TW201627480A - 含２－甲基－３，４，５－三氟苯液晶化合物的液晶組合物及其應用 - Google Patents

Abstract

本發明涉及液晶顯示技術領域，特別涉及一種含2-甲基-3,4,5-三氟苯液晶化合物的液晶組合物及其應用，本發明的液晶組合物，按重量份，包括1~50份一種或多種通式I所代表的化合物，10~70份一種或多種通式II所代表的化合物；還可以包括0~30份一種或多種通式III所代表的化合物或/和6~45份一種或多種通式IV~通式XIII所代表的化合物。本發明提供的液晶組合物具有低的旋轉粘度和大的彈性常數，表現為具有較短的回應時間，在TN、IPS、FFS模式顯示器中應用能明顯改善液晶顯示器的顯示效果。

Description

含2-甲基-3,4,5-三氟苯液晶化合物的液晶組合物及其應用

本發明涉及液晶顯示技術領域，特別涉及一種含2-甲基-3,4,5-三氟苯液晶化合物的液晶組合物及其應用，具體地說，本發明提供一種含有2-甲基-3,4,5-三氟苯與二氟甲氧基橋鍵相連的液晶化合物的液晶組合物，本發明所提供的液晶組合物具有快的回應時間，特別適用於快回應的TN/IPS/FFS型TFT液晶顯示器中。

目前，液晶在資訊顯示領域得到了廣泛應用，同時在光通訊中的應用也取得了一定的進展(S.T.Wu，D.K.Yang.Reflective Liquid Crystal Displays.Wiley，2001)。近幾年，液晶化合物的應用領域已經顯著拓寬到各類顯示器件、電光器件、電子元件、感測器等，向列型液晶化合物已經在平板顯示器中得到最為廣泛的應用，特別是用於TFT有源矩陣的系統中。

液晶顯示伴隨液晶的發現經歷了漫長的發展道路。1888年奧地利植物學家Friedrich Reinitzer發現了第一種液晶材料安息香酸膽固醇(cholesteryl benzoate)。1917年Manguin發明了摩擦定向法，用以製作單疇液晶和研究光學各向異性。1909年E.Bose建立了攢動(Swarm)學說，並得到L.S.Ormstein及F.Zernike等人的實驗支援(1918年)，後經De Gennes論述為統計性起伏。G.W.Oseen和H.Zocher在1933年創立連續體理論，並得到F.C.Frank完善(1958年)。M.Born(1916年)和K.Lichtennecker(1926年)發現並研究了液晶的介電各向異性。1932年，W.Kast據此將向列相分為正、負性兩大類。1927年，V.Freedericksz和V.Zolinao發現向列相液晶在電場或磁場作用下，發生形變並存在電壓閾值(Freederichsz轉變)。這一發現為液晶顯示器的製作提供了依據。

1968年美國RCA公司R.Williams發現向列相液晶在電場作用下 形成條紋疇，並有光散射現象。G.H.Heilmeir隨即將其發展成動態散射顯示模式，並製成世界上第一個液晶顯示器(LCD)。七十年代初，Helfrich及Schadt發明了TN原理，人們利用TN光電效應和積體電路相結合，將其做成顯示器件(TN-LCD)，為液晶的應用開拓了廣闊的前景。七十年代以來，由於大型積體電路和液晶材料的發展，液晶在顯示方面的應用取得了突破性的發展，1983~1985年T.Scheffer等人先後提出超扭曲向列相(Super Twisred Nematic：STN)模式以及P.Brody在1972年提出的有源矩陣(Active matrix：AM)方式被重新採用。傳統的TN-LCD技術已發展為STN-LCD及TFT-LCD技術，儘管STN的掃描線數可達768行以上，但是當溫度升高時仍然存在著回應速度、視角以及灰度等問題，因此大面積、高信息量、彩色顯示大多採用有源矩陣顯示方式。TFT-LCD已經廣泛用於直視型電視、大螢幕投影電視、電腦終端顯示和某些軍用儀錶顯示，相信TFT-LCD技術具有更為廣闊的應用前景。

其中“有源矩陣”包括兩種類型：1、在作為基片的矽晶片上的OMS(金屬氧化物半導體)或其他二極體。2、在作為基片的玻璃板上的薄膜電晶體(TFT)。

單晶矽作為基片材料限制了顯示尺寸，因為各部分顯示器件甚至模組組裝在其結合處出現許多問題。因而，第二種薄膜電晶體是具有前景的有源矩陣類型，所利用的光電效應通常是TN效應。TFT包括化合物半導體，如Cdse，或以多晶或無定形矽為基礎的TFT。

目前，LCD產品技術已經成熟，成功地解決了視角、解析度、色飽和度和亮度等技術難題，其顯示性能已經接近或超過CRT顯示器。大尺寸和中小尺寸LCD在各自的領域已逐漸佔據平板顯示器的主流地位。但是受液晶材料本身的制約(粘度高)，致使回應時間成為影響高性能顯示器的主要因素。

具體而言，液晶的回應時間受限於液晶的旋轉粘度γ 1以及彈性常數，降低液晶組合物的旋轉粘度和提升彈性常數對於減少液晶顯示器的回應時間，加快液晶顯示器的回應速度有著顯著的效果。

本發明的目的是提供一種液晶組合物及其應用，為達到上述目 的，具體採用如下的技術方案：一種含2-甲基-3,4,5-三氟苯液晶化合物的液晶組合物，其特徵在於，按重量份，包括1~50份一種或多種通式I所代表的化合物，10~70份一種或多種通式II所代表的化合物；

其中，R₁、R₂、R₃各自獨立地代表C₁~C₁₂的直鏈烷基或一個或多個不相鄰的CH₂被O、S或CH=CH取代的C₁~C₁₂的直鏈烷基；n各自獨立地代表0或1；A₁、A₂、A₃各自獨立地代表以下結構： A₄、A₅各自獨立地代表反式1,4-環己基或1,4-亞苯基。

本發明提供的液晶組合物具有低的旋轉粘度和大的彈性常數，表現為具有較短的回應時間，從而有效地解決液晶顯示器回應速度慢的問題。

為了實現快的回應時間，本發明的液晶組合物，按重量份，包括3~20份一種或多種通式I所代表的化合物，17~63份一種或多種通式II所代表的化合物；或包括21~45份一種或多種通式I所代表的化合物，20~45份一種或多種通式II所代表的化合物。

本發明的液晶組合物，還包括0~30份一種或多種通式III所代表的化合物，優選地，還包括2~30份一種或多種通式III所代表的化合物；

其中，R₄、R₅各自獨立地代表C₁~C₁₂的直鏈烷基或一個或多個不相鄰的CH₂被O、S或CH=CH取代的C₁~C₁₂的直鏈烷基； A₆各自獨立地代表以下結構：

作為本發明優選的技術方案，一種或多種通式III所代表的化合物為10~26份。

本發明的液晶組合物，還包括6~45份一種或多種通式IV~通式IX所代表的化合物，

其中，R₆、R₉各自獨立地代表C₁~C₁₂的直鏈烷基或一個或多個不相鄰的CH₂被CH=CH取代的C₁~C₁₂的直鏈烷基；R₇、R₈、R₁₀~R₁₂各自獨立地代表C₁~C₁₂的直鏈烷基；L₁~L₈各自獨立地代表H或F；X₁~X₃、X₅各自獨立地代表F、CF₃、OCF₂H、OCF₃；X₄各自獨立地代表F、CF₃、OCF₃以及C₁~C₅的直鏈烷基或C₂~C₅的直鏈烯基；A₇、A₈各自獨立地選自以下結構：

作為本發明優選的技術方案，一種或多種通式IV~通式IX所代表的化合物為28~37份。

作為本發明技術方案的實施方式，本發明的液晶組合物，按重量 份，包括6~39份一種或多種通式I所代表的化合物，22~62份一種或多種通式II所代表的化合物，2~26份一種或多種通式III所代表的化合物，6~44份一種或多種通式IV~通式IX所代表的化合物。

具體的，通式I所代表的化合物選自式I-A~式I-U所代表的化合物的一種或幾種：

所述通式II所代表的化合物選自如下化合物的一種或多種：

其中，R₁各自獨立地代表C₁~C₇的直鏈烷基；R₂各自獨立地代表C₁~C₇的直鏈烷基、直鏈烷氧基或C₂~C₇的直鏈烯基；R₃各自獨立地代表C₁~C₇的直鏈烷基。

更具體的，通式I所代表的化合物選自式I-A-1~式I-U-4所代表的化合物的一種或幾種：

通式II所代表的化合物選自式II-A-1~式II-C-24所代表的化合物的一種或幾種：

具體的，通式III所代表的化合物選自式III-A~式III-C以下化合物的一種或多種：

其中，R₄各自獨立地代表C₂~C₁₀的直鏈烷基或直鏈烯基；R₅各自獨立地代表C₁~C₈的直鏈烷基。

更具體的，通式III所代表化合物選自式III-A-1~式III-C-30結構中的一種或多種：

具體的，通式IV~通式IX的化合物選自以下結構中的一種或多種：

其中，R₆各自獨立地代表C₂~C₇的直鏈烷基或直鏈烯基；R₇、R₈、R₁₀~R₁₂各自獨立地代表C₂~C₇的直鏈烷基；R₉、R_x各自獨立地代表C₁~C₇的直鏈烷基或C₂~C₇的直鏈烯基。

更優選地，R₆各自獨立地代表C₂~C₅的直鏈烷基或直鏈烯基；R₇、R₈、R₁₀~R₁₂各自獨立地代表C₂~C₅的直鏈烷基；R₉、R_x各自獨立地代表C₁~C₅的直鏈烷基或C₂~C₅的直鏈烯基。

本發明所提供的液晶組合物中通式I所代表的化合物為含有2-甲基-3,4,5-三氟苯與二氟甲氧基橋鍵相連的化合物，此類化合物具有強的極性和良好的互溶性特點，第二位引入甲基後可有效改善該類化合物的互溶性特點，令人驚奇的是，本發明所提供的第I類化合物與不含甲基的化合物相比，其互溶性改善的幅度在30%以上，及更有利於改善混合液晶的低溫互溶性特點；通式II所代表的化合物為雙環結構，具有低的旋轉粘度和優良的互溶性特點，是快回應液晶顯示必不可少的組分，通式III所代表的化合物為非極性化合物，具有高的清亮點和大的彈性常數，有利於提高液晶組合物的彈性常數；通式IV~通式IX所代表的化合物主要用於調配液晶組合物的清亮點以及光學各向異性等參數。

本發明所述液晶組合物的製備方法無特殊限制，可採用常規方法 將兩種或多種化合物混合進行生產，如通過在高溫下混合不同組分並彼此溶解的方法製備，其中，將液晶組合物溶解在用於該化合物的溶劑中並混合，然後在減壓下蒸餾出該溶劑；或者本發明所述液晶組合物可按照常規的方法製備，如將其中含量較小的組分在較高的溫度下溶解在含量較大的主要組分中，或將各所屬組分在有機溶劑中溶解，如丙酮、氯仿或甲醇等，然後將溶液混合去除溶劑後得到。

本發明所述液晶組合物具有低旋轉粘度、大的彈性常數、良好的低溫互溶性以及快的回應速度，可用於多種顯示模式的快回應液晶顯示，其在TN、IPS或FFS模式顯示器中的使用能明顯改善液晶顯示器顯示效果。

以下實施例用於說明本發明，但不用來限制本發明的範圍，除非另有說明，本發明中百分比為重量百分比；溫度單位為攝氏度；△n代表光學各向異性(25℃)；△ε代表介電各向異性(25℃，1000Hz)；V₁₀代表閾值電壓，是在相對透過率改變10%時的特徵電壓(V，25℃)；γ1代表旋轉粘度(mPa.s，25℃)；Cp代表液晶組合物的清亮點(℃)；K₁₁、K₂₂、K₃₃分別代表展曲、扭曲和彎曲彈性常數(pN，25℃)。

以下各實施例中，液晶化合物中基團結構用表1所示代碼表示。

以如下化合物結構為例： 表示為：4CDUQKF

表示為：5CCPUF

以下各實施例中，液晶組合物的製備均採用熱溶解方法，包括以下步驟：用天平按重量百分比稱量液晶化合物，其中稱量加入順序無特定要求，通常以液晶化合物熔點由高到低的順序依次稱量混合，在60~100℃下加熱攪拌使得各組分熔解均勻，再經過濾、旋蒸，最後封裝即得目標樣品。

以下各實施例中，液晶組合物中各組分的重量百分比及液晶組合物的性能參數見下述表格。

實施例1：

實施例2：

實施例3：

實施例4：

實施例5：

實施例6：

實施例7：

表8：液晶組合物中各組分的重量百分比及性能參數

實施例8：

實施例9：

實施例10：

實施例11：

實施例12：

實施例13：

實施例14：

實施例15：

實施例16：

實施例17：

實施例18：

實施例19：

實施例20：

實施例21：

實施例22：

實施例23：

實施例24：

實施例25

對比例1：

本發明所提供的第I類化合物與不含甲基的化合物相比，其互溶性改善的幅度在30%以上，實驗方法為低溫觀察實施的常規方法：按品質百分比加入host LC 中，灌入液晶盒在-40℃下觀察，具體結果可見下表：

本發明所提供的單晶與不含甲基的單晶比較，加入的品質多5%任然保持良好的低溫互溶性，由此可見，本發明所提供的第I類單晶具有優異的低溫互溶性，可有效改善液晶組合物的低溫穩定性。

對比例2：

將實施例1與對比例1所得液晶組合物的各性能參數值進行匯總比較，參見表29。

經比較可知：與對比例1相比，實施例1提供的液晶組合物具有低的旋轉粘 度，即具有更快的的回應時間。

對比例3：

將實施例5與對比例2所得液晶組合物的各性能參數值進行匯總比較，參見表31。

經比較可知：與對比例2相比，實施例5提供的液晶組合物的彈性常數大，旋轉粘度低，因此擁有更短的回應時間和更快的回應速度。

由以上實施例可知，本發明所提供的液晶組合物同時含有2-甲基-3,4,5-三氟苯與二氟甲氧基橋鍵相連的化合物和非極性雙環化合物，具有低粘度、高電阻率、適合的光學各向異性、大的彈性常數以及優異的光穩定性和熱穩定性，可解減少液晶顯示器的回應時間，從而解決液晶顯示器回應速度慢的問題。因此，本發明所提供的液晶組合物適用於快回應的TN、IPS及FFS型TFT液晶顯示裝置，尤其適用於IPS及FFS液晶顯示裝置，特別適用於快回應的液晶顯示裝置。

雖然，上文中已經用一般性說明及具體實施方案對本發明作了詳 盡的描述，但在本發明基礎上，可以對之作一些修改或改進，這對本領域技術人員而言是顯而易見的。因此，在不偏離本發明精神的基礎上所做的這些修改或改進，均屬於本發明要求保護的範圍。

工業實用性：本發明提供了一種液晶組合物，該液晶組合物同時含有2-甲基-3,4,5-三氟苯與二氟甲氧基橋鍵相連的化合物和非極性雙環化合物，具有低粘度、高電阻率、適合的光學各向異性、大的彈性常數以及優異的光穩定性和熱穩定性，可解減少液晶顯示器的回應時間，從而解決液晶顯示器回應速度慢的問題。因此，本發明所提供的液晶組合物適用於快回應的TN、IPS及FFS型TFT液晶顯示裝置，尤其適用於IPS及FFS液晶顯示裝置，特別適用於快回應的液晶顯示裝置，在液晶顯示領域具有廣闊的應用前景及良好的工業實用性。

Claims (21)

1. 一種含2-甲基-3,4,5-三氟苯液晶化合物的液晶組合物，其特徵在於，按重量份，包括1~50份一種或多種通式I所代表的化合物，10~70份一種或多種通式II所代表的化合物； 其中，R₁、R₂、R₃各自獨立地代表C₁~C₁₂的直鏈烷基或一個或多個不相鄰的CH₂被O、S或CH=CH取代的C₁~C₁₂的直鏈烷基；n各自獨立地代表0或1；A₁、A₂、A₃各自獨立地代表以下結構： A₄、A₅各自獨立地代表反式1,4-環己基或1,4-亞苯基。
2. 根據權利要求1所述的液晶組合物，其特徵在於，按重量份，包括3~20份一種或多種通式I所代表的化合物，17~63份一種或多種通式II所代表的化合物；或包括21~45份一種或多種通式I所代表的化合物，20~45份一種或多種通式II所代表的化合物。
3. 根據權利要求1或2所述的液晶組合物，其特徵在於，還包括0~30份一種或多種通式III所代表的化合物， R₄、R₅各自獨立地代表C₁~C₁₂的直鏈烷基或一個或多個不相鄰的CH₂被O、S或CH=CH取代的C₁~C₁₂的直鏈烷基；A₆各自獨立地代表以下結構：
4. 根據權利要求3所述的液晶組合物，其特徵在於，一種或多種通式III所代表的化合物為10~26份。
5. 根據權利要求1或2所述的液晶組合物，其特徵在於，還包括6~45份一種或多種通式IV~通式IX所代表的化合物， R₆、R₉各自獨立地代表C₁~C₁₂的直鏈烷基或一個或多個不相鄰的CH₂被CH=CH取代的C₁~C₁₂的直鏈烷基；R₇、R₈、R₁₀~R₁₂各自獨立地代表C₁~C₁₂的 直鏈烷基；L₁~L₈各自獨立地代表H或F；X₁~X₃、X₅各自獨立地代表F、CF₃、OCF₂H、OCF₃；X₄各自獨立地代表F、CF₃、OCF₃以及C₁~C₅的直鏈烷基或C₂~C₅的直鏈烯基；A₇、A₈各自獨立地選自以下結構：
6. 根據權利要求3所述的液晶組合物，其特徵在於，還包括6~45份一種或多種通式IV~通式IX所代表的化合物， R₆、R₉各自獨立地代表C₁~C₁₂的直鏈烷基或一個或多個不相鄰的CH₂被CH=CH取代的C₁~C₁₂的直鏈烷基；R₇、R₈、R₁₀~R₁₂各自獨立地代表C₁~C₁₂的 直鏈烷基；L₁~L₈各自獨立地代表H或F；X₁~X₃、X₅各自獨立地代表F、CF₃、OCF₂H、OCF₃；X₄各自獨立地代表F、CF₃、OCF₃以及C₁~C₅的直鏈烷基或C₂~C₅的直鏈烯基；A₇、A₈各自獨立地選自以下結構：
7. 根據權利要求5所述的液晶組合物，其特徵在於，一種或多種通式IV~通式IX所代表的化合物為28~37份。
8. 根據權利要求6所述的液晶組合物，其特徵在於，一種或多種通式IV~通式IX所代表的化合物為28~37份。
9. 根據權利要求1或2所述的液晶組合物，其特徵在於，按重量份，包括：6~39份一種或多種通式I所代表的化合物，22~62份一種或多種通式II所代表的化合物，2~26份一種或多種通式III所代表的化合物，6~44份一種或多種通式IV~通式IX所代表的化合物。
10. 根據權利要求1或2所述的液晶組合物，其特徵在於，通式I所代表的化合物選自式I-A~式I-U所代表的化合物的一種或幾種： 所述通式II所代表的化合物選自如下化合物的一種或多種： 其中，R₁各自獨立地代表C₁~C₇的直鏈烷基；R₂各自獨立地代表C₁~C₇的直鏈烷基、直鏈烷氧基或C₂~C₇的直鏈烯基；R₃各自獨立地代表C1~C7的直鏈烷 基。
11. 根據權利要求1或2所述的液晶組合物，其特徵在於，通式I所代表的化合物選自式I-A-1~式I-U-4所代表的化合物的一種或幾種： 優選通式II所代表的化合物選自式II-A-1~式II-C-24所代表的化合物的一種或幾種： 優選通式III所代表化合物選自式III-A-1~式III-C-30結構中的一種或多種： 優選通式IV~通式IX的化合物選自以下結構中的一種或多種： 其中，R₆各自獨立地代表C₂~C₇的直鏈烷基或直鏈烯基；R₇、R₈、R₁₀~R₁₂各自獨立地代表C₂~C₇的直鏈烷基；R₉、R_x各自獨立地代表C₁~C₇的直鏈烷基或C₂~C₇的直鏈烯基；更優選地，R₆各自獨立地代表C₂~C₅的直鏈烷基或直鏈烯基；R₇、R₈、R₁₀~R₁₂各自獨立地代表C₂~C₅的直鏈烷基；R₉、R_x各自獨立地代表C₁~C₅的直鏈烷基或C₂~C₅的直鏈烯基。
12. 權利要求1或2所述的液晶組合物在TN、IPS及FFS模式顯示器其中之一的應用。
13. 權利要求3所述的液晶組合物在TN、IPS及FFS模式顯示器其中之一的應用。
14. 權利要求4所述的液晶組合物在TN、IPS及FFS模式顯示器其中之一的應用。
15. 權利要求5所述的液晶組合物在TN、IPS及FFS模式顯示器其中之一的應用。
16. 權利要求6所述的液晶組合物在TN、IPS及FFS模式顯示器其中之一的應用。
17. 權利要求7所述的液晶組合物在TN、IPS及FFS模式顯示器其中之一的應用。
18. 權利要求8所述的液晶組合物在TN、IPS及FFS模式顯示器其中之一的應用。
19. 權利要求9所述的液晶組合物在TN、IPS及FFS模式顯示器其中之一的應用。
20. 權利要求10所述的液晶組合物在TN、IPS及FFS模式顯示器其中之一的應用。
21. 權利要求11所述的液晶組合物在TN、IPS及FFS模式顯示器其中之一的應用。