TWI626299B - Liquid crystal composition and liquid crystal display element having good light and heat stability - Google Patents

Liquid crystal composition and liquid crystal display element having good light and heat stability Download PDF

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Abstract

本發明提供一種具有良好的光和熱穩定性的液晶組合物，所述液晶組合物包括：占所述液晶組合物總重量5-30%的一種或多種通式I所示的化合物；占所述液晶組合物總重量1-30%的一種或多種通式Ⅱ所示的化合物；占所述液晶組合物總重量1-30%的一種或多種通式Ⅲ所示的化合物；占所述液晶組合物總重量1-20%的一種或多種通式Ⅳ-1和/或Ⅳ-2所示的化合物；占所述液晶組合物總重量15-50%的一種或多種通式V所示的化合物，所述液晶組合物具有大的介電各向異性、適當高的光學各向異性、較低的粘度以及較好的光和熱穩定性，適用於液晶顯示器件中。本發明還提供包含該液晶組合物的液晶顯示器件。

Description

具有良好的光和熱穩定性的液晶組合物及液晶顯示元件
本發明涉及一種液晶組合物及液晶顯示元件，尤其是，具有良好的光和熱穩定性的液晶組合物及其在液晶顯示元件中的應用。本發明涉及一種液晶組合物及液晶顯示元件，尤其是，具有良好的光和熱穩定性的液晶組合物及其在液晶顯示元件中的應用。
目前，液晶化合物的應用範圍越來越廣，其可應用於多種類型的顯示器、電光器件、感測器等。用於上述領域的液晶化合物的種類繁多，其中向列相液晶化合物應用最為廣泛。例如，向列相液晶化合物已經應用在無源TN、STN矩陣顯示器和具有TFT有源矩陣的系統中。
對於薄膜電晶體技術(TFT-LCD)應用領域，雖然近年來市場已經非常巨大，技術也逐漸成熟，但人們對顯示技術的要求也在不斷地提高，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，需要具有良好的光和熱穩定性。而作為薄膜電晶體技術(TFT-LCD)用液晶材料，不僅需要具有如上的穩定性，還應具有較高的向列相上限溫度、高的介電各向異性、良好的抗紫外線性能、高電壓保持率等。
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粘度η；另外，為了降低設備能耗，希望液晶的驅動電壓盡可能低。
為了實現高品質顯示，高對比是液晶顯示器的另一個重要性能參數，對比度實際上就是亮度的比值，而具有較高的光學各向異性的液晶組成物能夠增大液晶顯示元件的對比度。
在現有技術中，由於存在無法兼顧液晶組合物的低粘度、合適的光學各向異性、合適的介電各向異性、高的回應速度、低的驅動電壓的性能的問題，因而不能滿足比如液晶電視、平板電腦的各方面指標。因此，要求液晶組合物必須具有較高的清亮點、低的粘度、較好的光和熱穩定性、大的介電各向異性、大的光學各向異性以及較好的液晶化合物之間的相溶性。
任何顯示用液晶組合物都要求有較寬的液晶態溫度，較高的穩定性，較低的粘度，對電場有較快的回應速度。但是目前為止還沒有任何液晶單體單獨用在液晶顯示器中，而不用與其它化合物組合就能夠滿足性能要求。
本發明目的是提供一種同時具有大的介電各向異性、大的光學各向異性、高清亮點、低粘度和較好的光和熱穩定性的液晶組合物。
為了實現上述發明目的，本發明提供了一種具有良好的光和熱穩定性的液晶組合物，所述液晶組合物包括：占所述液晶組合物總重量5-30%的一種或多種通式I所示的化合物 占所述液晶組合物總重量1-30%的一種或多種通式Ⅱ所示的化合物 占所述液晶組合物總重量1-30%的一種或多種通式Ⅲ所示的化合物 占所述液晶組合物總重量1-20%的一種或多種通式Ⅳ-1和/或Ⅳ-2所示的化合物 ；以及占所述液晶組合物總重量15-50%的一種或多種通式V所示的化合物 其中，R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7和R8相同或不同，各自獨立地選自1-10個碳原子的鹵代或未鹵代烷基或烷氧基、2-10個碳原子的鹵代或未鹵代烯基或烯氧基；L1為-H、-F、-Cl或-CH3；Z1為單鍵、-COO-或-OCO-； X1為-H或-CH3。
在本發明的一些實施方式中，R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7和R8相同或不同，各自獨立地選自1-5個碳原子的鹵代或未鹵代烷基或烷氧基、2-6個碳原子的鹵代或未鹵代烯基或烯氧基。
在本發明的一些實施方式中，L1為-H或-F。
在本發明的一些實施方式中，Z1為單鍵或-COO。
在本發明的一些實施方式中，R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7和R8相同或不同，各自獨立地選自1-5個碳原子的烷基。
在本發明的一些實施方式中，L1為-H。
在本發明的一些實施方式中，Z1為-COO-。
在本發明的一些實施方式中，所述液晶組合物還包括：占所述液晶組合物總重量0-10%的一種或多種通式Ⅵ所示的化合物： 其中，R9選自1-10個碳原子的烷基或烷氧基、2-10個碳原子的烯基或烯氧基；X2選自-F、-OCF3、1-5個碳原子的烷基或烷氧基、2-6個碳原子的烯基或烯氧基；環為或。
在本發明的一些實施方式中，R9選自1-10個碳原子的烷基。
在本發明的一些實施方式中，X2為-F。
在本發明的一些實施方式中，環為。
在本發明的一些實施方式中，所述液晶組合物還包括：占所述液晶組合物總重量0-30%的一種或多種通式Ⅶ所示的化合物： 其中，R10選自1-10個碳原子的烷基或烷氧基、2-10個碳原子的烯基或烯氧基；環和環相同或不同，各自獨立地選自、
在本發明的一些實施方式中，所述通式I的化合物占所述液晶組合物總重量10-25%；所述通式Ⅱ的化合物占所述液晶組合物總重量5-25%；所述通式Ⅲ的化合物占所述液晶組合物總重量5-25%；所述通式Ⅳ-1和/或Ⅳ-2的化合物占所述液晶組合物總重量1-10%；所述通式V的化合物占所述液晶組合物總重量20-45%；所述通式Ⅵ的化合物占所述液晶組合物總重量0-10%；所述通式Ⅶ的化合物占所述液晶組合物總重量0-30%。
在本發明的一些實施方式中，通式I的化合物選自化合物I-1至I-5： ；以及
在本發明的一些實施方式中，通式Ⅱ的化合物選自化合物Ⅱ-1至Ⅱ-5： ；以及
在本發明的一些實施方式中，通式Ⅲ的化合物選自化合物Ⅲ-1至Ⅲ-5： ；以及
在本發明的一些實施方式中，通式Ⅳ-1的化合物選自化合物Ⅳ-1-1至Ⅳ-1-10： ；以及
在本發明的一些實施方式中，通式Ⅳ-2的化合物選自化合物Ⅳ-2-1至Ⅳ-2-10： ；以及
在本發明的一些實施方式中，通式V的化合物選自化合物V-1至V-6： ；以及
在本發明的一些實施方式中，通式Ⅵ的化合物選自化合物Ⅵ-1至Ⅵ-10： ；以及
在本發明的一些實施方式中，所述通式Ⅶ的化合物選自通式Ⅶ-1至Ⅶ-2所示化合物：；以及 其中，R10獨立的選自1-5個碳原子的烷基或烷氧基、2-6個碳原子的烯基或烯氧基。
在本發明的一些實施方式中，R10選自1-5個碳原子的烷基。
在本發明的一些實施方式中，所述通式Ⅶ-1的化合物選自化合物Ⅶ-1-1至Ⅶ-1-5： ；以及
在本發明的一些實施方式中，通式Ⅶ-2的化合物選自化合物Ⅶ-2-1至Ⅶ-2-5： ；以及
本發明所述液晶組合物不包含通式Ⅷ所示的化合物： 其中，R選自1-10個碳原子的鹵代或未鹵代烷基或烷氧基、2-10個碳原子的鹵代或未鹵代烯基或烯氧基。
本發明還提供了一種包含所述液晶組合物的液晶顯示元件。
與現有技術相比，本發明的液晶組合物具有較好的光和熱穩定性、大的介電各向異性、較低的粘度、較高清亮點和適當高的光學各向異性，適用於液晶顯示元件。
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，℃)
△ε：介電各向異性(1KHz，25℃)
△n：光學各向異性(589nm，20℃)
VHR(100℃)：高溫100℃保溫1h後的電壓保持率(%)
VHR(UV)：UV燈照射20min後的電壓保持率(%)
η：流動粘度(mm2‧s-1，25℃，除非另有說明)
其中，光學各向異性使用阿貝折光儀在鈉光燈(589nm)光源下、20℃測試得到；介電測試盒為TN90型，盒厚7μm。
VHR(UV)使用TOY06254型液晶物性評價系統測試得到；將測試盒在UV燈下照射20min(365nm 5mW/cm2)，冷卻到室溫，測試溫度25℃，測試單位週期為166.7ms。
VHR(100℃)：使用TOY06254型液晶物性評價系統測試得到；測試溫度為100℃，測試單位週期為166.7ms。
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，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。
以下各實施方案所採用的液晶顯示器均為TFT液晶顯示裝置，盒厚d=7μm，由偏振器(偏光片)、電極基板等部分構成。該顯示裝置為常白模式，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。
表2和表7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：
實施例1
按表3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4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：表4液晶組合物配方及其測試性能
實施例3
按表5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6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7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：
對比例2
將實施例1按表3中所列的各化合物及重量百分數配製成的液晶組合物與化合物3PUQUF按95：5、90：10及85：15比例混合後分別得到液晶組合物M1、M2及M3，，將組合物M1、M2及M3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7所示：
通過表7資料對比可以看出，3PUQUF含量越大，液晶組合 物在UV光照後的VHR數值越低，說明3PUQUF會降低液晶組合物的UV穩定性。
由對比例1、對比例2及實施例1-5所示的液晶組合物的性能參數可知，本發明的液晶組合物具有較高的介電各向異性、適宜的光學各向異性、較低粘度、良好的光和熱穩定性以及較高清亮點，特別適用於TFT模式等的以主動矩陣(AM)方式驅動的液晶顯示元件。
以上所述僅是本發明的較佳實施例，並非對本發明作任何形式上的限制，雖然本發明已經以較佳實施例揭露如上，然而並非用以限定本發明，任何熟悉本專業的技術人員，在不脫離本發明技術方案範圍內，當可利用上述揭示的技術內容作出些許更動或修飾為等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本發明技術方案內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬於本發明技術方案的範圍內。

Claims (13)

  1. 一種液晶組合物，該液晶組合物包括：占該液晶組合物總重量5-30%的一種或多種通式I所示的化合物 占該液晶組合物總重量1-30%的一種或多種通式Ⅱ所示的化合物 占該液晶組合物總重量1-30%的一種或多種通式Ⅲ所示的化合物 占該液晶組合物總重量1-20%的一種或多種通式Ⅳ-1和/或Ⅳ-2所示的化合物 ；以及 占該液晶組合物總重量15-50%的一種或多種通式V所示的化合物 其中，R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7和R8相同或不同，各自獨立地選自1-10個碳原子的鹵代或未鹵代烷基或烷氧基、2-10個碳原子的鹵代或未鹵代烯 基或烯氧基；L1為-H、-F、-Cl或-CH3；Z1為單鍵、-COO-或-OCO-；X1為-H或-CH3，該液晶組合物不包含通式Ⅷ所示的化合物： 其中，R選自1-10個碳原子的鹵代或未鹵代烷基或烷氧基、2-10個碳原子的鹵代或未鹵代烯基或烯氧基。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之液晶組合物，其中，該液晶組合物還包括：占該液晶組合物總重量最多10%的一種或多種通式Ⅵ所示的化合物 其中，R9選自1-10個碳原子的烷基或烷氧基、2-10個碳原子的烯基或烯氧基；X2選自-F、-OCF3、1-5個碳原子的烷基或烷氧基、2-6個碳原子的烯基或烯氧基； 環為或。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之液晶組合物，其中，該液晶組合物還包括： 占該液晶組合物總重量最多30%的一種或多種通式Ⅶ所示的化合物 其中，R10選自1-10個碳原子的烷基或烷氧基、2-10個碳原子的烯基或烯氧基； 環和環相同或不同，各自獨立地選自、
  4. 如申請專利範圍第1項所述之液晶組合物，其中，通式I的化合物選自化合物I-1至I-5： ；以及
  5. 如申請專利範圍第1項所述之液晶組合物，其中，通式Ⅱ的化合物選自化合物Ⅱ-1至Ⅱ-5： ；以及
  6. 如申請專利範圍第1項所述之液晶組合物，其中，通式Ⅲ的化合物選自化合物Ⅲ-1至Ⅲ-5： ；以及
  7. 如申請專利範圍第1項所述之液晶組合物，其中，通式Ⅳ-1的化合物選自化合物Ⅳ-1-1至Ⅳ-1-10： ；以及 該通式Ⅳ-2的化合物選自化合物Ⅳ-2-1至Ⅳ-2-10： ；以及
  8. 如申請專利範圍第1項所述之液晶組合物，其中，通式V的化合物選自化合物V-1至V-6： ；以及
  9. 如申請專利範圍第2項所述之液晶組合物，其中，通式Ⅵ的化合物選自化合物Ⅵ-1至Ⅵ-10： ；以及
  10. 如申請專利範圍第3項所述之液晶組合物，其中，該通式Ⅶ的化合物選自通式Ⅶ-1至Ⅶ-2所示化合物： ；以及 其中，R10選自1-5個碳原子的烷基或烷氧基、2-6個碳原子的烯基或烯氧基。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之液晶組合物，其中，該通式Ⅶ-1的化合物選自化合物Ⅶ-1-1至Ⅶ-1-5： ；以及 該通式Ⅶ-2的化合物選自化合物Ⅶ-2-1至Ⅶ-2-5： ；以及
  12. 如申請專利範圍第1至11項中任一項所述之液晶組合物，其中，該液晶組合物包括：占該液晶組合總重量8%的化合物Ⅱ-3；占該液晶組合總重量7%的化合物Ⅱ-4；占該液晶組合總重量5%的化合物Ⅱ-5；占該液晶組合總重量1%的化合物Ⅱ-2；占該液晶組合總重量6%的化合物Ⅲ-2； 占該液晶組合總重量9%的化合物Ⅲ-3；占該液晶組合總重量4%的化合物Ⅲ-4；占該液晶組合總重量6.5%的化合物I-3；占該液晶組合總重量7%的化合物I-4；占該液晶組合總重量7%的化合物I-5；占該液晶組合總重量4%的化合物I-2；占該液晶組合總重量1.5%的化合物Ⅳ-1-3；占該液晶組合總重量2%的化合物Ⅳ-1-8；占該液晶組合總重量9%的化合物V-4；以及占該液晶組合總重量23%的化合物V-1，或者該液晶組合物包括：占該液晶組合總重量9%的化合物Ⅱ-3；占該液晶組合總重量8%的化合物Ⅱ-4；占該液晶組合總重量5%的化合物Ⅱ-5；占該液晶組合總重量3%的化合物Ⅱ-2；占該液晶組合總重量6%的化合物Ⅲ-2；占該液晶組合總重量9%的化合物Ⅲ-3；占該液晶組合總重量4%的化合物Ⅲ-4；占該液晶組合總重量6%的化合物I-3；占該液晶組合總重量7%的化合物I-4；占該液晶組合總重量6%的化合物I-5：占該液晶組合總重量4%的化合物I-2； 占該液晶組合總重量1.5%的化合物Ⅳ-1-3；占該液晶組合總重量2%的化合物Ⅳ-1-5：占該液晶組合總重量3.5%的化合物Ⅳ-2-3；占該液晶組合總重量5%的化合物V-4；占該液晶組合總重量16%的化合物V-1；以及占該液晶組合總重量5%的化合物Ⅵ-7，或者該液晶組合物包括：占該液晶組合總重量4%的化合物Ⅱ-3；占該液晶組合總重量4%的化合物Ⅱ-4；占該液晶組合總重量3%的化合物Ⅱ-5；占該液晶組合總重量2%的化合物Ⅱ-2；占該液晶組合總重量5%的化合物Ⅲ-2；占該液晶組合總重量3%的化合物Ⅲ-3；占該液晶組合總重量5%的化合物Ⅲ-4；占該液晶組合總重量4%的化合物I-3；占該液晶組合總重量3%的化合物I-4；占該液晶組合總重量4%的化合物I-5；占該液晶組合總重量1.5%的化合物Ⅳ-1-3；占該液晶組合總重量2%的化合物Ⅳ-1-8；占該液晶組合總重量2%的化合物Ⅳ-1-5；占該液晶組合總重量11%的化合物V-4；占該液晶組合總重量19.5%的化合物V-1； 占該液晶組合總重量4%的化合物Ⅶ-2-3；占該液晶組合總重量5%的化合物Ⅶ-2-4；占該液晶組合總重量9%的化合物Ⅶ-1-3；以及占該液晶組合總重量9%的化合物Ⅶ-1-5，或者該液晶組合物包括：占該液晶組合總重量9%的化合物Ⅱ-3；占該液晶組合總重量8%的化合物Ⅱ-4；占該液晶組合總重量5%的化合物Ⅱ-5；占該液晶組合總重量3%的化合物Ⅱ-2；占該液晶組合總重量6%的化合物Ⅲ-2；占該液晶組合總重量9%的化合物Ⅲ-3；占該液晶組合總重量4%的化合物Ⅲ-4；占該液晶組合總重量6%的化合物Ⅲ-5；占該液晶組合總重量5.5%的化合物I-3；占該液晶組合總重量7%的化合物I-4；占該液晶組合總重量5.5%的化合物I-5；占該液晶組合總重量3.5%的化合物I-2；占該液晶組合總重量1.5%的化合物Ⅳ-1-3；占該液晶組合總重量2%的化合物Ⅳ-1-5；占該液晶組合總重量3.5%的化合物Ⅳ-2-3；占該液晶組合總重量1.5%的化合物Ⅳ-2-5；占該液晶組合總重量5%的化合物V-2； 占該液晶組合總重量5%的化合物V-3；以及占該液晶組合總重量10%的化合物V-1，或者該液晶組合物包括：占該液晶組合總重量6%的化合物Ⅱ-3；占該液晶組合總重量6%的化合物Ⅱ-4；占該液晶組合總重量5%的化合物Ⅱ-5；占該液晶組合總重量4%的化合物Ⅱ-2；占該液晶組合總重量5%的化合物Ⅲ-2；占該液晶組合總重量3%的化合物Ⅲ-3；占該液晶組合總重量5%的化合物Ⅲ-4；占該液晶組合總重量4%的化合物Ⅲ-5；占該液晶組合總重量5%的化合物I-3；占該液晶組合總重量6%的化合物I-4；占該液晶組合總重量6%的化合物I-5；占該液晶組合總重量1.5%的化合物Ⅳ-1-3；占該液晶組合總重量2%的化合物Ⅳ-1-8；占該液晶組合總重量2%的化合物Ⅳ-1-5；占該液晶組合總重量11%的化合物V-4；占該液晶組合總重量25.5%的化合物V-1；以及占該液晶組合總重量3%的化合物Ⅶ-1-3。
  13. 一種包含如專利範圍第1至12項中任一項所述之該液晶組合物的液晶 顯示元件。
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