TWI570225B - A liquid crystal composition and a liquid crystal display device or a display thereof - Google Patents
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Description
本發明關於一種液晶組合物及包含該液晶組合物的液晶顯示元件或液晶顯示器。
目前，液晶化合物的應用範圍拓展的越來越廣，其可應用於多種類型的顯示器、光電元件、感測器等中。用於上述顯示領域的液晶化合物的種類繁多，其中向列相液晶應用最為廣泛。向列相液晶已經應用在被動TN、STN矩陣顯示器和具有TFT主動矩陣的系統中。
對於薄膜電晶體技術(TFT-LCD)應用領域，近年來市場雖然已經非常巨大，技術也逐漸成熟，但人們對顯示技術的要求也在不斷的提高，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，需要具有良好的化學和熱穩定性以及對電場和電磁輻射的穩定性。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，還應具有較寬的向列相溫度範圍、合適的雙折射率異向性、非常高的電阻率、良好的抗紫外線性能、高電荷保持率以及低蒸汽壓等性能。
在動態畫面顯示過程，希望能夠儘量消除顯示畫面的殘影和拖尾，要求液晶具有很快的回應速度，因此要求液晶材料具有較低的旋轉黏度γ1；
另外，對於可擕式設備，為了降低設備能耗，希望液晶的驅動電壓盡可能低；而對於電視等用途的顯示器來說，對於液晶的驅動電壓要求不是那麼的低。
液晶化合物的黏度，尤其是旋轉黏度γ1直接影響液晶加電後的回應時間，不管是上升時間(ton)還是下降時間(toff)，都與液晶的旋轉黏度γ1成正比關係，上升時間(ton)由於與液晶盒和驅動電壓有關，可以通過加大驅動電壓的方法與降低液晶盒之盒厚來調節；而下降時間(toff)與驅動電壓無關，主要是與液晶的彈性常數與液晶盒之盒厚有關，盒厚的下降會降低下降時間(toff)，而不同顯示模式下，液晶分子的運動方式不一樣，TN、IPS、VA三種模式分別於平均彈性常數K、扭曲彈性常數、彎曲彈性常數成反比關係。
依照液晶連續體理論，各種不同的液晶在外力(電場、磁場)作用下發生形變後，會通過分子間的相互作用，“回彈”回原來的形狀；同樣的，液晶也是由於分子間的相互作用力形成“黏度”。液晶分子的微小變化，會使液晶的常規參數性能發生明顯的變化，這些變化有的是有一定規律的，有的幾乎不易找到規律，液晶材料及其配比等對於液晶分子間的相互作用也會產生明顯的影響，這些影響非常微妙，至今也沒有形成很完善的理論解釋。
液晶的黏度與液晶分子結構有關，研究不同液晶分子形成的液晶體系的黏度與液晶分子結構之間的關係是液晶配方工程師的重要任務之一。
本發明需要解決的技術問題是提供一種液晶組合物及包含該液晶組合物的液晶顯示元件或液晶顯示器，該液晶組合物具有較低的黏度，可以實現快速回應，同時具有較大的介電異向性△ε、適中的光學異向性△n、高的對熱和光的穩定性、良好的抗紫外線性能、高電荷保持率以及低蒸汽壓等性能。
為解決上述技術問題，本發明所採用的技術手段是：一種液晶組合物，含有一種或多種通式I化合物、一種或多種通式Ⅱ化合物、一種或多種通式Ⅲ化合物，
其中，R1、R3為碳原子數為2~5的直鏈烷基，R2為碳原子數為2~5的直鏈烷基、碳原子數為2~5的烯基；R4為H或碳原子數為1~3的直鏈烷基；X1、X2為H或F。
本發明所提供的上述液晶組合物的△n[589nm,25℃]>0.08，△ε[1KHz,25℃]>2，清亮點Cp>70.0℃，旋轉黏度γ1[25℃]在40~110mPa．s之間。
本發明所提供的液晶組合物中，通式I化合物的質量百分比含量為5~30%，通式Ⅱ化合物的質量百分比含量為5~20%，通式Ⅲ化合物的質量百分比含量為20~50%。
本發明所提供的液晶組合物中，通式I、通式Ⅱ、通式Ⅲ的化合物進一步限定如下。通式I化合物為式I1~I4所示的化合物：
通式Ⅱ化合物為式Ⅱ1~Ⅱ3通式化合物，
R2表示碳原子數為2~5的直鏈烷基或碳原子數為2~5的烯基。
通式Ⅲ化合物為式Ⅲ1~Ⅲ4化合物，
通式I1~I4化合物的介電異向性△ε在25~30之間，而且同時具有低的旋轉黏度，清亮點在120℃以上，△n在0.2以上。有利於提高液晶組合物△ε、提高清亮點、提高△n。
通式Ⅱ1~Ⅱ3所示化合物普遍具有與其他液晶良好的互溶性，Ⅱ1、Ⅱ2、Ⅱ3的介電異向性△ε逐漸增大，Ⅱ3的介電異向性△ε達到12左右；光學異向性△n在合適的範圍之內，接近混合液晶的△n，但是又稍有區別，在0.11至0.13之間。
式Ⅲ1~Ⅲ4化合物具有很低的旋轉黏度γ1、接近中性的介電異向性△ε、較小的光學異向性△n，在改善液晶黏度、低溫性能具有優勢。不同的烷基取代基對液晶的旋轉黏度γ1、清亮點Cp都具有影響，一般的較長的烷基鏈或烯基鏈會加大液晶的旋轉黏度γ1同時提高清亮點Cp。
本發明所提供的液晶組合物，還可以加入一種或多種式Ⅳ所示化合物，液晶組合物中式Ⅳ所示化合物的含量為1~25%，
R5表示碳原子數為2~5的烷基。烷基鏈碳原子數多，液晶的Cp會較高，但是同時黏度會增大。
式Ⅳ所示化合物為以下Ⅳ1~Ⅳ4化合物：
式Ⅳ所示化合物具有中等的△ε(6左右)、較高的Cp，較低的黏度適用於調節液晶的黏度、Cp、△ε
本發明所提供的液晶組合物，還可以加入一種或多種式V所示化合物，液晶組合物中式V所示化合物的含量為1~25%，
R6表示碳原子數為2~5的烯基。
式V所示化合物為式V1~V2化合物，
式V所示化合物與式Ⅳ所示化合物相比具有更高的轉變溫度清亮點Cp，較低的黏度，尤其是具有更大的彈性常數。有利於提高回應速度。
液晶組合物各成分的不同比例，會表現出略有差異的性能，比如介電異向性△ε、光學異向性△n、液晶的向列相轉化為液體的轉變溫度清亮點Cp、低溫下穩定性都會有所差異，可以應用於不同類型的顯示元件，但是相同的特點是其旋轉黏度γ1較低。應用於液晶顯示元件，可以實現快速回應。
本發明所提供的液晶化合物中還可以加入各種功能的摻雜劑，摻
雜劑含量優選0.01~1%之間，這些摻雜劑主要是抗氧化劑、紫外線吸收劑、手性劑。
抗氧化劑、紫外線吸收劑優選：
上式中的S為1~10的整數。
手性劑優選(左旋或右旋)：
本發明還關於包含上述任意一種液晶組合物的液晶顯示元件或液晶顯示器；所述顯示元件或顯示器為主動矩陣顯示元件或顯示器、被動矩陣顯示元件或顯示器。
所述液晶顯示元件或顯示器優選主動矩陣定址液晶顯示元件或液晶顯示器。
所述主動矩陣顯示元件或顯示器具體為TN-TFT或IPS-TFT液晶顯示元件或顯示器。
由於採用了上述技術手段，本發明取得的技術進步是：本發明所提供的液晶組合物具有較低的黏度，可以實現快速回應，同時具有適中的介電異向性△ε、適中的光學異向性△n、高的對熱和光的穩定性。
包含本發明所提供的液晶組合物的液晶材料，不但具有良好的化學和熱穩定性以及對電場和電磁輻射的穩定性。而且，作為薄膜電晶體技術(TFT-LCD)用液晶材料，還具有較寬的向列相溫度範圍、合適的雙折射率異向性、非常高的電阻率、良好的抗紫外線性能、高電荷保持率以及低蒸汽壓等性能。
下面結合具體實施例對本發明做進一步詳細說明，但本發明並不限於以下實施例。所述方法如無特別說明均為常規方法。所述原料如無特別說明均能從公開商業途徑而得。所述百分比如無特別說明，均為質量百分比。
下述實施例中，Cp表示清亮點，直接使用WRX-1S顯微熱分析儀測定，設定升溫速率為3℃/min。
△n表示光學異向性(589nm，20℃)，△ε表示介電異向性(25℃，1KHz，HP4284A，5.2微米TN左旋盒)，γ1表示20℃時旋轉黏度(mPa．s)，VHR(%)代表電荷保持率(5V,60Hz,20℃)，p(×1013Ω．cm)代表電阻率(20℃)，電壓保持率VHR(%)的測試儀與電阻率ρ(×1013Ω．cm)均為TOYO06254和TOYO6517型液晶物性評價系統(測試溫度20℃，時間16ms，測試盒為7.0微米)。
本發明申請之實施例中，液晶單體結構用代碼表示，液晶環結構、端基、連接基團的代碼表示方法見下表(一)、表(二)。
舉例：表示為3CCV1，表示為3BB(3F)B(3F,5F)QB(3F,5F)F，
由以上實施例可以看出：本發明的液晶組合物具有較低的旋轉黏度γ1，用於液晶顯示，可以實現快速回應。尤其適合於TN、IPS模式用液晶材料。
Claims (8)
- 一種液晶組合物，其特徵在於：含有一種或多種通式Ⅰ化合物、一種或多種通式Ⅱ化合物、一種或多種通式Ⅲ化合物，
- 如請求項1所述之液晶組合物，其中：通式Ⅰ化合物為式Ⅰ1~Ⅰ4所示的化合物，通式Ⅱ化合物為式Ⅱ1~Ⅱ3所示的化合物，通式Ⅲ化合物為式Ⅲ1~Ⅲ4化合物，
- 如請求項1所述之液晶組合物，其中：式Ⅳ所示化合物為式Ⅳ1~Ⅳ4化合物，
- 如請求項1所述之液晶組合物，其中：還包含式Ⅴ化合物，且其質量百分比含量為1%~25%，
- 如請求項4所述之液晶組合物，其中：式Ⅴ化合物為式Ⅴ1~Ⅴ2化合物，
- 包含請求項1~5中任一項所述之液晶組合物的液晶顯示元件或顯示器，其特徵在於：所述液晶顯示元件或顯示器為主動矩陣顯示元件或顯示器、被動矩陣顯示元件或顯示器。
- 如請求項6所述之液晶顯示元件或顯示器，其中：所述主動矩陣顯示元件或顯示器為TN-TFT或IPS-TFT液晶顯示元件或顯示器。
- 如請求項7所述之液晶顯示元件或顯示器，其中：液晶組合物中通式Ⅰ化合物的質量百分比含量為6~20%，通式Ⅱ化合物的質量百分比含量為5~15%，通式Ⅲ化合物的質量百分比含量為25~45%，式Ⅳ化合物的質量百分比含量為5~20%，式Ⅴ化合物的質量百分比含量為5~20%。
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