CN102757794A - 液晶组合物及其显示器件 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种液晶组合物及其应用，该液晶组合物包括：占液晶组合物总重量1%-50%的通式（I）的化合物；占液晶组合物总重量1%-60%的通式（II）的化合物；以及占液晶组合物总重量20%-90%的通式（III）的化合物。本发明的液晶组合物具有较低的旋转粘度和较快的响应速度。本发明还提供包含该液晶组合物的液晶显示器。
Description
技术领域
本发明涉及一种液晶组合物，特别是关于一种具有适当的光学各向异性、较快的响应速度及良好的低温存储稳定性的液晶组合物及其应用。
背景技术
液晶材料是在一定的温度下，既具有液体的流动性又具有晶体的各向异性的有机棒状小分子化合物的混合物。液晶材料主要被用作显示器中的电介质，其原因在于这类物质的光学性能可通过施加的电压而改变。按液晶显示方式分类，液晶组合物可分为扭曲向列型（TN型）、超扭曲向列型（STN型）、薄膜晶体管型（TFT型）、宾主型（GH型）、动态散射型（DS型）等类型，其中最常见的显示元件是基于Schadt-Helfrich效应并具有扭曲相列结构。此外，还存在用于平行于基板和液晶面的电场操作的液晶盒，例如IPS（面内切换）液晶盒。
对于液晶显示器来说，具备良好的化学和热稳定性、适当的光学各向异性、较快的响应速度以及良好的对电场和电磁辐射的稳定性的液晶化合物与液晶介质是符合目前需求的。为了扩大液晶显示器的工作范围，液晶显示材料还需要有宽的向列相温度范围，以满足在各种环境中均能保持良好显示的要求。
为满足液晶显示器件的工艺要求，需要液晶材料具有广泛和多种性能参数，而目前实用的液晶材料都是混合液晶材料，但混合液晶材料的各项性能参数优化是彼此矛盾、相互制约和彼此影响的，其在满足工艺性能要求方面存在一定难度。如EP0667555、EP0673986、DE19528106、DE19528107、WO962851所述的液晶组合物中，显著的缺点是具有较长的响应时间，较低电阻率且操作电压过高。另外，低温存储稳定性较差也是现有许多液晶材料的缺陷。
因此，需要具有改进性能的新型液晶组合物，而具有合适的光学各向异性、较快的响应时间以及低温存储稳定性的液晶组合物，对于许多应用类型而言尤为重要。
发明内容
本发明的目的在于通过对各种液晶组合物的优化组合及优选配比，提供一种具有适当的光学各向异性、较快的响应速度及良好的低温存储稳定性的液晶组合物，所述的液晶组合物可以不显示现有技术材料的缺点或至少只在显著更小的程度上显示上述缺点。
为了完成上述发明目的，本发明提供一种液晶组合物，其包括符合下列结构通式Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的化合物，其中：
（1）占所述液晶组合物总重量1%-50%的通式（I）的化合物
（2）占所述液晶组合物总重量1%-60%的通式（II）的化合物
（3）占所述液晶组合物总重量20%-90%的通式（III）的化合物
其中：
R1、R2、R4、R5可以相同或不同，彼此独立地选自由H、卤素和C1～C7的烷基组成的组，其中，所述C1～C7的烷基中的一个或更多个CH2可以彼此独立地被O、S、-CH=CH-、-C≡C-或-COO-取代，且每两个O或S不彼此相连；所述C1～C7的烷基中的一个或更多个H可以彼此独立地被F取代；
R3选自由C1～C7的烷基和C2～C7的烯基组成的组，其中，所述C1～C7的烷基和C2～C7的烯基中的一个或更多个H可以彼此独立地被F取代；
Z1和Z2可以相同或不同，彼此独立地选自由单键、-CH=CH-、-C≡C-、-O-、-COO-、-OCO-、-OCH2-、-C2H4-、-CH2O-和-CF2O-组成的组；
X1选自由卤素、C1～C7的烷基、C1～C7的烷氧基和C2～C7的烯氧基组成的组，其中，所述C1～C7的烷基、C1～C7的烷氧基和C2～C7的烯氧基中的一个或更多个H可以彼此独立地被F取代；
L1～L6可以相同或不同，彼此独立地为H或F，其中，所述L1～L6中至少有两个为F；
P1～P8可以相同或不同，彼此独立地为H或F，其中，所述P1～P8中至少有一个为F，最多有三个为F，且所述P1和P2不同时为F，P3和P4不同时为F，P5和P6不同时为F，所述P7和P8不同时为F；
m，n可以相同或不同，彼此独立地选自0或1。
在本发明的实施方案中，优选的所述通式（I）的化合物占所述液晶组合物总重量的5%-45%；所述通式（II）的化合物占所述液晶组合物总重量的5%-50%；以及所述通式（III）的化合物占所述液晶组合物总重量的35%-85%。
在本发明的实施方案中，优选的所述通式（I）的化合物选自由如下化合物组成的组中一种或多种的化合物：
其中：
R1选自由C1～C5的烷基、C1～C5的烷氧基、C2～C5的烯基和C2～C5的烯氧基组成的组，其中所述C1～C5的烷基、C1～C5的烷氧基、C2～C5的烯基和C2～C5的烯氧基中一个或更多个H可以各自独立地被F取代；
X1选自由-F、-Cl、-CH2F、-CH2CH2F、-CH2CH2CH2F、-CH2CH2CH2CH2F、-OCF3、-OCH2F，-CH2OCH2F，-CH2CH2OCH2F，-CH=CH2和-OCH=CF2组成的组。
在本发明的实施方案中，优选的所述通式（Ⅱ）的化合物选自由如下化合物组成的组中一种或多种的化合物：
其中：
R2选自由C1～C5的烷基、C1～C5的烷氧基、C2～C5的烯基和C2～C5的烯氧基组成的组，其中所述C1～C5的烷基、C1～C5的烷氧基、C2～C5的烯基和C2～C5的烯氧基中一个或更多个H可以各自独立地被F取代。
在本发明的实施方案中，优选的所述通式（Ⅲ）的化合物选自由如下化合物组成的组中一种或多种的化合物：
其中：
R4选自由C1～C5的烷基、C1～C5的烷氧基、C2～C5的烯基和C2～C5的烯氧基组成的组，其中所述C1～C5的烷基、C1～C5的烷氧基、C2～C5的烯基和C2～C5的烯氧基中一个或更多个H可以各自独立地被F取代。
特别优选的所述通式（I）的化合物选自由如下化合物组成的组中的一种或多种化合物：
特别优选的所述通式（Ⅱ）的化合物选自由如下化合物组成的组中的一种或多种化合物：
特别优选的所述通式（Ⅲ）的化合物选自由如下化合物组成的组中的一种或多种化合物：
本发明的另一个方面还提供本发明的液晶组合物在制造电光学器件中的应用。
本发明的另一个方面还提供包含本发明的液晶组合物的电光学液晶显示器。
本发明通过对上述化合物进行组合实验，通过与对照例的比较，确定了包括上述液晶组合物的液晶介质，具有合适的光学各向异性、较低的旋转粘度和较快的响应时间。
如上所述，本发明的液晶组合物，具有较低的旋转粘度和较快的响应速度。
在本发明中如无特殊说明，所述的比例均为重量比，所有温度均为摄氏度温度，所述的响应时间数据的测试选用的盒厚为7μm。
具体实施方式
以下将结合具体实施方案来说明本发明。需要说明的是，下面的实施例为本发明的示例，仅用来说明本发明，而不用来限制本发明。在不偏离本发明主旨或范围的情况下，可进行本发明构思内的其他组合和各种改良。
以下各实施方案所采用的液晶显示器均为TN-TFT液晶显示设备，盒厚d=7μm，由偏振器（偏光片）、电极基板等部分构成。该显示设备为常白模式，即没有电压差施加于行和列电极之间时，观察者观察到白色的像素颜色。基板上的上下偏振片轴彼此成90度角。在两基片之间的空间充满光学性液晶材料。
为便于表达，以下各实施例中，液晶化合物的基团结构用表1所列的代码表示：
表1液晶化合物的基团结构代码
以如下结构为例：
该结构用表1中的代码表示：则可表示为3PTGQP3，又如：
则可表示为nCPTPm，代码中的n表示左端烷基的C原子数，例如n为“3”，即表示该烷基为-C3H7；代码中的C代表环己烷基；代码中的P代表亚苯基；代码中的T代表炔基；代码中的m表示右端烷基的C原子数，例如m为“1”，即表示右端的烷基为-CH3。
实施例中各测试项目的简写代号分别表示为：
Cp（℃）： 清亮点（向列-各向同性相转变温度）
Δn 光学各向异性（589nm，20℃）
γ1 扭转粘度（mPa*s，在20℃下）
K11 弹性常数（“斜展”，在20℃下的pN）
K33 弹性常数（“弯曲”，在20℃下的pN）
t-30℃ 低温储存时间（在-30℃下）
V90 饱和电压=在90%相对对比度时的特征电压（常白模式）
V10 阈值电压=在10%相对对比度时的特征电压（常白模式）
V10测试条件： C/1KHZ，JTSB7.0。
在以下的实施例中所采用的各成分，均由本申请的发明人按照公知的方法进行合成，如描述于文献中（例如在标准著作中，诸如Houben-Weyl，Methoden der organischenChemie(有机化学方法)、Georg-Thieme出版社，Stuttgart）。这些合成技术是常规的，所得到各液晶化合物经测试符合电子类化合物标准。
CPP、CCV、VCC、CCP、CPG的制备方法参见CN101560397。
IUQUF、IGUQUF的制备方法参见CN201010558887.8
按照以下实施例规定的各液晶组合物的配比，制备液晶组合物。所述液晶组合物的制备是按照本领域的常规方法进行的，如采取加热、超声波、悬浮等方式按照规定比例混合制得。
制备并研究下列实施例中给出的液晶组合物。下面显示了各液晶组合物的组成和其性能参数测试结果。
对照例1
按表2中所列的各化合物及重量百分数配制成对照例液晶组合物，其填充于液晶显示器两基板之间进行性能测试，测试数据如下表所示：
表2液晶组合物配方及其测试性能
实施例1
按表3中所列的各化合物及重量百分数配制成本发明的液晶组合物，其填充于液晶显示器两基板之间进行性能测试，测试数据如下表所示：
表3液晶组合物配方及其测试性能
该液晶组合物与对照例相比，具有合适的折射率各向异性和介电各向异性，较低得阈值电压，其优点在于较快的响应速度，良好的显示效果，优越的省电性能，适用于显示器件中。
实施例2
按表4中所列的各化合物及重量百分数配制成本发明的液晶组合物，其填充于液晶显示器两基板之间进行性能测试，测试数据如下表所示：
表4液晶组合物配方及其测试性能
该液晶组合物与对照例相比，具有合适的介电各向异性和折射率各向异性，较低的阈值电压和旋转粘度，其优点在于快的响应速度，良好的显示效果，优越的省电性能，适用于显示器件中。
实施例3
按表5中所列的各化合物及重量百分数配制成本发明的液晶组合物，其填充于液晶显示器两基板之间进行性能测试，测试数据如下表所示：
表5液晶组合物配方及其测试性能
该液晶组合物与对照例相比，具有合适的折射率各向异性和介电各项异性，较低的阈值电压，其优点在于较快的响应速度，良好的显示效果，降低显示功耗，适用于显示器件中。
实施例4
按表6中所列的各化合物及重量百分数配制成本发明的液晶组合物，其填充于液晶显示器两基板之间进行性能测试，测试数据如下表所示：
表6液晶组合物配方及其测试性能
该液晶组合物与对照例相比，具有合适的折射率各向异性和介电各向异性，较低的旋转粘度，其优点在于较快的响应速度，良好的显示效果，降低显示功耗，适用于显示器件。
实施例5
按表7中所列的各化合物及重量百分数配制成本发明的液晶组合物，其填充于液晶显示器两基板之间进行性能测试，测试数据如下表所示：
表7液晶组合物配方及其测试性能
该液晶组合物与对照例相比，具有合适的折射率各向异性和介电各向异性，较低的阈值电压和旋转粘度，其优点在于较快的响应速度，良好的显示效果，优越的省电性能，适用于显示器件中。
实施例6
按表8中所列的各化合物及重量百分数配制成本发明的液晶组合物，其填充于液晶显示器两基板之间进行性能测试，测试数据如下表所示：
表8液晶组合物配方及其测试性能
该液晶组合物与对照例相比，具有合适的折射率各向异性和介电各项异性，较低的旋转粘度，其优点在于快的响应速度，良好的显示效果，优越的省电性能，适应于显示器件中。
实施例7
按表9中所列的各化合物及重量百分数配制成本发明的液晶组合物，其填充于液晶显示器两基板之间进行性能测试，测试数据如下表所示：
表9液晶组合物配方及其测试性能
该液晶组合物与对照例相比，具有合适的折射率各向异性和介电各项异性，较低的旋转粘度，其优点在于快的响应速度，良好的显示效果，优越的省电性能，适应于显示器件中。
Claims (9)
1.一种液晶组合物，其特征在于包括：
（1）占所述液晶组合物总重量1%-50%的通式（I）的化合物
（2）占所述液晶组合物总重量1%-60%的通式（II）的化合物
（3）占所述液晶组合物总重量20%-90%的通式（III）的化合物
其中：
R1、R2、R4、R5可以相同或不同，彼此独立地选自由H、卤素和C1～C7的烷基组成的组，其中，所述C1～C7的烷基中的一个或更多个CH2可以彼此独立地被O、S、-CH=CH-、-C≡C-或-COO-取代，且每两个O或S不彼此相连；所述C1～C7的烷基中的一个或更多个H可以彼此独立地被F取代；
R3选自由C1～C7的烷基和C2～C7的烯基组成的组，其中，所述C1～C7的烷基和C2～C7的烯基中的一个或更多个H可以彼此独立地被F取代；
Z1和Z2可以相同或不同，彼此独立地选自由单键、-CH=CH-、-C≡C-、-O-、-COO-、-OCO-、-OCH2-、-C2H4-、-CH2O-和-CF2O-组成的组；
X1选自由卤素、C1～C7的烷基、C1～C7的烷氧基和C2～C7的烯氧基组成的组，其中，所述C1～C7的烷基、C1～C7的烷氧基和C2～C7的烯氧基中的一个或更多个H可以彼此独立地被F取代；
L1～L6可以相同或不同，彼此独立地为H或F，其中，所述L1～L6中至少有两个为F；
P1～P8可以相同或不同，彼此独立地为H或F，其中，所述P1～P8中至少有一个为F，最多有三个为F，且所述P1和P2不同时为F，P3和P4不同时为F，P5和P6不同时为F，P7和P8不同时为F；
和
彼此独立地选自由
和
组成的组，其中，
和
中的一个或更多个CH2可以彼此独立地被O或S代替，
中的一个或更多个CH可以彼此独立地被N代替，且所述
和
中的一个或更多个H可以彼此独立地被F取代；
m，n可以相同或不同，彼此独立地为0或1。
2.根据权利要求1所述的液晶组合物，其特征在于，所述通式（I）的化合物占所述液晶组合物总重量的5%-45%；所述通式（II）的化合物占所述液晶组合物总重量的5%-50%；以及所述通式（III）的化合物占所述液晶组合物总重量的35%-85%。
3.根据权利要求1所述液晶组合物，其特征在于，所述通式（I）的化合物选自由如下化合物组成的组中一种或多种的化合物：
其中：
R1选自由C1～C5的烷基、C1～C5的烷氧基、C2～C5的烯基和C2～C5的烯氧基组成的组，其中所述C1～C5的烷基、C1～C5的烷氧基、C2～C5的烯基和C2～C5的烯氧基中一个或更多个H可以各自独立地被F取代；
X1选自由-F、-Cl、-CH2F、-CH2CH2F、-CH2CH2CH2F、-CH2CH2CH2CH2F、-OCF3、-OCH2F，-CH2OCH2F，-CH2CH2OCH2F，-CH=CH2和-OCH=CF2组成的组。
4.根据权利要求1所述液晶组合物，其特征在于，所述通式（Ⅱ）的化合物选自由如下化合物组成的组中一种或多种的化合物：
其中：
R2选自由C1～C5的烷基、C1～C5的烷氧基、C2～C5的烯基和C2～C5的烯氧基组成的组，其中所述C1～C5的烷基、C1～C5的烷氧基、C2～C5的烯基和C2～C5的烯氧基中一个或更多个H可以各自独立地被F取代。
5.根据权利要求1所述液晶组合物，其特征在于，所述通式（Ⅲ）的化合物选自由如下化合物组成的组中一种或多种的化合物：
其中：
R4选自由C1～C5的烷基、C1～C5的烷氧基、C2～C5的烯基和C2～C5的烯氧基组成的组，其中所述C1～C5的烷基、C1～C5的烷氧基、C2～C5的烯基和C2～C5的烯氧基中一个或更多个H可以各自独立地被F取代。
6.根据权利要求3-5所述液晶组合物，其特征在于，所述通式（I）的化合物选自由如下化合物组成的组中的一种或多种化合物：
所述通式（Ⅱ）的化合物选自由如下化合物组成的组中的一种或多种化合物：
以及
所述通式（Ⅲ）的化合物选自由如下化合物组成的组中的一种或多种化合物：
7.根据权利要求6所述的液晶组合物，其特征在于，所述液晶组合物包括：
占所述液晶组合物总重量6%的化合物Ⅲ-5-2；
占所述液晶组合物总重量5%的化合物Ⅲ-6-1；
占所述液晶组合物总重量8%的化合物Ⅲ-7-1；
占所述液晶组合物总重量10%的化合物Ⅲ-7-2；
占所述液晶组合物总重量12%的化合物Ⅲ-11-2；
占所述液晶组合物总重量8%的化合物Ⅱ-2-2；
占所述液晶组合物总重量5%的化合物Ⅲ-2-1；
占所述液晶组合物总重量36%的化合物Ⅲ-1-2；
占所述液晶组合物总重量2%的化合物Ⅰ-2-1；
占所述液晶组合物总重量2%的化合物Ⅰ-2-2；
占所述液晶组合物总重量3%的化合物Ⅰ-4-2；以及
占所述液晶组合物总重量3%的化合物Ⅰ-4-1；
或者，所述液晶组合物包括：
占所述液晶组合物总重量8%的化合物Ⅲ-5-2；
占所述液晶组合物总重量5%的化合物Ⅲ-7-1；
占所述液晶组合物总重量11%的化合物Ⅲ-7-2；
占所述液晶组合物总重量7%的化合物Ⅲ-12-2；
占所述液晶组合物总重量9%的化合物Ⅱ-2-2；
占所述液晶组合物总重量41%的化合物Ⅲ-1-2；
占所述液晶组合物总重量6%的化合物Ⅰ-4-2；
占所述液晶组合物总重量4%的化合物Ⅰ-4-1；以及
占所述液晶组合物总重量9%的化合物Ⅲ-14-2；
或者，所述液晶组合物包括：
占所述液晶组合物总重量8%的化合物Ⅲ-5-2；
占所述液晶组合物总重量6%的化合物Ⅲ-7-1；
占所述液晶组合物总重量10%的化合物Ⅲ-7-2；
占所述液晶组合物总重量8%的化合物Ⅲ-12-2；
占所述液晶组合物总重量6%的化合物Ⅱ-2-2；
占所述液晶组合物总重量44%的化合物Ⅲ-1-2；
占所述液晶组合物总重量5%的化合物Ⅰ-4-2；
占所述液晶组合物总重量5%的化合物Ⅰ-4-1；以及
占所述液晶组合物总重量8%的化合物Ⅲ-14-2；
或者，所述液晶组合物包括：
占所述液晶组合物总重量15%的化合物Ⅲ-5-2；
占所述液晶组合物总重量4%的化合物Ⅲ-4-1；
占所述液晶组合物总重量5%的化合物Ⅲ-7-1；
占所述液晶组合物总重量10%的化合物Ⅲ-7-2；
占所述液晶组合物总重量8%的化合物Ⅲ-12-2；
占所述液晶组合物总重量10%的化合物Ⅱ-2-2；
占所述液晶组合物总重量38%的化合物Ⅲ-1-2；
占所述液晶组合物总重量6%的化合物Ⅰ-4-2；以及
占所述液晶组合物总重量4%的化合物Ⅰ-4-1；
或者，所述液晶组合物包括：
占所述液晶组合物总重量10%的化合物Ⅲ-5-2；
占所述液晶组合物总重量5%的化合物Ⅲ-7-1；
占所述液晶组合物总重量8%的化合物Ⅲ-7-2；
占所述液晶组合物总重量5%的化合物Ⅲ-12-2；
占所述液晶组合物总重量11%的化合物Ⅱ-2-2；
占所述液晶组合物总重量40%的化合物Ⅲ-1-2；
占所述液晶组合物总重量6%的化合物Ⅰ-4-2；
占所述液晶组合物总重量5%的化合物Ⅰ-4-1；以及
占所述液晶组合物总重量10%的化合物Ⅲ-6-2；
或者，所述液晶组合物包括：
占所述液晶组合物总重量12%的化合物Ⅲ-5-2；
占所述液晶组合物总重量6%的化合物Ⅲ-4-2；
占所述液晶组合物总重量4%的化合物Ⅲ-7-1；
占所述液晶组合物总重量10%的化合物Ⅲ-7-2；
占所述液晶组合物总重量8%的化合物Ⅲ-12-2；
占所述液晶组合物总重量12%的化合物Ⅱ-2-2；
占所述液晶组合物总重量39%的化合物Ⅲ-1-2；
占所述液晶组合物总重量3%的化合物Ⅰ-2-2；以及
占所述液晶组合物总重量6%的化合物Ⅰ-4-2；
或者，所述液晶组合物包括：
占所述液晶组合物总重量15%的化合物Ⅲ-5-2；
占所述液晶组合物总重量4%的化合物Ⅲ-4-1；
占所述液晶组合物总重量4%的化合物Ⅲ-7-1；
占所述液晶组合物总重量8%的化合物Ⅲ-7-2；
占所述液晶组合物总重量9%的化合物Ⅲ-12-2；
占所述液晶组合物总重量8%的化合物Ⅱ-2-2；
占所述液晶组合物总重量42%的化合物Ⅲ-1-2；
占所述液晶组合物总重量6%的化合物Ⅰ-4-2；以及
占所述液晶组合物总重量4%的化合物Ⅰ-4-1。
8.根据权利要求1～7所述的液晶组合物在制造电光学器件中的应用。
9.一种电光学液晶显示器，所述液晶显示器包含权利要求1~7的液晶组合物。
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