TWI591162B - Liquid crystal composition and display unit containing the liquid crystal composition - Google Patents

Liquid crystal composition and display unit containing the liquid crystal composition Download PDF

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Description

液晶組成物及含有此液晶組成物的顯示單元
本發明是有關於一種液晶組成物及含有此液晶組成物的顯示單元，特別是指一種包括至少一種含有2,5-苯并呋喃基團的化合物的液晶組成物及含有此液晶組成物的顯示單元。
為了滿足液晶顯示單元的廣泛應用，各種不同結構的液晶化合物也持續進行研發。例如，CN 100415730C就提及一種具有下述結構的苯并呋喃衍生物： R11為C1~C15烷基或烯基、C1~C15烷氧基或烷烯氧基(alkyl alkeneoxy)，C1-C15氟代烷基或氟代烯基；R12為H、F、Cl、Br、I、OCF3、CN、CF3、C1~C15烷基或烯基、C1~C15烷氧基或烷烯氧基，C1-C15氟代烷基或氟代烯基；n1、n2及n3為0~2，但n1、n2及n3不同時為0；Z為單鍵、-CH2CH2-、-CH=CH-、-C≡C-、-COO-、-OOC-、-CH2O-、-OCH2-、、或；X1~X5為H、F、Cl、CH3、OCF3、CF3或OCHF2。
CN 103058968A另外提及一種含有苯并呋喃和二氟亞甲氧基(-CF2O-)結構的液晶化合物，其結構如下： R13及R14分別選自下述(A)或(B)所示基團：(A)選自H、Cl、F、CN、OCN、OCF3、CF3、CHF2、OCHF2、SCN、NCS、SF5、C1-C15烷基、經氟或氯取代的C1-C15烷基、C1-C15烷氧基、或經氟或氯取代的C1-C15烷氧基；(B)將上述(A)中至少一個不相鄰的-CH2-被-CH=CH-、-C≡C-、-COO-、-OOC-、環丁烷和-O-中至少一個替代而得的基團。A12至A15是選自單鍵、、 、或。L1至L3是選自單鍵、-CH=CH-、-C≡C-、-COO-、-OOC-、-CF2O-、-OCH2-、-CH2O-、-OCF2-、-CH2CH2-、-CH2CF2-、-C2F4-、-CF=CF-或-(CH2)4-；a、b和c為0~3的整數，且a+b+c≦5。
前述具有苯并呋喃結構的化合物由於具有寬的液晶相溫度範圍、良好的低溫互溶性、較低的雙折射率及黏度等性質，近來也被運用製作液晶材料，但尚未有關於該具有苯并呋喃結構的化合物與其他液晶化合物進行組合的具體文獻或專利。因此，針對具 有苯并呋喃結構的液晶化合物於液晶材料的應用，仍有進一步研發的需求。
因此，本發明之目的，即在提供一種具備較高澄清點溫度、較佳的折射各向異性、較佳的介電各向異性及良好的低溫儲存性的液晶組成物。
於是，本發明液晶組成物包含至少一種化學式1所示化合物、至少一種化學式2所示化合物及至少一種化學式3所示化合物：
其中，環A1或A2分別表示、、、或；環A3至A9分別表示、、、、 或，前述取代基上的氫可選擇地被氟、C1~C10烷基或C2~C8烯基所取代；R1及R2分別表示氫、鹵素、C1~C10烷基、C2~C10烯基或C1~C10烷氧基，前述烷基或烷氧基上的氫可選擇地被氟所取代；R3及R4分別表示氫、鹵素、C1~C10烷基或C2~C10烯基，前述烷基或烯基上的氫可選擇地被氟所取代；R5及R6分別表示氫、鹵素、C1~C10烷基、C2~C10烯基或C1~C10烷氧基，前述烷基或烷氧基上的氫可選擇地被氟所取代；Z1表示單鍵或-C≡C-；Z2表示單鍵、-(CH2)2-、-COO-、-OOC-、-OCO-、-C≡C-、-CH=CH-；Z3至Z5分別表示單鍵、-(CH2)2-、-COO-、-OOC-、-OCO-、-C≡C-、-CH=CH-、-(CF2)O-或-O(CF2)-；n及m分別為0、1或2，且當n為2時，兩個環A4可為相同或不同，當m為2時，兩個環A5可為相同或不同；o、p、q及r分別為0或1，其條件是o+p+q+r為3或4。
本發明的另一目的在於提供一種含有上述液晶組成物的顯示單元。
本發明之功效在於：本發明液晶組成物包含至少一種化學式1所示化合物、至少一種化學式2所示化合物及至少一種化學式3所示化合物，而可於後續應用時得以同時展現較高的澄清點溫度、較佳的折射各向異性、較佳的介電各向異性及良好的低溫儲存性。
以下將就本發明內容進行詳細說明：
本發明液晶組成物包含至少一種化學式1所示化合物、至少一種化學式2所示化合物及至少一種化學式3所示化合物。
[化學式1所示化合物]
較佳地，該化學式1所示化合物是選自於化學式1-1所示化合物、化學式1-2所示化合物、化學式1-3所示化合物、化學式1-4所示化合物或化學式1-5所示化合物：
更佳地，該化學式1-1、化學式1-2、化學式1-3、化學式1-4及化學式1-5所示化合物中的R1為C1~C5烷基，及R2為氟、C1~C5烷基、C2~C5烯基或C1~C5烷氧基。於本發明的具體例中，該化學式1所示化合物是選自於化學式1-1所示化合物、化學式1-2所示化合物、化學式1-4所示化合物或化學式1-5所示化合物，該 R1為C3~C5烷基，及R2為氟、C1~C5烷基、C2~C3烯基或C1~C5烷氧基。
[化學式2所示化合物]
較佳地，該化學式2所示化合物中的Z2為單鍵。更佳地，該化學式2所示化合物是選自於化學式2-1所示化合物、化學式2-2所示化合物、化學式2-3所示化合物或化學式2-4所示化合物：
又更佳地，該化學式2-1、該化學式2-2、該化學式2-3及該化學式2-4所示化合物中的R3及R4各自為C1~C5烷基。於本發明之具體例中，R3及R4各自為C1~C3烷基。
[化學式3所示化合物]
較佳地，該化學式3所示化合物是選自於化學式3-1所示化合物、化學式3-2所示化合物、化學式3-3所示化合物、化學式 3-4所示化合物、化學式3-5所示化合物、化學式3-6所示化合物、化學式3-7所示化合物、化學式3-8所示化合物、化學式3-9所示化合物、化學式3-10所示化合物、化學式3-11所示化合物、化學式3-12所示化合物、化學式3-13所示化合物、化學式3-14所示化合物、化學式3-15所示化合物、化學式3-16所示化合物、化學式3-17所示化合物或化學式3-18所示化合物：
更佳地，該化學式3-1至化學式3-18所示化合物中的R5為C1~C5烷基或C2~C5烯基，及R6為氟、C1~C5烷基、C1~C5烷氧基或經氟取代的C1~C5烷氧基。又更佳地，該化學式3-6、該化學式3-7、該化學式3-8、該化學式3-9、該化學式3-15及該化學式3-17所示化合物中的R6為氟。
[液晶組成物]
上述三種化合物的用量範圍可以依據實際需要進行調整，較佳地，以該液晶組成物的總重為100wt%計算，該化學式1所示化合物的含量範圍為11~70wt%、該化學式2所示化合物的含量範圍為1~30wt%及該化學式3所示化合物的含量範圍為10~70wt%。更佳地，該化學式1所示化合物的含量範圍為20~70wt%、該化學式2所示化合物的含量範圍為2~12wt%及該化學式3所示化合物的含量範圍為20~70wt%。
本發明顯示單元包含上述的液晶組成物。本發明顯示單元可應用於各種顯示器中，例如但不限於TN、STN、FFS、IPS、VA、PSA等。
本發明將就以下實施例作進一步說明，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。
以下實施例及比較例中的液晶化合物結構分別運用下表1的代號來表示：
[實施例1、實施例2及比較例1]
實施例1、實施例2及比較例1的液晶組成物分別依據下表2的化合物組成及含量於25℃下進行混合並獲得液晶組成物。實施例1、實施例2及比較例1的液晶組成物分別依據下述測試方法進行測試，所得結果整理於下表2中。
[測試方法]
1. 澄清點溫度(Tni，℃)：使用差示掃描量熱儀(DSC)系統，將液晶組成物置於鋁盤上精秤0.5至10mg，藉由液晶組成物因相變化而出現的吸熱峰及放熱峰的起始點來確定相變化溫度。相變化的表示方式為：結晶相標示為C，近晶相標示為S，向列相標示為N，液體標示為I。其中，由向列相至液體的相變溫度為澄清點溫度(Tni)。
2. 介電各向異性(△ε)：將液晶組成物裝入液晶盒中，於溫度25℃下，對該液晶盒施加0V至20V的電壓，在平行於液晶分子長軸方向所測得的平均介電常數為ε∥，垂直於液晶分子長軸所測得的平均介電常數為ε⊥，介電各向異性(△ε)=ε∥-ε⊥。
3. 旋轉黏度(γ1，mPa˙S)：將待測液裝入液晶盒中，於溫度25℃下，對該液晶盒施加20V的電壓，經儀器加入介電各向異性(△ε)因數換算，即可得到旋轉黏度γ1。
4. K11彈性常數(「斜展」，在20℃下的pN)：將液晶組成物裝入液晶盒中，於溫度25℃下，對該液晶盒施加20V的電壓，經儀器加入介電各向異性(△ε)因數換算，即可得到K11。
5. 折射率各向異性(△n)：利用一目鏡上安裝有偏光板的阿貝(Abbe)折射儀(廠商：ATAGO；型號：DR-M2)，對液晶組成 物進行量測。首先，以單方向擦拭阿貝折射儀的主稜鏡表面，接著在主稜鏡上滴加少量的待測液，接著在測試溫度25℃，使用波長為589nm的濾光光片進行折射率各向異性的測量。當偏光方向與擦拭方向平行時，測得的折射率為n∥；當偏光方向與擦拭方向垂直時，測得的折射率為n⊥；折射率各向異性(△n)=n∥-n⊥。
6. 低溫儲存天數(low temperature storage，簡稱LTS，單位：天)：將0.3g的液晶組成物裝入7mL玻璃瓶中，再將玻璃瓶置入-20℃的定溫低溫冷凍櫃中，記錄液晶析出的時間，即為低溫儲存天數。低溫儲存天數越長越佳。
由表2的結果可知，實施例1及實施例2的液晶組成物因為含有該化學式2所示化合物，且搭配化學式1所示化合物與化學式3所示化合物，而可具備較高的Tni、較佳的△ε、△n及K11，以及良好的低溫儲存性。
[實施例3及比較例2]
實施例3及比較例2的液晶組成物分別依據下表3的化合物組成及含量於25℃下進行混合並獲得液晶組成物。實施例3及比較例2的液晶組成物分別依據【0027】段的測試方法進行測試，所得結果整理於下表3中。
由表3的結果可知，實施例3的液晶組成物因為含有該化學式2所示化合物，而可具備較高的Tni、較佳的△ε、△n及K11，以及良好的低溫儲存性。
[實施例4、5與比較例3及4]
實施例4、5與比較例3及4的液晶組成物分別依據下表4的化合物組成及含量於25℃下進行混合並獲得液晶組成物。實施例4、5與比較例3及4的液晶組成物分別依據【0027】段的測試方法進行測試，所得結果整理於下表4中。
表4
將實施例4、實施例5及比較例3的結果進行比較，可以發現比較例3的液晶組成物的△n較低且未具備低溫儲存性，證明當液晶組成物中未添加該化學式2所示化合物時，將無法具備低溫儲存性。
將實施例4、實施例5及比較例4的結果進行比較，可以發現比較例4的液晶組成物的Tni及△ε遠低於實施例4及5，也未具備低溫儲存性，證明當液晶組成物中未添加該化學式3所示化合物時，將無法具備符合需求的Tni、△ε及低溫儲存性。
[實施例6]
實施例6的液晶組成物分別依據下表5的化合物組成及含量於25℃下進行混合並獲得液晶組成物。接著，分別依據【0027】段的測試方法進行測試，所得結果整理於下表5中。
表5
[實施例7]
實施例7的液晶組成物分別依據下表6的化合物組成及含量於25℃下進行混合並獲得一液晶組成物。接著，分別依據【0027】段的測試方法進行測試，所得結果整理於下表6中。
表6
[實施例8]
實施例8的液晶組成物分別依據下表7的化合物組成及含量於25℃下進行混合並獲得液晶組成物。接著，分別依據【0027】段的測試方法進行測試，所得結果整理於下表7中。
綜上所述，本發明液晶組成物包含至少一種化學式1所示化合物、至少一種化學式2所示化合物及至少一種化學式3所示化合物，而可於後續應用時得以展現較高的澄清點溫度、較佳的折射各向異性、較佳的介電各向異性及良好的低溫儲存性，故確實能達成本發明之目的。
惟以上所述者，僅為本發明之實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，凡是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 (10)

  1. 一種液晶組成物，包含：至少一種化學式1所示化合物；至少一種化學式2所示化合物；及至少一種化學式3所示化合物， 其中，環A1或A2分別表示、、 、或； 環A3至A9分別表示、、、 、、或，前述取代基上的氫可選擇地被氟、C1~C10烷基或C2~C8烯基所取代；R1及R2分別表示氫、鹵素、C1~C10烷基、C2~C10烯基或C1~C10烷氧基，前述烷基或烷氧基上的氫可選擇地被氟所取代； R3表示氫、鹵素、C1~C10烷基或C2~C10烯基，前述烷基或烯基上的氫可選擇地被氟所取代；R4表示鹵素、C1~C10烷基或C2~C10烯基，前述烷基或烯基上的氫可選擇地被氟所取代；R5及R6分別表示氫、鹵素、C1~C10烷基、C2~C10烯基或C1~C10烷氧基，前述烷基或烷氧基上的氫可選擇地被氟所取代；Z1表示單鍵或-C≡C-；Z2表示單鍵、-(CH2)2-、-COO-、-OOC-、-OCO-、-C≡C-、-CH=CH-；Z3至Z5分別表示單鍵、-(CH2)2-、-COO-、-OOC-、-OCO-、-C≡C-、-CH=CH-、-(CF2)O-或-O(CF2)-；n及m分別為0、1或2，且當n為2時，兩個環A4可為相同或不同，當m為2時，兩個環A5可為相同或不同；o、p、q及r分別為0或1，其條件是o+p+q+r為3或4。
  2. 如請求項1所述的液晶組成物，其中，該化學式2所示化合物是選自於化學式2-1所示化合物、化學式2-2所示化合物、化學式2-3所示化合物或化學式2-4所示化合物：
  3. 如請求項2所述的液晶組成物，其中，該化學式2-1、該化學式2-2、該化學式2-3及該化學式2-4所示化合物中的R3及R4各自為C1~C5烷基。
  4. 如請求項1所述的液晶組成物，其中，該化學式3所示化合物是選自於化學式3-1所示化合物、化學式3-2所示化合物、化學式3-3所示化合物、化學式3-4所示化合物、化學式3-5所示化合物、化學式3-6所示化合物、化學式3-7所示化合物、化學式3-8所示化合物、化學式3-9所示化合物、化學式3-10所示化合物、化學式3-11所示化合物、化學式3-12所示化合物、化學式3-13所示化合物、化學式3-14所示化合物、化學式3-15所示化合物、化學式3-16所示化合物、化學式3-17所示化合物或化學式3-18所示化合物：
  5. 如請求項4所述的液晶組成物，其中，該化學式3-1至化學式3-18所示化合物中的R5為C1~C5烷基或C2~C5烯基，及R6為氟、C1~C5烷基、C1~C5烷氧基或經氟取代的C1~C5烷氧基。
  6. 如請求項5所述的液晶組成物，其中，該化學式3-6、該化學式3-7、該化學式3-8、該化學式3-9、該化學式3-15及該化學式3-17所示化合物中的R6為氟。
  7. 如請求項1所述的液晶組成物，其中，以該液晶組成物的總重為100wt%計算，該化學式1所示化合物的含量範圍為11~70wt%、該化學式2所示化合物的含量範圍為1~30wt%及該化學式3所示化合物的含量範圍為10~70wt%。
  8. 如請求項1所述的液晶組成物，其中，該化學式1所示化合物是選自於化學式1-1所示化合物、化學式1-2所示化合物、化學式1-3所示化合物、化學式1-4所示化合物或化學式1-5所示化合物：
  9. 如請求項8所述的液晶組成物，其中，R1為C1~C5烷基，及R2為氟、C1~C5烷基、C2~C5烯基或C1~C5烷氧基。
  10. 一種顯示單元，包含一種如請求項1至9中任一項所述的液晶組成物。
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