TWI477591B - 液晶組合物及包含該組合物的光電顯示器件 - Google Patents

液晶組合物及包含該組合物的光電顯示器件 Download PDF

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Wengming Han
Feng Wu
Qi Liu
Haitao Yin
Zhaoyuan Chen
Chun Chih Wang
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Jiangsu Hecheng Display Tech
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液晶組合物及包含該組合物的光電顯示器件
本發明涉及液晶介質，涉及其用於光電目的的用途，和設計包含此介質的光電顯示器件。
液晶材料必須具有良好的化學和熱穩定性以及對電場和電磁輻射的良好的穩定性。此外，液晶材料應當具有低黏度和在晶胞中產生短尋址時間、低閾值電壓和高對比度。
此外，它們應當在通常的操作溫度下，即在室溫以上和以下的最寬可能範圍中具有合適的結晶相，例如對於上述晶胞的向列型或膽固醇型液晶相。由於液晶通常由多種成分調配成混合物使用，重要的是這些成分容易彼此互溶。
對於液晶顯示器(LCD)，特別是矩陣類型的液晶顯示器存在巨大的需求，其在寬的工作溫度範圍內同時具有非常高的電阻率，甚至在低溫和低閾值電壓下也具有短的反應時間。特別地，需要用於扭轉向列(TN)顯示單元(cell)的LC介質，其在單元中促成了以下優點：擴展 了向列相的範圍(特別地延伸到低溫)；在極端溫度下(室外用途、汽車、航空電子)切換的能力；及增強了耐紫外輻射性(更長的產品壽命)。
對於電視盒顯示器應用而言，需要具有快速反應時間和低的閾值電壓，並具有良好的低溫穩定性(LTS)的LC介質。並且，根據可切換LC層的厚度，可能需要適度的或相當高的雙折射。
特別是OCB模式用於電視中應用的LCD，並且OCB模式預計應用於汽車和其他移動應用所使用的顯示器。
用於LCD和特別地用於OCB顯示器的液晶組合物從如JP2001-72977(A)和JP2003-327964(A)中獲知。然而這些組合物就他們的物理性能而言有重大缺點。在其他不足之中，它們中的大多數會導致不理想的LCD性能，例如，長的反應時間，具有太低的電阻率和/或窄的操作溫度範圍。
因而，具有對於實際應用而言合適性能的液晶介質存在顯著的需求，上述合適的性能為，例如，寬的向列相範圍，適當高的向列-各向同性轉變溫度(澄清點)，高的光學各向異性，根據所用的顯示方式，相對高的介電各向異性和特別低的黏度。
因此，本發明之目的即在提供一種液晶組合物，特別為薄膜電晶體(TFT)型有源矩陣液晶顯示器，其避 免了上述缺點或者能夠減輕上述缺點對TFT型有源矩陣顯示器的危害，並且優選同時有非常高的電阻率、低的閾值電壓、低的旋轉黏度、具有高澄清點和寬的向列相範圍、改進的LTS和快速切換時間。通過調整組成，可以優化液晶的低溫存儲性能，本組合物發明具有極其優良的低溫存儲穩定性能，液晶在低溫環境能夠正常工作。
本發明通過聯苯型液晶結構中增加茚環，同時適當氟代，達到良好的低溫互溶性和大的介電各向異性，配合一種中等極性的小黏度單體，來彌補黏度大的缺點。同時為完成本發明，在以上所述的液晶組合物中添加一種強極性類液晶化合物和另一種低黏度中性液晶化合物，形成特有的組合物，此組合物適用於混晶中，能夠顯著地提升液晶的低溫互溶性，介電各向異性。
於是本發明液晶組合物，包括占所述液晶組合物總重量10%-30%的第一液晶化合物，如下通式(I)所示；5%-30%的第二液晶化合物，如下通式(Ⅱ)所示；10%-40%的第三液晶化合物，如下通式(Ⅲ)所示；以及10%-60%的第四液晶化合物，如下通式(Ⅳ)所示： 其中，R1 -R7 可以相同或不同，各自獨立地表示為H、鹵素、C1 -C7 的烷基或烷氧基或經至少一鹵素取代或未經取代的C2 -C7 的烯基；X1 -X5 可以相同或不同，各自獨立地表示為H或F；Z1 、Z2 可以相同或不同，各自獨立地表示為-CH2 CH2 -、-COO-、-OCO-、-CF2 O-、-OCF2 -、-CH=CH-、-CH=CF-、-CF2 CF2 -或單鍵；A、B和C可以相 同或不同，各自獨立地表示為或，其中，中的一個或多個CH2 可以各自獨立地被O取代，中的一個或多個CH可以各自獨立地被N取代，且中的一個或多個H可以各自獨立地被F取代；及m ，n可以相同或不同，各自獨立地為0、1或2；當m為2時，兩個B可以相同或不同；當n為2時，兩個C可以相同或不同。
本發明之第二目的，即在提供一種有源矩陣尋址的光電顯示器件，包含如上所述的液晶組合物。
以下將就本發明內容進行詳細說明：較佳地，所述通式(I)的第一液晶化合物占所述液晶組合物總重量的10%-25%；所述通式(Ⅱ)的第二液晶化合物占所述液晶組合物總重量的5%-20%；所述通式(Ⅲ)的第三液晶化合物占所述液晶組合物的總重量的20%-40%；以及所述通式(Ⅳ)的第四液晶化合物占所述液晶組合物的總重量的20%-50%。
較佳地，所述通式(I)的第一液晶化合物選自由如下化合物組成的群組中一種或多種的化合物：
其中，所述R2 表示為H、F、C1 -C5 的烷基或烷氧基或經至少一鹵素取代或未經取代的C2 -C5 的烯基。
較佳地，所述R3 表示為C1 -C5 的烷基或烷氧基或C2 -C5 的烯基。
較佳地，所述通式(Ⅲ)的第三液晶化合物選自由如下化合物組成的群組中一種或多種的化合物：
其中，所述R4 表示為C1 -C5 的烷基或烷氧基或C2 -C5 的烯基。
較佳地，所述通式(Ⅳ)的化合物選自由如下化合物組成的群組中一種或多種的化合物：
其中，所述R6 表示為C1 -C5 的烷基或烷氧基或C2 -C5 的烯基。
更佳地，所述通式(I)的第一液晶化合物選自由如下化合物組成的群組中一種或多種的化合物：
更佳地，所述通式(Ⅱ)的第二液晶化合物選自由如下化合物組成的群組中一種或多種的化合物：
更佳地，所述通式(Ⅲ)的第三液晶化合物選自由如下化合物組成的群組中一種或多種的化合物：
更佳地，所述通式(Ⅳ)的第四液晶化合物選自由如下化合物組成的群組中一種或多種的化合物：
較佳地，本發明的顯示器優選由有源矩陣(有源矩陣LCD：AMD)，優選地由薄膜電晶體(TFT)的矩陣來尋址。然而，本發明的液晶組合物也能夠有利地應用在採用已知的其他尋址手段的顯示器中。
如上所述，本發明的液晶組合物，具有高的光學各向異性和介電各向異性、較低的旋轉黏度、較快的反應速度以及低溫存儲穩定性。
本發明將就以下實施例來作進一步說明，但應瞭解的是，該實施例僅為例示說明之用，而不應被解釋為 本發明實施之限制。
在本發明中如無特殊說明，所述的比例均為重量比，所有溫度均為攝氏溫度，所述的反應時間數據的測試選用的盒厚為7μm。
以下各實施方案所採用的液晶顯示器均為TN-TFT液晶顯示設備，盒厚d=7μm，由偏振器(偏光片)、電極基板等部分構成。該顯示設備為常白模式(normally white)，即沒有電壓差施加於行和列電極之間時，觀察者觀察到白色的像素顏色。基板上的上下偏振片軸彼此成90度角。在兩基板之間的空間充滿光學性液晶材料。
為便於表達，以下各實施例中，液晶化合物的基團結構用表1所列的代碼表示：
以如下結構為例：
該結構用表1中的代碼可表示為3PTGQP3，又如：
則可表示為nCPTPm，代碼中的n表示左端烷基的C原子數，例如代碼中的n為“3”，即表示該左端烷基為-C3 H7 ；代碼中的C代表1,4-伸環己基；代碼中的P代表1,4-伸苯基；代碼中的T代表炔基；代碼中的m表示右端烷基的C原子數，例如m為“1”，即表示右端的烷基為 -CH3 。
實施例中各測試專案的簡寫代號分別表示為：△n 光學各向異性(589nm，20℃)
△ε 介電各向異性(1kHz，25℃)
Cp(℃) 澄清點(向列-各向同性相轉變溫度)
V90 飽和電壓=在90%相對對比度時的特徵電壓(常白模式)
V10 閾值電壓=在10%相對對比度時的特徵電壓(常白模式)
η 流動黏度(mPa．s，在20℃下)
γ1 扭轉黏度(mPa．s，在20℃下)
K11 彈性常數(“斜展”，在20℃下的pN)
K22 彈性常數(“扭曲”，在20℃下的pN)
K33 彈性常數(“彎曲”，在20℃下的pN)
t-30℃ 低溫儲存時間(在-30℃下)
其中，折射率各向異性使用阿貝折光儀在鈉光燈(589nm)光源下、20℃測試得；介電測試盒為TN90型，盒厚7μm，V10 測試條件：C/1kHz，JTSB7.0。
在以下的實施例中所採用的各成分，均由本申請的發明人按照悉知的方法，也可以藉由適當組合有機合成化學中的方法來進行合成。這些合成技術是常規的，所得到各液晶化合物經測試符合電子類化合物標準。關於在起始原料中引入目標末端基團、環結構及結合基團的方法，記載在有機合成(Organic Syntheses，John Wiley&Sons ，Inc)、有機反應(Organic Reactions，John Wiley&Sons，Inc)、綜合有機合成(Comprehensive Organic Synthesis，Pergamon Press)、新實驗化學講座(丸善株式會社)等出版物中。
按照以下實施例規定的各液晶組合物的配比，製備液晶組合物。所述液晶組合物的製備是按照本領域的常規方法進行的，如採取加熱、超聲波、懸浮等方式按照規定比例混合製得。
製備並研究下列對照例及實施例中給出的液晶組合物。下面顯示了各液晶組合物的組成和其性能參數測試結果。
<對照例1>
按表2中所列的各化合物及重量百分比配製成對照例液晶組合物，其填充於液晶顯示器兩基板之間進行特性量測，測試數據亦如下表2所示：
<實施例1>
按表3中所列的各化合物及重量百分比配製成本發明的液晶組合物，其填充於液晶顯示器兩基板之間進行特性量測，測試數據亦如下表3所示：
<實施例2>
按表4中所列的各化合物及重量百分比配製成本發明的液晶組合物，其填充於液晶顯示器兩基板之間進行特性量測，測試數據亦如下表4所示：
上述兩個應用實施例液晶組合物，與對照例相比，光學各向異性更大並且介電各向異性更大，同時旋轉黏度仍然較低，尤其具有優異的低溫存儲穩定性，液晶的應用溫度範圍更寬。
綜上所述，本發明通過對上述化合物進行組合實驗，通過與對照例的比較，確定了包括上述液晶組合物的液晶介質，具有高的光學各向異性和介電各向異性、快的反應時間以及低溫存儲穩定性，故確實能達成本發明之目的。
惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即凡依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

Claims (8)

  1. 一種液晶介質，包含一種液晶組合物，包括：占所述液晶介質總重量10%-30%的第一液晶化合物，如下通式(I)所示；5%-30%的第二液晶化合物，如下通式(Ⅱ)所示；10%-40%的第三液晶化合物，如下通式(Ⅲ)所示；以及10%-60%的第四液晶化合物，如下通式(Ⅳ)所示： ；以及 其中，R1 -R7 可以相同或不同，各自獨立地表示為H、鹵素、C1 -C7 的烷基或烷氧基或經至少一鹵素取代或未經取代的C2 -C7 的烯基；X1 -X5 可以相同或不同，各自獨立地表示為H或F；Z1 、Z2 可以相同或不同，各自獨立地表示為-CH2 CH2 -、-COO-、-OCO-、-CF2 O-、-OCF2 -、-CH=CH-、-CH=CF-、-CF2 CF2 -或單鍵；A、B和C可以相同或不同，各自獨立地表示為或，其中，中的一個或多個CH2 可以各 自獨立地被O取代，中的一個或多個CH可以 各自獨立地被N取代，且中的一個或多個H可以各自獨立地被F取代；及m，n可以相同或不同，各自獨立地為0、1或2；當m為2時，兩個B可以相同或不同；當n為2時，兩個C可以相同或不同。
  2. 如請求項1所述的液晶介質，其中，所述通式(I)的第一液晶化合物占所述液晶介質總重量的10%-25%；所述通式(Ⅱ)的第二液晶化合物占所述液晶介質總重量的5%-20%；所述通式(Ⅲ)的第三液晶化合物占所述液晶介質的總重量的20%-40%；以及所述通式(Ⅳ)的第四液晶化合物占所述液晶介質的總重量的20%-50%。
  3. 如請求項2所述的液晶介質，其中，所述通式(I)的第一液晶化合物選自由如下化合物組成的群組中一種或多種的化合物： ；和 其中，所述R2 表示為H、F、C1 -C5 的烷基或烷氧基或經至少一鹵素取代或未經取代的C2 -C5 的烯基。
  4. 如請求項2所述的液晶介質，其中，所述R3 表示為C1 -C5 的烷基或烷氧基或C2 -C5 的烯基。
  5. 如請求項2所述的液晶介質，其中，所述通式(Ⅲ)的第三液晶化合物選自由如下化合物組成的群組中一種或多種的化合物： ；以及 其中，所述R4 表示為C1 -C5 的烷基或烷氧基或C2 -C5 的烯基。
  6. 根據請求項2所述的液晶介質，其中，所述通式(Ⅳ) 的化合物選自由如下化合物組成的群組中一種或多種的化合物： ；以及 其中，所述R6 表示為C1 -C5 的烷基或烷氧基或C2 -C5 的烯基。
  7. 根據請求項3至6中任一項所述的液晶介質，其中，所述通式(I)的第一液晶化合物選自由如下化合物組成的群組中一種或多種的化合物： ；以及 所述通式(Ⅱ)的第二液晶化合物選自由如下化合物組成的群組中一種或多種的化合物： ；以及 所述通式(Ⅲ)的第三液晶化合物選自由如下化合物組成的群組中一種或多種的化合物： ；以及 所述通式(Ⅳ)的第四液晶化合物選自由如下化合物組成的群組中一種或多種的化合物： ；以及
  8. 一種有源矩陣尋址的光電顯示器件，包含如請求項1至7中任一項所述的液晶介質。
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