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含有聚合性化合物及具有聚合性基的极性化合物/或其聚合物、且通过所述化合物的作用而能够达成液晶分子的垂直取向的介电各向异性为负的液晶组合物及其用途、以及液晶显示元件。本发明专利技术是一种含有聚合性化合物作为添加物X、并含有具有聚合性基的极性化合物作为添加物Y且具有负的介电各向异性的向列液晶组合物，所述组合物也可含有具有大的负介电各向异性的特定液晶性化合物作为成分A，含有具有高的上限温度或小的粘度的特定液晶性化合物作为成分B，含有聚合性化合物作为添加物Z，而且本发明专利技术是一种含有所述组合物的液晶显示元件。

【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。尤其涉及一种含有聚合性化合物及具有聚合性基的极性化合物或其聚合物、且通过所述化合物的作用而能够达成液晶分子的垂直取向的介电各向异性为负的液晶组合物，以及液晶显示元件。
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)、扭转向列(twistednematic，TN)、超扭转向列(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)与多路复用式(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。将两种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。进而优选为低温下的粘度小。表1.组合物的特性与AM元件的特性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，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(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。这些情况下，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。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，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。此种特性对用于液晶监视器、液晶电视等的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利用特定的聚酰亚胺取向膜来达成。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。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。另一方面，不具有取向膜的液晶显示元件中使用含有聚合物及极性化合物的液晶组合物。首先，将添加有少量聚合性化合物及少量极性化合物的组合物注入至元件中。此处，极性化合物吸附于元件的基板表面并进行排列。液晶分子依据所述排列而取向。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。此处，聚合性化合物进行聚合，并使液晶分子的取向稳定化。所述组合物中，能够利用聚合物及极性化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。进而，不具有取向膜的元件中不需要形成取向膜的工序。由于不存在取向膜，故通过取向膜与组合物的相互作用，元件的电阻不会降低。具有TN、ECB、OCB、IPS、VA、FFS、FPA之类的模式的元件中可期待利用聚合物与极性化合物的组合的此种效果。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。聚合物稳定取向型的AM元件中使用具有正或负的介电各向异性的组合物。不具有取向膜的元件中使用具有正或负的介电各向异性的组合物。具有负的介电各向异性的组合物在以下的专利文献1至专利文献4等中有揭示。[现有技术文献][专利文献][专利文献1]国际公开2014-090362号[专利文献2]国际公开2014-094959号[专利文献3]国际公开2013-004372号[专利文献4]日本专利特开2015-168826号公报
技术实现思路
[专利技术所要解决的问题]本专利技术的问题为提供一种含有作为添加物X的聚合性化合物及作为添加物Y的具有聚合性基的极性化合物(或其聚合物)的液晶组合物，此处，液晶组合物的垂直取向性优异且具有高的加热VHR(电压保持率)。另一问题为提供一种通过自所述聚合性化合物与极性化合物产生的聚合物的作用而能够达成液晶分子的垂直取向的液晶组合物。另一问题为一种液晶组合物，其在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、负的介电各向异性大、比电阻大、对紫外线的稳定性高、对热的稳定性高、弹性常数大之类的特性中，满足至少一种特性。另一问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。另一问题为一种含有此种组合物的液晶显示元件。又一问题为一种具有响应时间短、电压保持率大、阈电压低、对比度大、寿命长等特性的AM元件。[解决问题的技术手段]本专利技术中，将作为添加物X的选自式(1)所表示的聚合性化合物中的至少一种化合物及作为添加物Y的选自式(B)所表示的具有聚合性基的极性化合物(或其聚合物)中的至少一种化合物与液晶性化合物组合，并将所述组合物用于不具有取向膜的液晶显示元件中。具体而言，本专利技术为一种含有作为添加物X的选自式(1)所表示的聚合性化合物中的至少一种化合物及作为添加物Y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)所表示的聚合性化合物中的至少一种化合物作为添加物X，以及含有选自式(B)所表示的具有聚合性基的极性化合物中的至少一种化合物作为添加物Y，而且具有向列相及负的介电各向异性；/n

【技术特征摘要】
20190612 JP 2019-109714;20191213 JP 2019-2255081.一种液晶组合物，其含有选自式(1)所表示的聚合性化合物中的至少一种化合物作为添加物X，以及含有选自式(B)所表示的具有聚合性基的极性化合物中的至少一种化合物作为添加物Y，而且具有向列相及负的介电各向异性；



式(1)中，
环A1及环A3为环己基、环己烯基、苯基、1-萘基、2-萘基、四氢吡喃-2-基、1,3-二噁烷-2-基、嘧啶-2-基或吡啶-2-基，这些环中，至少一个氢可经氟、氯、碳数1至12的烷基、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的烷基取代；
环A2为1,4-亚环己基、1,4-亚环己烯基、1,4-亚苯基、萘-1,2-二基、萘-1,3-二基、萘-1,4-二基、萘-1,5-二基、萘-1,6-二基、萘-1,7-二基、萘-1,8-二基、萘-2,3-二基、萘-2,6-二基、萘-2,7-二基、四氢吡喃-2,5-二基、1,3-二噁烷-2,5-二基、嘧啶-2,5-二基或吡啶-2,5-二基，这些环中，至少一个氢可经氟、氯、碳数1至12的烷基、碳数1至12的烷氧基、或者至少一个氢经氟或氯取代的碳数1至12的烷基取代；
Z1及Z2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-、-CO-、-COO-或-OCO-取代，至少一个-CH2-CH2-可经-CH＝CH-、-C(CH3)＝CH-、-CH＝C(CH3)-或-C(CH3)＝C(CH3)-取代，这些基中，至少一个氢可经氟或氯取代；
Sp1、Sp2及Sp3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-、-COO-、-OCO-或-OCOO-取代，至少一个-CH2-CH2-可经-CH＝CH-或-C≡C-取代，这些基中，至少一个氢可经氟或氯取代；
a为0、1或2；
b、c及d为0、1、2、3或4，而且b、c及d的和为1以上；
P1、P2及P3为聚合性基，P1、P2及P3的至少一个为式(P-1)所表示的聚合性基；



式(P-1)中，
M1为碳数1至5的烷基；
n为1至5的整数；



式(B)中，
R6为氢或碳数1至7的烷基，所述烷基中，至少一个-CH2-可经-O-或-S-取代，至少一个-CH2-CH2-可经-CH＝CH-或-C≡C-取代，这些基中，至少一个氢可经氟或氯取代；
环A4及环A5为1,2-亚环丙基、1,3-亚环丁基、1,3-亚环戊基、1,4-亚环己基、1,4-亚环庚基、1,4-亚环己烯基、1,4-亚苯基、萘-2,6-二基、十氢萘-2,6-二基、1,2,3,4-四氢萘-2,6-二基、四氢吡喃-2,5-二基、1,3-二噁烷-2,5-二基、嘧啶-2,5-二基或吡啶-2,5-二基，这些环中，至少一个氢可经氟、氯、碳数1至10的烷基、碳数2至10的烯基、碳数1至9的烷氧基或碳数2至9的烯氧基取代，这些基中，至少一个氢可经氟或氯取代；
p为0、1、2、3或4；
q及r为0、1或2；
Z8为单键或碳数1至6的亚烷基，所述亚烷基中，至少一个-CH2-可经-O-、-CO-、-COO-、-OCO-或-OCOO-取代，至少一个-CH2-CH2-可经-CH＝CH-或-C≡C-取代，这些基中，至少一个氢可经氟或氯取代；
X1为具有选自由氮、氧、硫、磷及硅所组成的群组中的杂原子的极性基；
Sp9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-、-CO-、-COO-、-OCO-、-OCOO-或式(1-a)所表示的基取代，至少一个-CH2-CH2-可经-CH＝CH-或-C≡C-取代，这些基中，至少一个氢可经氟、氯、式(A-p1)、式(A-p2)、式(A-p3)、式(A-p4)或式(A-p5)所表示的基取代；



P16及P17为选自式(A-p1)、式(A-p2)、式(A-p3)、式(A-p4)及式(A-p5)所表示的基中的基；



式(A-p1)至式(A-p5)中，
Sp10为单键或碳数1至15的亚烷基，所述亚烷基中，至少一个-CH2-可经-O-、-CO-、-COO-、-OCO-或-OCOO-取代，至少一个-CH2-CH2-可经-CH＝CH-或-C≡C-取代，这些基中，至少一个氢可经氟或氯取代；
R7为碳数1至5的烷基；
R8为碳数1至10的烷基或碳数3至8的环状烷基；
Y1为氯、氟或溴。


2.根据权利要求1所述的液晶组合物，其中式(1)中，P1、P2及P3为选自式(P-1)至式(P-6)所表示的聚合性基中的基，P1、P2及P3的至少一个为式(P-1)所表示的聚合性基；



式(P-1)至式(P-6)中，M1为碳数1至5的烷基；M2、M3及M4为氢、氟、碳数1至5的烷基、或者至少一个氢经氟或氯取代的碳数1至5的烷基；n为1至5的整数。


3.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(1-30)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(1-30)中，
R1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；
Sp1、Sp2及Sp3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-、-COO-、-OCO-或-OCOO-取代，至少一个-CH2-CH2-可经-CH＝CH-或-C≡C-取代，这些基中，至少一个氢可经氟或氯取代；
P5、P6及P7为选自式(P-1)至式(P-4)所表示的聚合性基中的基；P5、P6及P7的至少一个为式(P-1)所表示的聚合性基；



式(P-1)至式(P-4)中，
M1为碳数1至5的烷基；
M2、M3及M4为氢、氟、碳数1至5的烷基、或者至少一个氢经氟或氯取代的碳数1至5的烷基；
n为1至5的整数。


4.根据权利要求1所述的液晶组合物，其中添加物X的比例为0.03质量％至10质量％的范围。


5.根据权利要求1所述的液晶组合物，其中式(B)中，X1为式(X-1)至式(X-27)中的任一者所表示的极性基；



式(X-1)至式(X-27)中，
J1及J2为氢或碳数1至5的烷基，所述烷基中，至少一个-CH2-可经-O-取代；
J3为氢或碳数1至20的烷基，所述烷基中，至少一个-CH2-可经-O-、-COO-或-OCO-取代；
J4及J5为氢或碳数1至8的烷基；
Q1为次甲基或氮，此处，次甲基的氢可经碳数1至6的烷基取代；
U1及U2为-CH2-、-O-、-CO-或-S-；
V1、V2及V3为次甲基或氮，V1、V2及V3的任一个一定...

【专利技术属性】
技术研发人员：片野裕子，川上日向子，近藤史尚，蜂屋诚，
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