CN104371745B - 一种液晶组合物 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种液晶组合物，其特征在于包含了至少一种选自通式Ⅰ所示的具有负的介电各向异性的化合物和至少一种选自通式Ⅱ所示的具有正的介电各向异性的化合物。本发明所公开的液晶组合物具有正介电、高电荷保持率，低旋转粘度、响应时间快，尤其是透过率高的特点，适用于制造高透过率、快速响应的TFT‑LCD。
Description
技术领域
本发明属于液晶材料技术领域，具体涉及一种液晶组合物，以及其在液晶显示器中的应用。
背景技术
显示是把电信号(数据信息)转变为可视光(视觉信息)的过程，完成显示的设备即人机界面(Man-Machine Interface，MMI)。平板显示器(Flat panel Display，FPD)是目前最为流行的一类显示设备。液晶显示器(Liquid Crystal Display，LCD)是FPD中最早被开发出来，并被商品化的产品。目前，薄膜晶体管液晶显示器(Thin Film Transistor LiquidCrystal Display，TFT-LCD)已经成为LCD应用中的主流产品。
从工作原理讲，LCD这种显示器件是将背光源发出的光，藉由偏光片及液晶盒(液晶分子)等，产生相应于要显示图像的光的明暗(从而使颜色变化)，由此实现人们可辨识的图像显示。也就是说，LCD的亮度决定与透过液晶盒的光的相对量(称其为液晶盒的透射率)、透过彩色滤光片的光的相对量(CF的透射率)以及背光源的亮度等诸多因素。
不同显示模式的引入使得液晶显示器(LCDs)的性能有了明显的提高，并且被更加广泛地应用于智能手机，显示器，便携平板电脑，电视等不同方面。这些应用对液晶显示器提出了更高的显示要求，比如高对比度，宽视角，快速响应和高穿透率。其中，在超高分辨率下由于像素尺寸的缩小导致开口率降低，所以高穿透率的显示显得尤为重要。
液晶的介电性质用介电常数ε来表示。与液晶指向矢平行的电场介电常数用ε‖表示，与液晶指向矢垂直的电场介电常数用ε⊥表示，介电各向异性常数为Δε＝ε‖-ε⊥。若液晶分子极性基永久偶极距的方向与分子长轴方向一致，液晶分子长轴方向的电子偏移度最大，这样，与分子长轴平行的方向上具有大的偶极距，介电各向异性为正，Δε＞0，这样的液晶叫做正性液晶，通式(Ⅱ)所代表的化合物为正性液晶。若液晶分子极性基永久偶极距的方向与分子长轴方向垂直，液晶分子短轴方向的电子偏移度最大，这样，与分子长轴垂直的方向上具有小的偶极距，介电各向异性为负，Δε＜0这样的液晶叫做负性液晶，通式(Ⅰ)所代表的化合物为负性液晶。
目前在液晶显示市场，具有竞争力的显示模式主要有，面内切换(in-planeswitching,IPS),边缘场切换(fringe-field switching，FFS)，和垂直排列(verticalalignment，VA)等显示模式。在这些显示模式中，面内切换(IPS)和边缘场切换(FFS)都具有宽视角的特点。当正性液晶用于IPS/FFS显示模式时可以获得快速响应，并且有良好的可靠性；而负性液晶用于IPS/FFS显示模式时可以获得更高的透过率，但是由于负性液晶粘度较大，所以响应时间较慢。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种液晶组合物，其主要包含了至少一种通式Ⅰ所示的负性化合物
以及至少一种通式Ⅱ所示的正性化合物
其中
R1、R3各自独立地表示碳原子数为1～10的直链烷基、碳原子数为1～10的烷氧基或碳原子数为2～10的链烯基中的任一基团；
(O)R2表示碳原子数为1～5的直链烷基或氧原子与苯环相接的烷基醚；
X1、X2、X3、X4各自独立地表示H或者F；
Y1表示F，或碳原子数为1-6的未被取代的，或者被F单取代的，或者被F多取代的烷基、烷氧基或链烯基中的任一基团；
各自独立地表示(a)、(b)、(c)所示基团中的任意一种或多种，
(a)反式1,4-亚环己基、1,4-环己烯基，其中一个或多个不相邻的-CH2-基团被-O-或-S-取代或未取代；
(b)1,4-亚苯基基团，其中一个或两个-CH-(此处-CH-表示CH基团)被N取代或未取代，一个或两个H被F取代或未取代；
(c)1,4双环[2.2.2]哌啶-1,4-二炔、萘-2,6-双炔、十氢化萘-萘-2,6-双炔或1,2，3,4,四氢化萘-2,6-双炔的基团；
Z1、Z2各自独立地表示单键、-CH2-、-CH2-CH2-、-(CH2)3-、-(CH2)4-、-CH＝CH-、-C≡C-、-COO-、-OOC-、-CF2O-、-OCH2-、-CH2O-、-OCF2-、-CF2CH2-、-CH2CF2-、-C2F4-或-CF＝CF-中的一种；
a、b各自独立地表示0、1或2，并且当a＝2时，可以相同或不同，当b＝2时，可以相同或者不同。
本发明所提供的液晶的组合物，还可以包含了一种或多种通式Ⅲ、Ⅳ和/或Ⅴ所示的化合物：
其中
R4、R5、R6、R7、R8各自独立地表示碳原子数为1～10的直链烷基、 碳原子数为1～10的烷氧基或碳原子数为2～10的链烯基中的任一基团；
X5、X6各自独立地表示H或者F；
Y2表示F，或碳原子数为1-6的未被取代的，或者被F单取代的，或者被F多取代的烷基、烷氧基或链烯基中的任一基团；
各自独立地表示(d)、(e)所示基团中的任意一种或多种，
(d)反式1,4-亚环己基、1,4-环己烯基基团，其中一个或多个不相邻的-CH2-基团被-O-或-S-取代或未取代；
(e)1,4-亚苯基基团，其中一个或两个-CH-(此处-CH-表示CH基团)被N取代或未取代，一个或两个H被F取代或未取代；
Z3表示单键、-CH2-、-CH2-CH2-、-(CH2)3-、-(CH2)4-、-CH＝CH-、-C≡C-、-COO-、-OOC-、-CF2O-、-OCH2-、-CH2O-、-OCF2-、-CF2CH2-、-CH2CF2-、-C2F4-或-CF＝CF-中的一种；
c、d、e各自独立地表示0或1。
本发明所提供的液晶组合物，作为优选方案，至少一种通式Ⅰ所示的负性化合物的含量比例为1-10wt％，至少一种通式Ⅱ所示的正性化合物的含量比例为10-70wt％。
一种或多种通式Ⅲ、Ⅳ和/或Ⅴ所示的化合物的优选含量比例为20-70wt％。
本发明所提供的液晶组合物，所述至少一种通式Ⅰ所示的负性化合物优选为下列Ⅰ-a至Ⅰ-g所示的化合物中的至少一种化合物，
其中，R1表示碳原子数为1～10的直链烷基、碳原子数为1～10的烷氧基或碳原子数为2～10的链烯基中的任一基团；
(O)R2表示碳原子数为1～5的直链烷基或氧原子与苯环相接的烷基醚。
所述至少一种通式Ⅱ所示的正性化合物优选为下列Ⅱ-a至Ⅱ-k所示的化合物中的至少一种化合物，
其中，R3表示碳原子数为1～10的烷基、碳原子数为1～10的烷氧基或碳原子数为2～10的链烯基中的任一基团；
Y1表示F，或碳原子数为1-6的未被取代的，或者被F单取代的，或者被F多取代的烷基、烷氧基、链烯基。
所述通式Ⅲ所示的化合物优选下列式Ⅲ-a至式Ⅲ-h所示的化合物，
其中，R4、R5各自独立地表示碳原子数为1～10的直链烷基、 碳原子数为1～10的烷氧基或碳原子数为2～10的链烯基中的任一基团。
所述通式Ⅳ所示的化合物优选为下列Ⅳ-a至Ⅳ-b所示的化合物，
其中，R6表示碳原子数为1～10的直链烷基、碳原子数为1～10的烷氧基或碳原子数为2～10的链烯基中的任一基团；
Y2表示F，或碳原子数为1-6的未被取代的，或者被F单取代的，或者被F多取代的烷基、烷氧基或链烯基中的任一基团。
所述通式Ⅴ所示的化合物优选下列Ⅴ-a至Ⅴ-e所示的化合物，
其中，R7、R8各自独立地表示碳原子数为1～10的直链烷基、 碳原子数为1～10的烷氧基或碳原子数为2～10的链烯基中的任一基团。
本发明所提供的液晶组合物，可以额外地包含一种或多种选自UV稳定剂、掺杂剂和/或抗氧化剂作为添加剂。
本发明所涉及的液晶组合物，可以应用于液晶显示器件中。尤其适用于IPS-TFT、FFS-TFT和OCB模式的显示器中。
本发明所提供的液晶组合物，通过在正性液晶中加入少量(1-10wt％)的负性液晶分子，即可以增加混合液晶的ε⊥从而提高单纯正性混晶的透过率，同时可以具有比单纯负性混晶更低的旋转粘度，更快的响应时间和更稳定的信赖性。本发明中所述的包含了通式Ⅰ所示的负性化合物，该化合物虽为负性分子，但由于链长较短，并且柔性基团少，所以粘度相对较小，同时含有的通式Ⅱ所示的正性化合物，具有较大的介电，可以弥补由于加入了负性液晶造成的介电降低，所以二者的组合可以有效解决IPS/FFS显示模式透过率低的问题。
采用本发明所提供的液晶组合物制备的液晶显示器，具有高对比度，宽视角，快速响应和高穿透率等优点。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步详细说明：
本发明的液晶组合物可采用将液晶化合物混合的方法进行生产，如在高温下混合不同组分并彼此溶解的方法制备，本发明的液晶组合物也可按照其他常规的制备方法，如采取加热，超声波，悬浮等方式制备。
本说明书中的百分比为质量百分比，温度为摄氏度(℃)，其他符号的具体意义及测试条件如下：
Cp表示液晶清亮点(℃)，DSC定量法测试；
S-N表示液晶的晶态到向列相的熔点(℃)；
Δn表示光学各向异性，no为寻常光的折射率，ne为非寻常光的折射率，测试条件为25±2℃，589nm，阿贝折射仪测试；
Δε表示介电各向异性，Δε＝ε∥-ε⊥，其中，ε∥为平行于分子轴的介电常数，ε⊥为垂直于分子轴的介电常数，测试条件为25±0.5℃，20微米平行盒，INSTEC:ALCT-IR1测试；
γ1表示旋转粘度(mPa·s),测试条件为25±0.5℃，20微米平行盒，INSTEC:ALCT-IR1测试；
ρ表示电阻率(Ω·cm)，测试条件为25±2℃，测试仪器为TOYO SR6517高阻仪和LE-21液体电极。
VHR表示电压保持率(％)，测试条件为20±2℃、电压为±5V、脉冲宽度为10ms、电压保持时间16.7ms。测试设备为TOYO Model6254液晶性能综合测试仪。
τ表示响应时间(ms)，的测试仪器为DMS-501，测试条件为25±0.5℃，测试盒为3.3微米IPS测试盒，电极间距和电极宽度均为10微米，摩擦方向与电极夹角为10°。
T(％)表示透过率，T(％)＝100％*亮态(Vop)亮度/光源亮度，测试设备DMS501，测试条件为25±0.5℃，测试盒为3.3微米IPS测试盒，电极间距和电极宽度均为10微米，摩擦方向与电极夹角为10°。
对比实施例1
实施例1
由实施例1和对比实施例1的比较可以看出，在实施例1中加入了组分Ⅰ-b的化合物后，透过率明显增大，并且其它方面的性能，清亮点、折射率、响应时间、电阻率和电压保持率并未有损失，水平依然与纯正性液晶相当，从而获得了快速响应，高透过率，稳定性好的混晶。
实施例2
实施例2的混晶化合物具有大折射率，高透过率，快速响应，适用于低盒厚的大尺寸IPS-TV等显示应用，有利于实现宽视角，高对比度，优质的动态画面播放等性能。
实施例3
实施例3的混晶化合物具有很宽的温度使用范围，大折射率，高透过率，快速响应，同时具有很好的高低温稳定性，结合IPS显示模式的宽视角优势，适用于车载等显示应用。
实施例4
实施例4的混晶化合物具有合适的折射率和清亮点，高透过率，快速响应，结合IPS显示模式的宽视角优势，适用于中小尺寸的Pad和手机等显示应用。
实施例5
实施例5的混晶化合物具有合适的折射率和清亮点，高透过率，快速响应，结合IPS显示模式的宽视角优势，适用于手持终端显示应用。
实施例6
实施例6的混晶化合物具有合适的折射率和清亮点，高透过率，快速响应，结合IPS显示模式的宽视角优势，适用于智能手机等小尺寸显示应用。
实施例7
实施例7的混晶化合物具有较高的折射率，适用于低盒厚的显示器，和较高清亮点，有较宽的使用温度，高透过率，快速响应，结合IPS显示模式的宽视角优势，适用于户外显示应用。
实施例8
实施例8的混晶化合物具有合适的折射率和清亮点，高透过率，快速响应，结合IPS显示模式的宽视角优势，适用于智能手机等小尺寸显示应用。
由实施例1～8可知，本发明的具有正性和负性液晶组合物可以获得高透过率，快速响应时间和良好的稳定性，可应用于IPS-TFT、FFS-TFT和OCB模式的显示器。
本发明虽然仅仅列举了上述8个实施例的具体物质和配比质量百分比，并对组成的液晶组合物的性能进行了测试，但是本发明的液晶组合物可以在上述实施例的基础上，利用本发明所涉及的通式Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ所代表的化合物、以及通式Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ的优选的化合物进行进一步拓展和修改，均能达到本发明的目的。
Claims (9)
1.一种液晶组合物，其特征在于，所述液晶组合物包含至少一种通式Ⅰ所示的负性化合物
以及至少一种通式Ⅱ所示的正性化合物
其中
R1、R3各自独立地表示碳原子数为1～10的直链烷基、碳原子数为1～10的烷氧基或碳原子数为2～10的链烯基中的任一基团；
(O)R2表示碳原子数为1～5的直链烷基或氧原子与苯环相接的烷基醚；
X1、X2、X3、X4各自独立地表示H或者F；
Y1表示F，或碳原子数为1-6的未被取代的，或者被F单取代的，或者被F多取代的烷基、烷氧基或链烯基中的任一基团；
表示(a)、(b)所示基团中的任意一种，表示(b)所示基团中的任意一种；
(a)反式1,4-亚环己基、1,4-环己烯基，其中一个或多个不相邻的-CH2-基团被-O-或-S-取代或未取代；
(b)1,4-亚苯基基团，其中一个或两个-CH-被N取代或未取代，一个或两个H被F取代或未取代；
Z1、Z2各自独立地表示单键、-CH2-、-CH2-CH2-、-(CH2)3-、-(CH2)4-、-CH＝CH-、-C≡C-、-COO-、-OOC-、-CF2O-、-OCH2-、-CH2O-、-OCF2-、-CF2CH2-、-CH2CF2-、-C2F4-或-CF＝CF-中的一种；
a、b各自独立地表示0、1或2，并且当a＝2时，可以相同或不同，当b＝2时，可以相同或者不同；
所述液晶组合物还包含一种或多种通式Ⅲ、Ⅳ和/或Ⅴ所示的化合物：
其中
R4、R5、R6、R7、R8各自独立地表示碳原子数为1～10的直链烷基、 碳原子数为1～10的烷氧基或碳原子数为2～10的链烯基中的任一基团；
X5、X6各自独立地表示H或者F；
Y2表示F，或碳原子数为1-6的未被取代的，或者被F单取代的，或者被F多取代的烷基、烷氧基或链烯基中的任一基团；
各自独立地表示(d)、(e)所示基团中的任意一种，
(d)反式1,4-亚环己基、1,4-环己烯基基团，其中一个或多个不相邻的-CH2-基团被-O-或-S-取代或未取代；
(e)1,4-亚苯基基团，其中一个或两个-CH-被N取代或未取代，一个或两个H被F取代或未取代；
Z3表示单键、-CH2-、-CH2-CH2-、-(CH2)3-、-(CH2)4-、-CH＝CH-、-C≡C-、-COO-、-OOC-、-CF2O-、-OCH2-、-CH2O-、-OCF2-、-CF2CH2-、-CH2CF2-、-C2F4-或-CF＝CF-中的一种；
c、d、e各自独立地表示0或1；
所述至少一种通式Ⅰ所示的负性化合物的含量比例为1-10wt％，所述至少一种通式Ⅱ所示的正性化合物的含量比例为10-70wt％；
所述一种或多种通式Ⅲ、Ⅳ和/或Ⅴ所示的化合物的含量比例为20-70wt％。
2.根据权利要求1所述的液晶组合物，其特征在于，所述至少一种通式Ⅰ所示的负性化合物为至少一种下列式Ⅰ-b或Ⅰ-e所示的化合物，
其中，R1表示碳原子数为1～10的直链烷基、碳原子数为1～10的烷氧基或碳原子数为2～10的链烯基中的任一基团；
(O)R2表示碳原子数为1～5的直链烷基或氧原子与苯环相接的烷基醚。
3.根据权利要求1所述的液晶组合物，其特征在于，所述至少一种通式Ⅱ所示的正性化合物为至少一种下列通式所示的化合物，
其中，R3表示碳原子数为1～10的烷基、碳原子数为1～10的烷氧基或碳原子数为2～10的链烯基中的任一基团；
Y1表示F，或碳原子数为1-6的未被取代的，或者被F单取代的，或者被F多取代的烷基、烷氧基或链烯基中的任一基团。
4.根据权利要求1所述的液晶组合物，其特征在于，所述通式Ⅲ所示的化合物为下列通式所示的化合物，
其中，R4、R5各自独立地表示碳原子数为1～10的直链烷基、 碳原子数为1～10的烷氧基或碳原子数为2～10的链烯基中的任一基团。
5.根据权利要求1所述的液晶组合物，其特征在于，所述通式Ⅳ所示的化合物为下列通式所示的化合物，
其中，R6表示碳原子数为1～10的直链烷基、碳原子数为1～10的烷氧基或碳原子数为2～10的链烯基中的任一基团；
Y2表示F，或碳原子数为1-6的未被取代的，或者被F单取代的，或者被F多取代的烷基、烷氧基或链烯基中的任一基团。
6.根据权利要求1所述的液晶组合物，其特征在于，所述通式Ⅴ所示的化合物为下列通式所示的化合物，
其中，R7、R8各自独立地表示碳原子数为1～10的直链烷基、 碳原子数为1～10的烷氧基或碳原子数为2～10的链烯基中的任一基团。
7.根据权利要求1-6中任一所述的液晶组合物，特征在于，所述液晶组合物还包含一种或多种选自UV稳定剂、掺杂剂和/或抗氧化剂作为添加剂。
8.权利要求1-7中任一所述的液晶组合物在液晶显示器件中的应用。
9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，用于IPS-TFT、FFS-TFT和OCB模式显示器中。
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