TWI557216B - Liquid crystal composition and display device thereof - Google Patents

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液晶組合物及其顯示器件
本發明涉及一種液晶組合物，特別涉及一種具有合適的光學各向異性、合適的介電各向異性以及較快的回應速度的液晶組合物，以及包含該液晶組合物的液晶顯示器件。
液晶材料是在一定的溫度下，既具有液體的流動性又具有晶體的各向異性的有機棒狀小分子化合物的混合物。根據液晶材料性質的不同，各種相態的液晶材料大都已開發用於液晶顯示器中。
對於液晶顯示器來說，具備良好的化學和熱穩定性、良好的對電場和電磁輻射的穩定性、適當的光學各向異性、較快的回應速度及較低的閾值電壓的液晶化合物與液晶介質是符合目前需求的。由於液晶通常作為多種組分的混合物使用，各組分之間的彼此互溶則顯得尤為重要，而依據不同的電池類型和應用領域，液晶必須要滿足不同的要求，如電導率、介電各向異性和光學各向異性等。
回應速度是液晶顯示器的重要評價指標，回應速度過慢，顯示畫面就會出現拖影現象，因此要求液晶顯示器具有快的回應速度。為了提高液晶顯示器的回應速度，可以選用減少盒厚、改良驅動方式、提供高的驅動電壓、採用快速回應的液晶組合物等方法。但不管採用何種方法，總會帶來液晶顯示器其他性能的削弱。如改變驅動方式，往往會導致IC驅 動成本升高、電路更為複雜；提高驅動電壓，功耗也會隨之增加。
以上改良方式都是從液晶顯示幕的製作著手，實際上，液晶面板生產廠商會更傾向於選擇快回應速度的液晶材料來改善液晶顯示器的回應速度。液晶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，可將液晶組成物的光學異向性(△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。比如一般在FS模式中，△n*d設定為0.40-0.50，所以液晶顯示元件中所使用的液晶組合物的光學各向異性，亦大於通常的光學異向性的範圍，例如0.13-0.17。
液晶材料的各項性能是相互制約的，目前，沒有一種物質能夠作為單一化合物來滿足前述性能。對於液晶組合物的製備來說，應該滿足所有這些性能，這樣就出現了由於小△n或大粘度而不能滿足前述性能的情形。如中國專利號CN1249736A公開的液晶組合物中，粘度最小可以做到13.8(mPa*s)，但是其折射率為0.084，在一些顯示模式中不能用到小盒厚中。
本發明的目的是提供一種液晶組合物，能夠實現具有適當高的光學各向異性、合適的介電各向異性、合適的相溫度範圍以及較低的粘度，所述液晶組合物不顯示現有技術中的液晶材料的特點，或者至少可以讓上述缺點降到顯著低的程度，並且本發明的液晶組合物非常適用於液晶顯示器件中，尤其適用於具有快速回應需求的顯示裝置中，如監視器、電視等。
為了解決上述技術問題，本發明所採取的技術方案是：一種液晶組合物，包含：至少一種通式I的化合物；以及至少一種通式Ⅱ-1和/或通式Ⅱ-2的化合物 其中，R1、R2和R3相同或不同，各自獨立地表示碳原子數為1-5的烷基或碳原子數為2-5的烯基；L1、L2、L3和L4相同或不同，各自獨立地表示H或F；X1和X2相同或不同，各自獨立地表示F、CN、-OCF3，並且當X1表示F或CN時，L1和L2不同時為F。
本發明所述液晶組合物還包含：一種或多種通式Ⅲ-1和/或通式Ⅲ-2的化合物 一種或多種通式Ⅳ-1和/或通式Ⅳ-2的化合物 其中，R4、R5、R6、R7、R8和R9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的烯基或烯氧基；L5表示H或F；m表示0或1。
在本發明的實施方案中，優選所述R4、R5、R6、R7、R8和R9相同或不同，各自獨立地表示碳原子數為1-5的烷基或碳原子數為2-5的烯基。
本發明所述液晶組合物還包含：一種或多種通式V-1和/或通式V-2的化合物 其中，R10、R11和R12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的烯基或烯氧基。
在本發明的實施方案中，優選所述R10、R11和R12相同或不 同，各自獨立地表示碳原子數為1-5的烷基或碳原子數為2-5的烯基。
在本發明的實施方案中，優選所述通式I的化合物占所述液晶組合物總重量的5-30%；所述通式Ⅱ-1和/或通式Ⅱ-2的化合物占所述液晶組合物總重量的5-30%；所述通式Ⅲ-1和/或通式Ⅲ-2的化合物占所述液晶組合物總重量的30-80%；所述通式Ⅳ-1和/或通式Ⅳ-2的化合物占所述液晶組合物總重量的1-15%；以及所述通式V-1和/或通式V-2的化合物占所述液晶組合物總重量的1-15%。
更優地，所述通式I的化合物占所述液晶組合物總重量的5-25%；所述通式Ⅱ-1和/或通式Ⅱ-2的化合物占所述液晶組合物總重量的5-25%；所述通式Ⅲ-1和/或通式Ⅲ-2的化合物占所述液晶組合物總重量的50-80%；所述通式Ⅳ-1和/或通式Ⅳ-2的化合物占所述液晶組合物總重量的1-10%；以及所述通式V-1和/或通式V-2的化合物占所述液晶組合物總重量的1-10%。
在本發明的實施方案中，優選所述通式I的化合物選自由如下化合物組成中一種或更多種化合物： ；以及
在本發明的實施方案中，優選所述通式Ⅱ-1的化合物選自由如下化合物組成中一種或更多種化合物： ；以及
在本發明的實施方案中，優選所述通式Ⅱ-2的化合物選自由如下化合物組成中一種或更多種化合物： ；以及
在本發明的實施方案中，優選所述通式Ⅲ-1的化合物選自 由如下化合物組成中一種或更多種化合物： ；以及
在本發明的實施方案中，優選所述通式Ⅲ-2的化合物選自由如下化合物組成中一種或更多種化合物： ；以及
在本發明的實施方案中，優選所述通式Ⅳ-1的化合物選自由如下化合物組成中一種或更多種化合物： ；以及
在本發明的實施方案中，優選所述通式Ⅳ-2的化合物選自由如下化合物組成中一種或更多種化合物： ；以及
在本發明的實施方案中，優選所述通式V-1的化合物選自由如下化合物組成中一種或更多種化合物： ；以及
在本發明的實施方案中，優選所述通式V-2的化合物選自 由如下化合物組成中一種或更多種化合物： ；以及
在本發明的實施方案中，最優地，所述通式I的化合物占所述液晶組合物總重量的5-20%；所述通式Ⅱ-1和/或通式Ⅱ-2的化合物占所述液晶組合物總重量的5-20%；所述通式Ⅲ-1和/或通式Ⅲ-2的化合物占所述液晶組合物總重量的50-75%；所述通式Ⅳ-1和/或通式Ⅳ-2的化合物占所述液晶組合物總重量的3-10%；以及所述通式V-1和/或通式V-2的化合物占所述液晶組合物總重量的2-10%。
本發明的另一方面提供一種液晶顯示器，所述液晶顯示器包含本發明的液晶組合物。
由於採用了上述技術方案，本發明所取得的技術進步在於：本發明公開了一種液晶組合物，具有合適的光學各向異性、合適的介電各向異性、較快的回應速度以及寬的工作溫度範圍等特性，所述液晶組合物適用於液晶顯示器件中，使該液晶顯示器件具有快速回應的特性。通過對液晶組合物中各個組分百分含量的調整，液晶組合物可以獲得不同清亮點和旋轉粘度，並且該液晶組合物還具有適當的光學各向異性和適當的介電各向異性，因此適用於具有快速回應要求的監視器、電視等 顯示裝置中。
構成液晶組合物的通式I的化合物是較常用的二氟醚類化合物，其具有大介電各向異性的特點，是配方中調節介電參數的一類化合物，但存在粘度大，低溫下易從混合液晶中析出的缺點，所以該類化合物在配方中的使用量受到限制，從而限制了配方性能尤其是響應性能的提升；通式Ⅱ的化合物，具有小的粘度，較高的清亮點和中等的介電各向異性，與通常使用的兩個末端基團都是烷基鏈的化合物相比，在粘度、清亮點和折射率各向異性相當的情況下，具有相對大的介電各向異性，通式Ⅱ的化合物在配方中使用，在滿足配方所需求的介電各向異性的參數的同時，可以減少通式I的化合物在配方中的使用量，使配方具有更低的粘度和更好的低溫存儲穩定性；因此，在配方中同時使用通式I的化合物和通式Ⅱ的化合物，可以很好的提升液晶配方的性能，尤其是回應性能，同時還具有寬的向列相範圍和合適的介電各向異性和折射率各向異性，這個效果是現在已知的組合難以達到的。
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2所列代碼表示，則可表達為：nCPUF，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℃)
γ1：扭轉粘度(mPa*s，在25℃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。
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：
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：
參照對照例1，從以上實施例1、2、3和4的測試資料可見，本發明所提供的液晶組合物具有合適的光學各向異性、合適的介電各向異性、較高的清亮點，並且本發明的液晶組合物具有顯著小的旋轉粘度，從而具有快的回應速度，可適用於液晶顯示器中，特別適用於具有快速回應 需求的顯示裝置，如監視器、電視等。

Claims (11)

  1. 一種液晶組合物，包含：至少一種通式I的化合物；以及至少一種通式Ⅱ-1和/或通式Ⅱ-2的化合物 其中，R1、R2和R3相同或不同，各自獨立地表示碳原子數為1-5的烷基或碳原子數為2-5的烯基之其中一種；L1、L2、L3和L4相同或不同，各自獨立地表示H或F；X1和X2相同或不同，各自獨立地表示F、CN、-OCF3，並且當X1表示F或CN時，L1和L2不同時為F之其中一種。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之液晶組合物，其中，該液晶組合物還包含：一種或多種通式Ⅲ-1和/或通式Ⅲ-2的化合物 一種或多種通式Ⅳ-1和/或通式Ⅳ-2的化合物 其中，R4、R5、R6、R7、R8和R9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的烯基或烯氧基；L5表示H或F；m表示0或1。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之液晶組合物，其中，該液晶組合物還包含：一種或多種通式V-1和/或通式V-2的化合物 其中，R10、R11和R12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的烯基或烯氧基。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之液晶組合物，其中，該通式I的化合物占該液晶組合物總重量的5-30%；該通式Ⅱ-1和/或通式Ⅱ-2的化合物占該液晶組合物總重量的5-30%；該通式Ⅲ-1和/或通式Ⅲ-2的化合物占該液晶組合物總重量的30-80%；該通式Ⅳ-1和/或通式Ⅳ-2的化合物占該液晶 組合物總重量的1-15%；以及該通式V-1和/或通式V-2的化合物占該液晶組合物總重量的1-15%。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之液晶組合物，其中，該通式I的化合物選自由如下化合物組成中一種或更多種化合物： ；以及
  6. 如申請專利範圍第4項所述之液晶組合物，其中，該通式Ⅱ-1的化合物選自由如下化合物組成中一種或更多種化合物： ；以及 ，並且 該通式Ⅱ-2的化合物選自由如下化合物組成中一種或更多種化合物： ；以及
  7. 如申請專利範圍第4項所述之液晶組合物，其中，該通式Ⅲ-1的化合物選自由如下化合物組成中一種或更多種化合物： ；以及 該通式Ⅲ-2的化合物選自由如下化合物組成中一種或更多種化合物： ；以及 該通式Ⅳ-1的化合物選自由如下化合物組成中一種或更多種化合物： ；以及；並且該通式Ⅳ-2的化合物選自由如下化合物組成中一種或更多種化合物： ；以及
  8. 如申請專利範圍第4項所述之液晶組合物，其中，該通式V-1的化合物選自由如下化合物組成中一種或更多種化合物： ；以及，並且該通式V-2的化合物選自由如下化合物組成中一種或更多種化合物： ；以及
  9. 如申請專利範圍第5至8項中任一項所述之液晶組合物，其中，該通式I的化合物占該液晶組合物總重量的5-20%；該通式Ⅱ-1和/或通式Ⅱ-2的化合物占該液晶組合物總重量的5-20%；該通式Ⅲ-1和/或通式Ⅲ-2的化合物占該液晶組合物總重量的50-75%；該通式Ⅳ-1和/或通式Ⅳ-2的化合物占該液晶組合物總重量的3-10%；以及該通式V-1和/或通式V-2的化合物占該液晶組合物總重量的2-10%。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之液晶組合物，其中，該液晶組合物包含：44%(重量)的式Ⅲ-1-1的化合物；5%(重量)的式Ⅲ-1-3的化合物；7%(重量)的式Ⅲ-1-6的化合物； 3%(重量)的式Ⅱ-2-1的化合物；3%(重量)的式Ⅳ-1-3的化合物；5%(重量)的式Ⅱ-1-1的化合物；5%(重量)的式Ⅱ-1-2的化合物；5%(重量)的式Ⅱ-1-3的化合物；5%(重量)的式I-2的化合物；5%(重量)的式I-3的化合物；4%(重量)的式I-4的化合物；7%(重量)的式Ⅲ-2-3的化合物；以及2%(重量)的式V-1-1的化合物，或者，該液晶組合物包含：52%(重量)的式Ⅲ-1-1的化合物；4%(重量)的式Ⅲ-1-3的化合物；1.5%(重量)的式V-2-2的化合物；1.5%(重量)的式V-2-1的化合物；6%(重量)的式Ⅱ-1-1的化合物；6%(重量)的式Ⅱ-1-2的化合物；6%(重量)的式Ⅱ-1-3的化合物；5%(重量)的式I-2的化合物；5%(重量)的式I-3的化合物；5%(重量)的式Ⅳ-2-2的化合物；3%(重量)的式Ⅲ-2-3的化合物； 2.5%(重量)的式V-1-1的化合物；以及2.5%(重量)的式V-1-3的化合物，或者，所述液晶組合物包含：46%(重量)的式Ⅲ-1-1的化合物；3%(重量)的式Ⅲ-1-3的化合物；3%(重量)的式Ⅲ-1-6的化合物；3%(重量)的式Ⅲ-1-4的化合物；1.5%(重量)的式V-2-2的化合物；1.5%(重量)的式V-2-1的化合物；4%(重量)的式Ⅱ-1-1的化合物；4%(重量)的式Ⅱ-1-2的化合物；4%(重量)的式Ⅱ-1-3的化合物；5%(重量)的式I-2的化合物；5%(重量)的式I-3的化合物；7%(重量)的式Ⅳ-2-2的化合物；5%(重量)的式Ⅲ-2-3的化合物；3%(重量)的式Ⅲ-2-2的化合物；2.5%(重量)的式V-1-1的化合物；以及2.5%(重量)的式V-1-3的化合物，或者，該液晶組合物包含：34%(重量)的式Ⅲ-1-1的化合物；6%(重量)的式Ⅲ-1-3的化合物； 5%(重量)的式Ⅲ-1-6的化合物；3%(重量)的式Ⅲ-1-4的化合物；3%(重量)的式Ⅲ-1-5的化合物；4%(重量)的式Ⅲ-1-7的化合物；3%(重量)的式Ⅱ-1-1的化合物；3%(重量)的式Ⅱ-1-2的化合物；3%(重量)的式Ⅱ-1-3的化合物；4%(重量)的式I-2的化合物；5%(重量)的式I-3的化合物；3%(重量)的式I-4的化合物；7%(重量)的式Ⅳ-2-2的化合物；8%(重量)的式Ⅲ-2-3的化合物；3%(重量)的式Ⅲ-2-4的化合物；3%(重量)的式Ⅲ-2-5的化合物；1.5%(重量)的式V-1-1的化合物；以及1.5%(重量)的式V-1-3的化合物。
  11. 一種液晶顯示器，包含如申請專利範圍第1至10項中任一項所述之液晶組合物。
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