TW201319225A - 液晶組成物及使用其之液晶顯示元件 - Google Patents
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Abstract
本發明之液晶組成物係使用於要求高速回應性之主動矩陣驅動式液晶顯示元件等。該液晶組成物的黏度低,其介電率異向性為負值且絕對值大。並具△n及Tni不會降低等優良的液晶性,且在廣溫度範圍顯示安定的液晶相。此外,因對於熱、光、水等在化學上安定,而適合使用於在要求高可靠度之大型用途上抑制了顯示缺陷之液晶顯示元件。使用它的液晶顯示元件能合適地使用作為VA型等液晶顯示元件。
Description
本發明係關於作為液晶顯示材料來說有用的介電率異向性(△ε)顯示為負值之向列型液晶組成物及使用它的液晶顯示元件。
液晶顯示元件,以時鐘、計算機為首,被使用於家庭用各種電氣機器、測定機器、汽車面板、文字處理機、電子記事本、印表機、電腦、及電視等。液晶顯示方式可代表性的舉出:TN(扭轉向列)型、STN(超扭轉向列)型、DS(動態光散射)型、GH(主客)型、IPS(平面內切換)型、OCB(光學補償雙折射)型、ECB(電壓控制雙折射)型、VA(垂直配向)型、CSH(彩色單純矩陣(color super homeotropic))型、或FLC(鐵磁性液晶)等。而驅動方式也可舉出:靜態驅動、多路驅動、單純矩陣型、以TFT(薄膜電晶體)或TFD(薄膜二極體)等來驅動之主動矩陣(AM)型。
此等顯示方式中,IPS型、ECB型、VA型、或CSH型等具有使用△ε顯示為負值的液晶材料之特徴。此等之中,特別是以AM驅動之VA型顯示方式,被使用於要求高速且廣視角之顯示元件,例如電視等用途。
使用於VA型等顯示方式的向列型液晶組成物,被要求以低電壓驅動、高速回應及工作溫度範圍廣。亦即,要求△ε為負值且其絕對值大,並為低黏度,且向列相-等向性液體相轉移溫度(Tni)高。又,從折射率異向性(△n)
與晶胞間隙(d)的積之△n×d的設定來看,必須將液晶材料的△n調整到符合晶胞間隙之適當範圍。此外,由於在將液晶顯示元件應用於電視等情況的高速回應性備受重視,而要求液晶材料的黏度(η)要低。
目前為止,經由各種研究△ε為負值且其絕對值大的化合物完成了液晶組成物之特性改良。
△ε為負值的液晶組成物,開示有一種液晶組成物,其係含有以式(A)所表示之化合物及以式(B)所表示之化合物(參照專利文獻1)。
此液晶組成物,添加了如以式(B)所表示之化合物般於分子內有烯基之化合物(烯類化合物),謀求高速回應化,但有必要進一步高速回應化,且面對對於高△n的要求還有進一步研究的必要。
另外開示有一種液晶組成物,其取代上述液晶組成物的以式(A)所表示之化合物,係含有以式(C)所表示之化合物及以式(D)所表示之化合物(參照專利文獻2)。
此液晶組成物也未充分高速回應化,且面對對於高△n之要求也有未充分改善的狀況。
另外還開示有一種液晶組成物,其係將△ε幾乎為零的以式(I)所表示之化合物組合至△ε為負值之以式(E)所表示之化合物及以式(F)所表示之化合物而成(參照專利文獻3)。但是此液晶組成物因不含烯類化合物而為高黏度,無法滿足高速回應化的要求。又,因在液晶顯示元件的製造工程中,將液晶組成物注入液晶胞時為極低壓,蒸氣壓低的以式(I)所表示之化合物會揮發掉,故其含量被認為無法增加。此外,由於一添加以式(I)所表示之化合物便會降低液晶相上限溫度,該液晶組成物係將以式(I)所表示之化合物的含量限制到只有2%,雖然顯示大△n,但有黏度明顯變高的問題。因此,要求高△n與低黏度的兼顧。
[專利文獻1]日本特開2006-037054號
[專利文獻2]日本特開2006-233182號
[專利文獻3]WO2007/077872號
本發明所欲解決之課題係提供一種△n及Tni不會降
低、η十分小、△ε為負值且其絕對值大的液晶組成物,並進一步提供一種使用它的VA型等無顯示缺陷或顯示缺陷被抑制之液晶顯示元件。
本案發明人研究各種聯苯衍生物及氟苯衍生物,藉由組合特定化合物,發現可解決前述課題,終至完成本發明。
本發明提供一種液晶組成物,其係包含:第一成分:以式(I)所表示之化合物
第二成分:1種或2種以上從以通式(II)所表示之化合物中選出的化合物
(式中,R1表示碳原子數2至10的烯基或碳原子數2至10的烯氧基,R2表示碳原子數1至10的烷基、碳原子數1至10的烷氧基、碳原子數2至10的烯基或碳原子數2至10的烯氧基,存在於R1及R2中的1個-CH2-或未接鄰的2個以上-CH2-可各自分別為-O-及/或-S-所取代,而存在於R1及R2中的1個或2個以上氫原子可各自分別為氟原子或氯原子所取代,p表示0、1或2)。
此外,還提供一種使用其之液晶顯示元件。
本發明之△ε為負值之液晶組成物,因△n及Tni不會降
低,黏度夠低,故使用它的VA型等液晶顯示元件具有高速回應,並因無顯示缺陷或顯示缺陷被抑制,而非常有用。
本發明之液晶組成物中,係包含:第一成分:以式(I)所表示之化合物
其含量較佳為3至25質量%,其下限值較佳為5質量%,更佳為8質量%,特佳為10質量%,其上限值較佳為20質量%,更佳為18質量%,特佳為15質量%。若更詳細的說,在重視高△n及回應速度的情形,其含量較佳為10至25質量%,在重視於低溫的析出之抑制及液晶相上限溫度的降低之情形,其含量較佳為3至15質量%。
第二成分:以通式(II)所表示之化合物
(式中,R1表示碳原子數2至10的烯基或碳原子數2至10的烯氧基,R2表示碳原子數1至10的烷基、碳原子數1至10的烷氧基、碳原子數2至10的烯基或碳原子數2至10的烯氧基,存在於R1及R2中的1個-CH2-或未接鄰的2個以上-CH2-可各自分別為-O-及/或-S-所取代,而存在於R1及R2中的1個或2個以上氫原子可各自分別為氟原子或氯原子所取代,p表示0、1或2。)其含量較佳為10至50質量%,
更佳為10至40質量%,特佳為10至30質量%。R1較佳為直鏈狀的碳原子數2至8之烯基,較佳為-CH=CH2、-CH=CHCH3(E form)、-(CH2)2CH=CH2-(CH2)2CH=CHCH3(E form)、-(CH2)4CH=CH2、-(CH2)4CH=CHCH3(E form)或-(CH2)6CH=CH2,更佳為-CH=CH2、-CH=CHCH3(E form)、-(CH2)2CH=CH2或-(CH2)2CH=CHCH3(E form),特佳為-CH=CH2。p較佳為0或1。R2較佳為直鏈狀的碳原子數1至8之烷基及直鏈狀的碳原子數1至8之烷氧基,更佳為直鏈狀的碳原子數1至5之烷氧基。
以通式(II)所表示之化合物特佳為以通式(II-1)所表示之化合物或以通式(II-2)所表示之化合物
(R5表示碳原子數1至10的烷基)。
式中的R5表示直鏈狀的碳原子數1至10的烷基,更佳為直鏈狀的碳原子數1至5之烷基。
本發明之液晶組成物係包含1種或2種以上第二成分,較佳為包含2種至10種。而在包含2種以上第二成分之情形,化合物較佳各為20質量%以下,更佳為10質量%以下。
本發明之液晶組成物於25℃的△ε為-2.0至-6.0,更佳為-2.5至-5.0,特佳為-2.5至-3.5。於25℃的△n為0.08至
0.14,更佳為0.09至0.14,特佳為0.10至0.14。若更詳細的說,在對應於薄晶胞間隙的情形,較佳為0.10至0.14,在對應於厚晶胞間隙的情形,較佳為0.08至0.10。於20℃的η為10至30mPa.s,更佳為10至25mPa.s,特佳為10至20mPa.s。Tni為60℃至120℃,更佳為70℃至100℃,特佳為70℃至85℃。
以通式(II)所表示之化合物更佳為以通式(II-1)或(II-2)所表示之化合物,特佳為以通式(II-2)所表示之化合物。具體來說,特佳為以式(II-21)至式(II-25)所表示之化合物。
本發明之液晶組成物係進一步包含:第三成分:1種或2種以上通式(III)所表示之化合物
(式中,R3表示碳原子數1至10的烷基或碳原子數1至10的烷氧基,R4表示碳原子數1至10的烷基、碳原子數1至10的烷氧基、碳原子數2至10的烯基或碳原子數2至10的烯氧基,存在於R1及R2中的1個-CH2-或未接鄰的2個以上-CH2-可各自分別為-O-及/或-S-所取代,而存在於R3及R4中的1個或2個以上氫原子可各自分別為氟原子或氯原子所取代,q表示0、1或2)。
其含量較佳為5至50質量%,更佳為10至40質量%,特佳為10至30質量%。
R3為直鏈狀的碳原子數1至8之烷基,較佳為直鏈狀的碳原子數1至5之烷基。R4較佳為直鏈狀的碳原子數1至8之烷基及直鏈狀的碳原子數1至8之烷氧基,更佳為直鏈狀的碳原子數1至5之烷氧基。q較佳為0或1。
更具體來說,更佳為以通式(III-1)或通式(III-2)所表示之化合物
(R6或R7表示碳原子數1至10的烷基)。R6或R7表示直鏈狀的碳原子數1至10的烷基,更佳為直鏈狀的碳原子數1至5之烷基。
本發明之液晶組成物係包含1種或2種以上第三成分,較佳包含2種至10種。而在包含2種以上第三成分的情
形,化合物較佳各為20%以下,更佳為10%以下。
作為其它成分,亦可包含1種或2種以上從以通式(IV-1)至(IV-10)所表示之化合物群中選出的化合物,
更佳為包含2種至10種從以通式(IV-1)、(IV-4)、(IV-6)、(IV-7)或(IV-8)所表示之化合物中選出的化合物。其中,R8表示碳原子數1至5之烷基或碳原子數2至5之烯基,R9表示碳原子數1至5之烷基、碳原子數1至5之烷氧基、碳原子數2至5之烯基或碳原子數2至5之烯氧基,更佳R8為碳原子數1至5之烷基、R9為碳原子數1至5之烷基或碳原子數1至5之烷氧基。其中,在以通式(IV-6)所表示之化合物中R8表示甲基且R9表示丙基的情形,及R8表示丙基且R9表示甲基的情形,因變成表示與以式(I)所表示之化合物相同之化合物,故以通式(III-F)所表示之化合物去除R8為甲基且R9為丙基所表示之化合物及R8為丙基且R9為甲基所表示之化合物。
本發明之液晶組成物,藉由以式(I)及通式(II)所表示之化合物的組合而具有效果,而更佳為以式(I)所表示之
化合物與以通式(II-1)及/或通式(II-2)所表示之化合物的組合,特佳為以式(I)及通式(II-2)所表示之化合物的組合。
另外,在進一步包含以通式(III)所表示之化合物的情形,更佳為以式(I)所表示之化合物、以通式(II-1)及/或通式(II-2)所表示之化合物及以通式(III-1)及/或通式(III-2)所表示之化合物的組合,還要更佳為以式(I)所表示之化合物、以通式(II-2)所表示之化合物及以通式(III-1)所表示之化合物的組合,或以式(I)所表示之化合物及以通式(II-2)所表示之化合物及以通式(III-2)所表示之化合物的組合,特佳為以式(I)所表示之化合物、以通式(II-2)所表示之化合物及以通式(III-1)及通式(III-2)所表示之化合物的組合。
本發明之液晶組成物中除了上述化合物以外,亦可含有通常的向列型液晶、層列型液晶、膽固醇型液晶、抗氧化劑、紫外線吸收劑及聚合性單體等。
例如,含有聚合性單體:聯苯衍生物、及聯三苯衍生物等聚合性化合物,其含量較佳為0.01質量%至2質量%。若更詳細的說,本發明之液晶組成物亦可含有一種或二種以上以通式(V)所表示之聚合性單體
(式中,R10及R11係各自獨立表示下式(R-1)至式(R-15)中的任一者,
t表示1或2,X1至X8係各自獨立表示三氟甲基、三氟甲氧基、氟原子或氫原子,在t表示2之情形,複數存在之X5至X8可相同亦可不同)。
以通式(V)所表示之化合物中R10及R11可相同亦可不同,較佳為以式(R-1)或式(R-2)所表示之取代基。t較佳為1,通式(V)中的聯苯骨架之結構更佳為式(V-11)至式(V-14),特佳為式(V-11)。
包含以式(V-11)至式(V-14)所表示之骨架的聚合性
化合物,在聚合後的配向控制力最佳,能得到良好的配向狀態。
例如,包含同時含有以式(I)所表示之化合物、以通式(II)所表示之化合物及以通式(V)所表示之化合物的聚合性化合物之液晶組成物能達成高△n與低黏性,在PSA模式或PSVA模式的液晶顯示元件使用它之情形,能實現對應於高△n之窄間隙與得自液晶組成物的低黏度之高速回應,並具有抑制顯示不均,或完全不發生顯示不均之優良效果。
又,作為通常的向列型液晶、層列型液晶,含有具乙炔基之液晶化合物者有讓液晶組成物的△n變大的效果,雖對高速回應為有用的,但因會引起VHR降低,引發顯示缺陷,而有必要依重視回應速度,還是重視可靠度來適當使用。特別是在想抑制顯示缺陷的情形,減少具有乙炔基的液晶化合物的含量,或不含有具有乙炔基的液晶化合物為重要的。其含量較佳為小於10質量%,更佳為小於5質量%,特佳為不含有。此處不含有係指不積極添加,表示不包含製造時的雜質等不可避的情形,較佳為0.5質量%以下,更佳為0.1質量%以下,還要更佳為測定極限(在以氣相層析儀所作測定為10ppm左右)以下。
而雖然已開示一種含有具氯基之液晶化合物的液晶組成物,但可靠度明顯損害,引起顯示缺陷。因此,減少具氯基的液晶化合物之含量,或不含有具氯基的液晶化合物為重要的。其含量較佳為小於10質量%,更佳為小於5質量%,特佳為不含有。此處不含有係指不積極添
加,表示不包含製造時的雜質等不可避的情形,較佳為0.5質量%以下,更佳為0.1質量%以下,還要更佳為測定極限(在以氣相層析儀所作測定為10ppm左右)以下。
使用本發明之液晶組成物的液晶顯示元件對兼顧高速回應與顯示缺陷之抑制有用,特別對主動矩陣驅動用液晶顯示元件有用,可適用於VA模式、PSVA模式、PSA模式、IPS模式或ECB模式用。
以下舉出實施例進一步詳細說明本發明,但本發明不受此等實施例限定。又,以下實施例及比較例中組成物的「%」係指『質量%』。
實施例中,測定的特性係如下述。
Tni:向列相-等向性液體相轉移溫度(℃)
△n:於25℃的折射率異向性
△ε:於25℃的介電率異向性
η:於20℃的黏度(mPa.s)
以下,顯示所調製之液晶組成物及其物性值。
實施例1所示之向列型液晶組成物的物性值係:Tni:73.3℃、△n:0.109、△ε:-2.9、η:15.5mPa.sec。進一步測定電壓保持率(VHR),確認具有高VHR。另外,晶胞厚為3.5um、配向膜為JALS2096,回應速度的測定條件係在Von為5.5V、Voff為1.0V,測定溫度為20℃下,使用AUTRONIC-MELCHERS公司的DMS301。VHR的測定條件係在電壓5V、頻率60Hz、溫度60℃下,使用東陽Technica股份有限公司的VHR-1。
又,即使改變液晶胞注入之條件(壓力及ODF法),物性值也未發現變化。
以下顯示所調製之液晶組成物與其物性值。
比較例1所示之向列型液晶組成物為PX100426的實施例1,其物性值係:Tni:75.5℃、△n:0.108、△ε:-3.0、η:16.3mPa.sec。進一步測定電壓保持率(VHR),確認
具有高VHR。另外,晶胞厚為3.5um、配向膜為JALS2096,回應速度之測定條件係在Von為5.5V、Voff為1.0V、測定溫度為20℃下,使用AUTRONIC-MELCHERS公司的DMS301。VHR的測定條件係在電壓5V、頻率60Hz、溫度60℃下,使用東陽Technica股份有限公司的VHR-1。
又,即使改變液晶胞注入之條件(壓力及ODF法),物性值也未發現變化。
以下顯示所調製之液晶組成物與其物性值。
比較例2所示之向列型液晶組成物的物性值係:Tni:75.2℃、△n:0.109、△ε:-2.9、η:16.6mPa.s。
以下顯示所調製之液晶組成物與其物性值。
比較例3所示之向列型液晶組成物的物性值係:Tni:75.6℃、△n:0.108、△ε:-2.9、η:17.6mPa.s。
以下顯示所調製之液晶組成物與其物性值。
比較例4所示之向列型液晶組成物的物性值係:Tni:107.6℃、△n:0.098、△ε:-3.2、η:23.3mPa.s。η變得非常大,可知實施例1非常優良。
以下顯示所調製之液晶組成物與其物性值。
比較例5所示之向列型液晶組成物的物性值係:Tni:77.2℃、△n:0.110、△ε:-2.4、η:16.2mPa.s。△ε的絕對值小,可知實施例1非常優良。
以下顯示所調製之液晶組成物與其物性值。
實施例2所示之向列型液晶組成物的物性值係:Tni:75.3℃、△n:0.109、△ε:-3.1、η:15.9mPa.s。
以下顯示所調製之液晶組成物與其物性值。
實施例3所示之向列型液晶組成物的物性值係:Tni:75.8℃、△n:0.109、△ε:-3.0、η:15.7mPa.s。
對99.7%的實施例1所示之向列型液晶組成物,添加0.3%以式(IV-a)所示之聚合性化合物。
經過均勻溶解來調製聚合性液晶組成物CLC-1。CLC-1的物性與實施例1所示之向列型液晶組成物的物性幾乎沒差。將CLC-1以真空注入法注入塗布有誘發垂直配向成晶胞間隙3.5μm之聚醯亞胺配向膜之帶有ITO的晶胞。測定此晶胞的預傾角(晶體旋轉法)後,邊以1kHz之頻率施加1.8V的矩形波,邊透過遮斷320nm以下的紫外線之濾光片,以高壓汞燈對液晶胞照射紫外線。調整成晶胞表面的照射強度為10mW/cm2,照射600秒,得到將聚合性液晶組成物中的聚合性化合物聚合而成之垂直配向性液晶顯示元件。聚合性化合物經過聚合,可確認產生對液晶化合物的配向控制力。此外,還確認垂直配向性液晶顯示元件具有優良的光學特性及高速回應性。
對99.7%的實施例1所示之向列型液晶組成物,添加0.3%以式(IV-b)所示之聚合性化合物。
經過均勻溶解來調製聚合性液晶組成物CLC-2。CLC-2的物性與實施例1所示之向列型液晶組成物的物性幾乎沒差。將CLC-2以真空注入法注入塗布有誘發垂
直配向成晶胞間隙3.5μm之聚醯亞胺配向膜之帶有ITO的晶胞。測定此晶胞的預傾角(晶體旋轉法)後,邊以1kHz之頻率施加1.8V的矩形波,邊透過遮斷320nm以下的紫外線之濾光片,以高壓汞燈對液晶胞照射紫外線。調整成晶胞表面的照射強度為10mW/cm2,照射600秒,得到將聚合性液晶組成物中的聚合性化合物聚合而成之垂直配向性液晶顯示元件。聚合性化合物經過聚合、可確認產生對液晶化合物的配向控制力。此外,還確認垂直配向性液晶顯示元件具有優良的光學特性及高速回應性。
對99.7%的實施例1所示之向列型液晶組成物,添加0.3%以式(IV-c)所示之聚合性化合物。
經過均勻溶解來調製聚合性液晶組成物CLC-3。CLC-3的物性與實施例1所示之向列型液晶組成物的物性幾乎沒差。將CLC-3以真空注入法注入塗布有誘發垂直配向成晶胞間隙3.5μm之聚醯亞胺配向膜之帶有ITO的晶胞。測定此晶胞的預傾角(晶體旋轉法)後,邊以1kHz之頻率施加1.8V的矩形波,邊透過遮斷320nm以下的紫外線之濾光片,以高壓汞燈對液晶胞照射紫外線。調整成晶胞表面的照射強度為10mW/cm2,照射600秒,得到將聚合性液晶組成物中的聚合性化合物聚合而成之垂直配向性液晶顯示元件。聚合性化合物經過聚合,可確認
產生對液晶化合物的配向控制力。此外,還確認垂直配向性液晶顯示元件具有優良的光學特性及高速回應性。
Claims (15)
- 一種液晶組成物,其係包含:第一成分:以式(I)所表示的化合物
- 如申請專利範圍第1項之液晶組成物,其在25℃之△ε係在-2.0至-6.0之範圍,在25℃之折射率異向性(△n)係在0.08至0.14之範圍,在20℃之黏度(η)係在10至30mPa.s之範圍,向列相-等向性液體相轉移溫度(Tni)係在60至120℃之範圍。
- 如申請專利範圍第1或2項之液晶組成物,其係進一步包含第三成分:1種或2種以上從以通式(III)所表示之化合物中選出的化合物
- 如申請專利範圍第1至3項中任一項之液晶組成物,其中第二成分的含量係10至50質量%。
- 如申請專利範圍第1至4項中任一項之液晶組成物,其中第二成分係:1種或2種以上從以通式(II-1)及(II-2)所表示之化合物中選出的化合物
- 如申請專利範圍第3至5項中任一項之液晶組成物,其中第三成分係:1種或2種以上從以通式(III-1)及(III-2)所表示之化合物中選出的化合物
- 如申請專利範圍第1至6項中任一項之液晶組成物,其中以式(I)所表示之化合物的含量為3至25質量%。
- 如申請專利範圍第6項之液晶組成物,其係包含:以式(I)所表示之化合物、1種或2種以上以通式(II-2)所表示之化合物及1種或2種以上以通式(III-1)所表示之化合物。
- 如申請專利範圍第6項之液晶組成物,其係包含:以式(I)所表示之化合物、1種或2種以上以通式(II-2)所表示之化合物及1種或2種以上以通式(III-2)所表示之化合物。
- 如申請專利範圍第6項之液晶組成物,其係包含:以式(I)所表示之化合物、1種或2種以上以通式(II-2)所表示之化合物、1種或2種以上以通式(III-1)所表示之化合物及1種或2種以上以通式(III-2)所表示之化合物。
- 如申請專利範圍第1至10項中任一項之液晶組成物,其中具有乙炔基之液晶化合物的含量係小於10質量%。
- 如申請專利範圍第1至11項中任一項之液晶組成物,其係包含聚合性化合物。
- 一種液晶顯示元件,其係使用如申請專利範圍第1至12 項中任一項之液晶組成物。
- 一種主動矩陣驅動用液晶顯示元件,其係使用如申請專利範圍第1至12項中任一項之液晶組成物。
- 一種VA模式、PSA模式、PSVA模式、IPS模式或ECB模式用液晶顯示元件,其係使用如申請專利範圍第1至12項中任一項之液晶組成物。
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