CN104371740A - 液晶组合物及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种液晶组合物，包含：至少一种通式Ⅰ的化合物；至少一种通式Ⅱ的化合物；以及至少一种通式Ш的化合物。本发明所述的液晶组合物，其具备低粘度、大的光学各向异性、大的介电各向异性等特性，包含该液晶组合物的液晶显示元件具有响应速度快、清亮点高、驱动电压低、互溶性好等优点。本发明还提供了一种包含该液晶组合物的液晶显示装置。所述液晶显示器件可以用于IPS模式、VA模式、PS-VA模式、PALC模式、FFS模式、IPS模式或ECB模式。

Description

液晶组合物及其应用
技术领域
本发明涉及一种液晶组合物，特别是涉及一种具有良好的光学各项异性、大的介电各向异性、较低粘度以及高的电阻率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，根据液晶的显示模式分为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 compensatedbend，光学补偿弯曲）、IPS（in-plane switching，共面转变）、VA（vertical alignment，垂直配向）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。
已知在上述运作模式中，ECB模式、IPS模式、VA模式等式利用液晶分子的垂直配向性的运作模式，尤其是IPS模式以及VA模式可改善TN模式、STN模式等显示模式视角狭小的缺点。
而且，长久以来，作为能够使用于这些运作模式的液晶显示元件，且具有负的介电常数各项异性的液晶组合物成分，本领域技术人员一直在进行大量研究，例如专利文献JP2011046648A中，公开了包含如下结构的液晶组合物：
其中，R为1-7个碳原子的烷基、1-7个碳原子的烷氧基、2-7个碳原子的烯基或2-7个碳原子的烯氧基。
该液晶组合物的介电各项异性Δε及光学各项异性Δn均较小，不足以满足日益发展的科技对液晶组合物的需要。
液晶材料需要具有适当高的介电各项异性、光学各项异性以及良好的低温互溶性和热稳定性。此外，液晶材料还应当具有低粘度和短响应时间，低阈值电压和高对比度。根据市售的液晶显示元件来进一步说明组合物的各向性能指标。向列相的温度范围与元件的工作温度范围相关联。向列相的上限温度较好的是大于等于70℃，并且向列相的下限温度较好的是小于等于-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。
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，可将液晶组成物的光学异向性（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液晶显示元件而言是较好的。
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。在现有液晶组合物中，能够得到较优的特性，但是该种类化合物光学各向异性不够大，介电各向异性不够大，对混合成Δn和Δε大的组合物帮助不大，从而不利于用在小盒厚的产品中，直接导致响应速度不够快，如CN101796162A、CN1475547A中公开的液晶组合物，不同程度上具有上述缺点。
因此，需要一种液晶组合物，其具有向列相的上限温度高、向列相的下限温度低（即相变温度范围宽）；低的粘度；大的光学各向异性；大的介电各向异性；良好的紫外线的稳定性；良好的低温存储稳定性等特性中的至少一种特性。本发明的其他目的是提供一种液晶显示元件，其是具有光学各向异性大、介电各向异性大、对紫外线的稳定性高等特性的组合物，并且使得液晶显示元件响应时间短、灌晶速度快、电压保持率大、对比度大、寿命长等特性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种液晶组合物，其具备宽的向列相温度范围、低粘度、大的光学各向异性、大的介电各向异性、良好的低温存储稳定性等特性，包含该液晶组合物的液晶显示元件具有响应速度快、清亮点高、驱动电压低、互溶性好等优点。
为了完成上述发明目的，本发明提供一种液晶组合物，包含：
至少一种通式Ⅰ的化合物
至少一种通式Ⅱ的化合物
以及
至少一种通式Ш的化合物
其中，
R1、R2、R3、R4和R5相同或不同，各自独立地为1-10个碳原子的烷基、1-10个碳原子的烷氧基、2-10个碳原子的烯基或2-10个碳原子的烯氧基，其中，所述1-10个碳原子的烷基、1-10个碳原子的烷氧基、2-10个碳原子的烯基或2-10个碳原子的烯氧基中的一个或多个H可以各自独立地被F或Cl取代；
Z、Z1、Z2和Z3相同或不同，各自独立地为单键、-CH2CH2-、-CF2O-、-OCF2-、-COO-、-OCO-、-CH2O-、-OCH2-、-CH=CH-或-C≡C-；
环环环环和环相同或不同，各自独立地为或
可选择地，所述环状结构还符合以下a）、b）和c）中的至少一个：
a）所述环状结构中的一个或更多个氢原子可以被-F、-CF3或-CH3替代；
b）所述环状结构中一个或多个-CH2-可以被-O-替代；
c）在所述环状结构中，芳环结构中的一个或多个-CH=可以被N替代。
环表示或
m、n、c和d相同或不同，各自独立地表示0或1。
在本发明的一些实施方案中，优选所述通式Ⅰ的化合物占所述液晶组合物总重量的1-30%；所述通式Ⅱ的化合物占所述液晶组合物总重量的25-75%；以及所述通式Ш的化合物占所述液晶组合物总重量的20-70%。
在本发明的一些实施方案中，特别优选所述通式Ⅰ的化合物占所述液晶组合物总重量的5-20%；所述通式Ⅱ的化合物占所述液晶组合物总重量的30-70%；以及所述通式Ш的化合物占所述液晶组合物总重量的25-65%。
在本发明的一些实施方案中，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：
以及
其中，
R1表示1-5个碳原子的烷基、1-5个碳原子的烷氧基、2-5个碳原子的烯基或2-5个碳原子的烯氧基。
在本发明的一些实施方案中，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的化合物：
以及
其中，
R2和R3相同或不同，各自独立地为1-5个碳原子的烷基、1-5个碳原子的烷氧基、2-5个碳原子的烯基或2-5个碳原子的烯氧基。
在本发明的一些实施方案中，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的化合物：
以及
其中，
R4和R5相同或不同，各自独立地为1-5个碳原子的烷基、1-5个碳原子的烷氧基、2-5个碳原子的烯基或2-5个碳原子的烯氧基。
本发明的另一个方面提供一种液晶显示装置，该液晶显示装置包含本发明的液晶组合物。
在一些实施方案中，所述液晶显示器件可以用于IPS模式、VA模式、PS-VA模式、PALC模式、FFS模式、IPS模式或ECB模式。
本发明所述的液晶组合物，其具备低粘度、大的光学各向异性、大的介电各向异性等特性，包含该液晶组合物的液晶显示元件具有响应速度快、清亮点高、驱动电压低、互溶性好等优点。
本发明中除特殊说明外，所有涉及的温度为摄氏温度，所有百分比按重量百分比计算。
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负性液晶显示设备，盒厚d=4μm，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2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3PTGTP3，
该结构用表1中的代码表示：则可表示为CC1OWO2，又如：
则可表示为nCPTPOm，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O代表氧原子；代码中的P代表亚苯基；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。
以下实施例中测试项目的简写代号如下：
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，℃）
γ1  扭转粘度（mPa.s，20℃）
折射率及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。介电各向异性、响应时间、电压测试均使用4μm测试盒。
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。
比较例1（CN1475547A）
表2所列是比较例1的液晶组合物的组分以及各组分的重量百分数，将该液晶组合物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 液晶组合物的配方及其测试性能
组分代码 重量百分数 性能参数测试结果
3CWO2 16 Δn[589nm,20℃]=0.0822
5CWO2 14 Cp[℃]=71.0
3CCWO2 12 Δε[1KHZ,20℃]=-3.8
5CCWO2 11 γ1[mPa.s,20℃]=133
2CCW1 9
3CCW1 8
4CC3 8
5CC3 9
5CP3 7
3CPO1 6
合计 100
实施例1
表3所列是实施例1的液晶组合物的组分以及各组分的重量百分数，将该液晶组合物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 液晶组合物的配方及其测试性能
组分代码 重量百分数 性能参数测试结果
3CWO2 16 Δn[589nm,20℃]=0.0825
CC1OWO2 14 Cp[℃]=73.5
3CCWO2 9 Δε[1KHZ,20℃]=-3.92
5CCWO2 10 γ1[mPa.s,20℃]=123
2CCW1 9
3CCW1 8
4CC3 8
5CC3 9
5CP3 9
3CPO1 8
合计 100
比较例2（CN101796162A）
表4所列是比较例2的液晶组合物的组分以及各组分的重量百分数，将该液晶组合物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 液晶组合物的配方及其测试性能
组分代码 重量百分数 性能参数测试结果
3CWO4 9.6 Δn[589nm,20℃]=0.0762
5CWO4 9.6 Cp[℃]=63
2CCWO2 9.6 Δε[1KHZ,20℃]=-3.0
3CCWO2 9.6 γ1[mPa.s,20℃]=112
5CCWO2 6.4
2CCW1 9.6
3CCW1 6.4
5CCV 6.4
5CP3 12.8
1CCV3 20
合计 100
实施例2
表5所列是实施例2的液晶组合物的组分以及各组分的重量百分数，将该液晶组合物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 液晶组合物的配方及其测试性能
组分代码 重量百分数 性能参数测试结果
CC1OWO2 9.6 Δn[589nm,20℃]=0.0760
5CWO4 9.6 Cp[℃]=68
2CCWO2 9.6 Δε[1KHZ,20℃]=-3.05
3CCWO2 9.6 γ1[mPa.s,20℃]=105
5CCWO2 6.4
2CCW1 5
3CCW1 5
5CCV 12.4
5CP3 12.8
1CCV3 20
合计 100
比较例3（CN101796162A）
表6所列是比较例3的液晶组合物的组分以及各组分的重量百分数，将该液晶组合物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 液晶组合物的配方及其测试性能
组分代码 重量百分数 性能参数测试结果
3CWO2 18 Δn[589nm,20℃]=0.0837
5CWO2 10 Cp[℃]=80
3CCWO2 10 Δε[1KHZ,20℃]=-2.3
3CCWO3 10 γ1[mPa.s,20℃]=118
4CCWO2 6
3CPWO2 8
3CCV1 10
4CC3 10
5CC3 3
3CCO1 5
3CCV2 10
合计 100
实施例3
表7所列是实施例3的液晶组合物的组分以及各组分的重量百分数，将该液晶组合物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 液晶组合物的配方及其测试性能
组分代码 重量百分数 性能参数测试结果
3CWO2 18 Δn[589nm,20℃]=0.0830
CC1OWO2 10 Cp[℃]=82
3CCWO2 9 Δε[1KHZ,20℃]=-2.35
3CCWO3 8 γ1[mPa.s,20℃]=110
4CCWO2 6
3CPWO2 8
3CCV1 10
4CC3 10
5CC3 6
3CCO1 5
3CCV2 10
合计 100

Claims (9)

1.一种液晶组合物，包含：
至少一种通式Ⅰ的化合物
至少一种通式Ⅱ的化合物
以及
至少一种通式Ш的化合物
其中，
R1、R2、R3、R4和R5相同或不同，各自独立地为1-10个碳原子的烷基、1-10个碳原子的烷氧基、2-10个碳原子的烯基或2-10个碳原子的烯氧基，其中，所述1-10个碳原子的烷基、1-10个碳原子的烷氧基、2-10个碳原子的烯基或2-10个碳原子的烯氧基中的一个或多个H可以各自独立地被F或Cl取代；
Z、Z1、Z2和Z3相同或不同，各自独立地为单键、-CH2CH2-、-CF2O-、-OCF2-、-COO-、-OCO-、-CH2O-、-OCH2-、-CH=CH-或-C≡C-；
环环环环和环相同或不同，各自独立地为或
可选择地，所述环状结构还符合以下a）、b）和c）中的至少一个：
a）所述环状结构中的一个或更多个氢原子可以被-F、-CF3或-CH3替代；
b）所述环状结构中一个或多个-CH2-可以被-O-替代；
c）在所述环状结构中，芳环结构中的一个或多个-CH=可以被N替代。
环表示或
m、n、c和d相同或不同，各自独立地表示0或1。
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1-30%；所述通式Ⅱ的化合物占所述液晶组合物总重量的25-75%；以及所述通式Ш的化合物占所述液晶组合物总重量的20-70%。
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的化合物占所述液晶组合物总重量的5-20%；所述通式Ⅱ的化合物占所述液晶组合物总重量的30-70%；以及所述通式Ш的化合物占所述液晶组合物总重量的25-65%。
4.根据权利要求3所述的液晶组合物，其特征在于，所述通式Ⅰ的化合物选自由如下化合物组成的组中一种或多种的化合物：
以及
其中，
R1表示1-5个碳原子的烷基、1-5个碳原子的烷氧基、或2-5个碳原子的烯基或2-5个碳原子的烯氧基。
5.根据权利要求3所述的液晶组合物，其特征在于，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：
以及
其中，
R2和R3相同或不同，各自独立地为1-5个碳原子的烷基、1-5个碳原子的烷氧基、2-5个碳原子的烯基或2-5个碳原子的烯氧基。
6.根据权利要求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的化合物：
以及
其中，
R4和R5相同或不同，各自独立地为1-5个碳原子的烷基、1-5个碳原子的烷氧基、2-5个碳原子的烯基或2-5个碳原子的烯氧基。
7.根据权利要求1-6中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16%的化合物3CWO2
占所述液晶组合物总重量14%的化合物CC1OWO2
占所述液晶组合物总重量9%的化合物3CCWO2
占所述液晶组合物总重量10%的化合物5CCWO2
占所述液晶组合物总重量9%的化合物2CCW1
占所述液晶组合物总重量8%的化合物3CCW1
占所述液晶组合物总重量8%的化合物4CC3
占所述液晶组合物总重量9%的化合物5CC3
占所述液晶组合物总重量9%的化合物5CP3
以及
占所述液晶组合物总重量8%的化合物3CPO1
或者，所述液晶组合物包含：
占所述液晶组合物总重量9.6%的化合物CC1OWO2
占所述液晶组合物总重量9.6%的化合物5CWO4
占所述液晶组合物总重量9.6%的化合物2CCWO2
占所述液晶组合物总重量9.6%的化合物3CCWO2
占所述液晶组合物总重量6.4%的化合物5CCWO2
占所述液晶组合物总重量5%的化合物2CCW1
占所述液晶组合物总重量5%的化合物3CCW1
占所述液晶组合物总重量12.4%的化合物5CCV
占所述液晶组合物总重量12.8%的化合物5CP3
以及
占所述液晶组合物总重量20%的化合物1CCV3
或者，所述液晶组合物包含：
占所述液晶组合物总重量18%的化合物3CWO2
占所述液晶组合物总重量10%的化合物CC1OWO2
占所述液晶组合物总重量9%的化合物3CCWO2
占所述液晶组合物总重量8%的化合物3CCWO3
占所述液晶组合物总重量6%的化合物4CCWO2
占所述液晶组合物总重量8%的化合物3CPWO2
占所述液晶组合物总重量10%的化合物3CCV1
占所述液晶组合物总重量10%的化合物4CC3
占所述液晶组合物总重量6%的化合物5CC3
占所述液晶组合物总重量5%的化合物3CCO1
以及
占所述液晶组合物总重量10%的化合物3CCV2
8.一种液晶显示装置，包含权利要求1-7中任一项所述的液晶组合物。
9.如权利要求8所述的液晶显示器件，其特征在于，所述液晶显示器件可以用于IPS模式、VA模式、PS-VA模式、PALC模式、FFS模式、IPS模式或ECB模式。
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