TWI567175B - Liquid crystal compositions and liquid crystal display devices - Google Patents
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Description
本發明涉及一種液晶組合物及一種液晶顯示器件，特別涉及一種具有大的光學各向異性、高清亮點、適當的介電各向異性、適中的粘度的液晶組合物及包含所述液晶組合物的液晶顯示器件。
對於液晶顯示元件來講，根據液晶的顯示模式分為PC(phase change，相變)、TN(twist nematic，扭曲向列)、STN(super twisted nematic，超扭曲向列)、ECB(electrically controlled birefringence，電控雙折射)、OCB(optically compensated bend，光學補償彎曲)、IPS(in-plane switching，共面轉變)、VA(vertical alignment，垂直配向)等類型。根據元件的驅動方式分為PM(passive matrix，被動矩陣)型和AM(active matrix，主動矩陣)型。PM分為靜態(static)和多路(multiplex)等類型。AM分為TFT(thin film transistor，薄膜電晶體)、MIM(metal insulator metal，金屬-絕緣層-金屬)等類型。TFT的類型有非晶矽(amorphous silicon)和多晶矽(polycrystal silicon)。後者根據製造工藝分為高溫型和低溫型。液晶顯示元件根據光源的類型分為利用自然光的反射型、利用背光的透過型、以及利用自然光和背光兩種光源的半透過型。
液晶材料需要具有適當高的介電各向異性、光學各向異性以及良好的低溫互溶性和熱穩定性。此外，液晶材料還應當具有低粘度和短回應時間，低閾值電壓和高對比。根據市售的液晶顯示元件來進一步說明組合物的各向性能指標。向列相的溫度範圍與元件的工作溫度範圍相關聯。向列相的上限溫度較好的是大於等於70℃，並且向列相的下限溫度較好的是小於等於-10℃。組合物的粘度與元件的回應時間相關聯。為了在元件中顯示動畫，較好的是元件的回應時間短。因此，較好的是組合物的粘度小，而更好的是溫度低時組合物的粘度小。
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最大化，可將液晶組合物的光學各向異性(△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。
含有光學各向異性適當的液晶組合物的液晶顯示元件能夠
增大對比度。
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。在現有液晶組合物中，能夠得到較優的特性，但是該種類化合物向列相溫度範圍不夠寬、清亮點較低、粘度較高、光學各向異性不夠大、介電各向異性較低、紫外及高溫穩定性差、電壓保持率低，對混合成具有較大光學各向異性、適當的介電各向異性、較高的清亮點以及較好對比度的組合物說明不大，直接導致對比度低、回應速度慢等不良後果。
因此，需要一種液晶組合物，其具有大的光學各向異性、較高的清亮點、適中的粘度、適當的介電各向異性、高的對比度等特性中的至少一種特性。
本發明的目的是提供一種具有大的光學各向異性、較高的清亮點、適中的粘度、適當高的介電各向異性以及較高的對比度等特性中的至少一種特性的液晶組合物。
本發明的其它目的是提供一種液晶顯示元件，其包含具有較大的光學各向異性、較高的清亮點、適中的粘度、適當高的介電各向異性等特性的液晶組合物，使得液晶顯示元件具有工作對比度高等特性。
為了實現上述發明目的，本發明的提供了一種液晶組合物，所述液晶組合物包含：占所述液晶組合物總重量10-40%的通式I的化合物
占所述液晶組合物總重量1-30%的通式Ⅱ的化合物
占所述液晶組合物總重量10-35%的通式Ⅲ的化合物；以及占所述液晶組合物總重量0-55%的通式Ⅳ的化合物
其中，R1、R2、R3、R4、R5和R6相同或不同，各自獨立地表示碳原子數為1-7的氟代或未被氟代的烷基、碳原子數為1-7的氟代或未被氟代的烷氧基，或碳原子數為2-7的氟代或未被氟代的烯基；環、環、環和環相同或不同，各自獨立地表示、或，其中，環和環不同時為；L1表示-H或碳原子數為1-5的烷基；Z1和Z2相同或不同，各自獨立的表示單鍵、-CH2CH2-、-CH=CH-、-CH2O-或-COO-；b和c相同或不同，各自獨立的表示0或1：其中，當b=c=0時，R5
和R6不為烯基。
在本發明的一些實施方式中，優選所述通式I的化合物占所述液晶組合物總重量的15-30%；所述通式Ⅱ的化合物占所述液晶組合物總重量的5-25%；所述通式Ⅲ的化合物占所述液晶組合物總重量的15-30%；以及所述通式Ⅳ的化合物占所述液晶組合物總重量的15-50%。
在本發明的一些實施方式中，所述通式Ⅳ的化合物占所述液晶組合物總重量的25-50%。
在本發明的一些實施方式中，所述通式Ⅳ的化合物占所述液晶組合物總重量的30-50%。
在本發明的一些實施方案中，優選地，所述通式I的化合物選自由下列化合物組成中一種或更多種化合物：
；以及
在本發明的一些實施方案中，優選地，所述通式Ⅱ的化合物選自由下列化合物組成中一種或更多種化合物：
；以及
在本發明的一些實施方案中，優選地，所述通式Ⅲ的化合物選自由下列化合物組成中一種或更多種化合物：
；以及
在本發明的一些實施方案中，優選地，所述通式Ⅳ的化合物選自由下列化合物組成中一種或更多種化合物：
；以及
其中，R5和R6相同或不同，各自獨立地表示碳原子數為1-5的的烷基、碳原子數為1-5的的烷氧基。
在本發明的一些實施方式中，通式Ⅳ-4的化合物占所述液晶組合物總重量的5-25%，作為優選方案，在本發明的一些實施方式中，通式Ⅳ-4的化合物占所述液晶組合物總重量的10-20%。
在本發明的一些實施方式中，通式Ⅳ-5的化合物占所述液晶組合物總重量的0-20%，作為優選方案，在本發明的一些實施方式中，通式Ⅳ-5的化合物占所述液晶組合物總重量的0-15%。
在本發明的一些實施方式中，通式Ⅳ-6的化合物占所述液晶組合物總重量的5-20%。
在本發明的一些實施方式中，通式Ⅳ-6的化合物占所述液晶組合物總重量的6-15%。
在本發明的一些實施方式中，通式Ⅳ-7的化合物占所述液晶組合物總重量的0-25%。
在本發明的一些實施方式中，通式Ⅳ-7的化合物占所述液晶組合物總重量的0-20%。
在本發明的一些實施方式中，通式Ⅳ-9的化合物占所述液晶組合物總重量的0-20%。
在本發明的一些實施方式中，通式Ⅳ-11的化合物占所述液晶組合物總重量的0-15%，作為優選方案，在本發明的一些實施方式中，通式Ⅳ-11的化合物占所述液晶組合物總重量的0-10%。
在本發明的一些實施方式中，通式Ⅳ-12的化合物占所述液晶組合物總重量的0-15%，作為優選方案，在本發明的一些實施方式中，通式Ⅳ-12的化合物占所述液晶組合物總重量的0-10%。
在本發明的一些實施方案中，優選地，所述通式Ⅳ-1的化合物選自由下列化合物組成中一種或更多種化合物：
；以及
在本發明的一些實施方案中，優選地，所述通式Ⅳ-2的化合物選自由下列化合物組成中一種或更多種化合物：
；以及
在本發明的一些實施方案中，優選地，所述通式Ⅳ-3的化合物選自由下列化合物組成中一種或更多種化合物：
；以及
在本發明的一些實施方案中，優選地，所述通式Ⅳ-4的化合物選自由下列化合物組成中一種或更多種化合物：
；以及
在本發明的一些實施方案中，優選地，所述通式Ⅳ-5的化合物選自由下列化合物組成中一種或更多種化合物：
；以及
在本發明的一些實施方案中，優選地，所述通式Ⅳ-6的化合物選自由下列化合物組成中一種或更多種化合物：
；以及
在本發明的一些實施方案中，優選地，所述通式Ⅳ-7的化合物選自由下列化合物組成中一種或更多種化合物：
；以及
在本發明的一些實施方案中，優選地，所述通式Ⅳ-8的化合物選自由下列化合物組成中一種或更多種化合物：
；以及
在本發明的一些實施方案中，優選地，所述通式Ⅳ-9的化合物選自由下列化合物組成中一種或更多種化合物：
；以及
在本發明的一些實施方案中，優選地，所述通式Ⅳ-10的化合物選自由下列化合物組成中一種或更多種化合物：
；以及
在本發明的一些實施方案中，優選地，所述通式Ⅳ-11的化合物選自由下列化合物組成中一種或更多種化合物：
；以及
在本發明的一些實施方案中，優選地，所述通式Ⅳ-12的化合物選自由下列化合物組成中一種或更多種化合物：
；以及
在本發明的一些實施方案中，優選地，所述通式Ⅳ-13的化合物選自由下列化合物組成中一種或更多種化合物：
；以及
本發明的另一個方面提供一種液晶顯示器件，所述液晶顯示器件包含本發明的液晶組合物。
本發明通過對上述化合物進行組合實驗，通過與對照的比較，確定了包括上述液晶化合物的液晶組合物，具有大的光學各向異性、適當高的介電各向異性、高的清亮點等特性，本發明所述的液晶組合物適用於液晶顯示器件中。
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：nCGUF，代碼中的n表示左端烷基的碳原子數，例如n為“2”，即表示該烷基為-C2H5；代碼中的C代表“環己烷基”，代碼中的G代表“2-氟-1,4-亞苯基”，代碼中的U代表“2,5-二氟-1,4-亞苯基”，代碼中的F代表“氟取代基”。
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，25℃)
△n：光學各向異性(589nm，25℃)
△ε：介電各向異性(1KHz，25℃)
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射儀在鈉光燈(589nm)光源下、25℃測試得；介電測試盒為TN100型，盒厚7μm。
Vth測試條件：C/1KHZ，JTSB7.0。
在以下的實施例中所採用的各成分，均可以通過公知的方法進行合成，或者通過商業途徑獲得。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。
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。
對比例1
按表2中所列的各化合物及重量百分數配製成對比例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：
對比例2
按表3中所列的各化合物及重量百分數配製成對比例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：表7液晶組合物配方及其測試性能
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10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：
實施例8
按表11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、5、6、7和8的測試資料可見，本發明所提供液晶組合物具有大的光學各向異性、適當高的介電各向異性、高的清亮點，適用於液晶顯示器件中，使得液晶顯示器具有較大的光學各向異性、較高的工作溫度及高對比的特性。
Claims (8)
- 一種液晶組合物，該液晶組合物包含：占該液晶組合物總重量10-40%的通式I的化合物
- 如申請專利範圍第1項所述之液晶組合物，其特徵在於，該通式I的化合物選自由下列化合物組成中一種或更多種化合物：
- 如申請專利範圍第1項所述之液晶組合物，其特徵在於，該通式Ⅱ的化合物選自由下列化合物組成中一種或更多種化合物：
- 如申請專利範圍第1項所105年9月20日修正本述之液晶組合物，其特徵在於，該通式Ⅲ的化合物選自由下列化合物組成中一種或更多種化合物：
- 如申請專利範圍第1項所述之液晶組合物，其特徵在於，該通式Ⅳ-1的化合物選自由下列化合物組成中一種或更多種化合物：
- 如申請專利範圍第1至5項中任一項所述之液晶組合物，其特徵在於，該通式I的化合物占該液晶組合物總重量的15-30%；該通式Ⅱ的化合物占該液晶組合物總重量的5-25%；該通式Ⅲ的化合物占該液晶組合物總重量的15-30%；以及該通式Ⅳ的化合物占該液晶組合物總重量的15-50%。
- 如申請專利範圍第6項所述之液晶組合物，其特徵在於，該液晶組合物包含：占該液晶組合物總重量6%的化合物Ⅳ-4-6；占該液晶組合物總重量6%的化合物Ⅳ-4-9；占該液晶組合物總重量22%的化合物Ⅲ-2；占該液晶組合物總重量7%的化合物Ⅳ-13-6；占該液晶組合物總重量7%的化合物Ⅱ-2； 占該液晶組合物總重量5%的化合物Ⅱ-5；占該液晶組合物總重量8%的化合物I-2；占該液晶組合物總重量8%的化合物I-3；占該液晶組合物總重量8%的化合物I-4；占該液晶組合物總重量4%的化合物Ⅳ-6-1；占該液晶組合物總重量4%的化合物Ⅳ-6-4；占該液晶組合物總重量5%的化合物Ⅳ-7-3；占該液晶組合物總重量5%的化合物Ⅳ-7-1；以及占該液晶組合物總重量5%的化合物Ⅳ-7-5，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Ⅳ-4-6；占該液晶組合物總重量6%的化合物Ⅳ-4-9；占該液晶組合物總重量20%的化合物Ⅲ-2；占該液晶組合物總重量5%的化合物Ⅳ-13-6；占該液晶組合物總重量5%的化合物Ⅱ-2；占該液晶組合物總重量5%的化合物Ⅱ-5；占該液晶組合物總重量7%的化合物Ⅳ-9-2；占該液晶組合物總重量8%的化合物I-2；占該液晶組合物總重量8%的化合物I-3；占該液晶組合物總重量8%的化合物I-4；占該液晶組合物總重量5%的化合物Ⅳ-6-1； 占該液晶組合物總重量5%的化合物Ⅳ-6-4；占該液晶組合物總重量4%的化合物Ⅳ-7-3；占該液晶組合物總重量4%的化合物Ⅳ-7-1；以及占該液晶組合物總重量4%的化合物Ⅳ-7-5，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Ⅳ-4-6；占該液晶組合物總重量6%的化合物Ⅳ-4-9；占該液晶組合物總重量22%的化合物Ⅲ-2；占該液晶組合物總重量7%的化合物Ⅳ-9-2；占該液晶組合物總重量7%的化合物Ⅱ-2；占該液晶組合物總重量5%的化合物Ⅱ-5；占該液晶組合物總重量8%的化合物I-2；占該液晶組合物總重量8%的化合物I-3；占該液晶組合物總重量8%的化合物I-4；占該液晶組合物總重量4%的化合物Ⅳ-6-1；占該液晶組合物總重量4%的化合物Ⅳ-6-4；占該液晶組合物總重量5%的化合物Ⅳ-7-3；占該液晶組合物總重量5%的化合物Ⅳ-7-1；以及占該液晶組合物總重量5%的化合物Ⅳ-7-5，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Ⅳ-4-6； 占該液晶組合物總重量6%的化合物Ⅳ-4-9；占該液晶組合物總重量21%的化合物Ⅲ-2；占該液晶組合物總重量7%的化合物Ⅳ-12-10；占該液晶組合物總重量7%的化合物Ⅱ-2；占該液晶組合物總重量5%的化合物Ⅱ-5；占該液晶組合物總重量10%的化合物I-2；占該液晶組合物總重量8%的化合物I-3；占該液晶組合物總重量8%的化合物I-4；占該液晶組合物總重量4%的化合物Ⅳ-6-1；占該液晶組合物總重量3%的化合物Ⅳ-6-4；占該液晶組合物總重量5%的化合物Ⅳ-7-3；占該液晶組合物總重量5%的化合物Ⅳ-7-1；以及占該液晶組合物總重量5%的化合物Ⅳ-7-5，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Ⅳ-4-6；占該液晶組合物總重量6%的化合物Ⅳ-4-9；占該液晶組合物總重量22%的化合物Ⅲ-2；占該液晶組合物總重量7%的化合物Ⅳ-9-2；占該液晶組合物總重量7%的化合物Ⅱ-2；占該液晶組合物總重量5%的化合物Ⅱ-5；占該液晶組合物總重量8%的化合物I-2； 占該液晶組合物總重量8%的化合物I-3；占該液晶組合物總重量8%的化合物I-4；占該液晶組合物總重量4%的化合物Ⅳ-6-1；占該液晶組合物總重量4%的化合物Ⅳ-6-4；占該液晶組合物總重量5%的化合物Ⅳ-5-1；占該液晶組合物總重量5%的化合物Ⅳ-5-5；以及占該液晶組合物總重量5%的化合物Ⅳ-5-3，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Ⅳ-4-6；占該液晶組合物總重量6%的化合物Ⅳ-4-9；占該液晶組合物總重量20%的化合物Ⅲ-2；占該液晶組合物總重量4%的化合物Ⅱ-2；占該液晶組合物總重量3%的化合物Ⅱ-5；占該液晶組合物總重量10%的化合物Ⅳ-9-2；占該液晶組合物總重量8%的化合物I-2；占該液晶組合物總重量8%的化合物I-3；占該液晶組合物總重量8%的化合物I-4；占該液晶組合物總重量5%的化合物Ⅳ-12-10；占該液晶組合物總重量5%的化合物Ⅳ-6-1；占該液晶組合物總重量5%的化合物Ⅳ-6-4；占該液晶組合物總重量4%的化合物Ⅳ-7-3； 占該液晶組合物總重量4%的化合物Ⅳ-7-1；以及占該液晶組合物總重量4%的化合物Ⅳ-7-5，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Ⅳ-4-6；占該液晶組合物總重量6%的化合物Ⅳ-4-9；占該液晶組合物總重量21%的化合物Ⅲ-2；占該液晶組合物總重量4%的化合物Ⅱ-2；占該液晶組合物總重量3%的化合物Ⅱ-5；占該液晶組合物總重量10%的化合物Ⅳ-9-2；占該液晶組合物總重量7%的化合物I-2；占該液晶組合物總重量7%的化合物I-3；占該液晶組合物總重量8%的化合物I-4；占該液晶組合物總重量5%的化合物Ⅳ-12-10；占該液晶組合物總重量6%的化合物Ⅳ-6-1；占該液晶組合物總重量5%的化合物Ⅳ-6-4；占該液晶組合物總重量4%的化合物Ⅳ-5-1；占該液晶組合物總重量4%的化合物Ⅳ-5-5；以及占該液晶組合物總重量4%的化合物Ⅳ-5-3，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Ⅳ-4-6；占該液晶組合物總重量6%的化合物Ⅳ-4-9； 占該液晶組合物總重量24%的化合物Ⅲ-2；占該液晶組合物總重量7%的化合物Ⅳ-9-2；占該液晶組合物總重量7%的化合物Ⅱ-2；占該液晶組合物總重量5%的化合物Ⅱ-5；占該液晶組合物總重量7%的化合物I-2；占該液晶組合物總重量7%的化合物I-3；占該液晶組合物總重量7%的化合物I-4；占該液晶組合物總重量4%的化合物Ⅳ-6-1；占該液晶組合物總重量4%的化合物Ⅳ-6-4；占該液晶組合物總重量6%的化合物Ⅳ-7-3；占該液晶組合物總重量5%的化合物Ⅳ-7-1；以及占該液晶組合物總重量5%的化合物Ⅳ-7-5。
- 一種液晶顯示器件，該液晶顯示器件包含如申請專利範圍第1至7項中任一項所述之液晶組合物。
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