TW201632611A - 一種液晶組合物及其應用 - Google Patents

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Abstract

本發明涉及液晶領域，特別涉及一種液晶組合物及其在液晶顯示領域的應用。本發明的液晶組合物，按重量份，包括5~40份一種或多種通式I所代表的化合物，2~30份一種或多種通式II所代表的化合物，20~70份一種或多種通式III所代表的化合物，還可以包括4~30份一種或多種通式IV所代表的化合物或/和5~25份一種或多種通式V~通式IX的所代表的化合物。上述化合物配合使用，可以有效降低液晶組合物的旋轉粘度，改善混合液晶的相關性能，從而減少其回應時間。本發明所述的液晶組合物可用於多種顯示模式的快回應液晶顯示。

Description

一種液晶組合物及其應用
本發明涉及液晶領域，特別涉及一種液晶組合物及其在液晶顯示領域的應用。
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。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，特別是七十年代以來，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。
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γ1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，該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。
為了達到上述目的，具體採用如下的技術方案： 一種液晶組合物，按重量份，包括5~40份一種或多種通式I所代表的化合物，2~30份一種或多種通式II所代表的化合物，20~70份一種或多種通式III所代表的化合物，優選包括9~30份一種或多種通式I所代表的化合物，3~26份一種或多種通式II所代表的化合物，36~67份一種或多種通式III所代表的化合物；
其中：R1獨立地代表C1~C12的直鏈烷基或C2~C12的直鏈烯基；R2獨立地代表C1~C12的直鏈烷基、C1~C12的直鏈烷氧基或C2~C12的直鏈烯基；R4、R5各自獨立地代表未被取代的C1~C12的直鏈烷基、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；X1獨立地代表F、Cl、CN、C1~C12的直鏈烷基、C1~C12的直鏈烷氧基或C2~C12的直鏈烯基；Z1、Z2各自獨立地代表單鍵或炔鍵，且 Z1和Z2中至少一個為炔鍵；L1獨立地代表H或F；A1、A2和A3各自獨立地代表： A4獨立地代表： A5、A6各自獨立地代表反式1,4-環己基或1,4-亞苯基；m、n各自獨立地代表0或1。
本發明的液晶組合物，還包括0~30份通式IV所代表的化合物，優選地包括4~30份通式IV所代表的化合物，更優選4~24份通式IV所代表的化合物；
其中，R6、R7各自獨立地代表C1~C12的直鏈烷基、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；A7選自以下結構中的一種：
本發明的液晶組合物，還包括0~30份通式V~通式IX的所代表的化合物，優選地包括5~25份通式V~通式IX的所代表的化合物，
其中，R10獨立地代表C1~C12的直鏈烷基、C2~C12的直鏈烯基；R8、R9、R11~R13各自獨立地代表C1~C12的直鏈烷基；X2~X5各自獨立地代表F、CF3、OCF3、OCF2H；L2~L9各自獨立地代表H或F；A8和A9各自獨立地代表：
作為一種實施方式，本發明的液晶組合物，按重量份，包括9~12份一種或多種通式I所代表的化合物，5~26份一種或多種通式II所代表的化合物，60~67份一種或多種通式III所代表的化合物，5~24份一種或多種通式IV所代表的化合物。
作為另一種實施方式，本發明的液晶組合物，按重量份，包括14~30份一種或多種通式I所代表的化合物，3~9份一種或多種通式II所代表的化合物，30~50份一種或多種通式III所代表的化合物，4~18份一種或多種通式IV所代表的化合物，9~25(優選9~23)份一種或多種通式V~通式IX所代表的化合物。
上述“一種或多種通式V~通式IX所代表的化合物”中，當僅選擇一種化合物時，優選選擇化合物Ⅶ或化合物V；其用量範圍在9~15份為宜；當選擇兩種化合物的混合物時，優選化合物Ⅶ和化合物V，其用量範圍在9~23份為宜；當選擇三種化合物的混合物時，優選化合物V、化合物Ⅷ及化合物Ⅸ，或化合物V、化合物Ⅶ及化合物Ⅸ，其用量範圍在15~25份為宜。
本發明提供的通式I所代表的化合物為含有2-甲基-3,4,5-三氟苯結構與二氟甲氧基橋鍵的極性化合物，該結構具有大的介電各向異性。
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：
其中，R1獨立地代表C1~C7的直鏈烷基。
優選地，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：
更優選地，通式I所代表的化合物選自式I-F-2、I-F-3、I-G-2、I-G-4、I-P-1、I-P-2、I-R-2、I-R-3、I-U-2、I-U-4中的一種或幾種。
本發明提供的通式II所代表的炔類化合物具有高的光學各向異性，對於提升組合物的光學各向異性起到了顯著作用。
具體的，所述通式II所代表的化合物選自式II-A~式II-D中的一種或多種：
其中，R2獨立地代表C1~C7的直鏈烷基或C2~C7的直鏈烯基；R3獨立地代表C1~C7的直鏈烷基、C1~C7的直鏈烷氧基或C2~C7的直鏈烯基。
優選地，式II所代表的化合物選自式II-A-1~式II-D-16中的一種或多種：
更優選地，通式II所代表的化合物選自式II-A-1、II-A-6、II-A-10、II-A-35、II-C-3、II-C-6中的一種或幾種。
本發明提供的通式III所代表的化合物為雙環結構，具體的，通式III所代表的化合物選自如下化合物的一種或多種：
其中，R4獨立地代表C1~C7的直鏈烷基；R5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。
優選地，所述通通式III所代表的化合物選自式III-A-1~式III-C-24所代表的化合物的一種或幾種：
更優選地，通式III所代表的化合物選自式III-A-1、III-A-2、III-A-4、III-A-5、III-C-4中的一種或幾種。
具體的，通式IV所代表的化合物選自式IV-A~式IV-C以下化合物的一種或多種：
其中，R6獨立地代表C2~C10的直鏈烷基或直鏈烯基；R7獨立地代表C1~C8的直鏈烷基。
優選地，通式IV所代表化合物選自式IV-A-1~式IV-C-30結構中的一種或多種：
更優選地，通式IV所代表的化合物選自式IV-A-1、IV-A-2、IV-A-5、IV-A-8、IV-A-12、IV-B-1、IV-B-3中的一種或幾種。
優選地，通式V~通式IX的化合物選自式V-A~式IX-N的一種或多種：
其中，R10獨立地代表C2~C7的直鏈烷基或直鏈烯基；R8、R9、R11~R13各自獨立地代表C2~C7的直鏈烷基。
本發明的技術特點在於：由於I類化合物具有強的介電各向異性，II類化合物具有大的光學各向異性，IV類化合物具有高的清亮點和大的K值特性，使用這三類化合物可以調節液晶組合物的物理參數性能；同時，III類化合物對於降低體系的粘度、提高回應速度作用顯著，是調配快速回應的液晶混合物必不可少的一類化合物。將上述化合物配合使用，可以有效降低混合液晶的旋轉粘度，改善混合液晶的相關性能，從而減少其回應時間。
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，或者本發明所述液晶組合物可按照常規的方法製備。
本發明所提供的液晶組合物同時含有2-甲基-3,4,5-三氟苯基的化 合物、炔類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。此外，該液晶組合物可有效地改善IPS和FFS液晶顯示器的對比度特性。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。
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：
實施例8：
實施例9：
實施例10：
實施例11：
對比例1：
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14。
經比較可知：與對比例1相比，實施例1提供的液晶組合物的旋轉粘度低，彈性常數大，因此擁有更短的回應時間和更快的回應速度。
對比例2：
將實施例9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16。
經比較可知：與對比例2相比，實施例9提供的液晶組合物的旋轉粘度低，彈性常數大，因此擁有更短的回應時間和更快的回應速度。
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：本發明所提供的液晶組合物同時含有2-甲基-3,4,5-三氟苯基的化合物、炔類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。此外，該液晶組合物可有效地改善IPS和FFS液晶顯示器的對比度特性。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，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 (17)

  1. 一種液晶組合物，其特徵在於，按重量份，包括5~40份一種或多種通式I所代表的化合物，2~30份一種或多種通式II所代表的化合物，20~70份一種或多種通式III所代表的化合物；優選包括9~30份一種或多種通式I所代表的化合物，3~26份一種或多種通式II所代表的化合物，36~67份一種或多種通式III所代表的化合物； 其中，R1獨立地代表C1~C12的直鏈烷基或C2~C12的直鏈烯基；R2獨立地代表C1~C12的直鏈烷基、C1~C12的直鏈烷氧基或C2~C12的直鏈烯基；R4、R5各自獨立地代表未被取代的C1~C12的直鏈烷基、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；X1獨立地代表F、Cl、CN、C1~C12的直鏈烷基、C1~C12的直鏈烷氧基或C2~C12的直鏈烯基；Z1、Z2各自獨立地代表單鍵或炔鍵，且Z1和Z2中至少一個為炔鍵；L1獨立地代表H或F；A1、A2和A3各自獨立地代表： A4獨立地代表： A5、A6各自獨立地代表反式1,4-環己基或1,4-亞苯基；m、n各自獨立地代表0或1。
  2. 根據權利要求1所述的液晶組合物，其特徵在於，還包括0~30份通式IV所代表的化合物，優選4~24份通式IV所代表的化合物； 其中，R6、R7各自獨立地代表C1~C12的直鏈烷基、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；A7選自以下結構中的一種：
  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份通式V~通式IX的所代表的化合物，優選9~25份通式V~通式IX的所代表的化合物； 其中，R10獨立地代表C1~C12的直鏈烷基、C2~C12的直鏈烯基；R8、R9、R11~R13各自獨立地代表C1~C12的直鏈烷基；X2~X5各自獨立地代表F、CF3、OCF3、OCF2H；L2~L9各自獨立地代表H或F；A8和A9各自獨立地代表：
  4. 根據權利要求2所述的液晶組合物，其特徵在於，按重量份，包括9~12份一種 或多種通式I所代表的化合物，5~26份一種或多種通式II所代表的化合物，60~67份一種或多種通式III所代表的化合物，5~24份一種或多種通式IV所代表的化合物。
  5. 根據權利要求3所述的液晶組合物，其特徵在於，按重量份，包括14~30份一種或多種通式I所代表的化合物，3~9份一種或多種通式II所代表的化合物，30~50份一種或多種通式III所代表的化合物，4~18份一種或多種通式IV所代表的化合物，9~23份一種或多種通式V~通式IX所代表的化合物。
  6. 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： 其中，R1獨立地代表C1~C7的直鏈烷基；所述通式II所代表的化合物選自式II-A~式II-D中的一種或多種： 其中，R2獨立地代表C1~C7的直鏈烷基或C2~C7的直鏈烯基；R3獨立地代表C1~C7的直鏈烷基、C1~C7的直鏈烷氧基或C2~C7的直鏈烯基；通式III所代表的化合物選自如下化合物的一種或多種： 其中，R4獨立地代表C1~C7的直鏈烷基；R5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。
  7. 根據權利要求1或2任一項所述的液晶組合物，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： 所述通式II所代表的化合物選自式II-A-1~式II-D-16中的一種或多種： 通式III所代表的化合物選自式III-A-1~式III-C-24所代表的化合物的一種或幾種：
  8. 根據權利要求4所述的液晶組合物，其特徵在於，通式IV所代表化合物選自式IV-A-1~式IV-C-30結構中的一種或多種：
  9. 根據權利要求5所述的液晶組合物，其特徵在於，通式IV所代表化合物選自式IV-A-1~式IV-C-30結構中的一種或多種：
  10. 根據權利要求5所述的液晶組合物，其特徵在於，通式V~通式IX的化合物選自式V-A~式IX-N的一種或多種： 其中，R10獨立地代表C2~C7的直鏈烷基或直鏈烯基；R8、R9、R11~R13各自獨立地代表C2~C7的直鏈烷基。
  11. 權利要求1、2、4或8所述的液晶組合物在TN、IPS及FFS型TFT液晶顯示裝置其中之一的應用。
  12. 權利要求3所述的液晶組合物在TN、IPS及FFS型TFT液晶顯示裝置其中之一的應用。
  13. 權利要求5所述的液晶組合物在TN、IPS及FFS型TFT液晶顯示裝置其中之一的應用。
  14. 權利要求6所述的液晶組合物在TN、IPS及FFS型TFT液晶顯示裝置其中之一的應用。
  15. 權利要求7所述的液晶組合物在TN、IPS及FFS型TFT液晶顯示裝置其中之一的應用。
  16. 權利要求9所述的液晶組合物在TN、IPS及FFS型TFT液晶顯示裝置其中之一的應用。
  17. 權利要求10所述的液晶組合物在TN、IPS及FFS型TFT液晶顯示裝置其中之一的應用。
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