CN101475811B - 液晶介质 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及基于极性化合物混合物的液晶介质、其电-光目的的用途以及包含该介质的显示器。所述液晶介质包括14到20％两种或三种式I的化合物，任选地0到5％一种式II的化合物，15到19％一种或两种式III的化合物，20到23％两种式IV的化合物，任选地0到7％一种式V的化合物，11到18％一种或两种式VI的化合物，5到7％一种式VII的化合物，任选地0到5％一种式VIII的化合物和15到20％的两种或三种式IX的化合物。

Description

液晶介质
技术领域
本发明涉及液晶介质和包含这些介质的液晶显示器，特别涉及有源矩阵寻址的显示器，并且特别地，涉及光学补偿弯曲(OCB)模式的显示器。
背景技术
对液晶显示器(LCD)、特别是矩阵类型的液晶显示器存在巨大的需求，其在宽的工作温度范围内同时具有非常高的电阻率，甚至在低温和低阈值电压下也具有短的响应时间。特别地，需要用于扭转向列(TN)显示单元(cell)的LC介质，其在单元中促成了以下优点：
-扩展了向列相的范围(特别地延伸到低温)
-在极端低温下(室外用途、汽车，航空电子)切换的能力
-增强了耐紫外辐射性(更长的产品寿命)。
对于电视和显示器应用而言，需要具有快速响应时间和低的阈值电压，并具有良好的低温稳定性(LTS)的LC介质。并且，根据可切换LC层的厚度，可能需要适度的或相当高的双折射。
特别是OCB模式用于电视中应用的LCD，并且OCB模式预计应用于汽车和其他移动应用所使用的显示器。根据本发明的液晶优选用在这些类型的显示器中。
对于这些显示器而言，需要具有改进性能的新型液晶介质。特别地，对于许多类型的应用而言必须改进响应时间。因而，需要具有更低粘度(η)，特别是具有更低旋转粘度(γ1)的液晶介质。旋转粘度应该是160mPa.s或更低，优选155mPa.s或更低，并且特别是145mPa.s或更低，介质具有的澄清点为100℃或更高，优选为110℃或更高。除此参数以外，介质必须显示出适当宽范围的向列相，适当的双折射(Δn)以及它们的介电各向异性(Δε)应当是足够高的，以便允许合理低的操作电压。优选地Δε应当高于8，并且非常优选高于8.5；然而，优选地，其不高于10，并且更特别地不高于9，因为这至少对于合理高的电阻率是不利的。
根据本发明的显示器优选由有源矩阵(有源矩阵LCD：AMD)，优选地由薄膜晶体管(TFT)的矩阵来寻址。然而，本发明的液晶也能够有利地应用在采用已知的其他寻址手段的显示器中。
用于LCD和特别地用于OCB显示器的液晶组合物从如JP2001-72977(A)和JP2003-327964(A)中获知。然而这些组合物就它们的物理性能而言有重大缺点。在其他不足之中，它们中的大多数导致不利的LCD性能，例如，长的响应时间，具有太低的电阻率和/或窄的操作温度范围。
因而，具有对于实际应用而言合适性能的液晶介质存在显著的需求，上述合适的性能为，例如，宽的向列相范围，适当高的向列-各向同性相转变温度(澄清点)，高的光学各向异性Δn，根据所用的显示方式，相对高的Δε和特别低的粘度。
本发明的目标是特别地为如TFT型的有源矩阵显示器、并且特别地为OCB显示器提供LC介质，其没有上述提及的缺点，或只有减轻程度的的上述缺点，并且优选同时有非常高的电阻率，低的阈值电压，低的旋转粘度，具有高澄清点的宽向列相范围，改进的LTS和快速切换时间。另一目标是将可利用的LC介质池扩展到专家级。其他目标从以下描述来看是显然的。
发明内容
已经令人惊奇地发现能够实现具有适当高的Δε，合适的相范围以及Δn的液晶介质，其不显示出现有技术的材料的缺点，或至少让上述缺点降到显著低的程度，并且非常适合用于OCB显示器。
因而本发明所涉及的LC介质包括：
-14到20％的两种或三种的式I的化合物，
-任选0到5％的一种的式II的化合物，
-15到19％的一种或两种的式III的化合物，
-20到23％的两种的式IV的化合物，
-任选0到7％的一种的式V的化合物，
-11到18％一种或两种的式VI的化合物，
-5到7％一种的式VII的化合物，
-任选0到5％一种的式VIII的化合物以及
-15到20％的两种或三种的式IX的化合物，
其中
R1和R2彼此独立地是具有1到5个C原子的直链烷基，优选为甲基，乙基，正丙基，正丁基或者正戊基，
R3是含2到4个C原子的直链烯基，优选为乙烯基或1E-丙烯基，
R4是含1或2个C原子的烷氧基，优选为甲氧基，
R5是具有2到4个C原子的直链烯基，优选为乙烯基或3-丁烯基。特别优选的LC介质包括一种或多种选自下式的化合物，
Figure G2008101785028D00041
Figure G2008101785028D00051
在本发明第一优选的实施方案中，LC介质包括：
-15到16％的式I、优选式Ia和Ib的两种化合物，
-2到4％的式II的、优选式IIa的一种化合物，
-17到19％的式III的、优选式IIIa和IIIb的两种化合物，
-21到23％式IV的、优选式IVa和IVb的两种化合物，
-15到17％式VI的、优选式VIa和VIb的两种化合物，
-5到7％式VII的、优选式VIIa的一种化合物，以及
-18到20％式IX的、优选式IXa、IXb和IXc的三种化合物。
在本发明第二优选的实施方案中，LC介质包括：
-18到20％式I的、优选式Ia和Ib的三种化合物，
-15到17％式III的、优选式IIIb的一种化合物，
-20到22％式IV的、优选式IVa和IVb的两种化合物，
-4到6％式V的、优选式Va的一种化合物，
-16到18％式VI的、优选式VIa和VIb的两种化合物，
-5到7％式VII的、优选式VIIa的一种化合物，和
-15到17％式IX的、优选式IXb和IXc的两种化合物。
根据本发明的LC介质是有利的，因为其具有高澄清点下宽的向列相、低粘度、适度高的双折射和低的阈值电压。
在纯净状态的式I-IX的化合物是无色的，并且彼此结合，在一定温度范围内形成液晶介晶相，该温度范围有利地用于电光设备。它们是化学、热和光稳定的。
式I-IX的化合物由本身已知的方法制备，如在文献(例如，在标准著作中，例如Houben-Weyl，“Methoden der organischen Chemie”，[有机化学方法]，Georg-Thieme-Verlag，Stuttgart)中所描述的，确切地说，在已知和合适的所述反应的反应条件下。这里也能够使用本身已知的变化方案，但在此处没有更详细地提及。
本发明也涉及包括这一类型的LC介质的电-光显示器，并且涉及这些LC介质用于电-光目的的用途。非常优选的是TFT显示器，具有二个面平行的外板，其与框架(frame)一起，形成液晶盒(cell)，用于切换外板上的各像素的集成的非线性元件，和位于液晶盒之中的根据本发明的向列型LC介质，其具有正介电各向异性和高的电阻率。
根据本发明的LC混合物能显著地拓宽可利用的参数范围。特别是，已经发现它们具有快的切换时间，低的阈值电压，好的LTS，高电阻率，高紫外稳定性和高电容量保持比率(HR)[如以下定义：S.Matsumoto等人，Liquid Crystals5，1320(1989)，K.Niwa等人Proc.SID Conference，San Francisco，1984年6月，p.304(1984)；G.Weber等人，Liquid Crystals 5，1381(1989)]。并且，可获得的澄清点、旋转粘度γ1、适度高的Δn和相对高的介电各向异性的组合优于现有技术已知的材料。
根据本发明的LC显示器的构造包括偏振镜、电极基板和表面处理电极，该构造对应于这类显示器的常规构造。术语“常规构造”在这里覆盖了LC显示器的所有派生和改进，尤其，包括基于poly-Si TFT或MIM(金属-绝缘体-金属)的矩阵显示元件。然而，在根据本发明的显示器和基于TN液晶盒的常规显示器之间的显著区别在于LC层参数的选择。
根据本发明能够使用的LC混合物按照本身常规的方法来制备。一般来说，将所需量的按照较少量使用的组分溶解于配制主要成分的组分中，其有利地在升温下进行。
LC介质也可以包括其他添加剂，这些添加剂为本领域中的技术人员所知并描述在文献中。例如，能够任选地添加0到15％的多色染料、稳定剂和/或手性掺杂物。合适的掺杂物和稳定剂如下所示。
在本申请和在如下的实施例中，LC介质组分的结构由以下缩写词表示：
Figure G2008101785028D00081
以下表显示了能够添加到根据本发明LC介质中的可能的手性掺杂物，其优选按照0.1到10wt.-％的比例，非常优选0.1到6wt.-％：
Figure G2008101785028D00091
下表显示了能够添加到根据本发明的LC介质中的可能的稳定剂：
Figure G2008101785028D00111
Figure G2008101785028D00121
Figure G2008101785028D00131
在上下文中，百分比是重量百分比。所有温度按照摄氏度给出，m.p.表示熔点，cl.p.＝澄清点。此外，C＝结晶态，N＝向列相，S＝近晶相和I＝各向同性相。在这些标记之间的数据代表转变温度。Δn表示光学各向异性，并且ne是非常折射率(589nm，20℃)。旋转粘度γ1[mPa.s]在20℃测定。V10表示10％相对传输率的电压(视角垂直于基板表面)，而V90表示90％相对传输率的电压。Δε表示介电各向异性(Δε＝ε||-ε⊥，其中ε||表示平行于纵向分子轴的介电常数，并且ε⊥表示对其垂直的介电常数)。在TN液晶盒中，在20℃下，按照第1个最小值(即在0.5μm的d·Δn的值)测量电光数据，除非另有明确说明。光学数据在20℃下测量，除非另有明确说明。
以下实施例应当解释本发明而不对其限制。
实施例1
Figure G2008101785028D00141
此混合物很好地适用于OCB模式下工作的显示器。
实施例2
液晶混合物用以下组分实现并且在下表里给出了性能。
此混合物很好地适用于在OCB方式下工作的显示器。

Claims (6)

1.液晶介质，包括：
-14到20％两种或三种式I的化合物，
-任选地0到5％一种式II的化合物，
-15到19％一种或两种式III的化合物，
-20到23％两种式IV的化合物，
-任选地0到7％一种式V的化合物，
-11到18％一种或两种式VI的化合物，
-5到7％一种式VII的化合物，
-任选地0到5％一种式VIII的化合物和
-15到20％的两种或三种式IX的化合物，
Figure FSB00001117063200011
Figure FSB00001117063200021
其中
R1和R2彼此独立是1到5个C原子的直链烷基，
R3是2到4个C原子的直链烯基，
R4是1或2个C原子的烷氧基，和
R5是2到4个C原子的直链烯基。
2.根据权利要求1的液晶介质，其特征在于：其包括一种或多种选自下式的化合物
Figure FSB00001117063200031
Figure FSB00001117063200041
3.根据权利要求1或2的液晶介质，其特征在于，包括：
-15到16％两种式I的化合物
-2到4％一种式II的化合物，
-17到19％两种式III的化合物，
-21到23％两种式IV的化合物，
-15到17％两种式VI的化合物，
-5到7％一种式VII的化合物和
-18到20％三种式IX的化合物。
4.根据权利要求1或2的液晶介质，其特征在于，包括：
-18到20％三种式I的化合物，
-15到17％一种式III的化合物，
-20到22％两种式IV的化合物，
-4到6％一种式V的化合物，
-16到18％两种式VI的化合物，
-5到7％一种式VII的化合物和
-15到17％两种式IX的化合物。
5.根据权利要求1到4任一项的液晶介质用于电-光目的的用途。
6.电-光液晶显示器，其包含根据权利要求1到4任一项的液晶介质。
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