CN102888228A - 液晶组合物及包含该液晶组合物的显示器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种液晶组合物，包括：占所述液晶组合物总重量14%-30%的通式（I）的化合物；2%-10%的通式（II）的化合物；10%-50%的选自由通式（IIIa）（IIId）的化合物组成的组的一种或更多种化合物；5%-50%的通式（Ⅳ）的化合物；以及2%-20%的通式（Ⅴ）的化合物。本发明的液晶组合物具有平坦的介电各向异性频率依赖性。本发明还提供包含该液晶组合物的有源矩阵显示器件。
Description
技术领域
本发明涉及具有平坦介电各向异性的频率依赖性的介电正性的向列型液晶组合物。该液晶组合物特别好地适用于有源矩阵显示器中的应用。本发明涉及本发明的液晶组合物在有源矩阵显示器中的用途，以及涉及这些有源矩阵显示器自身。
背景技术
液晶材料一般必须具有良好的化学和热稳定性和对电场和电磁辐射的良好稳定性。此外，液晶材料应当具有低粘度和在液晶盒中产生短响应时间，低阈值电压和高对比度。
此外，它们还应该在普通操作温度下，即在高于和低于室温的可能的最宽范围内，具有适用于上述液晶盒的介晶相，例如用于上述液晶盒的向列型介晶相。由于液晶通常作为多种组分的混合物使用，所以重要的是各组分彼此混溶。依赖于液晶盒类型和应用领域，进一步的性能，如电导率、介电各向异性和光学各向异性必须满足各种要求。例如，具有扭转向列型结构的液晶盒的材料应当具有正介电各向异性和低电导率。
例如，对于矩阵液晶显示器需要具有大的正介电各向异性、宽向列相、相对低双折射、非常高电阻率、良好光和温度稳定性以及低蒸汽压的液晶介质，该显示器包含用于切换单个像素的集成非线性元件（MLC显示器）。
液晶自问世以来，其电光效应尤为引人注目。最早进入实用的动态散射效应（简称DSM）是利用液晶的电流体动力不稳定性，又称电流效应。后来接踵出现的扭曲效应（TN），电控双折射效应（ECB），胆甾相-向列相的相变效应（Ch-N），Np-Ch液晶正性贮存效应等则是另一种新型的电光效应-场效应。它在电场作用下，具有几乎不依赖电流、微功耗、长寿命等优点，因而很快在液晶显示中占重要地位，如全电子手表和计算器中的液晶显示。这种场效应液晶，其电光性能于介电各向异性密切相关。随着场效应液晶的广泛应用以及未来开发更多的应用领域，如矩阵显示、贮存显示、彩色显示、电视图像显示以及实时信息处理等，就有必要对液晶的介电各向异性进行研究。特别场效应液晶介电各向异性的静态和动态特性（即频率特性），以及它对场效应液晶现实的应用的意义。
由以上可以看出液晶的介电各向异性收到频率依赖性的制约。由于介电各向异性Δε不适当的频率依赖性，这些MLC显示器方面可能出现困难，如果显示器在低温下采用一定频率触发，在该频率下由于Δε的频率依赖性而Δε已经较低，则在晶体管栅极的开放时间期间仅将一部分像素电容充电。在恒定荷电下，将所需的高电压施加到液晶上。由此，液晶的光电性能劣化。所以，极大地需要液晶介质，其中介电常数的频率依赖性甚至在低温下也尽可能平坦。为达到短显示器响应时间，混合物此外必须具有小的旋转粘度。为能够甚至在低温下使用显示器，例如用于室外，汽车或航空电子器件应用，要求结晶和/或近晶相甚至在低温下也不发生，以及粘度的温度依赖性尽可能低。
发明内容
本发明所涉及一种液晶组合物，优选特定的结构类型液晶化合物进行搭配，使得该组合物具有良好的平坦的介电各向异性频率依赖性，从而表现在，液晶组合物的电压随着频率的依赖性降低，提高液晶显示器的稳定性，使用环境范围更加宽广，对于提高液晶低温性能有着良好的促进作用。
本液晶介质同时具备良好的低温存储稳定性，液晶介质优选具有向列相，它在至少-20℃到70℃，更优选从-30℃到75℃，最优选从-30℃到80℃和特别地从-40℃到100℃的温度范围内是稳定的。
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：
（1）占所述液晶组合物总重量14%-30%的通式（I）的化合物
（2）占所述液晶组合物总重量2%-10%的通式（II）的化合物
（3）占所述液晶组合物总重量10%-50%的选自由通式（IIIa）~（IIId）的化合物组成的组的一种或多种化合物
（4）占所述液晶组合物总重量5%-50%的通式（Ⅳ）的化合物
以及
（5）占所述液晶组合物总重量2%-20%的通式（Ⅴ）的化合物
其中：
R11、R21~R22、R31~R34、R41~R42、R51~R52可以相同或不同，彼此独立地选自由H、卤素、C1～C7的烷基或烷氧基和C2～C7的烯基或烯氧基组成的组；
X1~X3、Y1~Y9、Z1~Z2可以相同或不同，彼此独立地为H或F；其中，Y2、Y8还可以为C1～C7的烷基或烷氧基；
n和m彼此独立地为0，1或2。
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15%-25%；所述通式（II）的化合物占所述液晶组合物总重量的3%-8%；所述通式（III）的化合物占所述液晶组合物的总重量的20%-40%；所述通式（Ⅳ）的化合物占所述液晶组合物的总重量的20%-40%；以及所述通式（Ⅴ）的化合物占所述液晶组合物的总重量的5%-15%。
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，
所述R11选自由C1～C5的烷基或烷氧基和C2～C5的烯基或烯氧基组成的组。
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，
所述R22选自由C1～C5的烷基或烷氧基和C2～C5的烯基或烯氧基组成的组。
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，
所述R31~R34选自由C1～C5的烷基或烷氧基和C2～C5的烯基或烯氧基组成的组。
在本发明的实施方案中，优选的所述通式（Ⅳ）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，
所述R42选自由C1～C5的烷基或烷氧基和C2～C5的烯基或烯氧基组成的组。
在本发明的实施方案中，优选的所述通式（Ⅴ）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，
所述R51选自由C1～C5的烷基或烷氧基和C2～C5的烯基或烯氧基组成的组。
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：
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：
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：
所述通式（Ⅳ）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：
所述通式（Ⅴ）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：
本发明还提供一种有源矩阵显示器，所述液晶显示器件包含本发明所述的液晶组合物。
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，具有良好的平坦的介电各向异性频率依赖性，从而表现在，液晶组合物的电压随频率的依赖性降低，提高液晶显示器的稳定性，使用环境范围更加宽广。
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。
附图说明
图1是实施例1与对比例1的低温-电压频率依赖性图；
图2是实施例2与对比例2的低温-电压频率依赖性图。
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：
Δn 光学各向异性（589nm，20℃）
Δε 介电各向异性（1KHz，25℃）
Cp（℃）： 清亮点（向列-各向同性相转变温度）
Vth 饱和电压=在90%相对对比度时的特征电压（常白模式）
Vsat 阈值电压=在10%相对对比度时的特征电压（常白模式）
γ1 扭转粘度（mPa*s，在20℃下）
K11 弹性常数（“斜展”，在20℃下的pN）
K22 弹性常数（“扭曲”，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）
其中，折射率各向异性使用阿贝折光仪在钠光灯（589nm）光源下、20℃测试得；介电测试盒为TN90型，盒厚7μm。
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，也可以藉由适当组合有机合成化学中的方法来进行合成。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。关于向起始原料中引入目标末端基团、环结构及结合基团的方法，记载在有机合成（Organic Syntheses，John Wiley&Sons，Inc）、有机反应（Organic Reactions，John Wiley&Sons，Inc）、综合有机合成（Comprehensive OrganicSynthesis，Pergamon Press）、新实验化学讲座（丸善株式会社）等出版物中。
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
表4电压-常温/低温频率依赖性参数
实施例1与对照例1组合物的常规性能参数相同，但是组分不同，且各组分所占重量比也不同，从而导致频率依赖性的差距。常温下，实施例1与对照例1的频率依赖性相似，但低温下，实施例1与对照例1的频率依赖性差距明显，实施例1具有明显优势的电压频率依赖性。
对照例2
按表5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5液晶组合物配方及其测试性能
实施例2
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
表7电压-常温/低温频率依赖性参数
实施例2与对照例2组合物的常规性能参数相同。由于组合物的组分及重量比的差距，在常温下，实施例2与对照例2的频率依赖性相似，但低温下，实施例2的电压频率依赖性明显优于对照例2。
Claims (10)
1.一种用于有源矩阵液晶显示器的液晶组合物，其特征在于，所述液晶组合物包括：
（1）占所述液晶组合物总重量14%-30%的通式I的化合物
（2）占所述液晶组合物总重量2%-10%的通式II的化合物
（3）占所述液晶组合物总重量10%-50%的选自由通式IIIa~IIId的化合物组成的组的一种或更多种化合物
（4）占所述液晶组合物总重量5%-50%的通式Ⅳ的化合物
（5）占所述液晶组合物总重量2%-20%的通式Ⅴ的化合物
其中：
R11、R21~R22、R31~R34、R41~R42、R51~R52可以相同或不同，彼此独立地选自由H、卤素、C1～C7的烷基或烷氧基和C2～C7的烯基或烯氧基组成的组；
X1~X3、Y1~Y9、Z1~Z2可以相同或不同，彼此独立地为H或F；其中，Y2、Y8还可以为C1～C7的烷基或烷氧基；
其中，
还可以为
n和m彼此独立地为0，1或2。
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15%-25%；所述通式II的化合物占所述液晶组合物总重量的3%-8%；所述通式III的化合物占所述液晶组合物的总重量的20%-40%；所述通式Ⅳ的化合物占所述液晶组合物的总重量的20%-40%；以及所述通式Ⅴ的化合物占所述液晶组合物的总重量的0%-15%。
3.根据权利要求2所述的液晶组合物，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，
所述R11选自由C1～C5的烷基或烷氧基和C2～C5的烯基或烯氧基组成的组。
4.根据权利要求2所述的液晶组合物，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，
所述R22选自由C1～C5的烷基或烷氧基和C2～C5的烯基或烯氧基组成的组。
5.根据权利要求2所述的液晶组合物，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，
所述R31~R34选自由C1～C5的烷基或烷氧基和C2～C5的烯基或烯氧基组成的组。
6.根据权利要求2所述的液晶组合物，其特征在于，所述通式Ⅳ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，
所述R42选自由C1～C5的烷基或烷氧基和C2～C5的烯基或烯氧基组成的组。
7.根据权利要求2所述的液晶组合物，其特征在于，所述通式Ⅴ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：
以及
其中，
所述R51选自由C1～C5的烷基或烷氧基和C2～C5的烯基或烯氧基组成的组。
8.根据权利要求3-7中任一项所述的液晶组合物，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更多种的化合物：
所述通式Ⅱ的化合物选自由如下化合物组成的组中一种或更多种的化合物：
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更多种的化合物：
以及
所述通式Ⅳ的化合物选自由如下化合物组成的组中一种或更多种的化合物：
所述通式Ⅴ的化合物选自由如下化合物组成的组中一种或更多种的化合物：
9.根据权利要求8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3%的化合物Ⅱ-1-1；
占所述液晶组合物总重量7%的化合物Ⅳ-1-1；
占所述液晶组合物总重量7%的化合物IIIb-1-1；
占所述液晶组合物总重量8%的化合物IIIb-1-2；
占所述液晶组合物总重量3%的化合物IIIa-1-1；
占所述液晶组合物总重量7%的化合物IIIa-1-2；
占所述液晶组合物总重量6%的化合物IIIc-1-1；
占所述液晶组合物总重量5%的化合物IIIc-1-2；
占所述液晶组合物总重量6%的化合物Ⅴ-3-2；
占所述液晶组合物总重量10%的化合物IIIb-2-1；
占所述液晶组合物总重量11%的化合物Ⅳ-2-1；
占所述液晶组合物总重量11%的化合物IIIb-2-2；
占所述液晶组合物总重量8%的化合物I-2-1；以及
占所述液晶组合物总重量8%的化合物I-1-1，
或者，所述液晶组合物包括：
占所述液晶组合物总重量4%的化合物Ⅱ-1-2；
占所述液晶组合物总重量2%的化合物IIId-2-2；
占所述液晶组合物总重量6%的化合物IIId-1-2；
占所述液晶组合物总重量4%的化合物IIId-1-1；
占所述液晶组合物总重量10%的化合物IIIb-1-2；
占所述液晶组合物总重量8%的化合物IIIc-1-1；
占所述液晶组合物总重量8%的化合物IIIc-1-2；
占所述液晶组合物总重量5%的化合物IIIc-1-3；
占所述液晶组合物总重量14.5%的化合物IIIb-2-1；
占所述液晶组合物总重量16.5%的化合物Ⅳ-2-1；
占所述液晶组合物总重量18%的化合物I-2-1；以及
占所述液晶组合物总重量4%的化合物I-2-2。
10.一种有源矩阵显示器，所述液晶显示器件包含权利要求1-9中任一项所述的液晶组合物。
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