CN104610982A - 液晶组合物及其液晶显示器件 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种液晶组合物，包含：至少一种通式Ⅰ的化合物；以及至少一种通式Ⅱ的化合物。本发明的液晶组合物具有合适的光学各向异性、合适的介电各向异性、较快的响应速度、良好的低温存储稳定性、良好的抗紫外照射性和对热稳定性等特性中至少一种特性，适用于液晶显示器件中。本发明还提供包含该液晶组合物的液晶显示器件。
Description
技术领域
本发明涉及一种液晶组合物，特别涉及一种具有合适的光学各向异性、合适的介电各向异性、较快的响应速度、良好的抗紫外照射性的液晶组合物及其在液晶显示器件中的应用。
背景技术
对于液晶显示元件来讲，根据液晶的显示模式分为PC（phase change，相变）、TN（twistnematic，扭曲向列）、STN(super twisted nematic，超扭曲向列)、ECB（electrically controlledbirefringence，电控双折射）、OCB（optically compensated bend，光学补偿弯曲）、IPS（in-planeswitching，共面转变）、VA（vertical alignment，垂直配向）等类型。液晶显示元件根据光源的类型分为利用自然光的反射型、利用背光的透过型、以及利用自然光和背光两种光源的半透过型。
已知在上述运作模式中，ECB模式、IPS模式、VA模式等式利用液晶分子的垂直配向性的运作模式，尤其是IPS模式以及VA模式可改善TN模式、STN模式等显示模式视角狭小的缺点。
液晶材料需要具有适当高的介电各项异性、光学各项异性以及良好的低温互溶性和热稳定性。此外，液晶材料还应当具有低粘度和短响应时间，低阈值电压和高对比度。根据市售的液晶显示元件来进一步说明组合物的各向性能指标。向列相的温度范围与元件的工作温度范围相关联。向列相的上限温度较好的是大于等于70℃，并且向列相的下限温度较好的是小于等于-10℃。组合物的粘度与元件的响应时间相关联。为了在元件中显示动画，较好的是元件的响应时间短。因此，较好的是组合物的粘度小，而更好的是温度低时组合物的粘度小。
组合物的光学各向异性与元件的对比度相关联。为了使液晶显示元件的对比度比最大化，可将液晶组成物的光学异向性（Δn）与液晶层的厚度（d）的乘积值（Δn*d）设定为固定值的方式进行设计。适当的积值依赖于运作模式的种类。如TN模式的元件的适当值约为0.45μm。该情形时，对于液晶层厚度较小的元件而言，较好的是光学各向异性大的组合物。
组合物的大的介电各向异性有助于使元件具有低的临界电压，小的消耗功率及大的对比度。因此，较好的是大的介电各向异性。组合物的电阻率大有助于使元件具有大的电压保持率及大的对比度。因此，较好的是在初始阶段不仅是在室温下、并且在高温下亦具有较大电阻率的组合物。较好的是长时间使用后不仅在室温下、而且在高温下亦具有较大电阻率的组合物。组合物对紫外线及热的稳定性与液晶显示元件的寿命有关。上述稳定性高时，该元件的寿命长。此种特性对于液晶投影仪，液晶电视等中所使用的液晶显示元件而言是较好的。
单一的液晶化合物通常难以发挥其特性，通常将其与其他多种液晶化合物混合配制成组合物。在现有液晶组合物中，能够得到较优的特性，但是该种类化合物光学各向异性不够大，介电各向异性不够大，对混合成Δn和Δε大的组合物帮助不大，从而不利于用在小盒厚的产品中，直接导致响应速度不够快，如CN101796162A、CN1475547A中公开的液晶组合物，不同程度上具有上述缺点。
因此，需要一种液晶组合物，其具有向列相的上限温度高、向列相的下限温度低（即相变温度范围宽）；低的粘度；大的光学各向异性；大的介电各向异性；良好的紫外线的稳定性；良好的低温存储稳定性等特性中的至少一种特性。本发明的其他目的是提供一种液晶显示元件，其是具有合适的光学各向异性、合适的介电各向异性、对紫外线的稳定性高等特性的组合物，并且使得液晶显示元件具有响应时间短、电压保持率大等特性。
发明内容
本发明的一个方面提供一种液晶组合物，所述液晶组合物包含：
至少一种通式Ⅰ的化合物
以及
至少一种通式Ⅱ的化合物
其中，
R1表示碳原子数为1-5的烷基；
R2和R3相同或不同，各自独立地表示碳原子数为1-5的烷基或烷氧基，或碳原子数为2-7的烯基。
本发明所述液晶组合物还包含：
至少一种选自通式Ⅲ-1、通式Ⅲ-2、通式Ⅲ-3及其组合组成的组的化合物
以及
其中，
R4、R5和R6相同或不同，各自独立地表示碳原子数为1-5的烷基；
L表示H或F。
本发明所述液晶组合物还包含：
至少一种选自通式Ⅳ-1和/或Ⅳ-1的化合物
以及
至少一种选自通式Ⅴ的化合物
其中，
R7、R8、R9、R10、R11和R12相同或不同，各自独立地表示碳原子数为1-5的烷基或烷氧基，或碳原子数为2-5的烯基。
在本发明的实施方案中，优选所述通式Ⅰ的化合物占所述液晶组合物总重量的10-50%；所述通式Ⅱ的化合物占所述液晶组合物总重量的5-45%；所述通式Ⅲ-1、通式Ⅲ-2、通式Ⅲ-3及其组合组成的组的化合物占所述液晶组合物总重量的5-45%；所述通式Ⅳ-1和/或Ⅳ-1的化合物占所述液晶组合物总重量的10-50%；以及所述通式Ⅴ的化合物占所述液晶组合物总重量的0-15%。
在本发明的一些实施方案中，所述通式Ⅰ的化合物选自由下列化合物组成的组中一种或更多种化合物：
以及
在本发明的一些实施方案中，所述通式Ⅱ的化合物选自由下列化合物组成的组中一种或更多种化合物：
以及
在本发明的一些实施方案中，所述通式Ⅲ-1的化合物选自由下列化合物组成的组中一种或更多种化合物：
以及
在本发明的一些实施方案中，所述通式Ⅲ-2的化合物选自由下列化合物组成的组中一种或更多种化合物：
以及
在本发明的一些实施方案中，所述通式Ⅲ-3的化合物选自由下列化合物组成的组中一种或更多种化合物：
以及
在本发明的一些实施方案中，所述通式Ⅳ-1的化合物选自由下列化合物组成的组中一种或更多种化合物：
以及
在本发明的一些实施方案中，所述通式Ⅳ-2的化合物选自由下列化合物组成的组中一种或更多种化合物：
以及
在本发明的一些实施方案中，所述通式Ⅴ的化合物选自由下列化合物组成的组中一种或更多种化合物：
以及
本发明的另一个方面提供一种液晶显示器件，所述液晶显示器件包含本发明的液晶组合物。
本发明通过对上述化合物进行组合实验，通过与对照的比较，确定了包括上述液晶化合物的液晶组合物，具有合适的光学各向异性、合适的介电各向异性、较快的响应速度、良好的电压保持率、良好的抗紫外照射性等特性，本发明所述的液晶组合物适用于液晶显示器件中。
在本发明中如无特殊说明，所述的比例均为重量比，所有温度均为摄氏度温度，所述的响应时间数据的测试选用的盒厚为7μm。
具体实施方式
以下将结合具体实施方案来说明本发明。需要说明的是，下面的实施例为本发明的示例，仅用来说明本发明，而不用来限制本发明。在不偏离本发明主旨或范围的情况下，可进行本发明构思内的其他组合和各种改良。
为便于表达，以下各实施例中，液晶组合物的基团结构用表1所列的代码表示：
表1液晶化合物的基团结构代码
以如下结构式的化合物为例：
该结构式如用表1所列代码表示，则可表达为：nCGUF，代码中的n表示左端烷基的碳原子数，例如n为“2”，即表示该烷基为-C2H5；代码中的C代表“环己烷基”，代码中的G代表“2-氟-1,4-亚苯基”，代码中的U代表“2,5-二氟-1,4-亚苯基”，代码中的F代表“氟取代基”。
以下实施例中测试项目的简写代号如下：
Cp： 清亮点（向列-各向同性相转变温度，℃）
Δn： 光学各向异性（589nm，20℃）
Δε： 介电各向异性（1KHz，25℃）
τ： 响应时间（ms）
VHR（60℃）： 初始电压保持率（%）
VHR（UV，60℃） 太阳光照射8h后的电压保持率（%）
其中，折射率各向异性使用阿贝折光仪在钠光灯（589 nm）光源下、20℃测试得；介电测试盒为TN90型，盒厚7μm。
响应时间是使用DMS505测试仪在25℃下测试得；测试盒为TN左旋型，盒厚7μm，测试电压为6.5V。
VHR（60℃）是使用TOY06254型液晶物性评价系统测试得；测试温度为60℃，测试时间为16.6ms；VHR（UV，60℃）是使用TOY06254型液晶物性评价系统测试得；测试温度60℃，测试时间为16.6ms，太阳光照时间为8h。
在以下的实施例中所采用的各成分，均可以通过公知的方法进行合成，或者通过商业途径获得。这些合成技术是常规的，所得到各液晶化合物经测试符合电子类化合物标准。
按照以下实施例规定的各液晶组合物的配比，制备液晶组合物。所述液晶组合物的制备是按照本领域的常规方法进行的，如采取加热、超声波、悬浮等方式按照规定比例混合制得。
制备并研究下列实施例中给出的液晶组合物。下面显示了各液晶组合物的组成和其性能参数测试结果。
对比例1
按表2中所列的各化合物及重量百分数配制成对比例1的液晶组合物，其填充于液晶显示器两基板之间进行性能测试，测试数据如下表所示：
表2液晶组合物配方及其测试性能
实施例1
按表3中所列的各化合物及重量百分数配制成实施例1的液晶组合物，其填充于液晶显示器两基板之间进行性能测试，测试数据如下表所示：
表3液晶组合物配方及其测试性能
实施例2
按表4中所列的各化合物及重量百分数配制成实施例2的液晶组合物，其填充于液晶显示器两基板之间进行性能测试，测试数据如下表所示：
表4液晶组合物配方及其测试性能
实施例3
按表5中所列的各化合物及重量百分数配制成实施例3的液晶组合物，其填充于液晶显示器两基板之间进行性能测试，测试数据如下表所示：
表5液晶组合物配方及其测试性能
实施例4
按表6中所列的各化合物及重量百分数配制成实施例4的液晶组合物，其填充于液晶显示器两基板之间进行性能测试，测试数据如下表所示：
表6液晶组合物配方及其测试性能
参照对比例1，从以上实施例1、2、3和4的测试数据可见，本发明所提供液晶组合物具有合适的光学各向异性和合适的介电各向异性，其优点在于响应速度快、具有良好的抗紫外照射性和更好的电压保持率，适用于液晶显示器件中。
Claims (10)
1.一种液晶组合物，包含：
至少一种通式Ⅰ的化合物
以及
至少一种通式Ⅱ的化合物
其中，
R1表示碳原子数为1-5的烷基；
R2和R3相同或不同，各自独立地表示碳原子数为1-5的烷基或烷氧基，或碳原子数为2-7的烯基。
2.根据权利要求1所述的液晶组合物，其特征在于，所述液晶组合物还包含：
至少一种选自通式Ⅲ-1、通式Ⅲ-2、通式Ⅲ-3及其组合组成的组的化合物
以及
其中，
R4、R5和R6相同或不相同，各自独立地表示碳原子数为1-5的烷基；
L表示H或F。
3.根据权利要求2所述的液晶组合物，其特征在于，所述液晶组合物还包含：
至少一种选自通式Ⅳ-1和/或Ⅳ-1的化合物
以及
至少一种选自通式Ⅴ的化合物
其中，
R7、R8、R9、R10、R11和R12相同或不同，各自独立地表示碳原子数为1-5的烷基或烷氧基，或碳原子数为2-5的烯基。
4.根据权利要求3所述的液晶组合物，其特征在于，所述通式Ⅰ的化合物占所述液晶组合物总重量的10-50%；所述通式Ⅱ的化合物占所述液晶组合物总重量的5-45%；所述通式Ⅲ-1、通式Ⅲ-2、通式Ⅲ-3及其组合组成的组的化合物占所述液晶组合物总重量的5-45%；所述通式Ⅳ-1和/或Ⅳ-1的化合物占所述液晶组合物总重量的10-50%；以及所述通式Ⅴ的化合物占所述液晶组合物总重量的0-15%。
5.根据权利要求4所述的液晶组合物，其特征在于，所述通式Ⅰ的化合物选自由下列化合物组成的组中一种或更多种化合物：
以及
6.根据权利要求4所述的液晶组合物，其特征在于，所述通式Ⅱ的化合物选自由下列化合物组成的组中一种或更多种化合物：
以及
7.根据权利要求4所述的液晶组合物，其特征在于，所述通式Ⅲ-1的化合物选自由下列化合物组成的组中一种或更多种化合物：
以及
所述通式Ⅲ-2的化合物选自由下列化合物组成的组中一种或更多种化合物：
以及
并且
所述通式Ⅲ-3的化合物选自由下列化合物组成的组中一种或更多种化合物：
以及
8.根据权利要求4所述的液晶组合物，其特征在于，所述通式Ⅳ-1的化合物选自由下列化合物组成的组中一种或更多种化合物：
以及
所述通式Ⅳ-2的化合物选自由下列化合物组成的组中一种或更多种化合物：
以及
并且
所述通式Ⅴ的化合物选自由下列化合物组成的组中一种或更多种化合物：
以及
9.根据权利要求5-8所述的液晶组合物，其特征在于，所述液晶组合物包含：
占所述液晶组合物总重量13%的化合物Ⅳ-1-4；
占所述液晶组合物总重量13%的化合物Ⅳ-1-3；
占所述液晶组合物总重量8%的化合物Ⅳ-1-1；
占所述液晶组合物总重量5%的化合物Ⅲ-1-1；
占所述液晶组合物总重量5%的化合物Ⅲ-1-2；
占所述液晶组合物总重量5%的化合物Ⅰ-2；
占所述液晶组合物总重量6%的化合物Ⅰ-3；
占所述液晶组合物总重量7%的化合物Ⅰ-4；
占所述液晶组合物总重量9%的化合物Ⅳ-2-4；
占所述液晶组合物总重量5%的化合物Ⅳ-2-5；
占所述液晶组合物总重量8%的化合物Ⅱ-6；
占所述液晶组合物总重量4%的化合物Ⅱ-7；
占所述液晶组合物总重量3%的化合物Ⅱ-8；
占所述液晶组合物总重量3%的化合物Ⅲ-3-2；
占所述液晶组合物总重量3%的化合物Ⅲ-3-3；以及
占所述液晶组合物总重量3%的化合物Ⅲ-3-4，
或者，所述液晶组合物包含：
占所述液晶组合物总重量12%的化合物Ⅳ-1-4；
占所述液晶组合物总重量11%的化合物Ⅳ-1-3；
占所述液晶组合物总重量12%的化合物Ⅳ-1-1；
占所述液晶组合物总重量3%的化合物Ⅲ-1-1；
占所述液晶组合物总重量3%的化合物Ⅲ-1-2；
占所述液晶组合物总重量6%的化合物Ⅰ-2；
占所述液晶组合物总重量7%的化合物Ⅰ-3；
占所述液晶组合物总重量9%的化合物Ⅰ-4；
占所述液晶组合物总重量12%的化合物Ⅳ-2-4；
占所述液晶组合物总重量7%的化合物Ⅱ-6；
占所述液晶组合物总重量4%的化合物Ⅱ-7；
占所述液晶组合物总重量4%的化合物Ⅱ-5；
占所述液晶组合物总重量4%的化合物Ⅲ-3-2；
占所述液晶组合物总重量4%的化合物Ⅲ-3-3；以及
占所述液晶组合物总重量2%的化合物Ⅲ-2-4，
或者，所述液晶组合物包含：
占所述液晶组合物总重量12%的化合物Ⅳ-1-4；
占所述液晶组合物总重量9%的化合物Ⅳ-1-3；
占所述液晶组合物总重量5%的化合物Ⅰ-1；
占所述液晶组合物总重量7%的化合物Ⅰ-2；
占所述液晶组合物总重量7%的化合物Ⅰ-3；
占所述液晶组合物总重量10%的化合物Ⅰ-4；
占所述液晶组合物总重量10%的化合物Ⅳ-2-4；
占所述液晶组合物总重量10%的化合物Ⅱ-6；
占所述液晶组合物总重量6%的化合物Ⅱ-7；
占所述液晶组合物总重量6%的化合物Ⅱ-8；
占所述液晶组合物总重量4%的化合物Ⅱ-5；
占所述液晶组合物总重量4%的化合物Ⅱ-1；
占所述液晶组合物总重量3%的化合物Ⅲ-3-2；
占所述液晶组合物总重量3%的化合物Ⅲ-2-1；以及
占所述液晶组合物总重量4%的化合物Ⅴ-1，
或者，所述液晶组合物包含：
占所述液晶组合物总重量10%的化合物Ⅳ-1-4；
占所述液晶组合物总重量4%的化合物Ⅳ-1-3；
占所述液晶组合物总重量4%的化合物Ⅰ-1；
占所述液晶组合物总重量7%的化合物Ⅰ-2；
占所述液晶组合物总重量7%的化合物Ⅰ-3；
占所述液晶组合物总重量10%的化合物Ⅰ-4；
占所述液晶组合物总重量5%的化合物Ⅳ-2-4；
占所述液晶组合物总重量5%的化合物Ⅳ-2-5；
占所述液晶组合物总重量2%的化合物Ⅳ-2-2；
占所述液晶组合物总重量9%的化合物Ⅱ-6；
占所述液晶组合物总重量8%的化合物Ⅱ-7；
占所述液晶组合物总重量8%的化合物Ⅱ-8；
占所述液晶组合物总重量5%的化合物Ⅱ-5；
占所述液晶组合物总重量5%的化合物Ⅱ-1；
占所述液晶组合物总重量4%的化合物Ⅲ-3-2；
占所述液晶组合物总重量3%的化合物Ⅲ-2-1；以及
占所述液晶组合物总重量4%的化合物Ⅴ-1。
10.一种液晶显示器件，所述液晶显示器件包含权利要求1至9中的任一项所述的液晶组合物。
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