CN102899050B - 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，包括，以所述液晶组合物总重量计，5%-30%的通式（I）的化合物；10%-30%的通式（Ⅱ）的化合物；5%-40%的通式（Ⅲ）的化合物；10%-40%的通式（IV）的化合物；以及10%-50%的通式（V）的化合物。本发明的液晶组合物具有陡峭的电光曲线、快的低温响应、电压良好的频率依赖性和温度依赖性。本发明还提供包含该液晶组合物的液晶显示器件。
Description
技术领域
本发明涉及液晶组合物，涉及其用于电光学目的的用途，和涉及包含所述液晶组合物的电光学显示器件。
背景技术
液晶材料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的稳定性。此外，液晶材料应当具有低粘度和短的寻址时间、低阈值电压和高对比度。
此外，它们应当在通常的操作温度下，即在室温以上和以下最宽的可能范围中具有合适的液晶相，例如向列相或胆甾相。由于液晶通常是由多种组分混合组成，因此各组分间需要容易彼此混溶。
对于STN显示器和标准TN显示器而言，它们的区别在于STN显示器有更加陡峭的电光曲线，以及较高的寻址路数，例如32-64路或者更高。就对比度来说，由于较好的暗态透过率，TN显示器的对比度通常要更高一些，而对比度的角度依赖性则要低于具有低的寻址路数，例如低于32路的STN显示器。
特别理想的是具有非常短的响应时间的TN和STN显示器，尤其还在较低温度下。为了实现短的响应时间，液晶混合物的旋转粘度迄今已经通过主要使用一些特殊的低熔点化合物来优化。
为了在根据本发明的显示器中实现陡峭的电光学特征线，该液晶混合物应该具有对于弹性系数之间的比率K33／K11来说的较大值和对于Δε/ε┴来说的较小值，其中Δε是介电各向异性和ε┴是与纵向分子轴垂直的介电常数。
除了对比度和响应时间的优化外，进一步要求组合物具有高的长期化学稳定性，阈值电压的低频率和温度依赖性等。目前所实现的参数组合迄今仍然是远远不够的，尤其对于高-多路寻址的STN显示器而言。这部分归因于以下事实，即各种要求是以相反的方式受到材料参数的影响。
因此对于具有满足上述要求的短的响应时间，同时具有大的工作范围、高的电光曲线陡峭度、对比度的良好角度依赖性和低阈值电压的液晶混合物，尤其是用于中和低的多路寻址的STN显示器的液晶组合物，继续有巨大需求。
WO01/64814公开了含有末端具有链烯基的化合物和末端具有4-氰基-3-氟苯基或4-氰基-3,5-二氟苯基的化合物的STN显示器。然而，这些混合物的光电曲线陡峭度和电压的温度及频率依赖性对于某些应用场合来说仍然是不能令人满意的。
因此，本发明的目的是提供用于液晶显示器，特别是TN和STN显示器中的液晶混合物，其不具有上述缺点或仅仅在较低程度上具有上述缺点，其具有陡峭的电光曲线、快的低温响应时间、电压良好的温度依赖性和频率依赖性。
发明内容
本发明通过使用向列型液晶混合物，使之达到陡峭的电光曲线，快的低温响应时间，电压良好的温度依赖性和频率依赖性。
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5%-30%的通式（I）的化合物
（2）占所述液晶组合物总重量10%-30%的通式（Ⅱ）的化合物
（3）占所述液晶组合物总重量5%-40%的通式（Ⅲ）的化合物
（4）占所述液晶组合物总重量10%-40%通式（IV）的化合物
以及
（5）占所述液晶组合物总重量10%-50%通式（Ⅴ）的化合物
其中：
R1~R8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~X4可以相同或不同，彼此独立地为H或F；
Z1选自由-CH2CH2-、-COO-、-O-CO-、-CF2O-、-CH=CH-、-C≡C-、-CH=CF-、-CF2CF2-、-CF=CF-和单键组成的组；
彼此独立地为其中，中的一个或更多个CH2可以彼此独立地被O替代，中的一个或更多个CH可以彼此独立地被N替代，且中的一个或更多个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、1或2。
在一些优选的实施方案中，所述R1~R8选自由H、F、C1～5的烷基或烷氧基和C2～C5的烯基或烯氧基组成的组；
所述Z1选自由-COO-、-O-CO-、-CH=CH-、-C≡C-、-CF2CF2-、-CF=CF-和单键组成的组；
所述彼此独立地选自由和组成的组。
在一些优选的实施方案中，所述通式（I）的化合物占所述液晶组合物总重量的5%-20%；所述通式（II）的化合物占所述液晶组合物总重量的5%-25%；所述通式（III）的化合物占所述液晶组合物总重量的5%-35%；所述通式（IV）的化合物占所述液晶组合物总重量15%-40%；以及所述通式（Ⅴ）的化合物占所述液晶组合物总重量10%-40%。
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：
以及
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：
以及
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：
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多种的化合物：
以及
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
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陡峭的电光曲线、快的低温响应时间、电压良好的温度依赖性和频率依赖性。
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。
附图说明
图1为实施例1与对比例1在不同温度下的Vth图
图2为实施例1与对比例1在低温-30℃下不同频率下的Vth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。
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 阈值电压=在90%相对对比度时的特征电压（常白模式）
Vsat 饱和电压=在10%相对对比度时的特征电压（常白模式）
S 陡度（Vsat／Vth）
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）
η 体粘度（mPa*s，在20℃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。
光电测试盒为240°扭曲，常白模式，Δn*d=0.83~0.85μm，d/p=0.53，d为盒厚，p为液晶组合物螺距。
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
该液晶组合物与对照例相比，具有高的清亮点和陡度、低的阈值电压和粘度，其优点在于快的响应速度、良好的陡度、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，具有高的清亮点和光学各向异性、低的阈值电压和粘度，其优点在于快的响应速度、良好的陡度、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，具有高的清亮点和陡度、低的粘度，其优点在于快的响应速度、良好的陡度、适用于显示器件中。
对照实施例1与对比例1，测定不同温度下的Vth，其结果如图1。
对照实施例1与对比例1，测定低温-30℃下不同频率下的Vth，其结果如图2。
清晰可知，与对比例1相比较，实施例1具有显著较低的阈值电压对温度及频率依赖性。
Claims (5)
1.一种液晶组合物，所述液晶组合物由以下化合物组成：
(1)占所述液晶组合物总重量5％-20％的通式(I)的化合物
(2)占所述液晶组合物总重量10％-25％的通式(Ⅱ)的化合物
(3)占所述液晶组合物总重量5％-35％的通式(Ⅲ)的化合物
(4)占所述液晶组合物总重量15％-40％的通式(IV)的化合物
以及
(5)占所述液晶组合物总重量10％-40％的通式(V)的化合物
其中：
R1～R8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～X4可以相同或不同，彼此独立地为H或F；
Z1选自由-CH2CH2-、-COO-、-O-CO-、-CF2O-、-CH＝CH-、-C≡C-、-CH＝CF-、-CF2CF2-、-CF＝CF-和单键组成的组；
彼此独立地为或其中，中的一个或更多个CH2可以彼此独立地被O替代，中的一个或更多个CH可以彼此独立地被N替代，且中的一个或更多个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、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R1～R8选自由H、F、C1～C5的烷基或烷氧基和C2～C5的烯基或烯氧基组成的组；
所述Z1选自由-COO-、-O-CO-、-CH＝CH-、-C≡C-、-CF2CF2-、-CF＝CF-和单键组成的组；
所述彼此独立地选自由和组成的组。
3.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)的化合物选自由如下化合物组成的组中一种或多种的化合物：
以及
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：
以及
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：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多种的化合物：
以及
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
4.根据权利要求3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4％的化合物Ⅳ-5；
占所述液晶组合物总重量4％的化合物Ⅳ-4；
占所述液晶组合物总重量3％的化合物Ⅳ-6；
占所述液晶组合物总重量2％的化合物Ⅳ-7；
占所述液晶组合物总重量5％的化合物Ⅳ-19；
占所述液晶组合物总重量5％的化合物III-1；
占所述液晶组合物总重量19％的化合物III-3；
占所述液晶组合物总重量4％的化合物V-13；
占所述液晶组合物总重量8％的化合物V-5；
占所述液晶组合物总重量5％的化合物V-2；
占所述液晶组合物总重量7％的化合物V-8；
占所述液晶组合物总重量6％的化合物II-1；
占所述液晶组合物总重量6％的化合物II-2；
占所述液晶组合物总重量5％的化合物II-4；
占所述液晶组合物总重量12％的化合物I-1；以及
占所述液晶组合物总重量5％的化合物III-2，
或者，所述液晶组合物包括：
占所述液晶组合物总重量2％的化合物Ⅳ-4；
占所述液晶组合物总重量2％的化合物Ⅳ-6；
占所述液晶组合物总重量11％的化合物Ⅳ-7；
占所述液晶组合物总重量5％的化合物Ⅳ-19；
占所述液晶组合物总重量5％的化合物III-1；
占所述液晶组合物总重量15％的化合物III-3；
占所述液晶组合物总重量5％的化合物V-13；
占所述液晶组合物总重量4％的化合物V-2；
占所述液晶组合物总重量6％的化合物V-8；
占所述液晶组合物总重量6％的化合物II-1；
占所述液晶组合物总重量6％的化合物II-2；
占所述液晶组合物总重量5％的化合物II-4；
占所述液晶组合物总重量12％的化合物I-1；
占所述液晶组合物总重量5％的化合物III-2；以及
占所述液晶组合物总重量11％的化合物Ⅳ-10，
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Ⅳ-7；
占所述液晶组合物总重量5％的化合物III-1；
占所述液晶组合物总重量5％的化合物III-3；
占所述液晶组合物总重量5％的化合物V-5；
占所述液晶组合物总重量14％的化合物V-2；
占所述液晶组合物总重量5％的化合物V-8；
占所述液晶组合物总重量6％的化合物II-1；
占所述液晶组合物总重量6％的化合物II-2；
占所述液晶组合物总重量6％的化合物II-4；
占所述液晶组合物总重量8％的化合物I-1；
占所述液晶组合物总重量15％的化合物Ⅳ-10；以及
占所述液晶组合物总重量10％的化合物V-4。
5.一种液晶显示器件，所述液晶显示器件包含权利要求1-4的液晶组合物。
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