CN101544893A - 液晶组合物及液晶显示元件 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种液晶组合物及液晶显示元件。液晶组合物的光学双折射值Δn在0.055～0.075范围内，并且具有低阈值电压和高电压保持率的用于有源矩阵显示元件的正介电各向异性的液晶组合物，以及含有该液晶组合物的液晶显示元件。该液晶组合物包括通式I、II、III、IV表示的化合物，它们的重量百分含量分别为I10～55％、II1～45％、III5～60％、IV1～30％；将这些液晶组合物设置在液晶盒中构成液晶显示元件。I、II、III、IV表示的化合物的通式为右式。
Description
技术领域
本发明涉及一种液晶组合物以及由此液晶组合物构成的液晶显示元件，特别是涉及一种用于主动矩阵方式驱动的液晶显示元件的液晶组合物以及含有此组合物的液晶显示元件。
背景技术
液晶显示元件是利用液晶材料本身所具备的光学各向异性和介电各向异性来进行工作的，目前已经得到了广泛的应用。利用液晶材料不同的特性和工作方式，可以将器件设计成各种不同的工作模式，其中常规显示器普遍使用的有TN模式(扭曲向列模式，液晶混合物具有扭曲约90度的向列型结构)、STN模式(超扭曲向列模式)、SBE模式(超扭曲双折射)、ECB模式(电控双折射)、VA模式(垂直排列)、IPS模式(面内转换)等，还有很多根据以上各种模式所做的改进模式。工作在TN、STN、SBE模式的元件一般使用正介电各向异性液晶，工作在ECB、VA模式的元件使用负介电各向异性液晶，IPS模式即可使用正介电各向异性液晶，也可使用负介电各向异性液晶。
在低信息量中，一般采用无源方式驱动，但是随着信息量的加大，显示尺寸和显示路数的增多，串扰和对比度降低现象变得严重，因此一般采用有源矩阵(AM)方式驱动，目前较多的采用薄膜晶体管(TFT)来进行驱动。在AM-TFT元件中，TFT开关器件在二维网格中寻址，在处于导通的有限时间内对像素电极进行充电，之后又变成截止状态，直至下一周期中再被寻址。因此，在两个寻址周期之间，不希望像素点上的电压发生改变，否则像素点的透光率会发生改变，导致显示的不稳定。像素点的放电速度取决于电极容量和电极间介电材料的电阻率，这就要求液晶材料有较高的电阻率、有合适的光学双折射值、较低的阈值电压、较低的粘度；光学双折射值Δn值一般在0.08～0.1左右；较低的阈值电压是为了达到降低驱动电压、降低功耗；较低的粘度可以满足快速响应的需要。这类液晶组合物已经有很多文献报道，例如国外专利文献WO9202597、WO9116398、WO9302153、WO9116399，中国专利文献CN1157005A等。
随着液晶显示技术的发展，新的液晶显示模式的开发，对液晶组合物参数的新的要求也在不断提出。液晶显示元件一方面要求显示效果趋于完美，要求宽视角，高对比度，快速响应等；一方面也要求适合更多场合下的应用，例如要求提高在强光下显示的可读性，使显示元件更适合与户外使用。因此工作在半透半反模式的液晶元件相对于传统的透射式元件在这方面更有优势。但同时也对液晶组合物的参数提出了更高的要求，例如更低的光学双折射值。但是从液晶组合物材料调制的角度来考虑，材料的各方面性能(低的光学双折射值，高的介电各向异性值，高的电阻率，低的旋转粘度，低的熔点，良好的热稳定性和紫外稳定性等)之间是相互牵制的，提高一些方面的性能往往伴随着另一些方面性能的降低，调制各方面性能都合适的液晶组合物往往非常困难。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是提供一种综合性能好的、响应速度快、能够长时间稳定可靠工作、具有低的双折射各向异性的液晶组合物及适用于主动矩阵薄膜晶体管(AM-TFT)驱动或者半透半反模式的TFT驱动显示、可在扭曲向列(TN)模式或面内转换(IPS)模式下工作的液晶组合物及液晶显示元件。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是
一种液晶组合物，它包括下列成分的化合物：
第一成分，是一种或多种如通式(I)所表示的化合物，
第二成分，一种或多种如通式(II)所表示的化合物，
第三成分，一种或多种如通式(III)所表示的化合物，
第四成分，一种或多种如通式(IV)所表示的化合物，
其中R1～R6是含有1～12个碳原子的烷基或烷氧基，或含有2～9个碳原子的链烯基，这些基团中有一个或多个-CH2-基被-O-或-S-取代，这种取代是彼此独立的，要求-O-原子不直接彼此连接；所有的1，4-环己基为反式构型；L1～L4各自为H或F；Y1、Y2为F或Cl；
为
或
中的一种。
本发明的液晶组合物的进一步改进在于：所述R1、R3、R5、R6是含有1～5个碳原子的烷基或烷氧基；R2、R4为含有2～5个碳原子的链烯基或含有1～5个碳原子烷基或烷氧基。
本发明的液晶组合物的进一步改进在于：Y1，Y2为F。
本发明的液晶组合物的进一步改进在于：
为或
本发明的液晶组合物进一步优选下列组合物，
第一成分包含一种或多种由式Ia～Ic所代表的化合物：
其中R11～R15为含有1～5个碳原子的直链烷基。
第二成分包含一种或多种由式IIa～IIb所代表的化合物：
其中R21、R22为含有1～5个碳原子的直链烷基。
第三成分包含一种或多种由式IIIa～IIIb所代表的化合物：
其中R31、R32为含有1～5个碳原子的直链烷基，L5～L8为相互独立的H或F。
第四组分由一种或多种式IV所代表的化合物构成，优选其中的R5、R6为含有1～5个碳原子的烷基或烷氧基。
本发明的液晶组合物中的各成分的重量百分含量为：第一成分10～55％，第二成分为1～45％；第三成分为5～60％；第四成分为1～30％。
本发明上述技术方案的进一步改进在于：液晶组合物中各成分的重量百分含量优选为，第一成分为20～45％；第二成分为10～40％；第三成分为10～50％；第四成分为1～25％。
本发明全部的化合物可通过自身已知的方法制备，液晶组合物通过常规的方法制备。通常将各成分混合加热使其互相溶解，直至观察到溶解过程完成。也可以在合适的有机溶剂中将所有成分溶解，在彻底混合后除去溶剂，最终得到均一的液晶组合物。
按以上方法所制备的液晶组合物的物理参数为：清亮点一般不低于65℃，光学各向异性值在0.055～0.075范围内。
本发明还包括一种液晶显示元件，该元件包含两个相互平行的基板与框架共同形成的液晶盒，液晶盒中含有上述液晶组合物。该液晶显示元件由主动矩阵TFT驱动，可工作于扭曲向列TN模式或共面转换IPS模式。
本发明的液晶介质也可进一步包含本领域技术人员已知的和文献中描述的添加剂，使之能用于任何至今所公开的液晶显示类型。
由于采用了上述技术方案，本发明所取得的技术进步在于：
本发明的液晶组合物的双折射各向异性值极低，只有0.055～0.075范围，它的清亮点一般不低于65℃，介电各向异性值大，该组合物同时还具有宽的向列相温度范围，高电阻率，低粘度，高稳定性等特征。尤其是大的介电各向异性和低粘度的特征，对降低驱动电压，降低能耗，以及提高器件的响应速度非常有利，是一种理想的液晶材料。由含有本发明的液晶组合物构成的液晶显示元件，电压保持率高，响应速度快，适用于主动矩阵薄膜晶体管(AM-TFT)驱动，可工作在扭曲向列(TN)模式或面内转换(IPS)模式；尤其适用于半透半反模式的TFT驱动显示。
另外，本发明相对于其它低双折射各向异性液晶组合物的另一巨大优势在于，本发明中构成液晶组合物的单体化合物中不含酯基、氰基等易导致组合物电阻率或稳定性降低的官能团，可以确保材料的高电压保持率特性，这对TFT液晶显示元件来说极为重要，是保证元件能够长时间稳定可靠工作的基础。
具体实施方式
下面结合一些最佳具体实施例对本发明做进一步详细说明：
在实施例中，百分比为重量百分比，温度的单位为摄氏度，Δn表示光学各向异性(589nm，20℃)，Δε表示介电各向异性，V10表示电光曲线中相对透过率为10％时的电压，V90表示电光曲线中相对透过率为90％时的电压。
实施例1：
本实施例的液晶组合物按百分含量包括下列的化合物，
以上所有结构式中的环己基均为反式构型。组合物的物理参数如下：Δn：0.060；Δε：3.64；清亮点：79℃；V10：1.75V；V90：2.74V。
实施例2：
本实施例的液晶组合物按百分含量包括下列的化合物，
以上所有结构式中的环己基均为反式构型。组合物的物理参数如下：Δn：0.062；Δε：3.98；清亮点：88℃；V10：1.68V；V90：2.68V。
实施例3：
本实施例的液晶组合物按百分含量包括下列的化合物，
以上所有结构式中的环己基均为反式构型。组合物的物理参数如下：Δn：0.058；Δε：3.05；清亮点：74℃；V10：1.88V；V90：2.99V。
实施例4：
本实施例的液晶组合物按百分含量包括下列的化合物，
以上所有结构式中的环己基均为反式构型。组合物的物理参数如下：Δn：0.066；Δε：4.88；清亮点：100℃；V10：1.67V；V90：2.70V。
Claims (7)
1.一种液晶组合物，其特征在于包括下列成分的化合物：第一成分，是一种或多种通式(I)所表示的化合物，
第二成分，是一种或多种通式(II)所表示的化合物，
第三成分，是一种或多种通式(III)所表示的化合物，
第四成分，是一种或多种通式(IV)所表示的化合物，
其中R1～R6是含有1～12个碳原子的烷基或烷氧基，或含有2～9个碳原子的链烯基，这些基团中有一个或多个-CH2-基被-O-或-S-取代，-O-原子不直接彼此连接；所有的1，4-环己基为反式构型；L1～L4各自为H或F；Y1、Y2为F或Cl；
为
或
中的一种。
2.根据权利要求1所述的液晶组合物，其特征在于所述R1、R3、R5、R6是含有1～5个碳原子的烷基或烷氧基，R2、R4为含有2～5个碳原子的链烯基或含有1～5个碳原子烷基或烷氧基。
3.根据权利要求1所述的液晶组合物，其特征在于：Y1，Y2为F。
4.根据权利要求1所述的液晶组合物，其特征在于：
为
或
5.根据权利要求1所述的液晶组合物，其特征在于所述液晶组合物中各成分的重量百分含量为：第一成分10～55％，第二成分为1～45％；第三成分为5～60％；第四成分为1～30％。
6.根据权利要求5所述的液晶组合物，其特征在于所述液晶组合物中各成分的重量百分含量优选为：第一成分为20～45％；第二成分为10～40％；第三成分为10～50％；第四成分为1～25％。
7.一种液晶显示元件，包括液晶盒，其特征在于：液晶盒中含有如权利要求1～6中任一项所述的液晶组合物。
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