CN111040776B - 液晶组合物、液晶显示元件、液晶显示器 - Google Patents

液晶组合物、液晶显示元件、液晶显示器 Download PDF

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    • C09K19/44—Mixtures of liquid crystal compounds covered by two or more of the preceding groups C09K19/06 - C09K19/40 containing compounds with benzene rings directly linked

Abstract

本发明提供液晶组合物、液晶显示元件、液晶显示器。本发明的液晶组合物含有一种或多种式I所示化合物、一种或多种式II化合物、一种或多种式III所示化合物以及一种或多种式IV所示化合物。本发明所提供的液晶组合物具有较低的粘度，可以实现快速响应，同时具有适中的介电各向异性Δε、适中的光学各向异性Δn、高的对热和光的稳定性，尤其突出的是具有低温良好溶解性。

Description

液晶组合物、液晶显示元件、液晶显示器
技术领域
本发明涉及液晶显示技术领域。更具体地，涉及一种液晶组合物及液晶显示元件或液晶显示器。
背景技术
使用液晶组合物作为显示材料具有明显的优点，如驱动电压低、功耗微小、可靠性高、显示信息量大、彩色显示、无闪烁、可以实现平板显示等。目前已知有1万多种液晶材料，其中常用的液晶显示材料有上千种，按液晶分子的中心桥键和环的特征进行分类，主要有联苯液晶、苯基环己烷液晶、酯类液晶、炔类、二氟甲氧桥类、乙烷类及杂环类等。
为了能使显示器件的性能更加接近理想化，人们一直在致力于研究新的液晶组合物，这得以使液晶组合物及显示器件的性能仍在不断的向前发展。
实际上，很多情况下液晶混合物要在很低的温度下也可以工作，尤其是室外环境下使用，要考察在-30℃下也可以长时间工作，这就要求液晶组合物要有良好的低温性能，也就是说，液晶组合物在低温下长时间保存，不会析出单体，所以开发在低温下具有良好互溶性的液晶组合物仍然很有必要。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明人等进行了深入研究，发现了本发明的具有较低的粘度，可以实现快速响应，同时具有适中的介电各向异性Δε、适中的光学各向异性Δn、高的对热和光的稳定性，尤其突出的是具有良好的低温互溶性的液晶组合物。
本发明的目的之一在于提供一种液晶组合物，其含有一种或多种式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所示化合物以及一种或多种式IV所示化合物，
Figure BDA0001827515220000011
Figure BDA0001827515220000021
其中，R1、R2、R5、R7、R8各自独立地表示碳原子数为1-10的烷基、氟取代的碳原子数为1-10的烷基、碳原子数为2-10的链烯基、氟取代的碳原子数为2-10的链烯基、碳原子数为3-8的链烯氧基或氟取代的碳原子数为3-8的链烯氧基；R3、R4表示碳原子数为1-10的烷基、氟取代的碳原子数为1-10的烷基、碳原子数为1-10的烷氧基、氟取代的碳原子数为1-10的烷氧基、碳原子数为2-10的链烯基、氟取代的碳原子数为2-10的链烯基、碳原子数为3-8的链烯氧基或氟取代的碳原子数为3-8的链烯氧基；R6为环丙基、环丁基或环戊基；
Z1、Z2各自独立地表示单键、-CH2CH2-或-CH2O-；
Figure BDA0001827515220000022
各自独立地表示1,4-亚苯基或1,4-亚环己基，
m、n各自独立地表示0、1或2；且m+n≥1，
X表示O或者S。
本发明的另一目的在于，提供一种液晶显示元件或液晶显示器，其含有本发明的液晶组合物。
本发明的液晶组合物能够实现快速响应，同时具有适中的介电各向异性Δε、适中的光学各向异性Δn、高的对热和光的稳定性，尤其突出的是具有良好的低温互溶性。
本发明实施例的液晶显示元件或液晶显示器，具有较宽的向列相温度范围、合适的或较高的双折射率各向异性Δn、非常高的电阻率、良好的抗紫外线性能、高电荷保持率以及低蒸汽压的特点。
具体实施方式
本发明的液晶组合物，含有一种或多种式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所示化合物以及一种或多种式IV所示化合物，
Figure BDA0001827515220000031
其中，R1、R2、R5、R7、R8各自独立地表示碳原子数为1-10的烷基、氟取代的碳原子数为1-10的烷基、碳原子数为2-10的链烯基、氟取代的碳原子数为2-10的链烯基、碳原子数为3-8的链烯氧基或氟取代的碳原子数为3-8的链烯氧基；R3、R4表示碳原子数为1-10的烷基、氟取代的碳原子数为1-10的烷基、碳原子数为1-10的烷氧基、氟取代的碳原子数为1-10的烷氧基、碳原子数为2-10的链烯基、氟取代的碳原子数为2-10的链烯基、碳原子数为3-8的链烯氧基或氟取代的碳原子数为3-8的链烯氧基；R6为环丙基、环丁基或环戊基；
Z1、Z2各自独立地表示单键、-CH2CH2-或-CH2O-；
Figure BDA0001827515220000032
各自独立地表示1,4-亚苯基或1,4-亚环己基，
m、n各自独立地表示0、1或2；且m+n≥1，
X表示O或者S。
本发明的液晶组合物中，前述一种或多种式Ⅱ所示化合物优选选自式Ⅱ1-Ⅱ9所示化合物组成的组。
Figure BDA0001827515220000033
Figure BDA0001827515220000041
其中，R3、R4表示碳原子数为1-10的烷基、氟取代的碳原子数为1-10的烷基、碳原子数为1-10的烷氧基、氟取代的碳原子数为1-10的烷氧基、碳原子数为2-10的链烯基、氟取代的碳原子数为2-10的链烯基、碳原子数为3-8的链烯氧基或氟取代的碳原子数为3-8的链烯氧基。
本发明的液晶组合物中，前述一种或多种式Ⅲ所示化合物优选选自式Ⅲ1-Ⅲ6所示化合物组成的组。
Figure BDA0001827515220000042
Figure BDA0001827515220000051
其中，R5表示碳原子数为1-10的烷基、氟取代的碳原子数为1-10的烷基、碳原子数为2-10的链烯基、氟取代的碳原子数为2-10的链烯基、碳原子数为3-8的链烯氧基或氟取代的碳原子数为3-8的链烯氧基。
本发明的液晶组合物中，前述一种或多种式Ⅳ所示化合物优选选自式Ⅳ1-Ⅳ11所示化合物组成的组
Figure BDA0001827515220000052
Figure BDA0001827515220000061
作为优选技术方案，本申请的液晶组合物中，一种或多种式I所示化合物总重量百分含量优选为0.1～10％、一种或多种式II所示化合物总重量百分含量优选为10～60％、一种或多种式III所示化合物总重量百分含量优选为1～15％、一种或多种式IV所示化合物总重量百分含量优选为10～60％。
本申请的液晶组合物中，可选的，还可以包括一种或多种式V所示化合物：
Figure BDA0001827515220000062
其中，R9、R10各自独立地表示碳原子数为1-10的烷基、氟取代的碳原子数为1-10的烷基、碳原子数为1-10的烷氧基、氟取代的碳原子数为1-10的烷氧基、碳原子数为2-10的链烯基、氟取代的碳原子数为2-10的链烯基、碳原子数为3-8的链烯氧基或氟取代的碳原子数为3-8的链烯氧基，并且R9、R10所示基团中任意一个或多个不相连的-CH2-各自独立地任选被亚环丙基取代；
Figure BDA0001827515220000063
各自独立地表示1,4-亚苯基、氟代1,4-亚苯基、1,4-亚环己基，且
Figure BDA0001827515220000064
不同时为1,4-亚环己基；
p表示0或1。
本发明的液晶组合物中，在含有前述式V所示化合物的情况下，前述一种或多种式Ⅴ所示化合物优选选自式Ⅴ1-Ⅴ8所示化合物组成的组，
Figure BDA0001827515220000065
Figure BDA0001827515220000071
R9、R10各自独立地表示碳原子数为1-10的烷基、氟取代的碳原子数为1-10的烷基、碳原子数为1-10的烷氧基、氟取代的碳原子数为1-10的烷氧基、碳原子数为2-10的链烯基、氟取代的碳原子数为2-10的链烯基、碳原子数为3-8的链烯氧基或氟取代的碳原子数为3-8的链烯氧基，并且R9、R10所示基团中任意一个或多个不相连的-CH2-各自独立地任选被亚环丙基取代。
本申请的液晶组合物中，可选的，还可以包含一种或多种式VI所示化合物：
Figure BDA0001827515220000072
其中，R11和R12各自独立地表示碳原子数为1-10的烷基、氟取代的碳原子数为1-10的烷基、碳原子数为1-10的烷氧基、氟取代的碳原子数为1-10的烷氧基、碳原子数为2-10的链烯基、氟取代的碳原子数为2-10的链烯基、碳原子数为3-8的链烯氧基或氟取代的碳原子数为3-8的链烯氧基；
Figure BDA0001827515220000073
表示1,4-亚苯基、1,4-亚环己基或1,4-亚环己烯基；
F1、F2或F3各自独立地表示H或F，且F2、F3不同时为F。
本发明的液晶组合物中，在含有前述的式VI所示化合物的情况下，前述一种或多种式VI所示的化合物优选选自式VI1-VI4所示化合物组成的组：
Figure BDA0001827515220000074
Figure BDA0001827515220000081
其中，R11、R12各自独立地表示碳原子数为1-10的烷基。
本申请的液晶组合物中，可选的，还可以包含一种或多种式VII所示化合物：
Figure BDA0001827515220000082
R13、R14各自独立地表示W-Sp-、H、Cl、F或碳原子数为1-12的烷基；所述碳原子数为1-12的烷基中一个或两个不相邻的CH2基团各自独立地任选被-O-、-CH2＝CH2-、-CO-、-OCO-或-COO-取代，其中R13、R14中至少一者表示W-Sp-；
Figure BDA0001827515220000083
各自独立地表示亚苯基、被W-Sp-、Cl、F、碳原子数为1-12的烷基和/或碳原子数为1-12的烷氧基取代的亚苯基或茚满基，其中所述碳原子数为1-12的烷基、所述碳原子数为1-12的烷氧基中一个或两个不相邻的-CH2-基团各自独立地任选被-O-、-CH2＝CH2-、-CO-、-OCO-或-COO-取代，且
Figure BDA0001827515220000084
与R13在
Figure BDA0001827515220000085
的任意位置键合，
Figure BDA0001827515220000086
与R14在
Figure BDA0001827515220000087
的任意位置键合；
q表示0、1或2；
W表示甲基丙烯酸酯基或丙烯酸酯基；
Z3、Sp各自独立地表示单键、-COO-、-CH2O-或-CH2CH2-。
式VII所示化合物为可聚合化合物，在液晶组合物中作为反应性介晶(RM)发挥作用。
本发明的液晶组合物中，在含有前述的式VII所示化合物的情况下，式VII所示化合物进一步优选选自式VII1-VII8所示化合物：
Figure BDA0001827515220000091
Figure BDA0001827515220000101
可聚合化合物可以单独地加到液晶组合物中，也可以使用两种或两种以上的可聚合化合物的混合物。
本发明的另一方面提供一种液晶显示元件或液晶显示器，其包含前述的本发明的液晶组合物，本发明的液晶显示元件或液晶显示器为有源矩阵显示元件或显示器或无源矩阵显示元件或显示器。
可选的，前述液晶显示元件或液晶显示器优选有源矩阵寻址液晶显示元件或液晶显示器。
可选的，前述有源矩阵显示元件或显示器具体为PSVA-TFT液晶显示元件或显示器。
为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例对本发明做进一步的说明。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
本发明中，制备方法如无特殊说明则均为常规方法，所用的原料如无特别说明均可从公开的商业途径获得，百分比均是指质量百分比，温度为摄氏度(℃)，液晶化合物也成为液晶单体，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；
Δn表示光学各向异性，Δn＝ne-no，其中，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；
本发明的液晶组合物的制备方法如下：将各液晶单体按照一定配比称量后放入不锈钢烧杯中，将装有各液晶单体的不锈钢烧杯置于磁力搅拌仪器上加热融化，待不锈钢烧杯中的液晶单体大部份融化后，往不锈钢烧杯中加入磁力转子，将混合物搅拌均匀，冷却到室温后即得液晶组合物。
本发明实施例中所使用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1、表2。
表1环结构的对应代码
Figure BDA0001827515220000111
表2端基与链接基团的对应代码
Figure BDA0001827515220000121
举例：
Figure BDA0001827515220000122
其代码为CC-Cp-V1；
Figure BDA0001827515220000123
其代码为PGP-Cpr1-2；
Figure BDA0001827515220000131
其代码为COY-3-O2；
Figure BDA0001827515220000132
其代码为CCY-4-O2。
实施例1：
液晶组合物的配方及相应的性能如下表3所示。
表3实施例1液晶组合物的配方及相应的性能
Figure BDA0001827515220000133
Figure BDA0001827515220000141
实施例1中各液晶化合物的含量是以实施例1的液晶组合物中式I、式II、式III、式IV所示的化合物的总含量为100％作为基准来计算得到的。
将得到的液晶组合物置于10ml玻璃瓶中，在-30℃保存100小时，无晶体析出。
实施例2：
液晶组合物的配方及相应的性能如下表4所示。
表4实施例2液晶组合物的配方及相应的性能
Figure BDA0001827515220000142
Figure BDA0001827515220000151
实施例2中各液晶化合物的含量是以实施例2的液晶组合物中式I、式II、式III、式IV所示的化合物的总含量为100％作为基准来计算得到的。
将得到的液晶组合物置于10ml玻璃瓶中，在-30℃保存100小时，无晶体析出。
实施例3：
液晶组合物的配方及相应的性能如下表5所示。
表5实施例3液晶组合物的配方及相应的性能
Figure BDA0001827515220000152
Figure BDA0001827515220000161
实施例3中各液晶化合物的含量是以实施例3的液晶组合物中式I、式II、式III、式IV、式V所示的化合物的总含量为100％作为基准来计算得到的。
将得到的液晶组合物置于10ml玻璃瓶中，在-30℃保存100小时，无晶体析出。
实施例4：
液晶组合物的配方及相应的性能如下表6所示。
表6实施例4液晶组合物的配方及相应的性能
Figure BDA0001827515220000162
Figure BDA0001827515220000171
实施例4中各液晶化合物的含量是以实施例4的液晶组合物中式I、式II、式III、式IV、式V所示的化合物的总含量为100％作为基准来计算得到的。
将得到的液晶组合物置于10ml玻璃瓶中，在-30℃保存100小时，无晶体析出。
实施例5:
液晶组合物的配方及相应的性能如下表7所示。
表7实施例5液晶组合物的配方及相应的性能
Figure BDA0001827515220000172
Figure BDA0001827515220000181
实施例5中各液晶化合物的含量是以实施例5的液晶组合物中式I、式II、式III、式IV、式V、式VI所示的化合物的总含量为100％作为基准来计算得到的。
将得到的液晶组合物置于10ml玻璃瓶中，在-30℃保存100小时，无晶体析出。
实施例6:
液晶组合物的配方及相应的性能如下表8所示。
表8实施例6液晶组合物的配方及相应的性能
Figure BDA0001827515220000182
Figure BDA0001827515220000191
实施例6中各液晶化合物的含量是以实施例6的液晶组合物中式I、式II、式III、式IV、式V、式VI所示的化合物的总含量为100％作为基准来计算得到的。
将得到的液晶组合物置于10ml玻璃瓶中，在-30℃保存100小时，无晶体析出。
实施例7
液晶组合物的配方及相应的性能如下表9所示。
表9实施例7液晶组合物的配方及相应的性能
Figure BDA0001827515220000192
Figure BDA0001827515220000201
实施例7中各液晶化合物的含量是以实施例7的液晶组合物中式I、式II、式III、式IV、式VI所示的化合物的总含量为100％作为基准来计算得到的。
将得到的液晶组合物置于10ml玻璃瓶中，在-30℃保存100小时，无晶体析出。
实施例8
液晶组合物的配方及相应的性能如下表10所示。
表10实施例8液晶组合物的配方及相应的性能
Figure BDA0001827515220000202
Figure BDA0001827515220000211
实施例8中各液晶化合物的含量是以实施例8的液晶组合物中式I、式II、式III、式IV、式V、式VII所示的化合物的总含量为100％作为基准来计算得到的。
将得到的液晶组合物置于10ml玻璃瓶中，在-30℃保存100小时，无晶体析出。
实施例9
液晶组合物的配方及相应的性能如下表10所示。
表10实施例9液晶组合物的配方及相应的性能
Figure BDA0001827515220000212
Figure BDA0001827515220000221
实施例9中各液晶化合物的含量是以实施例9的液晶组合物中式I、式II、式III、式IV、式V、式Ⅵ、式VII所示的化合物的总含量为100％作为基准来计算得到的。
将得到的液晶组合物置于10ml玻璃瓶中，在-30℃保存100小时，无晶体析出。
对比例1
液晶组合物的配方及相应的性能如下表11所示。
表11对比例1液晶组合物的配方及相应的性能
Figure BDA0001827515220000231
对比例1：将实施例2中式I CLG-3-O1化合物替换为现有技术CCP-3-O1，性能参数几乎没有变化，但是将得到的液晶组合物置于10ml玻璃瓶中，在-30℃保存100小时，有晶体析出，由此可见本方案的组合物具有良好的低温互溶性。

Claims (8)

1.一种液晶组合物，其特征在于，含有一种或多种式I所示化合物、一种或多种式Ⅱ1-Ⅱ6化合物、一种或多种式III所示化合物以及一种或多种式IV所示化合物，
Figure FDA0003965075960000011
其中，R1、R2各自独立地表示碳原子数为1-10的烷基；
R5、R7、R8各自独立地表示碳原子数为1-10的烷基、氟取代的碳原子数为1-10的烷基、碳原子数为2-10的链烯基、氟取代的碳原子数为2-10的链烯基、碳原子数为3-8的链烯氧基或氟取代的碳原子数为3-8的链烯氧基；R3、R4各自独立地表示碳原子数为1-10的烷基、氟取代的碳原子数为1-10的烷基、碳原子数为1-10的烷氧基、氟取代的碳原子数为1-10的烷氧基、碳原子数为2-10的链烯基、氟取代的碳原子数为2-10的链烯基、碳原子数为3-8的链烯氧基或氟取代的碳原子数为3-8的链烯氧基；R6为亚环丙基、亚环丁基或亚环戊基；
X表示O或者S；
液晶组合物中，一种或多种式I所示化合物总重量百分含量为0.1至10％；一种或多种式Ⅱ1-Ⅱ6所示化合物总重量百分含量为10至60％；一种或多种式III所示化合物总重量百分含量为1至15％；一种或多种式IV所示化合物总重量百分含量为10至60％。
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Ⅲ所示化合物选自式Ⅲ1-Ⅲ6所示化合物组成的组，
Figure FDA0003965075960000021
其中，R5表示碳原子数为1-10的烷基、氟取代的碳原子数为1-10的烷基、碳原子数为2-10的链烯基、氟取代的碳原子数为2-10的链烯基、碳原子数为3-8的链烯氧基或氟取代的碳原子数为3-8的链烯氧基。
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Ⅳ所示化合物选自式Ⅳ1-Ⅳ11所示化合物组成的组，
Figure FDA0003965075960000031
4.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V所示化合物：
Figure FDA0003965075960000032
其中，R9、R10各自独立地表示碳原子数为1-10的烷基、氟取代的碳原子数为1-10的烷基、碳原子数为1-10的烷氧基、氟取代的碳原子数为1-10的烷氧基、碳原子数为2-10的链烯基、氟取代的碳原子数为2-10的链烯基、碳原子数为3-8的链烯氧基或氟取代的碳原子数为3-8的链烯氧基，并且R9、R10所示基团中任意一个或多个不相连的-CH2-各自独立地任选被亚环丙基取代；
Figure FDA0003965075960000041
各自独立地表示1,4-亚苯基、氟代1,4-亚苯基、或者、1,4-亚环己基，且
Figure FDA0003965075960000042
不同时为1,4-亚环己基；
p表示0或1。
5.根据权利要求4所述的液晶组合物，其特征在于，所述一种或多种式Ⅴ所示化合物为式Ⅴ1-Ⅴ8所示化合物中的一种或多种，
Figure FDA0003965075960000043
Figure FDA0003965075960000051
其中，R9、R10各自独立地表示碳原子数为1-10的烷基、氟取代的碳原子数为1-10的烷基、碳原子数为1-10的烷氧基、氟取代的碳原子数为1-10的烷氧基、碳原子数为2-10的链烯基、氟取代的碳原子数为2-10的链烯基、碳原子数为3-8的链烯氧基或氟取代的碳原子数为3-8的链烯氧基，并且R9、R10所示基团中任意一个或多个不相连的-CH2各自独立地任选被亚环丙基取代。
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一种或多种式VI所示化合物：
Figure FDA0003965075960000052
其中，R11和R12各自独立地表示碳原子数为1-10的烷基、氟取代的碳原子数为1-10的烷基、碳原子数为1-10的烷氧基、氟取代的碳原子数为1-10的烷氧基、碳原子数为2-10的链烯基、氟取代的碳原子数为2-10的链烯基、碳原子数为3-8的链烯氧基或氟取代的碳原子数为3-8的链烯氧基；
Figure FDA0003965075960000053
表示1,4-亚苯基、1,4-亚环己基或1,4-亚环己烯基；
F1、F2或F3各自独立地表示H或F，且F2、F3不同时为F。
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一种或多种式VII所示化合物：
Figure FDA0003965075960000054
其中，R13、R14各自独立地表示W-Sp-、H、Cl、F或碳原子数为1-12的烷基；所述碳原子数为1-12的烷基中一个或两个不相邻的-CH2-基团可各自独立地被-O-、-CH2＝CH2-、-CO-、-OCO-或-COO-取代，其中R13、R14中至少一者表示W-Sp-；
Figure FDA0003965075960000061
各自独立地表示亚苯基、被W-Sp-、Cl、F、碳原子数为1-12的烷基和/或碳原子数为1-12的烷氧基取代的亚苯基或茚满基，其中所述碳原子数为1-12的烷基、所述碳原子数为1-12的烷氧基中一个或两个不相邻的-CH2-基团可各自独立地被-O-、-CH2＝CH2-、-CO-、-OCO-或-COO-取代，且
Figure FDA0003965075960000062
与R13在
Figure FDA0003965075960000063
的任意位置键合，
Figure FDA0003965075960000064
与R14在
Figure FDA0003965075960000065
的任意位置键合；
q表示0、1或2；
W表示甲基丙烯酸酯基或丙烯酸酯基；
Z3、Sp各自独立地表示单键、-COO-、-CH2O-或-CH2CH2-。
8.一种液晶显示元件或液晶显示器，其特征在于，包含权利要求1-7中任一项所述液晶组合物，所述显示元件或显示器为有源矩阵显示元件或显示器或无源矩阵显示元件或显示器。
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