TWI486426B - Liquid crystal composition and display device thereof - Google Patents
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Description
本發明涉及一種液晶組合物,特別是關於一種具有較快回應速度、較寬相列相範圍及良好的低溫存儲穩定性的液晶組合物及其應用。
液晶材料是在一定的溫度下,既具有液體的流動性又具有晶體的各向異性的有機棒狀小分子化合物的混合物。液晶材料因其具有光學各向異性及介電各向異性的特點而廣泛應用於電子計算器、汽車儀錶、電視機、電腦等器件液晶顯示元件中。按液晶顯示方式分類,液晶組合物可分為扭曲向列型(TN型)、超扭曲向列型(STN型)、薄膜電晶體型(TFT型)、賓主型(GH型)、動態散射型(DS型)等類型,其中最常見的顯示元件是基於Schadt-Helfrich效應並具有扭曲相列結構。
液晶材料必須具有良好的化學和熱穩定性、適當的光學各向異性、較寬的向列相範圍以及良好的對電場和電磁輻射的穩定性。此外,液晶材料應該具有低粘度並在液晶盒內產生低閾值電壓和高對比度。由於液晶材料通常作為多種組分的混合物使用,而這些組分間彼此混溶尤為重要。但由於混合液晶材料的各項性能參數優化是彼此矛盾、相互制約和彼此影響的,因此要獲得較寬的向列相範圍、適當的折射率各向異性及介電各向異性,以及低溫存儲穩定性則存在較大的困難。如EP0667555、
EP0673986、DE19528106、DE19528107、WO962851所述的液晶組合物中,顯著的缺點是具有較長的回應時間,較低電阻率且操作電壓過高。另外,低溫存儲穩定性較差也是現有許多液晶材料的缺陷。
因此,在液晶材料領域,需要具有改進性能的新型液晶組合物。特別地,對於許多應用類型而言,液晶組合物必須具有合適的寬向列相範圍、適當的折射率、介電各向異性以及低溫存儲穩定性。
本發明的目的在於通過對各種液晶組合物的優化組合及優選配比,提供一種具有較快回應速度、較寬向列相範圍及良好低溫存儲穩定性的液晶組合物,所述的液晶組合物可以不顯示現有技術材料的缺點或至少只在顯著更小的程度上顯示上述缺點。
為了完成上述發明目的,本發明提供一種液晶組合物,其包括符合下列結構通式I、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ的四種化合物,其中:(1)占所述液晶組合物總重量1%-50%的通式(I)的化合物
(2)占所述液晶組合物總重量1%-60%的通式(Ⅱ)的化合物
(3)占所述液晶組合物總重量1%-60%的通式(III)的化合物
;以及
(4)占所述液晶組合物總重量0-50%的通式(Ⅳ)的化合物:
其中:R1、R2、R3、R4、R5、R6可以相同或不同,彼此獨立地選自由H、鹵素、C1~C7的烷基、C1~C7的烷氧基、C2~C7的烯基和C2~C7的烯氧基組成的組,其中,所述C1~C7的烷基、C1~C7的烷氧基、C2~C7的烯基和C2~C7的烯氧基中的一個或更多個H可以彼此獨立地被F取代;Z1~Z5可以相同或不同,彼此獨立地選自由單鍵、-CH=CH-、-C≡C-、-O-、-COO-、-OCO-、-OCH2-、-C2H4-、-CH2O-和-CF2O-組成的組;X1選自由鹵素、C1~C7的烷基、C1~C7的烷氧基和C2~C7的烯氧基組成的組,其中,所述C1~C7的烷基、C1~C7的烷氧基和C2~C7的烯氧基中的一個或更多個H可以彼此獨立地被F取代;
L1~L6可以相同或不同,彼此獨立地為H或F,其中,所述L1~L6中至少有兩個為F;
、、和彼此獨立地選自由
和組成的組,其中,所述、、
和中的一個或更多個H可以彼此獨立地被F取代;
m,n,s彼此獨立地為0或1,並且n,s不同時為0。
在本發明的實施方案中,優選的所述通式(I)的化合物占所述液晶組合物總重量的3%-45%;所述通式(II)的化合物占所述液晶組合物總重量的2%-50%;所述通式(III)的化合物占所述液晶組合物總重量的3%-45%;以及所述通式(Ⅳ)的化合物占所述液晶組合物總重量的5%-40%。
在本發明的實施方案中,優選的所述通式(I)的化合物選自由如下化合物組成的組中一種或多種的化合物:
以及
其中:R1選自由C1~C5的烷基、C1~C5的烷氧基、C2~C5的烯基和C2~C5的烯氧基組成的組,其中所述C1~C5的烷基、C1~C5的烷氧基、C2~C5的烯基和C2~C5的烯氧基中一個或更多個H可以各自獨立地被F取代;X1選自由-F、-Cl、-CH2F、-CH2CH2F、-CH2CH2CH2F、-CH2CH2CH2CH2F、-OCF3、-OCH2F,-CH2OCH2F,-CH2CH2OCH2F,-CH=CH2和-OCH=CF2組成的組。
在本發明的實施方案中,優選的所述通式(Ⅱ)的化合物選自由如下化合物組成的組中一種或多種的化合物:
-3;以及
其中:R2選自由C1~C5的烷基、C1~C5的烷氧基、C2~C5的烯基和C2~C5的烯氧基組成的組,其中所述C1~C5的烷基、C1~C5的烷氧基、C2~C5的烯基和C2~C5的烯氧基中一個或更多個H可以各自獨立地被F取代。
在本發明的實施方案中,優選的所述通式(Ⅲ)的化合物選自由如下化合物組成的組中一種或多種的化合物:
-4;以及
其中:R3選自由C1~C5的烷基、C1~C5的烷氧基、C2~C5的烯基和C2~C5的烯氧基組成的組,其中所述C1~C5的烷基、C1~C5的烷氧基、C2~C5的烯基和C2~C5的烯氧基中一個或更多個H可以各自獨立地被F取代。
在本發明的實施方案中,優選的所述通式(Ⅳ)的化合物選自由如下化合物組成的組中一種或多種的化合物:
-15;
-17;以及
其中:R5選自由C1~C5的烷基、C1~C5的烷氧基、C2~C5的烯基和C2~C5的烯氧基組成的組,其中所述C1~C5的烷基、C1~C5的烷氧基、C2~C5的烯基和C2~C5的烯氧基中一個或更多個H可以各自獨立地被F取代。
特別優選的所述通式(I)的化合物選自由如下化合物組成的組中的一種或多種化合物:
以及
特別優選的所述通式(Ⅱ)的化合物選自由如下化合物組成的組中的一種或多種化合物:
-4-4;以及
特別優選的所述通式(Ⅲ)的化合物選自由如下化合物組成的組中的一種或多種化合物:
;以及
特別優選的所述通式(Ⅳ)的化合物選自由如下化合物組成的組中的一種或多種化合物:
-4-4;
-9-1;
-13-2;
-18-2;以及
本發明的另一個方面還提供本發明的液晶組合物在製造電光學器件中的應用。
本發明的另一個方面還提供一種包含本發明液晶組合物的電光學液晶顯示器。
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,具有較寬的向列相範圍、合適的光學各向異性、良好的低溫存儲穩定性和較快的響應時間。
如上所述,本發明的液晶組合物,可用於戶外工作,其圖像
顯示效果好,無拖影現象,且具有良好的低溫存儲溫度性,較快的響應速度。
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,所述的響應時間資料的測試選用的盒厚為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。
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,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圖元顏色。基板上的上下偏振片軸彼此成90度角。在兩基片之間的空
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中的代碼表示:則可表示為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n為“3”,即表示該烷基為-C3H7;代碼中的C代表環己烷基;代碼中的P代表亞苯基;代碼中的T代表快基;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:Cp(℃):清亮點(向列-各向同性相轉變溫度)
△n 光學各向異性(589nm,20℃)
γ1 扭轉粘度(mPa*s,在20℃下)
K11 彈性常數(“斜展”,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)
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)
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公知的方法進行合成。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。
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制得。
製備並研究下列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。
表2和表5所列是對照例液晶組合物的成分、配比及填充於液晶顯示器兩基板之間進行性能測試的測試結果,以便於與說明本發明液晶組合物進行性能對比。
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性能測試,測試資料如下表所示:
該液晶組合物與對照例相比,具有合適的介電各向異性和折射率各向異性,高的清亮點,低的閥值電壓及大的彈性常數,其優點在於較好的顯示對比度,快的回應速度,較低的功耗,適用於低溫環境中。
實施例2
按表4中所列的各化合物及重量百分數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性能測試,測試資料如下表所示:
該液晶組合物與對照例相比,具有合適的介電各向異性和折射率各向異性,高的清亮點,低的閥值電壓和旋轉粘度以及大的彈性常數,其優點在於較好的顯示對比度,快的回應速度,適用於戶外設備及低溫環境中。
對照例(CN1869792)
按表5中所列的各化合物及重量百分數配製成對照例的液晶組合物,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6中所列的各化合物及重量百分數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性能測試,測試資料如下表所示:
該液晶組合物與對照例相比,具有合適的折射率各向異性,較高的清亮點,低的旋轉粘度和閥值電壓,其優點在於非常快的回應速度,優越的省電性能,適應於低溫環境中。
實施例4
按表7中所列的各化合物及重量百分數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性能測試,測試資料如下表所示:
該液晶組合物與對照例相比,具有合適的折射率各向異性和較低的閥值電壓,其優點在於較高的清亮點,較快的回應速度,適應於低溫環境中。
實施例5
按表8中所列的各化合物及重量百分數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性能測試,測試資料如下表所示:
該液晶組合物與對照例相比,具有合適的折射率各向異性和較低的閥值電壓,其優點在於高的清亮點,較快的回應速度,適應於低溫環境中。
實施例6
按表9中所列的各化合物及重量百分數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性能測試,測試資料如下表所示:
該液晶組合物與對照例相比,具有合適的折射率各向異性和較低的閥值電壓,其優點在於較高的清亮點,較快的回應速度,適應於低溫環境中。
Claims (10)
- 一種液晶組合物,其包括:(1)占總重量1%-50%的通式(I)的化合物
- 如申請專利範圍第1項所述的液晶組合物,其中,所述通式(I)的化合物占總重量的3%-45%;所述通式(II)的化合物占總重量的2%-50%;所述通式(III)的化合物占總重量的3%-45%;以及所述通式(Ⅳ)的化合物占總重量的5%-40%。
- 如申請專利範圍第1項所述的液晶組合物,其中,所述通式(I)的化合物選自由如下化合物組成的組中一種或多種的化合物:
- 如申請專利範圍第1項所述的液晶組合物,其中,所述通式(Ⅱ)的化合物選自由如下化合物組成的組中一種或多種的化合物:
- 如申請專利範圍第1項所述的液晶組合物,其中,所述通式(Ⅲ)的化合物選自由如下化合物組成的組中一種或多種的化合物:
- 如申請專利範圍第1項所述的液晶組合物,其中,所述通式(Ⅳ)的化合物選自由如下化合物組成的組中一種或多種的化合物:
- 如申請專利範圍第3項至第6項任一項所述的液晶組合物,其中,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多種化合物:
- 如申請專利範圍第7項所述的液晶組合物,其中,所述液晶組合物包括: 占總重量3%的化合物Ⅳ-3-3;占總重量4%的化合物Ⅳ-15-3;占總重量10%的化合物Ⅳ-11-2;占總重量18%的化合物Ⅳ-11-3;占總重量12%的化合物Ⅱ-1-2;占總重量13%的化合物Ⅱ-1-3;占總重量7%的化合物Ⅲ-1-3;占總重量7%的化合物Ⅲ-2-3;占總重量8%的化合物I-2-2;占總重量8%的化合物I-2-3;占總重量5%的化合物I-4-3;以及占總重量5%的化合物I-4-2;或者,所述液晶組合物包括:占總重量5%的化合物Ⅳ-15-3;占總重量7%的化合物Ⅳ-11-2;占總重量15%的化合物Ⅳ-11-3;占總重量10%的化合物Ⅱ-1-2;占總重量12%的化合物Ⅱ-1-3;占總重量10%的化合物Ⅲ-1-3;占總重量8%的化合物I-2-2;占總重量8%的化合物I-2-3; 占總重量5%的化合物I-4-3;占總重量5%的化合物I-4-2;占總重量3%的化合物Ⅳ-17-3;占總重量3%的化合物Ⅳ-12-2;占總重量3%的化合物Ⅳ-12-3;占總重量3%的化合物Ⅳ-11-4;以及占總重量3%的化合物Ⅱ-1-4;或者,所述液晶組合物包括:占總重量6%的化合物Ⅳ-15-3;占總重量5%的化合物Ⅳ-13-2;占總重量10%的化合物Ⅳ-11-2;占總重量18%的化合物Ⅳ-11-3;占總重量10%的化合物Ⅱ-1-2;占總重量12%的化合物Ⅱ-1-3;占總重量19%的化合物Ⅲ-1-3;占總重量5%的化合物I-2-2;占總重量5%的化合物I-2-3;占總重量5%的化合物I-4-3;以及占總重量5%的化合物I-4-2;或者,所述液晶組合物包括:占總重量2%的化合物Ⅳ-15-3;占總重量10%的化合物Ⅱ-1-2; 占總重量10%的化合物Ⅱ-1-3;占總重量30%的化合物Ⅲ-1-3;占總重量6%的化合物I-2-2;占總重量6%的化合物I-2-3;占總重量8%的化合物I-4-3;占總重量10%的化合物I-4-2;占總重量4%的化合物Ⅳ-9-3;占總重量10%的化合物Ⅱ-1-4;以及占總重量4%的化合物Ⅳ-18-1;或者,所述液晶組合物包括:占總重量4%的化合物Ⅳ-15-3;占總重量10%的化合物Ⅳ-11-2;占總重量22%的化合物Ⅳ-11-3;占總重量12%的化合物Ⅱ-1-2;占總重量16%的化合物Ⅱ-1-3;占總重量7%的化合物Ⅲ-1-3;占總重量10%的化合物I-2-2;占總重量16%的化合物I-2-3;以及占總重量3%的化合物Ⅳ-6-3;或者,所述液晶組合物包括:占總重量7%的化合物Ⅳ-15-3;占總重量10%的化合物Ⅳ-11-2; 占總重量14%的化合物Ⅳ-11-3;占總重量12%的化合物Ⅱ-1-2;占總重量12%的化合物Ⅱ-1-3;占總重量16%的化合物Ⅲ-1-3;占總重量8%的化合物I-2-2;占總重量8%的化合物I-2-3;占總重量5%的化合物I-4-3;占總重量5%的化合物I-4-2;以及占總重量3%的化合物Ⅳ-13-3。
- 如申請專利範圍第8項所述的液晶組合物在製造電光學器件中的應用。
- 一種電光學液晶顯示器,其中,所述液晶顯示器包含申請專利範圍第1項至第8項之任一項所述的液晶組合物。
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