CN105602575A - 液晶组合物及其液晶显示元件或显示器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种液晶组合物及其液晶显示元件或显示器。液晶组合物含有通式Ⅰ、通式Ⅱ、通式Ⅲ化合物，其中，R₁、R₃表示碳原子数为2～5的直链烷基，R₂表示碳原子数为2～5的直链烷基、碳原子数为2～5的烯基；R₄表示H或碳原子数为1～3的直链烷基；X₁、X₂表示H或F。本液晶组合物具有响应速度快、介电各向异性大、光学各向异性适中，而且具有对光和热的良好的稳定性，尤其适用于IPS液晶显示器件。

Description

液晶组合物及其液晶显示元件或显示器

技术领域

本发明涉及一种液晶组合物及包含该液晶组合物的液晶显示元件或液晶显示器。

背景技术

目前，液晶化合物的应用范围拓展的越来越广，其可应用于多种类型的显示器、电光器件、传感器等中。用于上述显示领域的液晶化合物的种类繁多，其中向列相液晶应用最为广泛。向列相液晶已经应用在无源TN、STN矩阵显示器和具有TFT有源矩阵的系统中。

对于薄膜晶体管技术(TFT-LCD)应用领域，近年来市场虽然已经非常巨大，技术也逐渐成熟，但人们对显示技术的要求也在不断的提高，尤其是在实现快速响应，降低驱动电压以降低功耗等方面。液晶材料作为液晶显示器重要的光电子材料之一，对改善液晶显示器的性能发挥重要的作用。

作为液晶材料，需要具有良好的化学和热稳定性以及对电场和电磁辐射的稳定性。而作为薄膜晶体管技术(TFT-LCD)用液晶材料，不仅需要具有如上的稳定性，还应具有较宽的向列相温度范围、合适的双折射率各向异性、非常高的电阻率、良好的抗紫外线性能、高电荷保持率以及低蒸汽压等性能。

在动态画面显示过程，希望能够尽量消除显示画面的残影和拖尾，要求液晶具有很快的响应速度，因此要求液晶材料具有较低的旋转粘度γ₁；另外，对于便携式设备，为了降低设备能耗，希望液晶的驱动电压尽可能低；而对于电视等用途的显示器来说，对于液晶的驱动电压要求不是那么的低。

液晶化合物的粘度，尤其是旋转粘度γ₁直接影响液晶加电后的响应时间，不管是上升时间(t_on)还是下降时间(t_off)，都与液晶的旋转粘度γ₁成正比关系，上升时间(t_on)由于与液晶盒和驱动电压有关，可以通过加大驱动电压的方法与降低液晶盒盒厚来调节；而下降时间(t_off)与驱动电压无关，主要是与液晶的弹性常数与液晶盒盒厚有关，盒厚的下降会降低下降时间(t_off)，而不同显示模式下，液晶分子的运动方式不一样，TN、IPS、VA三种模式分别于平均弹性常数K、扭曲弹性常数、弯曲弹性常数成反比关系。

依照液晶连续体理论，各种不同的液晶在外力(电场、磁场)作用下发生形变后，会通过分子间的相互作用，“回弹”回原来的形状；同样的，液晶也是由于分子间的相互作用力形成“粘度”。液晶分子的微小变化，会使液晶的常规参数性能发生明显的变化，这些变化有的是有一定规律的，有的几乎不易找到规律，液晶材料及其配比等对于液晶分子间的相互作用也会产生明显的影响，这些影响非常微妙，至今也没有形成很完善的理论解释。

液晶的粘度与液晶分子结构有关，研究不同液晶分子形成的液晶体系的粘度与液晶分子结构之间的关系是液晶配方工程师的重要任务之一。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是提供一种液晶组合物及包含该液晶组合物的液晶显示元件或液晶显示器，该液晶组合物具有较低的粘度，可以实现快速响应，同时具有较大的介电各向异性Δε、适中的光学各向异性Δn、高的对热和光的稳定性、良好的抗紫外线性能、高电荷保持率以及低蒸汽压等性能。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种液晶组合物，含有一种或多种通式Ⅰ化合物、一种或多种通式Ⅱ化合物、一种或多种通式Ⅲ化合物，

其中，R₁、R₃为碳原子数为2～5的直链烷基，R₂为碳原子数为2～5的直链烷基、碳原子数为2～5的烯基；R₄为H或碳原子数为1～3的直链烷基；X₁、X₂为H或F。

本发明所提供的上述液晶组合物的Δn[589nm,25℃]＞0.08，Δε[1KHz,25℃]＞2，清亮点Cp＞70.0℃，旋转粘度γ₁[25℃]在40～110mPa·s之间。

本发明所提供的液晶组合物中，通式Ⅰ化合物质量百分含量为5～30％，通式Ⅱ化合物质量百分含量为5～20％，通式Ⅲ化合物质量百分含量为20～50％。

本发明所提供的液晶组合物中，通式Ⅰ、通式Ⅱ、通式Ⅲ的化合物进一步限定如下。通式Ⅰ化合物为式Ⅰ1～Ⅰ4所示的化合物：

通式Ⅱ化合物为式Ⅱ1～Ⅱ3通式化合物，

R₂表示碳原子数为2～5的直链烷基或碳原子数为2～5的烯基。

通式Ⅲ化合物为式Ⅲ1～Ⅲ4化合物，

通式Ⅰ1～Ⅰ4化合物的介电各向异性Δε在25～30之间，而且同时具有低的旋转粘度，清亮点在120℃以上，Δn在0.2以上。有利于于提高液晶组合物Δε、提高清亮点、提高Δn。

通式Ⅱ1～Ⅱ3所示化合物普遍具有与其他液晶良好的互溶性，Ⅱ1、Ⅱ2、Ⅱ3的介电各向异性Δε逐渐增大，Ⅱ3的介电各向异性Δε达到12左右；光学各向异性Δn在合适的范围之内，接近混合液晶的Δn，但是又稍有区别，在0.11至0.13之间。

式Ⅲ1～Ⅲ4化合物具有很低的旋转粘度γ₁、接近中性的介电各向异性Δε、较小的光学各向异性Δn，在改善液晶粘度、低温性能具有优势。不同的烷基取代基对液晶的旋转粘度γ₁、清亮点CP都具有影响，一般的较长的烷基链或烯基链会加大液晶的旋转粘度γ₁同时提高清亮点CP。

本发明所提供的液晶组合物，还可以加入一种或多种式Ⅳ所示化合物，液晶组合物中式Ⅳ所示化合物的含量为1～25％，

R₅表示碳原子数为2～5的烷基。烷基链碳原子数多，液晶的CP会较高，但是同时粘度会增大。

式Ⅳ所示化合物为以下Ⅳ1～Ⅳ4化合物：

式Ⅳ所示化合物具有中等的Δε(6左右)、较高的CP，较低的粘度适用于调节液晶的粘度、CP、Δε。

本发明所提供的液晶组合物，还可以加入一种或多种式Ⅴ所示化合物，液晶组合物中式Ⅴ所示化合物的含量为1～25％，

R₆表示碳原子数为2～5的烯基。

式Ⅴ所示化合物为式Ⅴ1～Ⅴ2化合物，

式Ⅴ所示化合物与式Ⅳ所示化合物相比具有更高的转变温度清亮点CP，较低的粘度，尤其是具有更大的弹性常数。有利于提高响应速度。

液晶组合物各成分的不同比例，会表现出略有差异的性能，比如介电各向异性Δε、光学各向异性Δn、液晶的向列相转化为液体的转变温度清亮点CP、低温下稳定性都会有所差异，可以应用于不同类型的显示器件，但是相同的特点是其旋转粘度γ₁较低。应用于液晶显示器件，可以实现快速响应。

本发明所提供的液晶化合物中还可以加入各种功能的掺杂剂，掺杂剂含量优选0.01～1％之间，这些掺杂剂主要是抗氧化剂、紫外线吸收剂、手性剂。

抗氧化剂、紫外线吸收剂优选：

上式中的S为1～10的整数。

手性剂优选(左旋或右旋)：

本发明还涉及包含上述任意一种液晶组合物的液晶显示元件或液晶显示器；所述显示元件或显示器为有源矩阵显示元件或显示器、无源矩阵显示元件或显示器。

所述液晶显示元件或显示器优选有源矩阵寻址液晶显示元件或液晶显示器。

所述有源矩阵显示元件或显示器具体为TN-TFT或IPS-TFT液晶显示元件或显示器。

由于采用了上述技术方案，本发明取得的技术进步是：

本发明所提供的液晶组合物具有较低的粘度，可以实现快速响应，同时具有适中的介电各向异性Δε、适中的光学各向异性Δn、高的对热和光的稳定性。

包含本发明所提供的液晶组合物的液晶材料，不但具有良好的化学和热稳定性以及对电场和电磁辐射的稳定性。而且，作为薄膜晶体管技术(TFT-LCD)用液晶材料，还具有较宽的向列相温度范围、合适的双折射率各向异性、非常高的电阻率、良好的抗紫外线性能、高电荷保持率以及低蒸汽压等性能。

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，但本发明并不限于以下实施例。所述方法如无特别说明均为常规方法。所述原料如无特别说明均能从公开商业途径而得。所述百分比如无特别说明，均为质量百分比。

下述实施例中，

CP表示清亮点，直接使用WRX-1S显微热分析仪测定，设定升温速率为3℃/min。

Δn表示光学各向异性(589nm，20℃)，

Δε表示介电各向异性(25℃，1KHz，HP4284A，5.2微米TN左旋盒)，

γ₁表示20℃时旋转粘度(mpas)，VHR(％)代表电荷保持率(5V,60Hz,20℃)，ρ(×10¹³Ω·cm)代表电阻率(20℃)，

电压保持率VHR(％)的测试仪与电阻率ρ(×10¹³Ω·cm)均为TOYO06254和TOYO6517型液晶物性评价系统(测试温度20℃，时间16ms，测试盒为7.0微米)。

本发明申请实施例液晶单体结构用代码表示，液晶环结构、端基、连接基团的代码表示方法见下表(一)、表(二)。

表(一)：环结构的对应代码

表(二)：端基与链接基团的对应代码

端基与链接基团	对应代码
		CnH2n+1-	n
CnH2n+1O-	nO
		-OCF3	OCF3
-CF2O-	Q
		-F	F
-CH2＝CH2-	V

举例：

表示为3CCV1，

表示为3BB(3F)B(3F,5F)QB(3F,5F)F，

实施例1

实施例2

实施例3

实施例4

实施例5

实施例6

实施例7

由以上实施例可以看出：本发明的液晶组合物具有较低的旋转粘度γ₁，用于液晶显示，可以实现快速响应。尤其适合于TN、IPS模式用液晶材料。

Claims (10)

1.一种液晶组合物，其特征在于：含有一种或多种通式Ⅰ化合物、一种或多种通式Ⅱ化合物、一种或多种通式Ⅲ化合物，

其中，R₁、R₃为碳原子数为2～5的直链烷基，R₂为碳原子数为2～5的直链烷基、碳原子数为2～5的烯基；R₄为H或碳原子数为1～3的直链烷基；X₁、X₂为H或F。

2.根据权利要求1所述的液晶组合物，其特征在于：通式Ⅰ化合物质量百分含量为5～30％，通式Ⅱ化合物质量百分含量为5～20％，通式Ⅲ化合物质量百分含量为20～50％。

3.根据权利要求1所述的液晶组合物，其特征在于：通式Ⅰ化合物为式Ⅰ1～Ⅰ4所示的化合物，通式Ⅱ化合物为式Ⅱ1～Ⅱ3所示的化合物，通式Ⅲ化合物为式Ⅲ1～Ⅲ4化合物，

R₂表示碳原子数为2～5的直链烷基或碳原子数为2～5的烯基。

4.根据权利要求1所述的液晶组合物，其特征在于：还包含一种或多种式Ⅳ化合物，且其质量百分含量为1％～25％，

R₅表示碳原子数为2～5的烷基。

5.根据权利要求4所述的液晶组合物，其特征在于：式Ⅳ所示化合物为式Ⅳ1～Ⅳ4化合物，

6.根据权利要求1所述的液晶组合物，其特征在于：还包含式Ⅴ化合物，且其质量百分含量为1％～25％，

R₆表示碳原子数为2～5的烯基。

7.根据权利要求6所述的液晶组合物，其特征在于：式Ⅴ化合物为式Ⅴ1～Ⅴ2化合物，

8.包含权利要求1～7任一项所述液晶组合物的液晶显示元件或显示器，其特征在于：所述液晶显示元件或显示器为有源矩阵显示元件或显示器、无源矩阵显示元件或显示器。

9.根据权利要求8所述的液晶显示元件或显示器，其特征在于：所述有源矩阵显示元件或显示器为TN-TFT或IPS-TFT液晶显示元件或显示器。

10.根据权利要求9所述的液晶显示元件或显示器，其特征在于：液晶组合物中通式Ⅰ化合物质量百分含量为6～20％，通式Ⅱ化合物质量百分含量为5～15％，通式Ⅲ化合物质量百分含量为25～45％，式Ⅳ化合物的质量百分含量为5～20％，式Ⅴ化合物的质量百分含量为5～20％。