CN110467928A - 一种液晶组合物及液晶显示元件、液晶显示器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种介电正性的液晶组合物，属于液晶材料技术领域，其包括一种或多种式Ⅰ所示化合物、一种或多种式Ⅱ所示化合物、一种或多种式Ⅲ所表示的化合物、一种或多种式Ⅳ所表示的化合物、式Ⅴ所表示的化合物、一种或多种式Ⅵ所表示的化合物、一种或多种式Ⅶ所表示的化合物和一种或多种式Ⅷ所表示的化合物。本发明的液晶组合物具有响应速度快，尤其低温‑30℃可满足250ms以内的响应时间；光学各向异性较大，可以匹配较低的盒厚；具有良好的低温储存特性；具有对光和热的良好的稳定性，尤其适用于提升用于车载或工控的液晶显示器件的低温响应速度。

Description

一种液晶组合物及液晶显示元件、液晶显示器
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及含有该液晶组合物的液晶显示元件、液晶显示器
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。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。
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。
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。
最初车载显示器及工控产品使用的PM型驱动只能实现单色显示，很难满足对多路和视频运动等显示需求。目前，薄膜晶体管液晶显示器Thin Film Transistor LiquidCrystal Display,TFT-LCD已经成为LCD应用中的主流产品。针对性的开发用于车载及工控产品液晶显示器的液晶组合物很有必要。
相较于其它应用(如电视，智能手机，便携平板电脑)的液晶显示器，车载液晶显示器需要满足更宽的工作温度，以适应各地域和气候的温度变化；工控产品的液晶显示器同样需要满足更宽的工作温度，以适应不同操作环境的温度变化。这要求液晶组合物要在较宽的温度范围内都展现出优异的显示性能，并能够在长时间的户外光照等环境下性能保持稳定，及具有对热和紫外光的良好的信赖性。
发明内容
本发明主要解决的问题，包括首先扩宽液晶的工作温度，要求液晶组合物到-40℃以下还能够保持具有光电显示性能的向列相状态而非近晶相或晶体，在100℃或105℃仍然能够保持向列相而非各项同性；其次要进一步地提升低温的响应时间规格，要求液晶组合物在低温条件下具有较快的响应速度；并且车载用的液晶组合物应该具有较优异的高温常温的残像表现。同时为了匹配器件设计上对于提升响应时间降低盒厚的要求，液晶组合物需要具有较大的折射率各向异性。
为了解决以上技术问题，本发明具体提供了一种介电正性的液晶组合物，包括以下质量含量的组分：
11-30％的一种或多种式Ⅰ所表示的化合物；
42-52％的一种或多种式Ⅱ所表示的化合物；
2-11％的一种或多种式Ⅲ所表示的化合物；
3-15％的一种或多种式Ⅳ所表示的化合物；
1-10％的式Ⅴ所表示的化合物；
1-10％的一种或多种式Ⅵ所表示的化合物；
2-15％的一种或多种式Ⅶ所表示的化合物和
0.5-3％的一种或多种式Ⅷ所表示的化合物
其中，
R1、R9、R10各自独立地表示碳原子数为1～5的直链烷基或碳原子数为2～6的直链烯基中的任一基团；
R4、R8各自独立地表示碳原子数为2～6的直链烯基中的任一基团；
R2、R3、R5、R6、R7、R11各自独立地表示碳原子数为1～5的直链烷基或中的任一基团；
表示反式1,4-亚环己基或1,4-亚苯基中的任一基团；
N表示0或1。
本发明所提供的液晶组合物，解决了目前液晶组合物向列相温度范围较窄，低温(尤其是-30℃)响应慢，及高温残像差的问题。
本发明所提供的液晶组合物，通过加入具有优异低温溶解性能的结构式Ⅴ所示的化合物，扩宽液晶的工作温度，实现液晶组合物到-40℃以下还能够保持具有光电显示性能的向列相状态而非近晶相或晶体；通过加入结构式Ⅶ所示的化合物使液晶组合物在100℃或105℃仍然能够保持向列相而非各项同性；通过加入Ⅶ和Ⅳ所示的化合物提升低温的响应时间规格，使液晶组合物在低温条件下具有较快的响应速度；通过加入Ⅷ所示的化合物使液晶组合物具有较优异的高温残像表现。通过加入Ⅵ和Ⅶ类化合物使液晶组合物具有较大的折射率各向异性，解决目前液晶组合物向列相温度范围窄，低温(尤其是-30℃)响应慢，及高温残像差的问题。
所述一种或多种式I所示化合物优选为下列式Ⅰ-1至式Ⅰ-4所示的化合物中的一种或多种
所述一种或多种式Ⅱ所示化合物优选为下列式Ⅱ-1至式Ⅱ-2所示的化合物中的一种或多种
所述一种或多种式Ⅲ所示化合物优选为下列式Ⅲ-1至式Ⅲ-13所示的化合物中的一种多种，
所述一种或多种式Ⅳ所示化合物优选为下列式Ⅳ-1至式Ⅳ-4所示的化合物中的一种或多种
所述一种或多种式Ⅵ所示化合物优选为下列式Ⅵ-1至式Ⅵ-5所示的化合物中的一种或多种
所述一种或多种式Ⅶ所示化合物优选为下列式Ⅶ-1至式Ⅶ-4所示的化合物中的一种或多种
所述一种或多种式Ⅷ所示化合物优选为下列式Ⅷ-1至式Ⅷ-3所示的化合物中的一种或多种
所述液晶组合物还可包含一种或多种式Ⅸ-1至式Ⅸ-3所示的化合物
作为进一步的优选方案，本发明所提供的液晶组合物，具体包括以下质量含量的组分：
11-18％的Ⅰ-1和/或Ⅰ-2所表示的化合物；
42-52％的Ⅱ-1和/或Ⅱ-4所表示的化合物；
6-11％的一种或多种式Ⅲ所表示的化合物；
6-15％的一种或多种式Ⅳ所表示的化合物；
1-7％的式Ⅴ所表示的化合物；
1-10％的式Ⅵ-3和/或Ⅵ-4所表示的化合物；
5-15％的一种或多种式Ⅶ所表示的化合物以及
0.5-3％的一种或多种式Ⅷ所表示的化合物；
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：
其中，R12、R13各自独立地表示碳原子数为1～10的直链烷基。
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。
本发明的另一方面还提供了一种液晶显示元件或液晶显示器，包括上述液晶组合物，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。
采用上述液晶组合物的有益效果，与现有技术相比，该液晶组合物向列相温度范围宽，低温响应快，光学各向异性大，可匹配低盒厚，具有良好的低温储存特性，具有良好的光稳定性和热稳定性，尤其适用于提升车载或工控的液晶显示器件的低温响应速度。
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。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；
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°。
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
对比例2
液晶单体代码 含量(％) 类别 测试项目 数据
CC-3-V 37 II-1 Δn(589nm) 0.110
CC-3-V1 6 II-4 CP(℃) 103
CCP-V-1 12 I-1
CCQU-3-F 4 --
PUQU-3-F 5 --
CCP-V2-1 11.5 I-2 ε// 8.0
PGP-3-2 6 --
APUQU-3-F 3 -- Δε 5.0
CPPU-3-OT 5 -- γ1(mPa·s) 72.8
PGUQU-3-F 5 IV-2 S-N(℃) -30
CGPC-3-3 2 -- τ(25℃，ms) 23
PGPC-2-5 2 -- τ(-30℃，ms) 416
实施例1
实施例2
实施例3
实施例4
实施例5
实施例6
液晶单体代码 含量(％) 类别 测试项目 数据
CCP-V-1 11 Ⅰ-1 △n(589nm) 0.114
CCP-V2-1 9.5 Ⅰ-2 CP(℃) 105
CC-3-V 39 Ⅱ-1
CCPG-3-F 5.5 Ⅲ-11
PUQU-3-F 9.5 Ⅳ-1
PGP-2-2V 5 Ⅵ-4 ε∥ 8.1
PGP-1-2V 2 Ⅵ-3
PGUQU-3-F 5 Ⅳ-2 △ε 5.1
PGUQU-Cpr1-F 4 Ⅴ γ1(mPa·s) 75.3
PPGU-Cp-F 0.5 Ⅷ-2 S-N(℃) -40
CPP-1V-2 2 Ⅶ-1 τ(25℃，ms) 19
CPP-3-2V1 7 Ⅶ-2 τ(-30℃，ms) 265
实施例7
液晶单体代码 含量(％) 类别 测试项目 数据
CCPU-3-F 4.5 Ⅲ-2 △n(589nm) 0.115
CCP-V-1 7.5 Ⅰ-1 CP(℃) 105
CCP-V2-1 8 Ⅰ-2
CC-3-V 44 Ⅱ-1
CC-3-V1 3 Ⅱ-4
PGP-2-2V 4.5 Ⅵ-4 ε∥ 8
PGUQU-3-F 4 Ⅳ-2
PGUQU-4-F 4 Ⅳ-3 △ε 5.2
PGUQU-5-F 4 Ⅳ-4 γ1(mPa·s) 68.4
PPGU-3-F 0.5 Ⅷ-3 S-N(℃) -40
PGUQU-Cpr1-F 2 Ⅴ τ(25℃，ms) 17
CPUP-3-OT 4 Ⅲ-6 τ(-30℃，ms) 250
CPP-1V-2 4 Ⅶ-1
CPP-3-2V1 6 Ⅶ-2
实施例8
实施例9
实施例10
由对比例1、对比例2和实施例1-4的比较可以看出，在实施例中1-4中均包含了通式V的液晶化合物，低温互溶性明显增加，并且在相同折射率的情况下，通过加入Ⅲ、Ⅵ和Ⅶ类化合物，液晶的旋转粘度和常温、低温响应时间均有所提升，尤其是低温-30℃响应时间提升到300ms规格以内，在不需要器件盒厚设计发生变化的情况下，大幅度的提升IPS/FFS模式车载显示器的低温响应速度。实施例2中，通过在液晶组合物中添加式Ⅸ-1至式Ⅸ-3所代表的化合物实现液晶组合物-40℃以下进一步保持具有光电显示性能的向列相状态，而非近晶相或晶体。
由对比例1、对比例2和实施例5-10的比较可以看出，为了进一步提升响应速度，器件设计上会采用降低盒厚的设计，为了保证穿透率，需要液晶组合物具有较大的折射率。在实施例5-10中均包含了通式V的液晶化合物，低温互溶性明显增加，并且在相同折射率的情况下，通过加入Ⅲ、Ⅵ和Ⅶ类化合物，液晶的旋转粘度和常温、低温响应时间均有所提升，尤其是低温-30℃响应时间提升到250ms规格，大幅度的提升IPS/FFS模式车载显示器的低温响应速度。
本发明虽然仅仅列举了上述10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、Ⅷ、Ⅸ所代表的化合物、以及通式Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ、Ⅷ、Ⅸ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)

1.一种介电正性的液晶组合物，其特征在于，包括以下质量含量的组分：
11-30％的一种或多种式Ⅰ所表示的化合物；
42-52％的一种或多种式Ⅱ所表示的化合物；
2-11％的一种或多种式Ⅲ所表示的化合物；
3-15％的一种或多种式Ⅳ所表示的化合物；
1-10％的式Ⅴ所表示的化合物；
1-10％的一种或多种式Ⅵ所表示的化合物；
2-15％的一种或多种式Ⅶ所表示的化合物和
0.5-3％的一种或多种式Ⅷ所表示的化合物
其中，
R1、R9、R10各自独立地表示碳原子数为1～5的直链烷基或碳原子数为2～6的直链烯基中的任一基团；
R4、R8各自独立地表示碳原子数为2～6的直链烯基中的任一基团；
R2、R3、R5、R6、R7、R11各自独立地表示碳原子数为1～5的直链烷基或中的任一基团；
表示反式1,4-亚环己基或1,4-亚苯基中的任一基团；
n表示0或1。
2.根据权利要求1所述的液晶组合物，其特征在于，所述一种或多种式I所示化合物为下列式Ⅰ-1至式Ⅰ-4所示的化合物中的一种或多种
所述一种或多种式Ⅱ所示化合物为下列式Ⅱ-1至式Ⅱ-2所示的化合物中的一种或多种
3.根据权利要求1所述的液晶组合物，其特征在于，所述一种或多种式Ⅲ所示化合物为下列式Ⅲ-1至式Ⅲ-13所示的化合物中的一种多种
4.根据权利要求1所述的液晶组合物，其特征在于，所述一种或多种式Ⅳ所示化合物为下列式Ⅳ-1至式Ⅳ-4所示的化合物中的一种或多种
5.根据权利要求1所述的液晶组合物，其特征在于，所述一种或多种式Ⅵ所示化合物为下列式Ⅵ-1至式Ⅵ-5所示的化合物中的一种或多种
6.根据权利要求1所述的液晶组合物，其特征在于，所述一种或多种式Ⅶ所示化合物为下列式Ⅶ-1至式Ⅶ-4所示的化合物中的一种或多种
所述一种或多种式Ⅷ所示化合物为下列式Ⅷ-1至式Ⅷ-3所示的化合物中的一种或多种
7.根据权利要求1所述的液晶组合物，其特征在于，还包含一种或多种式Ⅸ-1至式Ⅸ-3所示的化合物
8.根据权利要求1所述的液晶组合物，其特征在于，包括以下质量含量的组分：
11-18％的Ⅰ-1和/或Ⅰ-2所表示的化合物；
42-52％的Ⅱ-1和/或Ⅱ-4所表示的化合物；
6-11％的一种或多种式Ⅲ所表示的化合物；
6-15％的一种或多种式Ⅳ所表示的化合物；
1-7％的式Ⅴ所表示的化合物；
1-10％的式Ⅵ-3和/或Ⅵ-4所表示的化合物；
5-15％的一种或多种式Ⅶ所表示的化合物以及
0.5-3％的一种或多种式Ⅷ所表示的化合物；
9.根据权利要求1-8中任一所述的液晶组合物，其特征在于，所述液晶组合物中，还包含手性、抗氧化、抗紫外或可聚合的添加剂。
10.包含权利要求1-9中任一所述的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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