TWI635166B - Nematic liquid crystal composition and liquid crystal display element using same - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種液晶組合物，其具有如下特徵：折射率各向異性(△n)經調整，不會使向列相之溫度範圍惡化，黏度(η)足夠低，並且介電常數各向異性(△ε)為正且可使其絕對值較大。本發明之液晶組合物具有對熱、光、水等化學穩定且可進行低電壓驅動之實用且可靠性較高之特徵，且具有優異之顯示特性，因此對移動終端、液晶TV、監視器等顯示元件有用。

Description

向列型液晶組合物及使用其之液晶顯示元件
本發明係關於一種作為光電液晶顯示材料有用且介電常數各向異性(△ε)顯示正值之向列型液晶組合物。
液晶顯示元件被用於以鐘錶、計算器為首之各種測定機器、汽車用面板、文字處理機、電子記事本、印表機、電腦、電視、鐘錶、廣告顯示板等。作為液晶顯示方式，於其代表性者中有TN(Twisted Nematic，扭轉向列)型、STN(Super Twisted Nematic，超扭轉向列)型、使用TFT(thin-film transistor，薄膜電晶體)之以垂直配向為特徵之VA(Vertical Aligned，垂直配向)型或以水平配向為特徵之IPS(In plane switching，橫向電場效應)型/FFS(Fringe Field Switching，邊界電場切換)型等。要求用於該等液晶顯示元件之液晶組合物對水分、空氣、熱、光等外部因素穩定，又，以室溫為中心於儘可能寬之溫度範圍內顯示液晶相，為低黏性，且驅動電壓較低。進而，液晶組合物包含數種至數十種化合物，以將對各個顯示元件適合且最佳之介電常數各向異性(△ε)或/及折射率各向異性(△n)等設為最佳值。
於垂直配向型顯示器中使用△ε為負之液晶組合物，於TN型、STN型或IPS型等水平配向型顯示器中使用△ε為正之液晶組合物。近年來，亦報告有藉由於未施加電壓時使△ε為正之液晶組合物垂直地配向並施加IPS型/FFS型電場而進行顯示之驅動方式，從而△ε為正之液晶組合物之必要性進一步提高。另一方面，於所有驅動方式中均要求 低電壓驅動、高速響應、較寬之動作溫度範圍。即，要求△ε為正且絕對值較大，黏度(η)較小，向列相-各向同性液體相轉移溫度(Tni)較高。又，就作為△n與單元間隙(d)之乘積之△n×d之設定之方面而言，需要將液晶組合物之△n配合單元間隙而調節為適當之範圍。此外，於將液晶顯示元件應用於電視等之情形時，由於重視高速響應性，故而要求γ1較小之液晶組合物。
揭示有使用作為△ε為正之液晶化合物的式(A-1)或(A-2)所表示之化合物作為液晶組合物之構成成分之液晶組合物(專利文獻1至專利文獻4)，但該等液晶組合物未實現足夠低之黏性。
另一方面，揭示有如下發明，即，關於為改善液晶顯示器之性能，而除具有氟原子或三氟甲氧基作為極性基以外亦具有各種基之化合物及含有其之組合物(專利文獻5至專利文獻18)。然而，同樣地該等液晶組合物未實現足夠低之黏性。
先前技術文獻 專利文獻
專利文獻1：WO96/032365號
專利文獻2：日本專利特開平09-157202號
專利文獻3：WO98/023564號
專利文獻4：日本專利特開2003-183656號
專利文獻5：日本專利特表平3-505742號
專利文獻6：日本專利特表平6-500343號
專利文獻7：日本專利特表平7-509025號
專利文獻8：日本專利特表平8-500366號
專利文獻9：日本專利特表平8-507771號
專利文獻10：日本專利特表平8-510220號
專利文獻11：日本專利特開平6-40988號
專利文獻12：日本專利特開平6-329573號
專利文獻13：日本專利特開平7-82561號
專利文獻14：日本專利特開平7-145099號
專利文獻15：日本專利特開2004-115800號
專利文獻16：日本專利特開2006-321804號
專利文獻17：日本專利特開2008-189927號
專利文獻18：日本專利特表2011-516628號
本發明所欲解決之課題在於提供一種液晶組合物，其被調整為所需之折射率各向異性(△n)，且抑制向列相-各向同性液體相轉移溫度(Tni)之降低及向列相之下限溫度之上升，藉此不會使向列相之溫度範圍惡化，黏度(η)足夠低，且介電常數各向異性(△ε)為正。
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而可解決上述課題，從而完成本發明。
本發明提供一種液晶組合物且提供一種使用該液晶組合物之液 晶顯示元件，該液晶組合物之特徵在於：其係具有正介電常數各向異性者，且上述液晶組合物含有選自通式(LC0)所表示之化合物之1種或2種以上之化合物，
(式中，R01表示碳數1~15之烷基，該烷基中之1個或2個以上之CH2可以氧原子不直接鄰接之方式被-O-、-CH=CH-、-CO-、-OCO-、-COO-、-C≡C-、-CF2O-、-OCF2-取代，該烷基中之1個或2個以上之氫原子亦可任意地被鹵素取代，A01分別獨立地表示下述任一結構，
(該結構中，X104~X108分別獨立地表示-H、-Cl、-F、-CF3或-OCF3)，A02分別表示下述任一結構， [化4]
(該結構中，X109~X113分別獨立地表示-H、-Cl、-F、-CF3或-OCF3)，X101~X103分別獨立地表示-H、-Cl、-F、-CF3或-OCF3，Y01及Y02分別獨立地表示-Cl、-F、-CF3或-OCF3，Z02表示-CH2O-、-OCH2-或-CF2O-，Z01及Z03分別獨立地表示單鍵、-CH=CH-、-C≡C-、-CH2CH2-、-(CH2)4-、-OCF2-或-CF2O-，m01及m02分別獨立地表示0~2之整數，m01+m02分別獨立地表示0、1、2或3，於A01、X101、X102、Z01及/或Z03存在複數個之情形時，該等可相同，亦可不同)；上述液晶組合物進而含有選自通式(LC1)~通式(LC5)所表示之化合物群之1種或2種以上之化合物，
(式中，R11~R41分別獨立地表示碳數1~15之烷基，該烷基中之1個或2個以上之-CH2-可以氧原子不直接鄰接之方式被-O-、-CH=CH-、-CO-、-OCO-、-COO-、-C≡C-、-CF2O-或-OCF2-取代，該烷基中之1個或2個以上之氫原子亦可任意地被鹵素取代，R51及R52分別獨立地表示碳數1~15之烷基，該烷基中之1個或2個以上之-CH2-可以氧原子不直接鄰接之方式被-O-、-CH=CH-、-CO-、-OCO-、-COO-或-C≡C-取代，於下述之A51或A53為環己烷環之情形時亦可為-OCF3、-CF3、-OCF=CF2或-OCH=CF2，A11~A42分別獨立地表示下述任一結構，
(該結構中環己烷環之1個或2個以上之-CH2-亦可以氧原子不直接鄰接之方式被-O-取代，X61及X62分別獨立地表示-H、-Cl、-F、-CF3或-OCF3)，A51~A53分別獨立地表示下述任一結構， [化7]
(式中，環己烷環中之1個或2個以上之-CH2CH2-亦可被-CH=CH-、-CH2O-或-OCH2-取代，苯環中之1個或2個以上之-CH=亦可以氮原子不直接鄰接之方式被-N=取代)，X11~X43分別獨立地表示-H、-Cl、-F、-CF3或-OCF3，Y11~Y41表示-Cl、-F、-CF3、-OCF3、-CF2CF3、-CHFCF3、-OCF2CF3、-OCHFCF3或-OCF=CF2，Z31~Z42分別獨立地表示單鍵、-CH=CH-、-C≡C-、-CH2CH2-、-(CH2)4-、-OCH2-、-CH2O-、-OCF2-或-CF2O-，所存在之Z31及Z32中之至少1個不為單鍵，Z51及Z52分別獨立地表示單鍵、-CH=CH-、-C≡C-、-CH2CH2-、-(CH2)4-、-OCH2-、-CH2O-、-COO-、-OCO-、-OCF2-或-CF2O-，m21~m51分別獨立地表示0~3之整數，m31+m32及m41+m42分別獨立地表示1、2、3或4，於A23、A31、A32、A41、A42、A52、Z31、Z32、Z41、Z42及/或Z52存在複數個之情形時，該等可相同，亦可不同；其中，所存在之A31及A32之任一者為
(該結構中環己烷環之1個或2個以上之-CH2-亦可以氧原子不直接鄰接之方式被-O-取代)，所存在之A41及A42之任一者為
(該結構中環己烷環之1個或2個以上之-CH2-亦可以氧原子不直接鄰接之方式被-O-取代))。
本發明之液晶組合物具有△ε為正且可使其絕對值較大之特徵。又，η亦較低，旋轉黏性(γ1)亦較小，液晶性優異且於較寬之溫度範圍內顯示穩定之液晶相。進而，本發明係一種對熱、光、水等化學穩定且可進行低電壓驅動之實用且可靠性較高之液晶組合物。
本發明中之液晶組合物含有選自上述通式(LC0)所表示之化合物之1種或2種以上之化合物，進而含有選自由通式(LC1)至通式(LC5)所表示之化合物所組成之化合物群中之1種或2種以上之化合物。含有通式(LC0)所表示之化合物與通式(LC1)至通式(LC5)所表示之化合物之液晶組合物於低溫下亦顯示穩定之液晶相，故而可謂實用之液晶組合物。
於該等通式(LC0)至通式(LC5)中，R01~R52分別獨立地表示碳數1~15之烷基，該烷基中之1個或2個以上之CH2基可以氧原子不直接 鄰接之方式被-O-、-CH=CH-、-CO-、-OCO-、-COO-、-C≡C-、-CF2O-、-OCF2-取代，該烷基中之1個或2個以上之氫原子亦可任意地被鹵素取代，但較佳為碳數1~8之烷基、碳數2~8之烯基或碳數1~8之烷氧基，且較佳為直鏈。尤佳為R51及R52之任一者為碳數2~8之烯基。於R01~R52為烯基之情形時，較佳為選自式(R1)至式(R5)之任一者所表示之基。
(各式中之黑點表示與環之連結點)
於A11、A21、A31、A41、A51、A53為反式-1,4-伸環己基之情形時，進而較佳為式(R1)、式(R2)、式(R4)。進而較佳為含有1種或2種以上之通式(LC5)中之R51、R52之至少一者為式(R1)至式(R5)之任一烯基之化合物。
A01表示下述任一結構，
於A01存在複數個之情形時，該等可相同，亦可不同。上述結構中之X104~X108分別獨立地表示-H、-Cl、-F、-CF3或-OCF3，較佳為- H或-F。A02表示下述任一結構。
上述結構中之X109~X113分別獨立地表示-H、-Cl、-F、-CF3或-OCF3，較佳為-H或-F，進而較佳為-F。上述結構中之Y01及Y02分別獨立地表示-Cl、-F、-CF3或-OCF3，較佳為-F或-OCF3，進而較佳為-F。
A11~A42分別獨立地較佳為為反式-1,4-伸環己基、1,4-伸苯基、3-氟-1,4-伸苯基、3,5-二氟-1,4-伸苯基或四氫吡喃-2,5-二基。於在A11~A42中包含四氫吡喃基之情形時，較佳為A11、A21、A31及A32。
A51~A53分別獨立地較佳為反式-1,4-伸環己基、1,4-伸苯基、3-氟-1,4-伸苯基或2-氟-1,4-伸苯基。
Z02表示-OCH2-或-CF2O-。Z01及Z03分別獨立地表示單鍵、-CH=CH-、-C≡C-、-CH2CH2-、-(CH2)4-、-OCF2-或-CF2O-，較佳為單鍵、-CH2CH2-、-OCF2-或-CF2O-，進而較佳為單鍵或-CH2CH2-，尤佳為單鍵。
Z31~Z42分別獨立地表示單鍵、-CH=CH-、-C≡C-、-CH2CH2-、-(CH2)4-、-OCH2-、-CH2O-、-OCF2-或-CF2O-，且所存在之Z31及Z32中之至少1個不為單鍵；較佳為單鍵、-CH2CH2-、-OCH2-、-CH2O-、-OCF2-或-CF2O-，於所存在之Z31~Z42之一個表示-CH2CH2-、-OCH2-、-CH2O-、-OCF2-或-CF2O-之情形時，其他較佳為為單鍵。
Z51及Z52分別獨立地表示單鍵、-CH=CH-、-C≡C-、-CH2CH2-、- (CH2)4-、-OCH2-、-CH2O-、-COO-、-OCO-、-OCF2-或-CF2O-，較佳為單鍵、-CH2CH2-、-OCF2-或-CF2O-，於所存在之Z51與Z52合計存在複數個之情形時，較佳為至少一個為單鍵，進而較佳為全部表示單鍵。
X103表示-H、-Cl、-F、-CF3或-OCF3，其中以-F之情況由於成為較大之介電常數各向異性(△ε)或相對於相同程度之介電常數各向異性(△ε)成為顯著低之黏度(η)，因此尤佳。
X101~X102分別獨立地表示-H、-Cl、-F、-CF3或-OCF3，較佳為-H或-F。
Y01及Y02分別獨立地表示-Cl、-F、-CF3或-OCF3，較佳為-F或-OCF3，進而較佳為-F。Y11~Y41表示-Cl、-F、-CF3、-OCF3、-CF2CF3、-CHFCF3、-OCF2CF3、-OCHFCF3或-OCF=CF2，較佳為-F或-OCF3，進而較佳為-F。
m01~m51可分別獨立地表示0~3之整數，m01+m02更佳為1或2，m21更佳為0，m31+m32更佳為1、2或3，m41+m42更佳為1或2。
具體而言，通式(LC0)所表示之液晶化合物較佳為下述通式(LC0-1)至通式(LC0-36)所表示之化合物。
[化16]
[化18]
(式中，X114~X117分別獨立地表示-H、-Cl、-F、-CF3或-OCF3，R01、X101~X113、Y101表示與技術方案1相同之含義)
具體而言，通式(LC2)所表示之化合物進而較佳為下述通式(LC2-1)至通式(LC2-14)所表示之化合物， [化19]
(式中，X23、X24、X25及X26分別獨立地表示氫原子、Cl、F、CF3或OCF3，X22、R21及Y21表示通式(LC2)中之相同含義)。進而較佳為通式(LC2-1)至通式(LC2-4)及通式(LC2-9)至通式(LC2-11)所表示之化合物群。
具體而言，通式(LC3)所表示之化合物較佳為下述通式(LC3-1)至通式(LC3-58)所表示之化合物。
[化20]
[化21]
[化22]
(式中，X33~X38分別獨立地表示H、Cl、F、CF3或OCF3，R31、X32及Y31表示與技術方案1相同之含義)
具體而言，通式(LC4)所表示之化合物較佳為下述通式(LC4-1)至通式(LC4-14)所表示之化合物。
[化23]
(式中，X44~X47分別獨立地表示H、Cl、F、CF3或OCF3，X42、X43、R41及Y41表示與技術方案1相同之含義)
通式(LC5)所表示之化合物較佳為下述通式(LC5-1)至通式(LC5-26)所表示之化合物，
[化24]
(式中，R51及R52表示通式(LC5)中之相同含義)。其中，更佳為將通式(LC5-1)至通式(LC5-8)、通式(LC5-14)、通式(LC5-16)、通式(LC5-18)至通式(LC5-26)所表示之化合物群與作為本發明之必需成分之通式(LC0)併用。進而較佳為通式(LC5-1)及通式(LC5-4)中之R51及R52之至少一者為烯基之化合物群，尤其是下述式(R1)至(R5)之任一烯基。
[化25]
通式(LC5)所表示之化合物含有1種或2種以上，含量較佳為20~70質量%，更佳為30~70質量%。
本發明之液晶組合物含有通式(LC0)所表示之化合物及選自通式(LC1)至通式(LC5)所表示之化合物群之化合物，較佳為含有通式(LC0)所表示之化合物、選自通式(LC1)至通式(LC4)所表示之化合物群之化合物及通式(LC5)所表示之化合物。
本發明之液晶組合物較佳為於20℃下之黏度η為20mPa‧s以下。
本發明之液晶組合物可含有1種或2種以上之光學活性化合物。光學活性化合物只要可使液晶分子扭轉配向，則可使用任意者。通常該扭轉因溫度而變化，因此為獲得所需之溫度依存性，亦可使用複數種光學活性化合物。為使得不對向列型液晶相之溫度範圍或黏度等產生不良影響，較佳為選擇使用扭轉效果較強之光學活性化合物。作為此種光學活性化合物，具體而言，較佳為膽固醇壬酸酯等之液晶或下述通式(Ch-1)至通式(Ch-6)所表示之化合物。
[化26]
(式中，Rc1、Rc2、R*分別獨立地表示碳數1~15之烷基，該烷基中之1個或2個以上之-CH2-可以氧原子不直接鄰接之方式被-O-、-CH=CH-、-CO-、-OCO-、-COO-、-C≡C-、-CF2O-或-OCF2-取代，該烷基中之1個或2個以上之氫原子亦可任意地被鹵素取代，其中R＊至少具有一個具有光學活性之支鏈基或鹵素取代基，Zc1、Zc2分別獨立地表示單鍵、-CH=CH-、-C≡C-、-CH2CH2-、-(CH2)4-、-COO-、-OCO-、-OCH2-、-CH2O-、-OCF2-或-CF2O-，D1、D2表示環己烷環或苯環，環己烷環中之1個或2個以上之-CH2-亦可以氧原子不直接鄰接之方式被-O-取代，又，該環中之1個或2個以上之-CH2CH2-亦可被-CH=CH-、-CF2O-或-OCF2-取代，苯環中之1個或2個以上之-CH=亦可以氮原子不直接鄰接之方式被-N=取代，該環中之1個以上之氫原子亦可被F、Cl、CH3取代，t1、t2表示0、1、2或3，MG＊、Qc1及Qc2表示下述之結構，[化27]
(式中，D3、D4表示環己烷環或苯環，環己烷環中之1個或2個以上之-CH2-亦可以氧原子不直接鄰接之方式被-O-取代，又，該環中之1個或2個以上之-CH2CH2-亦可被-CH=CH-取代、-CF2O-或-OCF2-，苯環中之1個或2個以上之-CH=亦可以氮原子不直接鄰接之方式被-N=取代，該環中之1個以上之氫原子亦可被F、Cl、CH3取代))
本發明之液晶組合物亦可含有1種或2種以上之聚合性化合物，聚合性化合物較佳為將苯衍生物、三伸苯基衍生物、參茚并苯衍生物、酞菁衍生物或環己烷衍生物作為分子之中心之母核，直鏈之烷基、直鏈之烷氧基或取代苯甲醯氧基作為其側鏈而以放射狀取代之結構之圓盤狀液晶化合物。
具體而言，聚合性化合物較佳為通式(PC)所表示之聚合性化合物。
(式中，P1表示聚合性官能基，Sp1表示碳原子數0~20之間隔基，Qp1表示單鍵、-O-、-NH-、-NHCOO-、-OCONH-、-CH=CH-、-CO-、-COO-、-OCO-、-OCOO-、-OOCO-、-CH=CH-、-CH=CH-COO-、-OCO-CH=CH-或-C≡C-，p1及p2分別獨立地表示1、2或3， MGp表示液晶原基或液晶原性支持基，Rp1表示鹵素原子、氰基或碳原子數1~25之烷基，該烷基中之1個或2個以上之CH2基亦可以O原子不直接鄰接之方式被-O-、-S-、-NH-、-N(CH3)-、-CO-、-COO-、-OCO-、-OCOO-、-SCO-、-COS-或-C≡C-取代，或者Rp1可為P2-Sp2-Qp2-，P2、Sp2、Qp2分別獨立地表示與P1、Sp1、Qp1相同之含義)
聚合性化合物更佳為通式(PC)中之MGp由以下之結構表示之聚合性化合物。
(式中，C01~C03分別獨立地表示1,4-伸苯基、1,4-伸環己基、1,4-環己烯基、四氫吡喃-2,5-二基、1,3-二烷-2,5-二基、四氫吡喃-2,5-二基、1,4-二環(2,2,2)伸辛基、十氫化萘-2,6-二基、吡啶-2,5-二基、嘧啶-2,5-二基、吡嗪-2,5-二基、1,2,3,4-四氫化萘-2,6-二基、2,6-伸萘基、菲-2,7-二基、9,10-二氫菲-2,7-二基、1,2,3,4,4a,9,10a-八氫菲2,7-二基或茀-2,7-二基，1,4-伸苯基、1,2,3,4-四氫化萘-2,6-二基、2,6-伸萘基、菲-2,7-二基、9,10-二氫菲-2,7-二基、1,2,3,4,4a,9,10a-八氫菲2,7-二基及茀-2,7-二基亦可具有1個以上之F、Cl、CF3、OCF3、氰基、碳原子數1~8之烷基、烷氧基、烷醯基、烷醯基氧基、碳原子數2~8之烯基、烯氧基、烯醯基或烯醯基氧基作為取代基，Zp1及Zp2分別獨立地表示-COO-、-OCO-、-CH2CH2-、-OCH2-、-CH2O-、-CH=CH-、-C≡C-、-CH=CHCOO-、-OCOCH=CH-、-CH2CH2COO-、-CH2CH2OCO-、-COOCH2CH2-、-OCOCH2CH2-、-CONH-、-NHCO-或單鍵，p3表示0、1或2)
此處，於Sp1及Sp2分別獨立為伸烷基之情形時，該伸烷基亦可被1個以上之鹵素原子或CN取代，該基中所存在之1個或2個以上之CH2基亦可以O原子不直接鄰接之方式被-O-、-S-、-NH-、-N(CH3)-、-CO-、-COO-、-OCO-、-OCOO-、-SCO-、-COS-或-C≡C-取代。又，P1及P2分別獨立地較佳為下述通式之任一者。
(式中，Rp2至Rp6分別獨立地表示氫原子、鹵素原子或碳原子數1~5之烷基)
更具體而言，聚合性化合物較佳為通式(PC)為通式(PC0-1)至通式(PC0-6)所表示之聚合性化合物，
(式中，p4分別獨立地表示1、2或3)。進而具體而言，較佳為由通式(PC1-1)至通式(PC1-9)所表示之聚合性化合物，
(式中，p5表示0、1、2、3或4)。其中，Sp1、Sp2、Qp1及Qp2較佳為單鍵，P1及P2較佳為式(PC0-a)，更佳為丙烯醯氧基及甲基丙烯醯氧基，p1+p4較佳為2、3或4，Rp1較佳為H、F、CF3、OCF3、CH3或OCH3。進而，較佳為由通式(PC1-2)、通式(PC1-3)、通式(PC1-4)及通式(PC1-8)所表示之化合物。
又，亦較佳為通式(PC)中之MGp由通式(PC1)-9表示之圓盤狀液晶化合物。
[化33]
(式中，R7分別獨立地表示P1-Sp1-Qp1或通式(PC1-e)之取代基，R81及R82分別獨立地表示氫原子、鹵素原子或甲基，R83表示碳原子數1~20之烷氧基，該烷氧基中之至少1個氫原子被上述通式(PC0-a)至(PC0-d)所表示之取代基取代)
聚合性化合物之使用量較佳為0.05~2.0質量%。
本發明之液晶組合物亦可進而含有1種或2種以上之抗氧化劑，亦可進而含有1種或2種以上之UV(ultraviolet，紫外線)吸收劑。作為抗氧化劑，較佳為選自下述通式(E-1)及/或通式(E-2)所表示者中。
(式中，Re1表示碳數1~15之烷基，該烷基中之1個或2個以上之-CH2-可以氧原子不直接鄰接之方式被-O-、-CH=CH-、-CO-、-OCO-、-COO-、-C≡C-、-CF2O-或-OCF2-取代，該烷基中之1個或2個以上之氫原子亦可任意地被鹵素取代，Ze1、Ze2分別獨立地表示單鍵、-CH=CH-、-C≡C-、-CH2CH2-、- (CH2)4-、-COO-、-OCO-、-OCH2-、-CH2O-、-OCF2-或-CF2O-，E1表示環己烷環或苯環，環己烷環中之1個或2個以上之-CH2-亦可以氧原子不直接鄰接之方式被-O-取代，又，該環中之1個或2個以上之-CH2CH2-亦可被-CH=CH-、-CF2O-或-OCF2-取代，苯環中之1個或2個以上之-CH=亦可以氮原子不直接鄰接之方式被-N=取代，該環中之1個以上之氫原子亦可被F、Cl、CH3取代，q1表示0、1、2或3)
本發明之液晶組合物作為液晶顯示元件、尤其是主動矩陣驅動用液晶顯示元件，例如可使用於TN模式、OCB(Optically Compensated Bend，光學補償彎曲)模式、ECB(Electrically Controlled Birefringence，電控雙折射)模式、IPS(包含FFS電極)模式或VA-IPS(Vertical Aligned-In plane switching，垂直配向-橫向電場效應)模式(包含FFS電極)。此處，所謂VA-IPS模式，係指於未施加電壓時使介電常數各向異性為正之液晶材料(△ε>0)相對於基板面垂直地配向，並藉由配置於同一基板面上之像素電極與共用電極而驅動液晶分子之方法，由於液晶分子於由像素電極與共用電極所產生之彎曲電場之方向上排列，故而具有可容易地進行像素分割或形成多疇(multi domain)且響應亦優異之優點。根據非專利文獻Proc.13th IDW,97(1997)、Proc.13th IDW,175(1997)、SID Sym.Digest,319(1998)、SID Sym.Digest,838(1998)、SID Sym.Digest,1085(1998)、SID Sym.Digest,334(2000)、Eurodisplay Proc.,142(2009)，被稱為EOC、VA-IPS等各種名稱，但於本發明中以下簡稱為「VA-IPS」。
通常TN、ECB方式中之弗雷德里克茲轉變(Fredericks transition)之閾值電壓(Vc)係由式(I)所表示， [數1]
於STN方式中係由式(II)所表示，
VA方式係由式(III)所表示。
(式中，Vc表示弗雷德里克茲轉變(V)，Π表示圓周率，dcell表示第一基板與第二基板之間隔(μm)，dgap表示像素電極與共用電極之間隔(μm)，dITO表示像素電極及/或共用電極之寬度(μm)，<r1>、<r2>、及<r3>表示外插長度(μm)，K11表示展曲之彈性常數(N)，K22表示扭轉之彈性常數(N)，K33表示彎曲之彈性常數(N)，△ε表示介電常數之各向異性)
另一方面，本發明者等發現於VA-IPS方式中應用有式(IV)，
(式中，Vc表示弗雷德里克茲轉變(V)，Π表示圓周率，dcell表示 第一基板與第二基板之間隔(μm)，dgap表示像素電極與共用電極之間隔(μm)，dITO表示像素電極及/或共用電極之寬度(μm)，<r1>、<r'>、及<r3>表示外插長度(μm)，K33表示彎曲之彈性常數(N)，△ε表示介電常數之各向異性)。根據式(IV)，單元構成藉由儘可能減小dgap且儘可能增大dITO而實現低驅動電壓化，藉由選擇所使用之液晶組合物之△ε之絕對值較大且K33較小者而實現低驅動電壓化。
本發明之液晶組合物可調整為較佳之△ε、K11、K33。
液晶組合物之折射率各向異性(△n)與顯示裝置之第一基板與第二基板之間隔(d)之乘積(△n‧d)與視角特性或響應速度密切相關。因此，間隔(d)有變薄為3~4μm之傾向。乘積(△n‧d)於TN模式、ECB模式、IPS模式之情形時較佳為0.31~0.33。於VA-IPS模式中，於相對於兩基板為垂直配向之情形時較佳為0.20~0.59，尤佳為0.30~0.40。於需要無施加時之液晶配向與基板面大致水平之TN模式、ECB模式之情形時之傾斜角較佳為0.5~7°，於需要無施加時之液晶配向與基板面大致垂直之VA-IP模式之情形時之傾斜角較佳為85~90°。為如上述般使液晶組合物配向，可設置包含聚醯亞胺(PI)、聚醯胺、查爾酮、肉桂酸酯或肉桂醯等之配向膜。又，配向膜較佳為使用利用光配向技術製作而成者。含有通式(LC0)中之X103為F之化合物之本發明之液晶組合物容易排列於配向膜之易軸而易控制所需之傾斜角。
進而，含有通式(PC)所表示之化合物作為聚合性化合物之本發明之液晶組合物可提供於施加電壓下或者未施加電壓下使該液晶組合物中所含有之聚合性化合物聚合而製作之高分子穩定化之TN模式、OCB模式、ECB模式、IPS模式或VA-IPS模式用液晶顯示元件。
實施例
以下，舉例對本發明更詳細地敍述，但本發明並不限定於該等。又，以下之實施例及比較例之組合物中之「%」意指『質量%』。
作為液晶組合物之物性，如下所示。
TN-I：向列相-各向同性液體相轉移溫度(℃)
ε⊥：25℃下之相對於分子長軸方向垂直之方向之介電常數
△ε：25℃下之介電常數各向異性
n0：25℃下之對常光之折射率
△n：25℃下之折射率各向異性
Vth：25℃下施加頻率1KHz之矩形波時之透過率變化10%之單元厚度6μm之單元上之施加電壓(V)
η20：20℃下之體積黏性(mPa‧s)
γ1：旋轉黏性(mPa‧s)
化合物記載使用下述之縮寫。
[化35]
(實施例1及比較例1)
以下，表示製備之本發明之液晶組合物(實施例1)與用於比較而製備之液晶組合物(比較例1)之化合物之含有比率與物性值。
比較例1之液晶組合物不含通式(LC0)所表示之化合物，且替換為通式(LC0)所表示之化合物以外之化合物。雖使介電常數各向異性(△ε)成為大致相同，進而使TN-I及△n成為大致相同，但可知實施例1之液晶組合物為更低黏度，且本發明之組合非常優異。
(實施例2~實施例4)
以下，表示以成為與實施例1大致相同之△ε之方式製備之液晶組合物(實施例2~4)與其物性值。
與實施例1之液晶組合物同樣地為黏度較低者。
(實施例5及比較例2)
以下，表示製備之本發明之液晶組合物(實施例5)與用於比較而製備之液晶組合物(比較例2)之化合物之含有比率與物性值。
比較例2之液晶組合物不含通式(LC0)所表示之化合物，且替換為通式(LC0)所表示之化合物以外之化合物。雖使介電常數各向異性(△ε)成為大致相同，進而使TN-I及△n成為大致相同，但可知實施例5之液晶組合物為更低黏度，且本發明之組合非常優異。
(實施例6~實施例8)
以下，表示以成為與實施例5大致相同之△ε之方式製備之液晶組合物(實施例6~8)與其物性值。
與實施例5之液晶組合物同樣地為黏度較低者。
(實施例9及比較例3)
以下，表示製備之本發明之液晶組合物(實施例9)與用於比較而製備之液晶組合物(比較例3)之化合物之含有比率與物性值。
比較例3之液晶組合物不含通式(LC0)所表示之化合物，且替換為通式(LC0)所表示之化合物以外之化合物。雖使介電常數各向異性(△ε)成為大致相同，進而使TN-I及△n成為大致相同，但可知實施例9之液晶組合物為更低黏度，且本發明之組合非常優異。
(實施例10~實施例12)
以下，表示以成為與實施例9大致相同之△ε之方式製備之液晶組合物(實施例10~12)與其物性值。
與實施例9之液晶組合物同樣地為黏度較低者。
(實施例13及比較例4)
以下，表示製備之本發明之液晶組合物(實施例13)與用於比較而製備之液晶組合物(比較例4)之化合物之含有比率與物性值。
比較例4之液晶組合物不含通式(LC0)所表示之化合物，且替換為通式(LC0)所表示之化合物以外之化合物。雖使介電常數各向異性(△ε)成為大致相同，進而使TN-I及△n成為大致相同，但可知實施例13之液晶組合物為更低黏度，且本發明之組合非常優異。
(實施例14~實施例16)
以下，表示以成為與實施例13大致相同之△ε之方式製備之液晶組合物(實施例14~16)與其物性值。
與實施例13之液晶組合物同樣地為黏度較低者。
(實施例17)
使用在同一基板設置有一對梳形電極結構之透明電極的第一基板、與未設置電極結構之第二基板，於各個基板上形成垂直配向性之配向膜，將第一基板與第二基板製作間隙間隔4.0微米之IPS用空單元。向該空單元注入實施例1所示之液晶組合物而製作液晶顯示元件。測定該顯示元件之光電特性，結果透過率變化10%之施加電壓為2.88v。又，施加7v時之響應速度為6.9毫秒，使電壓斷開時之響應速度為14.4毫秒。
藉由對實施例1所示之液晶組合物99%添加1%式(PC-1)-3-1所表示之聚合性化合物並均勻地溶解而製備聚合性液晶組合物CLC-A。
CLC-A之物性與實施例1所示之液晶組合物之物性幾乎無差異。
於將CLC-A夾於上述之IPS用空單元中後，一面以頻率1KHz施加1.8V之矩形波，一面經由截斷300nm以下之紫外線之濾波器藉由高壓水銀燈對液晶單元照射紫外線。以單元表面之照射強度成為20mW/cm2之方式進行調整並照射600秒，使聚合性液晶組合物中之聚合性化合物聚合而獲得垂直配向性液晶顯示元件。測定該顯示元件之光電特性，結果透過率變化10%之施加電壓為2.98v。又，施加7v時之響應速度為4.8毫秒。又，使電壓斷開時之響應速度為5.0毫秒，與僅利用實施例1所示之液晶組合物而製作之液晶顯示元件相比，速度非常快。

Claims (18)

  1. 一種液晶組合物，其係具有正介電常數各向異性之液晶組合物，且上述液晶組合物含有選自通式(LC0-7)至通式(LC0-12)所表示之化合物之1種或2種以上之化合物， (式中，R01表示碳數1~15之烷基，該烷基中之1個或2個以上之CH2可以氧原子不直接鄰接之方式被-O-、-CH=CH-、-CO-、-OCO-、-COO-、-C≡C-、-CF2O-、-OCF2-取代，該烷基中之1個或2個以上之氫原子亦可任意地被鹵素取代，X101~X102、X104~X105、X109~X110、X114~X115分別獨立地表示-H、-Cl、-F、-CF3 或-OCF3，Y01表示-Cl、-F、-CF3或-OCF3)；上述液晶組合物進而含有選自通式(LC1)~通式(LC5)所表示之化合物群之1種或2種以上之化合物， (式中，R11~R41分別獨立地表示碳數1~15之烷基，該烷基中之1個或2個以上之-CH2-可以氧原子不直接鄰接之方式被-O-、-CH=CH-、-CO-、-OCO-、-COO-、-C≡C-、-CF2O-或-OCF2-取代，該烷基中之1個或2個以上之氫原子亦可任意地被鹵素取代，R51及R52分別獨立地表示碳數1~15之烷基，該烷基中之1個或2個以上之-CH2-可以氧原子不直接鄰接之方式被-O-、-CH=CH-、-CO-、-OCO-、-COO-或-C≡C-取代，於下述之A51或A53為環己烷環之情形時亦可為-OCF3、-CF3、-OCF=CF2或-OCH=CF2，A11~A42分別獨立地表示下述任一結構， (該結構中環己烷環之1個或2個以上之-CH2-亦可以氧原子不直接鄰接之方式被-O-取代，X61及X62分別獨立地表示-H、-Cl、-F、-CF3或-OCF3)，A51~A53分別獨立地表示下述任一結構， (式中，環己烷環中之1個或2個以上之-CH2CH2-亦可被-CH=CH-、-CH2O-或-OCH2-取代，苯環中之1個或2個以上之-CH=亦可以氮原子不直接鄰接之方式被-N=取代)，X11~X43分別獨立地表示-H、-Cl、-F、-CF3或-OCF3，Y11~Y41表示-Cl、-F、-CF3、-OCF3、-CF2CF3、-CHFCF3、-OCF2CF3、-OCHFCF3或-OCF=CF2，Z31~Z42分別獨立地表示單鍵、-CH=CH-、-C≡C-、-CH2CH2-、-(CH2)4-、-OCH2-、-CH2O-、-OCF2-或-CF2O-，所存在之Z31及Z32中之至少1個不為單鍵，Z51及Z52分別獨立地表示單鍵、-CH=CH-、-C≡C-、-CH2CH2-、-(CH2)4-、-OCH2-、-CH2O- 、-COO-、-OCO-、-OCF2-或-CF2O-，m21~m51分別獨立地表示0~3之整數，m31+m32及m41+m42分別獨立地表示1、2、3或4，於A23、A31、A32、A41、A42、A52、Z31、Z32、Z41、Z42及/或Z52存在複數個之情形時，該等可相同，亦可不同；其中，所存在之A31及A32之任一者為 (該結構中環己烷環之1個或2個以上之-CH2-亦可以氧原子不直接鄰接之方式被-O-取代)，所存在之A41及A42之任一者為 (該結構中環己烷環之1個或2個以上之-CH2-亦可以氧原子不直接鄰接之方式被-O-取代))。
  2. 如請求項1之液晶組合物，其進而含有選自由通式(LC0-1)至通式(LC0-6)、及通式(LC0-13)至通式(LC0-36)所表示之化合物群之1種以上之化合物， (式中，X101~X117分別獨立地表示-H、-Cl、-F、-CF3或-OCF3，Y02表示-Cl、-F、-CF3或-OCF3，R01、Y01表示與請求項1相同之含義)。
  3. 如請求項1或2之液晶組合物，其含有選自由通式(LC2-1)至通式(LC2-14)所表示之化合物所組成之群中之1種或2種以上之化合物作為通式(LC2)所表示之化合物， (式中，X23、X24、X25及X26分別獨立地表示氫原子、Cl、F、CF3或OCF3，X22、R21及Y21表示與請求項1相同之含義)。
  4. 如請求項1或2之液晶組合物，其含有選自由通式(LC3-1)至通式(LC3-58)所表示之化合物所組成之群中之1種或2種以上之化合物作為通式(LC3)所表示之化合物， (式中，X33~X38分別獨立地表示H、Cl、F、CF3或OCF3，R31、X32及Y31表示與請求項1相同之含義)。
  5. 如請求項1或2之液晶組合物，其含有選自由通式(LC4-1)至通式(LC4-14)所表示之化合物所組成之群中之1種或2種以上之化合物作為通式(LC4)所表示之化合物， (式中，X44~X47分別獨立地表示H、Cl、F、CF3或OCF3，X42、X43、R41及Y41表示與請求項1相同之含義)。
  6. 如請求項1或2之液晶組合物，其含有選自由通式(LC5-1)至通式(LC5-26)所表示之化合物所組成之群中之1種或2種以上之化合物作為通式(LC5)所表示之化合物， (式中，R51及R52表示與請求項1相同之含義)。
  7. 如請求項1之液晶組合物，其含有1種或2種以上之通式(LC0-7)至(LC0-12)所表示之化合物，進而含有選自通式(LC1)至通式(LC4)所表示之化合物群之1種或2種以上之化合物，進而含有1種或2種以上之通式(LC5)所表示之化合物。
  8. 如請求項7之液晶組合物，其含有1種或2種以上之通式(LC5)中之R51及R52之任一者為碳數2~5之烯基之化合物。
  9. 如請求項1或7之液晶組合物，其含有1種或2種以上之通式(LC1)至通式(LC5)中所存在之A11、A21~A23、A31~A32、A41~A42、A51~A53中之至少1個為四氫吡喃-2,5-二基之化合物。
  10. 如請求項1或7之液晶組合物，其含有30~70質量%之通式(LC5)所表示之化合物，且於20℃下之黏度η為20mPa‧s以下。
  11. 如請求項1或7之液晶組合物，其含有1種或2種以上之光學活性化合物。
  12. 如請求項1或7之液晶組合物，其含有1種或2種以上之聚合性化合物。
  13. 如請求項1或7之液晶組合物，其含有1種或2種以上之抗氧化劑。
  14. 如請求項1或7之液晶組合物，其含有1種或2種以上之UV吸收劑。
  15. 一種液晶顯示元件，其使用有如請求項1至14中任一項之液晶組合物。
  16. 一種主動矩陣驅動用液晶顯示元件，其使用有如請求項1至14中任一項之液晶組合物。
  17. 一種TN模式、OCB模式、ECB模式、IPS模式或VA-IPS模式用液晶顯示元件，其使用有如請求項1至14中任一項之液晶組合物。
  18. 一種TN模式、OCB模式、ECB模式、IPS模式或VA-IPS模式用液晶顯示元件，其為高分子穩定化，且係使用如請求項1至14中任一項之液晶組合物，於施加電壓下或者未施加電壓下使該液晶組合物中所含有之聚合性化合物聚合而製作。
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