的式（1)中，为了明确地区分结合键与甲基，而表述为"CH3"。
[0027] 成分化合物的化学式中，将末端基R2的记号用于多个化合物。这些化合物中，任 意的两个R2所表示的两个基团可相同，或者也可不同。例如，有化合物（2-1)的R2为乙基， 且化合物（2-2)的R2为乙基的情况。也有化合物（2-1)的R2为乙基，而化合物（2-2)的R2 为丙基的情况。所述规则也适用于#41]1等记号。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Z3、环B等。
[0028] 2-氟-1，4-亚苯基是指下述的两个二价基。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。
[0029]
[0030] 本发明为下述项等。
[0031] 项1. 一种液晶组合物，其含有选自具有式（1)所表示的一价基的化合物的组群中 的至少一个化合物作为添加物、以及选自式（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，具有正的介电各向异性，而且具有向列相，
[0032]
[0033] 式⑴及式⑵中，R1为氢或者碳数1至15的烷基；R2为