CN104345488A - 液晶显示器件 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种液晶显示器件，其含有一种液晶组合物，所述液晶组合物含有至少一种通式Ⅰ的化合物；以及至少一种通式Ⅱ-1和/或通式Ⅱ-2的化合物，且本发明所述液晶显示器件具有响应时间短、在较低工作温度下仍能正常工作以及寿命长等特性。所述液晶组合物具有宽向列相温度范围，合适的折射率、合适的介电各向异性、粘度小、对热稳定性高、低温存储稳定性好等特性中至少满足一种特性。

Description

液晶显示器件
技术领域
本发明涉及适于AM（active matrix，主动矩阵）液晶显示器等的液晶组合物及含有该组合物的AM液晶显示器等。特别涉及含有该组合物的FFS（Fringe Field Switching，边界电场切换）模式的液晶显示器。
背景技术
于液晶显示元件中，根据液晶的显示模式分为PC（phase change，相变）、TN（twistnematic，扭曲向列）、STN(super twisted nematic，超扭曲向列)、ECB（electrically controlledbirefringence，电控双折射）、OCB（optically compensated bend，光学补偿弯曲）、IPS（in-planeswitching，共面转变）、VA（vertical alignment，垂直配向）等类型。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。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。TFT的类型有非晶硅（amorphous silicon）和多晶硅（polycrystal silicon）。后者根据制造工艺分为高温型和低温型。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。
这些元件含有具有适当特性的液晶组合物。该液晶组合物具有向列相。为了获得具有良好的一般特性的FFS模式的元件，而使组合物的一般特性提高。将二者的一般特性的关联性汇总于下述表1.基于市售的FFS模式的元件而对组合物的一般特性进一步加以说明。向列相的温度范围与元件的可使用的温度范围相关联。向列相的较佳的上限温度为70℃以上并且向列相的下限温度较好的是低于-10℃。组合物的粘度与元件的响应时间相关联。为了在元件中显示动画，较好的是元件的响应时间短。因此，较好的是组合物的粘度小，而更好的是温度低时组合物的粘度小。
表1组合物与AM元件的一般特性
NO. 组合物的一般特性 AM元件的一般特性
1 向列相的温度范围广 可使用的温度范围广
2 粘度小 响应时间短
3 光学各向异性适当 对比度大
4 正或负性介电常数各向异性大 临界电压低，消耗电力小，对比度大
5 电阻率大 电压保持率大，对比度大
6 对紫外线及热稳定 寿命长
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。
于具有TN模式的AM元件中，使用具有正介电常数各向异性的组合物。另一方面，与具有VA模式的AM元件中，使用具有负介电常数各向异性的组合物。与具有IPS模式或FFS模式的AM元件中，使用具有正或负介电常数各向异性的组合物。于具有PSA模式的AM元件中，使用具有正或负介电常数各向异性的组合物。于具有PSA模式的AM元件中，使用具有正或负介电常数各向异性的组合物。具有正介电常数各向异性的液晶组合物在如JP2001-003053、JP2009-185285中有所揭示。
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。
本发明的目的是提供一种液晶组合物，其具备具较宽的向列相范围、粘度小、合适的光学各向异性、合适的介电各向异性、对紫外线的稳定性高、低温存储稳定性高等特性中的至少一种特性。本发明的其他目的是提供一种AM元件，其是具有合适的光学各向异性、合适的介电各向异性、对紫外线的稳定性高以及低温存储稳定性高等特性的组合物，并且该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
本发明的一个方面涉及一种液晶显示器，包括两片基板和液晶层，所述液晶显示器的显示区域内，所述两片基板中的一片基板上不存在电极；所述液晶层包含一种液晶组合物，并且所述液晶组合物包含：
至少一种通式Ⅰ的化合物
以及
至少一种通式Ⅱ-1和/或Ⅱ-2的化合物
其中，
R1、R3和R4相同或不同，各自独立地表示H或碳原子数为1-5的烷基；
R2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；
L1、L2、L3和L4相同或不同，各自独立地为H或F；
表示或并且当L1、L2和L3同时为H时，不为
表示或其中中一个或多个-CH2-可以被-O-替代；
Z1表示-CH2CH2-、-CH=CH-或碳碳单键；
X1表示F、OCF3、碳原子数为1-4的烷基或烷氧基，并且当L2和L3同时为F时，X1为F；
n表示0或1。
本发明所述的液晶显示器，所述通式Ⅰ的化合物占所述液晶组合物总重量的35-85%；以及所述通式Ⅱ-1和/或通式Ⅱ-2的化合物占所述液晶组合物总重量的15-65%。
本发明所述的液晶显示器，所述通式Ⅰ的化合物选自通式Ⅰ-1、通式Ⅰ-2、通式Ⅰ-3及其组合的组中一种或更多种化合物：
以及
其中，
R1表示H或碳原子数为1-5的烷基；
R2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；
n表示0或1。
本发明所述的液晶显示器，所述通式Ⅱ-1的化合物选自通式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，
R3和R4相同或不同，各自独立地表示H或碳原子数为1-5的烷基；
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
表示或
X1表示F、OCF3、碳原子数为1-4的烷基或烷氧基，并且当L2和L3同时为F时，X1为F。
本发明所述的液晶显示器，所述液晶组合物还包含：
占所述液晶组合物总重量的0-20%的通式Ⅲ的化合物组成的组中一种或更多种化合物
其中，
R5和R6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。
本发明所述的液晶显示器，所述通式Ⅰ-1的化合物选自如下化合物组成的组中的一种或更多种化合物：
以及
并且
所述通式Ⅰ-2的化合物选自如下化合物组成的组中的一种或更多种化合物：
以及
并且
所述通式Ⅰ-3的化合物选自如下化合物组成的组中的一种或更多种化合物：
以及
本发明所述的液晶显示器，所述通式Ⅱ-1-a的化合物选自如下化合物组成的组中的一种或更多种化合物：
以及并且
所述通式Ⅱ-1-b的化合物选自如下化合物组成的组中的一种或更多种化合物：
以及
并且
所述通式Ⅱ-2-a的化合物选自如下化合物组成的组中的一种或更多种化合物：
以及
并且
所述通式Ⅱ-2-b的化合物选自如下化合物组成的组中的一种或更多种化合物：
以及
本发明所述的液晶显示器，所述通式Ⅲ的化合物选自如下化合物组成的组中的一种或更多种化合物：
以及
本发明所述的液晶显示器，所述两片基板中有一基板上不存在电极，并且其电场不平行于所述液晶层。
本发明所述的液晶显示器为TN、STN、IPS、FFS或VA显示模式液晶显示器，尤其是FFS液晶显示器。
本发明另一方面涉及一种液晶组合物，所述液晶组合物含有在本发明所述的液晶显示器中。
本发明再一方面提供含有本发明所述液晶组合物在液晶显示器中的用途。
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，确定了适用于液晶显示器中的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、合适高的介电各向异性、合适的向列相温度范围以及较快的响应速度和良好的低温存储稳定性等特性。
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2所列的代码表示：
表2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：
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）
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；介电测试盒采用FFS测试盒，电极宽为4μm，电极间距为6μm，盒厚4μm。
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。
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
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
通过以上实施例1、实施例2、实施例3、实施例4和实施例5的测试数据可知，包含在本发明所述液晶显示器中的液晶组合物具有合适的介电各向异性、合适的光学各向异性、宽的向列相温度范围、低的粘度以及良好的低温存储稳定性，使液晶显示器具有较快的响应速度，在较低温度条件下仍能够正常工作。因而，所述液晶组合物可适合用于采用TN、STN、IPS、FFS等显示模式操作的显示器中，尤其适用于FFS显示模式的液晶显示器中。
实施例6
按表8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8液晶组合物配方及其测试性能
通过实施例6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 (12)

1.一种液晶显示器，包括两片基板和液晶层，其中，所述液晶显示器的显示区域内，所述两片基板中的一片基板上不存在电极；所述液晶层包含一种液晶组合物，并且所述液晶组合物包含：
至少一种通式Ⅰ的化合物
以及
至少一种通式Ⅱ-1和/或通式Ⅱ-2的化合物
其中，
R1、R3和R4相同或不同，各自独立地表示H或碳原子数为1-5的烷基；
R2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；
L1、L2、L3和L4相同或不同，各自独立地为H或F；
表示或并且当L1、L2和L3同时为H时，不为
表示或其中中一个或多个-CH2-可以被-O-替代；
Z1表示-CH2CH2-、-CH=CH-、-COO-或碳碳单键；
X1表示F、OCF3、碳原子数为1-4的烷基或烷氧基，并且当L2和L3同时为F时，X1为F；
n表示0或1。
2.根据权利要求1所述的液晶显示器，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35-85%；以及所述通式Ⅱ-1和/或通式Ⅱ-2的化合物占所述液晶组合物总重量的15-65%。
3.根据权利要求1或2任一项所述的液晶显示器，其特征在于，所述通式Ⅰ的化合物选自通式Ⅰ-1、通式Ⅰ-2、通式Ⅰ-3及其组合的组中一种或更多种化合物：
以及
其中，
R1表示H或碳原子数为1-5的烷基；
R2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；
n表示0或1。
4.根据权利要求1或2任一项所述的液晶显示器，其特征在于，所述通式Ⅱ-1的化合物选自通式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，
R3和R4相同或不同，各自独立地表示H或碳原子数为1-5的烷基；
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
表示或
X1表示F、OCF3、碳原子数为1-4的烷基或烷氧基，并且当L2和L3同时为F时，X1为F。
5.根据权利要求1或2任一项所述的液晶显示器，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0-20%的通式Ⅲ的化合物组成的组中一种或更多种化合物
其中，
R5和R6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。
6.根据权利要求3所述的液晶显示器，其特征在于，所述通式Ⅰ-1的化合物选自如下化合物组成的组中的一种或更多种化合物：
以及
并且
所述通式Ⅰ-2的化合物选自如下化合物组成的组中的一种或更多种化合物：
以及
并且
所述通式Ⅰ-3的化合物选自如下化合物组成的组中的一种或更多种化合物：
以及
7.根据权利要求4所述的液晶显示器，其特征在于，所述通式Ⅱ-1-a的化合物选自如下化合物组成的组中的一种或更多种化合物：
以及
并且
所述通式Ⅱ-1-b的化合物选自如下化合物组成的组中的一种或更多种化合物：
以及
并且
所述通式Ⅱ-2-a的化合物选自如下化合物组成的组中的一种或更多种化合物：
以及
并且
所述通式Ⅱ-2-b的化合物选自如下化合物组成的组中的一种或更多种化合物：
以及
8.根据权利要求5所述的液晶显示器，其特征在于，所述通式Ⅲ的化合物选自如下化合物组成的组中的一种或更多种化合物：
以及
9.根据权利要求6至8中任一项所述的液晶显示器，其特征在于，所述两片基板中有一基板上不存在电极，并且其电场不平行于所述液晶层。
10.如权利要求9所述的液晶显示器，其特征在于，所述液晶显示器为TN、STN、IPS、FFS或VA显示模式液晶显示器。
11.一种液晶组合物，所述液晶组合物含有在根据权利要求1至10中任一项所述的液晶显示器中。
12.一种将根据权利要求11所述的液晶组合物用于液晶显示器中的用途。
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