液晶组合物及其用途、以及液晶显示元件制造技术

本发明专利技术提供一种液晶组合物及其用途、以及液晶显示元件，所述液晶组合物在上限温度高、下限温度低、粘度小、光学各向异性适当、负介电各向异性大、比电阻大、对光的稳定性高、对热的稳定性高之类的特性中，充分满足至少一种特性或关于至少两种特性而具有适当平衡。本发明专利技术的液晶组合物含有选自式(1)所表示的化合物中至少一种化合物作为添加物X，也可含有作为成分A的具有大的负介电各向异性的特定化合物、作为成分B的具有高的上限温度或小的粘度的特定化合物或作为添加物Y的具有聚合性基的特定化合物。

【技术实现步骤摘要】
液晶组合物及其用途、以及液晶显示元件
本专利技术涉及一种液晶组合物、含有所述组合物的液晶显示元件等。特别涉及一种介电各向异性为负的液晶组合物、以及含有所述组合物且具有面内切换(IPS)、垂直取向(VA)、边缘场切换(FFS)、电场感应光反应取向(FPA)等模式的液晶显示元件。还涉及一种聚合物稳定取向型的液晶显示元件。
技术介绍
液晶显示元件中，基于液晶分子的运作模式的分类为：相变(phasechange，PC)、扭曲向列(twistednematic，TN)、超扭曲向列(supertwistednematic，STN)、电控双折射(electricallycontrolledbirefringence，ECB)、光学补偿弯曲(opticallycompensatedbend，OCB)、面内切换(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)、多路复用式(multiplex)等，AM被分类为薄膜晶体管(thinfilmtransistor，TFT)、金属-绝缘体-金属(metalinsulatormetal，MIM)等。TFT的分类为非晶硅(amorphoussilicon)及多晶硅(polycrystalsilicon)。后者根据制造工序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这两者的半透过型。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。将这些特性中的关联归纳于下述表1中。基于市售的AM元件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。向列相的优选上限温度为约70℃以上，而且向列相的优选下限温度为约-10℃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。组合物的光学各向异性与元件的对比度相关联。根据元件的模式，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(Δn)与元件的单元间隙(d)的积(Δn×d)被设计成使对比度为最大。适当的积的值依存于运作模式的种类。VA模式的元件中，所述值为约0.30μm至约0.40μm的范围，IPS模式或FFS模式的元件中，所述值为约0.20μm至约0.30μm的范围。在这些情况下，对于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。组合物的大的介电各向异性有助于元件的低阈电压、小的消耗电力与大的对比度。因此，优选为大的介电各向异性。组合物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。因此，优选为在初始阶段中具有大的比电阻的组合物。优选为在长时间使用后仍具有大的比电阻的组合物。组合物对紫外线或热的稳定性与元件的寿命相关联。在所述稳定性高时，元件的寿命长。此种特性对于液晶监视器、液晶电视机等中所使用的AM元件而言优选。通用的液晶显示元件中，液晶分子的垂直取向可通过特定的聚酰亚胺取向膜而达成。聚合物稳定取向(polymersustainedalignment，PSA)型的液晶显示元件中，使聚合物与取向膜加以组合。首先，将添加有少量聚合性化合物的组合物注入至元件中。其次，一边对所述元件的基板间施加电压，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状结构。所述组合物中，能够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，图像的残像得到改善。具有TN、ECB、OCB、IPS、VA、FFS、FPA之类的模式的元件中可期待聚合物的此种效果。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(polymersustainedalignment，PSA)型的AM元件中使用具有正或负的介电各向异性的组合物。进而，对这些液晶显示元件要求无残像或显示不均等显示不良或者抑制了残像或显示不均等显示不良的优异的显示品质。为了实现所述情况，进行如下尝试：在液晶组合物中放入各种添加剂来提高液晶显示器(LiquidCrystalDisplay，LCD)面板整体的可靠性。[现有技术文献][专利文献][专利文献1]日本专利特开2016-94412号公报
技术实现思路
[专利技术所要解决的问题]本专利技术的课题为提供一种液晶组合物，其充分满足向列相的上限温度高、向列相的下限温度低、粘度小、光学各向异性适当、介电各向异性大、比电阻大、对光的稳定性高、对热的稳定性高、弹性常数大之类的特性的至少一种。另一课题为提供一种在这些特性的至少两种之间具有适当平衡的液晶组合物。另一课题为提供一种含有此种组合物的液晶显示元件。又一课题为提供一种具有响应时间短、电压保持率大、阈电压低、对比度大、寿命长之类的特性的AM元件。[解决问题的技术手段]本专利技术人对各种液晶性化合物及各种化学物质进行了研究，发现通过使用特定化合物而可解决所述课题，从而完成了本专利技术。即，本专利技术涉及一种液晶组合物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)所表示的化合物中的至少一种化合物作为添加物X，且具有向列相及负的介电各向异性。式(1)中，Ra为氢、式(F)所表示的基、碳数1至30的烷基、碳数3至30的脂环式烃基或碳数6至30的芳香族烃基，烷基、脂环式烃基及芳香族烃基中，至少一个-CH2-可经-S-、-O-、-NH-或-CO-取代，至少一个-CH2-CH2-可经-CH＝CH-或-C≡C-取代，这些基中，至少一个氢可经卤素取代；Rb为碳数1至30的烷基、碳数3至30的脂环式烃基或碳数6至30的芳香族烃基，这些基中，至少一个-CH2-可经-S-、-O-、-NH-或-CO-取代，至少一个-CH2-CH2-可经-CH＝CH-或-C≡C-取代，这些基中，至少一个氢可经卤素取代；Za及Zc为单键或碳数1至30的亚烷基，所述亚烷基中，至少一个-CH2-可经-O-、-NH-或-CO-取代，至少一个-CH2-CH2-可经-CH＝CH-或-C≡C-取代，至少一个氢可经卤素取代；Zb为单键、碳数1至30的亚烷基、碳数3至30的脂环式烃基或碳数6至30的芳香族烃基，这些基中，至少一个-CH2-可经-S-、-O-、-NH-或-CO-取代，至少一个-CH2-CH2-可经-CH＝CH-或-C≡C-取代，这些基中，至少一个氢本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种液晶组合物，其含有选自式(1)所表示的化合物中的至少一种化合物作为添加物X，且具有向列相及负的介电各向异性：/n

【技术特征摘要】
20190418 JP 2019-0790231.一种液晶组合物，其含有选自式(1)所表示的化合物中的至少一种化合物作为添加物X，且具有向列相及负的介电各向异性：



式(1)中，Ra为氢、式(F)所表示的基、碳数1至30的烷基、碳数3至30的脂环式烃基或碳数6至30的芳香族烃基，烷基、脂环式烃基及芳香族烃基中，至少一个-CH2-可经-S-、-O-、-NH-或-CO-取代，至少一个-CH2-CH2-可经-CH＝CH-或-C≡C-取代，这些基中，至少一个氢可经卤素取代；Rb为碳数1至30的烷基、碳数3至30的脂环式烃基或碳数6至30的芳香族烃基，这些基中，至少一个-CH2-可经-S-、-O-、-NH-或-CO-取代，至少一个-CH2-CH2-可经-CH＝CH-或-C≡C-取代，这些基中，至少一个氢可经卤素取代；Za及Zc为单键或碳数1至30的亚烷基，所述亚烷基中，至少一个-CH2-可经-O-、-NH-或-CO-取代，至少一个-CH2-CH2-可经-CH＝CH-或-C≡C-取代，至少一个氢可经卤素取代；Zb为单键、碳数1至30的亚烷基、碳数3至30的脂环式烃基或碳数6至30的芳香族烃基，这些基中，至少一个-CH2-可经-S-、-O-、-NH-或-CO-取代，至少一个-CH2-CH2-可经-CH＝CH-或-C≡C-取代，这些基中，至少一个氢可经卤素或式(F)所表示的基取代；S为硫；n为0、1、2、3或4；p为0或1；



式(F)中，Rc为碳数1至30的烷基、碳数3至30的脂环式烃基或碳数6至30的芳香族烃基，这些基中，至少一个-CH2-可经-S-、-O-、-NH-或-CO-取代，至少一个-CH2-CH2-可经-CH＝CH-或-C≡C-取代，这些基中，至少一个氢可经卤素取代；Zd为单键或碳数1至30的亚烷基，所述亚烷基中，至少一个-CH2-可经-O-、-NH-或-CO-取代，至少一个-CH2-CH2-可经-CH＝CH-或-C≡C-取代，至少一个氢可经卤素取代；S为硫；m为0、1、2、3或4；r为0或1。


2.根据权利要求1所述的液晶组合物，其含有选自式(1-1)至式(1-4)所表示的化合物中的至少一种化合物作为添加物X：



式(1-1)至式(1-4)中，Rf为氢、碳数1至20的烷基、碳数3至20的脂环式烃基或碳数6至20的芳香族烃基，这些基中，至少一个-CH2-可经-S-、-O-或-CO-取代，至少一个-CH2-CH2-可经-CH＝CH-取代；Rg、Rh、Ri及Rj为氢、碳数1至5的烷基，这些基中，至少一个-CH2-可经-O-或-CO-取代，至少一个-CH2-CH2-可经-CH＝CH-取代，至少一个氢可经式(F-1)所表示的基取代；Rd及Re为碳数1至20的烷基、碳数3至20的脂环式烃基或碳数6至20的芳香族烃基，这些基中，至少一个-CH2-可经-S-、-O-或-CO-取代，至少一个-CH2-CH2-可经-CH＝CH-取代；Ze及Zf为单键或碳数1至10的亚烷基，所述亚烷基中，至少一个-CH2-可经-O-、-NH-或-CO-取代，至少一个-CH2-CH2-可经-CH＝CH-取代；Zg为碳数1至6的亚烷基，所述亚烷基中，至少一个-CH2-可经-S-、-O-、-NH-或-CO-取代，至少一个-CH2-CH2-可经-CH＝CH-取代；S为硫；n1及n2为0、1、2或3；



式(F-1)中，Rj为碳数1至20的烷基、碳数3至20的脂环式烃基或碳数6至20的芳香族烃基，这些基中，至少一个-CH2-可经-O-或-CO-取代，至少一个-CH2-CH2-可经-CH＝CH-取代；Zh为单键或碳数1至10的亚烷基，所述亚烷基中，至少一个-CH2-可经-O-或-CO-取代；S为硫；m1为0、1、2或3；r1为0或1。


3.根据权利要求1所述的液晶组合物，其中所述添加物X的比例为0.0001质量％至2质量％的范围。


4.根据权利要求1所述的液晶组合物，其含有选自式(2)所表示的化合物中的至少一种化合物作为成分A：



式(2)中，R2a及R2b为氢、碳数1至12的烷基、碳数1至12的烷氧基、碳数2至12的烯基、碳数2至12的烯氧基、或者至少一个氢经氟或氯取代的碳数1至12的烷基；环A及环C为1,4-亚环己基、1,4-亚环己烯基、四氢吡喃-2,5-二基、1,4-亚苯基、至少一个氢经氟或氯取代的1,4-亚苯基、萘-2,6-二基、至少一个氢经氟或氯取代的萘-2,6-二基、色原烷-2,6-二基、或者至少一个氢经氟或氯取代的色原烷-2,6-二基；环B为2,3-二氟-1,4-亚苯基、2-氯-3-氟-1,4-亚苯基、2,3-二氟-5-甲基-1,4-亚苯基、3,4,5-三氟萘-2,6-二基、7,8-二氟色原烷-2,6-二基、3,4,5,6-四氟芴-2,7-二基、4,6-二氟二苯并呋喃-3,7-二基、4,6-二氟二苯并噻吩-3,7-二基或1,1,6,7-四氟茚满-2,5-二基；Z2a及Z2b为单键、亚乙基、亚乙烯基、亚甲氧基或羰氧基；a为0、1、2或3，b为0或1；而且a与b的和为3以下。


5.根据权利要求1所述的液晶组合物，其含有选自式(2-1)至式(2-35)所表示的化合物中的至少一种化合物作为成分A，












式(2-1)至式(2-35)中，R2a及R2b为氢、碳数1至12的烷基、碳数1至12的烷氧基、碳数2至12的烯基、碳数2至12的烯氧基、或者至少一个氢经氟或氯取代的碳数1至12的烷基。


6.根据权利要求4所述的液晶组合物，其中所述成分A的比例为10质量％至90质量％的范围。


7.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：森崇徳，朝仓利树，斋藤将之，
申请(专利权)人：捷恩智株式会社，捷恩智石油化学株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP