TWI535828B - A nematic liquid crystal composition, and a liquid crystal display device using the same - Google Patents
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Description
本發明係關於一種可用作液晶顯示材料的介電各向異性(△ε)顯示負值之向列型液晶組成物及使用其之液晶顯示元件。
液晶顯示元件係用於以鐘錶、計算器為代表之家庭用各種電氣設備、測定機器、汽車用面板、文字處理機、電子記事本、印表機、電腦、電視等中。作為液晶顯示方式,其代表性者可列舉:TN(Twisted Nematic,扭轉向列)型、STN(Super Twisted Nematic,超扭轉向列)型、DS(Dynamic Scattering,動態光散射)型、GH(Guest-Host,賓主)型、IPS(In-Plane Switching,共平面切換)型、OCB(Optically Compensated Birefringence,光學補償雙折射)型、ECB(Electrically Controlled Birefringence,電控雙折射)型、VA(Vertical Aligned,垂直配向)型、CSH(Colour Super Homeotropic,彩色超垂直配向)型、或FLC(Ferroelectric Liquid Crystal,鐵電液晶)等。又,作為驅動方式,亦可列舉:靜態驅動、多工驅動、單純矩陣方式、藉由TFT(Thin Film Transistor,薄膜電晶體)或TFD(Thin Film Diode,薄膜二極體)等進行驅動之主動矩陣(AM,Active Matrix)方式。
於該等顯示方式中,IPS型、ECB型、VA型、或CSH型等具有使用△ε顯示負值之液晶組成物之特徵。該等中,特別是藉由AM驅動之VA型顯示方式使用於要求高速應答且廣視角之顯示元件、例如電視等
用途。
作為△ε為負之液晶組成物,揭示有使用具有如下之2,3-二氟伸苯基(2,3-difluorophenylene)骨架之液晶化合物(A)及(B)(參照專利文獻1)的液晶組成物。
該液晶組成物使用有液晶化合物(C)及(D)之△ε約為
0之液晶化合物,但對於液晶電視等之要求高速應答之液晶組成物,未實現夠低之黏性。
另一方面,亦已揭示有使用液晶化合物(E)之液晶組成物,
且介紹有組合有上述液晶化合物(D)且折射率各向異性△n小之液晶組成物(參照專利文獻2)、及為改善應答速度而添加有液晶化合物(F)之液晶組成物(參照專利文獻3)。
又,亦已揭示有使用液晶化合物(G)及液晶化合物(F)之液晶組成物(參照專利文獻4),但仍要求進一步之高速應答化。
揭示有於液晶化合物(A)及液晶化合物(G)中組合△ε
約為零之式(I)所表示之液晶化合物的液晶組成物(參照專利文獻5)。然而,考慮到由於在液晶顯示元件之製造步驟中將液晶組成物注入液晶單元時係設為極低壓,故而蒸氣壓較低之化合物會揮發,因此無法增加其含量。
因此,該液晶組成物存在如下之問題:式(I)所表示之液晶化合物之含量被限定,雖顯示較大之△n,但黏度明顯較高。
進而,於專利文獻6及專利文獻7中,亦已揭示有使用具有
經氟取代之聯三苯結構之化合物的液晶組成物。
另一方面,於專利文獻8中,揭示有藉由使用(式1)所表
示之指數較大之液晶材料,而提高垂直配向液晶單元之應答速度,但仍不可謂之為充分。
因此,對於液晶電視等要求高速應答之液晶組成物,要求不
會降低折射率各向異性(△n)及向列相-等向性液體相轉移溫度(Tni),且使黏度(η)夠小,使旋轉黏性(γ1)夠小,使彈性常數(K33)增大。
[專利文獻1]日本特開平8-104869號
[專利文獻2]歐洲專利申請公開第0474062號
[專利文獻3]日本特開2006-037054號
[專利文獻4]日本特開2001-354967號
[專利文獻5]WO2007/077872號
[專利文獻6]日本特開2003-327965號
[專利文獻7]WO2007/077872號
[專利文獻8]日本特開2006-301643號
本發明所解決之課題在於提供一種液晶組成物,其不會降低折射率各向異性(△n)及向列相-等向性液體相轉移溫度(Tni),且黏度(η)夠小,旋轉黏性(γ1)夠小,彈性常數(K33)較大,並且具有絕對值較大之負介電各向異性(△ε),進而提供一種使用該液晶組成物之VA型等顯示品質優異且應答速度較快之液晶顯示元件。
本發明者對各種氟苯衍生物進行研究,發現藉由組合特定之化合物可解決上述課題,而完成本發明。
本發明提供一種液晶組成物,其含有1種或2種以上具有1-丙烯基之氟苯衍生物作為第一成分,且含有1種或2種以上具有絕對值為3以上之負△ε之液晶化合物作為第二成分,又,提供一種使用該液晶組成物之液晶顯示元件。
本發明之液晶組成物不會降低折射率各向異性(△n)及向列相-等向性液體相轉移溫度(Tni),且黏度(η)夠小,旋轉黏性(γ1)夠小,彈性常數(K33)大,藉由使用該液晶組成物,可提供一種VA型等
顯示品質優異且應答速度快之液晶顯示元件。
本發明之液晶組成物含有1種或2種以上具有1-丙烯基之氟苯衍生物作為第一成分,較佳為含有1種至15種,進而較佳為含有2種至10種。
關於具有1-丙烯基之氟苯衍生物,詳細而言,可列舉於具有2,3-二氟苯基之液晶原(mesogen)骨架上具有1-丙烯基作為末端基之化合物,較佳為通式(I)所表示之化合物。
式中,R11表示碳數1至8之烷基、碳數1至8之烷氧基、碳數2至8之烯基或碳數2至8之烯氧基,較佳為表示碳數1至5之烷基、碳數1至5之烷氧基、碳數2至5之烯基或碳數2至5之烯氧基。Z11及Z12分別獨立地表示-OCH2-、-CH2O-、-CF2O-、-OCF2-、-CH2CH2-、-CF2CF2-或單鍵,較佳為表示-CH2O-、-CF2O-或單鍵,進而較佳為表示-CH2O-或單鍵。環A及環B分別獨立地表示反式-1,4-伸環己基、1,4-伸苯基、2-氟-1,4-伸苯基、3-氟-1,4-伸苯基、3,5-二氟-1,4-伸苯基、2,3-二氟-1,4-伸苯基、1,4-環己烯基、1,4-雙環[2.2.2]伸辛基、哌啶-1,4-二基、萘-2,6-二基、十氫化萘-2,6-二基或1,2,3,4-四氫化萘-2,6-二基,較佳為表示反式-1,4-伸環己基、1,4-伸苯基、2-氟-1,4-伸苯基、3-
氟-1,4-伸苯基、3,5-二氟-1,4-伸苯基或2,3-二氟-1,4-伸苯基,進而較佳為表示反式-1,4-伸環己基或1,4-伸苯基。m及n分別獨立地表示0、1或2,較佳為表示0或1,m+n較佳為1或2。
通式(I)所表示之化合物之含量為3質量%至70質量%,較佳為5質量%至50質量%,進而較佳為10質量%至40質量%。
通式(I)所表示之化合物例如較佳為通式(I-A1)、(I-B1)、(I-C1)、(I-D1)、(I-E1)、(I-A2)、(I-B2)、(I-C2)、(I-D2)或(I-E2)。
式中,R11係如上所述。
本發明之液晶組成物含有1種或2種以上具有絕對值為3
以上之負介電各向異性(△ε)之液晶化合物作為第二成分,進而較佳為含有具有絕對值為4以上之負介電各向異性(△ε)之液晶化合物,特佳為含有具有絕對值為5以上之負介電各向異性(△ε)之液晶化合物。再者,液晶化合物之介電各向異性(△ε)設為以如下方式求出者:製備對25℃下介電各向異性約為0之液晶組成物添加10質量%之液晶化合物而成的組成物,自該組成物之介電各向異性(△ε)之測定值進行外插而求出。
第二成分較佳為選自通式(II-A)及/或(II-B)所表示之化
合物群中之化合物。
式中,R1及R2分別獨立地表示碳數1至8之烷基、碳數1
至8之烷氧基、碳數2至8之烯基或碳數2至8之烯氧基,存在於R1及R2中之1個-CH2-或不鄰接之2個以上之-CH2-亦可分別獨立地被取代為-O-及/或-S-,又,存在於R1及R2中之1個或2個以上之氫原子亦可分別獨立地被取代為氟原子或氯原子,但1-丙烯基不包括在內。較佳為式中之R1及R2分別獨立為直鏈狀之碳數1至5之烷基、碳數1至5之烷氧基、碳數2至5之烯基或碳數2至5之烯氧基,更詳細而言,為增大彈性常數K33,進而較佳為R1為碳數2至5之烯基。
環A及環B分別獨立地表示反式-1,4-伸環己基、1,4-伸苯
基、2-氟-1,4-伸苯基、3-氟-1,4-伸苯基、3,5-二氟-1,4-伸苯基、2,3-二氟-1,4-伸苯基、1,4-環己烯基、1,4-雙環[2.2.2]伸辛基、哌啶-1,4-二基、萘-2,6-二基、十氫化萘-2,6-二基或1,2,3,4-四氫化萘-2,6-二基,較佳為反式-1,4-伸環己基、1,4-伸苯基、2-氟-1,4-伸苯基、3-氟-1,4-伸苯基、3,5-二氟-1,4-伸苯基或2,3-二氟-1,4-伸苯基,進而較佳為反式-1,4-伸環己基或1,4-伸苯基。
p及q分別獨立地表示0、1或2,較佳為0或1。
更具體而言,通式(II-A)較佳為通式(II-A1)至(II-A5),通式(II-B)較佳為通式(II-B1)至(II-B5)。
式中,R3及R4分別獨立地表示碳數1至8之烷基或碳數2
至8之烯基,存在於R3及R4中之1個或2個以上之氫原子亦可分別獨立地被取代為氟原子,但1-丙烯基不包括在內。較佳為式中之R3及R4分別獨立
為直鏈狀之碳數1至5之烷基或碳數2至5之烯基,更詳細而言,為增大彈性常數K33,進而較佳為R3及R4中之任一者為碳數2至5之烯基。
本發明之液晶組成物含有1種或2種以上之第二成分,較佳為含有1種至15種,進而較佳為含有2種至10種。
第二成分之含量為3質量%至70質量%,較佳為5質量%至50質量%,進而較佳為10質量%至40質量%。
本發明之液晶組成物亦可進而含有1種或2種以上選自通式(III-A)至通式(III-J)所表示之化合物群中之化合物作為第三成分,較佳為含有1種至10種選自通式(III-A)、(III-D)、(III-F)、(III-G)及(III-H)中之化合物。
式中,R5表示碳數1至5之烷基或碳數2至5之烯基,R6表示碳數1至5之烷基、碳數1至5之烷氧基、碳數2至5之烯基或碳數2至5之烯氧基,於通式(III-A)所表示之化合物中,R5較佳為碳原子數2至5之烯基,R6較佳為碳原子數1至5之烷基。
亦可含有1種或2種以上通式(V)所表示之化合物作為進一步之成分。
式中,R21及R22分別獨立地表示碳數1至8之烷基、碳數1
至8之烷氧基、碳數2至8之烯基或碳數2至8之烯氧基,較佳為碳數1至5之烷基或碳數2至5之烯基。
本發明之液晶組成物較佳為同時含有通式(I)、通式(II-A1)
及通式(II-A2)所表示之化合物,更較佳為同時含有通式(I)、通式(II-A1)、通式(II-A2)及通式(III-A)所表示之化合物,進而較佳為同時含有通式(I)、通式(II-A1)、通式(II-A2)、通式(III-A)及通式(V)所表示之化合物。
本發明之液晶組成物較佳為同時含有通式(I)、通式(II-B1)
及通式(III-A)所表示之化合物,進而較佳為同時含有通式(I)、通式(II-B1)、通式(III-A)及通式(V)所表示之化合物。
本發明之液晶組成物亦較佳為同時含有通式(I)、通式(II-A)
及通式(II-B),詳細而言,亦較佳為同時含有通式(I)、通式(II-A1)、通式(II-A2)及通式(II-BI)所表示之化合物,亦進而較佳為同時含有通式(I)、通式(II-A1)、通式(II-A2)、通式(II-B1)及通式(III-A)及通式(V)所表示之化合物。
本發明之液晶組成物之25℃下之介電各向異性(△ε)為-2.0至-8.0,較佳為-2.0至-6.0,進而較佳為-2.0至-5.0,特佳為-2.5至-4.0。
本發明之液晶組成物之20℃下之折射率各向異性(△n)為0.08至0.14,進而較佳為0.09至0.13,特佳為0.09至0.12。更詳細而言,於與較小之單元間隙對應之情形時,較佳為0.10至0.13,於與較大之單元間隙對應之情形時,較佳為0.08至0.10。
本發明之液晶組成物之20℃下之黏度(η)為10至30mPa‧s,進而較佳為10至25mPa‧s,特佳為10至22mPa‧s。
本發明之液晶組成物之20℃下之旋轉黏性(γ1)為60至130mPa‧s,進而較佳為60至110mPa‧s,特佳為60至100mPa‧s。
本發明之液晶組成物之向列相-等向性液體相轉移溫度(Tni)為60℃至120℃,進而較佳為70℃至100℃,特佳為70℃至85℃。
本發明之液晶組成物除含有上述化合物以外,亦可含有通常之向列型液晶、層列型液晶、膽固醇狀液晶、抗氧化劑、紫外線吸收劑、聚合性單體等。
例如,含有聯苯衍生物、聯三苯衍生物等聚合性化合物作為聚合性單體,其含量較佳為0.01%至2%。更詳細而言,較佳為於本發明之液晶組成物中,含有一種或兩種以上通式(IV)所表示之聚合性化合物。
式中,R7及R8分別獨立地表示以下之式(R-1)至式(R-15)中之任一者,X1至X8分別獨立地表示三氟甲基、三氟甲氧基、氟原子或氫原子。
通式(IV)中之聯苯骨架之結構更佳為式(IV-11)至式
(IV-14),特佳為式(IV-11)。
含有式(IV-11)至式(IV-14)所表示之骨架之聚合性化合
物,其聚合後之配向限制力最佳,可獲得良好之配向狀態。
同時含有本發明之第一成分、第二成分、第三成分及作為聚
合性化合物之通式(IV)之含聚合性化合物的液晶組成物達成低黏度(η)、低旋轉黏性(γ1)及大彈性常數(K33),因此使用其之PSA(Polymer Sustained Alignment,聚合物穩定配向)模式或PSVA(Polymer Sustained Vertical
Alignment,聚合物穩定垂直配向)模式之液晶顯示元件可實現高速應答。
使用有本發明之液晶組成物之液晶顯示元件具有高速應答此顯著特徵,尤其對主動矩陣驅動用液晶顯示元件較為有用,且可應用於VA模式、PSVA模式、PSA模式、IPS模式或ECB模式。
[實施例]
以下列舉實施例進一步詳細敍述本發明,但本發明並不限定於該等實施例。又,以下之實施例及比較例之組成物中之「%」係指『質量%』。
於實施例中,關於化合物之記載,使用以下之簡略符號。
(側鏈)
-n -CnH2n+1 碳數為n之直鏈狀烷基
n- CnH2n+1- 碳數為n之直鏈狀烷基
-On -OCnH2n+1 碳數為n之直鏈狀烷氧基
nO- CnH2n+1O- 碳數為n之直鏈狀烷氧基
-V -CH=CH2
V- CH2=CH-
-V1 -CH=CH-CH3 1-丙烯基
1V- CH3-CH=CH- 1-丙烯基
-2V -CH2-CH2-CH=CH3
V2- CH3=CH-CH2-CH2-
-2V1 -CH2-CH2-CH=CH-CH3
1V2- CH3-CH=CH-CH2-CH2
(連結基)
-nO- -CnH2nO-
(環結構)
於實施例中,測定之特性如下所述。
Tni:向列相-等向性液體相轉移溫度(℃)
△n:20℃下之折射率各向異性
△ε:25℃下之介電各向異性
η:20℃下之黏度(mPa‧s)
γ1:20℃下之旋轉黏性(mPa‧s)
K33:20℃下之彈性常數K33(pN)
(比較例1、2及實施例1、2、3)
製備由表1中記載之組成所構成之LC-A(比較例1)、LC-B(比較例2)、LC-1(實施例1)、LC-2(實施例2)及LC-3(實施例3),並對其等之物性值進行測定。結果如下所述。
本發明之液晶組成物LC-1、LC-2及LC-3之黏度(η)小,
旋轉黏性(γ1)小,彈性常數(K33)明顯較大,γ1/K33為6.2、6.1、5.9,且為明顯小於作為比較例之LC-A及LC-B之γ1/K33之值。對使用有該等液晶組成物之液晶顯示元件之應答速度進行測定,結果LC-1、LC-2及LC-3為夠高速之應答,速度較LC-A及LC-B高10%以上。進而,對電壓保持率(VHR,Voltage Holding Ratio)進行測定,確認為具有較高之VHR。再者,單元厚度為3.5μm,配向膜為JALS2096,應答速度之測定條件係Von為5.5V、Voff為1.0V、測定溫度為20℃,並使用AUTRONIC-MELCHERS公司之DMS301。VHR之測定條件為電壓5V、頻率60Hz、溫度60℃,並使用TOYO Corporation股份有限公司之VHR-1。又,即便改變液晶單元注入之條件(壓力及ODF法(One Drop Filling,滴下式注入法)),仍未見物性值發生變化。
(比較例3及實施例4)
製備由表2中記載之組成所構成之LC-C(比較例3)及LC-4(實施例4),並對其等之物性值進行測定,結果如下。
作為本發明之液晶組成物之LC-4之黏度(η)小,旋轉黏
性(γ1)小,彈性常數(K33)大,因此γ1/K33為6.1,且為明顯小於作為比較例LC-C之γ1/K33之值。對使用有該等液晶組成物之液晶顯示元件之應答速度進行測定,結果LC-4較LC-C更高速應答。進而,對電壓保持率(VHR)進行測定,確認為具有較高之VHR。再者,單元厚度為3.5μm,配向膜為JALS2096,應答速度之測定條件係Von為5.5V、Voff為1.0V、
測定溫度為20℃,並使用AUTRONIC-MELCHERS公司之DMS301。VHR之測定條件為電壓5V、頻率60Hz、溫度60℃,並使用TOYO Corporation股份有限公司之VHR-1。又,即便改變液晶單元注入之條件(壓力及ODF法),仍未見物性值發生變化。
(比較例4及實施例5)
製備由表3中記載之組成所構成之LC-D(比較例4)及LC-5(實施例5),並對其等之物性值進行測定,結果如下所述。
作為本發明之液晶組成物之LC-5之黏度(η)小,旋轉黏
性(γ1)小,彈性常數(K33)大,因此γ1/K33為6.7,且為明顯小於作為比較例LC-D之γ1/K33之值。對使用有該等液晶組成物之液晶顯示元件之
應答速度進行測定,結果LC-5較LC-D更高速應答。進而,對電壓保持率(VHR)進行測定,確認為具有較高之VHR。再者,單元厚度為3.5μm,配向膜為JALS2096,應答速度之測定條件係Von為5.5V、Voff為1.0V、測定溫度為20℃,並使用AUTRONIC-MELCHERS公司之DMS301。VHR之測定條件為電壓5V、頻率60Hz、溫度60℃,並使用TOYO Corporation股份有限公司之VHR-1。又,即便改變液晶單元注入之條件(壓力及ODF法),仍未見物性值發生變化。
根據以上可確認,本發明之液晶組成物不會降低△n及Tni,
且η夠小,旋轉黏性γ1夠小,彈性常數K33大,並且具有絕對值較大之負介電各向異性(△ε),並且使用其之VA型液晶顯示元件之顯示品質優異且應答速度快。
Claims (15)
- 一種液晶組成物,係含有1種或2種以上具有1-丙烯基之氟苯衍生物作為第一成分,且含有1種或2種以上具有絕對值為3以上之負△ε之液晶化合物作為第二成分;作為第一成分,含有1種或2種以上通式(I-1)所表示之化合物,及含有1種或2種以上通式(I-2)所表示之化合物,
- 如申請專利範圍第1項之液晶組成物,其中第二成分含有選自通式(II-A)及/或(II-B)所表示之化合物群中之1種或2種以上之化合物,
- 如申請專利範圍第1或2項之液晶組成物,其中第一成分之含量為3質量%至70質量%。
- 如申請專利範圍第1或2項之液晶組成物,其中第二成分之含量為3質量%至70質量%。
- 如申請專利範圍第2項之液晶組成物,其中通式(II-A)為通式(II-A1)至(II-A5)所表示之化合物,通式(II-B)為通式(II-B1)至(II-B5)所表示之化合物,
- 如申請專利範圍第1或2項之液晶組成物,其含有1種或2種以上選自通式(III-A)至(III-J)所表示之化合物群中之化合物作為第三成分,
- 如申請專利範圍第1或2項之液晶組成物,其含有1種或2種以上通式(V)所表示之化合物作為進一步之成分,
- 如申請專利範圍第7項之液晶組成物,其同時含有通式(I-1)、通式(II-A)、通式(III-A)及通式(V)所表示之化合物。
- 如申請專利範圍第7項之液晶組成物,其同時含有通式(I-1)、通式(II-B)、通式(III-A)及通式(V)所表示之化合物。
- 如申請專利範圍第7項之液晶組成物,其同時含有通式(I-1)、通 式(II-A)、通式(II-B)、通式(III-A)及通式(V)所表示之化合物。
- 如申請專利範圍第1或2項之液晶組成物,其含有聚合性化合物。
- 如申請專利範圍第11項之液晶組成物,其含有1種或2種以上通式(IV)所表示之化合物作為聚合性化合物,
- 一種液晶顯示元件,其使用有申請專利範圍第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,其使用有申請專利範圍第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,其使用有申請專利範圍第1至12項中任一項之液晶組成物。
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