CN103351881B - 低介电频率依赖性液晶组合物及包含该组合物的pm显示器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种介电频率依赖性低的液晶组合物及其在PM显示器中的应用。所述的液晶组合物包含：占所述液晶组合物总重量35-65%的通式Ⅰ的化合物；占所述液晶组合物总重量5-35%的选自由通式Ⅱ-A、通式Ⅱ-B、通式Ⅱ-C及其组合组成的组的化合物；占所述液晶组合物总重量3-40%的通式Ⅲ的化合物；占所述液晶组合物总重量0-35%的通式Ⅳ的化合物，该组合物具有较大的介电各向异性、极低的阈值电压，低温下的良好的频率依赖性和良好的陡度。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，具体涉及一种介电频率依赖性低的液晶组合物及其在液晶显示器中的应用。
背景技术
对于液晶显示元件来讲，根据元件的驱动方式分为PM（passive matrix，被动矩阵）型和AM（active matrix，主动矩阵）型。PM分为静态（static）和多路（multiplex）等类型，PM包含的显示模式分为PC（phase change，相变）、TN（twist nematic，扭曲向列）、STN（super twisted nematic，超扭曲向列）、ECB（electrically controlled birefringence，电控双折射）、OCB（optically compensated bend，光学补偿弯曲）、IPS（in-plane switching，共面转变）、VA（vertical alignment，垂直配向）等类型。AM分为TFT（thin film transistor，薄膜晶体管）、MIM（metal insulator metal，金属-绝缘层-金属）等类型。液晶显示元件根据光源的类型分为利用自然光的反射型、利用背光的透过型、以及利用自然光和背光两种光源的半透过型。
一般来说，用于显示器件的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，液晶材料应当具有适当低的粘度，低的阈值电压，宽的向列相温度范围，适当的折射各向异性和介电各向异性。然而，众所周知的，液晶材料的上述性能，在不同的温度下、不同频率的电信号下，会发生不同程度的变化乃至劣化。在实际使用中，温度和电信号的变化总是存在着，因此我们迫切的希望液晶材料的性能能够得到优化。
特别的，在使用一些便携式，一体式设备中的显示器件时，有着低功耗、节能的需求，这就要求液晶组合物必须拥有较大的介电各向异性、极低的阈值电压，以降低显示器件的驱动电压。
特别的，当显示器件使用在低温的状态下，液晶组合物由于低温下介电各向异性的频率依赖性的劣化，介电各向异性变得较低，导致液晶组合物的阈值电压升高，光学性能也随之劣化。因此，需求一种介电各向异性在低温下有着良好的频率依赖性的液晶组合物。
特别的，液晶组合物需要拥有良好的陡度以满足多路驱动的需求，例如8～128路的STN驱动。
因此，在液晶材料领域，，需要具有改进性能的新型液晶组合物。特别地，对于许多应用类型而言，液晶组合物需要具有较大的介电各向异性、极低的阈值电压，低温下的良好的频率依赖性和良好的陡度，能够满足上述需求，解决现有技术中存在的问题。
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，提供一种介电频率依赖性低的液晶组合物，特别是用于PM显示器中的液晶组合物，该组合物具有较大的介电各向异性、极低的阈值电压，低温下的良好的频率依赖性和良好的陡度，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，包含：
占所述液晶组合物总重量35-65%的通式Ⅰ的化合物
占所述液晶组合物总重量5-35%的选自由通式II-A、通式II-B、通式II-C及其组合组成的组的化合物
占所述液晶组合物总重量3-40%的通式Ⅲ的化合物
以及
占所述液晶组合物总重量0-35%的通式Ⅳ的化合物
其中，
R1表示碳原子数为1-15的卤代或未被卤代的烷基或烷氧基，或碳原子数为2-15的卤代或未被卤代的烯基或烯氧基，其中，在所述R1中的一个或多个-CH2-基团可以各自独立地被-CH=CH-、-O-、-CH=CF-、-CF=CH-、-CF=CF-、-CO-O-或-O-CO-替代，其前提是氧原子不直接彼此连接；
R2表示碳原子数为1-15的卤代或未被卤代的烷基或烷氧基；
R3和R4可以相同或不同，各自独立地表示H、卤素、具有1-10个碳原子的卤代或未被卤代的烷基或烷氧基、具有2-10个碳原子的卤代或未被卤代的烷烯基或烷氧烯基组成的组，其中，在所述R3和R4中的一个或多个-CH2-基团可以各自独立地被-CH=CH-、-O-、-CH=CF-、-CF=CH-、-CF=CF-、-CO-O-或-O-CO-替代，其前提是氧原子不直接彼此连接；
R5和R6可以相同或不同，各自独立地表示碳原子数为1-10的卤代或未被卤代的烷基或烷氧基，或碳原子数为2-10的卤代或未被卤代的烯基或烯氧基；
L1、L2、L3、L4和Y1可以相同或不同，各自独立地表示H或F；
Z1、Z2和Z3可以相同或不同，分别独立地选自由单键、-O-、-COO-、-OCO-、-C2H4-、-CH2O-、-CH2CH2-、-CH=CH-、-CF=CF-、-CF2O-和-C≡C-组成的组；
和选自由和组成的组，其中所述中的一个或两个不相邻的-CH2-可以被O取代，所述上一个或更多个H可以各自独立地被F取代；
a为0、1或2。
本发明提供的液晶组合物可以还包含：
占所述液晶组合物总重量0-25%的通式Ⅴ的化合物
以及
占所述液晶组合物总重量0-35%的通式Ⅵ的化合物
其中，
R7和R8可以相同或不同，各自独立地表示具有1-10个碳原子的卤代或未被卤代的烷基或烷氧基、具有2-10个碳原子的卤代或未被卤代的烷烯基或烷氧烯基组成的组，其中，在所述R7和R8中的一个或多个-CH2-基团可以各自独立地被-CH=CH-、-O-、-CH=CF-、-CF=CH-、-CF=CF-、-CO-O-或-O-CO-替代，其前提是氧原子不直接彼此连接；
R9和R10可以相同或不同，分别独立地选自由H、卤素、具有1-10个碳原子的卤代或未被卤代的烷基或烷氧基和具有2-10个碳原子的卤代或未被卤代的烷烯基组成的组，其中，在所述R9和R10中的一个或多个-CH2-基团可以各自独立地被-CH=CH-、-O-、-CH=CF-、-CF=CH-、-CF=CF-、-CO-O-或-O-CO-替代，其前提是氧原子不直接彼此连接；
Z4和Z5可以相同或不同，分别独立地选自由单键、-O-、-COO-、-OCO-、-C2H4-、-CH2O-、-CH2CH2-、-CH=CH-、-CF=CF-、-CF2O-和-C≡C-组成的组；
Y2独立地选自H、CH3或F；
和可以相同或不同，分别独立地表示或其中所述中的一个或两个不相邻的-CH2-可以被O取代，所述上一个或更多个H可以各自独立地被F取代；
b为0、1或2。
在本发明的实施方案中，优选所述通式Ⅰ的化合物占所述液晶组合物总重量的40-60%；所述选自由通式Ⅱ-A、通式Ⅱ-B、通式Ⅱ-C及其组合组成的组的化合物占所述液晶组合物总重量的10-30%；所述通式Ⅲ的化合物占所述液晶组合物总重量的5-30%；所述通式Ⅳ的化合物占所述液晶组合物总重量的0-30%；所述通式Ⅴ的化合物占所述液晶组合物总重量的0%-15%；所述通式Ⅵ的化合物占所述液晶组合物总重量的0-30%。
在一些实施方案中，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表示碳原子数为1-7的卤代或未被卤代的烷基或烷氧基，或碳原子数为2-7的卤代或未被卤代的烯基或烯氧基。
在一些实施方案中，所述通式II-A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表示碳原子数为1-7的卤代或未被卤代的烷基或烷氧基。
在一些实施方案中，所述通式II-B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:
在一些实施方案中，所述通式Ⅱ-C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：
在一些实施方案中，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的化合物：
其中，
R3和R4可以相同或不同，各自独立地表示具有1-5个碳原子的卤代或未被卤代的烷基或烷氧基、具有2-7个碳原子的卤代或未被卤代的烷烯基或烷氧烯基组成的组。
在一些实施方案中，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的化合物：
R5和R6可以相同或不同，各自独立地表示碳原子数为1-7的卤代或未被卤代的烷基或烷氧基。
在一些实施方案中，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：
R7和R8可以相同或不同，各自独立地表示具有1-7个碳原子的卤代或未被卤代的烷基或烷氧基。
在一些实施方案中，所述通式VI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，
R9和R10可以相同或不同，分别独立地选自由具有1-7个碳原子的卤代或未被卤代的烷基或烷氧基和具有2-7个碳原子的卤代或未被卤代的烷烯基组成的组。
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，并且具有较大的介电各向异性、极低的阈值电压，低温下的良好的频率依赖性，良好的陡度。
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。
附图说明
图1示出在不同频率和不同温度下，对比例1和实施例1的介电各向异性。
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:nCPEGN，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1，4-亚环己烷基，P代表1，4-亚苯基。
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。
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
实施例6
按表9中所列的各化合物及重量百分数配制成实施例6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
实施例7
按表10中所列的各化合物及重量百分数配制成实施例7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10液晶组合物配方及其测试性能
实施例8
按表11中所列的各化合物及重量百分数配制成实施例8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11液晶组合物配方及其测试性能
实施例9
按表12中所列的各化合物及重量百分数配制成实施例9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12液晶组合物配方及其测试性能
实施例10
按表13中所列的各化合物及重量百分数配制成实施例10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13液晶组合物配方及其测试性能
实施例11
按表14中所列的各化合物及重量百分数配制成实施例11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14液晶组合物配方及其测试性能
实施例12
按表15中所列的各化合物及重量百分数配制成实施例12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15液晶组合物配方及其测试性能
实施例13
按表16中所列的各化合物及重量百分数配制成实施例13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16液晶组合物配方及其测试性能
实施例14
按表17中所列的各化合物及重量百分数配制成实施例14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17液晶组合物配方及其测试性能
实施例15
按表18中所列的各化合物及重量百分数配制成实施例15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18液晶组合物配方及其测试性能
实施例16
按表19中所列的各化合物及重量百分数配制成实施例16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19液晶组合物配方及其测试性能
实施例17
按表20中所列的各化合物及重量百分数配制成实施例18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20液晶组合物配方及其测试性能
将对比例1和实施例1，分别在常温25℃和低温-30℃测试其在不同频率下的介电，可得如表21的数据，并根据数据作图1，由图中看出，低温下实施例1有着更大的介电值，随着频率的变大，其介电的衰减程度较对比例1更缓，且在极高的频率下(5000Hz)依旧能够保持一定的介电，这对于低温下的工作是十分有利的。
表21
参照对比例1和2，从本发明提供的实施例的测试数据可见，本发明所提供液晶组合物具有大的介点各向异性、适当高的光学各向异性、极低的阈值电压、高的清亮点、低的粘度、低温下的良好的频率依赖性等特性中的至少一种更突出的特性，并且拥有良好的陡度以满足多路驱动的需求，适用于TN、STN等液晶显示模式。
Claims (9)
1.一种液晶组合物，由以下通式化合物组成：
占所述液晶组合物总重量35-65％的通式Ⅰ的化合物
占所述液晶组合物总重量5-35％的选自由通式Ⅱ-B、通式Ⅱ-C及其组合组成的组的化合物
占所述液晶组合物总重量3-40％的通式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：
占所述液晶组合物总重量0-35％的通式Ⅳ的化合物
占所述液晶组合物总重量0-25％的通式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
占所述液晶组合物总重量0-35％的通式Ⅵ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：
R1表示碳原子数为1-15的卤代或未被卤代的烷基或烷氧基，或碳原子数为2-15的卤代或未被卤代的烯基或烯氧基，其中，在所述R1中的一个或多个-CH2-基团可以各自独立地被-CH＝CH-、-O-、-CH＝CF-、-CF＝CH-、-CF＝CF-、-CO-O-或-O-CO-替代，其前提是氧原子不直接彼此连接；
R3和R4可以相同或不同，各自独立地表示具有1-5个碳原子的卤代或未被卤代的烷基或烷氧基、具有2-7个碳原子的卤代或未被卤代的烷烯基或烷氧烯基组成的组；
R5和R6可以相同或不同，各自独立地表示碳原子数为1-10的卤代或未被卤代的烷基或烷氧基，或碳原子数为2-10的卤代或未被卤代的烯基或烯氧基；
R7和R8可以相同或不同，各自独立地表示具有1-7个碳原子的卤代或未被卤代的烷基或烷氧基；
R9和R10可以相同或不同，分别独立地选自由具有1-7个碳原子的卤代或未被卤代的烷基或烷氧基和具有2-7个碳原子的卤代或未被卤代的烷烯基组成的组；
L1、L2、L3和L4可以相同或不同，各自独立地表示H或F；
选自由组成的组，其中所述中的一个或两个不相邻的-CH2-可以被O取代，所述上一个或更多个H可以各自独立地被F取代；
a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40-60％；所述选自由通式Ⅱ-B、通式Ⅱ-C及其组合组成的组的化合物占所述液晶组合物总重量的10-30％；所述通式Ⅲ的化合物占所述液晶组合物总重量的5-30％；所述通式Ⅳ的化合物占所述液晶组合物总重量的0-30％；所述通式Ⅴ的化合物占所述液晶组合物总重量的0％-15％；所述通式Ⅵ的化合物占所述液晶组合物总重量的0-30％。
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：
其中，
R1表示碳原子数为1-7的卤代或未被卤代的烷基或烷氧基，或碳原子数为2-7的卤代或未被卤代的烯基或烯氧基。
4.根据权利要求1所述的液晶组合物，其特征在于，所述通式Ⅱ-B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：
5.根据权利要求1所述的液晶组合物，其特征在于，所述通式Ⅱ-C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：
6.根据权利要求1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：
R5和R6可以相同或不同，各自独立地表示碳原子数为1-7的卤代或未被卤代的烷基或烷氧基。
7.根据权利要求1至6中的任一项所述的液晶组合物，其特征在于，所述液晶组合物包含：
占所述液晶组合物总重量5％的化合物3CCEPC2
占所述液晶组合物总重量5％的化合物3CCEPC4
占所述液晶组合物总重量5％的化合物3CCEPC3
占所述液晶组合物总重量5％的化合物3CCEPC5
占所述液晶组合物总重量2％的化合物2PEGN
占所述液晶组合物总重量2％的化合物3PEGN
占所述液晶组合物总重量2％的化合物4PEGN
占所述液晶组合物总重量5％的化合物2CPEGN
占所述液晶组合物总重量5％的化合物3CPEGN
占所述液晶组合物总重量4％的化合物2PEUN
占所述液晶组合物总重量4％的化合物3PEUN
占所述液晶组合物总重量6％的化合物4PEUN
占所述液晶组合物总重量8％的化合物5PEUN
占所述液晶组合物总重量8％的化合物VCUN
占所述液晶组合物总重量8％的化合物VCPN
占所述液晶组合物总重量10％的化合物3CPEUN
占所述液晶组合物总重量8％的化合物VCGN
占所述液晶组合物总重量2％的化合物2PTPO1
占所述液晶组合物总重量6％的化合物4UTPP3
或者，所述液晶组合物包含：
占所述液晶组合物总重量4％的化合物3CCEPC2
占所述液晶组合物总重量5％的化合物3CCEPC4
占所述液晶组合物总重量5％的化合物3CCEPC3
占所述液晶组合物总重量4％的化合物3CCEPC5
占所述液晶组合物总重量2％的化合物2PEGN
占所述液晶组合物总重量2％的化合物3PEGN
占所述液晶组合物总重量2％的化合物4PEGN
占所述液晶组合物总重量4％的化合物2CPEGN
占所述液晶组合物总重量4％的化合物3CPEGN
占所述液晶组合物总重量4％的化合物4CPEGN
占所述液晶组合物总重量4％的化合物2PEUN
占所述液晶组合物总重量6％的化合物3PEUN
占所述液晶组合物总重量6％的化合物4PEUN
占所述液晶组合物总重量10％的化合物5PEUN
占所述液晶组合物总重量8％的化合物VCUN
占所述液晶组合物总重量6％的化合物VCPN
占所述液晶组合物总重量10％的化合物3CPEUN
占所述液晶组合物总重量8％的化合物VCGN
占所述液晶组合物总重量6％的化合物4UTPP3
8.一种液晶组合物，其特征在于，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3CCEPC2
占所述液晶组合物总重量4％的化合物3CCEPC4
占所述液晶组合物总重量4％的化合物3CCEPC3
占所述液晶组合物总重量3％的化合物3CCEPC5
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占所述液晶组合物总重量8％的化合物1VCPN
或者，所述液晶组合物包含：
占所述液晶组合物总重量4％的化合物3CCEPC2
占所述液晶组合物总重量3％的化合物3CCEPC4
占所述液晶组合物总重量4％的化合物3CCEPC3
占所述液晶组合物总重量3％的化合物3CCEPC5
占所述液晶组合物总重量2％的化合物3PEGN
占所述液晶组合物总重量5％的化合物4PEGN
占所述液晶组合物总重量6％的化合物2CPEGN
占所述液晶组合物总重量6％的化合物3CPEGN
占所述液晶组合物总重量4％的化合物4CPEGN
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9.一种液晶显示器件，所述液晶显示器件包含权利要求1至8中的任一项所述的液晶组合物。
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