CN108659858A - 具有正介电各向异性的液晶组合物及其显示器件 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种正介电各向异性的液晶组合物，其包含：在所述液晶组合物中的含量≥2wt％的一种或多种通式Ⅰ的化合物；在所述液晶组合物中的含量＞2wt％的一种或多种通式Ⅱ的化合物；以及在所述液晶组合物中的含量≥11wt％的一种或多种通式Ⅲ的化合物。本发明还公开了包括本发明的液晶组合物的液晶显示器件。本发明提供的液晶组合物具有清亮点高、低温互溶性好、驱动电压低、低盒厚、响应快、穿透率高，特别适用于主动矩阵薄膜晶体管(AM‑TFT)驱动的液晶显示元件，尤其适用于工作环境严苛的显示元件，如车载显示等。

Description

具有正介电各向异性的液晶组合物及其显示器件
技术领域
本发明涉及液晶材料领域，具体涉及具有正介电各向异性的液晶组合物及其显示器件。
背景技术
液晶显示元件可以在以钟表、电子计算器为代表的家庭用各种电器、测定机器、汽车用面板、文字处理机、电脑、打印机、电视等中使用。根据显示模式的类型分为PC(phasechange，相变)、TN(twist nematic，扭曲向列)、STN(super twisted nematic，超扭曲向列)、ECB(electrically controlled birefringence，电控双折射)、OCB(opticallycompensated bend，光学补偿弯曲)、IPS(in-plane switching，共面转变)、VA(verticalalignment，垂直配向)等类型。根据元件的驱动方式分为PM(passive matrix，被动矩阵)型和AM(active matrix，主动矩阵)型。PM分为静态(static)和多路(multiplex)等类型。AM分为TFT(thin film transistor，薄膜晶体管)、MIM(metal insulator metal，金属-绝缘层-金属)等类型。TFT的类型有非晶硅(amorphous silicon)和多晶硅(polycrystalsilicon)。后者根据制造工艺分为高温型和低温型。液晶显示元件根据光源的类型分为利用自然光的反射型、利用背光的透过型、以及利用自然光和背光两种光源的半透过型。
液晶材料需要具有适当高的介电各向异性、光学各向异性以及良好的低温互溶性和热稳定性。此外，液晶材料还应当具有低粘度和短响应时间，低阈值电压和高对比度。向列相的温度范围与元件的工作温度范围相关联。向列相的上限温度较好的是大于等于70℃，并且向列相的下限温度较好的是小于等于-10℃。组合物的粘度与元件的响应时间相关联。为了在元件中显示动画，较好的是元件的响应时间短。因此，较好的是组合物的粘度小，而更好的是温度低时组合物的粘度小。
含有介电各向异性的绝对值大的液晶组合物的液晶显示元件能够降低基础电压值、降低驱动电压，并能进一步降低消耗电功率。
含有较低阈值电压的液晶组合物的液晶显示元件能够有效的降低显示的功耗，特别是在消耗品，类似手机、平板电脑等便携式电子产品有更长的续航时间。
粘度小的液晶组合物，可提高液晶显示元件的响应速度。当液晶显示元件的响应速度快时，可适用于动画显示。另外，向液晶显示元件的液晶盒内注入液晶组合物时，可缩短注入时间，能够提高作业性。
现有技术公开了较低功耗，较快响应的液晶组合物，如专利文献CN102858918A，但现有技术的液晶组合物存在环保问题(如含氯化合物的使用)、使用寿命短(如UV或热稳定性差)、对比度低(如日光下显示屏幕泛白)，以及无法兼顾在液晶电视、平板电脑等要求适当的光学各向异性、适当的介电各项异性、高电压保持率、抗UV稳定及高温稳定的性能均衡问题，不能同时满足各方面指标。
从液晶材料的制备角度出发，液晶材料的各项性能是互相牵制影响的，某项性能指标的提升可能会使其他性能发生变化。因此，制备各方面性能都合适的液晶材料往往需要创造性劳动。
液晶材料是液晶显示器的重要组成部分，而目前全球液晶显示器具有很大的市场需求，多用于电子电器产品中，但其生命周期较短。较短的生命周期自然存在废弃污染等问题，在如今绿色环保问题日益受到社会各界的重视的情况下，如若能从源头控制，即在液晶材料的调制过程中选择环保绿色的材质，就能极大降低处理废弃液晶显示器时所付出的环境代价。因此，制备各方面性能都合适，又经济、绿色环保的液晶材料往往更需要创造性劳动。
发明内容
发明目的：针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供具有正介电各向异性液晶组合物，其具有清亮点高、低温互溶性好、驱动电压低、低盒厚、响应快、穿透率高等优点，此外，还提供包含所述液晶组合物的液晶显示器件。
本发明的技术方案：
一种正介电各向异性的液晶组合物，所述液晶组合物包含：
在所述液晶组合物中的含量≥2wt％的一种或多种通式Ⅰ的化合物
在所述液晶组合物中的含量＞2wt％的一种或多种通式Ⅱ的化合物
以及
在所述液晶组合物中的含量≥11wt％的一种或多种通式Ⅲ的化合物
其中，
R1、R2和R3各自独立的表示H、含有1-10个碳原子的直链烷基或烷氧基、含有2-10个碳原子的烯基或烯氧基、环丁基或环戊基；
R4表示H、F、含有1-10个碳原子的直链烷基或烷氧基、含有2-10个碳原子的烯基或烯氧基，其中所述含有1-10个碳原子的直链烷基或烷氧基和所述含有2-10个碳原子的烯基或烯氧基中的任意H能够被F取代；
X表示H或F；
Y表示H、F或甲基。
进一步地，所述通式Ⅰ的化合物选自由如下化合物组成的组：
更进一步地，所述通式Ⅰ-1的化合物选自由如下化合物组成的组：
所述通式Ⅰ-2的化合物选自由如下化合物组成的组：
所述通式Ⅰ-3的化合物选自由如下化合物组成的组：
所述通式Ⅰ-4的化合物选自由如下化合物组成的组：
在本发明的实施方案中，所述通式Ⅰ的化合物在本发明的液晶组合物中的含量≥2wt％时，可以明显提升液晶组合物的低温互溶性。
进一步地，所述通式Ⅱ的化合物选自由如下化合物组成的组：
更进一步地，所述通式Ⅱ-1的化合物选自由如下化合物组成的组：
所述通式Ⅱ-2的化合物选自由如下化合物组成的组：
所述通式Ⅱ-3的化合物选自由如下化合物组成的组：
所述通式Ⅱ-4的化合物选自由如下化合物组成的组：
在本发明的实施方案中，所述通式Ⅱ的化合物在本发明的液晶组合物中的含量＞2wt％且＜8wt％时，可以明显提升液晶组合物的穿透率，而当通式Ⅱ的化合物含量过多时则会导致液晶组合物的低温互溶性降低。
进一步地，所述通式Ⅲ的化合物选自由如下化合物组成的组：
优选地，所述通式Ⅲ的化合物选自由如下化合物组成的组：
本发明的通式Ⅲ的化合物在本发明的液晶组合物中的含量≥11wt％，可以有助于实现低盒厚、响应快等特点。
进一步地，所述液晶组合物还包含一种或多种通式Ⅳ的化合物：
其中，
R5表示H、含有1-10个碳原子的直链烷基或烷氧基、含有2-10个碳原子的烯基或烯氧基；
环和环各自独立的表示
Z1和Z2各自独立的表示单键、-CH2CH2-、-CH2O-、-CF2O-、-CH＝CH-或-C≡C-；
L1和L2各自独立的表示H或F；
L3表示F、-CF3或-OCF3；
n表示0、1或2；
当n为1、Z1和Z2同时为单键、环为时，以下条件a和条件b不同时成立：
a)环为
b)L1和L2同时为H；
当n为2时，两个环之间可相同或不同，两个Z2之间可相同或不同。
更进一步地，所述通式Ⅳ的化合物选自由如下化合物组成的组：
其中，
R51表示H、含有1-6个碳原子的烷基或烷氧基、含有2-6个碳原子的烯基或烯氧基。
进一步地，所述液晶组合物还包含一种或多种通式Ⅴ的化合物：
其中，
环和环各自独立的表示
R6和R7各自独立的表示H、含有1-10个碳原子的烷基或烷氧基、含有2-10个碳原子的烯基或烯氧基；
m表示1或2，且当m为2时，两个环之间可相同或不同。
更进一步地，所述通式Ⅴ的化合物选自由如下化合物组成的组：
其中，
R61和R71相同或不同，各自独立的表示H、含有1-6个碳原子的烷基或烷氧基、含有2-6个碳原子的烯基或烯氧基。
再进一步地，所述通式Ⅴ-1的化合物选自由如下化合物组成的组：
所述通式Ⅴ-2的化合物选自由如下化合物组成的组：
所述通式Ⅴ-3的化合物选自由如下化合物组成的组：
所述通式Ⅴ-4的化合物选自由如下化合物组成的组：
所述通式Ⅴ-5的化合物选自由如下化合物组成的组：
进一步地，所述液晶组合物还包含本领域技术人员已知和文献中描述的一种或多种添加剂。
如下提及例如可以加入到根据本发明的混合物中的稳定剂。
优选地，所述稳定剂选自如下所示的稳定剂。
在本发明的实施方案中，优选所述稳定剂占所述液晶组合物总重量的0-5％；更优地，所述稳定剂占所述液晶组合物总重量的0-1％；作为特别优选方案，所述稳定剂占所述液晶组合物总重量的0.01-0.1％。
本发明另一方面还提供一种液晶显示器，其包含本发明所提供的液晶组合物。
有益效果：
本发明提供的液晶组合物清亮点高、低温互溶性好、驱动电压低、低盒厚、响应快、穿透率高，特别适用于主动矩阵薄膜晶体管(AM-TFT)驱动的液晶显示元件中，尤其适用于工作环境严苛的显示元件，如车载显示等。
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。
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。
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1所列代码表示，则可表达为：nCCGF，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，G代表2-氟-1,4-亚苯基，F代表氟。
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，25℃)
Δε 介电各向异性(1KHz，25℃)
Cell gap 盒厚(μm)
t-40℃ 低温储存时间(天，在-40℃下)
T(％) 穿透率(DMS-505，盒厚5.2μm)
其中，
光学各向异性使用阿贝折光仪在钠光灯(589nm)光源下、25℃测试得。
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：25℃、1KHz、测试盒为TN90型，盒厚7μm。
穿透率的测试条件：利用DMS 505测试调光器件的透过率，所述调光器件盒厚5.2μm。
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。
制备并研究下列实施例中给出的液晶组合物。下面显示了各液晶组合物的组成和其性能参数测试结果。
对比例1
按表2中所列的各化合物及重量百分数配制成对比例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
对比例2
按表3中所列的各化合物及重量百分数配制成对比例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3液晶组合物配方及其测试性能
实施例1
按表4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4液晶组合物配方及其测试性能
实施例2
按表5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5液晶组合物配方及其测试性能
实施例3
按表6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6液晶组合物配方及其测试性能
实施例4
按表7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7液晶组合物配方及其测试性能
实施例5
按表8中所列的各化合物及重量百分数配制成实施例5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8液晶组合物配方及其测试性能
实施例6
按表9中所列的各化合物及重量百分数配制成实施例6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9液晶组合物配方及其测试性能
为了突出本发明的液晶组合物的有益效果，发明人选取和本发明实施例体系相近的对照例。通过对比例1、对比例2与实施例1、实施例2、实施例3、实施例4、实施例5、实施例6对比，可以看出本发明提供的液晶组合物具有清亮点较高、介电各向异性绝对值大、盒厚低、响应快、穿透率高，同时低温互溶性好等特点，在满足低盒厚快响应的同时，维持高的穿透率，特别适用于主动矩阵薄膜晶体管(AM-TFT)驱动的液晶显示元件，尤其适用于工作环境严苛的显示元件，如车载显示等。
以上实施方式只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人了解本发明内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所做的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (11)

1.一种正介电各向异性的液晶组合物，其特征在于，所述液晶组合物包含：
在所述液晶组合物中的含量≥2wt％的一种或多种通式Ⅰ的化合物
在所述液晶组合物中的含量＞2wt％的一种或多种通式Ⅱ的化合物
在所述液晶组合物中的含量≥11wt％的一种或多种通式Ⅲ的化合物
其中，
R1、R2和R3各自独立的表示H、含有1-10个碳原子的直链烷基或烷氧基、含有2-10个碳原子的烯基或烯氧基、环丁基或环戊基；
R4表示H、F、含有1-10个碳原子的直链烷基或烷氧基、含有2-10个碳原子的烯基或烯氧基，其中所述含有1-10个碳原子的直链烷基或烷氧基和所述含有2-10个碳原子的烯基或烯氧基中的任意H能够被F取代；
X表示H或F；
Y表示H、F或甲基。
2.根据权利要求1所述的正介电各向异性的液晶组合物，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：
3.根据权利要求2所述的正介电各向异性的液晶组合物，其特征在于，所述通式Ⅰ-1的化合物选自由如下化合物组成的组：
所述通式Ⅰ-2的化合物选自由如下化合物组成的组：
所述通式Ⅰ-3的化合物选自由如下化合物组成的组：
所述通式Ⅰ-4的化合物选自由如下化合物组成的组：
4.根据权利要求1所述的正介电各向异性的液晶组合物，其特征在于，所述通式Ⅱ的化合物选自由如下化合物组成的组：
5.根据权利要求4所述的正介电各向异性的液晶组合物，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：
所述通式Ⅱ-2的化合物选自由如下化合物组成的组：
所述通式Ⅱ-3的化合物选自由如下化合物组成的组：
所述通式Ⅱ-4的化合物选自由如下化合物组成的组：
6.根据权利要求1所述的正介电各向异性的液晶组合物，其特征在于，还包含一种或多种通式Ⅳ的化合物：
其中，
R5表示H、含有1-10个碳原子的直链烷基或烷氧基、含有2-10个碳原子的烯基或烯氧基；
环和环各自独立的表示
Z1和Z2各自独立的表示单键、-CH2CH2-、-CH2O-、-CF2O-、-CH＝CH-或-C≡C-；
L1和L2各自独立的表示H或F；
L3表示F、-CF3或-OCF3；
n表示0、1或2；
当n为1、Z1和Z2同时为单键、环为时，以下条件a和条件b不同时成立：
a)环为
b)L1和L2同时为H；
当n为2时，两个环之间可相同或不同，两个Z2之间可相同或不同。
7.根据权利要求6所述的正介电各向异性的液晶组合物，其特征在于，所述通式Ⅳ的化合物选自由如下化合物组成的组：
其中，
R51表示H、含有1-6个碳原子的烷基或烷氧基、含有2-6个碳原子的烯基或烯氧基。
8.根据权利要求1所述的正介电各向异性的液晶组合物，其特征在于，还包含一种或多种通式Ⅴ的化合物：
其中，
环和环各自独立的表示
R6和R7各自独立的表示H、含有1-10个碳原子的烷基或烷氧基、含有2-10个碳原子的烯基或烯氧基；
m表示1或2，且当m为2时，两个环之间可相同或不同。
9.根据权利要求8所述的正介电各向异性的液晶组合物，其特征在于所述通式Ⅴ的化合物选自由如下化合物组成的组：
其中，
R61和R71相同或不同，各自独立的表示H、含有1-6个碳原子的烷基或烷氧基、含有2-6个碳原子的烯基或烯氧基。
10.根据权利要求1-9任一项所述的正介电各向异性的液晶组合物，其特征在于，还包含一种或多种添加剂。
11.一种液晶显示器，其特征在于，包括权利要求1至10中任一项所述的正介电各向异性的液晶组合物。
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