CN104342166B - 液晶组合物及其液晶显示器件 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种液晶组合物，该液晶组合物包含：一种或多种通式Ⅰ‑1和/或通式Ⅰ‑2的化合物；一种或多种通式Ⅱ‑1和/或通式Ⅱ‑2的化合物；以及一种或多种的通式Ⅲ的化合物。本发明的液晶组合物具有合适的折射率各向异性、合适的介电各向异性以及相对小的旋转粘度以及较快的响应速度，适用于TN、STN、IPS、FFS和VA等显示模式。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
技术领域
本发明涉及一种液晶组合物，特别涉及一种具有合适的折射率各向异性、合适的介电各向异性以及相对小的旋转粘度的液晶组合物及其在有源矩阵液晶显示器件中的应用。
背景技术
液晶显示元件是利用液晶材料本身所具备的光学各向异性和介电各向异性来进行工作的，目前已经得到了广泛的应用。利用液晶材料不同的特性和工作方式，可以将器件设计成各种不同的工作模式，其中常规显示器普遍使用的有TN模式（即扭曲向列模式——液晶混合物具有扭曲约90度的向列型结构）、STN（即超扭曲向列模式）、SBE模式（即超扭曲双折射模式）、EBC模式（即电控双折射模式）、VA模式（及垂直排列模式）、ⅠPS模式（即面内转换模式）等，含有很多根据以上模式所做的改进模式。工作在TN、STN、SBE模式下的元件一般使用正介电各向异性液晶，EBC、VA模式使用负介电各向异性液晶，ⅠPS模式即可使用正介电各向异性液晶，也可使用负介电各向异性液晶。
在低信息量中，一般采用无源方式驱动，但是随着信息量的加大，显示尺寸和显示路数的增多，串扰和对比度降低现象变得严重，因此一般采用有源矩阵（AM）方式驱动，目前使用较多的采用薄膜晶体管（TFT）来进行驱动。在AM-TFT元件中，TFT开关器件在二维网格中寻址，在处于导通的有限时间内对像素电极进行充电，之后又变成截止状态，直至下一周期中再被寻址。因此，在两个寻址周期之间，不希望像素点上的电压发生改变，否则像素点的透光率会发生改变，导致显示的不稳定。像素点的放电速度取决于电极容量和电极间介电材料的电阻率。因此要求液晶材料有较高的电阻率，通式要求材料有合适的光学双折射值Δn（Δn值一般在0.08～0.15左右），以及较低的阈值电压，以达到降低的驱动电压，降低功耗的目的；还要求具有较低的粘度，以满足快速响应的需要。这类液晶组合物已经有很多文献报道，例如国外专利文献WO9202597、WO9116398、WO9302153、WO9116399，中国专利文献CN1157005A等。
随着液晶显示技术的发展，新的液晶显示模式的开发，对液晶组合物参数的新的要求也在不断提出。液晶显示元件一方面要求显示效果趋于完美，要求宽视角，高对比度，快速响应等；一方面也要求适合更多场合下的应用，例如要求提高在强光下显示的可读性，使显示元件更适合于户外使用。因此工作在半透半反模式的液晶元件相对于传统的透射式元件在这方面更有优势。但同时也对液晶组合物的参数提出了更高的要求，例如更低的光学双折射值。但是从液晶组合物材料调制的角度来考虑，材料的各方面性能（低的光学双折射值，高的介电各向异性值，高的电阻率，低的旋转粘度，低的熔点，良好的热稳定性和紫外稳定性等）之间是相互牵制的，提高一些方面的性能往往伴随着另一些方面性能的降低，调制各方面性能都合适的液晶组合物往往非常困难。
发明内容
本发明的目的是提供适用于TN、STN、IPS、FFS和VA等显示模式的液晶介质，其具有如上所述的期望性质且不显示出或仅仅很小程度显示出如上所述的缺点。特别是，提供一种在具有快速响应时间和低粘度的同时具有较低的双折射率的组合物及适用于主动矩阵薄膜晶体管（AM-TFT）模式下工作的液晶组合物及液晶显示元件。
本发明一方面提供一种液晶组合物，包含：
一种或多种通式Ⅰ-1和/或通式Ⅰ-2的化合物
一种或多种通式Ⅱ-1和/或通式Ⅱ-2的化合物
以及
一种或多种通式Ⅲ的化合物
其中，
R1表示H或碳原子数为1-5的烷基；
R2、R3、R4、R5、R6和R7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；
R8表示碳原子数为1-7的烷基或碳原子数为2-7的烯基或氟代烯基；
L1、L2、L3、L4、L5、L6、L7、L8、L9、L10、L11、L12和L13相同或不同，各自独立地为H或F，并且L5、L6、L7、L8、L9、L10、L11、L12和L13中至多有四个同时为F；
表示或并且当L1、L2和L3同时为H时，不为
B表示或碳碳单键，其中中一个或多个-CH2-可以被-O-替代；
Z1表示-CH2O-、-CH2CH2-或-CH=CH-；
X1表示F、碳原子数为1至4的烷基或烷氧基，并且当L2和L3同时为F时，X1为F；
m和n相同或不同，各自独立地表示0或1。
在本发明的实施方案中，优选所述通式Ⅰ-1和/或通式Ⅰ-2的化合物占所述液晶组合物总重量的30-70%；所述通式Ⅱ-1和/或通式Ⅱ-2的化合物占所述液晶组合物总重量的20-55%；以及所述通式Ⅲ的化合物占所述液晶组合物总重量的0.01-15%。
在本发明的实施方案中，所述通式Ⅰ-1的化合物选自由通式Ⅰ-1-a、通式Ⅰ-1-b及其组合的组中一种或更多种化合物：
所述通式Ⅱ-2的化合物选自由通式Ⅱ-1-a、通式Ⅱ-1-b及其组合的组中一种或更多种化合物：
以及
所述通式Ⅱ-1的化合物选自由通式Ⅱ-2-a、通式Ⅱ-2-b及其组合的组中一种或更多种化合物：
其中，
R1表示H或碳原子数为1-5的烷基；
R2、R3、R4、R5和R6相同或不同，各自独立地表示碳原子数为1-5的烷基或烷氧基，或碳原子数为2-5的烯基；
L2、L3和L4相同或不同，各自独立地为H或F；
表示或并且当L2和L3同时为H时，不为
X1表示F、碳原子数为1至4的烷基或烷氧基，并且当L2和L3同时为F时，X1为F；
m表示0或1。
在本发明的实施方案中，优选所述通式Ⅰ-1-a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
并且
所述通式Ⅰ-1-b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
并且
所述通式Ⅰ-2的化合物选自由如下化合物组成的组中一种或更多种化合物：
以及
在本发明的所实施方案中，优选所述通式Ⅱ-1-a的化合物选自由如下化合物组成的组中一种或更多种化合物：
以及
并且
所述通式Ⅱ-1-b的化合物选自由如下化合物组成的组中一种或更多种化合物：
以及
在本发明的实施方案中，优选所述通式Ⅱ-2-a的化合物选自由如下化合物组成的组中一种或更多种化合物：
以及
并且
所述通式Ⅱ-2-b的化合物选自由如下化合物组成的组中一种或更多种化合物：
以及
在本发明的实施方案中，优选所述通式Ⅲ的化合物选自由如下化合物组成的组中一种或更多种化合物：
以及
本发明所述的液晶组合物，还包含：
占所述液晶组合物总重量的0-10%的通式Ⅳ的化合物中的一种或更多种化合物
占所述液晶组合物总重量的1-25%的通式Ⅴ的化合物中的一种或更多种化合物
以及
占所述液晶组合物总重量的0-20%的通式Ⅵ的化合物中的一种或更多种化合物
其中，
R9表示H或碳原子数为1-7的烷基；
R10、R11和R12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的烯基或烯氧基。
在本发明的一些实施方案中，优选所述R9表示H或碳原子数为1-3的烷基；所述R10、R11和R12相同或不同，各自独立地表示碳原子数为1-5的烷基或烷氧基，或碳原子数为2-5的烯基或烯氧基。
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更多种化合物：
以及
并且
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化合物：
以及
并且
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更多种化合物：
以及
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，具有合适的折射率各向异性、合适的介电各向异性以及相对小的旋转粘度和快速响应的特性，适用于TN、STN、IPS、FFS和VA等显示模式，尤其适用于TFT型的有源矩阵液晶显示器件。
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：nCPWOm，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，P代表1,4-亚苯基，W代表2,3-二氟-1,4-亚苯基，O代表氧取代基。
以下实施例中测试项目的简写代号如下：
Cp（℃）： 清亮点（向列-各向同性相转变温度）
Δn： 光学各向异性（589nm，20℃）
Δε： 介电各向异性（1KHz，25℃）
γ1： 扭转粘度（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。
在以下的实施例中所采用的各成分，均可以通过公知的方法进行合成，或者通过商业途径获得。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。
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
实施例1
按表3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4液晶组合物配方及其测试性能
实施例3
按表5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5液晶组合物配方及其测试性能
实施例4
按表6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6液晶组合物配方及其测试性能
参照对照例1，从以上实施例1、2、3和4的测试数据可见，本发明所提供液晶组合物具有较小的粘度、较大的介电各向异性、适当高的折射率各向异性以及高的清亮点，其优点在于响应速度快、具有良好的显示效果，适用于TN、STN、IPS、FFS等显示模式的显示器件中，尤其适用于TFT型的有源矩阵液晶显示器件。
实施例5
按表7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7液晶组合物配方及其测试性能
通过实施例5的测试数据可见，本发明所提供液晶组合物还可以适用于VA等显示模式的显示器件中。
Claims (15)
1.一种液晶组合物，包含：
一种或多种通式I-1和通式I-2的化合物
一种或多种通式II-1和/或通式II-2的化合物
以及
一种或多种通式III的化合物
其中，
R1表示H或碳原子数为1-5的烷基；
R2、R3、R4、R5、R6和R7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；
R8表示碳原子数为1-7的烷基或碳原子数为2-7的烯基或氟代烯基；
L1、L2、L3、L4、L5、L6、L7、L8、L9、L10、L11、L12和L13相同或不同，各自独立地为H或F，并且L5、L6、L7、L8、L9、L10、L11、L12和L13中至多有四个同时为F；
表示并且当L1、L2和L3同时为H时，不为
B表示或碳碳单键，其中中一个或多个-CH2-可以被-O-替代；
Z1表示-CH2CH2-或-CH＝CH-；
X1表示F、碳原子数为1至4的烷基或烷氧基，并且当L2和L3同时为F时，X1为F；
m和n相同或不同，各自独立地表示0或1；
所述通式I-1和通式I-2的化合物占所述液晶组合物总重量的30-70％；所述通式II-1和/或通式II-2的化合物占所述液晶组合物总重量的20-55％；以及所述通式III的化合物占所述液晶组合物总重量的0.01-15％。
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-1的化合物选自由通式I-1-a、通式I-1-b及其组合的组中一种或更多种化合物：
所述通式II-1的化合物选自由通式II-1-a、通式II-1-b及其组合的组中一种或更多种化合物：
以及
所述通式II-2的化合物选自由通式II-2-a、通式II-2-b及其组合的组中一种或更多种化合物：
其中，
R1表示H或碳原子数为1-5的烷基；
R2、R3、R4、R5和R6相同或不同，各自独立地表示碳原子数为1-5的烷基或烷氧基，或碳原子数为2-5的烯基；
L2、L3和L4相同或不同，各自独立地为H或F；
表示并且当L2和L3同时为H时，不为
X1表示F、碳原子数为1至4的烷基或烷氧基，并且当L2和L3同时为F时，X1为F；
m表示0或1。
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-1-a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
并且
所述通式I-1-b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
并且
所述通式I-2的化合物选自由如下化合物组成的组中一种或更多种化合物：
以及
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-1-a的化合物选自由如下化合物组成的组中一种或更多种化合物：
以及
并且
所述通式II-1-b的化合物选自由如下化合物组成的组中一种或更多种化合物：
以及
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II-2-a的化合物选自由如下化合物组成的组中一种或更多种化合物：
以及
并且
所述通式II-2-b的化合物选自由如下化合物组成的组中一种或更多种化合物：
以及
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III的化合物选自由如下化合物组成的组中一种或更多种化合物：
以及
7.根据权利要求3至6任一项所述的液晶组合物，其特征在于，所述液晶组合物还包含：
占所述液晶组合物总重量的0-10％的通式IV的化合物中的一种或更多种化合物
占所述液晶组合物总重量的1-25％的通式V的化合物中的一种或更多种化合物
以及
占所述液晶组合物总重量的0-20％的通式VI的化合物中的一种或更多种化合物
其中，
R9表示H或碳原子数为1-7的烷基；
R10、R11和R12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的烯基或烯氧基。
8.根据权利要求7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更多种化合物：
以及
并且
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化合物：
以及
并且
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更多种化合物：
以及
9.根据权利要求8所述的液晶组合物，其特征在于，所述液晶组合物包含：
22％(重量)的式(I-2-1)的化合物；
5％(重量)的式(I-2-4)的化合物；
10％(重量)的式(I-1-a-2)的化合物；
5％(重量)的式(I-1-a-1)的化合物；
8％(重量)的式(I-1-a-5)的化合物；
4％(重量)的式(I-1-a-6)的化合物；
18％(重量)的式(II-1-a-7)的化合物；
10％(重量)的式(II-1-a-2)的化合物；
3％(重量)的式(III-6)的化合物；
5％(重量)的式(II-2-a-1)的化合物；
5％(重量)的式(II-2-b-2)的化合物；以及
5％(重量)的式(II-2-b-3)的化合物，
或者，所述液晶组合物包含：
26％(重量)的式(I-2-1)的化合物；
5％(重量)的式(I-2-4)的化合物；
10％(重量)的式(I-1-a-2)的化合物；
5％(重量)的式(I-1-a-1)的化合物；
8％(重量)的式(I-1-a-5)的化合物；
4％(重量)的式(I-1-a-6)的化合物；
9％(重量)的式(II-1-a-7)的化合物；
5％(重量)的式(II-1-a-2)的化合物；
5％(重量)的式(III-3)的化合物；
5％(重量)的式(IV-1)的化合物；
6％(重量)的式(II-2-b-1)的化合物；
6％(重量)的式(II-2-b-2)的化合物；以及
6％(重量)的式(II-2-b-3)的化合物，
或者，所述液晶组合物包含：
26％(重量)的式(I-2-1)的化合物；
5％(重量)的式(I-2-4)的化合物；
10％(重量)的式(I-1-a-2)的化合物；
5％(重量)的式(I-1-a-1)的化合物；
8％(重量)的式(I-1-a-5)的化合物；
4％(重量)的式(I-1-a-6)的化合物；
9％(重量)的式(II-1-a-7)的化合物；
5％(重量)的式(II-1-a-2)的化合物；
5％(重量)的式(III-6)的化合物；
5％(重量)的式(IV-1)的化合物；
6％(重量)的式(II-2-b-1)的化合物；
6％(重量)的式(II-2-b-2)的化合物；以及
6％(重量)的式(II-2-b-3)的化合物，
或者，所述液晶组合物包含：
25％(重量)的式(I-2-1)的化合物；
8％(重量)的式(I-2-4)的化合物；
12％(重量)的式(I-1-a-2)的化合物；
4％(重量)的式(I-1-a-5)的化合物；
4％(重量)的式(I-1-a-6)的化合物；
13％(重量)的式(II-1-a-7)的化合物；
5％(重量)的式(II-1-a-2)的化合物；
3％(重量)的式(VI-2)的化合物；
4％(重量)的式(VI-3)的化合物；
2％(重量)的式(III-5)的化合物；
5％(重量)的式(IV-1)的化合物；
5％(重量)的式(II-2-a-1)的化合物；
5％(重量)的式(II-2-b-2)的化合物；以及
5％(重量)的式(II-2-b-3)的化合物，
或者，所述液晶组合物包含：
25％(重量)的式(I-2-1)的化合物；
4％(重量)的式(I-2-4)的化合物；
5％(重量)的式(I-2-2)的化合物；
6％(重量)的式(I-1-a-2)的化合物；
3％(重量)的式(I-1-a-5)的化合物；
8％(重量)的式(V-2)的化合物；
8％(重量)的式(V-3)的化合物；
6％(重量)的式(II-1-b-11)的化合物；
6％(重量)的式(II-1-b-12)的化合物；
6％(重量)的式(II-1-b-13)的化合物；
4％(重量)的式(II-1-b-14)的化合物；
5％(重量)的式(II-1-b-7)的化合物；
4％(重量)的式(II-1-b-8)的化合物；
4％(重量)的式(II-1-b-9)的化合物；
3％(重量)的式(II-1-b-10)的化合物；
2％(重量)的式(II-1-b-2)的化合物；以及
1％(重量)的式(III-2)的化合物。
10.一种液晶显示器件，包含权利要求1至6中的任一项所述的液晶组合物。
11.一种液晶显示器件，包含权利要求7所述的液晶组合物。
12.一种液晶显示器件，包含权利要求8或9所述的液晶组合物。
13.一种有源矩阵液晶显示器件，所述液晶显示器件包含权利要求1至6中的任一项所述的液晶组合物。
14.一种有源矩阵液晶显示器件，所述液晶显示器件包含权利要求7所述的液晶组合物。
15.一种有源矩阵液晶显示器件，所述液晶显示器件包含权利要求8或9所述的液晶组合物。
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