CN1114673A - 液晶组合物 - Google Patents

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Abstract

公开了液晶组合物，每一种都包括第一组份(式(I)，第二组份(式(Ⅱ))，第三组份(式(Ⅲ)至(Ⅴ))和第四组份(式(Ⅵ)和(Ⅶ))；还提供了含有任一这些组合物的电光显示器，该显示器具有快速响应并且能够在低电压下驱动，其驱动电压的温度依赖性被降低了。

Description

液晶组合物
本发明涉及用于液晶显示器的液晶组合物，更确切地说，涉及用于TN(扭曲向列)型或STN(超扭曲向列)型显示器中的液晶组合物，还涉及使用该组合物的液晶显示器。
目前，使用液晶的显示器被广泛地应用于钟表、电子计算器等之中。利用显示器中液晶物质的光学各向异性和介电各向异性来驱动这类液晶显示器。液晶相包括向列液晶相、近晶液晶相和胆甾液晶相。这些液晶相中，向列相在实用的液晶显示器中使用的最为普遍。液晶显示的显示模式包括TN(扭曲向列)型和STN(超扭曲向列)型，DS(动态散射)型，宾主型，ECB(电控双折射)型，等等。
很多液晶化合物是已知的，这些化合物包括那些目前还正在被研究的化合物。但是，就目前所知，没有一种液晶物质能够单独填充到液晶池中独立地使用。这是由于下列原因。人们希望用于显示器的液晶物质具有尽可能宽的介(液)晶温度范围，该温度范围包括室温，这是显示器最常用的温度。人们还希望，液晶物质对于与之有关的环境影响必须是足够稳定的，并且必须具有令人满意的作为显示材料所需要的各种物理性质。可是，大家知道，没有任何一种单一的液晶物质满足这些条件。
因此，现在仍是制备包括多种液晶物质和可以有也可以没有非液晶物质的组合物并且实际上用组合物作为显示材料。
这样的液晶组合物必须对其使用时通常存在于周围环境中的水、光、热、空气等，以及对电场和磁场是化学稳定的。此外，还要求混入组合物的液晶化合物在其使用的环境中是各自、相互和化学稳定的。
液晶组合物，根据它们用于的装置和显示模式，必须具有适宜的光学各向异性和介电各向异性，还必须具有适宜的粘度和适宜的介(液)晶温度范围。
目前通常使用的最普遍的显示模式包括扭曲角为90度的TN(扭曲向列)型和扭曲角在180-270度的STN(超扭曲向列)型，在这些模式中分别利用了液晶的光学活性和双折射性质。考虑这些体系的新液晶显示器时，最重要的有以下几点：
(1)实现低驱动电压和低功率消耗；
(2)使液晶材料的电光特性的温度依赖性最小；和
(3)实现高速响应，等等。
为了满足上述几点，要求用于液晶器的液晶材料在阀值电压，光学各向异性，粘度等方面具有令人满意的特性。降低阀值电压使得有可能实现低驱动电压和低功率消耗，而阀值电压的温度依赖性的降低使得有可能解决在显示器使用的实际温度范围内对比度不足的问题，并且还有可能消除显示故障，例如串扰。
在显示器方面，有必要在一预定值(取决于显示器所用的显示模式，等等)的条件下确定填充到液晶池中的液晶材料的光学各向异性(Δn)和池厚度(dμm)的乘积(Δn×d)。在这种情形下，当使用具有大的Δn的液晶材料时，d值可以小一些。
显示器的响应时间(τ)与放在显示器中液晶材料的粘度(η)成正比，并与含有液晶材料的池厚度(d)的平方成正比。因此，如果d和η的值都小，τ就明显下降，从而实现快速响应。由于这些原因，人们非常希望得到具有降低了温度依赖性的低阀值电压和具有适当提高了的光学各向异性以及低粘度的液晶组合物。
本发明的目的是为了能够在低的电压下驱动，同时这一驱动电压几乎不受环境温度影响的液晶显示器提供液晶材料。本发明的另一个目的是提供具有适当提高了的光学各向异性和低粘度的液晶组合物。
所以，本发明提供液晶组合物，各组合物包括：由至少一种选自下面通式(I)的化合物组成的第一组份，由至少一种选自下面通式(II)的化合物组成的第二组份，由至少一种选自下面通式(III)-(V)的化合物组成的第三组份，和由至少一种选自下面通式(VI)和(VII)的化合物组成的第四组份。
Figure A9510576000101
(I)其中，R1表示含有1-8个碳原子的烷基；n表示0或1。
Figure A9510576000102
(II)其中，R2和R3各自独立地表示含有1-8个碳原子的烷基； L表示F或H；Q表示-CH2CH2-或单键。
Figure A9510576000111
(III)
Figure A9510576000112
(IV)(V)在通式(III)中，R4表示含有1-8个碳原子的烷基，其中一个CH2基可以被氧原子或-CH＝CH-替代；m表示0或1；A1表示反-1，4-亚环己基、1，4-亚苯基或反-1，3-二噁烷-2，5-二基；Z1表示-COO-或单键；X表示F或H，条件是当Z1为-COO-时，X是H；在通式(IV)中，R5表示含有1-8个碳原子的烷基；P表示0或1；A2表示反-1，4-亚环己基、1，4-亚苯基或嘧啶-2，5-二基；A3表示反-1，4-亚环己基或1，4-亚苯基；Z2表示CH2CH2、-CH＝CH-或单键；Z3表示-COO-或单键；T表示F或H；S表示F或Cl；在通式(V)中，R6表示含有1-8个碳原子的烷基；q表示0或1；A4表示反-1，4-亚环己基或1，4-亚苯基； Z4表示-CH2CH2-、-CH＝CH-或单键；Z5表示-CH2CH2-或单键； S表示F或Cl。(VI)(VII)在通式(VI)中，R7表示含有1-8个碳原子的烷基；R8表示含有1-8个碳原子的烷基或烷氧基或者含有2-8个碳原子的烷氧甲基；r表示0或1；A5表示反-1，4-亚环己基、1，4-亚苯基或嘧啶-2，5-二基；A6和A7各自独立地表示反-1，4-亚环己基或1，4-亚苯基；Z6表示-COO-或单键；在通式(VII)中，R9表示含有1-8个碳原子的烷基；R10表示含有1-8个碳原子的烷基或烷氧基。
在本发明的液晶组合物中，当第三组份通式(III)中的A1是反-1，3-二噁烷-2，5-二基或第三组份通式(IV)中的A2是嘧啶-2，5-二基时，A1或A2优选取如下面所示的基团。或
在本发明的液晶组合物中，当第四组份通式(VI)中的A5是嘧啶-2，5-二基时，A5优选取如上面所示的基团。
作为本发明的液晶组合物中的第一组份，下式(Ia)和(Ib)的化合物是优选的：(Ia)(Ib)
在这些式子中，R1表示含有1-8个碳原子的烷基。这些化合物对于降低含有它们的液晶混合物的阀值电压和阀值电压的温度依赖性是特别有效的。在本发明的液晶组合物中，相对于第一到第四组份的总重量，第一组份的混合比例优选是3-50％(重量)，更优选的是5-30％(重量)。如果第一组份的混合比例小于3％(重量)，则不足以降低液晶组合物的阀值电压，并且不足以减少组合物阀值电压的温度依赖性。如果是这样的话，本发明的目的就不能达到。因此，这样是不利的。
另一方面，如果第一组份的混合比例大于50％(重量)，则液晶组合物的粘度太大，因此，这样也是不利的。
作为本发明的液晶组合物中的第二组份，下式(IIa)和(IIb)的化合物是优选的：(IIa)
Figure A9510576000134
(IIb)
在这些式子中，R11和R12各自独立地表示含有1-8个碳原子的烷基。这些化合物对于提高含有它们的液晶混合物的清亮点，对于提高其光学各向异性和对于降低其粘度是非常有效的。
在本发明的液晶组合物中，相对于第一到第四组份的总重量，第二组份的混合比例优选是3-35％(重量)，更优选的是5-25％(重量)。如果第二组分的混合比小于3％(重量)，则液晶组合物的光学各向异性不能充分地被增大或其粘度不能充分地被降低。因此，这是不利的。另一方面，如果第二组份的混合比大于35％(重量)，则液晶组合物的阀值电压升高。因此，这也是不利的。
作为本发明的液晶组合物中用于第三组份的式(III)化合物，下式(IIIa)-(IIIh)的那些化合物是优选的：
Figure A9510576000151
在这些式子中，R表示含有1-8个碳原子的烷基，只是式(IIIc)中的R也可以是氢原子。
作为本发明液晶组合物中用于第三组份的(IV)化合物，下式(IVa)-(IVo)的那些化合物是优选的：
在这些式子中，R表示含有1-8个碳原子的烷基。作为本发明液晶组合物中用于第三组份的式(V)化合物，下式(Va)-(Vf)的那些化合物是优选的：
Figure A9510576000172
Figure A9510576000181
(Ve)
Figure A9510576000182
(Vf)
在这些式子中，R表示含有1-8个碳原子的烷基。
用于本发明液晶组合物中第三组份的式(III)、(IV)和(V)化合物是具有相对大的正介电各向异性并主要用来有效地控制组合物的阀值电压。在本发明的液晶组合物中，相对于第一到第四组份的总重量，含有一种或多种式(III)，(IV)和(V)化合物的第三组份的混合比例优选是10-60％(重量)，更优选的是15-40％(重量)。如果第三组份的混合比例小于10％(重量)，组合物的阀值电压不足以被降低。因此，这是不利的。当第三组份的混合比例大于60％(重量)时，组合物的粘度太大。因此，这也是不利的。
对于本发明液晶组合物中用于第四组份的式(VI)化合物，下式(VIA)的那些化合物是优选的：
Figure A9510576000183
(VIA)其中，R14表示含有1-8个碳原子的烷基；R15表示含有1-8个碳原子的烷基或烷氧基，或者表示含有2-8个碳原子的烷氧甲基；V和W各自独立地表示0或1，条件是当V和W之一为0时，则另一个为1。
对于式(VI)和(VII)的化合物，特别优选的是下式(VIa)-(VIh)和(VIIa)的那些化合物：
Figure A9510576000191
在这些式子中，R表示含有1-8个碳原子的烷基；R′表示含有1-8个碳原子的烷基或烷氧基。本发明液晶组合物中第四组份的化合物具有负的或弱的正介电各向异性并主要用来控制组合物的清亮点、光学各向异性和粘度。
在本发明的液晶组合物中，相对于第一到第四组份的总重量，含有式(VI)和(VII)的一或多种化合物的第四组份的混合比例优选是10-60％(重量)，更优选的是20-50％(重量)。
如果第四组份的混合比例小于10％(重量)，则组合物的粘度太大。因此，这是不利的。当第四组份的混合比例大于60％(重量)时，组合物的阀值电压升高。因此，这也是不利的。
下面叙述的是本发明的优选实施方案。
(1)一种液晶组合物，该组合物包括：由至少一种选自上面提到的通式(Ia)和(Ib)的化合物组成的第一组份，由至少一种选自上面提到的通式(IIa)和(IIb)的化合物组成的第二组分，由至少一种选自上面提到的通式(IIIa)-(IIIh)、(IVa)-(IVo)和(Va)-(Vg)的化合物组成的第三组份，和由至少一种选自上面提到的式(VIa)-(VIh)和(VIIa)的化合物组成的第四组份。
(2)一种根据上面(1)提到的液晶组合物，其中，第一，第二，第三，第四组份的混合比例依次为3-50％，3-35％，10-60％和10-60％，均为相对于这四种组份总重量的重量百分比。
(3)一种根据上面(1)提到的液晶组合物，其中，第一，第二，第三，第四组份的混比例依次为5-30％，5-25％，15-40％和20-50％，均为相对于这四种组份总重量的重量百分比。
本发明的另一个实施方案是：
(4)一种含有根据上面提到的(1)至(3)的任一种液晶组合物的液晶显示器。
用于本发明的式(I)至(VII)的化合物是已知的或者是根据文献中描述的一般方法制备的。因此，本领域普通技术人员能够容易地用从相关的现有技术中得到的方法来制备这些化合物。
例如，在日本专利申请公开特许60-184060和61-33519中分别公开了式(Ia)的化合物和式(Ib)的化合物；式(II)的化合物公开于日本专利申请公开特许63-152334中。在日本专利申请公开特许58-10552和59-152362中公开了式(IIIa)的化合物；式(VIa)的那些化合物公开于日本专利申请公开特许59-70624和60-16940中；式(VIb)的那些化合物公开于日本专利申请公开特许58-167535中；式(VIe)的那些化合物公开于日本专利申请公开特许57-165328中。
本发明的液晶组合物可以用已知的方法制备。一般来说，可以使用在高于其清亮点的温度下溶解组成成份的方法。
本发明的液晶组合物可以含有适当的添加剂，通过加入添加剂可以调整组合物使之能适用于预期的前途。通过这样的调整，对于预期的用途，组合物可以被优化。这类添加剂对于本领域普通技术人员来说是已知的并且在文献中有详细的描述。一个经常提到和使用的典型添加物是手性掺杂剂，它在组合物的液晶中引入螺旋型结构，从而调节液晶的扭曲角到一需要值，同时防止上述液晶的反向扭曲。
本发明的液晶组合物可以含有双色染料，例如部花青类，苯乙烯衍生物，偶氮化合物，偶氮甲碱类，氧化偶氮化合物，奎诺邻羧基苯乙酮(quinophthalones)，蒽醌类和四嗪衍生物。含有任何这样染料的液晶组合物可以用作宾主(GH)型显示器材料。本发明的液晶组合物也可以用作由微胶囊向列液晶制成的NCAP显示器的材料，也可以用作聚合物分散的液晶显示(PDLCD)器材料，例如用于通过在液晶中形成三维网状聚合物结构而制成的聚合物网液晶显示(PNLCD)器。此外，本发明的液晶组合物也可以用作电控双折射(ECB)型和动态散射(DS)型显示器的液晶材料。
下面的实施例和比较例不是用来限制本发明的范围的，而是用来更具体地描述本发明的。在下面的实施例中，透射率达到饱和值的10％时的电压称之为阀值电压并用V10来表示。表明阀值电压的温度依赖性的参数由下式定义，其中透射率是在垂直于液晶池表面的方向上测定的。
Figure A9510576000221
比较例1
商品液晶产品ZLI-1132，其清亮点为72.4℃，粘度为27.0mPa.s(20℃)，光学各向异性为0.137(25℃)，阀值电压为1.78V，δ＝0.58(％/℃)。实施例1
制备由下列化合物组成的液晶组合物。
Figure A9510576000231
该组合物的清亮点为73.8℃，粘度为18.3mPa.s(20℃)，光学各向异性为0.139(25℃)，阀值电压为1.53V。该组合物的阀值电压的温度依赖性δ＝0.33(％/℃)。可见，实施例1的液晶组合物的粘度，阀值电压和δ与比较例1的液晶组合物相比都明显要低，同时前者的光学各向异性仅略微大于后者。由此可知，实施例1的液晶组合物作为显示器材料具有很好的性质。实施例2
制备下列化合物组成的液晶组合物。
这个组合物的清亮点为90.7℃，粘度为23.2mPa.s(20℃)，光学各向异性为0.136(25℃)，阀值电压为1.50V，δ＝0.26(％/℃)。实施例3
制备由下面的化合物组成的液晶组合物。
Figure A9510576000261
Figure A9510576000271
这个组合物的清亮点为90.0℃，粘度为24.4mPa.s(20℃)，光学各向异性为0.147(25℃)，阀值电压为1.68V，δ＝0.22(％/℃)。实施例4
制备由下列化合物组成的液晶组合物。
此组合物的清亮点为73.5℃，粘度为25.4mPa.s(20℃)，光学各性异性为0.166(25℃)，阀值电压为1.49V，δ＝0.38(％/℃)。实施例5
制备由下列化合物组成的液晶组合物。
Figure A9510576000301
此组合物的清亮点为73.4℃，粘度为28.0mPa.s(20℃)，光学各向异性为0.151(25℃)，阀值电压为1.33V，此组合物的阀值电压的温度依赖性δ＝0.32(％/℃)。实施例6
制备由下列化合物组成的液晶组合物。
此组合物的清亮点为80.9℃，粘度为23.1mPa.s(20℃)，光学各性异性为0.140(25℃)，阀值电压变1.46V。实施例7
制备由下列化合物组成的液晶组合物。
Figure A9510576000331
此组合物的清亮点为77.8℃，粘度为26.2mPa.s(20℃)，光学各向异性为0.170(25℃)，阀值电压为1.51V。
从上述的实施例和比较例可以明显地看出，本发明的液晶组合物都具有降低了的阀值电压与降低了的温度依赖性，同时具有适当提高了的光学各向异性和降低了的粘度。因此，使用这些组合物有可能获得满足实用要求，即低电压驱动性能、降低了的温度依赖性和高速电光响应的液晶显示器。
虽然本发明已经详细地并参照特定的实施例被描述了，但是显然，本领域普通技术人员可以在不改变其精神和范围的条件下对其做各种各样的改动和调整。

Claims (13)

1.一种液晶组合物，该组合物包括：由至少一种选自下面通式(I)的化合物组成的第一组份，由至少一种选自下面通式(II)的化合物组成的第二组份，由至少一种选自下面通式(III)至(V)的化合物组成的第三组份，和由至少一种选自下面通式(VI)和(VII)的化合物组成的第四组份；
Figure A9510576000021
(I)其中R1表示含有1-8个碳原子的烷基；n表示0或1；(II)其中R2和R3各自独立地表示含有1-8个碳原子的烷基；L表示F或H；Q表示-CH2CH2-或单键；(III)
Figure A9510576000024
(IV)
Figure A9510576000031
(V)其中，在式(III)中，R4表示含有1-8个碳原子的烷基，其中一个CH2基可以被氧原子或-CH＝CH-替代；m表示0或1；A1表示反-1，4-亚环己基、1，4-亚苯基或反-1，3-二噁烷-2，5-二基；Z1表示-COO-或单键；X表示F或H，条件是当Z1为-COO-时，X是H；在式(IV)中，R5表示含有1-8个碳原子的烷基；P表示0或1；A2表示反-1，4-亚环己基、1，4-亚苯基或嘧啶-2，5-二基；A3表示反-1，4-亚环己基或1，4-亚苯基；Z2表示-CH2CH2-、-CH＝CH-或单键；Z3表示-COO-或单键；T表示F或H；S表示F或Cl；在式(V)中，R6表示含有1-8个碳原子的烷基；q表示0或1；A4表示反-1，4-亚环己基或1，4-亚苯基；Z4表示-CH2CH2-、-CH＝CH-或单键；Z5表示-CH2CH2-或单键；S表示F或Cl。
Figure A9510576000032
(VI)(VII)其中，在式(VI)中，R7表示含有1-8个碳原子的烷基； R8表示含有1-8个碳原子的烷基或烷氧基，或者含有2-8个碳原子的烷氧甲基；r表示0或1；A5表示反-1，4-亚环己基、1，4-亚苯基或嘧啶-2，5-二基；A6和A7各自独立地表示反-1，4-亚环己基或1，4-亚苯基； Z6表示-COO-或单键；在式(VII)中，R9表示含有1-8个碳原子的烷基；R10表示含有1-8个碳原子的烷基或烷氧基。
2.一种如权利要求1所述的液晶组合物，其中所述的第二组份由至少一种选自通式(IIa)和(IIb)的化合物组成：
Figure A9510576000041
(IIa)(IIb)其中，R11和R12各自独立地表示含有1-8个碳原子的烷基。
3.一种如权利要求1所述的液晶组合物，其中所述的式(III)的化合物是通式(IIIA)的至少一种化合物：
Figure A9510576000043
(IIIA)其中，R13表示含有1-8个碳原子的烷基；X表示F或H。
4.一种如权利要求1所述的液晶组合物，其中所述的式(VI)的化合物是通式(VIA)的至少一种化合物：(VIA)其中，R14表示含有1-8个碳原子的烷基；R15表示含有1-8个碳原子的烷基或烷氧基，或者含有2-8个碳原子的烷氧甲基；V和W各自独立地表示0或1，条件是当V和W的其中一个为0时，另一个为1。
5.一种如权利要求2所述的液晶组合物，其中所述的式(III)的化合物是通式(IIIA)的至少一种化合物：(IIIA)其中，R13表示含有1-8个碳原子的烷基；X表示F或H。
6.一种如权利要求2所述的液晶组合物，其中所述的式(VI)的化合物是通式(VIA)的至少一种化合物：
Figure A9510576000053
(VIA)其中，R14表示含有1-8个碳原子的烷基； R15表示含有1-8个碳原子的烷基或烷氧基，或者含有2-8个碳原子的烷氧甲基；V和W各自独立地表示0或1，条件是当V和W的其中一个为0时，另一个为1。
7.一种如权利要求3所述的液晶组合物，其中所述的式(VI)的化合物是通式(VIA)的至少一种化合物：(VIA)其中，R14表示含有1-8个碳原子的烷基；R15表示含有1-8个碳原子的烷基或烷氧基，或者含有2-8个碳原子的烷氧甲基；V和W各自独立地表示0或1，条件是当V和W的其中一个为0时，另一个为1。
8.一种如权利要求5所述的液晶组合物，其中所述的式(VI)的化合物是通式(VIA)的至少一种化合物：
Figure A9510576000062
(VIA)其中，R14表示含有1-8个碳原子的烷基；R15表示含有1-8个碳原子的烷基或烷氧基，或者含有2-8个碳原子的烷氧甲基；V和W各自独立地表示0或1，条件是当V和W的其中一个为0时，另一个为1。
9.一种如权利要求1所述的液晶组合物，其中，第一、第二、第三、第四组份的混合比例相对于该四种组份的总重量分别为3-50％(重量)、3-35％(重量)、10-60％(重量)和10-60％(重量)。
10.一种如权利要求1所述的液晶组合物，其中，第一、第二、第三、第四组份的混合比例相对于该四种组分的总重量分别为5-30％(重量)、5-25％(重量)、15-40％(重量)和20-50％(重量)。
11.一种如权利要求2所述的液晶组合物，其中，第一、第二、第三、第四组份的混合比例相对于该四种组份的总重量分别为3-50％(重量)、3-35％(重量)、10-60％(重量)和10-60％(重量)。
12.一种如权利要求2所述的液晶组合物，其中，第一、第二、第三、第四组份的混合比例相对于该四种组份的总重量分别为5-30％(重量)、5-25％(重量)、15-40％(重量)和20-50％(重量)。
13.一种使用如权利要求1中所述的液晶组合物的电光显示器。
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