本發明涉及適合于矩陣液晶(MLC)顯示器的具有易于調節的旋轉粘度的液晶組合物，更具體地，涉及具有正介電各向異性的液晶組合物，其涉及使用正液晶如扭曲向列(TN)模式和面內切換(IPS)模式的裝置。特別地，本發明涉及可應用于要求高電阻率的有源矩陣液晶顯示器(AM-LCD)的液晶。
背景技術：
根據液晶顯示器(LCD)面板的特性和電壓施加模式，存在各種類型的LCD，例如TN、STN、IPS和FFS，并且通常將7到20種單一液晶化合物組合來制備液晶顯示器，因為用一種或兩種材料不可能使其特性適合于產品所需的特性，例如清亮點的溫度、介電各向異性、折光指數各向異性和旋轉粘度。這種液晶組合物所需的特性如下：
[表1]
LCD所需的液晶混合物的特性
形成這種液晶組合物的單一液晶化合物是分子量為200到600的具有長條形分子結構的有機材料。單一液晶化合物的結構分為保持直鏈度的核心基團、具有柔性的末端基團和用于特定用途的連接基團。末端部分在一端或兩端包含可易于彎曲的鏈形式(烷基、烷氧基、烯基)以保持柔性，另一端引入極性基團(F、CN、OCF3等)以用于調節液晶的物理性能，例如介電常數。
自開發應用于液晶顯示器(LCD)技術的單一液晶化合物已經有幾十年了，制備了各種形式的單一液晶化合物，并且通過將這些單一液晶化合物組合制備液晶組合物，然而，仍然持續需要具有最佳液晶顯示器(LCD)性能的液晶組合物。
作為與本發明有關的單一液晶化合物，日本專利特許公開第1993-025068號公開了化學式1的氟取代三聯苯化合物，歐洲專利申請公開第0122389號公開了具有兩個彼此連接的環己烷的代表性的非極性液晶化合物，以及日本專利特許公開第1990-004724號公開了有利于改善介電各向異性的多種氟取代液晶化合物；然而，在本領域中僅已知每種液晶化合物的特性，而在近來商業化的各種液晶顯示器(LCD)中低溫穩定性、清亮點、介電各向異性(正值)和旋轉粘度調節的復雜相互作用下，用于具有易于調節的旋轉粘度同時保持其他性能在最佳狀態的液晶組合物的配制技術在本領域中是未知的。
技術實現要素：
本發明涉及提供具有易于調節的旋轉粘度同時保持低溫穩定性、清亮點和介電各向異性(正值)在最佳狀態的液晶組合物，因此涉及滿足各種液晶顯示器(LCD)裝置特性的液晶組合物。
根據本發明的示例性實施例，具有易于調節的旋轉粘度同時保持低溫穩定性、清亮點和介電各向異性(正值)在最佳狀態的液晶組合物包含：選自由以下化學式1表示的液晶化合物中的至少一種液晶化合物作為第一組分；選自由以下化學式2表示的液晶化合物中的至少一種液晶化合物作為第二組分；以及選自由以下化學式3表示的液晶化合物中的至少一種液晶化合物作為第三組分。
化學式1
化學式2
化學式3
其中R和R′彼此獨立地為具有1至12個碳原子的烷基、烯基和烷氧基；X是F、CF3、OCF3或OCF2CF＝CF2；以及六元環A和六元環B彼此獨立地為以下基團：
具體實施方式
除非另有定義，否則本文使用的所有技術和科學術語具有本發明所屬領域的技術人員通常理解的相同含義。一般而言，本文使用的術語在本領域是公知且通常使用的。
本發明提供了具有易于調節的旋轉粘度同時保持低溫穩定性、清亮點、介電各向異性(正值)在最佳狀態的液晶組合物。
本發明涉及包含以下的液晶組合物：選自由以下化學式1表示的液晶化合物中的至少一種液晶化合物作為第一組分；選自由以下化學式2表示的液晶化合物中的至少一種液晶化合物作為第二組分；和選自由以下化學式3表示的液晶化合物中的至少一種液晶化合物作為第三組分。
化學式1
化學式2
化學式3
其中R和R′彼此獨立地為具有1至12個碳原子的烷基、烯基和烷氧基；X是F、CF3、OCF3或OCF2CF＝CF2；以及六元環A和六元環B彼此獨立地為以下基團。六元環A和六元環B彼此獨立地為環己基中1個或2個CH2單元被氧替代的環化合物、(氟化)苯基或環己基。
當制備可用于LCD的液晶組合物時，化學式1至3的液晶化合物可用于補充在折衷關系中的物理性能，例如介電各向異性、折光指數各向異性、旋轉粘度和清亮點。
化學式1至3的代表性化合物的特性值示于下表2中。表2中所示的液晶組合物中單獨的單一液晶化合物的特性如下：
第一組分改善折光指數各向異性和介電各向異性，并且具有低的粘度。此外，第一組分具有高的彈性模量，因此對需要高彈性模量的IPS或FFS模式特別有用。在本發明中，推斷第一組分代表高彈性模量同時保持相似的介電各向異性，或易于改善旋轉粘度以有利于響應速度。
第二組分具有低的粘度，并且調節折光指數各向異性和介電各向異性。
第三組分改善化學式1和2化合物欠缺的清亮點和介電常數，或適當調節折光指數各向異性。
[表2]
化學式1至3的化合物中代表性化合物的特性值
注意：清亮點、介電各向異性、折光指數各向異性和旋轉粘度是10％的外推值，K11和K33是主體10％混合物的值。
此外，本發明可以選擇性地包含由化學式4或5表示的第四組分或第五組分中的一種或更多種，以便使包含第一組分至第三組分的組合物的特性適合LCD所需的特性，第四組分和第五組分如下：
第四組分改善介電各向異性。
第五組分改善清亮點溫度，并且如果需要，優化折光指數各向異性。
化學式4
化學式5
其中R、R1、R2彼此獨立地為具有1至12個碳原子的烷基、烯基和烷氧基；X是F、CF3、OCF3或OCF2CF＝CF2；Z、Z1和Z2是單鍵、CF2O、CH2CH2、COO或CF2CF2。在化學式4中，當Z為單鍵并且m＝1時，n不為0，且m+n≤3，當Z不為單鍵時，m和n分別為0或1，且m+n≠0。在化學式5中，當Z1和Z2為單鍵時，m＝1或2。六元環A、六元環B、六元環D、六元環E和六元環F彼此獨立地為以下基團：
六元環A和六元環B
六元環D、六元環E和六元環F
使用第四組分和第五組分以調節為LCD的主要特性的閾值電壓和相位差。特別地，第四組分有利于調節介電各向異性使其變大而具有更好的特性。第五組分根據苯基的數量改變折光指數各向異性，并且是優化LCD裝置所需特性相位差(單元間隙X折光指數各向異性)所需的材料。
以下，將詳細描述本發明液晶組合物中組分液晶化合物的組分組合和臨界范圍：
本發明的液晶組合物的優選組合如下：
包含第一組分+第二組分+第三組分的液晶組合物
包含第一組分+第二組分+第三組分+第四組分的液晶組合物
包含第一組分+第二組分+第三組分+第四組分+第五組分的液晶組合物
考慮到低溫穩定性和折光指數各向異性，以3重量％至30重量％包含第一組分，并且優選3重量％至10重量％以保持低旋轉粘度。
第二組分是保持低粘度的重要成分，考慮到響應特性，以10重量％至80重量％包含，考慮到介電各向異性和折光指數各向異性，優選30重量％至50重量％。
第三組分是改善介電各向異性和清亮點所需的組分，以3重量％至80重量％，優選10重量％至50重量％包含。
本發明的一個方面是液晶組合物，當包含3重量％至10重量％的第一組分時，即使在將第一組分至第三組分的總含量調節到50重量％至90重量％并使用的情況下，所述組合物也可具有低旋轉粘度，同時具有適合每種液晶顯示器驅動模式的清亮點、介電各向異性和折光指數各向異性，即可以將液晶組合物的旋轉粘度調低，同時優化液晶組合物的其他特性值。
可進一步選擇性地包含的第四組分適合于改善各向異性或清亮點，且以3重量％至70重量％包含。
第五組分是改善清亮點和調節折光指數各向異性所需的材料，且以3重量％至70重量％使用。
將描述本發明的優選液晶化合物。
第一組分液晶化合物由化學式1-1-0至1-3-0表示，并且考慮到低溫穩定性和旋轉粘度，更優選化學式1-1-0和1-2-0的化合物。
優選的第二組分是化學式2-1-0至2-5-0的液晶化合物，化學式2-1-0的化合物對降低粘度有用，化學式2-2-0和2-3-0的化合物對增加彈性模量有用。
作為第三組分，優選化學式3-1-0至3-4-0的化合物，并且特別地，化學式3-1-0的化合物對改善介電各向異性有用，化學式3-3-3或3-3-4的化合物對增加彈性模量有用。此外，化學式3-4-0的化合物對于改善清亮點是優選的。
作為第四組分，優選化學式4-2-1至4-6-1的化合物，化學式4-2-1或4-2-2的化合物對改善清亮點有用，化學式4-3-1或4-3-2的化合物對于改善介電各向異性是優選的。
作為第五組分，化學式5-1-0至5-3-0的化合物是有用的，并用于改善折光指數各向異性和清亮點。
化學式1-1-0
化學式1-2-0
化學式1-3-0
化學式2-1-0
化學式2-2-0
化學式2-3-0
化學式2-4-0
化學式2-5-0
化學式3-1-0
化學式3-2-1
化學式3-2-2
化學式3-3-1
化學式3-3-2
化學式3-3-3
化學式3-3-4
化學式3-4-0
化學式4-2-1
化學式4-2-2
化學式4-3-1
化學式4-3-2
化學式4-4-1
化學式4-6-1
化學式5-1-0
化學式5-2-0
化學式5-3-0
其中R、R1、R2彼此獨立地為具有1至12個碳原子的烷基、烯基和烷氧基；且X為F、CF3、OCF3或OCF2CF＝CF2。
本發明涉及適合于矩陣液晶(MLC)顯示器的具有易于調節的旋轉粘度的液晶組合物。特別地，本發明涉及具有正介電各向異性的液晶組合物，其有利于使用正液晶如扭曲向列(TN)模式和面內切換(IPS)模式的裝置。此模式下使用的背光可產生造成損傷的熱和紫外線(UV)，因此，一些實際產品可能具有不合適的特性。因此，由于在使用正液晶的LCD模式中所需的用于維持高電阻率并避免熱和UV的損害的熱和光穩定性是重要的，可以分別以0ppm至2000ppm添加選自化學式6至8的化合物中的至少一種化合物，所述化合物是混合物的抗氧化劑或UV穩定劑。優選地，獨立地或選擇性地，200ppm至300ppm是合適的，并且在化學式6中，R3優選C7H15，并且在化學式7和8中，R4和R5是氫或烷基鏈，優選氫或CH3，其使液晶的物理性能的變化最小化。
化學式6
化學式7
化學式8
此外，在如STN和TN中賦予液晶混合物的螺旋結構的情況下，以0.01重量％至5重量％添加手性摻雜劑如化學式9的化合物，從而使其適合期望的間距。
化學式9
下文將通過如下實施例更詳細地描述本發明。提供這些實施例僅僅為了說明本發明，并且對于本領域技術人員明顯的是，對本發明的范圍解釋不限于這些實施例。
[實施例]
在本發明的實施例中，數值以重量％表示，并且除非另有說明，在20℃下測量介電常數、折射率、旋轉粘度和彈性模量。各物理特性測量如下：
通過以下測量清亮點：將樣品放入配有溫度調節器的裝置中并在以3℃/分鐘的速率升高溫度的同時觀察清亮點。
通過以下測量介電各向異性：將實施例的液晶注入4μm水平取向(ε⊥)和垂直取向(ε//)的樣品中，然后在1kHz和0.3V下確定各介電常數并由其計算介電各向異性(Δε＝ε//-ε⊥)。
通過以下測量折光指數各向異性：在589nm下使用阿貝折射計(該儀器使用卵磷脂使液晶取向)，然后確定常光折射率(no)和非常光折射率(ne)來計算折光指數各向異性(Δn＝ne-no)。
通過確定瞬態電流的峰值時間和峰值電流來測量旋轉粘度。
通過將液晶注入25μm的水平試樣中，然后在施加0V至20V的電壓的同時觀察電容變化來測量彈性模量。
除非實施例中另有說明，否則在沒有液晶以外的其他添加劑的情況下進行測量，并且以以下符號命名組合物中所包含的材料名稱：命名方法在下表3中示出：
[表3]
實施例中所使用的單一液晶化合物的命名方法
<IPS液晶組合物的實施例>
以下是要求液晶組合物具有高彈性模量的IPS液晶組合物的實施例。比較例1-1和比較例1-2是不包含本發明第一組分的那些，實施例1-1至實施例1-4是包含4.8重量％至9.0重量％的本發明第一組分的那些。將實施例與比較例進行比較，可以看出，與比較例的那些相比，本發明的液晶組合物在類似的介電各向異性和彈性模量下具有更低的旋轉粘度。
[表4]
<IPS液晶組合物的實施例>
<要求低粘度的液晶組合物的實施例>
以下是要求低粘度和適當彈性模量的液晶組合物的實施例。比較例2-1是不包含本發明的第一組分的那些，實施例2-1至2-5是包含本發明的第一組分的那些。將實施例與比較例進行比較，可以看出，與比較例的那些相比，本發明的液晶組合物在類似的介電各向異性下降低了旋轉粘度。
[表5]
<要求低粘度的液晶組合物的實施例>
<具有高折光指數各向異性的液晶組合物的實施例>
以下是具有高折光指數各向異性的液晶組合物的實施例。比較例3-1是不包含本發明的第一組分的那些，實施例3-1至3-2是包含本發明的第一組分的那些。由實施例和比較例可以看出，與比較例的那些相比，本發明的液晶組合物在類似介電各向異性下提高了折光指數各向異性并且降低了旋轉粘度。
[表6]
<具有高折光指數各向異性的液晶組合物的實施例>
工業應用
根據本發明的液晶組合物具有高清亮點和折光指數各向異性、可控的彈性模量和高電阻率，并且其旋轉粘度容易調低。因此，提供了滿足各種液晶顯示器(LCD)裝置特性的液晶組合物。