TWI624532B - Liquid crystal composition containing polymerizable compound and liquid crystal display element using same - Google Patents

Liquid crystal composition containing polymerizable compound and liquid crystal display element using same Download PDF

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Abstract

本發明所欲解決之課題在於提供一種含有聚合性化合物之液晶組成物，其黏度(η)充分小，旋轉黏性(γ1)充分小，聚合性化合物之反應速度充分快，且於UV照射後無聚合性化合物之殘留，或充分地抑制聚合性化合物之殘留，進而提供一種使用該含有聚合性化合物之液晶組成物之PSA型等液晶顯示元件，其響應速度充分快，亦可進行3D顯示，且可以更少之能量成本獲得均勻且穩定之定向控制。
本發明提供一種含有聚合性化合物之液晶組成物，使用其之液晶顯示元件，及通式(Na)、通式(Nb)或通式(Nc)表示之化合物，該含有聚合性化合物之液晶組成物之特徵在於：含有1種或2種以上通式(M)表示之聚合性化合物作為第一成分，且含有1種或2種以上具有萘骨架之通式(Na)、通式(Nb)或通式(Nc)表示之化合物作為第二成分。

Description

含有聚合性化合物之液晶組成物及使用其之液晶顯示元件
本發明係關於一種含有聚合性化合物之液晶組成物及使用其之液晶顯示元件。
PSA(Polymer Sustained Alignment)型液晶顯示元件係為了控制液晶分子之預傾角而於單元內形成聚合物構造物者，其因高速響應或高對比度等特徵而作為下一代之液晶顯示元件被實用化。
PSA型液晶顯示元件係使用由液晶化合物及聚合性化合物構成之含有聚合性化合物之液晶組成物的液晶顯示元件，其係藉由如下方式製造：於藉由施加電壓使液晶分子定向之狀態下使聚合性化合物聚合，而將液晶分子之定向固定。於使PSA型液晶顯示元件之聚合性化合物聚合之步驟中，聚合性化合物之聚合反應速度對生產性而言非常重要。對PSA型液晶顯示元件之響應速度或對比度等產生影響之預傾角的調整、或顯示不均及留痕等對可靠性造成影響之聚合性化合物之殘留量的調整亦非常重要。由於聚合性化合物之聚合反應速度依賴於UV照射燈之波長或照射強度，故而要求開發出含有適合於UV照射燈之規格之聚合性化合物的含有聚合性化合物之液晶組成物，但難以充分因應。
作為利用液晶組成物之方法，介紹有藉由含有具有聯三苯環之液晶化合物而縮短聚合反應速度之技術(專利文獻1)，但若使用具有聯 三苯環之液晶化合物，則有因VHR之降低引起的顯示不均或留痕等對可靠性造成影響之情形。
如上所述，業界要求一種調整適合於UV照射燈之規格的聚合反應速度，又，滿足液晶顯示元件之高速響應或高對比度、顯示不均或留痕等的含有聚合性化合物之液晶組成物及使用其之液晶顯示元件。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]US8092871
本發明所欲解決之課題在於提供一種含有聚合性化合物之液晶組成物，其黏度(η)充分小，旋轉黏性(γ1)充分小，聚合性化合物之反應速度充分快，且於UV照射後無聚合性化合物之殘留，或充分地抑制聚合性化合物之殘留，進而提供一種使用該含有聚合性化合物之液晶組成物之PSA型等液晶顯示元件，其響應速度充分快，亦可進行3D顯示，且可以更少之能量成本獲得均勻且穩定之定向控制。
本發明者對各種聚合性化合物及液晶化合物進行研究，結果發現：由具有特定結構之聚合性化合物及液晶化合物構成之含有聚合性化合物的液晶組成物可解決上述課題，從而完成本發明。
即，本發明提供一種含有聚合性化合物之液晶組成物，使用其之液晶顯示元件，及通式(Na)、通式(Nb)或通式(Nc)表示之化合物，該含有聚合性化合物之液晶組成物之特徵在於：含有1種或2種以上通式(M)表示之聚合性化合物作為第一成分，
且含有1種或2種以上具有萘骨架之通式(Na)、通式(Nb)或通式(Nc)表示之化合物作為第二成分，
。
本發明之含有聚合性化合物之液晶組成物由於黏度(η)充分低，故而使用其之液晶顯示元件的響應速度充分快，亦可進行3D顯示，而且，由於無聚合性化合物之殘留，或充分地抑制聚合性化合物之殘留，故而不會產生顯示不均或留痕，或極大地抑制顯示不均或留痕。又，由於聚合性化合物之聚合反應速度充分快，故而可削減用於製造之能量成本，提高生產效率，獲得均勻且穩定之定向控制，因此非常有用。
本發明之含有聚合性化合物之液晶組成物含有一種或兩種以上通式(M)表示之聚合性化合物作為第一成分， 。
於通式(M)中，X201及X202分別獨立地表示氫原子、甲基或-CF3基。較佳為X201及X202均為氫原子之二丙烯酸酯衍生物、X201及X202均為甲基之二甲基丙烯酸酯衍生物，亦較佳為一者為氫原子而另一者為甲基之化合物。可根據用途而使用較佳之化合物，於PSA顯示元件中，通式(M)表示之聚合性化合物較佳為具有至少1個甲基丙烯酸酯衍生物，亦較佳為具有2個。
Sp201及Sp202分別獨立地表示單鍵、碳原子數1~8之伸烷基或-O-(CH2)s-(式中，s表示2至7之整數，氧原子設為鍵結於環者)。於PSA模式之液晶顯示元件中，Sp201及Sp202較佳為至少一者為單鍵，較佳為均為單鍵之化合物或一者為單鍵而另一者為碳原子數1~8之伸烷基或-O-(CH2)s-，於該情形時，較佳為碳原子數1~4之伸烷基，s較佳為1~4。
環M201、環M202及環M203分別獨立地表示反式-1,4-伸環己基(基中之1個或非鄰接之2個以上之-CH2-亦可經-O-或-S-取代)、1,4-伸苯基(基中之1個或非鄰接之2個以上之-CH=亦可經-N=取代)、1,4-伸環己烯基(1,4-cyclohexenylene)、1,4-雙環[2.2.2]伸辛基、哌啶-1,4-二基、萘-2,6-二基、十氫萘-2,6-二基或1,2,3,4-四氫萘-2,6-二基，基中之氫原子可分別獨立地經氟原子、-CF3基、碳原子數1至10之烷基、 碳原子數1至10之烷氧基或式(R-1)至式(R-15)中之任一者取代。
Z201及Z202分別獨立地表示-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及Y2分別獨立地表示氟原子或氫原子)、-C≡C-或單鍵，較佳為-COO-、-OCO-、-CH=CH-COO-、-CH=CH-OCO-、-COO-CH=CH-、-OCO-CH=CH-、-COO-CH2CH2-、-OCO-CH2CH2-、-CH2CH2-COO-、-CH2CH2-OCO-、-C≡C-或單鍵，更佳為-COO-、-OCO-、-CH=CH-COO-、-CH=CH-OCO-、-COO-CH=CH-、-OCO-CH=CH-、-COO-CH2CH2-、-OCO-CH2CH2-、-CH2CH2-COO-、-CH2CH2-OCO-或單鍵。
n201表示0、1或2，較佳為0或1。其中，於分別存在複數個環M202及Z202之情形時，分別可不同亦可相同。
本發明之含有聚合性化合物之液晶組成物含有至少1種通式(M)表示的聚合性化合物，較佳為含有1種~5種，更佳為含有1種~ 3種。於通式(M)表示之聚合性化合物之含量少的情形時，對液晶組成物之定向限制力變弱。反之，於通式(M)表示之聚合性化合物之含量過多的情形時，聚合時之必需能量上升，未聚合而殘留之聚合性化合物之量增加，而成為顯示不良之原因，因此其含量較佳為0.01~2.00質量%，更佳為0.05~1.00質量%，尤佳為0.10~0.50質量%。
進而具體而言，於通式(M)中n201為0之情形時，Sp201及Sp202之間的環結構較佳為式(XXa-1)至式(XXa-5)，更佳為式(XXa-1)至式(XXa-3)，尤佳為式(XXa-1)或式(XXa-2)。其中，式之兩端設為鍵結於Sp201或Sp202者。
包含該等骨架之通式(M)表示之聚合性化合物之聚合後之定向限制力最適於PSA模式的液晶顯示元件，可獲得良好之定向狀態，因 此具有抑制顯示不均，或完全不產生顯示不均之效果。
根據以上，作為聚合性單體，較佳為式(XX-1)至通式(XX-10)表示之化合物，更佳為式(XX-1)至式(XX-4)。
式中，Spxx表示碳原子數1~8之伸烷基或-O-(CH2)s-(式中，s表示2至7之整數，氧原子設為鍵結於環者)。
式中之苯基中之氫原子可進而經-F、-Cl、-CF3、-CH3、式(R-1)至式(R-15)中任一者取代。
於通式(M)中n201為1之情形時，例如較佳為如式(M31)至式(M48)之聚合性化合物。
式中之苯基及萘基中之氫原子可進而經-F、-Cl、-CF3、-CH3、式(R-1)至式(R-15)中任一者取代。
包含該等骨架之通式(M)表示之聚合性化合物之聚合後的定向限制力最適於PSA模式之液晶顯示元件，可獲得良好之定向狀態，因此具有抑制顯示不均，或完全不產生顯示不均之效果。
於通式(M)中n201為1並且具有複數個式(R-1)或式(R-2)之情形時，例如較佳為如式(M301)至式(M316)之聚合性化合物。
式中之苯基及萘基中之氫原子可進而經-F、-Cl、-CF3、-CH3取代。
包含該等骨架之通式(M)表示之聚合性化合物之聚合後的定向限制力最適於PSA模式之液晶顯示元件，可獲得良好之定向狀態，因此具有抑制顯示不均，或完全不產生顯示不均之效果。
本發明之含有聚合性化合物之液晶組成物含有1種或2種以上選自具有萘骨架之通式(Na)、通式(Nb)或通式(Nc)表示之液晶化合物群中之化合物作為第二成分，
。
於通式(Na)、通式(Nb)或通式(Nc)中，R21或R22表示碳原子數1至10之烷基、碳原子數1至10之烷氧基、碳原子數2至10之烯基或碳原子數2至10之烯氧基，存在於該等基中之1個或2個以上之氫原子可經氟原子取代，R21更佳為直鏈狀之碳數1至5之烷基或碳數2至5之烯基，尤佳為碳數1至5之烷基，R22更佳為直鏈狀之碳數1至5之烷基、碳數1至5之烷氧基或碳數2至5之烯基，尤佳為碳數1至5之烷氧基。
Y21至Y23分別獨立地表示氫原子、甲基、-CF3基、氟原子或氯原子，更佳為氫原子或氟原子。
環A及環B分別獨立地表示反式-1,4-伸環己基(基中之1個或非鄰接之2個以上之-CH2-可經-O-或-S-取代)、1,4-伸苯基(基中之1個或非鄰接之2個以上之-CH=可經-N=取代)、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、十氫萘-2,6-二基或1,2,3,4-四氫萘-2,6-二基，更佳為反式- 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，尤佳為反式-1,4-伸環己基或1,4-伸苯基。
Z21及Z22分別獨立地表示-OCH2-、-CH2O-、-COO-、-OCO-、-CF2O-、-OCF2-、-CH2CH2-、-CF2CF2-、-C≡C-或單鍵。
m表示0、1或2，較佳為0或1。其中，於分別存在複數個環A及Z21之情形時，分別可不同亦可相同。
n表示0、1或2，較佳為0或1。其中，於分別存在複數個環B及Z22之情形時，分別可不同亦可相同。
m+n較佳為1以上，更佳為1或2，尤佳為2。
含有1種或2種以上選自通式(Na)、通式(Nb)或通式(Nc)表示之化合物群中之化合物，較佳為含有1種至5種，更佳為含有1種至3種，尤佳為含有1種。又，其含量為0.5質量%至50質量%，較佳為0.5質量%至10質量%，更佳為0.5質量%至5質量%之範圍，尤佳為0.5質量%至4質量%，可為0.5質量%至3質量%，亦可為0.5質量%至2質量%。
若進一步詳述，則選自通式(Na)、通式(Nb)或通式(Nc)表示之化合物群中之化合物較佳為通式(N-001)至通式(N-109)表示之化合物。
式中，R23及R31分別獨立地表示與R21相同之含義，R24及R32分別獨立地表示與R22相同之含義，Z23表示單鍵、-CH2-O-、-O-CH2-、-CF2-O-、-O-CF2-、-CH2CH2-或-CF2CF2-，環C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-伸環己烯基、1,4-雙環[2.2.2]伸辛基、哌啶-1,4-二基、萘-2,6-二基、十氫萘-2,6-二基或1,2,3,4-四氫萘-2,6-二基。再者，式中之苯基及萘基中之氫原子可進而經-F、-Cl、-CF3、-CH3中任一者取代。
於通式(N-001)至通式(N-019)表示之化合物中，較佳為通式(N-001)至通式(N-009)表示之化合物，更佳為通式(N-001)至通式(N-003)表示之化合物，尤佳為通式(N-001)表示之化合物。
本發明之含有聚合性化合物之液晶組成物進而含有1種或2種以上通式(II)表示之化合物，較佳為含有1種至10種，更佳為含有1種至5種，其含量為10質量%至90質量%，更佳為10質量%至70質量%，尤佳為20質量%至50質量%。
式中，R1及R2分別獨立地表示碳原子數1至10之烷基、碳原子數1至10之烷氧基、碳原子數2至10之烯基或碳原子數2至10之烯氧基，存在於R1及R2中之1個或非鄰接之2個以上之-CH2-可分別獨立地經-O-或-S-取代，又，存在於R1及R2中之1個或2個以上之氫原子可分別獨立地經氟原子或氯原子取代，更佳為直鏈狀之碳原子數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，尤佳為R1為碳原子數1至5之烷基或碳原子數2至5之烯基，R2為碳原子數1至5之烷氧基。
環A及環B表示與上述相同之含義。
p表示0、1或2，更佳為0或1。
Z表示-OCH2-、-CH2O-、-CF2O-、-OCF2-、-CH2CH2-、-CF2CF2-或單鍵，更佳為-CH2O-、-CF2O-、-CH2CH2-或單鍵，尤佳為-CH2O-或單鍵。
通式(II)表示之化合物較佳為通式(II-A1)至通式(II-A5)及通式(II-B1)至通式(II-B5)，更佳為通式(II-A1)至通式(II-A5)之化合物，尤佳為通式(II-A1)或通式(II-A3)之化合物。
式中，R3及R4分別獨立地表示碳原子數1至5之烷基或碳原子數2至5之烯基，存在於R3及R4中之1個或2個以上之氫原子可分別獨立地經氟原子取代。
本發明之含有聚合性化合物之液晶組成物含有1種或2種以上選自通式(III-A)至通式(III-J)表示之化合物群中之化合物作為介 電各向異性(△ε)約為0之化合物，較佳為1種至10種，更佳為1種至5種，其含量為10至90質量%，更佳為20質量%至70質量%，尤佳為30質量%至60質量%。
式中，R5表示碳原子數1至5之烷基或碳原子數2至5之烯基，R6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。
作為介電各向異性(△ε)約為0之化合物，更佳為選自通式(III-A)、(III-D)、(III-F)、(III-G)及(III-H)中之化合物，尤佳為通式(III-A)。又，於通式(III-A)表示之化合物中，較佳為R5為碳原子數2至5之烯基，R6為碳原子數1至5之烷基或碳原子數2至5之烯基。
本發明之含有聚合性化合物之液晶組成物較佳為同時含有通式(M)及通式(Na)之化合物，較佳為同時含有式(XX-1)及通式(Na)之化合物，較佳為同時含有式(XX-2)及通式(Na)之化合物，較佳為同時含有式(XX-3)及通式(Na)之化合物，較佳為同時含有通式(XX-4)及通式(Na)之化合物，較佳為同時含有通式(M)及通式(Nb)之化合物，較佳為同時含有式(XX-1)及通式(Nb)之化合物，較佳為同 時含有式(XX-2)及通式(Nb)之化合物，較佳為同時含有式(XX-3)及通式(Nb)之化合物，較佳為同時含有通式(XX-4)及通式(Nb)之化合物。
本發明之含有聚合性化合物之液晶組成物較佳為同時含有通式(M)、通式(Na)及通式(II-A1)之化合物，較佳為同時含有通式(M)、通式(Na)及通式(II-A3)之化合物，較佳為同時含有通式(M)、通式(Na)及通式(II-B1)之化合物，較佳為同時含有通式(M)、通式(Na)及通式(II-B2)之化合物，較佳為同時含有通式(M)、通式(Na)及通式(II-B3)之化合物，較佳為同時含有通式(M)、通式(Na)及通式(II-B4)之化合物。
本發明之含有聚合性化合物之液晶組成物較佳為同時含有通式(M)、通式(Na)、通式(II-A1)及通式(III-A)之化合物，較佳為同時含有通式(M)、通式(Na)、通式(II-A3)及通式(III-A)之化合物，較佳為同時含有通式(M)、通式(Na)、通式(II-B1)及通式(III-A)之化合物，較佳為同時含有通式(M)、通式(Na)、通式(II-B2)及通式(III-A)之化合物，較佳為同時含有通式(M)、通式(Na)、通式(II-B3)及通式(III-A)之化合物，較佳為同時含有通式(M)、通式(Na)、通式(II-B4)、及通式(III-A)之化合物，尤佳為同時含有通式(M)、通式(Na)、通式(II-A1)、通式(II-A3)及通式(III-A)之化合物。
本發明之含有聚合性化合物之液晶組成物較佳為同時含有通式(M)、通式(Nb)及通式(II-A1)之化合物，較佳為同時含有通式(M)、通式(Nb)及通式(II-A3)之化合物，較佳為同時含有通式(M)、通式(Nb)及通式(II-B1)之化合物，較佳為同時含有通式(M)、通式(Nb)及通式(II-B2)之化合物，較佳為同時含有通式(M)、通式(Nb)及通式(II-B3)之化合物，較佳為同時含有通式(M)、通式(Nb)及通 式(II-B4)之化合物。
本發明之含有聚合性化合物之液晶組成物較佳為同時含有通式(M)、通式(Nb)、通式(II-A1)及通式(III-A)之化合物，較佳為同時含有通式(M)、通式(Nb)、通式(II-A3)及通式(III-A)之化合物，較佳為同時含有通式(M)、通式(Nb)、通式(II-B1)及通式(III-A)之化合物，較佳為同時含有通式(M)、通式(Nb)、通式(II-B2)及通式(III-A)之化合物，較佳為同時含有通式(M)、通式(Nb)、通式(II-B3)及通式(III-A)之化合物，較佳為同時含有通式(M)、通式(Nb)、通式(II-B4)、及通式(III-A)之化合物，尤佳為同時含有通式(M)、通式(Nb)、通式(II-A1)、通式(II-A3)及通式(III-A)之化合物。
於本發明之含有聚合性化合物之液晶組成物所包含的液晶化合物中，為了抑制留痕或顯示不均等顯示不良，或者為了完全不產生留痕或顯示不均等顯示不良，較佳為不含有具有烯基之化合物，較佳為所有液晶化合物之側鏈均為烷基或烷氧基，又，液晶化合物中之環己烷環或苯環可經氟原子取代，欠佳為經氯原子取代。
使用包含通式(M)、通式(Na)、通式(II)及通式(III-A)之液晶組成物之液晶顯示元件為高速響應，極大地抑制留痕或顯示不均等顯示不良，或者完全不產生留痕或顯示不均等顯示不良。再者，可含有通式(Nb)表示之化合物代替通式(Na)，又，亦可含有通式(Nc)表示之化合物代替通式(Na)，最佳為通式(Na)。
本發明之含有聚合性化合物之液晶組成物於25℃之介電各向異性(△ε)為-2.0至-8.0，較佳為-2.0至-6.0，更佳為-2.0至-5.0，尤佳為-2.5至-4.0。
本發明之液晶組成物於20℃之折射率各向異性(△n)為0.08至0.14，更佳為0.09至0.13，尤佳為0.09至0.12。若進一步詳述，則在對 應於薄單元間隙之情形時，較佳為0.10至0.13，在對應於厚單元間隙之情形時，較佳為0.08至0.10。
本發明之液晶組成物於20℃之黏度(η)為10至30mPa‧s，更佳為10至25mPa‧s，尤佳為10至22mPa‧s。
本發明之液晶組成物於20℃之旋轉黏性(γ1)為60至130mPa‧s，更佳為60至110mPa‧s，尤佳為60至100mPa‧s。
本發明之液晶組成物之向列相-各向同性液體相轉移溫度(Tni)為60℃至120℃，更佳為70℃至100℃，尤佳為70℃至85℃。
本發明之含有聚合性化合物之液晶組成物於不存在聚合起始劑之情形時亦進行聚合，但亦可為了促進聚合而含有聚合起始劑。作為聚合起始劑，可列舉安息香醚類、二苯甲酮類、苯乙酮類、苯偶醯縮酮類、醯基膦氧化物類等。
本發明之含有聚合性化合物之液晶組成物亦可進而含有通式(Q)表示之化合物。
式中，RQ表示碳原子數1至22之直鏈烷基或支鏈烷基，基中之1個或非鄰接之2個以上之CH2基可經-O-、-CH=CH-、-CO-、-OCO-、-COO-、-C≡C-、-CF2O-、-OCF2-取代。
MQ表示反式-1,4-伸環己基、1,4-伸苯基或單鍵。
通式(Q)表示之化合物具體而言較佳為下述通式(Q-a)至通式(Q-d)表示之化合物。
式中，RQ1較佳為碳原子數1至10之直鏈烷基或支鏈烷基。
RQ2較佳為碳原子數1至20之直鏈烷基或支鏈烷基。
RQ3較佳為碳原子數1至8之直鏈烷基、支鏈烷基、直鏈烷氧基或支鏈烷氧基。
LQ較佳為碳原子數1至8之直鏈伸烷基或支鏈伸烷基。
於通式(Q-a)至通式(Q-d)表示之化合物中，更佳為通式(Q-c)及通式(Q-d)表示之化合物。
本發明之含有聚合性化合物的液晶組成物含有1種或2種以上通式(Q)表示之化合物，較佳為含有1種至5種，更佳為含有1種至3種，尤佳為含有1種。又，其含量較佳為0.001質量%至1質量%，更佳為0.001質量%至0.1質量%，尤佳為0.001質量%至0.05質量%。
又，亦可為了提高保存穩定性而添加穩定劑。作為可使用之穩定劑，例如可列舉對苯二酚類、對苯二酚單烷基醚類、三級丁基鄰苯二酚類、鄰苯三酚類、苯硫酚類、硝基化合物類、β-萘胺類、β-萘酚類、亞硝基化合物等。
本發明之含有聚合性化合物之液晶組成物除了上述化合物以外，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。
本發明之含有聚合性化合物之液晶組成物對液晶顯示元件有用，尤其是對主動矩陣驅動用液晶顯示元件有用，可用於PSA模式、PSVA模式、VA模式、IPS模式或ECB模式用液晶顯示元件。
本發明之含有聚合性化合物之液晶組成物係用於如下液晶顯示元件：利用紫外線照射使包含於其中之聚合性化合物聚合藉此賦予液晶定向能力，並利用液晶組成物之雙折射而控制光之透過光量。作為液晶顯示元件，對AM-LCD(主動矩陣液晶顯示元件)、TN(向列型液晶顯示元件)、STN-LCD(超扭轉向列型液晶顯示元件)、OCB-LCD及IPS-LCD(橫向電場切換(in-plane switching)液晶顯示元件)較為有用，對AM-LCD尤其有用，可用於透過型或反射型液晶顯示元件。
液晶顯示元件使用之液晶單元的2片基板可使用如玻璃或塑膠之具有柔軟性之透明材料，其中一者亦可為矽等不透明材料。具有透明電極層之透明基板例如可藉由在玻璃板等透明基板濺鍍銦錫氧化物(ITO)而獲得。
彩色濾光片例如可藉由顏料分散法、印刷法、電沈積法或染色法等而製作。若以利用顏料分散法之彩色濾光片之製作方法為例進行說明，則將彩色濾光片用之硬化性著色組成物塗佈於該透明基板上，實施圖案化處理，並且藉由加熱或光照射而使其硬化。藉由分別針對紅、綠、藍3 色實施該步驟，可製作彩色濾光片用之像素部。此外，亦可於該基板上設置設有TFT、薄膜二極體、金屬絕緣體金屬比電阻元件等主動元件之像素電極。
使上述基板以透明電極層成為內側之方式對向。此時，亦可經由間隔件而調整基板之間隔。此時，較佳為將獲得之調光層的厚度調整為1~100μm。更佳為1.5至10μm，於使用偏光板之情形時，較佳為以對比度成為最大之方式調整液晶的折射率各向異性△n與單元厚度d的積。又，於具有兩片偏光板之情形時，亦可調整各偏光板之偏光軸而以視野角或對比度成為良好之方式進行調整。進而，亦可使用用以擴大視野角之相位差膜。作為間隔件，例如可列舉玻璃粒子、塑膠粒子、氧化鋁粒子、光阻劑材料等。其後，將環氧系熱硬化性組成物等密封劑以設有液晶注入口之形式網版印刷於該基板上，將該基板彼此貼合，並進行加熱而使密封劑熱硬化。
使含有聚合性化合物之液晶組成物夾持於2片基板間的方法可使用通常之真空注入法或ODF法等。
作為使聚合性化合物聚合之方法，為了獲得液晶之良好的定向性能，較理想為適當之聚合速度，因此較佳為藉由單獨或併用或依序地照射紫外線或電子束等活性能量線而使其聚合之方法。於使用紫外線之情形時，可使用偏光光源，亦可使用非偏光光源。又，於使含有聚合性化合物之液晶組成物夾持於2片基板間之狀態下進行聚合之情形時，至少照射面側之基板必須賦予有對於活性能量線適當之透明性。又，亦可使用如下手段：於光照射時使用掩膜(mask)而僅使特定之部分聚合後，藉由改變電場或磁場或溫度等條件，而改變未聚合部分之定向狀態，進而照射活性能量線而使其聚合。尤其是於紫外線曝光時，較佳為對含有聚合性化合物之液晶組成物一面施加交流電場一面進行紫外線曝光。施加之交流電場較 佳為頻率10Hz至10kHz之交流，更佳為頻率60Hz至10kHz，電壓係依賴於液晶顯示元件之所需的預傾角而選擇。即，可藉由施加之電壓而控制液晶顯示元件之預傾角。於MVA模式之液晶顯示元件中，就定向穩定性及對比度之觀點而言，較佳為將預傾角控制為80度至89.9度。
照射時之溫度較佳為保持本發明之液晶組成物之液晶狀態的溫度範圍內。較佳為於接近室溫之溫度即典型之15~35℃進行聚合。作為產生紫外線之燈，可使用金屬鹵素燈、高壓水銀燈、超高壓水銀燈等。又，作為照射之紫外線的波長，較佳為照射非液晶組成物之吸收波長區域之波長區域的紫外線，較佳為視需要將紫外線截斷而使用。照射之紫外線的強度較佳為0.1mW/cm2~100W/cm2，更佳為2mW/cm2~50W/cm2。照射之紫外線之能量的量可適當調整，較佳為10mJ/cm2至500J/cm2，更佳為100mJ/cm2至200J/cm2。亦可於照射紫外線時改變強度。照射紫外線之時間係根據照射之紫外線強度而適當選擇，較佳為10秒至3600秒，更佳為10秒至600秒。
[實施例]
以下列舉實施例進一步詳述本發明，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「%」意指『質量%』。
於實施例中，關於化合物之記載使用以下之縮寫。
(側鏈)
(連結基)
(環結構)
於實施例中，測定之特性如下所述。
Tni：向列相-各向同性液體相轉移溫度(℃)
△n：20℃之折射率各向異性
η：20℃之黏度(mPa‧s)
γ1：20℃之旋轉黏性(mPa‧s)
△ε：25℃之介電各向異性
聚合性化合物之殘留量@10[J]：照射10J之UV後之聚合性化合物的殘留量[%]
聚合性化合物之殘留量@20[J]：照射20J之UV後之聚合性化合物的殘留量[%]
聚合性化合物之殘留量@50[J]：照射50J之UV後之聚合性化合物的殘留量[%]
聚合性化合物之殘留量@60[J]：照射60J之UV後之聚合性化合物的殘留量[%]
預傾角：照射10J之UV後之預傾角[°]
(比較例1、實施例1及實施例2)
製備LC-A(比較例1)、LC-1(實施例1)及LC-2(實施例2)之含有聚合性化合物之液晶組成物，並測定其物性值。含有聚合性化合物之液晶組成物的構成及其物性值之結果如表1所示。
利用真空注入法將LC-1及LC-2分別注入至單元間隙為3.5μm且塗佈有誘發垂直定向之聚醯亞胺定向膜之附有ITO的單元中，一面施加頻率1kHz且1.8V之矩形波，一面經由將320nm以下之紫外線截斷之濾光器，藉由高壓水銀燈將單元表面之照射強度調整為100mW/cm2而 照射UV，獲得使含有聚合性化合物之液晶組成物中之聚合性化合物聚合而成的垂直定向性液晶顯示元件。確認該液晶顯示元件(PSVA模式)顯示出高對比度，且充分高速響應。
於照射10[J]之UV時，LC-A之聚合性化合物之殘留量為65[%]，相對於此，LC-1為50[%]，LC-2為38[%]。
於照射50[J]之UV時，LC-A之聚合性化合物之殘留量為23[%]，相對於此，LC-1為5[%]，LC-2為2[%]。
確認與作為比較例1之LC-A相比，作為本發明之含有聚合性化合物之液晶組成物之LC-1及LC-2中之聚合性化合物的殘留量充分少，藉由更少之UV照射而充分地進行聚合。
又，確認作為本發明之含有聚合性化合物之液晶組成物之LC-1及LC-2、作為比較例1之LC-A之預傾角均為85[°]，可充分地進行定向控制。再者，預傾角之測定溫度為25℃，且使用AUTRONIC-MELCHERS公司之TBA105。
(比較例2、實施例3及實施例4)
製備LC-B(比較例2)、LC-3(實施例3)、LC-4(實施例4)及LC-5(實施例5)之含有聚合性化合物之液晶組成物，並測定其物性值。含有聚合性化合物之液晶組成物的構成及其物性值之結果如表2所示。
利用真空注入法將表2所示之含有聚合性化合物的液晶組成物分別注入至單元間隙為3.5μm且塗佈有誘發垂直定向之聚醯亞胺定向膜之附有ITO的單元中，一面施加頻率1kHz且1.8V之矩形波，一面經由將320nm以下之紫外線截斷的濾光器，藉由高壓水銀燈將單元表面之照射強度調整為100mW/cm2而照射UV，獲得使含有聚合性化合物之液晶組成物中之聚合性化合物聚合而成的垂直定向性液晶顯示元件。確認該液晶顯示元件(PSVA模式)顯示出高對比度，且充分高速響應。
於照射20[J]之UV時，LC-B之聚合性化合物的殘留量為 55[%]，相對於此，LC-3為47[%]，LC-4為38[%]，LC-5為39[%]。
於照射60[J]之UV時，LC-B之聚合性化合物之殘留量為18[%]，相對於此，LC-3為9[%]，LC-4為4[%]，LC-5為5[%]。
確認與作為比較例2之LC-B相比，作為本發明之含有聚合性化合物之液晶組成物之LC-3、LC-4及LC-5中之聚合性化合物的殘留量充分少，藉由更少之UV照射而充分地進行聚合。
又，確認作為本發明之含有聚合性化合物之液晶組成物之LC-3、LC-4及LC-5、作為比較例2之LC-B之預傾角均為85~86[°]，可充分地進行定向控制。再者，預傾角之測定溫度為25℃，且使用AUTRONIC-MELCHERS公司之TBA105。
(比較例3、實施例6、實施例7、實施例8及實施例9)
製備LC-C(比較例3)、LC-6(實施例6)、LC-7(實施例7)、LC-8(實施例8)及LC-9(實施例9)之含有聚合性化合物的液晶組成物，並測定其物性值。含有聚合性化合物之液晶組成物的構成及其物性值之結果如表3所示。
利用真空注入法將表3所示之含有聚合性化合物之液晶組成物分別注入至單元間隙為3.5μm且塗佈有誘發垂直定向之聚醯亞胺定向膜之附有ITO的單元中，一面施加頻率1kHz且1.8V之矩形波，一面經由將320nm以下之紫外線截斷之濾光器，藉由高壓水銀燈將單元表面之照射強度調整為100mW/cm2而照射UV，獲得使含有聚合性化合物之液晶組成物中之聚合性化合物聚合而成的垂直定向性液晶顯示元件。確認該液晶 顯示元件(PSVA模式)顯示出高對比度，且充分高速響應。
於照射20[J]之UV時，LC-C之聚合性化合物之殘留量為58[%]，相對於此，LC-6為23[%]，LC-7為10[%]，LC-8為30[%]，LC-9為28[%]。
於照射60[J]之UV時，LC-C之聚合性化合物之殘留量為20[%]，相對於此，LC-6為0[%]，LC-7為0[%]，LC-8為2[%]，LC-9為2[%]。
確認與作為比較例3之LC-C相比，作為本發明之含有聚合性化合物之液晶組成物的LC-6、LC-7、LC-8及LC-9中之聚合性化合物的殘留量充分少，藉由更少之UV照射而充分地進行聚合。
又，確認作為本發明之含有聚合性化合物之液晶組成物之LC-6、LC-7、LC-8及LC-9、作為比較例3之LC-C之預傾角均為84~86[°]，可充分地進行定向控制。再者，預傾角之測定溫度為25℃，且使用AUTRONIC-MELCHERS公司之TBA105。
(比較例4、實施例10及實施例11)
製備LC-D(比較例4)、LC-10(實施例10)及LC-11(實施例11)之含有聚合性化合物之液晶組成物，並測定其物性值。含有聚合性化合物之液晶組成物的構成及其物性值之結果如表4所示。
利用真空注入法將表4所示之含有聚合性化合物之液晶組成物分別注入至單元間隙為3.5μm且塗佈有誘發垂直定向之聚醯亞胺定向膜之附有ITO的單元中，一面施加頻率1kHz且1.8V之矩形波，一面經由將320nm以下之紫外線截斷之濾光器，藉由高壓水銀燈將單元表面之照射強度調整為100mW/cm2而照射UV，獲得使含有聚合性化合物之液晶組成物中之聚合性化合物聚合而成的垂直定向性液晶顯示元件。確認該液晶顯示元件(PSVA模式)顯示出高對比度，且充分高速響應。
於照射20[J]之UV時，LC-D之聚合性化合物之殘留量為64[%]，相對於此，LC-10為27[%]，LC-11為23[%]。
於照射60[J]之UV時，LC-D之聚合性化合物之殘留量為 31[%]，相對於此，LC-10為2[%]，LC-11為1[%]。
確認與作為比較例4之LC-D相比，作為本發明之含有聚合性化合物之液晶組成物之LC-10及LC-11中之聚合性化合物的殘留量充分少，藉由更少之UV照射而充分地進行聚合。
又，確認作為本發明之含有聚合性化合物之液晶組成物之LC-10及LC-11之預傾角均為83~85[°]，可充分地進行定向控制。再者，預傾角之測定溫度為25℃，且使用AUTRONIC-MELCHERS公司之TBA105。
根據以上，本發明之含有聚合性化合物之液晶組成物的黏度(η)充分低，使用其之液晶顯示元件的響應速度充分快，亦可進行3D顯示，而且，由於無聚合性化合物之殘留，或充分地抑制聚合性化合物之殘留，故而不會產生顯示不均或留痕，或極大地抑制顯示不均或留痕。確認由於聚合性化合物之聚合反應速度充分快，故而可削減用於製造之能量成本，提高生產效率，獲得均勻且穩定之定向控制，因此非常有用。

Claims (17)

  1. 一種含有聚合性化合物之液晶組成物，其25℃之介電各向異性(△ε)為-2.0至-8.0，且含有一種或兩種以上通式(M)表示之聚合性化合物作為第一成分， (式中，X201及X202分別獨立地表示氫原子、甲基或-CF3基；Sp201及Sp202分別獨立地表示單鍵、碳原子數1~8之伸烷基或-O-(CH2)s-(式中，s表示2至7之整數，氧原子設為鍵結於環者)；環M201、環M202及環M203分別獨立地表示1,4-伸苯基(基中之1個或非鄰接之2個以上之-CH=亦可經-N=取代)，基中之氫原子亦可分別獨立地經氟原子、-CF3基、碳原子數1至10之烷基、碳原子數1至10之烷氧基或式(R-1)至式(R-2)中之任一者取代； Z201及Z202分別獨立地表示-OCH2-、-CH2O-、-COO-、-OCO-、-CH2CH2-、-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及Y2分別獨立地表示氟原子或氫原子)、或單鍵；n201表示0、1或2；其中，於分別存在複數個環M202及Z202之情形時，分別可不同亦可相同)，且含有1種或2種以上選自通式(Na)、通式(Nb)或通式(Nc)表示之液晶化合物群中之化合物作為第二成分， (式中，R21或R22分別獨立地表示碳原子數1至10之烷基、碳原子數1至10之烷氧基、碳原子數2至10之烯基或碳原子數2至10之烯氧基；Y21至Y23分別獨立地表示氫原子、甲基、-CF3基、氟原子或氯原子；環A及環B分別獨立地表示1,4-伸苯基(基中之1個或非鄰接之2個以上之-CH=亦可經-N=取代)、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-伸苯基或萘-2,6-二基；Z21及Z22分別獨立地表示單鍵；m表示0、1或2；其中，於分別存在複數個環A及Z21之情形時，分別可不同亦可相同；n表示0、1或2，且m+n為2；上述環A及環B中至少一個環為2,3-二氟-1,4-伸苯基；其中，於分別存在複數個環B及Z22之情形時，分別可不同亦可相同)。
  2. 如申請專利範圍第1項之含有聚合性化合物之液晶組成物，其中，通式(M)係式(XX-1)至通式(XX-10)表示之化合物， (式中，Spxx表示碳原子數1~8之伸烷基或-O-(CH2)s-(式中，s表示2至7之整數，氧原子設為鍵結於環者)，苯基中之氫原子亦可進而經-F、-CF3、-CH3、式(R-1)至式(R-2)中之任一者取代)。
  3. 如申請專利範圍第1項之含有聚合性化合物之液晶組成物，其中，通式(M)係式(M31)至式(M44)及式(M47)、式(M48)表示之化合物， (式中之伸苯基及萘基中之氫原子亦可進而經-F、-CF3、-CH3、式(R-1)至式(R-2)中任一者取代)。
  4. 如申請專利範圍第1項之含有聚合性化合物之液晶組成物，其中，通式(M)係選自式(M301)至式(M308)、式(M313)至式(M316)中之化合物， (式中之伸苯基及萘基中之氫原子亦可進而經-F、-CF3、-CH3、式(R-1)至式(R-2)中任一者取代)。
  5. 如申請專利範圍第1至4項中任一項之含有聚合性化合物之液晶組成物，其中，選自通式(Na)、通式(Nb)或通式(Nc)表示之化合物群中之化合物係以下通式(N-049)至通式(N-069)表示之化合物， (式中，R23及R31分別獨立地表示與R21相同之含義，R24及R32分別獨立地表示與R22相同之含義；Z23表示單鍵；環C表示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-伸苯基或萘-2,6-二基；再者，式中之伸苯基及萘基中之氫原子亦可進而經-F、-CF3、-CH3中之任一者取代)。
  6. 如申請專利範圍第1至4項中任一項之含有聚合性化合物之液晶組成物，其含有1種或2種以上通式(II)表示之化合物作為進一步之成分， (式中，R1及R2分別獨立地表示碳原子數1至10之烷基、碳原子數1 至10之烷氧基、碳原子數2至10之烯基或碳原子數2至10之烯氧基，存在於R1及R2中之1個-CH2-或未鄰接之2個以上之-CH2-可分別獨立地經-O-及/或-S-取代，又，存在於R1及R2中之1個或2個以上之氫原子可分別獨立地經氟原子或氯原子取代；環A及環B分別獨立地表示反式-1,4-伸環己基(基中之1個或非鄰接之2個以上之-CH2-可經-O-或-S-取代)、1,4-伸苯基(基中之1個或非鄰接之2個以上之-CH=可經-N=取代)、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、十氫萘-2,6-二基或1,2,3,4-四氫萘-2,6-二基；p表示0、1或2；Z表示-OCH2-、-CH2O-、-CF2O-、-OCF2-、-CH2CH2-、-CF2CF2-或單鍵)。
  7. 如申請專利範圍第6項之含有聚合性化合物之液晶組成物，其中，通式(II)為通式(II-A1)至通式(II-A5)、通式(II-B1)至通式(II-B5)， (式中，R3及R4分別獨立地表示碳原子數1至5之烷基或碳原子數2至5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經氟原子取代)。
  8. 如申請專利範圍第1至4項中任一項之含有聚合性化合物之液晶組成物，其含有1種或2種以上選自通式(III-A)至通式(III-J)表示之化合物群中之化合物作為進一步之成分， (式中，R5表示碳原子數1至5之烷基或碳原子數2至5之烯基，R6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)。
  9. 如申請專利範圍第1至4項中任一項之含有聚合性化合物之液晶組 成物，其中，通式(M)表示之化合物的含量為0.01質量%至2.00質量%。
  10. 如申請專利範圍第1至4項中任一項之含有聚合性化合物之液晶組成物，其中，通式(Na)、通式(Nb)或通式(Nc)表示之化合物的含量為0.5質量%至50質量%。
  11. 如申請專利範圍第6項之含有聚合性化合物之液晶組成物，其中，通式(II)表示之化合物的含量為10質量%至90質量%。
  12. 如申請專利範圍第8項之含有聚合性化合物之液晶組成物，其中，通式(III-A)至通式(III-J)表示之化合物的含量為10質量%至90質量%。
  13. 如申請專利範圍第1至4項中任一項之含有聚合性化合物之液晶組成物，其25℃之介電各向異性(△ε)為-2.0至-8.0之範圍，20℃之折射率各向異性(△n)為0.08至0.14之範圍，20℃之黏度(η)為10至30mPa‧s之範圍，20℃之旋轉黏性(γ1)為60至130mPa‧s之範圍，且向列相-各向同性液體相轉移溫度(Tni)為60℃至120℃之範圍。
  14. 一種液晶顯示元件，其使用申請專利範圍第1至13項中任一項之含有聚合性化合物之液晶組成物。
  15. 如申請專利範圍第14項之液晶顯示元件，其係主動矩陣驅動。
  16. 如申請專利範圍第14或15項之液晶顯示元件，其係PSA模式、PSVA模式、VA模式、IPS模式或ECB模式。
  17. 如申請專利範圍第14或15項之液晶顯示元件，其預傾角為80至89.9度。
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