CN106010580B

CN106010580B - 液晶组合物及其应用

Info

Publication number: CN106010580B
Application number: CN201610353264.4A
Authority: CN
Inventors: 温刚; 梁瑞祥; 高红茹; 王跃华; 翟媛媛; 贠国良; 张兴; 孟劲松
Original assignee: Shijiazhuang Chengzhi Yonghua Display Material Co Ltd
Current assignee: Shijiazhuang Chengzhi Yonghua Display Material Co Ltd
Priority date: 2016-05-25
Filing date: 2016-05-25
Publication date: 2018-08-28
Anticipated expiration: 2036-05-25
Also published as: CN106010580A

Abstract

本发明公开了一种液晶组合物，含有式Ⅰ、式Ⅱ化合物，以及还可以包含一种或多种式Ⅱ‑B化合物：其中各取代基均给出其定义。本发明涉及组合物具有低粘度γ₁、适中的介电各向异性Δε、适中的光学各向异性Δn，可以实现液晶显示的快速响应。

Description

液晶组合物及其应用

技术领域

本发明涉及液晶显示技术领域，具体涉及一种液晶组合物，以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，不仅需要具有如上稳定性外，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。

对于动态画面显示应用，消除显示画面残影和拖尾，要求液晶具有很快的响应速度，因此要求液晶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三种模式分别与平均弹性常数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，会“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，有的似乎不易找到规律，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

本发明的目的在于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。包含该液晶组合物的液晶显示元件或液晶显示器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。

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，所述液晶组合物包含一种或多种通式Ⅰ所示化合物组成的第一组分、包含一种或两种通式Ⅱ所示化合物组成的第二组分，所述第二组分还可以包含一种或多种通式Ⅱ-B所示化合物，

其中，

R₁、R₂分别选自碳原子数为1～5的直链烷基、碳原子数为2～5的直链烯基的其中一种；

R₃选自碳原子数为1～10的直链烷基、氟取代的碳原子数为1～10的直链烷基、碳原子数为1～10的直链烷氧基、氟取代的碳原子数为1～10的直链烷氧基、碳原子数为2～10的直链烯基、氟取代的碳原子数为2～10的直链烯基、碳原子数为3～8的直链烯氧基或氟取代的碳原子数为3～8的直链烯氧基的其中一种，且R₁、R₂、R₃中任一个不相连的CH₂可以被环戊基、环丁基、环丙基、-O-替代；

Y₁选自乙基或乙烯基的其中一种；

分别选自1,4-亚苯基、1,4-亚环己基或1,4-亚环己烯基的其中一种；

通式Ⅱ-B所示化合物不包含通式Ⅱ所示化合物。

优选地，本发明所述液晶组合物优选不包含含有-CN的液晶化合物、不包含含有吡啶、嘧啶环化合物。-CN具有很大的永久偶极矩，电子云较为丰富，易于吸附阳离子从而导致离子溶剂化，使液晶电学性能的下降，比如电荷保持率VHR、电阻率ρ、功耗等；吡啶、嘧啶环化合物由于在UV下电子易于受到激发而导致品质下降。

本发明进一步优选不含有稠环结构的液晶化合物。

本发明所提供的液晶组合物Δn[589nm,25℃]≥0.08，Δε[1KHz,25℃]>2或Δε[1KHz,25℃]﹤-2，清亮点Cp>70.0℃，旋转粘度γ₁[25℃]在40～120mPa·s之间。

本发明技术方案的进一步改进在于：所述通式Ⅰ所示化合物具体为式Ⅰ1～Ⅰ4所示化合物，

本发明的通式Ⅰ所示化合物普遍具有与其他液晶良好的互溶性，尤其是含有R₁₂选自碳原子数为2～10的直链烯基、R₂₁选自碳原子数为1～10的直链烷基的式Ⅰ所示化合物。

式Ⅰ1～Ⅰ4所示化合物的光学各向异性Δn总体偏小，一般小于混合液晶的Δn，所以，可以用于向低的方向调节混合液晶的Δn。当含有R₂₂选自碳原子数为1～10的直链烷氧基时，由于氧原子的共轭参与，Δn稍大。

所述通式Ⅱ所示化合物具体为式Ⅱ1～Ⅱ2所示化合物，

所述通式Ⅱ-B所示化合物具体为式Ⅱ-B-1～Ⅱ-B-10所示化合物，

其中，

R₁₁选自碳原子数为1～10的直链烷基的其中一种；

R₁₂选自碳原子数为2～10的直链烯基的其中一种；

R₂₁选自碳原子数为1～10的直链烷基的其中一种；

R₂₂选自碳原子数为1～10的直链烷氧基的其中一种。

本发明技术方案的进一步改进在于：所述液晶组合物中第一组分的通式Ⅰ所示化合物的质量百分含量为2～25％，第二组分中通式Ⅱ所示化合物的质量百分含量为5～55％、通式Ⅱ-B所示化合物的质量百分含量为0～30％。

本发明技术方案的进一步改进在于：所述液晶组合物为正性液晶组合物，所述液晶组合物还包含一种或多种通式Ⅲ所示化合物组成的第三组分，

其中，

R₄选自碳原子数为1～10的直链烷基、氟取代的碳原子数为1～10的直链烷基、碳原子数为1～10的直链烷氧基、氟取代的碳原子数为1～10的直链烷氧基、碳原子数为2～10的直链烯基、氟取代的碳原子数为2～10的直链烯基、碳原子数为3～8的直链烯氧基、氟取代的碳原子数为3～8的直链烯氧基的其中一种，且R₄中任一个CH₂可以被环戊基、环丁基、环丙基替代；

分别选自的其中一种；

Z₁、Z₂分别选自单键、-CF₂O-、-CH₂CH₂-、-CH₂O-的其中一种；

Y₂表示F、氟取代的碳原子数为1～5的直链烷基、氟取代的碳原子数为1～5的直链烷氧基、氟取代的碳原子数为2～5的直链烯基、氟取代的碳原子数为3～8的直链烯氧基；

m表示1，2。

本发明技术方案的进一步改进在于：所述通式Ⅲ所示化合物具体为式Ⅲ1～Ⅲ22所示化合物，

其中，

X₁、X₂分别选自H或F的其中一种，但不能同时为F，也不能同时为H；

(F)选自H或F的其中一种。

本发明技术方案的进一步改进在于：所述液晶组合物为负性液晶组合物，所述液晶组合物还包含一种或多种通式Ⅳ所示的化合物组成的第四组分，

其中，

R₅、R₆分别选自碳原子数为1～10的直链烷基、氟取代的碳原子数为1～10的直链烷基、碳原子数为1～10的直链烷氧基、氟取代的碳原子数为1～10的直链烷氧基、碳原子数为2～10的直链烯基、氟取代的碳原子数为2～10的直链烯基、碳原子数为3～8的直链烯氧基、氟取代的碳原子数为3～8的直链烯氧基的其中一种，且R₅、R₆中任一个CH₂可以被环戊基、环丁基、环丙基替代；

Z₃、Z₄分别选自单键、-CH₂CH₂-、-CH₂O-的其中一种；

分别选自的其中一种；

m表示1，2；

n表示0，1，2。

本发明技术方案的进一步改进在于：所述通式Ⅳ所示的化合物具体为式Ⅳ1～Ⅳ11所示化合物，

其中，

R₅、R₆的定义与上述相同。

本发明技术方案的进一步改进在于：所述液晶组合物为负性液晶组合物，所述液晶组合物还包含一种或多种通式Ⅴ所示的化合物组成的第五组分，

其中，

R₇、R₈分别选自碳原子数为1～10的直链烷基、氟取代的碳原子数为1～10的直链烷基、碳原子数为1～10的直链烷氧基、氟取代的碳原子数为1～10的直链烷氧基、碳原子数为2～10的直链烯基、氟取代的碳原子数为2～10的直链烯基、碳原子数为3～8的直链烯氧基、氟取代的碳原子数为3～8的直链烯氧基的其中一种，且R₅、R₆中任一个CH₂可以被环戊基、环丁基、环丙基替代。

优选地，式Ⅴ所示化合物具体为，

其中，

R₈₁选自碳原子数为1～10的直链烷氧基的其中一种。

本发明的液晶组合物中第一组分的质量百分含量为2～25％，第二组分中通式Ⅱ所示化合物的质量百分含量为5～55％、通式Ⅱ-B所示化合物的质量百分含量为0～30％，第三组分的质量百分含量为0～60％，第四组分的质量百分含量为0～50％，第五组分的质量百分含量为0～30％。

优选地，液晶组合物中第一组分的质量百分含量为5～23％，第二组分中通式Ⅱ所示化合物的质量百分含量为10～50％、通式Ⅱ-B所示化合物的质量百分含量为0～14％，第三组分的质量百分含量为13～53％，第四组分的质量百分含量为3～50％，第五组分的质量百分含量为0～10％。

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，掺杂剂含量占液晶组合物总重量的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：

S表示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或无源矩阵显示元件或显示器。

所述液晶显示元件或液晶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在于：

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作进一步阐述，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，20oC)，

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)如有不必要的可以去除

表(一)：环结构的对应代码

表(二)：端基与链接基团的对应代码

举例：

实施例1

对比例1

实施例1中通式Ⅰ化合物2CLBO1、3CLB 2替换为现有已知饱和环结构的化合物2CCBO1、3CCB2，得到对比例组合物，从参数对比可以看出，通式Ⅰ化合物具有略高的Cp、更低的粘度γ₁、以及稍大的Δn。有利于实现更快的响应速度以及更宽的液晶相温度范围。

实施例2

实施例3

实施例4

实施例5

实施例6

实施例7

实施例8

实施例9

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、VA模式用液晶材料。

Claims

1.一种液晶组合物，其特征在于：所述液晶组合物包含一种或多种通式Ⅰ所示化合物组成的第一组分、包含一种或两种通式Ⅱ所示化合物组成的第二组分，所述第二组分还包含一种或多种通式Ⅱ-B所示化合物，

其中，

R₁、R₂分别选自碳原子数为1～5的直链烷基的其中一种；

Y₁选自乙基或乙烯基的其中一种；

通式Ⅱ-B所示化合物不包含通式Ⅱ所示化合物。

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所示化合物具体为式Ⅰ1、Ⅰ2所示化合物，

所述通式Ⅱ所示化合物具体为式Ⅱ1～Ⅱ2所示化合物，

所述通式Ⅱ-B所示化合物具体为式Ⅱ-B-1、Ⅱ-B-6～Ⅱ-B-10所示化合物，

其中，

R₁₁选自碳原子数为1～5的直链烷基的其中一种；

R₂₁选自碳原子数为1～5的直链烷基的其中一种；

R₂₂选自碳原子数为1～5的直链烷氧基的其中一种。

3.根据权利要求1或2所述的液晶组合物，其特征在于：所述液晶组合物中第一组分的通式Ⅰ所示化合物的质量百分含量为2～25％，第二组分中通式Ⅱ所示化合物的质量百分含量为5～55％、通式Ⅱ-B所示化合物的质量百分含量为2～30％。

4.根据权利要求3所述的液晶组合物，其特征在于：所述液晶组合物为正性液晶组合物，所述液晶组合物还包含一种或多种通式Ⅲ所示化合物组成的第三组分，

其中，

分别选自的其中一种；

m表示1，2。

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Ⅲ所示化合物具体为式Ⅲ1～Ⅲ22所示化合物，

其中，

(F)选自H或F的其中一种。

6.根据权利要求3所述的液晶组合物，其特征在于：所述液晶组合物为负性液晶组合物，所述液晶组合物还包含一种或多种通式Ⅳ所示的化合物组成的第四组分，

其中，

Z₃、Z₄分别选自单键、-CH₂CH₂-、-CH₂O-的其中一种；

分别选自的其中一种；

m表示1，2；

n表示0，1，2。

7.根据权利要求6所述的液晶组合物，其特征在于：所述通式Ⅳ所示的化合物具体为式Ⅳ1～Ⅳ11所示化合物，

其中，

R₅、R₆分别选自碳原子数为1～10的直链烷基、氟取代的碳原子数为1～10的直链烷基、碳原子数为1～10的直链烷氧基、氟取代的碳原子数为1～10的直链烷氧基、碳原子数为2～10的直链烯基、氟取代的碳原子数为2～10的直链烯基、碳原子数为3～8的直链烯氧基、氟取代的碳原子数为3～8的直链烯氧基的其中一种，且R₅、R₆中任一个CH₂可以被环戊基、环丁基、环丙基替代。

8.根据权利要求3所述的液晶组合物，其特征在于：所述液晶组合物为负性液晶组合物，所述液晶组合物还包含一种或多种通式Ⅴ所示的化合物组成的第五组分，

其中，

R₇、R₈分别选自碳原子数为1～10的直链烷基、氟取代的碳原子数为1～10的直链烷基、碳原子数为1～10的直链烷氧基、氟取代的碳原子数为1～10的直链烷氧基、碳原子数为2～10的直链烯基、氟取代的碳原子数为2～10的直链烯基、碳原子数为3～8的直链烯氧基、氟取代的碳原子数为3～8的直链烯氧基的其中一种，且R₇、R₈中任一个CH₂可以被环戊基、环丁基、环丙基替代。

9.包含权利要求1～8中任一所述液晶组合物的液晶显示元件或液晶显示器，其特征在于：所述显示元件或显示器为有源矩阵显示元件或显示器或无源矩阵显示元件或显示器。

10.根据权利要求9所述的液晶显示元件或液晶显示器，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或VA-TFT液晶显示元件或显示器。