液晶组合物、液晶显示元件、及液晶组合物在液晶显示元件中的用途制造技术

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实现液晶分子的垂直取向的介电常数各向异性为负的液晶组合物，液晶显示元件及液晶组合物在液晶显示元件中的用途。本发明专利技术是一种含有具有聚合性基的极性化合物作为第一添加物、且具有负的介电常数各向异性的向列液晶组合物，所述组合物也可含有作为第一成分的具有大的负介电常数各向异性的特定的液晶性化合物、作为第二成分的具有高的上限温度或小的粘度的特定的液晶性化合物、作为第二添加物的聚合性化合物，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。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、液晶显示元件、及液晶组合物在液晶显示元件中的用途


[0001]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。尤其是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实现液晶分子的垂直取向的介电常数各向异性为负的液晶组合物，以及液晶显示元件及液晶组合物在液晶显示元件中的用途。

技术介绍

[0002]在液晶显示元件中，基于液晶分子的动作模式的分类为相变(phase change，PC)、扭曲向列(twisted nematic，TN)、超扭曲向列(super twisted nematic，STN)、电控双折射(electrically controlled birefringence，ECB)、光学补偿弯曲(optically compensated bend，OCB)、面内切换(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)、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的分类为非晶硅(amorphous silicon)以及多晶硅(polycrystal silicon)。后者根据制造步骤而被分类为高温型及低温型。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。
[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，可获得具有良好的特性的AM元件。将两个特性中的关联归纳于下述表1中。基于市售的AM元件来进一步说明组合物的特性。向列相的温度范围与元件的可使用的温度范围有关。向列相的优选的上限温度为约70℃以上，而且向列相的优选的下限温度为约-10℃以下。组合物的粘度与元件的响应时间有关。为了以元件显示动态图像，优选为响应时间短。理想的是响应时间短于1毫秒。因此，优选为组合物的粘度小。进而优选为在低温度下的粘度小。
[0004]表1.组合物的特性与AM元件的特性
[0005][0006]组合物的光学各向异性与元件的对比度比有关。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)是以使对比度比成为最大的方式设计。积的适当的值取决于动作模式的种类。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。组合物的大的介电常数各向异性有助于元件的低阈值电压、小的消耗电力与大的对比度比。因此，优选为介电常数各向异性大。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比。因此，优选为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有关。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、液晶电视机等的AM元件而言优选。
[0007]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实现。聚合物稳定取向(PSA；polymer sustained alignment)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，一面对所述元件的基板之间施加电压，一面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，可通过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之类的模式的元件可期待聚合物的此种效果。
[0008]另一方面，在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，将添加有少量的聚合性化合物及少量的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进行取向。其次，一面对所述元件的基板之间施加电压，一面对组合物照射紫外线。此处，聚合性化合物进行聚合，从而使液晶分子的取向稳定化。所述组合物中，可通过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无需形成取向膜的步骤。由于不存在取向膜，因此不存在元件的电阻因取向膜与组合物的相互作用而降低的情况。具有TN、ECB、OCB、IPS、VA、FFS、FPA之类的模式的元件可期待利用聚合物与极性化合物的组合所得的此种效果。
[0009]具有TN模式的AM元件中使用具有正的介电常数各向异性的组合物。具有VA模式的AM元件中使用具有负的介电常数各向异性的组合物。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常数各向异性的组合物。聚合物稳定取向型的AM元件中使用具有正或负的介电常数各向异性的组合物。不具有取向膜的元件中使用具有正或负的介电常数各向异性的组合物。具有负的介电常数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。
[0010][现有技术文献][0011][专利文献][0012][专利文献1]国际公开第2014/090362号
[0013][专利文献2]国际公开第2014/094959号
[0014][专利文献3]国际公开第2013/004372号
[0015][专利文献4]日本专利特开2015-168826号公报

技术实现思路

[0016][专利技术所要解决的问题][0017]本专利技术的课题在于提供一种含有具有聚合性基的极性化合物(1)作为第一添加物的液晶组合物，此处，液晶组合物的低温溶解性优异且具有高反应性并且预倾角形成速度快。另一课题在于提供一种通过由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实现液晶分子的垂直取向的液晶组合物。又一课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、负的介电常数各向异性大、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。又一课题在于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。又一课题为一种含有此种组合物的液晶显示元件。又一课题为一种具有响应时间短、电压保持率大、阈值电压低、对比度比大、寿命长等特性的AM元本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种液晶组合物，含有选自式(1)所表示的极性化合物中的至少一种化合物作为第一添加物，而且具有向列相及负的介电常数各向异性；式(1)中，R1为氢或碳数1至10的烷基，所述R1中，至少一个-CH
2-可经-O-或-S-取代，至少一个-(CH2)
2-可经-CH＝CH-或-C≡C-取代，至少一个氢可经氟或氯取代；环A1及环A2独立地为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，所述环A1及环A2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，所述取代基的烷基、烯基、烷氧基及烯氧基中，至少一个氢可经氟或氯取代；a为0、1、2、3或4；b及c独立地为0、1或2；Z1独立地为单键或碳数1至6的亚烷基，所述Z1中，至少一个-CH
2-可经-O-、-CO-、-COO-、-OCO-或-OCOO-取代，至少一个-(CH2)
2-可经-CH＝CH-或-C≡C-取代，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；P1及P2独立地为选自式(1-p1)、式(1-p2)、式(1-p3)、式(1-p4)及式(1-p5)所表示的基中的基；式(1-p1)、式(1-p2)、式(1-p3)、式(1-p4)及式(1-p5)中，Sp1为单键或碳数1至15的亚烷基，所述Sp1中，至少一个-CH
2-可经-O-、-CO-、-COO-、-OCO-或-OCOO-取代，至少一个-(CH2)
2-可经-CH＝CH-或-C≡C-取代，至少一个氢可经氟或氯取代；R2为碳数1至5的烷基；R3为碳数1至10的直链状烷基或碳数3至10的分支状烷基、或者碳数3至8的环状烷基；Y1为氯、氟或溴；式(1)中，
在P1及P2中的至少一者具有式(1-p1)、式(1-p2)及式(1-p3)所表示的基中的至少一个基的情况下，Sp2为单键或碳数1至10的亚烷基，所述Sp2中，至少一个-CH
2-可经-O-、-CO-、-COO-、-OCO-、-OCOO-或式(1-a)所表示的基取代，至少一个-(CH2)
2-可经-CH＝CH-或-C≡C-取代，至少一个氢可经氟、氯、式(1-p1)、式(1-p2)、式(1-p3)、式(1-p4)或式(1-p5)所表示的基取代；其中，在b及c均为0的情况下，Sp2为碳数1至10的亚烷基，所述Sp2中，至少一个-CH
2-可经式(1-a)所表示的基取代，至少一个-CH
2-可经-O-、-CO-、-COO-、-OCO-或-OCOO-取代，至少一个-(CH2)
2-可经-CH＝CH-或-C≡C-取代，至少一个氢可经式(1-p1)、式(1-p2)或式(1-p3)所表示的基取代，至少一个氢可经氟、氯、式(1-p1)、式(1-p2)、式(1-p3)、式(1-p4)或式(1-p5)所表示的基取代；2.根据权利要求1所述的液晶组合物，其中所述极性基由式(X-1)至式(X-27)中的任一者所表示；
式(X-1)至式(X-27)中，J1及J2独立地为氢、或者碳数1至5的直链状烷基或碳数3至5的分支状烷基，所述J1及J2中，至少一个-CH
2-可经-O-取代；J3为氢、或者碳数1至20的直链状烷基或碳数3至20的分支状烷基，所述J3中，至少一个-CH
2-可经-O-、-COO-或-OCO-取代；J4及J5独立地为氢或碳数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独立地为-CH
2-、-O-、-CO-或-S-；V1、V2及V3独立地为次甲基或氮，V1、V2及V3中的至少一者含有氮；
W1为-O-或-S-；W2为碳、硫或硅；其中，式(X-14)中，在Q1为次甲基的情况下，U1及U2中的至少一者为-O-、-CO-或-S-。3.根据权利要求1或2所述的液晶组合物，具有选自式(1-1)至式(1-6)所表示的化合物中的至少一种化合物作为所述第一添加物；式(1-1)至式(1-6)中，R1为氢或碳数1至10的烷基，所述R1中，至少一个-CH
2-可经-O-取代，至少一个-(CH2)
2-可经-CH＝CH-取代，至少一个氢可经氟或氯取代；环A1至环A4为1,4-亚环己基、1,4-亚环己烯基、1,4-亚苯基、萘-2,6-二基、四氢吡喃-2,5-二基或1,3-二噁烷-2,5-二基，所述环A1至环A4中，至少一个氢可经氟、碳数1至5的烷基、碳数2至5的烯基或碳数1至4的烷氧基取代；b及c独立地为0、1或2；Z1至Z3独立地为单键、-(CH2)
2-、-CH＝CH-、-C≡C-、-CH2O-或-OCH
2-；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；P1及P2独立地为选自式(1-p1)、式(1-p2)、式(1-p3)、式(1-p4)及式(1-p5)所表示的基中的基；
式(1-p1)、式(1-p2)、式(1-p3)、式(1-p4)及式(1-p5)中，Sp1为单键或碳数1至5的亚烷基，所述Sp1中，至少一个-CH
2-可经-O-取代，至少一个-(CH2)
2-可经-CH＝CH-取代，至少一个氢可经氟或氯取代；R2为碳数1至5的烷基；R3为碳数1至10的直链状烷基或碳数3至10的分支状烷基、或者碳数3至8的环状烷基；Y1为氯、氟或溴；式(1-1)至式(1-6)中，在P1及P2中的至少一者具有式(1-p1)、式(1-p2)及式(1-p3)所表示的基中的至少一个基的情况下，Sp2为单键或碳数1至7的亚烷基，所述Sp2中，至少一个-CH
2-可经-O-、-CO-、-COO-或式(1-a)所表示的基取代，至少一个-(CH2)
2-可经-CH＝CH-取代，至少一个氢可经氟、氯、式(1-p1)、式(1-p2)、式(1-p3)、式(1-p4)或式(1-p5)所表示的基取代；其中，在b及c均为0的情况下，Sp2为碳数1至7的亚烷基，所述Sp2中，至少一个-CH
2-可经式(1-a)所表示的基取代，至少一个-CH
2-可经-O-、-CO-或-COO-取代，至少一个-(CH2)
2-可经-CH＝CH-取代，至少一个氢可经式(1-p1)、式(1-p2)或式(1-p3)所表示的基取代，至少一个氢可经氟、氯、式(1-p1)、式(1-p2)、式(1-p3)、式(1-p4)或式(1-p5)所表示的基取代；4.根据权利要求1或2所述的液晶组合物，具有选自式(1-7)至式(1-90)所表示的化合物中的至少一种化合物作为所述第一添加物；
式(1-7)至式(1-90)中，R1为碳数1至10的烷基；Z1至Z3独立地为单键或-(CH2)
2-；Sp1为单键或碳数1至5的亚烷基，所述Sp1中，至少一个-CH
2-可经-O-取代；R2为碳数1至5的烷基；R3为碳数1至10的直链状烷基或碳数3至10的分支状烷基、或者碳数3至8的环状烷基；Y1为氯、氟或溴；Y
11
至Y
21
独立地为氢、氟、碳数1至5的烷基、碳数2至5的烯基或碳数1至4的烷氧基；Sp2为单键或碳数1至7的亚烷基，所述Sp2中，至少一个-CH
2-可经-O-或式(1-a)所表示的基取代，至少一个氢可经氟、氯、式(1-p1)、式(1-p2)、式(1-p3)或式(1-p4)所表示的基取
代；式(1-p1)、式(1-p2)、式(1-p3...

【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，
申请(专利权)人：捷恩智石油化学株式会社，
类型：发明
国别省市：