CN101519594A - 液晶混合物和含所述液晶混合物的液晶显示器件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种液晶混合物和含该液晶混合物的液晶显示器件。该液晶混合物包括至少两种通式I－IV的化合物：其中，R1和R2分别是具有1到8个碳原子的烷基或烷氧基、具有2到8个碳原子的烯基、由卤素取代的具有1到8个碳原子的烷基或烷氧基、由卤素取代的具有2到8个碳原子的烯基；L1到L4分别是H、F或－CF3；A1、B1分别是反－1，4－环己基环或1，4－亚苯基环，其中1，4－亚苯基环可由F或－CF3取代；n是0或1。本发明的液晶混合物具有大的负介电各向异性(Δε)、宽广的向列相范围、高电阻率且兼备低粘度。因此使用这些液晶混合物的显示器件具有低阈值电压，低耗电，高可靠性，响应性能优良。

Description

液晶混合物和含所述液晶混合物的液晶显示器件
技术领域
本发明涉及液晶混合物，更具体地说，涉及一种液晶混合物和含所述液晶混合物的液晶显示器件。
背景技术
由于其显示信息巨大，主动矩阵液晶显示器(AML-LCD)被广泛应用在各个领域。AM-LCD在每个像素上具有集成化非线性电器开关，每次供给电压数十毫秒驱动。作为非线性开关器件，可以采用薄膜晶体管(TFT)也可以采用二极管，例如金属绝缘体金属(MIM)。特别是在采用TFT时，可从每一个像素的开关器件写入信号，就把像素从电路隔离，可以消除交叉效应的影响，并且可把电荷储存在像素上直到下次写入，从而形成能维持恒定的电压施加状态，由此能得到良好的陡度。同时，为了得到更宽的视角，可采用VA(垂直配向)、IPS(横电介开关)和OCB(光学补偿弯曲)方式及组合TFT显示方式。为了满足这些显示器件，现在也开发出新型液晶混合物。
与TN方式相比，使用介电各向异性(Δε)为负的材料—VA方式视角依存性好，所以适宜于监视器(monitor)和电视机等大型显示器装置等用途。最近，也应用在手机终端显示屏和车载用途等方面并且在逐年扩大。因此，AM-LCD的AV方式采用的液晶混合物，为了在AM-LCD中具有尽可能高的电压保持率，不仅需要维持高电阻率，而且要求可以在各种环境条件下显示，并需要具有宽广的向列相范围和低温时不结晶特性以及即使在低温时也能快速驱动的低粘度特性。同时，还必须克服由湿气、空气、热、紫外光、可视光的照射、交直流电场等的物理化学影响，进而也必须省电，对应地球环境。
可是，含有多种介电各向异性(Δε)为负的化合物材料的混合物，因结晶化温度比较高，所以难以降低向列相下限温度(T-n)，也难以得到具有宽向列相温度范围。同时，Δε大时，通常粘度增大，应答速度变慢。进而，容易受到周围带离子不纯物等的影响，不能维持AM-LCD上高的电压保持特性。
关于AM-LCD的AV方式采用的液晶混合物，现有技术已经公开了如下具有负Δε的液晶化合物，含有多个这些化合物的液晶混合物是代表性的。
「化4」
Figure A200910133426D00071
上列通式「化4」中，R、R′表示碳原子数1～10的烷基或烷氧基。这些化合物可构成具有负Δε的液晶混合物。该液晶混合物有高电阻率、良好的电压保持特性。但其存在一定的缺陷：因Δε小而阈值电压高。此外，仅用这些化合物构成液晶混合物，通常近晶相的呈现温度和结晶化温度比较高，所以难以具有宽向列相范围。
现有技术还公开了以下具有大的负Δε的化合物构成的液晶混合物，其低压驱动颇佳
Figure A200910133426D00072
上列通式中，R和R′表示碳原子数1～7的烷基或烷氧基、碳原子数2～7的烯基。但是，使用这些化合物构成液晶混合物，粘度极其大，不适合作为要求高速响应的液晶电视等的液晶混合物。同时，作为用于AM-LCD的AV方式的液晶混合物，由于热和紫外领域的照射等，化学稳定性不佳。
因此，需要一种具有宽范围的液晶相温度和粘度低而大的负Δε液晶混合物。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的无法获得具有宽范围的液晶相温度和粘度低而大的负Δε液晶混合物的缺陷，提供一种宽向列相范围、大的负Δε、高电阻率，而且同时兼备低粘度的液晶混合物。
本发明解决其技术问题所采用的一个技术方案是：构造一种液晶混合物，其包括至少两种通式I-IV的化合物：
Figure A200910133426D00081
其中，R1和R2分别是具有1到8个碳原子的烷基或烷氧基、具有2到8个碳原子的烯基、由卤素取代的具有1到8个碳原子的烷基或烷氧基、由卤素取代的具有2到8个碳原子的烯基；L1到L4分别是H、F或-CF3；A1、B1分别是反-1，4-环已基环或1，4-亚苯基环，其中1，4-亚苯基环可由F或-CF3取代；n是0或1。
本发明的向列液晶混合物同时兼备大的负Δε、宽向列相范围和高电阻率并且低粘度。使用此混合物的显示器件，驱动温度范围宽、高可靠性、快速的响应特性。所以，适用基于VA动作原理的液晶显示器件。
在本发明的一个优选实施例中，所述通式I-IV的化合物在所述液晶混合物中所占的质量分数是10％～70％；优选15％～60％。因为含有上述两种以上的化合物的液晶混合物有大的负Δε，用于VA方式显示器甚佳。不含有选自2种以上化合物群中的2种以上化合物的液晶混合物，向列相下限温度升高，向列相温度范围窄而不佳。
在本发明的一个优选实施例中，所述液晶混合物的向列相的上限温度高于70℃、向列相的下限温度低于-20℃，也就是说向列相的温度范围90℃以上，并且介电各向异性在-2.0～-5.0、电阻率高于1.0×1013Ω/cm。
在本发明的一个优选实施例中，也就是通式I～IV，R1和R2特别优选具有1到8个碳原子的烷基或烷氧基或是具有2到8个碳原子的烯基。(a)～(e)表示特别优选的构造的烯基：
Figure A200910133426D00091
在本发明的一个优选实施例中，A1、B1优选下列结构：
在本发明的一个优选实施例中，通式I-IV的化合物优选下列通式(I-1)-(IV-2)的化合物：
Figure A200910133426D00093
Figure A200910133426D00101
在本发明的一个优选实施例中，所述液晶混合物包括至少一种通式V-1到V-7的化合物：
Figure A200910133426D00111
其中，R3和R4分别是具有1到8个碳原子的烷基或烷氧基、具有2到8个碳原子的烯基、由卤素取代的具有1到8个碳原子的烷基或烷氧基、由卤素取代的具有2到8个碳原子的烯基；L5和L6分别是H、F或-CF3，A2、B2分别是反-1，4-环已基环或1，4-亚苯基环，其中1，4-亚苯基环可由F或-CF3取代；n是0或1。
在本发明的一个优选实施例中，
A2、B2优选下列结构：
Figure A200910133426D00112
在本发明的一个优选实施例中，所述液晶混合物含有至少一种上述通式V-1到V-7的化合物，含有2～10种为佳，含有2～7种更佳，含有2～5种最佳，并且所述V-1到V-7的化合物在所述液晶混合物中所占的质量分数是0％～80％，是5％～60％更佳，是5％～50％最佳。
在本发明的一个优选实施例中，所述V-1到V-7的化合物优选：
Figure A200910133426D00122
Figure A200910133426D00131
在本发明的又一优选实施例中，所述液晶混合物包括至少一种通式VI-1到VI-10的化合物：
Figure A200910133426D00132
Figure A200910133426D00141
其中，R5和R6分别是具有1到8个碳原子的烷基或烷氧基、具有2到8个碳原子的烯基或烷氧基、由卤素取代的具有1到8个碳原子的烷基或烷氧基、由卤素取代的具有2到8个碳原子的烯基；
Y1-Y4分别是H、F或甲基；
Z1是-CH2CH2-，-CH＝CH-或单键结合；
Z2是-C＝C-或-CH＝N-N＝CH-。
在本发明的一个优选实施例中，所述液晶混合物含有至少一种上述通式V-I1到V-I10的化合物，含有2～7种为佳，含有2～5种最佳，并且所述V-I1到V-I10的化合物在所述液晶混合物中所占的质量分数是0％～50％，是5％～50％更佳，是5％～40％最佳。
在本发明的又一个优选实施例中，所述液晶混合物还包括至少一种Δε在+3.0以上的极性化合物，含有1～4种Δε在+3.0以上的极性化合物为佳，含有1～3种更好，其质量分数为0～50％为佳，为5～40％更好，为5～30％最佳。其中该极性化合物可以选自下列构造的化合物：
Figure A200910133426D00151
其中，R7是具有1到8个碳原子的烷基或烷氧基、具有2到8个碳原子的烯基、由卤素取代的具有1到8个碳原子的烷基或烷氧基、由卤素取代的具有2到8个碳原子的烯基。
本发明的液晶混合物构成液晶显示器件时，其具有高电压保持率。电压保持率可表现显示器件的电压保持性能的优劣。充电1帧画面期间(16.7msec)，在25度时，保持率在98％以上较好，保持率在99％以上更好。用UV光照射500小时后，保持率还能在95％以为佳。在60度以上加热500小时后，保持率还能在95％以为佳。由于高电压保持率还需要高电阻率，因此本发明的液晶混合物的电阻率在1.0*1013Ω/cm，5.0*1013Ω/cm以上更佳，1.0*1014Ω/cm以上最佳。
在本发明的实施例中，本发明的液晶混合物除上述化合物外，还可包括向列相液晶、近晶相液晶、胆甾液晶、2色性色素。
本发明解决其技术问题提供的又一技术方案是：构造一种具有低阈值电压、高可靠性和优良的响应性能的液晶显示器，该液晶显示器可使用上面已描述的各种液晶混合物的实施例。
在本发明的一个优选实施例中，所述液晶显示器为垂直配向的液晶显示器。
在本发明的另一个优选实施例中，所述液晶显示器为主动矩阵的液晶显示器。
本发明的液晶混合物可使用于AM-LCD和被动矩阵液晶显示器件(PM-LCD)，特别适用于AM-LCD。同时，能用于透过型、半透型和反射型的液晶显示器件。AM-LCD的显示方式除VA方式以外，也适用于IPS方式。
本发明的液晶混合物还能提供上述以外的诸多优异特性，其向列相上限温度在60度以上好，在70度以上更好，在80度以上最好。同时，其向列相下限温度在-20度以下，在-30度以下更好，在-40度以下特别好。向列相的范围(向列相的上限温度与其下限温度之差)100度以上，110度以上更好，120度以上特别好。Δε在可在-2.0～-5.0的范围，-3.5～-5.0特别好。Δn的范围在0.06～0.18好，在0.07～0.16更好。
本发明的液晶显示器的阈值电压较低、可靠性更高并且和响应性能优良。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行详细叙述，但是，本领域技术人员知悉，本发明不限于这些实施例。同时，在以下的实施例和比较例的混合物中的(％)是质量％。
实施例中，测定的特性如下所示：
Tni：向列相上限温度(℃)
Tcn：向列相下限温度(℃)
ΔT：向列相温度范围(℃)
Δε：介电各向异性(25℃)
Δn：屈折率异方性(25℃)
η：粘度(mPa/s)(20℃)
VHR：电压保持率(％)(25℃)
R：电阻率(Ω/cm)(25℃)
本发明的以下实施例，在化合物记载时使用下列表1中的省略符号。基CnH2n+1、CpH2p+1及CmH2m+1是直锁状的烷基，全部有各自的n个、p个和m个碳原子。
【表1】
Figure A200910133426D00171
Figure A200910133426D00181
下面记载了化合物基本结构的省略符号。
Figure A200910133426D00182
Figure A200910133426D00191
配置以下所示的向列相液晶混合物、测定其参数，其结果同比较例1共同在表2中示出。
【表2】
 
实施例1 比较例1
CPN-3.O2.F.FCPN-3.O4.F.FCPN-5.O4.F.FCEPN-3.O2.F.FCCPN-3.1.F.FCCPN-3O2.F.FCCPN-0V0.O1CCPN-0V0.1CCEPN-3.O2.F.FCPPN-2.O2.F.FCPPN-3.O2.F.FCC-0V0.5CC-1V0.3CPaPC-3.3     6.4％4.8％3.2％4.0％11.8％12.8％5.6％7.2％4.0％7.2％7.2％11.6％2.4％1.8％  8.4％6.8％3.2％11.8％14.8％5.6％7.2％7.2％7.2％11.6％2.4％1.8％ 
TniTcnΔTΔεΔnηVHR  94-46140-4.00.0983299    96-24120-4.00.0993399   
如表2所示，实施例1的液晶混合物与比较例1对比，有同样粘度和介电各向异性(Δε)。不仅电压保持率高，向列相温度范围也宽20度，表明其在变化大的环境中显示器件良好的驱动。
接着，配置如下所示向列相液晶混合物，测定其参数，表3所示其结果和比较例。
【表3】
 
实施例2 比较例2
CPN-3.OZ.F.FCPN-5.OZ.F.FCPN-5.O4.F.FCPN-0V0.O2F.FCPN-0V0.O4.F.FCCPN-2.1.F.FCCPN-3.1.F.FCCPN-3O2.F.FCCPN-5O2.F.FCPN-3.O2CPN-5.3CCPN-0V0.1PPbPN-3.3CPPN-3.2CPPN-2.O2.F.FCPPN-3.O2.F.FCC-0V0.5CC-1V0.3CC-3.5PPEPN-5.O2.F.FPPN-5.O2.F.FPPPN-3.3CPaFPN-3.O4.F.FCPaFPN-5.O4.F.F 7.0％8.6％4.2％2.4％3.0％3.5％3.5％8.4％5.6％7.0％5.6％7.2％5.6％2.4％2.4％0.9％3.3％1.2％7.0％7.0％2.1％2.1％ 7.0％8.6％4.2％2.4％3.0％9.8％9.8％8.4％5.6％7.0％5.6％7.2％2.4％2.4％7.0％5.4％2.1％2.1％
TniTcnΔTΔεΔnηVHR  73-48121-4.10.1171999    72-2698-4.00.1162698   
如表3所示，实施例2的液晶混合物和比较例2对比，具有宽向列相温度范围，粘度也良好，所以能达到显示器件的高速响应化。作为液晶显示器件的构成材料使用时，能实现高可靠性和低耗电，所以适用于主动矩阵(Active-matrix)等液晶显示器件。
接着，分别配置如下所示向列相液晶混合物，其各组分含量分别如表4和5所示。表4示出的是本发明的液晶混合物的第3实施例，表5示出的本发明的液晶混合物的第4实施例。
【表4】                                        【表5】
实施例3和4获得的液晶混合物的参数结果如表6所示
【表6】
 
实施例3 实施例4
TniTcnΔTΔεΔnηR    84-42126-4.50.125223.0E+14 84-46130-4.50.123225.0E+14
由此可见本发明的液晶混合物具有大的负介电各向异性(Δε)、宽广的向列相范围、高电阻率而且兼备低粘度、用这些液晶混合物的显示器件具有低阈值电压，高可靠性能，响应性能优良。此外，该液晶混合物具有降低液晶显示器件的阈值电压和保持施加电压的效果。因此，作为液晶显示器件的构成材料使用时，能实现高可靠性和低耗电，所以适用于主动矩阵(Active-matrix)等液晶显示器件。
虽然本发明是通过具体实施例进行说明的，本领域技术人员应当明白，在不脱离本发明范围的情况下，还可以对本发明进行各种变换及等同替代。因此，本发明不局限于所公开的具体实施例，而应当包括落入本发明权利要求范围内的全部实施方式。

Claims (10)

1、一种液晶混合物，其特征在于，包括至少两种通式I-IV的化合物：
Figure A200910133426C00021
其中，R1和R2分别是具有1到8个碳原子的烷基或烷氧基、具有2到8个碳原子的烯基、由卤素取代的具有1到8个碳原子的烷基或烷氧基、由卤素取代的具有2到8个碳原子的烯基；
L1到L4分别是H、F或-CF3；
A1、B1分别是反-1，4-环已基环或1，4-亚苯基环，其中1，4-亚苯基环可由F或-CF3取代；
n是0或1。
2、根据权利要求1所述的液晶混合物，其特征在于，所述通式I-IV的化合物在所述液晶混合物中所占的质量分数是10％～70％。
3、根据权利要求2所述的液晶混合物，其特征在于，所述通式I-IV的化合物在所述液晶混合物中所占的质量分数是15％～60％。
4、根据权利要求3所述的液晶混合物，其特征在于，所述液晶混合物的向列相的上限温度高于70℃、向列相的下限温度低于-20℃，并且介电各向异性为-2.0～-5.0、电阻率高于1.0×1013Ω/cm。
5、根据权利要求1～4中任意一项权利要求所述的液晶混合物，其特征在于，所述液晶混合物包括至少一种通式V-1到V-7的化合物：
Figure A200910133426C00031
其中，R3和R4分别是具有1到8个碳原子的烷基或烷氧基、具有2到8个碳原子的烯基、由卤素取代的具有1到8个碳原子的烷基或烷氧基、由卤素取代的具有2到8个碳原子的烯基；
L5和L6分别是H、F或-CF3；
A2、B2分别是反-1，4-环已基环或1，4-亚苯基环，其中1，4-亚苯基环可由F或-CF3取代；
n是0或1。
6、根据权利要求5所述的液晶混合物，其特征在于，所述通式V-1到V-7化合物在所述液晶混合物中所占的质量分数是0％～80％。
7、根据权利要求1～4中任意一项权利要求所述的液晶混合物，其特征在于，所述液晶混合物包括至少一种通式VI-1到VI-10的化合物：
Figure A200910133426C00041
其中，R5和R6分别是具有1到8个碳原子的烷基或烷氧基、具有2到8个碳原子的烯基；
Y1-Y4分别是H、F或甲基；
Z1是-CH2CH2-，-CH＝CH-或单键结合；
Z2是-C＝C-或-CH＝N-N＝CH-。
8、根据权利要求1～4中任意一项权利要求所述的液晶混合物，其特征在于，所述液晶混合物还包括至少一种介电各向异性在+3.0以上的极性化合物。
9、一种液晶显示器，其特征在于，还包括权利要求1～8中任意一项权利要求所述的液晶混合物。
10、根据权利要求9所述的液晶显示器，其特征在于，所述液晶显示器为垂直配向的或是主动矩阵的液晶显示器。
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