CN110467926A - 液晶组合物及其液晶显示器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种液晶组合物，包含：组分A，所述组分A由一种或更多种选自通式I的化合物组成；组分B，所述组分B由一种或更多种具有正介电各向异性的向列相液晶组成。本发明还提供了包含本发明的液晶组合物的TN/HTN液晶显示器。本发明通过引入双介晶化合物，调整液晶组合物体系的弹性系数，改善液晶组合物的电光曲线的陡度，从而提高TN/HTN液晶显示器的驱动路数，增加显示容量。R1‑MG1‑X‑MG2‑R2 I
Description
技术领域
本发明涉及液晶材料领域，具体涉及一种液晶组合物及包括所述液晶组合物的扭曲向列相(TN)和高扭曲向列相(HTN)液晶显示器。
背景技术
TN-LCD，即扭曲向列相液晶显示器，是发展较早、应用较广、价格相对便宜的液晶显示器，广泛用于常见的电子表、计算机、游戏机等的显示屏。扭曲向列相液晶显示器的工作原理是基于液晶扭曲薄层的旋光性质，其中，液晶分子基本上平行于基板排列，但从上到下，液晶分子呈扭曲状态的取向排列，其扭曲角度为90°。HTN-LCD，即高扭曲向列相液晶显示器，与TN-LCD的结构相似，但其扭曲角度为100°-150°。对于TN-LCD和HTN-LCD，为了提供可接受的显示对比度和视角，提高驱动路数，可通过增加显示器的电光曲线的陡峭度实现。但是现有市场上的TN/HTN型混合液晶组合物，都存在陡度(P＝Vsat/Vth)较差的问题，由其制备的TN-LCD和HTN-LCD无法达到较高路数的动态扫描驱动，进而无法实现增大的显示信息容量。为了获得较陡的电光曲线，液晶组合物需要具有比较小的K33/K11值以及比较小的Δε/ε⊥值，其中K11和K33分别是展曲、弯曲弹性常数，Δε＝ε∥－ε⊥，ε∥与ε⊥分别为与液晶指向矢平行和垂直的介电常数。
为了改善TN显示的电光曲线的陡度，其中一个解决方法是使用STN-LCD，即超扭曲向列相液晶显示器。STN-LCD具有和TN-LCD相似的结构，以及180°-270°的扭曲角度。与TN-LCD不同的，其工作原理主要利用液晶的双折射特性而不是基于液晶扭曲薄层的旋光性质，所以不需要依靠改变液晶材料的参数来增加液晶显示器的电光曲线的陡度，可实现高对比度和直接多路显示。但是STN-LCD存在响应速度慢、电阻率高的缺点，且需精确控制液晶层厚度和预倾角，从而增加了结构的复杂性，提高了制作成本，价格上也更加昂贵。
因此，需要提供一种可应用于TN-LCD/HTN-LCD的液晶组合物，在不增加器件结构复杂性的同时，降低显示的电光曲线的陡度，提高显示对比度，提高驱动路数，增加显示信息容量。
发明内容
为满足上述需求，本发明提供一种液晶组合物，所述液晶组合物包含：
组分A：所述组分A由一种或更多种选自通式I的化合物组成
R1-MG1-X-MG2-R2 I；以及
组分B：所述组分B由一种或更多种具有正介电各向异性的向列相液晶组成，
其中，
R1和R2各自独立地表示-H、-F、-Cl、-CN、-NCS、或者碳原子数为1-25的链烷基，其中，所述链烷基中的一个或更多个H可以各自独立地被卤素或CN取代，所述链烷基中的一个或更多个不相邻的-CH2-可以各自独立地被-O-、-S-、-NH-、-N(CH3)-、-CO-、-COO-、-OCO-、-OCOO-、-SCO-、-COS-、-CH＝CH-、-CH＝CF-、-CF＝CF-或-C≡C-替代，所述替代的方式不包含两个-O-彼此相邻；
MG1和MG2各自独立地表示介晶基元；
X为碳原子数为1、3或5至40的直链或支链亚烷基基团，其中，所述直链或支链亚烷基基团中的一个或更多个不相邻的-CH2-可以各自独立地被-O-、-S-、-NH-、-N(CH3)-、-CO-、-COO-、-OCO-、-OCOO-、-SCO-、-COS-、-CH＝CH-、-CH＝CF-、-CF＝CF-、-C≡C-或-CH(CN)-替代，所述替代的方式不包含两个-O-彼此相邻或两个选自由-OCO-、-SCO-、-OCOO-、-COS-、-COO-和-CH＝CH-组成的组的基团彼此相邻，所述直链或支链亚烷基基团中的至少一个H可以被F或Cl取代。
在本发明的一些实施方案中，组分A占液晶组合物总质量的1％-50％。在优选的实施方案中，组分A占液晶组合物总质量的5％-40％。
在本发明的一些实施方案中，介晶基元选自由通式II的介晶基元组成的组：
其中，
H1、H2、H3、H4各自独立地表示为环状结构，所述环状结构选自由
组成的组，其中所述环状结构中的1-4个H可以各自独立地被卤素、CN、或碳原子数为1-7的链烷基取代，所述链烷基中的至少一个-CH2-可以被-CHO-、-CO-、-COO-或-OCO-替代，所述链烷基中的至少一个H可以被F或Cl取代，
B1、B2、B3各自独立地表示-COO-、-OCO-、-OCOO-、-OCH2-、-CH2O-、-CF2O-、-(CH2)2-、-(CH2)4-、-C≡C-、-CH＝CH-、-CF2CF2-、-CF＝CF-、-CH＝CH-COO-、-OCO-CH＝CH-或单键，
p、q和r为0或1。
在本发明的一些实施方案中，R1和R2各自独立地表示-F、-Cl、-CN、-OCF3、-CF3或未被取代的碳原子数为1-25的烷基。
在本发明的一些实施方案中，X选自由通式III的基团组成的组：
其中，Y1和Y2各自独立地表示-COO-、-OCO-、-O-、-CH＝CH-、-CF2O-、-OCF2-、-CF2CF2-或单键，s为3至13的奇数。优选地，Y1和Y2表示-O-或单键。
在优选的实施方案中，通式I的化合物选自如下化合物组成的组：
在一些实施方案中，通式I的化合物优选自式I-2、I-3、I-4、I-5、I-9及I-10的化合物组成的组。
在一些实施方案中，液晶组合物还包括一种或更多种手性化合物。
在一些实施方案中，液晶组合物的螺距在15-200微米。在优选地实施方案中，液晶组合物的螺距在30-100微米。更优选地，手性化合物包括R01、R02、R03、R04、R05、R06、L01、L02、L03、L04、L05、以及其他常用于液晶中的手性化合物。
在一些实施方案中，组分B的介电各向异性Δε≥1。优选地，组分B的介电各向异性Δε≥3。更优地，组分B的介电各向异性Δε≥5。在一些实施方案中，组分B为TN/HTN液晶显示器常用的液晶组合物。
本发明另一方面提供一种包含液晶组合物的TN/HTN液晶显示器，所述液晶显示器包括：上透明基板和下透明基板，上透明基板和下透明基板内表面分别设置有上透明电极和下透明电极；液晶层，液晶层夹在上透明基板和下透明基板中间，其中液晶层包含液晶组合物；以及，上配向层和下配向层，上配向层设置在上透明基板和液晶层之间，下配向层设置在液晶层和下透明基板之间。
本发明通过在具有正介电各向异性的向列相液晶或液晶混合物中引入双介晶化合物，调整液晶体系的弹性系数，从而改善液晶组合物的电光曲线的陡度，提高显示对比度；应用于TN/HTN液晶显示器时，可提高TN/HTN液晶显示器的驱动路数，增加显示容量。
在本发明中如无特殊说明，所述的比例均为质量比，所有温度均为摄氏度温度。
具体实施方式
在以下的描述中，为了达到解释说明的目的以对本发明有一个全面的认识，阐述了大量的具体细节，然而，很明显的，对本领域技术人员而言，无需这些具体细节也可以实现本发明。在其他示例中，公知的结构和装置在方框图表中示出。在这方面，所举的说明性的示例实施方案仅为了说明，并不对本发明造成限制。因此，本发明的保护范围并不受上述具体实施方案所限，仅以所附的权利要求书的范围为准。
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。组分A为包含两个介晶基元的液晶化合物，即具有两个可诱导液晶相能力的基团。两个介晶基元通过奇数的柔性链连接，使整个液晶化合物形成弯曲的结构，从而产生异常小的弯曲弹性常数K33。组分B可以为自行复配的具有正介电各向异性的向列相液晶混合物；也可以是可商业获得的常用于TN/HTN液晶显示器的液晶混合物，如烟台显华化工科技有限公司生产的混晶：SVT3110-00、SVT3130-000、SVT3130-100、SVT3110-100、SVH7100-100、SVH7110-100等。组分B的介电各向异性Δε≥1；优选地，组分B的介电各向异性Δε≥3；更优地，组分B的介电各向异性Δε≥5。向液晶组合物中添加手性化合物，可进一步提供相应旋转方向的扭转力，形成胆甾相(手性向列相)液晶组合物。手性化合物为常用的手性掺杂剂，如R01、R02、R03、R04、R05、R06、L01、L02、L03、L04、L05，但不限于此，亦可采用使液晶组合物产生15-200微米螺距的其他手性化合物。
液晶组合物的制备是按照本领域的常规方法进行的。先按照相应的质量百分比称量各组分化合物，将液晶组合物放置于玻璃样品瓶中，加入磁力搅拌子，置于加热磁力搅拌器上，加热搅拌至样品瓶中的液晶组合物完全熔解，形成各向同性的透明溶液。此时的温度已达到液晶组合物的清亮点。维持此温度，继续加热搅拌30分钟，以确保样品混合均匀。停止加热，继续搅拌2小时。
然后将混合均匀的液晶组合物通过真空法灌注到按照各种设计要求制作的空液晶盒中，UV胶封口固化后，制成液晶盒，并进行各种光电性能的测试，包括电光曲线的测定。液晶盒具有常用的TN/HTN液晶显示器的基本结构，包括：上透明基板和下透明基板，夹在其间的液晶层，以及位于上下透明基板和液晶层之间的上下配向层。在上下透明基板的内表面分别设置有上下透明电极。
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，一些添加化合物的代码和结构也在表2中列出。液晶组合物的比例都采用质量百分比，而位于液晶层相对两侧的配向层均采用摩擦取向方式。
表1液晶化合物基团结构代码
其中，若n或m为“3”，即表示为烷基-C3H7。
表2其他添加化合物的代码和结构
以下实施例中测试项目的简写代号及测试条件如下：
清亮点(℃)：液晶材料从液晶态变为各向同性液态的过程中，呈清亮透明时的温度，由差示扫描量热仪测量；
Δε介电各向异性，Δε＝ε∥－ε⊥，ε∥与ε⊥分别为与液晶分子长轴平
(C2/(N·m2))：行和垂直的介电常数，介电常数由LCR测试仪测量，其测试条件为：1kHz，20℃；
Vsat(V)：饱和电压，在90％的相对对比度下的特征电压；
Vth(V)：阈值电压，在10％的相对对比度下的特征电压；
P：电光曲线的陡度，P＝Vsat/Vth。
按照各对比例和实施例中表单所列的各化合物及其质量百分比配置相应的液晶组合物，并将其填充于液晶显示器基板(液晶盒)之间进行性能测试。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
表3液晶组合物配方、液晶盒参数及其测试性能
实施例1
表4液晶组合物配方、液晶盒参数及其测试性能
从对比例1以及实施例1可以看出，通过加入NPP7PPN，液晶组合物所制成的TN型液晶盒的电光曲线的陡度P降低了。
对比例2
表5液晶组合物配方、液晶盒参数及其测试性能
实施例2
表6液晶组合物配方、液晶盒参数及其测试性能
从对比例2以及实施例2可以看出，通过加入NPP7PPN和NPP9PPN，液晶组合物所制成的TN型液晶盒的电光曲线的陡度P降低了。
实施例3
表7液晶组合物配方、液晶盒参数及其测试性能
从对比例2以及实施例3可以看出，通过加入NPP7PPN、NPP9PPN和NP12P7PP11N，液晶组合物所制成的TN型液晶盒的电光曲线的陡度P降低了。
实施例4
表8液晶组合物配方、液晶盒参数及其测试性能
从对比例2以及实施例4可以看出，通过加入NPP7PPN、NPP9PPN、NPPO5OPPN和2PP7PP2，液晶组合物所制成的TN型液晶盒的电光曲线的陡度P降低了。
对比例3
表9液晶组合物配方、液晶盒参数及其测试性能
实施例5
表10液晶组合物配方、液晶盒参数及其测试性能
从对比例3以及实施例5可以看出，通过加入NPP7PPN、NPP9PPN和NPP11PPN，液晶组合物所制成的TN型液晶盒的电光曲线的陡度P降低了。
对比例4
表11液晶组合物配方、液晶盒参数及其测试性能
实施例6
表12液晶组合物配方、液晶盒参数及其测试性能
从对比例4以及实施例6可以看出，通过加入NPP7PPN、NPP9PPN和NPP11PPN，液晶组合物所制成的TN型液晶盒的电光曲线的陡度P降低了。
对比例5
表13液晶组合物配方、液晶盒参数及其测试性能
实施例7
表14液晶组合物配方、液晶盒参数及其测试性能
从对比例5以及实施例7可以看出，通过加入NPP7PPN、NPP9PPN和NPP11PPN，液晶组合物所制成的TN型液晶盒的电光曲线的陡度P降低了。
对比例6
表15液晶组合物配方、液晶盒参数及其测试性能
实施例8
表16液晶组合物配方、液晶盒参数及其测试性能
从对比例6以及实施例8可以看出，通过加入NPP7PPN和NPP9PPN，液晶组合物所制成的TN型液晶盒的电光曲线的陡度P降低了。
对比例7
表17液晶组合物配方、液晶盒参数及其测试性能
实施例9
表18液晶组合物配方、液晶盒参数及其测试性能
从对比例7以及实施例9可以看出，通过加入NPP7PPN、NPP9PPN和NPP11PPN，液晶组合物所制成的TN型液晶盒的电光曲线的陡度P降低了。
通过以上实施例和对比例，可知本发明的液晶组合物通过引入双介晶化合物，可降低由其制成的TN或HTN型液晶盒的电光曲线的陡度，从而提高TN/HTN液晶显示器的驱动路数，增加显示容量。
尽管已经在上面以细节描述了数个示例性实施方案，但是所公开的实施方案仅是示例性而非限制性的，并且本领域技术人员将容易意识到，在示例性实施方案中很多其他修改、改动和/或替换是可能的，而不实质偏离本公开的新颖性教导和优点。因此，所有这些修改、改动和/或替换意图被包括在如所附权利要求书所限定的本公开的范围内。
Claims (12)
1.一种液晶组合物，所述液晶组合物包含：
组分A，所述组分A由一种或更多种选自通式I的化合物组成
R1-MG1-X-MG2-R2 I；以及
组分B，所述组分B由一种或更多种具有正介电各向异性的向列相液晶组成，
其中，
R1和R2各自独立地表示-H、-F、-Cl、-CN、-NCS、或者碳原子数为1-25的链烷基，其中，所述链烷基中的一个或更多个H可以各自独立地被卤素或CN取代，所述链烷基中的一个或更多个不相邻的-CH2-可以各自独立地被-O-、-S-、-NH-、-N(CH3)-、-CO-、-COO-、-OCO-、-OCOO-、-SCO-、-COS-、-CH＝CH-、-CH＝CF-、-CF＝CF-或-C≡C-替代，所述替代的方式不包含两个-O-彼此相邻；
MG1和MG2各自独立地表示介晶基元；
X为碳原子数为1、3或5至40的直链或支链亚烷基基团，其中，所述直链或支链亚烷基基团中的一个或更多个不相邻的-CH2-可以各自独立地被-O-、-S-、-NH-、-N(CH3)-、-CO-、-COO-、-OCO-、-OCOO-、-SCO-、-COS-、-CH＝CH-、-CH＝CF-、-CF＝CF-、-C≡C-或-CH(CN)-替代，所述替代的方式不包含两个-O-彼此相邻或两个选自由-OCO-、-SCO-、-OCOO-、-COS-、-COO-和-CH＝CH-组成的组的基团彼此相邻，所述直链或支链亚烷基基团中的至少一个H可以被F或Cl取代。
2.如权利要求1所述的液晶组合物，所述介晶基元选自通式II的介晶基元
其中，
H1、H2、H3、H4各自独立地表示环状结构，所述环状结构选自由 组成的组，其中所述环状结构中的1-4个H可以各自独立地被卤素、CN、或碳原子数为1-7的链烷基取代，所述链烷基中的至少一个-CH2-可以被-CHO-、-CO-、-COO-或-OCO-替代，所述链烷基中的至少一个H可以被F或Cl取代；
B1、B2和B3各自独立地表示-COO-、-OCO-、-OCOO-、-OCH2-、-CH2O-、-CF2O-、-(CH2)2-、-(CH2)4-、-C≡C-、-CH＝CH-、-CF2CF2-、-CF＝CF-、-CH＝CH-COO-、-OCO-CH＝CH-或单键；
p、q和r各自独立地为0或1。
3.如权利要求1所述的液晶组合物，R1和R2各自独立地表示-F、-Cl、-CN、-OCF3、-CF3或未被取代的碳原子数为1-25的链烷基。
4.如权利要求1所述的液晶组合物，X选自由通式III的基团组成的组
其中，Y1和Y2各自独立地表示-COO-、-OCO-、-O-、-CH＝CH-、-CF2O-、-OCF2-、-CF2CF2-或单键，s为3至13的奇数。
5.如权利要求4所述的液晶组合物，其中所述通式I的化合物选自如下式I-1至I-25中的一种或更多种组成的组：
以及
6.如权利要求5所述的液晶组合物，其中所述通式I的化合物选自式I-2、I-3、I-4、I-5、I-9及I-10组成的组。
7.如权利要求1-6中任一项所述的液晶组合物，所述液晶组合物还包括一种或更多种手性化合物。
8.如权利要求7所述的液晶组合物，所述液晶组合物的螺距为15-200微米。
9.如权利要求1所述的液晶组合物，所述组分B为TN/HTN液晶显示器常用的液晶组合物。
10.如权利要求1-9中任一项所述的液晶组合物，其中所述组分A占所述液晶组合物的质量百分比为1％-50％。
11.如权利要求1-9中任一项所述的液晶组合物，其中所述组分A占所述液晶组合物的质量百分比为5％-40％。
12.一种包含权利要求1-11中任一项所述的液晶组合物的TN/HTN液晶显示器，所述液晶显示器包括：
上透明基板和下透明基板，所述上透明基板和所述下透明基板内表面分别设置有上透明电极和下透明电极；
液晶层，所述液晶层夹在所述上透明基板和所述下透明基板中间，其中所述液晶层包含所述液晶组合物；以及
上配向层和下配向层，分别设置在所述上透明基板和所述液晶层及所述液晶层和所述下透明基板之间。
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