CN104419427A - 液晶组合物及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种液晶组合物，包含：至少一种选自通式Ⅰ所示的化合物作为第一组份；至少一种选自通式Ⅱ所示的化合物作为第二组份；至少一种选自通式Ⅲ-1和/或Ⅲ-2所示的化合物作为第三组份；以及至少一种选自通式Ⅳ所示的化合物作为第四组份。本发明所述的液晶组合物，其具备低粘度、较高的清亮点、大的光学各向异性及大的介电各向异性等特性。本发明还提供了一种包含该液晶组合物的液晶显示器件，所述液晶显示器件可以用于IPS模式、VA模式、PS-VA模式、PALC模式、FFS模式或ECB模式。
Description
技术领域
本发明涉及一种液晶组合物，特别涉及一种具有适当的光学各向异性和介电各向异性、较小粘度以及较快的响应速度的液晶组合物及其在液晶显示器中的应用。
背景技术
对于液晶显示元件来讲，根据液晶的显示模式分为PC（phasechange，相变）、TN（twistnematic，扭曲向列）、STN(supertwistednematic，超扭曲向列)、ECB（electricallycontrolledbirefringence，电控双折射）、OCB（opticallycompensatedbend，光学补偿弯曲）、IPS（in-planeswitching，共面转变）、VA（verticalalignment，垂直配向）等类型。液晶显示元件根据光源的类型分为利用自然光的反射型、利用背光的透过型、以及利用自然光和背光两种光源的半透过型。
已知在上述运作模式中，ECB模式、IPS模式、VA模式等式利用液晶分子的垂直配向性的运作模式，尤其是IPS模式以及VA模式可改善TN模式、STN模式等显示模式视角狭小的缺点。
液晶材料需要具有适当高的介电各项异性、光学各项异性以及良好的低温互溶性和热稳定性。此外，液晶材料还应当具有低粘度和短响应时间，低阈值电压和高对比度。根据市售的液晶显示元件来进一步说明组合物的各向性能指标。向列相的温度范围与元件的工作温度范围相关联。向列相的上限温度较好的是大于等于70℃，并且向列相的下限温度较好的是小于等于-10℃。组合物的粘度与元件的响应时间相关联。为了在元件中显示动画，较好的是元件的响应时间短。因此，较好的是组合物的粘度小，而更好的是温度低时组合物的粘度小。
组合物的光学各向异性与元件的对比度相关联。为了使液晶显示元件的对比度比最大化，可将液晶组成物的光学异向性（Δn）与液晶层的厚度（d）的乘积值（Δn*d）设定为固定值的方式进行设计。适当的积值依赖于运作模式的种类。如TN模式的元件的适当值约为0.45μm。该情形时，对于液晶层厚度较小的元件而言，较好的是光学各向异性大的组合物。
组合物的大的介电各向异性有助于使元件具有低的临界电压，小的消耗功率及大的对比度。因此，较好的是大的介电各向异性。组合物的电阻率大有助于使元件具有大的电压保持率及大的对比度。因此，较好的是在初始阶段不仅是在室温下、并且在高温下亦具有较大电阻率的组合物。较好的是长时间使用后不仅在室温下、而且在高温下亦具有较大电阻率的组合物。组合物对紫外线及热的稳定性与液晶显示元件的寿命有关。上述稳定性高时，该元件的寿命长。此种特性对于液晶投影仪，液晶电视等中所使用的液晶显示元件而言是较好的。
单一的液晶化合物通常难以发挥其特性，通常将其与其他多种液晶化合物混合配制成组合物。在现有液晶组合物中，能够得到较优的特性，但是该种类化合物光学各向异性不够大，介电各向异性不够大，对混合成Δn和Δε大的组合物帮助不大，从而不利于用在小盒厚的产品中，直接导致响应速度不够快，如CN101796162A、CN1475547A中公开的液晶组合物，不同程度上具有上述缺点。
因此，需要一种液晶组合物，其具有向列相的上限温度高、向列相的下限温度低（即相变温度范围宽）；低的粘度；大的光学各向异性；大的介电各向异性；良好的紫外线的稳定性；良好的低温存储稳定性等特性中的至少一种特性。本发明的其他目的是提供一种液晶显示元件，其是具有光学各向异性大、介电各向异性大、对紫外线的稳定性高等特性的组合物，并且使得液晶显示元件具有响应速度快、清亮点高、驱动电压低、互溶性好等优点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种液晶组合物，其具备低粘度、较高的清亮点、大的光学各向异性及大的介电各向异性等特性，包含该液晶组合物的液晶显示元件具有响应速度快、清亮点高、驱动电压低、互溶性好等优点。
为了完成上述发明目的，本发明提供一种液晶组合物，包含：
至少一种选自通式Ⅰ所示的化合物作为第一组份
至少一种选自通式Ⅱ所示的化合物作为第二组份
至少一种选自通式Ⅲ-1和/或Ⅲ-2所示的化合物作为第三组份
至少一种选自通式Ⅳ所示的化合物作为第四组份
其中，
R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9和R10相同或不同，各自独立地表示1-5个碳原子的烷基、1-5个碳原子的烷氧基、2-5个碳原子的烯基或2-5个碳原子的烯氧基；
L1、L2和L3相同或不同，各自独立地表示H或F；
m和n相同或不同，各自独立地表示0或1，其中，m和n不同时为0。
在本发明的一些实施方案中，优选所述通式Ⅰ的化合物占所述液晶组合物总重量的1-30%；所述通式Ⅱ的化合物占所述液晶组合物总重量的1-30%；所述通式Ⅲ-1和/或Ⅲ-2占所述液晶组合物总重量的1-30%；并且所述通式Ⅳ的化合物占所述液晶组合物总重量的35-70%。
在本发明的一些实施方案中，特别优选所述通式Ⅰ的化合物占所述液晶组合物总重量的5-18%；所述通式Ⅱ的化合物占所述液晶组合物总重量的11-20%；所述通式Ⅲ-1和/或Ⅲ-2占所述液晶组合物总重量的13-21%；并且所述通式Ⅳ的化合物占所述液晶组合物总重量的40-65%。
在本发明的一些实施方案中，优选所述通式Ⅲ-1占所述液晶组合物总重量的7-19%。
在本发明的一些实施方案中，优选所述通式Ⅲ-2占所述液晶组合物总重量的2-7%。
在本发明的一些实施方案中，所述通式Ⅰ的化合物选自由如下化合物组成的组中一种或多种的化合物：
在本发明的一些实施方案中，所述通式Ⅱ的化合物选自由如下化合物组成的组中一种或多种的化合物：
在本发明的一些实施方案中，所述通式Ш-1的化合物选自由如下化合物组成的组中一种或多种的化合物：
在本发明的一些实施方案中，所述通式Ш-2的化合物选自由如下化合物组成的组中一种或多种的化合物：
在本发明的一些实施方案中，所述通式Ⅳ的化合物选自由如下化合物组成的组中一种或多种的化合物：
本发明的另一个方面提供一种液晶显示器件，该液晶显示器件包含本发明的液晶组合物。
在一些实施方案中，所述液晶显示器件可以用于IPS模式、VA模式、PS-VA模式、PALC模式、FFS模式或ECB模式。
本发明所述的液晶组合物，其具备低粘度、大的光学各向异性、大的介电各向异性等特性，包含该液晶组合物的液晶显示元件具有响应速度快、清亮点高、驱动电压低、互溶性好等优点。
本发明中除特殊说明外，所有涉及的温度为摄氏温度，所有百分比按重量百分比计算。
具体实施方式
以下将结合具体实施方案来说明本发明。需要说明的是，下面的实施例为本发明的示例，仅用来说明本发明，而不用来限制本发明。在不偏离本发明主旨或范围的情况下，可进行本发明构思内的其他组合和各种改良。
以下各实施方案所采用的液晶显示器均为负性液晶显示设备，盒厚d=4μm，由偏振器（偏光片）、电极基板等部分构成。该显示设备为常白模式，即没有电压差施加于行和列电极之间时，观察者观察到白色的像素颜色。基板上的上下偏振片轴彼此成90度角。在两基片之间的空间充满光学性液晶材料。
为便于表达，以下各实施例中，液晶化合物的基团结构用表1所列的代码表示：
表1 液晶化合物的基团结构代码
以如下结构为例：
该结构用表1中的代码表示：则可表示为3CC1OWO2，又如：
则可表示为nCPTPOm，代码中的n表示左端烷基的C原子数，例如n为“3”，即表示该烷基为-C3H7；代码中的C代表环己烷基；代码中的O代表氧原子；代码中的P代表亚苯基；代码中的m表示右端烷基的C原子数，例如m为“1”，即表示右端的烷基为-CH3。
以下实施例中测试项目的简写代号如下：
折射率及折射率各向异性使用阿贝折光仪在钠光灯（589nm）光源下、20℃测试得。介电各向异性、响应时间、电压测试均使用4μm测试盒。
在以下的实施例中所采用的各成分，均可以根据《有机合成》，《有机反应》，《综合有机合成》等本领域技术人员公知的方法进行合成，或者通过商业途径获得。这些合成技术是常规的，所得到各液晶化合物经测试符合电子类化合物标准。
比较例1
表2所列是比较例1的液晶组合物的组分以及各组分的重量百分数，将该液晶组合物填充于液晶显示器两基板之间进行性能测试，测试数据如下表所示：
表2 液晶组合物的配方及其测试性能
| 组分代码 | 重量百分数 | 性能参数测试结果 |
| 3CWO2 | 18 | Δn[589nm,20℃]=0.0837 |
| 5CWO2 | 10 | Cp[℃]=80 |
| 3CCWO2 | 10 | Δε[1KHZ,20℃]=-2.3 |
| 3CCWO3 | 10 | γ1[mPa.s,20℃]=118 |
| 4CCWO2 | 6 | |
| 3CPWO2 | 8 | |
| 3CCV1 | 10 | |
| 4CC3 | 10 | |
| 5CC3 | 3 | |
| 3CCO1 | 5 | |
| 3CCV2 | 10 | |
| 合计 | 100 |
实施例1
表3所列是实施例1的液晶组合物的组分以及各组分的重量百分数，将该液晶组合物填充于液晶显示器两基板之间进行性能测试，测试数据如下表所示：
表3 液晶组合物的配方及其测试性能
| 组分代码 | 重量百分数 | 性能参数测试结果 |
| 3C1OWO2 | 8 | Δn[589nm,20℃]=0.0835 |
| 5C1OWO2 | 10 | Cp[℃]=91 |
| 3CC1OWO2 | 7 | Δε[1KHZ,20℃]=-2.8 |
| 3CC1OWO3 | 7 | γ1[mPa.s,20℃]=100 |
| 4CC1OWO2 | 6 |
| 3C1OPWO2 | 13 | |
| 3CCV1 | 10 | |
| 4CC3 | 10 | |
| 5CC3 | 10 | |
| 3CCO1 | 3 | |
| 3CCV2 | 10 | |
| VCCP1 | 6 | |
| 合计 | 100 |
比较例2
表4所列是比较例2的液晶组合物的组分以及各组分的重量百分数，将该液晶组合物填充于液晶显示器两基板之间进行性能测试，测试数据如下表所示：
表4 液晶组合物的配方及其测试性能
| 组分代码 | 重量百分数 | 性能参数测试结果 |
| 5CP3 | 13 | Δn[589nm,25℃]=0.090 |
| 2CPWO2 | 12 | Cp[℃]=75.0 |
| 3CWO4 | 10 | Δε[1KHZ,25℃]=-3.0 |
| 5CWO4 | 15.5 | η[mPa.s,20℃]=28 |
| 3CCWO2 | 10 | |
| 5CCWO2 | 10.5 | |
| 5CC3 | 10 | |
| 5CCO1 | 4.5 | |
| 2CCW1 | 4.5 | |
| 3CCW1 | 10 | |
| 合计 | 100 |
实施例2
表5所列是实施例2的液晶组合物的组分以及各组分的重量百分数，将该液晶组合物填充于液晶显示器两基板之间进行性能测试，测试数据如下表所示：
表5 液晶组合物的配方及其测试性能
| 组分代码 | 重量百分数 | 性能参数测试结果 |
| 2C1OPWO2 | 7 | Δn[589nm,25℃]=0.091 |
| 3C1OPGWO2 | 7 | Cp[℃]=76.3 |
| 3C1OWO2 | 8 | Δε[1KHZ,25℃]=-3.08 |
| 5C1OWO2 | 6 | η[mPa.s,20℃]=20 |
| 2CC1OWO2 | 10 | |
| 3CC1OWO2 | 10 | |
| 3CC2 | 24 |
| 4CC3 | 8 | |
| 5CC3 | 8 | |
| 3CCP1 | 3 | |
| 3PP1 | 4 | |
| 5CP3 | 5 | |
| 合计 | 100 |
比较例3
表6所列是比较例3的液晶组合物的组分以及各组分的重量百分数，将该液晶组合物填充于液晶显示器两基板之间进行性能测试，测试数据如下表所示：
表6 液晶组合物的配方及其测试性能
| 组分代码 | 重量百分数 | 性能参数测试结果 |
| 3CC2 | 23 | Δn[589nm,20℃]=0.100 |
| 3PP1 | 15 | Cp[℃]=76 |
| 4CC3 | 9 | Δε[1KHZ,20℃]=-2.5 |
| 5CC3 | 5 | η[mPa.s,25℃]=17 |
| 3C1OWO2 | 7 | |
| 3CCP1 | 4 | |
| 2CC1OWO2 | 8 | |
| 2CPWO2 | 10 | |
| 3CC1OWO2 | 8 | |
| 3CPWO2 | 11 | |
| 合计 | 100 |
实施例3
表7所列是实施例3的液晶组合物的组分以及各组分的重量百分数，将该液晶组合物填充于液晶显示器两基板之间进行性能测试，测试数据如下表所示：
表7 液晶组合物的配方及其测试性能
| 组分代码 | 重量百分数 | 性能参数测试结果 |
| 3CC2 | 23 | Δn[589nm,20℃]=0.100 |
| 3PP1 | 15 | Cp[℃]=76.4 |
| 4CC3 | 9 | Δε[1KHZ,20℃]=-2.5 |
| 5CC3 | 7 | η[mPa.s,25℃]=15 |
| 3C1OWO2 | 5 | |
| 3CCP1 | 9 | |
| 2CC1OWO2 | 5 | |
| 2C1OPWO2 | 10 | |
| 3CC1OWO2 | 6 | |
| 3C1OPWO2 | 9 |
| 2C1OPWWO2 | 2 | |
| 合计 | 100 |
Claims (9)
1.一种液晶组合物，包含：
至少一种选自通式Ⅰ所示的化合物作为第一组份
至少一种选自通式Ⅱ所示的化合物作为第二组份
至少一种选自通式Ⅲ-1和/或Ⅲ-2所示的化合物作为第三组份
至少一种选自通式Ⅳ所示的化合物作为第四组份
其中，
R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9和R10相同或不同，各自独立地表示1-5个碳原子的烷基、1-5个碳原子的烷氧基、2-5个碳原子的烯基或2-5个碳原子的烯氧基；
L1、L2和L3相同或不同，各自独立地表示H或F；
m和n相同或不同，各自独立地表示0或1，其中，m和n不同时为0；
并且，所述通式Ⅰ的化合物占所述液晶组合物总重量的1-30%；所述通式Ⅱ的化合物占所述液晶组合物总重量的1-30%；所述通式Ⅲ-1和/或Ⅲ-2占所述液晶组合物总重量的1-30%；并且所述通式Ⅳ的化合物占所述液晶组合物总重量的35-70%。
2.根据权利要求1所述的液晶组合物，其特征在于，所述通式Ⅰ的化合物选自由如下化合物组成的组中一种或多种的化合物：
3.根据权利要求1所述的液晶组合物，其特征在于，所述通式Ⅱ的化合物选自由如下化合物组成的组中一种或多种的化合物：
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Ш-1的化合物选自由如下化合物组成的组中一种或多种的化合物：
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Ш-2的化合物选自由如下化合物组成的组中一种或多种的化合物：
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Ⅳ的化合物选自由如下化合物组成的组中一种或多种的化合物：
7.根据权利要求1所述的液晶组合物，其特征在于，所述液晶组合物包含：
占所述液晶组合物总重量8%的化合物Ⅰ-5；
占所述液晶组合物总重量10%的化合物Ⅰ-7；
占所述液晶组合物总重量7%的化合物Ⅱ-5；
占所述液晶组合物总重量7%的化合物Ⅱ-6；
占所述液晶组合物总重量6%的化合物Ⅱ-8；
占所述液晶组合物总重量13%的化合物Ш-1-2；
占所述液晶组合物总重量10%的化合物Ⅳ-27；
占所述液晶组合物总重量10%的化合物Ⅳ-21；
占所述液晶组合物总重量10%的化合物Ⅳ-22；
占所述液晶组合物总重量3%的化合物Ⅳ-23；
占所述液晶组合物总重量10%的化合物Ⅳ-28；以及
占所述液晶组合物总重量6%的化合物Ⅳ-9，
或者，所述液晶组合物包含：
占所述液晶组合物总重量7%的化合物Ш-1-1；
占所述液晶组合物总重量7%的化合物Ш-2-2；
占所述液晶组合物总重量8%的化合物Ⅰ-5；
占所述液晶组合物总重量6%的化合物Ⅰ-7；
占所述液晶组合物总重量10%的化合物Ⅱ-4；
占所述液晶组合物总重量10%的化合物Ⅱ-5；
占所述液晶组合物总重量24%的化合物Ⅳ-20；
占所述液晶组合物总重量8%的化合物Ⅳ-21；
占所述液晶组合物总重量8%的化合物Ⅳ-22；
占所述液晶组合物总重量3%的化合物Ⅳ-7；
占所述液晶组合物总重量4%的化合物Ⅳ-11；以及
占所述液晶组合物总重量5%的化合物Ⅳ-2，
或者，所述液晶组合物包含：
占所述液晶组合物总重量23%的化合物Ⅳ-20；
占所述液晶组合物总重量15%的化合物Ⅳ-11；
占所述液晶组合物总重量9%的化合物Ⅳ-21；
占所述液晶组合物总重量7%的化合物Ⅳ-22；
占所述液晶组合物总重量5%的化合物Ⅰ-5；
占所述液晶组合物总重量9%的化合物Ⅳ-7；
占所述液晶组合物总重量5%的化合物Ⅱ-4；
占所述液晶组合物总重量10%的化合物Ш-1-1；
占所述液晶组合物总重量6%的化合物Ⅱ-5；
占所述液晶组合物总重量9%的化合物Ш-1-2；以及
占所述液晶组合物总重量2%的化合物Ш-2-6。
8.一种液晶显示器件，包含权利要求1-7中任一项所述的液晶组合物。
9.如权利要求8所述的液晶显示器件，其特征在于，所述液晶显示器件可以用于IPS模式、VA模式、PS-VA模式、PALC模式、FFS模式或ECB模式。
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