CN103205262B - 液晶组合物及液晶显示器件 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种液晶组合物，所述液晶组合物包括至少一种通式I的化合物；至少一种占所述液晶组合物总重量5-75%的通式Ⅱ的极性化合物：至少一种占所述液晶组合物总重量0-25%的通式Ш的化合物：以及至少一种占所述液晶组合物总重量5-75%的通式Ⅳ的化合物。本发明的液晶组合物具有光学各向异性大、粘度小、低温稳定性好、对紫外线的稳定性高以及对热稳定性高的特性，可用于AM元件，具有相应时间短、对比度大以及寿命长等特性。本发明还提供包含该液晶组合物的有源矩阵液晶显示器件。

Description

液晶组合物及液晶显示器件
技术领域
本发明涉及一种液晶组合物，特别涉及具有光学各向异性大、粘度小、低温稳定性好、对紫外线的稳定性高以及对热稳定性高的液晶组合物。本发明还涉及包括该液晶组合物的液晶显示器件。 
背景技术
液晶材料是一种介于固相和液相之间的液晶相物质，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。基于液晶的电光学器件是本领域技术人员所公知的，其中可以包含各种效应。这类器件的实例是具有动态散射的液晶盒、DAP（配向相变形）液晶盒、宾/主型液晶盒、具有扭曲向列结构的TN盒、STN（超扭曲向列）液晶盒、SBE（超双折射效应）液晶盒和OMI（光膜干涉）液晶盒。最常见的显示器基于Schadt-Helfrich效应并具有扭曲向列结构。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。特别的，TN、STN和IPS液晶盒，尤其是TN和IPS液晶盒是本发明的介质的目前具有商业意义的应用领域。 
液晶材料必须具有良好的化学和热稳定性和良好的对电场和电磁辐射的稳定性。此外，液晶材料应该具有低粘度并在液晶盒内产生短寻址时间、低阈值电压和高对比度。对于液晶显示器来说，具有热稳定性、良好介电性质以及较低粘度的液晶化合物与液晶介质是符合目前需求的。 
组合物的光学各向异性与元件的对比度相关联。为了使液晶显示元件的对比度比最大化，可将液晶组合物的光学异向性（Δn）与液晶层的厚度（d）的乘积值（Δn*d）设定为固定值的方式进行设计。适当的积值依赖于运作模式的种类。如TN模式的元件的适当值约为0.45μm。该情形时，对于液晶层厚度较小的元件而言，较好的是光学各向异性大的组合物。组合物的大的介电各向异性有助于使元件具有低的临界电压，小的消耗功率及大的对比度。因此，较好的是大的介电各向异性。组合物的电阻率大有助于使元件具有大的电压保持率及大的对比度。因此，较好的是在初始阶段不仅是在室温下、并且在高温下亦具有较大电阻率的组合物。较好的是长时间使用后不仅在室温下、而且在高温下亦具有较大电阻率的组合物。组合物对紫外线及热的稳定性与液晶显示元件的寿命有关。上述稳定性高时，该元件的寿命长。此种特性对于液晶投影仪，液晶电视等中所使用的AM元件而言是较好的。 
较理想的AM元件是具有可使用的温度范围广、响应时间短、对比度大、临界电压低、 电压保持率大、寿命长等特性，较理想的是响应时间甚至短于1毫秒。因此，组合物的特性较理想的是向列相的上限温度高、向列相的下限温度低、粘度小、光学各向异性大、介电常数各向异性大、电阻率大、对紫外线的稳定性高、对热的稳定性高等。 
单一的液晶化合物通常难以发挥其特性，通常将其与其他多种液晶化合物混合配制成组合物。所以我们急需一种具有上述优点的液晶组合物，在中国公开号CN1823151A中提及的化合物配制到液晶组合物中，能够得到较优的特性，其结构如下： 
但是在该专利申请中所提及的化合物介电各向异性仍不够大。 
在欧洲公开号EP2292720A1中的发明结构如下： 
但在此文献中所提及的化合物尚不能单独达到本发明的要求。 
本发明的目的是提供一种液晶组合物，其具备具向列相的上限温度高、向列相的下限温度低、粘度小、光学各向异性大、介电各向异性大、电阻率大、对紫外线的稳定性高、对热的稳定性高等特性中的至少一种特性。该液晶组合物可应用于AM元件中，使该AM元件具有响应时间短、电压保持率大、对比度大、寿命长等特性。 
发明内容
本发明的一个方面提供一种液晶组合物，包括： 
至少一种占所述液晶组合物1-30%的通式I的化合物： 
至少一种占所述液晶组合物总重量5-75%的通式Ⅱ的极性化合物： 
至少一种占所述液晶组合物总重量0-25%的通式Ш的化合物： 
和 
至少一种占所述液晶组合物总重量5-75%的通式Ⅳ的化合物： 
其中， 
R1、R2、R3、R4、R5和R6相同或不同，各自独立地选自由碳原子数为1-15的烷基或烷氧基和碳原子数为2-15的烯基或烯氧基组成的组； 
L1、L2、L3和L4相同或不同，各自独立地为H或F，且L1和L2中至少一个为F； 
相同或不同，各自独立地选自由 组成的组，其中，中的一个或多个H可以彼此独立地被F取代；相同或不同，各自独立地选自由组成的组，其中，中的一个或多个H可以彼此独立地被F取代； 
X表示F、Cl、CN、或碳原子数为1至5的氟代烷基或氟代烷氧基； 
Z1、Z2、Z3、Z4和Z5相同或不同，各自独立地选自由碳碳单键、-COO-、-OCO-、-CF2O-、-CH2O-、-CH2CH2-、-CF2CH2-、-CF＝CF-、-CH＝CH-、-CH＝CF-、-C2F4-、-(CH2)4-、-(CF2)4-、-OCF2CF2O-、-CF2CF2CF2O-、-CH2CH2CF2O-、-OCH2CF2O-、-OCF2CH2O-、-CH2CF2OCH2-、-CH＝CHCF2O-、-CF2OCH＝CH-、-CF2OCF＝CH-、-CF2OCH＝CF-、-CF＝CFCF2O-、-CF2OCF＝CF-、-C2H4OCH2-、-CH＝CHCH2CH2-、-CH2CH＝CHCH2-、-OCH2CH2CH2-、-CF＝CF-CF＝CF-、-C≡C-、-C≡C-CF＝CF-、-C≡C-CF＝CF-C≡C-、-CF＝CF-C≡C-CF＝CF-、和-C≡C-CF2O-组成的组； 
a、b和c相同或不同，各自独立地表示0、1或2。 
本发明所述液晶组合物包括至少两种所述通式I的化合物，占所述液晶组合物总重量的2-30％，或所述的液晶组合物仅包括一种所述通式I的化合物，占所述液晶组合物总重量的1-8％。 
在本发明的实施方案中，所述通式I的化合物选自由通式I-1的化合物组成的组中一种或多种化合物： 
其中， 
所述R1选自由碳原子数为1-7的烷基或烷氧基和碳原子数为2-7的烯基或烯氧基组成的组。 
在本发明的实施方案中，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化合物： 
以及 
其中， 
所述R2选自由碳原子数为1-7的烷基或烷氧基和碳原子数为1-7的烯基或烯氧基组成的组。 
在本发明的实施方案中，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化合物： 
以及 
其中， 
所述R3和所述R4相同或不同，各自独立地表示碳原子数为1-7的烷基或烷氧基、或碳原子数为2-7的烯基。 
在本发明的实施方案中，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化合物： 
以及 
其中， 
所述R5选自由碳原子数为1-7的烷基和碳原子数为1-7的烷氧基组成的组。 
本发明的另一方面提供一种液晶显示器件，所述液晶显示器件包含本发明的液晶组合物。 
本发明通过对上述化合物进行组合实验，通过与对照的比较，确定了包括上述液晶组合物的液晶介质，具有粘度小、低温稳定性好、对紫外线稳定性高以及对热的稳定性高的特性。 
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。 
为便于表达，以下各实施例中，液晶组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 
以如下结构式的化合物为例： 
该结构式如用表1所列代码表示，则可表达为：nCCGF，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。 
以下实施例中测试项目的简写代号如下： 
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，通式（I-1）、（Ⅱ-12）的化合物和它们的子通式的各个化合物在CN102337139A中已经公开，通式（Ⅱ-13）、（Ⅱ-14）的化合物和它们的子通式的各个化合物在CN102634346A中已经公开，其余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 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。 
表2和表3所列是对照例液晶组合物的成分、配比及填充于液晶显示器两基板之间进行性能测试的测试结果，以便于与说明本发明液晶组合物进行性能对比。 
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1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2液晶组合物配方及其测试性能 
对照例2 
按表3中所列的各化合物及重量百分数配制成对照例2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1 
按表4中所列的各化合物及重量百分数配制成实施例1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 
实施例2 
按表5中所列的各化合物及重量百分数配制成实施例2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 
实施例3 
按表6中所列的各化合物及重量百分数配制成实施例3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 
实施例4 
按表7中所列的各化合物及重量百分数配制成实施例4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 
实施例5 
按表8中所列的各化合物及重量百分数配制成实施例5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 
参照对比例1和2，从以上实施例1、2、3、4和5的测试数据可见，本发明所提供液晶组合物具有粘度小、低温稳定性好、对紫外线的稳定性高、对热的稳定性高等特性中的至少一种更突出的特性，适用于TN、IPS等液晶显示模式。 

Claims (8)

1.一种液晶组合物，包括：
至少一种占所述液晶组合物总重量的1-30％的通式I的化合物：
至少一种占所述液晶组合物总重量20-46％的通式Ⅱ的极性化合物，所述通式II的极性化合物选自以下化合物组成的组：
以及
至少一种占所述液晶组合物总重量0-25％的通式Ш的化合物：
和
至少一种占所述液晶组合物总重量5-75％的通式Ⅳ的化合物：
其中，
R1、R3、R4、R5和R6相同或不同，各自独立地选自由碳原子数为1-15的烷基或烷氧基和碳原子数为2-15的烯基或烯氧基组成的组；
R2选自由碳原子数为1-7的烷基或烷氧基和碳原子数为2-7的烯基或烯氧基组成的组；
L1和L2相同或不同，各自独立地为H或F，且L1和L2中至少一个为F；
相同或不同，各自独立地选自由组成的组，其中，中的一个或多个H可以彼此独立地被F取代；
Z4和Z5相同或不同，各自独立地选自由碳碳单键、-COO-、-OCO-、-CF2O-、-CH2O-、-CH2CH2-、-CF2CH2-、-CF＝CF-、-CH＝CH-、-CH＝CF-、-C2F4-、-(CH2)4-、-(CF2)4-、-OCF2CF2O-、-CF2CF2CF2O-、-CH2CH2CF2O-、-OCH2CF2O-、-OCF2CH2O-、-CH2CF2OCH2-、-CH＝CHCF2O-、-CF2OCH＝CH-、-CF2OCF＝CH-、-CF2OCH＝CF-、-CF＝CFCF2O-、-CF2OCF＝CF-、-C2H4OCH2-、-CH＝CHCH2CH2-、-CH2CH＝CHCH2-、-OCH2CH2CH2-、-CF＝CF-CF＝CF-、-C≡C-、-C≡C-CF＝CF-、-C≡C-CF＝CF-C≡C-、-CF＝CF-C≡C-CF＝CF-、和-C≡C-CF2O-组成的组；
c表示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，所述液晶组合物包括至少两种所述通式I的化合物，且占所述液晶组合物总重量的2-30％。
3.根据权利要求1所述的液晶组合物，其特征在于，所述液晶组合物仅包括一种所述通式I的化合物，且占所述液晶组合物总重量的1-8％。
4.根据权利要求2或权利要求3所述的液晶组合物，其特征在于，所述通式I的化合物选自由通式I-1的化合物组成的组中一种或多种化合物：
其中，
所述R1选自由碳原子数为1-7的烷基或烷氧基和碳原子数为2-7的烯基或烯氧基组成的组。
5.根据权利要求2或权利要求3所述的液晶组合物，其特征在于，所述通式Ш的化合物选自由如下化合物组成的组中一种或多种化合物：
以及
其中，
所述R3和所述R4相同或不同，各自独立地表示碳原子数为1-7的烷基或烷氧基，或碳原子数为2-7的烯基。
6.根据权利要求2或权利要求3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化合物：
以及
其中，
所述R5选自由碳原子数为1-7的烷基和碳原子数为1-7的烷氧基组成的组。
7.根据权利要求4至6中的任一项所述的液晶组合物，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
占所述液晶组合物总重量2％的化合物
占所述液晶组合物总重量2％的化合物
占所述液晶组合物总重量52％的化合物
占所述液晶组合物总重量3％的化合物
占所述液晶组合物总重量6％的化合物
占所述液晶组合物总重量6％的化合物
占所述液晶组合物总重量6％的化合物
占所述液晶组合物总重量4％的化合物
占所述液晶组合物总重量7％的化合物
以及
占所述液晶组合物总重量7％的化合物
或者，所述液晶组合物包含：
占所述液晶组合物总重量2％的化合物
占所述液晶组合物总重量6％的化合物
占所述液晶组合物总重量6％的化合物
占所述液晶组合物总重量6％的化合物
占所述液晶组合物总重量4％的化合物
占所述液晶组合物总重量2％的化合物
占所述液晶组合物总重量34％的化合物
占所述液晶组合物总重量11％的化合物
占所述液晶组合物总重量7％的化合物
占所述液晶组合物总重量4％的化合物
占所述液晶组合物总重量5％的化合物
占所述液晶组合物总重量6％的化合物
以及
占所述液晶组合物总重量7％的化合物
或者，所述液晶组合物包含：
占所述液晶组合物总重量3％的化合物
占所述液晶组合物总重量4％的化合物
占所述液晶组合物总重量4％的化合物
占所述液晶组合物总重量4％的化合物
占所述液晶组合物总重量4％的化合物
占所述液晶组合物总重量2％的化合物
占所述液晶组合物总重量34％的化合物
占所述液晶组合物总重量11％的化合物
占所述液晶组合物总重量6％的化合物
占所述液晶组合物总重量6％的化合物
占所述液晶组合物总重量4％的化合物
占所述液晶组合物总重量5％的化合物
占所述液晶组合物总重量7％的化合物
以及
占所述液晶组合物总重量6％的化合物
或者，所述液晶组合物包含：
占所述液晶组合物总重量7％的化合物
占所述液晶组合物总重量10％的化合物
占所述液晶组合物总重量4％的化合物
占所述液晶组合物总重量4％的化合物
占所述液晶组合物总重量45％的化合物
占所述液晶组合物总重量6％的化合物
占所述液晶组合物总重量6％的化合物
占所述液晶组合物总重量5％的化合物
占所述液晶组合物总重量4％的化合物
占所述液晶组合物总重量4％的化合物
以及
占所述液晶组合物总重量5％的化合物
或者，所述液晶组合物包含：
占所述液晶组合物总重量6％的化合物
占所述液晶组合物总重量9％的化合物
占所述液晶组合物总重量4％的化合物
占所述液晶组合物总重量5％的化合物
占所述液晶组合物总重量3％的化合物
占所述液晶组合物总重量3％的化合物
占所述液晶组合物总重量30％的化合物
占所述液晶组合物总重量8％的化合物
占所述液晶组合物总重量3％的化合物
占所述液晶组合物总重量7％的化合物
占所述液晶组合物总重量5％的化合物
占所述液晶组合物总重量10％的化合物
以及
占所述液晶组合物总重量7％的化合物
8.一种液晶显示器件，包含权利要求1至7中任一项所述的液晶组合物。
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