TWI570224B - A liquid crystal composition, and a display element or a display using the liquid crystal composition - Google Patents

Description

液晶組合物及使用該液晶組合物的顯示元件或顯示器

本發明關於一種液晶組合物及包含該液晶組合物的液晶顯示元件或液晶顯示器。

目前，液晶化合物的應用範圍拓展的越來越廣，其可應用於多種類型的顯示器、光電元件、感測器等中。用於上述顯示領域的液晶化合物的種類繁多，其中向列相液晶應用最為廣泛。向列相液晶已經應用在被動TN、STN矩陣顯示器和具有TFT主動矩陣的系統中。

對於薄膜電晶體技術(TFT-LCD)應用領域，近年來市場雖然已經非常巨大，技術也逐漸成熟，但人們對顯示技術的要求也在不斷的提高，尤其是在實現快速回應，降低驅動電壓以降低功耗等方面。液晶材料作為液晶顯示器重要的光電子材料之一，對改善液晶顯示器的性能發揮重要的作用。

作為液晶材料，需要具有良好的化學和熱穩定性以及對電場和電磁輻射的穩定性。而作為薄膜電晶體技術(TFT-LCD)用液晶材料，不僅需要具有如上穩定性外，還應具有較寬的向列相溫度範圍、合適的雙折射率異向性、非常高的電阻率、良好的抗紫外線性能、高電荷保持率以及低蒸汽壓等性能。

對於動態畫面顯示應用，消除顯示畫面殘影和拖尾，要求液晶具有很快的回應速度，因此要求液晶具有較低的旋轉黏度γ₁；另外，對於可攜 式設備，為了降低設備能耗，希望液晶的驅動電壓盡可能低；而對於電視等用途的顯示器來說，對於液晶的驅動電壓要求不是那麼的低。

液晶化合物的黏度，尤其是旋轉黏度γ₁直接影響液晶加電後的回應時間，不管是上升時間(t_on)還是下降時間(t_off)，都與液晶的旋轉黏度γ₁成正比關係，上升時間(t_on)由於與液晶盒和驅動電壓有關，可以通過加大驅動電壓的方法與降低液晶盒盒厚來調節；而下降時間(t_off)與驅動電壓無關，主要是與液晶的彈性常數與液晶盒盒厚有關，盒厚的下降會降低下降時間(t_off)，而不同顯示模式下，液晶分子的運動方式不一樣，TN、IPS、VA三種模式分別於平均彈性常數K、扭曲彈性常數、彎曲彈性常數成反比關係。

依照液晶連續體理論，各種不同的液晶在外力(電場、磁場)作用下發生形變後，會通過分子間的相互作用，會“回彈”回原來的形狀；同樣的，液晶也是由於分子間的相互作用力形成“黏度”。液晶分子的微小變化，會使液晶的常規參數性能發生明顯的變化，這些變化有的是有一定規律的，有的幾乎不易找到規律，對於液晶分子間的相互作用也會產生明顯的影響，這些影響非常微妙，至今也沒有形成很完善的理論解釋。

液晶的黏度與液晶分子結構有關，研究不同液晶分子形成的液晶體系的黏度與液晶分子結構之間的關係是液晶配方工程師的重要任務之一。

本發明需要解決的技術問題是提供一種液晶組合物及使用該液晶組合物的液晶顯示元件或液晶顯示器，該液晶組合物具有較低的黏度，可以實現快速回應，同時具有較大的介電異向性△ε、適中的光學異向性△n、高的對熱和光的穩定性、良好的抗紫外線性能、高電荷保持率以及低蒸汽壓等性能。

為解決上述技術問題，本發明所採用的技術手段是：一種液晶組合物，包含一種或多種通式I化合物、一種或多種通式Ⅱ化合物、一種或多種通式Ⅲ化合物、一種或多種通式Ⅳ化合物， 其中，R₁、R₂、R₃、R₅、R₆為碳原子數為1~5的直鏈烷基，R₄為H或碳原子數為1~3的直鏈烷基，X₁表示H或F。

本發明所提供的液晶組合物的△n[589nm,25℃]>0.08，△ε[1KHz,25℃]>2，清亮點C_p>70.0℃，旋轉黏度γ₁[25℃]在40~110mPa．s之間。

本發明所提供的液晶組合物中通式I化合物質量百分比含量為5~30%，通式Ⅱ化合物質量百分比含量為5~20%，通式Ⅲ化合物質量百分比含量為20~50%，通式Ⅳ化合物質量百分比含量為5~20%。

發明所提供的液晶組合物組分進一步優選為：通式I化合物為式I1~I4化合物，通式Ⅱ化合物為式Ⅱ1~Ⅱ5通式化合物，通式Ⅲ化合物為式Ⅲ1~Ⅲ4通式化合物，通式Ⅳ化合物為式Ⅳ1~Ⅳ8化合物，

通式I1~I4化合物的介電異向性△ε在25~30之間，而且同時具有低的旋轉黏度，清亮點在120℃以上，△n在0.2以上，有利於提高液晶組合物△ε、提高清亮點、提高△n。

式Ⅱ1~Ⅱ5的烷基鏈碳原子數多，液晶的清亮點C_p會較高，但 是同時黏度會增大。

式Ⅲ1~Ⅲ4化合物具有很低的旋轉黏度γ₁、接近中性的介電異向性△ε、較小的光學異向性△n，在改善液晶黏度、低溫性能具有優勢。不同的烷基取代基對液晶的旋轉黏度γ₁、清亮點C_p都具有影響，一般的較長的烷基鏈或烯基鏈會加大液晶的旋轉黏度γ₁同時提高清亮點C_p。

Ⅳ1至Ⅳ8化合物具有較大的彈性常數K(K11、K22、K33都較大)，高的清亮點C_p(高於200℃)，但是同時也具有偏大的黏度γ₁，可用於調節液晶的K值參數和清亮點C_p。Ⅳ1至Ⅳ8化合物介電異向性△ε基本接近中性，Ⅳ1至Ⅳ5化合物具有側向氟原子，有利於改善液晶的互溶性。

本發明所提供的液晶組合物中還可以加入一種或多種式V所示化合物，其質量百分比含量為1~25%， R₇為碳原子數是1~5的直鏈烷基、碳原子數是2~5的烯基，X₂、X₃為H或F。

式V所示化合物為以下式V1~V3化合物：

上述的式V1~V3所示化合物普遍具有與其他液晶良好的互溶性，隨著氟原子取代基的增加，V1、V2、V3介電異向性△ε逐漸增大，V1為5左右，V3達到12左右；光學異向性△n在合適的範圍之內，隨著氟原子取代基的增加V1、V2、V3有減小趨勢，接近或稍大於混合液晶的△n，在0.11至0.13之間。

本發明所提供的液晶組合物，還可以加入一種或多種式Ⅵ所示化合物，其質量百分比含量為1~20%， 其中，n為0、1、2。

通式Ⅵ化合物為式Ⅵ1~Ⅵ3化合物，

通式Ⅵ所示化合物具有較高的清亮點C_p，較低的黏度，尤其是具有更大的彈性常數。有利於提高回應速度。

本發明所提供的液晶組合物中式Ⅵ所示化合物的質量百分比含量為1~20%。

液晶組合物各成分的不同比例，會表現出略有差異的性能，比 如介電異向性△ε、光學異向性△n、液晶的向列相轉化為液體的轉變溫度清亮點C_p、低溫下穩定性都會有所差異，可以應用於不同類型的顯示元件，但是相同的特點是其旋轉黏度γ₁較低。應用於液晶顯示元件，可以實現快速回應。

本發明所提供的液晶化合物中還可以加入各種功能的摻雜劑，摻雜劑含量優選0.01~1%之間，這些摻雜劑主要是抗氧化劑、紫外線吸收劑、手性劑。

抗氧化劑、紫外線吸收劑優選： S表示1~10的整數。

手性劑優選(左旋或右旋)：

本發明還關於使用上述任意一種液晶組合物的液晶顯示元件或液晶顯示器，該液晶顯示元件或液晶顯示器為主動矩陣顯示元件或顯示器、被動矩陣顯示元件或顯示器。

該液晶顯示元件或液晶顯示器優選主動矩陣定址顯示元件或顯示器。

該主動矩陣顯示元件或顯示器具體為TN-TFT或IPS-TFT液晶顯示元件或顯示器。

由於採用了上述技術手段，本發明取得的技術進步是：本發明所提供的液晶組合物具有較低的黏度，可以實現快速回應，同時具有適中的介電異向性△ε、適中的光學異向性△n、高的對熱和光的穩定性。

包含本發明所提供的液晶組合物的液晶材料，不但具有良好的化學和熱穩定性以及對電場和電磁輻射的穩定性。而且，作為薄膜電晶體技術(TFT-LCD)用液晶材料，還具有較寬的向列相溫度範圍、合適的雙折射率異向性、非常高的電阻率、良好的抗紫外線性能、高電荷保持率以及低蒸汽壓等性能。

下面結合具體實施例對本發明作進一步闡述，但本發明並不限於以下實施例。所述方法如無特別說明均為常規方法。所述原料如無特別說明均能從公開商業途徑而得。所述百分比如無特別說明，均為質量百分比。

下述實施例中，C_p表示清亮點，直接使用WRX-1S顯微熱分析儀測定，設定升溫速率為3℃/mim。△n表示光學異向性(589nm，20℃)，△ε表示介電異向性(25℃，1KHz，HP4284A，5.2微米TN左旋盒)，γ₁表示20℃時旋轉黏度(mPa．s)，VHR(%)代表電荷保持率(5V,60Hz,20℃)，ρ(×10¹³Ω．cm)代表電阻率(20℃)，電壓保持率VHR(%)的測試儀與電阻率ρ(×10¹³Ω．cm)均為TOYO06254和TOYO6517型液晶物性評價系統(測試溫度20℃，時間16ms，測試盒為7.0微米)。

本發明實施例中的液晶單體結構用代碼表示，液晶環結構、端基、連接基團的代碼表示方法見下表(一)、表(二)。

例如：表示為3CCV1， 表示為3BB(3F)B(3F,5F)QB(3F,5F)F。

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

由以上實施例可以看出：本發明的液晶組合物具有較低的旋轉黏度γ₁，用於液晶顯示，可以實現快速回應。尤其適合於TN、IPS模式用液晶材料。

Claims (8)

1. 一種液晶組合物，其特徵在於：含有：一種或多種通式I化合物；一種或多種通式Ⅱ化合物；一種或多種通式Ⅲ化合物；以及一種或多種通式Ⅳ化合物； 其中，R₁、R₂、R₃、R₅、及R₆為碳原子數為1~5的直鏈烷基，R₄為H或碳原子數為1~3的直鏈烷基，X₁表示H或F；其中：通式I化合物質量百分比含量為5~30%，通式Ⅱ化合物質量百分比含量為5~20%，通式Ⅲ化合物質量百分比含量為20~50%，通式Ⅳ化合物質量百分比含量為5~20%。
2. 如請求項1所述之液晶組合物，其中：通式I化合物為式I1~I4化合物，通式Ⅱ化合物為式Ⅱ1~Ⅱ5通式化合物，通式Ⅲ化合物為式Ⅲ1~Ⅲ4通式化合物，通式Ⅳ化合物為式Ⅳ1~Ⅳ8化合物，
3. 如請求項1所述之液晶組合物，其中：還包含式V化合物，其質量百分比含量為1~25%， R₇為碳原子數是1~5的直鏈烷基、或R₇為碳原子數是2~5的烯基，X₂及X₃為H或F。
4. 如請求項3所述之液晶組合物，其中：式V化合物為式V1~V3化合物， R₇為碳原子數是1~5的直鏈烷基、或R₇為碳原子數是2~5的烯基。
5. 如請求項1所述之液晶組合物，其中：還包含式Ⅵ化合物，其質量百分比含量為1~20%， 其中，n為0、1、2。
6. 包含請求項1~5中任一項所述之液晶組合物的液晶顯示元件或液晶顯示器，其特徵在於：該液晶顯示元件或液晶顯示器為主動矩陣顯示元件或顯示器、被動矩陣顯示元件或顯示器。
7. 如請求項6所述之液晶顯示元件或液晶顯示器，其中：該主動矩陣顯示元件或顯示器為TN-TFT或IPS-TFT液晶顯示元件或顯示器。
8. 如請求項7所述之液晶顯示元件或液晶顯示器，其中：液晶組合物中通式I化合物質量百分比含量為6~20%，通式Ⅱ化合物質量百分比含量為10~20%，通式Ⅲ化合物質量百分比含量為20~45%，通式Ⅳ化合物的質量百分比含量為10~20%，式V化合物的質量百分比含量為5~19%，式Ⅵ化合物的質量百分比含量為5~20%。