TWI591165B - Liquid crystal composition and liquid crystal display device thereof - Google Patents

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Description

液晶組合物及其液晶顯示器件
本發明係屬於液晶顯示設備用材料之技術領域，特別是關於一種具光學各向異性大、黏度小、低溫穩定性好、對紫外線穩定性高及對熱穩定性高的液晶組合物及其液晶顯示器件。
液晶材料是一種介於固相和液相之間的液晶相物質，主要被用作顯示器中的電介質，其原因在於這類物質的光學性能可通過施加的電壓而改變。基於液晶的電光學器件是本領域技術人員所公知的，其中可以包含各種效應。這類器件的實例是具有動態散射的液晶盒、DAP(配向相變形)液晶盒、賓/主型液晶盒、具有扭曲向列結構的TN盒、STN(超扭曲向列)液晶盒、SBE(超雙折射效應)液晶盒和OMI(光膜干涉)液晶盒。最常見的顯示器基於Schadt-Helfrich效應並具有扭曲向列結構。此外，還存在用於平行於基板和液晶面的電場操作的液晶盒，例如IPS(面內切換)液晶盒。特別的，TN、STN和IPS液晶盒，尤其是TN和IPS液晶盒是本發明的介質的目前具有商業意義的應用領域。
液晶材料必須具有良好的化學和熱穩定性和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黏度並在液晶盒內產生短定址時間、低閾值電壓和高對比。對於液晶顯示器來說，具有熱穩定性、良好介電性質以及較低黏度的液晶化合物與液晶介質是符合目前需求的。
組合物的光學各向異性與元件的對比度相關聯。為了使液晶顯示元件的對比度比最大化，可將液晶組合物的光學異向性(△n)與液晶層的厚度(d)的乘積值(△n*d)設定為固定值的方式進行設計。適當的 積值依賴於運作模式的種類。如TN模式的元件的適當值約為0.45μm。該情形時，對於液晶層厚度較小的元件而言，較好的是光學各向異性大的組合物。組合物的大的介電各向異性有助於使元件具有低的臨界電壓，小的消耗功率及大的對比度。因此，較好的是大的介電各向異性。組合物的電阻率大有助於使元件具有大的電壓保持率及大的對比度。因此，較好的是在初始階段不僅是在室溫下、並且在高溫下亦具有較大電阻率的組合物。較好的是長時間使用後不僅在室溫下、而且在高溫下亦具有較大電阻率的組合物。組合物對紫外線及熱的穩定性與液晶顯示元件的壽命有關。上述穩定性高時，該元件的壽命長。此種特性對於液晶投影儀，液晶電視等中所使用的AM元件而言是較好的。
較理想的AM元件是具有可使用的溫度範圍廣、回應時間短、對比度大、臨界電壓低、電壓保持率大、壽命長等特性，較理想的是回應時間甚至短於1毫秒。因此，組合物的特性較理想的是向列相的上限溫度高、向列相的下限溫度低、黏度小、光學各向異性大、介電常數各向異性大、電阻率大、對紫外線的穩定性高、對熱的穩定性高等。
單一的液晶化合物通常難以發揮其特性，通常將其與其他多種液晶化合物混合配製成組合物。所以我們急需一種具有上述優點的液晶組合物，在中國公開號CN 1823151 A中提及的化合物配製到液晶組合物中，能夠得到較優的特性，其結構如下： 但是在該專利申請中所提及的化合物介電各向異性仍不夠大。
在歐洲公開號EP2292720A1中的發明結構如下： 但在此文獻中所提及的化合物尚不能單獨達到本發明的要求。
本發明的目的是提供一種液晶組合物，其具備具向列相的上 限溫度高、向列相的下限溫度低、黏度小、光學各向異性大、介電各向異性大、電阻率大、對紫外線的穩定性高、對熱的穩定性高等特性中的至少一種特性。該液晶組合物可應用於AM元件中，使該AM元件具有回應時間短、電壓保持率大、對比度大、壽命長等特性。
有鑑於習知技藝之問題，本發明之目的在於提供一種液晶組合物，係包含至少一種占該液晶組合物總重量的1-30%的通式I的化合物： 至少一種占該液晶組合物總重量20-46%的通式Ⅱ的極性化合物： 至少一種占該液晶組合物總重量0-25%的通式III的化合物： 至少一種占該液晶組合物總重量5-75%的通式Ⅳ的化合物： 其中，R1、R2、R3、R4、R5和R6相同或不同，各自獨立地選自由碳原子數為1-15的烷基或烷氧基和碳原子數為2-15的烯基或烯氧基組成的組；L1、L2、L3和L4相同或不同，各自獨立地為H或F，且L1和L2中至少一個為F；、和相同或不同，各自獨立地選自由、和組成的組，其中，中的一個或 多個H可以彼此獨立地被F取代；、、、和相同或不同，各自獨立地選自由和組成的組，其中，中的一個或多個H可以彼此獨立地被F取代；X表示F、Cl、CN、或碳原子數為1至5的氟代烷基或氟代烷氧基；Z1、Z2、Z3、Z4和Z5相同或不同，各自獨立地選自由碳碳單鍵、-COO-、-OCO-、-CF2O-、-CH2O-、-CH2CH2-、-CF2CH2-、-CF=CF-、-CH=CH-、-CH=CF-、-C2F4-、-(CH2)4-、-(CF2)4-、-OCF2CF2O-、-CF2CF2CF2O-、-CH2CH2CF2O-、-OCH2CF2O-、-OCF2CH2O-、-CH2CF2OCH2-、-CH=CHCF2O-、-CF2OCH=CH-、-CF2OCF=CH-、-CF2OCH=CF-、-CF=CFCF2O-、-CF2OCF=CF-、-C2H4OCH2-、-CH=CHCH2CH2-、-CH2CH=CHCH2-、-OCH2CH2CH2-、-CF=CF-CF=CF-、-C≡C-、-C≡C-CF=CF-、-C≡C-CF=CF-C≡C-、-CF=CF-C≡C-CF=CF-、和-C≡C-CF2O-組成的組；a、b和c相同或不同，各自獨立地表示0、1或2。
並且，該液晶組合物包括至少兩種該通式I的化合物，且占該液晶組合物總重量的2-30%。或者，該液晶組合物僅包括一種該通式I的化合物，且占該液晶組合物總重量的1-8%。
於一實施例中，該通式I的化合物選自由通式I-1的化合物組成的組中一種或多種化合物： 其中，該R1選自由碳原子數為1-7的烷基或烷氧基和碳原子數為2-7的烯 基或烯氧基組成的組。
於再一實施例中，該通式Ⅱ的化合物選自由如下化合物組成的組中一種或多種化合物： 其中，該R2選自由碳原子數為1-7的烷基或烷氧基和碳原子數為2-7的烯基或烯氧基組成的組。
於又一實施例中，該通式III的化合物選自由如下化合物組成的組中一種或多種化合物： 其中，該R3和該R4相同或不同，各自獨立地表示碳原子數為1-7的烷基或烷氧基，或碳原子數為2-7的烯基。
於另一實施例中，該通式Ⅳ的化合物選自由如下化合物組成的組中一種或多種化合物： 其中，該R5選自由碳原子數為1-7的烷基和碳原子數為1-7的烷氧基組成的組。
本發明之另一目的在於提供一種液晶顯示器件，其係包含上述之該液晶組合物，而具有黏度小、低溫穩定性好、對紫外線穩定性高以及對熱的穩定性高的特性。
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1所列代碼表示，則可表達為：nCCGF，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，20℃)
△ε 介電各向異性(1KHz，25℃)
γ 1 扭轉粘度(mPa*s，在20℃下)
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。
在以下的實施例中，通式(I-1)、(Ⅱ-12)的化合物和它們的子通式的各個化合物在CN102337139A中已經公開，通式(Ⅱ-13)、(Ⅱ-14)的化合物和它們的子通式的各個化合物在CN102634346A中已經公開，其餘所採用的各成分均由本申請的發明人按照公知的方法，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。關於向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3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：
對照例2
按表3中所列的各化合物及重量百分數配製成對照例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1
按表4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5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6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7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8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9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：
實施例7
按表10中所列的各化合物及重量百分數配製成實施例7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：
參照對比例1和2，從以上實施例1、2、3、4、和5、6和7的測試資料可見，本發明所提供液晶組合物具有黏度小、低溫穩定性好、對紫外線的穩定性高、對熱的穩定性高等特性中的至少一種更突出的特性，適用於TN、IPS等液晶顯示模式。
以上所述僅為舉例性之較佳實施例，而非為限制性者。任何未脫離本發明之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均應包含於後附之申請專利範圍中。

Claims (8)

  1. 一種液晶組合物，係包含：至少一種占該液晶組合物總重量的1-30%的通式I的化合物： 至少一種占該液晶組合物總重量20-46%的通式Ⅱ的極性化合物，該通式Ⅱ的極性化合物選自以下化合物組成的組： 至少一種占該液晶組合物總重量0-25%的通式III的化合物： 至少一種占該液晶組合物總重量5-75%的通式Ⅳ的化合物： 其中，R1、R3、R4、R5和R6相同或不同，各自獨立地選自由碳原子數為1-15的烷基或烷氧基和碳原子數為2-15的烯基或烯氧基組成的組；R2選自由碳原子數為1-7的烷基或烷氧基和碳原子數為2-7的烯基 或烯氧基組成的組；L1及L2相同或不同，各自獨立地為H或F，且L1和L2中至少一個為F；、、和相同或不同，各自獨立地選自由和組成的組，其中，中的一個或多個H可以彼此獨立地被F取代；Z4和Z5相同或不同，各自獨立地選自由碳碳單鍵、-COO-、-OCO-、-CF2O-、-CH2O-、-CH2CH2-、-CF2CH2-、-CF=CF-、-CH=CH-、-CH=CF-、-C2F4-、-(CH2)4-、-(CF2)4-、-OCF2CF2O-、-CF2CF2CF2O-、-CH2CH2CF2O-、-OCH2CF2O-、-OCF2CH2O-、-CH2CF2OCH2-、-CH=CHCF2O-、-CF2OCH=CH-、-CF2OCF=CH-、-CF2OCH=CF-、-CF=CFCF2O-、-CF2OCF=CF-、-C2H4OCH2-、-CH=CHCH2CH2-、-CH2CH=CHCH2-、-OCH2CH2CH2-、-CF=CF-CF=CF-、-C≡C-、-C≡C-CF=CF-、-C≡C-CF=CF-C≡C-、-CF=CF-C≡C-CF=CF-、和-C≡C-CF2O-組成的組c表示0、1或2。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之液晶組合物，其中該液晶組合物係包括至少兩種該通式I的化合物，且占該液晶組合物總重量的2-30%。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之液晶組合物，其中該液晶組合物係僅包括一種該通式I的化合物，且占該液晶組合物總重量的1-8%。
  4. 如申請專利範圍第2項或第3項所述之液晶組合物，其中該通式I的化合物選自由通式I-1的化合物組成的組中一種或多種化合物： 其中，該R1選自由碳原子數為1-7的烷基或烷氧基和碳原子數為2-7的烯基或烯氧基組成的組。
  5. 如申請專利範圍第2項或第3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一種或多種化合物： 其中，該R3和該R4相同或不同，各自獨立地表示碳原子數為1-7的烷基或烷氧基，或碳原子數為2-7的烯基。
  6. 如申請專利範圍第2項或第3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一種或多種化合物： 其中，該R5選自由碳原子數為1-7的烷基和碳原子數為1-7的烷氧基組成的組。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之液晶組合物，其中該液晶組合物包括：占該液晶組合物總重量5%的化合物 占該液晶組合物總重量2%的化合物 占該液晶組合物總重量2%的化合物 占該液晶組合物總重量52%的化合物 占該液晶組合物總重量3%的化合物 占該液晶組合物總重量6%的化合物 占該液晶組合物總重量6%的化合物 占該液晶組合物總重量6%的化合物 占該液晶組合物總重量4%的化合物 占該液晶組合物總重量7%的化合物 占該液晶組合物總重量7%的化合物 或者，該液晶組合物包含：占該液晶組合物總重量2%的化合物 占該液晶組合物總重量6%的化合物 占該液晶組合物總重量6%的化合物 占該液晶組合物總重量6%的化合物 占該液晶組合物總重量4%的化合物 占該液晶組合物總重量2%的化合物 占該液晶組合物總重量34%的化合物 占該液晶組合物總重量11%的化合物 占該液晶組合物總重量7%的化合物 占該液晶組合物總重量4%的化合物 占該液晶組合物總重量5%的化合物 占該液晶組合物總重量6%的化合物 占該液晶組合物總重量7%的化合物 或者，該液晶組合物包含：占該液晶組合物總重量3%的化合物 占該液晶組合物總重量4%的化合物 占該液晶組合物總重量4%的化合物 占該液晶組合物總重量4%的化合物 占該液晶組合物總重量4%的化合物 占該液晶組合物總重量2%的化合物 占該液晶組合物總重量34%的化合物 占該液晶組合物總重量11%的化合物 占該液晶組合物總重量6%的化合物 占該液晶組合物總重量6%的化合物 占該液晶組合物總重量4%的化合物 占該液晶組合物總重量5%的化合物 占該液晶組合物總重量7%的化合物 占該液晶組合物總重量6%的化合物 或者，該液晶組合物包含：占該液晶組合物總重量7%的化合物 占該液晶組合物總重量10%的化合物 占該液晶組合物總重量4%的化合物 占該液晶組合物總重量4%的化合物 占該液晶組合物總重量45%的化合物 占該液晶組合物總重量6%的化合物 占該液晶組合物總重量6%的化合物 占該液晶組合物總重量5%的化合物 占該液晶組合物總重量4%的化合物 占該液晶組合物總重量4%的化合物 占該液晶組合物總重量5%的化合物 或者，該液晶組合物包含：占該液晶組合物總重量6%的化合物 占該液晶組合物總重量9%的化合物 占該液晶組合物總重量4%的化合物 占該液晶組合物總重量5%的化合物 占該液晶組合物總重量3%的化合物 占該液晶組合物總重量3%的化合物 占該液晶組合物總重量30%的化合物 占該液晶組合物總重量8%的化合物 占該液晶組合物總重量3%的化合物 占該液晶組合物總重量7%的化合物 占該液晶組合物總重量5%的化合物 占該液晶組合物總重量10%的化合物 占該液晶組合物總重量7%的化合物 或者，該液晶組合物包含：占該液晶組合物總重量5%的化合物 占該液晶組合物總重量8%的化合物 占該液晶組合物總重量6%的化合物 占該液晶組合物總重量4%的化合物 占該液晶組合物總重量4%的化合物 占該液晶組合物總重量30%的化合物 占該液晶組合物總重量10%的化合物 占該液晶組合物總重量3%的化合物 占該液晶組合物總重量8%的化合物 占該液晶組合物總重量5%的化合物 占該液晶組合物總重量10%的化合物 占該液晶組合物總重量7%的化合物 或者，該液晶組合物包含：占該液晶組合物總重量6%的化合物 占該液晶組合物總重量8%的化合物 占該液晶組合物總重量7%的化合物 占該液晶組合物總重量5%的化合物 占該液晶組合物總重量5%的化合物 占該液晶組合物總重量30%的化合物 占該液晶組合物總重量10%的化合物 占該液晶組合物總重量3%的化合物 占該液晶組合物總重量4%的化合物 占該液晶組合物總重量5%的化合物 占該液晶組合物總重量10%的化合物 占該液晶組合物總重量7%的化合物
  8. 一種液晶顯示器件，係包含如申請專利範圍第1~7項其中任一項所述之液晶組合物。
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