CN112352032A

CN112352032A - 组合物和使用其的液晶显示元件

Info

Publication number: CN112352032A
Application number: CN201980044214.XA
Authority: CN
Inventors: 谷口士朗; 吴伟; 大石晴己
Original assignee: DIC Corp
Current assignee: DIC Corp
Priority date: 2018-08-29
Filing date: 2019-07-18
Publication date: 2021-02-09
Also published as: JPWO2020044832A1; WO2020044832A1

Abstract

本发明提供一种液晶组合物，其是Δε为正的组合物，具有宽温度范围的液晶相，粘性小，低温下的溶解性良好，且电阻率、电压保持率高，对热、光稳定，进一步具有高的弹性常数和相对高的ε⊥。提供一种液晶组合物，其是含有成分(A)，含有成分(B)，且含有成分(C)的组合物，所述成分(A)由含有至少一种选自通式(A1)所表示的组的化合物的具有正的介电常数各向异性的化合物组成，所述成分(B)由含有至少一种选自通式(B1)所表示的组的化合物的具有负的介电常数各向异性的化合物组成，所述成分(C)由含有至少一种选自通式(C1)所表示的组的化合物的介电性为中性的化合物组成；作为组合物整体具有正的介电常数各向异性。进一步提供使用该组合物的IPS型或FFS型的显示元件。[化1]

Description

组合物和使用其的液晶显示元件

技术领域

本发明涉及适合于有源矩阵元件的液晶组合物和含有该组合物的有源矩阵元件。特别涉及介电常数各向异性为正的液晶组合物以及含有其的IPS模式、FFS模式、ECB模式、TN模式、OCB模式、PSA模式等的元件。

背景技术

液晶显示元件被用于以时钟、计算器为代表的各种测定设备、汽车用面板、打印机、电脑、电视机、时钟、广告显示板等。基于显示方式的代表性分类有：TN(twistednematic，扭曲向列)型、STN(super twisted nematic，超扭曲向列)型、使用TFT的VA(vertical alignment，垂直取向)型、PSA(polymer sustained alignment，聚合物稳定取向)型、作为水平取向模式的IPS(in-plane switching，平面转换)型、FFS(fringe fieldswitching，边缘场切换)型等。这些液晶显示元件中使用的液晶组合物要求对水分、空气、热、光等外界刺激稳定，另外，在以室温为中心的尽可能宽的温度范围内显示液晶相，低粘性、且能够以低电压驱动。

VA型、PSA型显示器中主要使用介电常数各向异性(Δε)为负的液晶组合物，TN型、STN型、IPS型、FFS型中主要使用Δε为正的液晶组合物。为了针对各显示元件而将Δε和折射率各向异性(Δn)设为最适的值，这些液晶组合物是由数种至数十种化合物构成的。为了实现作为元件的高速响应性、低工作电压、宽工作温度范围、高可靠性，液晶组合物必须将Δε的绝对值、Δn等维持为最适的值，而且粘度(η)小、向列相-各向同性液体相转变温度(T_N-I)高、具备不发生低温下的析出、相变的优异的保存稳定性，进一步还必须对于热、光、水分等的刺激稳定。另外，水平取向型显示器的IPS型、FFS型理论上存在对比度比VA型、PSA型的显示器差这样的问题，因此有继续对对比度进行改善的要求。对比度由显示器的ON亮度(最大透射率)与OFF亮度(黑显示的亮度)之比表示，因此在FFS型、IPS型显示器中，需要除了能够实现一直以来要求的作为液晶组合物的诸特性以外，在制成显示元件时还能够实现高透射率和/或进一步降低了的黑色亮度的液晶组合物。

FFS型、IPS型显示器的OFF亮度(黑显示的亮度)主要取决于元件构成，但也受液晶组合物的物性值的影响，已知一般具备小Δn和高弹性常数的液晶组合物对OFF亮度的降低有效。然而，如果使用Δn过小的液晶组合物，则为了将与单元间隙(d)之积保持为一定，必须有厚的单元间隙，会导致响应速度的恶化，因此不优选。另一方面，在使用具有高弹性常数的液晶组合物的情况下，由于返回的响应速度被高速化，也不需要厚间隙化，因此作为降低黑色亮度的方法是优选的。

已知FFS型、IPS型显示器的透射率通过变更构成液晶组合物的介电常数各向异性的2个成分的值(ε//和ε⊥)的比率来改善。特别是在使用介电性为正的液晶组合物的FFS型显示元件的情况下，由于像素电极上产生的大致垂直方向的电场，使得正上方的液晶分子倾斜增大，因此存在透射率降低这样的问题。作为解决这个问题的方法，提出了使用介电性为负的液晶组合物的方法、使用介电性为正但ε⊥值相对较大的液晶组合物的方法等。然而，在使用介电性为负的液晶组合物的情况下，由于液晶组合物的粘性大，因此除了响应速度变慢这样的缺点以外，一般还具有容易发生显示图像的烧屏这样的问题。针对后者，近年来虽然开发了各种液晶组合物，但液晶组合物所具有的物理、化学特性分别存在此消彼长的关系，仍然难以得到满足所有特性的组合物。特别是在FFS模式中，由于TFT基板本身的电容量的大小、不对称的电场等，导致在短时间或长时间的图案显示后容易发生意外的烧屏现象，从显示器的高可靠性化的观点考虑，期望解决。

即，关于能够将Δε的绝对值、Δn等调节至最适的值、η小、具有高T_N-I，具备不发生低温下的析出、相变的优异的保存稳定性、对于热、光和水分等刺激稳定，进一步具备高弹性常数，在制成IPS型或FFS型液晶显示元件时发挥高对比度，能够抑制烧屏发生的具体的液晶组合物，一直存在强烈的需求。

作为面向IPS型、FFS型等横向电场型液晶显示的液晶组合物，例如公开了使用式(1)、式(2)所表示的介电性为中性的烯基化合物的液晶组合物(专利文献1至3)。

[化1]

(Alkenyl为烯基，R为烷基、烷氧基、烯基、烯氧基、烷氧基烷基等。)

然而，这些发明中并没有充分满足目前高度化的要求，要求开发能够同时解决前述课题的液晶组合物。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特表2004-529214

专利文献2：日本特开2009-191264

专利文献3：日本特开2006-328399

发明内容

发明要解决的课题

本发明要解决的课题在于提供一种液晶组合物，其是Δε为正的组合物，具有宽温度范围的液晶相，η小，低温下不发生析出、相变，保存稳定性良好，且电阻率、电压保持率(VHR)高，对于热、光稳定，进一步具有高弹性常数和相对高的ε⊥。进一步还在于，通过使用该液晶组合物，从而提供高速响应性优异、工作温度范围宽、烧屏的发生被抑制、对比度优异的FFS型、IPS型的液晶显示元件。

用于解决课题的方法

本发明人对各种液晶化合物和各种化学物质进行了研究，发现通过组合特定的液晶化合物能够解决上述课题，从而完成了本发明。

即，本发明的目的在于提供一种液晶组合物，其特征在于，其是含有由具有正的介电常数各向异性的化合物组成的成分(A)、由具有负的介电常数各向异性的化合物组成的成分(B)、以及由介电性为中性的化合物组成的成分(C)的组合物，作为成分(A)，含有至少一种选自通式(A1)所表示的组的化合物，作为成分(B)，含有至少一种选自通式(B1)所表示的组的化合物，作为成分(C)，含有至少一种选自通式(C1)所表示的组的化合物，作为组合物整体具有正的介电常数各向异性。进一步其目的在于提供使用该组合物的IPS型或FFS型的显示元件。

[化2]

(式中，R¹～R⁵相互独立地表示碳原子数1～5的烷基、碳原子数1～5的烷氧基或碳原子数2～5的烯基，Y¹～Y¹²相互独立地表示H或F但至少两个为F，Y¹³和Y¹⁴相互独立地表示F或Cl，X¹表示F、Cl、CN、CF₃或OCF₃，m表示0或1，n表示1、2或3，Z表示-C₂H₄-、-C≡C-、-COO-、-CH＝CH-、-CF＝CF-或单键，环A和B相互独立地表示1,4-亚环己基、1,4-亚苯基、2-氟-1,4亚苯基或3-氟-1,4-亚苯基，在n为2或3时，多个A、Z各自可以相同也可以不同。)

发明效果

本发明的液晶组合物由于液晶温度范围宽，粘性低，低温下不发生析出、相变，保存稳定性良好，而且电阻率、电压保持率相对于热、光的变化极小，因此产品的实用性高。另外，使用该组合物的液晶显示元件的工作温度范围宽，高速响应性、可靠性优异，保存稳定性良好。特别是在用于FFS型或IPS型的显示元件的情况下，由于透射率高且黑色亮度降低，因而发挥高的对比度，进一步能够抑制烧屏的发生，因此是非常有用的。

具体实施方式

本发明涉及一种液晶组合物，进一步涉及使用该液晶组合物的液晶显示元件，所述液晶组合物的特征在于，

其是含有由具有正的介电常数各向异性的化合物组成的成分(A)、由具有负的介电常数各向异性的化合物组成的成分(B)、以及由介电性为中性的化合物组成的成分(C)的组合物，

作为成分(A)，含有至少一种选自通式(A1)所表示的组的化合物，

作为成分(B)，含有至少一种选自通式(B1)所表示的组的化合物，

作为成分(C)，含有至少一种选自通式(C1)所表示的组的化合物，作为组合物整体具有正的介电常数各向异性。

本说明书中，具有正的介电常数各向异性的化合物是指Δε的值大于1.5的化合物，具有负的介电常数各向异性的化合物是指Δε的值小于-1.5的化合物，介电性为中性的化合物是指Δε的值为-1.5以上且1.5以下的化合物。

本发明的组合物含有选自通式(A1)所表示的组的化合物作为介电性为正的成分(A)，通式(A1)所表示的化合物可以使用一种也可以组合两种以上来使用。

[化3]

(式中，R¹表示碳原子数1～5的烷基、碳原子数1～5的烷氧基或碳原子数2～5的烯基，Y¹～Y¹²相互独立地表示H或F，但至少两个为F，X¹表示F、Cl、CN、CF₃或OCF₃。)

通式(A1)所表示的化合物也可以出于提高液晶组合物的正的介电常数各向异性、适当调节折射率各向异性、提高相溶性(低温稳定性)、进一步相对提高组合物的ε⊥的值的目的而使用，优选的化合物由以下的通式(A1-1)～(A1-7)所表示的化合物提供。

[化4]

(式中，R¹表示与上述通式(A1)中的R¹相同的意思。)

关于通式(A1)所表示的化合物在组合物中的优选含量，作为下限值，为2质量％，为4质量％，为6质量％，为8质量％，作为上限值，为30质量％，为26质量％，为22质量％，为18质量％，为14质量％。

本发明的组合物含有通式(B1)所表示的化合物作为介电性为负的成分(B)，通式(B1)所表示的化合物可以使用一种，也可以组合两种以上来使用。

[化5]

(式中，R²、R³相互独立地表示碳原子数1～5的烷基、碳原子数1～5的烷氧基或碳原子数2～5的烯基，Y¹³和Y¹⁴相互独立地表示F或Cl，m表示0或1。)

通式(B1)所表示的化合物不仅仅出于提高液晶组合物的ε⊥的目的而使用，同时还能够赋予高可靠性、宽向列温度范围、低粘性、高弹性常数等，优选的化合物由以下的通式(B1-1)～(B1-4)所表示的化合物提供。

[化6]

(式中，R³表示与上述通式(B1)中的R³相同的意思，Alkyl表示碳原子数1～5的直链状烷基，Alkenyl表示碳原子数2～5的直链状烯基。)

关于通式(B1)的化合物在组合物中的优选含量，作为下限值，为2质量％，为4质量％，为5质量％，为7质量％，为8质量％，作为上限值，为25质量％，为20质量％，为18质量％，为16质量％，为15质量％，为14质量％，为12质量％，为10质量％。

本发明的组合物含有选自通式(C1)所表示的组的介电性为中性的化合物作为介电性为中性的成分(C)。通式(C1)所表示的化合物可以使用一种，也可以组合两种以上来使用。

[化7]

(式中，R⁴、R⁵相互独立地表示碳原子数1～5的烷基、碳原子数1～5的烷氧基或碳原子数2～5的烯基，n表示1、2或3，Z表示-C₂H₄-、-C≡C-、-COO-、-CH＝CH-、-CF＝CF-或单键，环A和B相互独立地表示1,4-亚环己基、1,4-亚苯基、2-氟-1,4亚苯基或3-氟-1,4-亚苯基，在n为2或3时，多个A、Z各自可以相同也可以不同。)

通式(C1)所表示的优选化合物由以下的式(C1-1)～(C1-11)所表示的化合物提供。

[化8]

(式中，R⁴、R⁵独立地表示碳原子数1～5的烷基、碳原子数1～5的烷氧基、或碳原子数2～5的烯基。)

关于通式(C1)的化合物的优选含量，作为下限值，为10质量％，为14质量％，为18质量％，为22质量％，为25质量％，为28质量％，为30质量％，作为上限值，为90质量％，为85质量％，为80质量％，为75质量％，为70质量％，为66质量％，为63质量％，为60质量％，为57质量％，为55质量％。

本发明的组合物除了通式(A1)所表示的化合物以外还可以任意地包含下述通式(M)所表示的化合物作为具有正的介电常数各向异性的成分(A)。通式(M)所表示的化合物可以使用一种，也可以组合两种以上来使用。

[化9]

(式中，R^M表示碳原子数1～5的直链状烷基、碳原子数3～5的环状烷基、碳原子数1～5的直链状烷氧基或碳原子数2～5的直链状烯基，n^M表示1、2或3，

G^M表示选自由如下基团组成的组中的基团，

(a)1,4-亚环己基(该基团中存在的一个-CH₂-或不相邻的两个以上-CH₂-可以被-O-或-S-取代。)和

(b)1,4-亚苯基(该基团中存在的一个-CH＝或不相邻的两个以上-CH＝可以被-N＝取代。)

上述基团(a)和基团(b)上的氢原子可以各自独立地被氰基、氟原子或氯原子取代，

Z^M表示-CH₂CH₂-、-CF₂O-、-COO-、-C≡C-或单键，

G^M和Z^M存在多个时，可以相同也可以不同，

Y^M1和Y^M2相互独立地表示氟原子或氢原子，

X^M表示氟原子、氯原子、三氟甲基、三氟甲氧基或氰基。但不包括上述通式(A1)所表示的化合物。)

通式(M)所表示的优选化合物由以下的通式(M1)～(M16)所表示的化合物提供。

[化10]

[化11]

(式中，R^M表示与上述通式(M)中的R^M相同的意思。)

通式(M1)～(M16)所表示的化合物均可以出于降低液晶显示元件的驱动电压的目的而使用。关于通式(M)的化合物的优选含量，作为下限值，为2质量％，为4质量％，为6质量％，为8质量％，作为上限值，为40质量％，为35质量％，为30质量％，为26质量％，为22质量％，为18质量％，为14质量％。

另外，关于组合物中的通式(A1)所表示的化合物与通式(M)所表示的化合物的合计含量(即，组合物中的成分(A)的含量)，作为优选的下限值，为2质量％，为4质量％，为6质量％，为8质量％，作为优选的上限值，为30质量％，为26质量％，为22质量％，为18质量％，为14质量％。

本发明的组合物除通式(B1)所表示的化合物以外还可以任意地包含下述通式(K)所表示的化合物作为具有负的介电常数各向异性的成分(B)。通式(K)所表示的化合物可以使用一种，也可以组合两种以上来使用。

[化12]

(式中，R^K1和R^K2相互独立地表示碳原子数1～5的直链状烷基、碳原子数3～5的环状烷基、碳原子数1～5的直链状烷氧基或碳原子数2～5的直链状烯基，n^K1和n^K2相互独立地表示0、1或2，n^K1+n^K2为1或2，Y^K1和Y^K2相互独立地表示氟原子或氯原子，G^K1和G^K2相互独立地表示

[化13]

在n^K1、n^K2为2时，多个G^K1、G^K2各自可以相同也可以不同。)

通式(K)所表示的优选化合物由以下通式(K1)～(K6)所表示的化合物提供。

[化14]

(式中，R^K1和R^K2表示与上述通式(K)中的R^K1和R^K2相同的意思。)

通式(K1)～(K6)所表示的化合物均可以出于提高液晶显示元件的透射率的目的而使用。关于通式(K)的化合物的优选含量，作为下限值，为3质量％，为4质量％，为6质量％，为8质量％，作为上限值，为20质量％，为17质量％，为15质量％，为13质量％，为10质量％。

另外，关于组合物中的通式(B1)所表示的化合物与通式(K)所表示的化合物的合计含量(即，组合物中的成分(B)的含量)，作为优选的下限值，为2质量％，为4质量％，为6质量％，为8质量％，作为优选的上限值，为30质量％，为26质量％，为22质量％，为18质量％，为14质量％。

相对于本发明的组合物的总量，通式(A1)、(B1)、(C1)、(M)和(K)所表示的化合物的合计优选含量的下限值为80％，为85％，为88％，为90％，为92％，为93％，为94％，为95％，为96％，为97％，为98％，为99％，为100％。优选含量的上限值为100％，为99％，为98％，为95％。

本申请发明的组合物优选不含有分子内具有过氧(-CO-OO-)结构等氧原子彼此结合的结构的化合物。

在重视组合物的可靠性和长期稳定性的情况下，优选相对于上述组合物的总质量将具有羰基的化合物的含量设为5％以下，更优选设为3％以下，进一步优选设为1％以下，最优选实质上不含有。

在重视UV照射后的稳定性的情况下，优选相对于上述组合物的总质量将取代有氯原子的化合物的含量设为15％以下，优选设为10％以下，优选设为8％以下，更优选设为5％以下，优选设为3％以下，进一步优选实质上不含有。

优选增加分子内的环结构全部为六元环的化合物的含量，优选相对于上述组合物的总质量将分子内的环结构全部为六元环的化合物的含量设为80％以上，更优选设为90％以上，进一步优选设为95％以上，最优选实质上仅由分子内的环结构全部为六元环的化合物来构成组合物。

为了抑制由组合物的氧化导致的劣化，优选减少具有亚环己烯基作为环结构的化合物的含量，优选相对于上述组合物的总质量将具有亚环己烯基的化合物的含量设为10％以下，优选设为8％以下，更优选设为5％以下，优选设为3％以下，进一步优选实质上不含有。

在重视粘度的改善和T_N-I的改善的情况下，优选减少分子内具有氢原子可被卤素取代的2-甲基苯-1,4-二基的化合物的含量，优选相对于上述组合物的总质量将上述分子内具有2-甲基苯-1,4-二基的化合物的含量设为10％以下，优选设为8％以下，更优选设为5％以下，优选设为3％以下，进一步优选实质上不含有。

本申请中，实质上不含有的意思是指除了非有意含有的物质以外不含有。

本发明中的组合物可以进一步含有具有通式(Q)和/或通式(R)所表示的末端基的化合物。这些化合物通过适当选择结构，从而能够改善液晶组合物的相溶性、对热·光的稳定性、进一步制成显示元件时的以烧屏现象为代表的可靠性。

[化15]

(式中的波浪线是指结合键)

[化16]

(式中，R表示H、O·或碳原子数1～5的烷基或烷氧基，波浪线是指结合键。)

具有通式(Q)所表示的末端基的化合物，具体地说，优选为下述通式(Q-a)至通式(Q-e)所表示的化合物。

[化17]

式中，R^Q1表示碳原子数1至10的直链状烷基或支链状烷基，R^Q2表示碳原子数1至20的直链状烷基或支链状烷基，R^Q3表示碳原子数1至8的直链状烷基、支链状烷基、直链状烷氧基或支链状烷氧基，R^Q4为碳原子数1至16的直链状亚烷基或支链状亚烷基，该亚烷基中的一个-CH₂-或不相邻的两个以上-CH₂-可以被-O-取代，L^Q表示碳原子数1至8的直链状亚烷基或支链状亚烷基，W¹和W²表示-CH₂-或O原子，优选排他性地为-CH₂-、或排他性地为O原子。通式(Q-a)至通式(Q-e)所表示的化合物中，进一步优选通式(Q-a)、(Q-c)和通式(Q-e)所表示的化合物。其中，在使用通式(Q-e)所表示的化合物的情况下，在同时含有通式(A1)、通式(B1)和通式(C1)的液晶组合物中，从发挥优异的低温稳定性、与可靠性相关的协同作用方面出发，特别优选。

本申请发明的组合物中，优选含有一种通式(Q)所表示的化合物，但也可以含有两种以上。含量优选为0.001％至1％，进一步优选为0.001％至0.1％，特别优选为0.001％至0.08％。

具有通式(R)所表示的末端基的化合物，例如也可以转用(Tinuvin770，BASF)等市售的化合物，也可以使用在WO17/154590的[0036]～[0037]段中记载的可以适合地用于液晶组合物的化合物。

本申请发明的组合物中，优选含有一种具有通式(R)所表示的末端基的化合物，更优选含有1～3种。含量优选为0.001％至0.5％，进一步优选为0.001％至0.2％，特别优选为0.001％至0.1％。

本发明中的组合物也可以进一步含有紫外线吸收剂。能够使用的紫外线吸收剂没有特别限制，也可以使用二苯甲酮系、苯并三唑系、氰基丙烯酸酯系、三嗪系等市售的紫外线吸收剂。紫外线吸收剂优选含有一种，也可以含有两种以上。含量优选为0.001％至1％，进一步优选为0.001％至0.1％，特别优选为0.001％至0.05％。

本发明的液晶组合物的T_N-I优选为70℃以上，更优选为75℃以上，特别优选为80℃以上。

本发明的液晶组合物的Δn可以根据显示器的光学设计来适当选择，优选为0.07～0.16的范围，更优选为0.08～0.14，特别优选为0.09～0.12的范围。

本发明的液晶组合物的介电常数各向异性可以根据Δε与ε⊥之比来确定其优选方式。作为ε⊥/Δε的值，优选为0.8以上，更优选为1.0以上，进一步更优选为1.3以上，特别优选为1.5以上。

为了制作经高分子稳定化的液晶显示元件，本发明的组合物可以含有聚合性化合物。作为能够使用的聚合性化合物，可列举利用光等能量射线进行聚合的光聚合性单体等，作为结构，例如可列举联苯衍生物、三联苯衍生物等具有多个六元环连接而成的液晶骨架的聚合性化合物等。进一步具体地说，优选为通式(XX)所表示的二官能单体。

[化18]

(式中，X²⁰¹和X²⁰²各自独立地表示氢原子或甲基，

Sp²⁰¹和Sp²⁰²各自独立地优选为单键、碳原子数1～8的亚烷基或-O-(CH₂)_s-(式中，s表示2至7的整数，氧原子与芳香环结合。)，

Z²⁰¹表示-OCH₂-、-CH₂O-、-COO-、-OCO-、-CF₂O-、-OCF₂-、-CH₂CH₂-、-CF₂CF₂-、-CH＝CH-COO-、-CH＝CH-OCO-、-COO-CH＝CH-、-OCO-CH＝CH-、-COO-CH₂CH₂-、-OCO-CH₂CH₂-、-CH₂CH₂-COO-、-CH₂CH₂-OCO-、-COO-CH₂-、-OCO-CH₂-、-CH₂-COO-、-CH₂-OCO-、-CY¹＝CY²-(式中，Y¹和Y²各自独立地表示氟原子或氢原子。)、-C≡C-或单键，

M²⁰¹表示1,4-亚苯基、反式-1,4-亚环己基或单键，式中的全部1,4-亚苯基中任意的氢原子可以被氟原子、或碳原子数1～5的烷基或烷氧基取代。)

优选X²⁰¹和X²⁰²均表示氢原子的二丙烯酸酯衍生物、均具有甲基的二甲基丙烯酸酯衍生物中的任一种，也优选一方表示氢原子另一方表示甲基的化合物。关于这些化合物的聚合速度，二丙烯酸酯衍生物最快，二甲基丙烯酸酯衍生物慢，非对称化合物处于它们中间，可以根据其用途来使用优选的方式。在PSA显示元件中，特别优选为二甲基丙烯酸酯衍生物。

Sp²⁰¹和Sp²⁰²各自独立地表示单键、碳原子数1～8的亚烷基或-O-(CH₂)_s-，在PSA显示元件中，优选至少一方为单键，优选均表示单键的化合物或一方表示单键而另一方表示碳原子数1～8的亚烷基或-O-(CH₂)_s-的方式。在这种情况下，优选碳原子数1～4的烷基，s优选为1～4。

Z²⁰¹优选为-OCH₂-、-CH₂O-、-COO-、-OCO-、-CF₂O-、-OCF₂-、-CH₂CH₂-、-CF₂CF₂-或单键，更优选为-COO-、-OCO-或单键，特别优选为单键。

M²⁰¹表示任意氢原子可以被氟原子、或碳原子数1～5的烷基或烷氧基取代的1,4-亚苯基、反式-1,4-亚环己基或单键，优选为可被取代的1,4-亚苯基或单键。在M²⁰¹表示单键以外的环结构的情况下，Z²⁰¹也优选为单键以外的连接基团，在M²⁰¹为单键的情况下，Z²⁰¹优选为单键。

从这些方面出发，在通式(XX)中，Sp²⁰¹和Sp²⁰²之间的环结构具体地说优选为以下记载的结构。

通式(XX)中，在M²⁰¹表示单键、环结构由两个环形成的情况下，Sp²⁰¹和Sp²⁰²之间的环结构优选由以下的式(XXa-1)至式(XXa-5)表示，更优选为式(XXa-1)至式(XXa-3)，特别优选为式(XXa-1)。

[化19]

(式中，两端与Sp²⁰¹或Sp²⁰²结合。)

包含这些骨架的聚合性化合物聚合后的取向约束力对于PSA型液晶显示元件是最适的，可得到良好的取向状态，因此显示不均被抑制、或完全不发生。

综上所述，作为聚合性单体，特别优选通式(XX-1)～通式(XX-4)，其中，最优选通式(XX-2)。

[化20]

(式中，苯可以被氟原子取代，SP²⁰表示碳原子数2至5的亚烷基。)

在向本发明的组合物中添加单体的情况下，即使在不存在聚合引发剂的情况下聚合也会进行，但为了促进聚合也可以含有聚合引发剂。作为聚合引发剂，可列举苯偶姻醚类、二苯甲酮类、苯乙酮类、苯偶酰缩酮类、酰基氧化膦类等。

含有本发明的聚合性化合物的组合物通过其所含的聚合性化合物利用紫外线照射发生聚合从而被赋予液晶取向能，被用于利用组合物的双折射来控制光的透过光量的液晶显示元件。作为液晶显示元件，对AM-LCD(有源矩阵液晶显示元件)、TN(向列液晶显示元件)、STN-LCD(超扭曲向列液晶显示元件)、OCB-LCD和IPS-LCD(平面转换液晶显示元件)有用，对AM-LCD特别有用，能够用于透过型或反射型的液晶显示元件。

使用本发明的组合物的液晶显示元件是高速响应性和可靠性优异、实现了宽工作温度范围的有用的液晶显示元件，可以适宜地用于有源矩阵驱动用液晶显示元件。另外，在用于FFS型或IPS型显示元件的情况下，利用高透射率和降低了的黑色亮度能够实现优异的对比度，因此特别适合作为IPS型和FFS型显示元件用的液晶组合物。

实施例

以下列举实施例进一步对本发明进行详述，但本发明不限于这些实施例。另外，以下实施例和比较例的组合物中的“％”是指“质量％”。

实施例中，测定的特性如下所述。

T_N-I：从向列相到各向同性相的转变温度(℃)

T_-N：从近晶相(或固体层)到向列相的转变温度(℃)

Δn：25℃时的折射率各向异性

n_o：25℃时的常光折射率

使用阿贝折射仪测定对589nm光源的折射率。

Δε：25℃、1kHz时的介电常数各向异性

ε⊥：25℃、1kHz时垂直方向的介电常数

将液晶封入不同取向处理的两种单元(垂直取向、均质取向，基板间厚度10微米)中，施加1KHz的交流电场，测定电容并求出εll和ε⊥，根据其差分来确定Δε。

η：20℃时的体积粘度(mPa·s)

γ₁：25℃时的旋转粘度系数(mPa·s)

Vth：将液晶封入厚度6微米的TN单元中，在25℃、正交尼科尔偏振板下测定透射率变化10％时的电压。

K₁₁、K₃₃：将液晶封入厚度30微米的均质取向单元中，从0至30V施加1KHz的电压(V)，测量25℃时的电容量(C)的变化，由得到的C-V曲线拟合求出K₁₁和K₃₃。

K₂₂：对厚度20微米的TN单元从0至30V施加1KHz的电压(V)，测量所得到的25℃时的电容量(C)的变化，由得到的C-V曲线的阈值电压(Vc)，按照下述式求出K₂₂。

K₂₂＝〔K₃₃-4[(Vc/π)²×ε₀·Δε-K₁₁]〕/2

(式中，Vc表示TN单元中的阈值电压(V)，Π表示圆周率，ε₀表示真空的介电常数。)

透射率(T)：在25℃、正交尼科尔偏振板下对封入有液晶组合物的FFS单元(单元间隙3.5微米、电极宽度3微米、电极间距4微米、SiN_X绝缘层厚度

取向膜从电极长度方向倾斜5°而进行摩擦处理)施加60Hz的矩形波电压，测定此时的V-T曲线，确定最大透射率。关于背光源，使用约5,000坎德拉/平方米的LED面光源。

VHR：在频率3Hz、施加电压1V、施加脉冲64μs、60℃的条件下对封入有液晶组合物的带取向膜的玻璃单元(单元间隙3.5微米、反向平行、取向膜使用日产化学制的SE-7492)进行测定时的电压保持率(％)。

耐热试验后VHR：将上述液晶单元在120℃的恒温槽中保持1小时后，与上述方法同样地进行测定时的电压保持率(％)。

耐光试验后VHR：将上述液晶单元配置在约30,000坎德拉/平方米的LED背光源正上方，照射100小时LED时的电压保持率(％)。

烧屏特性：与透射率(T)测定同样地测定初期的V-T曲线。由得到的曲线确定透射率(T)成为98％时的电压(V98)和成为23％时的电压(V23)。接着，在背光源照射下在25℃施加48小时V98。然后，施加V23，测定应力后透射率(T_st)，求出应力前后施加V23时的透射率之比(T_st/T)。

低温保存性(LTS)：关于低温下的保存性评价，在调制组合物后，将组合物封入厚度3.5微米的FFS单元中，将其在-30℃或-40℃的温度控制式试验槽中保存，定期通过目测观察组合物的相变或析出物的产生。例如“＞480hr”是指在经过480小时的时刻未确认到相变和析出。

(环结构)

[化21]

(侧链结构和连结结构)

[表1]

n-	C<sub>n</sub>H<sub>2n+1</sub>-
		-n	-C<sub>n</sub>H<sub>2n+1</sub>
-nO	C<sub>n</sub>H<sub>2n+1</sub>O-
		-On	-OC<sub>n</sub>H<sub>2n+1</sub>
ndm-	C<sub>n</sub>H<sub>2n+1</sub>-HC＝CH-(CH<sub>2</sub>)<sub>m-1</sub>-
		-ndm	-(CH<sub>2</sub>)<sub>n-1</sub>-HC＝CH-C<sub>m</sub>H<sub>2m+1</sub>
-Ondm	-O-(CH<sub>2</sub>)<sub>n-1</sub>-HC＝CH-C<sub>m</sub>H<sub>2m+1</sub>
		-F	-F
-Cl	-Cl
		-2-	-CH<sub>2</sub>CH<sub>2</sub>-
-d-	-CH＝CH-
		-1O-	-CH<sub>2</sub>O-
-O1-	-OCH<sub>2</sub>-
		-VO-	-COO-
-CFFO-	-CF<sub>2</sub>O-
		-T-	-C≡C-

(比较例1～2)

调制日本特开2009-191264的例2中记载的液晶组合物和日本特开2006-328399的例33中记载的液晶组合物。选择它们的理由是因为，该组合物被记载为能够适宜地用于IPS型液晶显示元件用。物性值直接转载该文献中记载的值，ε⊥/Δε是新算出的。需要说明的是，表中的含有率表示相对于组合物的质量％。

[表2]

[表3]

(实施例1～4)

以下，调制满足本申请的构成要件的组合物并确认其效果。需要说明的是，表中的含有率表示相对于组合物的质量％。

[表4]

调制上表记载的液晶组合物，测定其物性值。实施例1的组合物具有宽液晶温度范围、大ε⊥/Δε、极小的γ₁、高K_avg。另外，VHR和耐热试验后VHR基本没有变化且显示出较高的值。使用电光学特性测定装置(Shintech，OPTIPRO)对封入有该液晶组合物的FFS单元进行测定，结果显示出高透射率、高对比度，响应速度充分高速。另外，进行该单元的LTS试验，结果在-30℃、-40℃均经过720小时的时刻都未观察到析出等的产生。实施例1的液晶组合物可以适合地用于IPS型或FFS型液晶显示元件。

同样地操作而调制实施例2～4的液晶组合物，测定其物性值。

[表5]

[表6]

[表7]

实施例2～4的组合物也与实施例1同样地具有宽液晶温度范围、大ε⊥/Δε、极小的γ₁、高K_avg。另外，VHR和耐热试验后VHR基本没有变化且显示出较高的值。使用电光学特性测定装置(Shintech，OPTIPRO)对封入有该液晶组合物的FFS单元进行测定，结果显示出高透射率、高对比度，响应速度充分高速。另外，进行该单元的LTS试验，结果在-30℃、-40℃均经过720小时的时刻都未观察到析出等的产生。

显示分别封入有实施例1和比较例1～2的液晶组合物的FFS单元的最大透射率和对比度的测定结果。需要说明的是，最大透射率是将比较例2的透射率设为100％而进行了标准化。对比度是作为最大透射率相对于电压关闭时透射率(黑显示)的比而算出的。可知：实施例1的液晶组合物显示出高透射率和高对比度。

[表8]

对于实施例2～4的液晶组合物也同样地测定FFS单元的透射率和对比度，结果确认到与实施例1同样地，与比较例1～2相比有意义地显示出高的透射率和大的对比度。

(实施例5～8)

向实施例1～4的组合物中添加500ppm下述式(Q-e-1)所表示的化合物作为通式(Q-e)所表示的成分而分别调制液晶组合物(实施例5～8)。所得到的组合物的物性值和FFS单元的透射率和对比度与添加式(Q-e-1)的化合物之前的液晶组合物同等。

[化22]

接着，对于实施例1～8和比较例1、2的组合物，评价LTS、VHR和烧屏特性并将结果示于下表中。

[表9]

与比较例1和2相比，实施例1～4的组合物在耐热试验后和耐光试验后显示出高VHR。另外可知，与比较例相比烧屏特性也显示出小的值，应力前后V-T曲线的变化小，不易发生烧屏。另外，与实施例1～4相比，添加了式(Q-e-1)的实施例5～8的组合物的LTS的保持时间变长，进一步耐热和耐光试验VHR大幅改善。另外可知，烧屏特性为1.0，因应力引起的烧屏现象完全不发生。

如上所述，本申请发明的组合物具有宽温度范围的液晶相，粘性小，低温下的溶解性良好，且电阻率、电压保持率高，对于热、光稳定，进一步具有高弹性常数和相对高的ε⊥和ε⊥/Δε，制成液晶显示元件时高速响应性、可靠性优异，工作温度范围宽，透射率、对比度优异，因此能够适合地用作FFS型或IPS型液晶显示元件用的液晶组合物。

Claims

1.一种液晶组合物，其特征在于，其是含有由具有正的介电常数各向异性的化合物组成的成分(A)、由具有负的介电常数各向异性的化合物组成的成分(B)、以及由介电性为中性的化合物组成的成分(C)的组合物，

作为成分(C)，含有至少一种选自通式(C1)所表示的组的化合物，

作为组合物整体，具有正的介电常数各向异性，

[化1]

式中，R¹～R⁵相互独立地表示碳原子数1～5的烷基、碳原子数1～5的烷氧基或碳原子数2～5的烯基，Y¹～Y¹²相互独立地表示H或F，但至少两个为F，Y¹³和Y¹⁴相互独立地表示F或Cl，X¹表示F、Cl、CN、CF₃或OCF₃，m表示0或1，n表示1、2或3，Z表示-C₂H₄-、-C≡C-、-COO-、-CH＝CH-、-CF＝CF-或单键，环A和B相互独立地表示1,4-亚环己基、1,4-亚苯基、2-氟-1,4亚苯基或3-氟-1,4-亚苯基，在n为2或3时，多个A、Z各自可以相同也可以不同。

2.根据权利要求1所述的液晶组合物，含有至少一种下述通式(A1-1)～(A1-7)所表示的化合物作为所述通式(A1)所表示的化合物，

[化2]

式中，R¹表示与所述通式(A1)中的R¹相同的意思。

3.根据权利要求1或2所述的液晶组合物，含有选自通式(B1-1)～(B1-4)所表示的化合物的一种或两种以上化合物作为所述通式(B1)所表示的化合物，

[化3]

式中，R³表示与所述通式(B1)中的R³相同的意思，Alkyl表示碳原子数1～5的直链状烷基，Alkenyl表示碳原子数2～5的直链状烯基。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的液晶组合物，进一步含有至少一种通式(M)所表示的具有正的介电常数各向异性的化合物作为所述成分(A)，

[化4]

式中，R^M表示碳原子数1～5的直链状烷基、碳原子数3～5的环状烷基、碳原子数1～5的直链状烷氧基或碳原子数2～5的直链状烯基，n^M表示1、2或3，

G^M表示选自由如下基团组成的组中的基团，

(a)1,4-亚环己基，该基团中存在的一个-CH₂-或不相邻的两个以上-CH₂-可以被-O-或-S-取代；和

(b)1,4-亚苯基，该基团中存在的一个-CH＝或不相邻的两个以上-CH＝可以被-N＝取代；

所述基团(a)和基团(b)上的氢原子可以相互独立地被氰基、氟原子或氯原子取代，

Z^M表示-CH₂CH₂-、-CF₂O-、-COO-、-C≡C-或单键，

G^M和Z^M存在多个时，可以相同也可以不同，

Y^M1和Y^M2相互独立地表示氟原子或氢原子，

X^M表示氟原子、氯原子、三氟甲基、三氟甲氧基或氰基，但是不包括所述通式(A1)所表示的化合物。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的液晶组合物，进一步含有至少一种通式(K)所表示的具有负的介电常数各向异性的化合物作为所述成分(B)，

[化5]

式中，R^K1和R^K2相互独立地表示碳原子数1～5的直链状烷基、碳原子数3～5的环状烷基、碳原子数1～5的直链状烷氧基或碳原子数2～5的直链状烯基，n^K1和n^K2相互独立地表示0、1或2，n^K1+n^K2为1或2，Y^K1和Y^K2相互独立地表示氟原子或氯原子，G^K1和G^K2相互独立地表示

[化6]

在n^K1、n^K2为2时，多个G^K1、G^K2各自可以相同也可以不同。

6.根据权利要求1～5中任一项所述的液晶组合物，含有至少一种选自通式(C1-1)～(C1-11)所表示的组的化合物作为所述通式(C1)所表示的化合物，

[化7]

式中，R⁴、R⁵独立地表示碳原子数1～5的烷基、碳原子数1～5的烷氧基、或碳原子数2～5的烯基。

7.根据权利要求6所述的液晶组合物，含有至少一种选自通式(C1-1)～(C1-5)所表示的组的化合物作为所述通式(C1)所表示的化合物。

8.根据权利要求1～7中任一项所述的液晶组合物，25℃时的弹性常数K₁₁和K₃₃的平均值为12pN以上。

9.一种IPS型或FFS型的液晶显示元件，其使用权利要求1～8中任一项所述的液晶组合物。