[发明专利]液晶组合物及液晶显示元件

说明书

技术领域

本发明涉及一种液晶组合物、含有该组合物的液晶显示元件等。特别涉及一种介电各向异性为负的液晶组合物、及含有该组合物且具有面内切换(in-plane switching，IPS)、垂直取向(vertical alignment，VA)、边缘场切换(Fringe Field switching，FFS)、电场感应光反应取向(field-induced photo-reactive alignment，FPA)等模式的液晶显示元件。本发明还涉及一种聚合物稳定取向型的液晶显示元件。

背景技术

液晶显示元件中，基于液晶分子的运作模式的分类为相变(phase change，PC)、扭转向列(twisted nematic，TN)、超扭转向列(super twisted nematic，STN)、电控双折射(electrically controlled birefringence，ECB)、光学补偿弯曲(optically compensated bend，OCB)、面内切换(in-plane switching，IPS)、垂直取向(vertical alignment，VA)、边缘场切换(fringe field switching，FFS)、电场感应光反应取向(field-induced photo-reactive alignment，FPA)等模式。基于元件的驱动方式的分类为无源矩阵(passive matrix，PM)与有源矩阵(active matrix，AM)。PM被分类为静态式(static)、多工式(multiplex)等，AM被分类为薄膜晶体管(thin film transistor，TFT)、金属-绝缘体-金属(metal insulator metal，MIM)等。TFT的分类为非晶硅(amorphous silicon)及多晶硅(polycrystal silicon)。后者根据制造步骤而分类为高温型及低温型。基于光源的分类为利用自然光的反射型、利用背光的透过型、及利用自然光与背光这两者的半透过型。

液晶显示元件含有具有向列相的液晶组合物。该组合物具有适当的特性。通过提高该组合物的特性，可获得具有良好特性的AM元件。将两者的特性中的关联归纳于下述表1中。基于市售的AM元件来对组合物的特性进一步进行说明。向列相的温度范围与元件可使用的温度范围相关联。向列相的优选的上限温度为约70℃以上，而且向列相的优选的下限温度为约-10℃以下。组合物的粘度与元件的响应时间相关联。为了以元件显示动态图像，优选为响应时间短。理想为短于1毫秒的响应时间。因此，优选为组合物的粘度小。更优选为低的温度下的粘度小。

表1.组合物与AM元件的特性

组合物的光学各向异性与元件的对比度比相关联。根据元件的模式，而需要光学各向异性大或光学各向异性小，即光学各向异性适当。组合物的光学各向异性(Δn)与元件的单元间隙(d)的积(Δn×d)被设计成使对比度比成为最大。积的适当值依存于运作模式的种类。在VA模式的元件中，该值为约0.30μm至约0.40μm的范围，在IPS模式或FFS模式的元件中，该值为约0.20μm至约0.30μm的范围。这些情况下，对单元间隙小的元件而言优选为具有大的光学各向异性的组合物。组合物的介电各向异性大有助于使元件的阈电压低、消耗电力小及对比度比大。因此，优选为介电各向异性大。组合物的比电阻大有助于使元件的电压保持率大及对比度比大。因此，优选为在初始阶段中不仅在室温下，并且在高的温度下也具有大的比电阻的组合物。优选为在长时间使用后，不仅在室温下，并且在高的温度下也具有大的比电阻的组合物。组合物对紫外线及热的稳定性与元件的寿命相关联。该稳定性高时，元件的寿命长。此种特性对于液晶投影仪、液晶电视等中使用的AM元件而言优选。

在聚合物稳定取向(polymer sustained alignment，PSA)型的液晶显示元件中使用含有聚合物的液晶组合物。首先，将添加有少量聚合性化合物的组合物注入至元件中。继而，一边对该元件的基板之间施加电压，一边对组合物照射紫外线。聚合性化合物进行聚合而在组合物中生成聚合物的网眼结构。该组合物中，可利用聚合物来控制液晶分子的取向，因此元件的响应时间缩短，图像的残像得到改善。在具有TN、ECB、OCB、IPS、VA、FFS、FPA之类的模式的元件中可期待聚合物的此种效果。