CN107118782A - 一种液晶组合物 - Google Patents

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    • G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods

Abstract

本发明公开了一种正性液晶组合物，其特征在于：作为组分A，含有1种或2种以上通式I表示的化合物，作为组分B，含有1种或2种以上通式Ⅱ‑1和/或通式Ⅱ‑2表示的化合物。本液晶组合物具有响应速度快、光学各向异性适中，而且具有对光和热的良好的稳定性，尤其适用于提升IPS、FFS等模式液晶显示器件的穿透率。

Description

一种液晶组合物
技术领域
本发明属于液晶材料技术领域，具体涉及一种正性液晶组合物，以及其在液晶显示器中的应用。
背景技术
显示是把以电信号为传播媒介的数据信息转变成以可视光为传播媒介的视觉信息的过程，完成显示的设备即人机界面Man-Machine Interface,MMI。平板显示器Flatpanel Display,FPD是目前最为流行的一类显示设备。液晶显示器Liquid CrystalDisplay,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 Liquid Crystal 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的亮度决定于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⊥。若液晶分子极性基团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。若液晶分子极性基团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。
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，所以具有响应时间慢的缺陷。
US 2013/0207038 A1，CN106281357A、CN104662126A公开了用于HB-FFS显示器的液晶组合物，其中提到的使用通过在正性液晶组合物中添加负性液晶组分，以提升FFS显示的透过率。但是在正性液晶组合物中添加负性组分，会使得原有正性液晶组合物的介电常数降低，从而需要更大的驱动电压，为了降低驱动电压，又需要增加更多的正性组分，使得作为稀释剂的中性组分的含量降低，从而存在不利于液晶组合物的低温存储改善的缺陷。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是提供一种正性液晶组合物，以解决现有液晶混合物存在的透过率低、响应速度慢以及低温互溶性差的问题。本发明中将式I表示的正性化合物及通式Ⅱ-1和/或通式Ⅱ-2表示的正性化合物组合作为液晶混合物中的正介电组分，由于正性化合物I具有较大的垂直介电常数，对于提升穿透率有利；而化合物Ⅱ-1和Ⅱ-2具有的环戊基和环丙基结构均具有改善液晶组合物低温互溶性的优异性能。并且由于化合物I、化合物Ⅱ-1和Ⅱ-2均具有较大的正性介电各向异性，所以其组合物中可以有更多的空间增加中性稀释剂组分的含量，进一步的改善低温互溶性。再改善低温互溶性的基础上，本发明中还可以有空间选择性的添加负性组分，在改善响应时间和提升穿透率上可以更好地平衡和优化。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种介电常数各向异性为正的液晶组合物，其中，作为组分A，含有1种或2种以上通式I表示的正性化合物，
作为组分B，含有1种或2种以上通式Ⅱ-1和/或通式Ⅱ-2表示的正性化合物，
其中，
R1表示碳原子数为1～10的直链烷基、碳原子数为1～10的直链烷氧基或碳原子数为2～10的直链烯基中的任一基团；
R2、R3各自独立地表示H、碳原子数为1～5的直链烷基、碳原子数为1～5的直链烷氧基或碳原子数为2～5的直链烯基中的任一基团；
各自独立地表示下述基团中的任意一种或多种，
①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，
②1,4-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；
a表示0或1；
b、c各自独立地表示1或2，并且当b＝2时，可以相同或不同，当c＝2时，可以相同或者不同。
本发明所述通式I所示的正性化合物优选自下列式Ⅰ-1至式Ⅰ-13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的直链烷氧基或碳原子数为2～10的直链烯基中的任一基团。
本发明所述通式Ⅱ-1所示的正性化合物优选自下列式Ⅱ-1-1至式Ⅱ-1-13所示的化合物，
R2表示H、碳原子数为1～5的直链烷基、碳原子数为1～5的直链烷氧基或碳原子数为2～5的直链烯基中的任一基团；优选地表示H、-CH3、-C2H5、-C3H7，进一步优选的表示H。
本发明所述通式Ⅱ-2所示的正性化合物优选自下列式Ⅱ-2-1至式Ⅱ-2-13所示的化合物，
R3表示H、碳原子数为1～5的直链烷基、碳原子数为1～5的直链烷氧基或碳原子数为2～5的直链烯基中的任一基团；优选地表示H、-CH3、-C2H5、-C3H7，进一步优选的表示H。
本发明所述液晶组合物还包含组分C，一种或多种通式Ⅲ所表示的化合物优选自Ⅲ-1至Ⅲ-8
本发明所述液晶组合物还包含组分D，一种或多种通式Ⅳ所表示的化合物，优选自Ⅳ-1至Ⅳ-9
其中，
R6表示碳原子数为1～5的直链烷基或碳原子数为2～10的直链烯基中的任一基团。
本发明所述液晶组合物还包含组分E，
一种或多种通式Ⅴ-1和或V-2所表示的化合物，优选自V-1-1至V-2-5
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的直链烷氧基或碳原子数为2～10的直链烯基中的任一基团；
R9表示碳原子数为1～10的直链烷基、碳原子数为1～10的直链烷氧基或碳原子数为2～10的直链烯基中的任一基团；
本发明所述液晶组合物还包含组分F，一种或多种通式Ⅵ所表示的化合物，优选自Ⅵ-1至Ⅵ-1
本发明所述液晶组合物为了进一步提升穿透率还包含负性组分G，一种或多种通式Ⅶ-1、Ⅶ-2、Ⅶ-3、Ⅶ-4和/或Ⅶ-5所示化合物，优选自结构式Ⅶ-1-1至Ⅶ-5-2
其中，
R11、R12、R13、R16、R18表示碳原子数为1～5的直链烷基。
本发明所述液晶组合物中，组分A的重量百分含量为1～40％，组分B的重量百分含量为1～50％，组分C的重量百分含量为10～70％，组分D的重量百分含量为5～50％，组分E的重量百分含量为1～50％，组分F的重量百分含量为1～50％，组分G的重量百分含量为0～30％。
本发明所述液晶组合物中，组分A的重量百分含量优选为1～35％，组分B的重量百分含量优选为1～40％，组分C的重量百分含量优选为20～65％，组分D的重量百分含量优选为5～40％，组分E的重量百分含量优选为1～30％，组分F的重量百分含量优选为1～40％，组分G的重量百分含量优选为1～30％。
本发明所述液晶组合物中，组分A的重量百分含量进一步优选为1～20％，组分B的重量百分含量进一步优选为1～30％，组分C的重量百分含量进一步优选为20～65％，组分D的重量百分含量进一步优选为10～40％，组分E的重量百分含量进一步优选为1～20％，组分F的重量百分含量进一步优选为1～40％，组分G的重量百分含量进一步优选为3～20％。
本发明所述液晶组合物中，为了提升抗UV和抗氧化性能，还可包含添加剂组分S，作为抗氧化、抗紫外添加剂。优选下列结构：
本发明所述的正介电各向异性液晶组合物，添加剂组分S在液晶组合物中的浓度范围为1～3000ppm。进一步优选为：添加剂组分S在液晶组合物中的浓度范围为50～1000ppm。
本发明所述的正介电各向异性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、无源矩阵显示元件或显示器。尤其适用于IPS、FFS显示器。更适用于提升穿透率的FFS液晶显示器。
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)，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°。
本发明实施例中的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
例如：表示为CC-3-V1，表示为PGUQU-3-F。
下面结合具体实施例对本发明做进一步详细说明：
对比例1
实施例1
实施例2
实施例3
实施例4
实施例5
实施例6
对比例2
实施例7
实施例8
实施例9
实施例10
实施例11
由对比例1和实施例1-6的比较可以看出，在实施例中1-6中均包含了通式Ⅰ和通式Ⅱ的液晶化合物，低温互溶性明显增加，并且其它方面的性能，清亮点、折射率、响应时间、电阻率、穿透率等并未有损失，从而获得了低温互溶性优异的液晶组合物，通过调节含量及参数，获得的液晶组合物在车载显示，TV，平板电脑，智能手机上有广阔的应用前景。
由对比例2和实施例7-11的比较可以看出，为了进一步提升穿透率在实施例中7-11中均包含了通式Ⅰ、通式Ⅱ及通式Ⅶ所表示的液晶化合物，环戊基和/或环丙基的加入，使得低温互溶性明显增加，并且其它方面的性能，清亮点、折射率、响应时间、电阻率等并未有损失，通式Ⅶ化合物的加入，有效地提升了穿透率，从而获得了低温互溶性优异，并且穿透率高的液晶组合物，通过调节含量及参数，获得的液晶组合物在高穿透TV和高穿透率的智能手机上有广阔的应用前景。
由实施例1-11可知，本发明的正性液晶组合物可以获得良好的低温互溶性，高透过率，快速响应时间和良好的稳定性，S-1、S-2、S-3、S-4添加剂的加入可以有效提升混晶的UV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11个实施例的具体物质和重量百分含量，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、Ⅵ、Ⅶ所代表的化合物、以及通式Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ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 (10)

1.一种液晶组合物，包括组分A以及组分B，所述组分A由一种或多种式I所示化合物组成
所述组分B由一种或多种式Ⅱ-1和/或通式Ⅱ-2所示化合物组成
其中，
R1表示碳原子数为1～10的直链烷基、碳原子数为1～10的直链烷氧基或碳原子数为2～10的直链烯基中的任一基团；
R2、R3各自独立地表示H、碳原子数为1～5的直链烷基、碳原子数为1～5的直链烷氧基或碳原子数为2～5的直链烯基中的任一基团；
各自独立地表示下述基团中的任意一种或多种，
①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-取代或未取代所形成的基团，
②1,4-亚苯基，其中一个或两个-CH-被N取代或未取代，一个或两个H被F取代或未取代所形成的基团；
a表示0或1；
b、c各自独立地表示1或2，并且当b表示2时，可以相同或不同，当c表示2时，可以相同或者不同。
2.根据权利要求1所述的液晶组合物，其特征在于，所述式I所示化合物优为下列式Ⅰ-1至式Ⅰ-13所示的化合物，
其中，R1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的直链烷氧基或碳原子数为2～10的直链烯基中的任一基团。
3.根据权利要求1所述的液晶组合物，所述液晶组合物还包含组分C，所述组分C由一种或多种式Ⅲ所示化合物组成
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的直链烷氧基或碳原子数为2～10的直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：所述液晶组合物还包含组分D，所述组分D由一种或多种式Ⅳ所示化合物组成
其中，
R6表示碳原子数为1～10的直链烷基、碳原子数为1～10的直链烷氧基或碳原子数为2～10的直链烯基中的任一基团；
X1、X2各自独立地表示H或F，且X1和X2不同时为F；
Y1表示F、碳原子数为1～6的直链烷基、碳原子数为1～6的直链烷氧基或碳原子数为2～6的直链烯基中的任一基团，其中的H为未被取代或被F单取代或被F多取代；
e表示0或1。
5.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组分E，所述组分E由一种或多种通式Ⅴ-1和或V-2所示化合物组成
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的直链烷氧基或碳原子数为2～10的直链烯基中的任一基团；
R9表示碳原子数为1～10的直链烷基、碳原子数为1～10的直链烷氧基或碳原子数为2～10的直链烯基中的任一基团；
表示反式1,4-亚环己基、1,4-环己烯基或1,4-亚苯基；
表示1,4-环己烯基或1,4-亚苯基；
各自独立地表示1,4-亚苯基基团，其中一个或两个H被F取代或未取代；
Z1表示单键、-CH2-、-CH2-CH2-、-CH＝CH-、-C≡C-、-COO-、-OOC-、-OCH2-或-CH2O-；
Y2表示F、碳原子数为1～6的直链烷基、碳原子数为1～6的直链烷氧基或碳原子数为2～6的直链烯基中的任一基团，其中的H为未被取代或被F单取代或被F多取代；
f表示0或1。
6.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组分F，所述组分F由一种或多种通式Ⅵ所示化合物组成
其中，
R10表示碳原子数为1～10的直链烷基、碳原子数为1～10的直链烷氧基或碳原子数为2～10的直链烯基中的任一基团；
X3、X4、X5、X6各自独立地表示H或F；
Y3表示F、碳原子数为1～6的直链烷基、碳原子数为1～6的直链烷氧基或碳原子数为2～6的直链烯基中的任一基团，其中的H为未被取代或被F单取代或被F多取代；
g表示0、1或2。
7.根据权利要求1所述的液晶组合物，其特征在于：所述液晶组合物还包含组分G，所述组分G由一种或多种通式Ⅶ-1、Ⅶ-2、Ⅶ-3、Ⅶ-4和/或Ⅶ-5所示化合物组成
其中，
(O)R11、(O)R12各自独立地表示碳原子数为1～5的直链烷基或者碳原子数为1～5的直链烷基醚中的任一基团；
R13、R16、R18表示碳原子数为1～5的直链烷基；
R14、R15、R17各自独立地表示
各自独立地表示反式1,4-亚环己基、1,4-环己烯基或1,4-亚苯基基团中的一种或多种；
h、j和k各自独立地表示0、1或2。
8.根据权利要求1-7所述的一种液晶组合物，其特征在于：所述液晶组合物中，组分A的重量百分含量为1～40％，组分B的重量百分含量为1～50％，组分C的重量百分含量为10～70％，组分D的重量百分含量为5～50％，组分E的重量百分含量为1～50％，组分F的重量百分含量为1～50％，组分G的重量百分含量为0～30％。
9.根据权利要求1-8所述的一种液晶组合物，其特征在于：所述液晶组合物中，还可包含手性、抗氧化、抗紫外或可聚合的添加剂。
10.包含权利要求1-9中任一项所述的正介电各向异性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、无源矩阵显示元件或显示器。
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