CN104845641A - 液晶组合物及其显示器件 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种快速响应的正介电各向异性的液晶组合物，包含：至少一种通式Ⅰ的化合物；以及至少一种通式Ⅱ-1和/或通式Ⅱ-2的化合物。该液晶组合物具有合适的光学各向异性、合适的介电各向异性、较快的响应速度以及宽的工作温度范围，适用于液晶显示器件中，尤其适用于具有快速响应需求的显示设备中，如监视器、电视等。
Description
技术领域
本发明涉及一种液晶组合物，特别涉及一种具有合适的光学各向异性、合适的介电各向异性以及较快的响应速度的液晶组合物，以及包含该液晶组合物的液晶显示器件。
背景技术
液晶材料是在一定的温度下，既具有液体的流动性又具有晶体的各向异性的有机棒状小分子化合物的混合物。根据液晶材料性质的不同，各种相态的液晶材料大都已开发用于液晶显示器中。
对于液晶显示器来说，具备良好的化学和热稳定性、良好的对电场和电磁辐射的稳定性、适当的光学各向异性、较快的响应速度及较低的阈值电压的液晶化合物与液晶介质是符合目前需求的。由于液晶通常作为多种组分的混合物使用，各组分之间的彼此互溶则显得尤为重要，而依据不同的电池类型和应用领域，液晶必须要满足不同的要求，如电导率、介电各向异性和光学各向异性等。
响应速度是液晶显示器的重要评价指标，响应速度过慢，显示画面就会出现拖影现象，因此要求液晶显示器具有快的响应速度。为了提高液晶显示器的响应速度，可以选用减少盒厚、改良驱动方式、提供高的驱动电压、采用快速响应的液晶组合物等方法。但不管采用何种方法，总会带来液晶显示器其他性能的削弱。如改变驱动方式，往往会导致IC驱动成本升高、电路更为复杂；提高驱动电压，功耗也会随之增加。
以上改良方式都是从液晶显示屏的制作着手，实际上，液晶面板生产厂商会更倾向于选择快响应速度的液晶材料来改善液晶显示器的响应速度。液晶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。比如一般在FS模式中，Δn*d设定为0.40-0.50，所以液晶显示元件中所使用的液晶组合物的光学各向异性，亦大于通常的光学异向性的范围，例如0.13-0.17。
液晶材料的各项性能是相互制约的，目前，没有一种物质能够作为单一化合物来满足前述性能。对于液晶组合物的制备来说，应该满足所有这些性能，这样就出现了由于小Δn或大粘度而不能满足前述性能的情形。如中国专利号CN1249736A公开的液晶组合物中，粘度最小可以做到13.8（mPa*s），但是其折射率为0.084，在一些显示模式中不能用到小盒厚中。
发明内容
本发明的目的是提供一种液晶组合物，能够实现具有适当高的光学各向异性、合适的介电各向异性、合适的相温度范围以及较低的粘度，所述液晶组合物不显示现有技术中的液晶材料的特点，或者至少可以让上述缺点降到显著低的程度，并且本发明的液晶组合物非常适用于液晶显示器件中，尤其适用于具有快速响应需求的显示设备中，如监视器、电视等。
为了解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：
一种液晶组合物，包含：
至少一种通式Ⅰ的化合物
以及
至少一种通式Ⅱ-1和/或通式Ⅱ-2的化合物
其中，
R1、R2和R3相同或不同，各自独立地表示碳原子数为1-5的烷基或碳原子数为2-5的烯基；
L1、L2、L3和L4相同或不同，各自独立地表示H或F；
X1和X2相同或不同，各自独立地表示F、CN、-OCF3，并且当X1表示F或CN时，L1和L2不同时为F。
本发明所述液晶组合物还包含：
一种或多种通式Ⅲ-1和/或通式Ⅲ-2的化合物
一种或多种通式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，各自独立地表示碳原子数为1-7的烷基或烷氧基，或碳原子数为2-7的烯基或烯氧基；
L5表示H或F；
m表示0或1。
在本发明的实施方案中，优选所述R4、R5、R6、R7、R8和R9相同或不同，各自独立地表示碳原子数为1-5的烷基或碳原子数为2-5的烯基。
本发明所述液晶组合物还包含：
一种或多种通式Ⅴ-1和/或通式Ⅴ-2的化合物
其中，
R10、R11和R12相同或不同，各自独立地表示碳原子数为1-7的烷基或烷氧基，或碳原子数为2-7的烯基或烯氧基。
在本发明的实施方案中，优选所述R10、R11和R12相同或不同，各自独立地表示碳原子数为1-5的烷基或碳原子数为2-5的烯基。
在本发明的实施方案中，优选所述通式Ⅰ的化合物占所述液晶组合物总重量的5-30%；所述通式Ⅱ-1和/或通式Ⅱ-2的化合物占所述液晶组合物总重量的5-30%；所述通式Ⅲ-1和/或通式Ⅲ-2的化合物占所述液晶组合物总重量的30-80%；所述通式Ⅳ-1和/或通式Ⅳ-2的化合物占所述液晶组合物总重量的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组合物总重量的1-15%。
更优地，所述通式Ⅰ的化合物占所述液晶组合物总重量的5-25%；所述通式Ⅱ-1和/或通式Ⅱ-2的化合物占所述液晶组合物总重量的5-25%；所述通式Ⅲ-1和/或通式Ⅲ-2的化合物占所述液晶组合物总重量的50-80%；所述通式Ⅳ-1和/或通式Ⅳ-2的化合物占所述液晶组合物总重量的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组合物总重量的1-10%。
在本发明的实施方案中，优选所述通式Ⅰ的化合物选自由如下化合物组成的组中一种或更多种化合物：
以及
在本发明的实施方案中，优选所述通式Ⅱ-1的化合物选自由如下化合物组成的组中一种或更多种化合物：
以及
在本发明的实施方案中，优选所述通式Ⅱ-2的化合物选自由如下化合物组成的组中一种或更多种化合物：
以及
在本发明的实施方案中，优选所述通式Ⅲ-1的化合物选自由如下化合物组成的组中一种或更多种化合物：
以及
在本发明的实施方案中，优选所述通式Ⅲ-2的化合物选自由如下化合物组成的组中一种或更多种化合物：
以及
在本发明的实施方案中，优选所述通式Ⅳ-1的化合物选自由如下化合物组成的组中一种或更多种化合物：
以及
在本发明的实施方案中，优选所述通式Ⅳ-2的化合物选自由如下化合物组成的组中一种或更多种化合物：
以及
在本发明的实施方案中，优选所述通式Ⅴ-1的化合物选自由如下化合物组成的组中一种或更多种化合物：
以及
在本发明的实施方案中，优选所述通式Ⅴ-2的化合物选自由如下化合物组成的组中一种或更多种化合物：
以及
在本发明的实施方案中，最优地，所述通式Ⅰ的化合物占所述液晶组合物总重量的5-20%；所述通式Ⅱ-1和/或通式Ⅱ-2的化合物占所述液晶组合物总重量的5-20%；所述通式Ⅲ-1和/或通式Ⅲ-2的化合物占所述液晶组合物总重量的50-75%；所述通式Ⅳ-1和/或通式Ⅳ-2的化合物占所述液晶组合物总重量的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组合物总重量的2-10%。
本发明的另一方面提供一种液晶显示器，所述液晶显示器包含本发明的液晶组合物。
由于采用了上述技术方案，本发明所取得的技术进步在于：
本发明公开了一种液晶组合物，具有合适的光学各向异性、合适的介电各向异性、较快的响应速度以及宽的工作温度范围等特性，所述液晶组合物适用于液晶显示器件中，使该液晶显示器件具有快速响应的特性。通过对液晶组合物中各个组分百分含量的调整，液晶组合物可以获得不同清亮点和旋转粘度，并且该液晶组合物还具有适当的光学各向异性和适当的介电各向异性，因此适用于具有快速响应要求的监视器、电视等显示设备中。
构成液晶组合物的通式Ⅰ的化合物是较常用的二氟醚类化合物，其具有大介电各向异性的特点，是配方中调节介电参数的一类化合物，但存在粘度大，低温下易从混合液晶中析出的缺点，所以该类化合物在配方中的使用量受到限制，从而限制了配方性能尤其是响应性能的提升；通式Ⅱ的化合物，具有小的粘度，较高的清亮点和中等的介电各向异性，与通常使用的两个末端基团都是烷基链的化合物相比，在粘度、清亮点和折射率各向异性相当的情况下，具有相对大的介电各向异性，通式Ⅱ的化合物在配方中使用，在满足配方所需求的介电各向异性的参数的同时，可以减少通式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温存储稳定性；因此，在配方中同时使用通式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，尤其是响应性能，同时还具有宽的向列相范围和合适的介电各向异性和折射率各向异性，这个效果是现在已知的组合难以达到的。
在本发明中如无特殊说明，所述的比例均为重量比，所有温度均为摄氏度温度，所述的响应时间数据的测试选用的盒厚为7μm。
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。
为便于表达，以下各实施例中，液晶组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
以如下结构式的化合物为例：
该结构式如用表2所列代码表示，则可表达为：nCPUF，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。
以下实施例中测试项目的简写代号如下：
Cp（℃）： 清亮点（向列-各向同性相转变温度）
Δn： 光学各向异性（589nm，20℃）
Δε： 介电各向异性（1KHz，25℃）
γ1： 扭转粘度（mPa*s，在25℃下）
其中，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；介电测试盒为TN90型，盒厚7μm。
在以下的实施例中所采用的各成分均可以通过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。
按照以下实施例规定的各液晶组合物的配比，制备液晶组合物。所述液晶组合物的制备是按照本领域的常规方法进行的，如采取加热、超声波、悬浮等方式按照规定比例混合制得。
对照例1
按表2中所列的各化合物及重量百分数配制成对照例1的液晶组合物，其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液晶组合物配方及其测试性能
实施例1
按表3中所列的各化合物及重量百分数配制成实施例1的液晶组合物，其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液晶组合物配方及其测试性能
实施例2
按表4中所列的各化合物及重量百分数配制成实施例2的液晶组合物，其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液晶组合物配方及其测试性能
实施例3
按表5中所列的各化合物及重量百分数配制成实施例3的液晶组合物，其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液晶组合物配方及其测试性能
实施例4
按表6中所列的各化合物及重量百分数配制成实施例4的液晶组合物，其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液晶组合物配方及其测试性能
参照对照例1，从以上实施例1、2、3和4的测试数据可见，本发明所提供的液晶组合物具有合适的光学各向异性、合适的介电各向异性、较高的清亮点，并且本发明的液晶组合物具有显著小的旋转粘度，从而具有快的响应速度，可适用于液晶显示器中，特别适用于具有快速响应需求的显示设备，如监视器、电视等。
Claims (11)
1.一种液晶组合物，包含：
至少一种通式Ⅰ的化合物
以及
至少一种通式Ⅱ-1和/或通式Ⅱ-2的化合物
其中，
R1、R2和R3相同或不同，各自独立地表示碳原子数为1-5的烷基或碳原子数为2-5的烯基；
L1、L2、L3和L4相同或不同，各自独立地表示H或F；
X1和X2相同或不同，各自独立地表示F、CN、-OCF3，并且当X1表示F或CN时，L1和L2不同时为F。
2.根据权利要求1所述的液晶组合物，其特征在于，所述液晶组合物还包含：
一种或多种通式Ⅲ-1和/或通式Ⅲ-2的化合物
一种或多种通式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，各自独立地表示碳原子数为1-7的烷基或烷氧基，或碳原子数为2-7的烯基或烯氧基；
L5表示H或F；
m表示0或1。
3.根据权利要求1所述的液晶组合物，其特征在于，所述液晶组合物还包含：
一种或多种通式Ⅴ-1和/或通式Ⅴ-2的化合物
其中，
R10、R11和R12相同或不同，各自独立地表示碳原子数为1-7的烷基或烷氧基，或碳原子数为2-7的烯基或烯氧基。
4.根据权利要求3所述的液晶组合物，其特征在于，所述通式Ⅰ的化合物占所述液晶组合物总重量的5-30%；所述通式Ⅱ-1和/或通式Ⅱ-2的化合物占所述液晶组合物总重量的5-30%；所述通式Ⅲ-1和/或通式Ⅲ-2的化合物占所述液晶组合物总重量的30-80%；所述通式Ⅳ-1和/或通式Ⅳ-2的化合物占所述液晶组合物总重量的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组合物总重量的1-15%。
5.根据权利要求4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更多种化合物：
以及
6.根据权利要求4所述的液晶组合物，其特征在于，所述通式Ⅱ-1的化合物选自由如下化合物组成的组中一种或更多种化合物：
以及
并且
所述通式Ⅱ-2的化合物选自由如下化合物组成的组中一种或更多种化合物：
以及
7.根据权利要求4所述的液晶组合物，其特征在于，所述通式Ⅲ-1的化合物选自由如下化合物组成的组中一种或更多种化合物：
以及
所述通式Ⅲ-2的化合物选自由如下化合物组成的组中一种或更多种化合物：
以及
所述通式Ⅳ-1的化合物选自由如下化合物组成的组中一种或更多种化合物：
以及
并且
所述通式Ⅳ-2的化合物选自由如下化合物组成的组中一种或更多种化合物：
以及
8.根据权利要求4所述的液晶组合物，其特征在于，所述通式Ⅴ-1的化合物选自由如下化合物组成的组中一种或更多种化合物：
以及
并且
所述通式Ⅴ-2的化合物选自由如下化合物组成的组中一种或更多种化合物：
以及
9.根据权利要求5至8中任一项所述的液晶组合物，其特征在于，所述通式Ⅰ的化合物占所述液晶组合物总重量的5-20%；所述通式Ⅱ-1和/或通式Ⅱ-2的化合物占所述液晶组合物总重量的5-20%；所述通式Ⅲ-1和/或通式Ⅲ-2的化合物占所述液晶组合物总重量的50-75%；所述通式Ⅳ-1和/或通式Ⅳ-2的化合物占所述液晶组合物总重量的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组合物总重量的2-10%。
10.根据权利要求9所述的液晶组合物，其特征在于，所述液晶组合物包含：
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，所述液晶组合物包含：
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，所述液晶组合物包含：
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，所述液晶组合物包含：
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。
11.一种液晶显示器，包含权利要求1至10中的任一项所述的液晶组合物。
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