CN107286954B - 一种快响应液晶组合物及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种快响应液晶组合物，包括通式I所代表化合物中的至少一种，通式II所代表化合物中的至少一种，通式III所代表化合物中的至少一种，通式IV所代表化合物中的至少一种：

Description

一种快响应液晶组合物及其应用

技术领域

本发明涉及液晶材料领域，具体涉及一种快响应液晶组合物及其应用，更具体地涉及一种含有2-甲基-3，4，5-三氟苯基化合物的液晶组合物，特别地，该组合物适用于快响应的FFS或IPS液晶显示器。

背景技术

目前液晶在显示领域得到了广泛的应用，显示是把电信号(数据信息)转变为可视光(视觉信息)的过程，完成显示的设备即人机界面(Man-Machine Interface,MMI)。液晶显示伴随液晶的发现经历了漫长的发展道路。1888年奥地利植物学家Friedrich Reinitzer发现了第一种液晶材料安息香酸胆固醇(cholesteryl benzoate)。1917年Manguin发明了摩擦定向法，用以制作单畴液晶和研究光学各向异性。1909年E.Bose建立了攒动(Swarm)学说，并得到L.S.Ormstein及F.Zernike等人的实验支持(1918年)，后经De Gennes论述为统计性起伏。G.W.Oseen和H.Zocher在1933年创立连续体理论，并得到F.C.Frank完善(1958年)。M.Born(1916年)和K.Lichtennecker(1926年)发现并研究了液晶的介电各向异性。1932年，W.Kast据此将向列相分为正、负性两大类。1927年，V.Freedericksz和V.Zolinao发现向列相液晶在电场或磁场作用下，发生形变并存在电压阈值(Freederichsz转变)。这一发现为液晶显示器的制作提供了依据。

1968年美国RCA公司R.Williams发现向列相液晶在电场作用下形成条纹畴，并有光散射现象。G.H.Heilmeir随即将其发展成动态散射显示模式，并制成世界上第一个液晶显示器(LCD)。七十年代初，Helfrich及Schadt发明了TN原理，人们利用TN光电效应和集成电路相结合，将其做成显示器件(TN-LCD)，为液晶的应用开拓了广阔的前景。七十年代以来，由于大规模集成电路和液晶材料的发展，液晶在显示方面的应用取得了突破性的发展，1983～1985年T.Scheffer等人提出超扭曲向列相(Super Twisred Nematic：STN)模式。

目前，液晶显示成为电视类产品的主流显示方式，液晶显示因其具有技术成熟、成本低等优势成为消费者的最佳选择。

大尺寸电视主要有IPS(In-plane Switching，面内转换技术)、FFS(Fringe FieldSwitching，边缘场开关技术)模式和MVA(Multi-domain Vertical Alignment，意为多像限垂直配同技术)、PVA(Patterned Vertical Alignment，意思是图像垂直调整技术)、PSVA(聚合物稳定垂直配向技术)等VA模式显示方式，VA类显示器存在着色差问题和软屏缺点，导致显示效果不如IPS和FFS显示器。

目前，IPS和FFS显示器已经克服了对比度和视角等问题，成功的应用于大尺寸液晶显示器，但是，受液晶自身的原因，响应时间成为IPS和FFS模式电视液晶显示最大的问题，具体地，液晶显示器的响应时间受限于液晶组合物的旋转粘度，旋转粘度越低，响应时间越快。

本发明所提供的液晶组合物旨在解决FFS和IPS显示器的响应时间，具体地，本发明所提供的液晶组合物具有低的旋转粘度，进一步拥有快的响应时间。

发明内容

本发明的目的是提供一种快响应液晶组合物，所提供的液晶组合物具有低的旋转粘度，进一步拥有快的响应时间，从而有效地解决了液晶显示器响应速度慢的问题。

为实现上述目的，本发明的技术方案之一是：

一种快响应液晶组合物，包括通式I所代表化合物中的至少一种，通式II所代表化合物中的至少一种，通式III所代表化合物中的至少一种，通式IV所代表化合物中的至少一种：

通式I中，R₁代表C₁～C₁₂的直链烷基或C₂～C₁₂的直链烯基；n为0或1；A代表：

中的一种；

通式II中，R₂、R₃各自独立地代表C₁～C₁₂的直链烷基或C₂～C₁₂的直链烯基；B、C各自独立地代表反式1，4-环己基或1，4-亚苯基；

通式III中，R₄代表C₁～C₁₂的直链烷基或C₂～C₁₂的直链烯基；

通式IV中，R₅代表C₁～C₁₂的直链烷基或C₂～C₁₂的直链烯基；X代表F、OCF₃或C₁～C₇的直链烷基；D代表反式1，4-环己基或1，4-亚苯基。

本发明所提供的通式I所代表的化合物为2-甲基-3，4，5-三氟苯类化合物，该类化合物具有非常大的介电各向异性，能有效地提升液晶组合物的介电各向异性。

优选地，本发明所提供的通式I的化合物选自式IA～式IC中的一种或多种：

其中，R₁代表C₁～C₁₂的直链烷基或C₂～C₁₂的直链烯基，优选地，R₁代表C₁～C₇的直链烷基；进一步优选地，R₁代表C₂～C₅的直链烷基。

进一步优选地，本发明所提供的通式I的化合物选自式IA1～式IC4中的一种或多种：

再进一步优选地，本发明所提供的通式I的化合物选自式IA2、IB1、IB2、IC3中的一种或多种。

在液晶组合物中，以重量百分比计，通式I所代表的化合物的用量为10-35％，或15-30％，或16-25％，或16-22.5％，优选为16-22.5％。

本发明所提供的通式II的化合物为两环化合物，该类化合物具有低的旋转粘度和优异的互溶性，可有效降低液晶组合物的旋转粘度。

优选地，本发明所提供的通式II的化合物选自式IIA或IIB中的一种或多种：

其中，R₂、R₃各自独立地代表C₁～C₁₂的直链烷基或C₂～C₁₂的直链烯基；优选地，R₂代表C₁～C₈的直链烷基，R₃代表C₁～C₇的直链烷基或C₂～C₈的直链烯基；进一步优选地，R₂代表C₂～C₅的直链烷基，R₃代表C₁～C₅的直链烷基或C₂～C₅的直链烯基。

进一步优选地，本发明所提供的通式II所代表的化合物选自式IIA1～式IIB24中的一种或多种:

再进一步优选地，本发明所提供的通式II的化合物选自IIA2、IIA6、IIB2、IIB4、IIB15中的一种或多种。

在液晶组合物中，以重量百分比计，通式II所代表的化合物的用量为30-60％，或40-55％，或45.5-51％，或35-45％，优选为44.5-51％。

本发明所提供的通式III的化合物为氟代三联苯类化合物，该类化合物具有极大的光学各向异性。

优选地，本发明所提供的通式III的化合物选自IIIA或IIIB中的一种或多种：

IIIA中，R₄代表C₁～C₁₂的直链烷基，优选地，R₄代表C₁～C₇的直链烷基；进一步优选地，R₄代表C₁～C₇的直链烷基；IIIB中，K代表H或C₁～C₄的直链烷基。

进一步优选地，本发明所提供的通式III的化合物选自式IIIA1～IIIB2中的一种或多种：

再进一步优选地，本发明所提供的通式III的化合物选自IIIA1、IIIA2、IIIA4、IIIB1中的一种或多种。

在液晶组合物中，以重量百分比计，通式III所代表的化合物的用量为5-20％，或1-35％，或3-25％，或5-16％，或12-20％，优选为5-20％。

本发明所提供的通式IV的化合物为三环结构化合物，该类结构具有大的弹性常数。

优选地，本发明所提供的通式IV的化合物选自式IVA～IVD中的一种或多种：

其中，R₅代表C₁～C₁₂的直链烷基或C₂～C₁₂的直链烯基，优选地，R₅代表C₂～C₇的直链烷基或直链烯基，进一步优选地，R₅代表C₂～C₅的直链烷基或直链烯基；X代表C₁～C₇的直链烷基，优选地，X代表C₁～C₅的直链烷基。

进一步优选地，本发明所提供的通式IV的化合物选自式IVA1～IVD22中的一种或多种：

再进一步优选地，本发明所提供的通式IV的化合物选自式IVA2、IVB2、IVC1、IVC14、IVD12、IVD16中的一种或多种。

在液晶组合物中，以重量百分比计，通式IV所代表的化合物的用量为1-45％，或5-25％，或8-22％，或8-17％，或13-22％，优选为8-22％。

优选地，本发明所提供的液晶组合物还包含通式V所代表的化合物中的一种或多种：

其中，R₆代表C₁～C₁₂的直链烷基；Y代表F、C₁～C₁₂的直链烷基；G代表反式1，4-环己基或1，4-亚苯基；E代表反式1，4-环己基或2-氟-1，4-亚苯基。

本发明所提供的通式V的化合物为四环结构化合物，该类结构化合物具有高的清亮点。

优选地，通式V所代表的化合物选自式VA或VB中的一种或多种：

其中，R₆、Y各自独立地代表C₁～C₁₂的直链烷基，优选地，R₆、Y各自独立地代表C₂～C₇的直链烷基，进一步优选地，R₆、Y各自独立地代表C₂～C₅的直链烷基。

进一步优选地，本发明所提供的通式V的化合物选自式VA1～VB4中的一种或多种：

再进一步优选地，通式V所代表的化合物选自VA5、VB1、VB2、VB3中的一种或多种。

在液晶组合物中，通式V所代表的化合物为可添加组分，以重量百分比计，通式V所代表的化合物的用量为0-20％，或0-15％，当添加该组分时，其添加量为3-14％，或3-8％，或6-14％。

具体的而言，为了使液晶组合物满足不同的需求，本发明所述液晶组合物包含以下重量百分比的组分：

1)、10％～35％通式I所代表化合物中的一种或多种；

2)、30％～60％通式II所代表化合物中的一种或多种；

3)、1％～35％通式III所代表化合物中的一种或多种；

4)、1％～45％的通式IV所代表化合物中的一种或多种；

5)、0％～20％通式V所代表化合物中的一种或多种。

优选地，本发明所提供的液晶组合物包含以下重量百分比的组分：

1)、15％～30％通式I所代表化合物中的一种或多种；

2)、40％～55％通式II所代表化合物中的一种或多种；

3)、3％～25％通式III所代表化合物中的一种或多种；

4)、5％～25％的通式IV所代表化合物中的一种或多种；

5)、0％～15％通式V所代表化合物中的一种或多种。

更优选地，本发明所提供的液晶组合物包含以下重量百分比的组分：

1)、16％～25％通式I所代表化合物中的一种或多种；

2)、44.5％～51％通式II所代表化合物中的一种或多种；

3)、5％～20％通式III所代表化合物中的一种或多种；

4)、8％～22％的通式IV所代表化合物中的一种或多种；

5)、0％～14％的通式V所代表化合物中的一种或多种。

或者，本发明所提供的液晶组合物包含以下重量百分比的组分：

1)、10％～30％通式I所代表化合物中的一种或多种；

2)、35％～55％通式II所代表化合物中的一种或多种；

3)、1％～25％通式III所代表化合物中的一种或多种；

4)、5％～30％的通式IV所代表化合物中的一种或多种。

优选地，本发明所提供的液晶组合物包含以下重量百分比的组分：

1)、16％～25％通式I所代表化合物中的一种或多种；

2)、44.5％～51％通式II所代表化合物中的一种或多种；

3)、5％～20％通式III所代表化合物中的一种或多种；

4)、8％～22％的通式IV所代表化合物中的一种或多种；

或者，本发明所提供的液晶组合物包含以下重量百分比的组分：

1)、16％～25％通式I所代表化合物中的一种或多种；

2)、44.5％～51％通式II所代表化合物中的一种或多种；

3)、5％～20％通式III所代表化合物中的一种或多种；

4)、8％～22％的通式IV所代表化合物中的一种或多种；

5)、3％～14％通式V所代表化合物中的一种或多种。

特别优选地，本发明所提供的快响应液晶组合物包含以下重量百分比的组分：

或

本发明的技术特点在于：由于通式I所代表的化合物具有强的介电各向异性，通式II所代表的化合物具有低的旋转粘度，通式III所代表的化合物具有大的光学各向异性，通式IV所代表的化合物具有高的清亮点和大的弹性常数，通式V所代表的化合物具有高的清亮点，将上述化合物组合成为液晶组合物时，液晶组合物具有低粘度、高电阻率、良好的低温互溶性以及快的响应速度。

本发明所述液晶组合物的制备方法无特殊限制，可采用常规方法将两种或多种化合物混合进行生产，如通过在高温下混合不同组分并彼此溶解的方法制备，其中，将液晶组合物溶解在用于该化合物的溶剂中并混合，然后在减压下蒸馏出该溶剂；或者本发明所述液晶组合物可按照常规的方法制备，如将其中含量较小的组分在较高的温度下溶解在含量较大的主要组分中，或将各所属组分在有机溶剂中溶解，如丙酮、氯仿或甲醇等，然后将溶液混合去除溶剂后得到。

本发明的技术方案之二是：上述任意一种快响应液晶组合物在液晶显示器中的应用。

优选地，所述液晶显示器为IPS或FFS模式显示器。

由于本发明所述液晶组合物具有低粘度、高电阻率、良好的低温互溶性以及快的响应速度，应用于液晶显示器能明显改善液晶显示器的显示效果。

本发明涉及到的化合物均为已知化合物，可市购获得或由八亿时空液晶科技股份公司提供。

在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可以相互组合，即得本发明各较佳实施例。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

除非另有说明，本发明中百分比为重量百分比；温度单位为摄氏度；△n代表光学各向异性(25℃，589nm)；△ε代表介电各向异性(25℃，1000Hz)；V₁₀代表阈值电压，是在相对透过率改变10％时的特征电压(V，25℃)；γ1代表旋转粘度(mPa.s，25℃)；Cp代表液晶组合物的清亮点(℃)；K₁₁、K₂₂、K₃₃分别代表展曲、扭曲和弯曲弹性常数(pN，25℃)。

以下各实施例中，液晶化合物中基团结构用表1所示代码表示。

表1：液晶化合物的基团结构代码

以如下化合物结构为例：

表示为：3APUQKF

表示为：3CCPGF

以下各实施例中，液晶组合物的制备均采用热溶解方法，包括以下步骤：用天平按重量百分比称量液晶化合物，其中称量加入顺序无特定要求，通常以液晶化合物熔点由高到低的顺序依次称量混合，在60～100℃下加热搅拌使得各组分熔解均匀，再经过滤、旋蒸，最后封装即得目标样品。

以下各实施例中，涉及到的各个化合物均为已知化合物，均可市购获得或由八亿时空液晶科技股份公司提供。液晶组合物中各组分的重量百分比及液晶组合物的性能参数见下表。

实施例1

表2：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数

实施例2

表3：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数

实施例3

表4：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数

实施例4

表5：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数

实施例5

表6：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数

实施例6

表7：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数

实施例7

表8：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数

实施例8

表9：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数

实施例9

表10：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数

实施例10

表11：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数

实施例11

表12：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数

实施例12

表13：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数

实施例13

表14：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数

对比例1

表15：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数

将实施例1与对比例1所得液晶组合物的各性能参数值进行汇总比较，参见表16。

表16：液晶组合物的性能参数比较

经比较可知：与对比例1相比，实施例1提供的液晶组合物具有低的旋转粘度和更大的弹性常数，即具有更快的的响应时间。

由以上实施例可知，本发明所提供的液晶组合物具有低旋转粘度、高电阻率、适合的光学各向异性、良好的低温互溶性、大的弹性常数以及优异的光稳定性和热稳定性，可降低液晶显示器的响应时间，从而解决液晶显示器响应速度慢的问题。因此，本发明所提供的液晶组合物适用于快响应的IPS及FFS型TFT液晶显示装置。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (3)

1.一种快响应液晶组合物，其特征在于：所述液晶组合物包含以下重量百分比的各组分：

或者，

2.权利要求1所述的快响应液晶组合物在液晶显示器中的应用。

3.根据权利要求2所述的应用，其特征在于，所述液晶显示器为IPS或FFS模式显示器。