TW201825979A - 具有高折射率的液晶組合物及其顯示器件 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種液晶組合物，包含：以所述液晶組合物總重量計，14-30%的一種或多種通式I的化合物；8-30%的一種或多種通式II的化合物；13-58%的一種或多種通式III的化合物；以及20-65%的一種或多種通式IV的化合物。本發明的液晶組合物具有較高延遲量、較高的透過率、較大的光學各向異性、適當的清亮點、較低的旋轉粘度以及良好的低溫存儲穩定性，適用於液晶顯示器件中，滿足液晶顯示器快速回應的需求，保證液晶顯示器在惡劣的環境中仍能良好顯示。

Description

具有高折射率的液晶組合物及其顯示器件
本發明涉及一種液晶組合物，特別涉及一種具有較高延遲量、較高透過率、較大的光學各向異性、適當的清亮點、較低的旋轉粘度、良好的低溫存儲穩定性以及快回應的液晶組合物。本發明還涉及包含該液晶組合物的液晶顯示器件。
液晶顯示器件是利用液晶材料本身所具備的光學各向異性和介電各向異性來進行工作的，目前已經得到了廣泛的應用。利用液晶材料不同的特性和工作方式，可以將器件設計成各種不同的工作模式，其中常規顯示器普遍使用的有TN模式(即扭曲向列模式-液晶化合物具有扭曲約90度的向列型結構)、STN模式(即超扭曲向列模式)、SBE模式(即超扭曲雙折射模式)、ECB模式(即電控雙折射模式)、VA模式(即垂直排列模式)、IPS模式(即面內轉換模式)等，還有很多根據以上各種模式所做的改進模式。工作在TN、STN、SBE模式的器件一般使用正介電各向異性液晶，工作在ECB、VA模式的器件使用負介電各向異性液晶，IPS模式既可使用正介電各向異性液晶，也可使用負介電各向異性液晶。
在低信息量中，一般採用無源方式驅動，但是隨著信息量的加大，顯示尺寸和顯示路數的增多，串擾和對比度降低現象變得嚴重，因此一般採用有源矩陣(AM)方式驅動，目前較多的採用薄膜電晶體(TFT) 來進行驅動。在AM-TFT元件中，TFT開關器件在二維網格中定址，在處於導通的有限時間內對圖元電極進行充值，之後又變成截止狀態，直至下一週期中再被定址。因此，在兩個定址週期之間，不希望圖元點上的電壓發生改變，否則圖元點的透光率會發生改變，導致顯示的不穩定。圖元點的放電速度取決於電極容量和電極間介電材料的電阻率。因此要求液晶材料有較高的電阻率，同時要求材料有合適的光學雙折射值△n(△n值一般在0.08-0.10左右)，以及較低的閾值電壓，以達到降低的驅動電壓，降低功耗的目的；還要求具有較低的粘度，以滿足快速回應的需要。這類液晶組合物已經有很多文獻報導，例如WO9202597、WO9116398、WO9302153、WO9116399、CN1157005A等。
隨著液晶顯示技術的發展，新的液晶顯示模式的開發，對液晶組合物參數的新的要求也在不斷提出。液晶顯示器件一方面要求顯示效果趨於完美，要求高對比、快速相應等；一方面也要求適合更多場合下的應用，例如，在低溫環境下的可讀性，使液晶顯示器更適合戶外低溫下的使用。
組合物的光學各向異性與器件的對比度相關聯。為了使液晶顯示器件的對比度比最大化，可調節液晶組合物的光學各向異性(△n)與液晶層的厚度(d)來設計。適當的積值依賴於運作模式的種類。如通常情況下，TN模式的液晶顯示器的△n．d為0.40左右，而IPS模式的液晶顯示器的△n．d為0.35左右。
透過率與△n．d的關係式如下： (T表示透過率)
在延遲量(△n．d)提升的情況下，液晶顯示器的透過率也會隨之提升。從而可以達到提升透過率的效果。
本申請的液晶組合物在不增加液晶層的厚度的情況下，實現明顯高的△n．d(可達到480左右)，能夠顯著提升液晶顯示器的透過率。同時，本發明的液晶組合物具有較小的旋轉粘度，能夠滿足快速回應需求。例如驅動電壓為5.5V，d為3.7um時，液晶顯示器的回應速度<8ms。
相應時間與旋轉粘度的關係式如下：(τ d表示回應時間)
從上述公式中可見，在液晶顯示層的厚度基本不變的情況下，降低液晶組合物的旋轉粘度，能夠減少液晶顯示器的回應時間，實現液晶顯示器快速回應的需求。
本發明的發明目的是提供一種液晶組合物，所述液晶組合物具有較高延遲量、較高的透過率、較大的光學各向異性、適當的清亮點、較低的旋轉粘度以及良好的低溫存儲穩定性，適用於液晶顯示器件中，保證了包含本發明液晶組合物的液晶顯示器能夠滿足在不同溫度下均能夠快速回應的需求。
本發明的另一目的是提供一種液晶組合物，適用於AM-TFT、IPS等顯示模式的液晶顯示器件中。
本發明的一方面提供一種液晶組合物，其特徵在於，所述液 晶組合物包含：一種或多種通式I的化合物 一種或多種通式II的化合物 一種或多種通式III的化合物 一種或多種通式IV的化合物 其中，R1、R2、R3、R4、R5和R6各自獨立地表示H、碳原子為1-10的直鏈或支鏈的烷基或烷氧基，或碳原子數為2-10的烯基或烯氧基；和各自獨立地表示 或，其中，中一個或多個-CH2-可以被O取代，中一個或多個H可以被F取代；X表示H或F；X1表示F或-CH2CH2-CH=CF2； X2表示F、-CF3、-OCF3或-OCF2-CF=CF2；L1和L2相同或不同，各自獨立地表示H或F；m表示1、2或3；其中，當m不為1時，可以相同也可以不同。
在本發明的實施方案中，優選所述R1、R2、R3和R5各自獨立地表示碳原子為1-7的直鏈或支鏈的烷基或烷氧基，或碳原子數為2-7的烯基或烯氧基；更優地，所述R1、R2、R3和R5各自獨立地表示碳原子為1-7的直鏈烷基，或碳原子數為2-7的烯基；最優地，R1、R2、R3和R5優選各自獨立地表示碳原子為1-7的直鏈烷基。所述R4表示H、碳原子為1-7的直鏈或支鏈的烷基或烷氧基，或碳原子數為2-7的烯基或烯氧基；更優地，所述R4表示H、碳原子為1-7的直鏈烷基。優選所述R6表示碳原子為1-7的直鏈或支鏈的烷基或烷氧基，或碳原子數為2-7的烯基或烯氧基；更優地，所述R6表示碳原子為1-7的直鏈烷基，或碳原子數為2-7的烯基。優選所述表示或。優選所述X2表示F、-CF3或-OCF3。
在本發明的實施方案中，所述通式I的化合物占所述液晶組合物總重量的14-30%；所述通式II的化合物占所述液晶組合物總重量的8-30%；所述通式III的化合物占所述液晶組合物總重量的13-58%；以及所述通式IV的化合物占所述液晶組合物總重量的20-65%。
在本發明的實施方案中，優選所述通式I的化合物選自由如下化合物組成的組中的一種或更多種的化合物： ；以及 其中，所述R1A表示碳原子數為1-7的直鏈或支鏈的烷基或烷氧基。
在本發明的實施方案中，所述R1A表示碳原子數為1-5的直鏈烷基。
在本發明的實施方案中，優選所述通式I-1的化合物選自由如下化合物組成的組中的一種或更多種的化合物： ；以及
在本發明的實施方案中，優選所述通式I-2的化合物選自由如下化合物組成的組中的一種或更多種的化合物： ；以及
在本發明的實施方案中，優選所述通式II的化合物選自由如下化合物組成的組中的一種或更多種的化合物： ；以及
特別優選通式II的化合物選自由如下化合物： ；以及
在本發明的實施方案中，優選所述通式III的化合物選自由如下化合物組成的組中的一種或更多種的化合物： ；以及
特別優選通式III的化合物選自由如下化合物： ；以及
在本發明的實施方案中，優選所述通式IV的化合物選自由如下化合物組成的組中的一種或更多種的化合物： ；以及
特別優選通式IV的化合物選自由如下化合物： ；以及
在本發明的實施方案中，所述液晶組合物還可以包含符合通式V的一種或多種化合物：
其中，R7和R8相同或不同，各自獨立地表示碳原子為1-10的直鏈或支鏈的烷基或烷氧基，或碳原子數為2-10的烯基或烯氧基。
在本發明的實施方案中，優選所述通式V的化合物選自由如下化合物組成的組中的一種或更多種的化合物： ；以及
在本發明的實施方案中，所述通式V的化合物占所述液晶組合物總重量的0-15%；優選所述通式V的化合物占所述液晶組合物總重量的0-10%；特別優選地所述通式V的化合物占所述液晶組合物總重量的1-10%。
在本發明的實施方案中，優選所述通式I的化合物占所述液晶組合物總重量的14-25%；所述通式II的化合物占所述液晶組合物總重量的8-20%；所述通式III的化合物占所述液晶組合物總重量的14.5-35%；以及所述通式IV的化合物占所述液晶組合物總重量的35-60%。
更優地，所述通式I的化合物占所述液晶組合物總重量的14-20%；所述通式II的化合物占所述液晶組合物總重量的8.5-16%；所述通式III的化合物占所述液晶組合物總重量的14.5-20%；以及所述通式IV的化 合物占所述液晶組合物總重量的45-55%。
所述液晶組合物包含通式I、通式II和通式III的化合物時，可以使得所述液晶組合物具有較高延遲量、較高的透過率、較大的光學各向異性，並且還具有適當高的清亮點，而加入通式IV和通式V的化合物可以保證所述液晶組合物維持較低的旋轉粘度以及良好的低溫存儲穩定性。
本發明另一方面提供一種液晶組合物，還包含本領域技術人員已知和文獻中描述的一種或多種添加劑。例如，可以加入0-15%多色染料和/或手性摻雜劑。
如下顯示優選加入到根據本發明的混合物中的可能摻雜劑。
； ；以及
在本發明的實施方案中，優選所述摻雜劑占所述液晶組合物總重量的0-5%；更優地，所述摻雜劑占所述液晶組合物總重量的0-1%；特別優選地，所述摻雜劑占所述液晶組合物總重量的0.001-0.8%。
如下提及例如可以加入到根據本發明的混合物中的穩定劑。
優選地，所述穩定劑選自如下所示的穩定劑。
在本發明的實施方案中，優選所述穩定劑占所述液晶組合物總重量的0-5%；更優地，所述穩定劑占所述液晶組合物總重量的0-1%；作為特別優選方案，所述穩定劑占所述液晶組合物總重量的0.001-0.1%。
本發明的再一方面提供一種液晶顯示器件，所述液晶顯示器件包含本發明的液晶組合物。
本發明的液晶組合物具有較高延遲量、較高的透過率、較大 的光學各向異性、適當的清亮點、較低的旋轉粘度以及良好的低溫存儲穩定性，適用於液晶顯示器件中。包含本發明液晶組合物的液晶顯示器能夠滿足在不同溫度下均能夠快速回應的需求。
在本發明中如無特殊說明，所述的比例均為重量比，所有溫度均為攝氏度溫度，所述的回應時間資料的測試選用的盒厚為3.7μm。
以下將結合具體實施方案來說明本發明。需要說明的是，下面的實施例為本發明的示例，僅用來說明本發明，而不用來限制本發明。在不偏離本發明主旨或範圍的情況下，可進行本發明構思內的其他組合和各種改良。
為便於表達，以下各實施例中，液晶組合物的基團結構用表1所列的代碼表示：
以如下結構式的化合物為例：
該結構式如用表2所列代碼表示，則可表達為：nCPUF，代碼中的n表示左端烷基的C原子數，例如n為“3”，即表示該烷基為-C3H7；代碼中的C代表環己烷基。
以下實施例中測試專案的簡寫代號如下：Cp(℃)：清亮點(向列-各向同性相轉變溫度)
△n：光學各向異性(589nm，25℃)
△n．d：延遲量(mm)
d：液晶層的厚度(μm)
τ：回應時間(ms)
γ1：旋轉粘度(mPa*s，在25℃下)
t-30℃：低溫儲存時間(在-30℃下)
其中，光學各向異性使用阿貝折光儀在鈉光燈(589nm)光源下、25℃測試而得。
響應時間是使用DMS505測試儀在25℃下測試得；測試盒為TN左旋型，盒厚3.7μm，驅動電壓為5.5V。
γ1使用TOYO6254型液晶物性評價系統測試得到；測試溫度為25℃，測試電壓為90V。
對照例1
按表2中所列的各化合物及重量百分數配製成對照例1的液晶組合物，其填充於液晶顯示器兩基板之間進行性能測試，測試資料如下表所示：
實施例1
按表3中所列的各化合物及重量百分數配製成實施例1的液晶組合物，其填充於液晶顯示器兩基板之間進行性能測試，測試資料如下表所示：
實施例2
按表4中所列的各化合物及重量百分數配製成實施例2的液晶組合物，其填充於液晶顯示器兩基板之間進行性能測試，測試資料如下表所示：
實施例3
按表5中所列的各化合物及重量百分數配製成實施例3的液晶組合物，其填充於液晶顯示器兩基板之間進行性能測試，測試資料如下表所示：
實施例4
按表6中所列的各化合物及重量百分數配製成實施例4的液晶組合物，其填充於液晶顯示器兩基板之間進行性能測試，測試資料如下表所示：
實施例5
按表7中所列的各化合物及重量百分數配製成實施例5的液晶組合物，其填充於液晶顯示器兩基板之間進行性能測試，測試資料如下表所示：
實施例6
按表8中所列的各化合物及重量百分數配製成實施例6的液晶組合物，其填充於液晶顯示器兩基板之間進行性能測試，測試資料如下表所示：
從對照例1、實施例1、實施例2、實施例3、實施例4、實施例5和實施例6中液晶組合物的性能測試參數可知，本發明通過各組分之間的協同作用使得所提供的液晶組合物具有明顯較高的延遲量、較大的光學各向異性值、較低的旋轉粘度以及良好的低溫存儲穩定性，同時本發明通過大量的實驗篩選出包含通式I、II、III、IV化合物的液晶組合物具有適當的清亮點，可靠性好，適用於AM-TFT、IPS等顯示模式的液晶顯示器中，並且通過大量的富有創造性的實驗調整包含通式I、II、III、IV化合物的不同配比保證了包含本發明液晶組合物的液晶顯示器能夠滿足在不同溫度下均能夠快速回應的需求。
工業實用性
本發明所涉及的液晶組合物可以應用於液晶領域。

Claims (11)

  1. 一種液晶組合物，其包括：一種或多種通式I的化合物 一種或多種通式II的化合物 一種或多種通式III的化合物 一種或多種通式IV的化合物 其中，R 1、R 2、R 3、R 4、R 5和R 6各自獨立地表示H、碳原子為1-10的直鏈或支鏈的烷基或烷氧基，或碳原子數為2-10的烯基或烯氧基； 和 各自獨立地表示 或 ，其中， 中一個或多個-CH 2-可以被O取代， 中一個或多個H可以被F取代；X表示H或F； X 1表示F或-CH 2CH 2-CH=CF 2；X 2表示F、-CF 3、-OCF 3或-OCF 2-CF=CF 2；L 1和L 2相同或不同，各自獨立地表示H或F；m表示1、2或3；其中，當m不為1時， 可以相同也可以不同。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之液晶組合物，其中，該通式I的化合物占該液晶組合物總重量的14-30%；該通式II的化合物占該液晶組合物總重量的8-30%；該通式III的化合物占該液晶組合物總重量的13-58%；以及該通式IV的化合物占該液晶組合物總重量的20-65%。
  3. 如申請專利範圍第1或2項所述之液晶組合物，其中，該通式I的化合物選自由如下化合物組成的組中的一種或更多種的化合物： ；以及 其中，該R 1A表示碳原子數為1-7的直鏈或支鏈的烷基或烷氧基。
  4. 如申請專利範圍第1或2項所述之液晶組合物，其中，該通式II的化合物選自由如下化合物組成的組中的一種或更多種的化合物： ；以及
  5. 如申請專利範圍第1或2項所述之液晶組合物，其中，該通式III的化合物選自由如下化合物組成的組中的一種或更多種的化合物： ；以及
  6. 如申請專利範圍第1或2項所述之液晶組合物，其中，該通式IV的化合物選自由如下化合物組成的組中的一種或更多種的化合物： ；以及
  7. 如申請專利範圍第3項所述之液晶組合物，其中，該通式I-1的化合物選自由如下化合物組成的組中的一種或更多種的化合物： ；以及 ；並且 該通式I-2的化合物選自由如下化合物組成的組中的一種或更多種的化合物： ；以及
  8. 如申請專利範圍第3至7項中任一項所述之液晶組合物，其中，該通式I的化合物占該液晶組合物總重量的14-25%；該通式II的化合物占該液晶組合物總重量的8-20%；該通式III的化合物占該液晶組合物總重量的14.5-35%；以及該通式IV的化合物占該液晶組合物總重量的35-60%。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之液晶組合物，其中，該通式I的化合物占該液晶組合物總重量的14-20%；該通式II的化合物占該液晶組合物總重量的8.5-16%；該通式III的化合物占該液晶組合物總重量的14.5-20%；以及該通式IV的化合物占該液晶組合物總重量的45-55%。
  10. 如申請專利範圍第1至9項中任一項所述之液晶組合物，其中，該液晶組合物還包含一種或多種添加劑。
  11. 一種液晶顯示器件，包含如申請專利範圍第1至10項中任一項所述之液晶組合物
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