CN102911673A - 液晶组合物及包含该组合物的电光显示器件 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于有源矩阵寻址的电光显示器件的液晶组合物及其应用，该液晶组合物包括：占所述液晶组合物总重量10%-30%的通式（Ⅰ）的化合物；5%-30%的通式（Ⅱ）的化合物；10%-40%的通式（Ⅲ）的化合物；以及10%-60%的通式（Ⅳ）的化合物。本发明的液晶组合物具有较快的响应速度和良好的低温存储稳定性。本发明还提供包含该液晶组合物的有源矩阵寻址的电光显示器件。
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用途，和设计包含此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在电池中产生短寻址时间、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的最宽可能范围中具有合适的结晶相，例如对于上述电池的向列型或胆甾型介晶相。由于液晶通常作为多种组分的混合物使用，重要的是各组分容易彼此混溶。
对于液晶显示器（LCD），特别是矩阵类型的液晶显示器存在巨大的需求，其在宽的工作温度范围内同时具有非常高的电阻率，甚至在低温和低阈值电压下也具有短的响应时间。特别地，需要用于扭转向列（TN）显示单元（cell）的LC介质，其在单元中促成了以下优点：
-扩展了向列相的范围（特别地延伸到低温）；
-在极端温度下（室外用途、汽车、航空电子）切换的能力；
-增强了耐紫外辐射性（更长的产品寿命）。
对于电视盒显示器应用而言，需要具有快速响应时间和低的阈值电压，并具有良好的低温稳定性（LTS）的LC介质。并且，根据可切换LC层的厚度，可能需要适度的或相当高的双折射。
特别是OCB模式用于电视中应用的LCD，并且OCB模式预计应用于汽车和其他移动应用所使用的显示器。根据本发明的液晶优选用作这些类型的显示器中。
根据本发明的显示器优选由有源矩阵（有源矩阵LCD：AMD），优选地由薄膜晶体管（TFT）的矩阵来寻址。然而，本发明的液晶也能够有利地应用在采用已知的其他寻址手段的显示器中。
用于LCD和特别地用于OCB显示器的液晶组合物从如JP2001-72977(A)和JP2003-327964(A)中获知。然而这些组合物就他们的物理性能而言有重大缺点。在其他不足之中，它们中的大多数会导致不理的LCD性能，例如，长的响应时间，具有太低的电阻率和/或窄的操作温度范围。
因而，具有对于实际应用而言合适性能的液晶介质存在显著的需求，上述合适的性能为，例如，宽的向列相范围，适当高的向列-各项同性转变温度（澄清点），高的光学各向异性，根据所用的显示方式，相对高的介电各向异性和特别低的粘度。
本发明所涉及的液晶组合物的目标特别为TFT型有源矩阵液晶显示器，其避免了上述缺点或者能够减轻上述缺点对TFT型有源矩阵显示器的危害，并且优选同时有非常高的电阻率、低的阈值电压、低的旋转粘度、具有高澄清点和宽的向列相范围、改进的LTS和快速切换时间。通式通过调整组分，可以优化液晶的低温存储性能，本组合物发明具有极其优良的低温存储稳定性能，液晶在低温环境能够正常工作。
发明内容
本发明通过联苯型液晶结构中增加茚环，同时适当氟代，达到良好的低温互溶性和大的介电各向异性，配合一种中等极性的小粘度单体，来弥补粘度大的缺点。同时为完成本发明，在以上所述的液晶组合物中添加一种强极性类液晶化合物和另一种低粘度中性液晶化合物，形成特有的组合物，此组合物适用于混晶中，能够显著地提升液晶的低温互溶性，介电各向异性。
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10%-30%的通式（Ⅰ）的化合物
（2）占所述液晶组合物总重量5%-30%的通式（Ⅱ）的化合物
（3）占所述液晶组合物总重量10%-40%的通式（Ⅲ）的化合物
（4）占所述液晶组合物总重量10%-60%的通式（Ⅳ）的化合物
其中：
R1~R7可以相同或不同，彼此独立地选自由H、卤素、C1～C7的烷基或烷氧基和被卤代或未被取代的C2～C7的烯基组成的组；
X1~X5可以相同或不同，彼此独立地为H或F；
Z1、Z2可以相同或不同，彼此独立地选自由-CH2CH2-、-COO-、-O-CO-、-CF2O-、-OCF2-、-CH=CH-、-CH=CF-、-CF2CF2-和单键组成的组；
m，n可以相同或不同，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10%-25%；所述通式（II）的化合物占所述液晶组合物总重量的5%-20%；所述通式（III）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（Ⅳ）的化合物占所述液晶组合物的总重量的20%-50%。
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R2选自由H、F、C1～C5的烷基或烷氧基和被卤代或未被取代的C2～C5的烯基组成的组。
在本发明的实施方案中，优选的所述R3选自由C1～C5的烷基或烷氧基和C2～C5的烯基组成的组。
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R4选自由C1～C5的烷基或烷氧基和C2～C5的烯基组成的组。
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R6选自由C1～C5的烷基或烷氧基和C2～C5的烯基组成的组。
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：
本发明还提供包含本发明的液晶组合物的有源矩阵寻址的电光显示器件。
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，具有高的光学各向异性和介电各向异性、快的响应时间以及低温存储稳定性。
如上所述，本发明的液晶组合物，具有高的光学各向异性和介电各向异性、较低的旋转粘度、较快的响应速度以及低温存储稳定性。
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，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：
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）
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）
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。
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，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（OrganicReactions，John Wiley&Sons，Inc）、综合有机合成（Comprehensive Organic Synthesis，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
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
两个应用实施例液晶组合物，与对照例相比，光学各向异性更大并且介电各向异性更大，同时旋转粘度仍然较低，尤其具有优异的低温存储稳定性，液晶的应用温度范围更宽。
Claims (9)
1.一种液晶组合物，包括：
（1）占所述液晶组合物总重量10%-30%的通式（Ⅰ）的化合物
（2）占所述液晶组合物总重量5%-30%的通式（Ⅱ）的化合物
（3）占所述液晶组合物总重量10%-40%的通式（Ⅲ）的化合物
（4）占所述液晶组合物总重量10%-60%的通式（Ⅳ）的化合物
其中：
R1~R7可以相同或不同，彼此独立地选自由H、卤素、C1～C7的烷基或烷氧基和被卤代或未被取代的C2～C7的烯基组成的组；
X1~X5可以相同或不同，彼此独立地为H或F；
Z1、Z2可以相同或不同，彼此独立地选自由-CH2CH2-、-COO-、-O-CO-、-CF2O-、-OCF2-、-CH=CH-、-CH=CF-、-CF2CF2-和单键组成的组；
可以相同或不同，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。
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10%-25%；所述通式（II）的化合物占所述液晶组合物总重量的5%-20%；所述通式（III）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（Ⅳ）的化合物占所述液晶组合物的总重量的20%-50%。
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R2选自由H、F、C1～C5的烷基或烷氧基和被卤代或未被取代的C2～C5的烯基组成的组。
4.根据权利要求2所述的液晶组合物，其特征在于，所述R3选自由C1～C5的烷基或烷氧基和C2～C5的烯基组成的组。
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R4选自由C1～C5的烷基或烷氧基和C2～C5的烯基组成的组。
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：
以及
其中，
所述R6选自由C1～C5的烷基或烷氧基和C2～C5的烯基组成的组。
7.根据权利要求3-6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：
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：
8.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5%的化合物III-8-2；
占所述液晶组合物总重量3%的化合物III-7-1；
占所述液晶组合物总重量5%的化合物III-1-1；
占所述液晶组合物总重量5%的化合物III-1-2；
占所述液晶组合物总重量40%的化合物Ⅳ-1-1；
占所述液晶组合物总重量6%的化合物I-1-3；
占所述液晶组合物总重量6%的化合物I-1-8；
占所述液晶组合物总重量7%的化合物I-1-1；
占所述液晶组合物总重量4%的化合物III-3-2；
占所述液晶组合物总重量6.5%的化合物III-4-2；
占所述液晶组合物总重量6%的化合物III-4-1；
占所述液晶组合物总重量4%的化合物II-1-1；以及
占所述液晶组合物总重量2.5%的化合物II-1-2，
或者，所述液晶组合物包括：
占所述液晶组合物总重量5%的化合物III-8-2；
占所述液晶组合物总重量3%的化合物III-7-1；
占所述液晶组合物总重量5%的化合物III-1-1；
占所述液晶组合物总重量5%的化合物III-1-2；
占所述液晶组合物总重量40%的化合物Ⅳ-1-1；
占所述液晶组合物总重量6%的化合物I-1-4；
占所述液晶组合物总重量6%的化合物I-2-3；
占所述液晶组合物总重量7%的化合物I-2-6；
占所述液晶组合物总重量4%的化合物III-3-2；
占所述液晶组合物总重量6.5%的化合物III-4-2；
占所述液晶组合物总重量6%的化合物III-4-1；
占所述液晶组合物总重量4%的化合物II-1-1；以及
占所述液晶组合物总重量2.5%的化合物II-1-2。
9.一种包含如权利要求1-8之一的液晶组合物的有源矩阵寻址的电光显示器件。
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