CN111196928A - 液晶组合物及液晶显示元件、液晶显示器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种液晶组合物，其包含一种或多种式Ⅰ所示的化合物、一种或多种式Ⅱ所示的化合物、一种或多种式Ⅲ所示的化合物和一种或多种式Ⅳ所示的化合物：
Description
技术领域
本发明涉及液晶材料技术领域。更具体地，涉及一种液晶组合物及液晶显示元件、液晶显示器。
背景技术
在LCD的发展过程中，目前LCD用液晶向着响应速度更快，信赖性更好的方向发展，而液晶混合物的高速响应特性来源于其组分的相应物理参数，如旋转粘度γ1、弹性常数(K)等，高的Δn则有助于减小液晶盒的厚度，进而提高响应速度，同时高的清亮点也有助于混晶的组合搭配。由此可以看到，理想的液晶单体应具有低γ1，适当折射率，高清亮点等特征。
目前，液晶显示技术已经成熟应用于各类显示器件中，成为当今信息显示领域的主流产品，在仪器仪表、电脑、电视、手机等各种显示器中得到了广泛的应用。根据液晶显示方式的不同，液晶显示器件可以分为扭曲向列相(TN)模式、超扭曲向列相(STN)模式、共面(IPS)模式、垂直配向(VA)模式等多种模式。
薄膜晶体管显示器(TFT-LCD)也迅速成长为主流显示器，这与它具有的优点是分不开的。
其优点有：
1)低粘度，满足快速响应需求；
2)高电压保持率(VHR)，这就需要液晶材料的电阻率高，一般会达到1013Ω·cm；
3)较低的阈值电压，可以满足低电压驱动，实现低功耗环保性能；
4)与TFT-LCD相匹配的光学各项异性(Δn)，消除彩虹效应，获得较好的对比度与视角性能。
为了实现快速响应，高清亮点，高信赖性，高穿透率等特征，在选取单晶时采用将双键引入分子结构的策略，以提高清亮点并保证较低的旋转粘度。在实现高速响应时，高穿透率往往很难达到，因为在提升穿透率的同时，会造成旋转粘度的升高，从而降低响应速度。
因此，需要提供一种新的液晶组合物以解决上述存在的技术问题。
发明内容
本发明的第一个目的在于提供一种液晶组合物，其具有好的光和热稳定性、较低的粘度、较快的响应速度，使用该液晶组合物可以得到较为宽泛的折射率、较高的清亮点(很宽的使用温度范围)，尤其是具有较大的介电的液晶组合物、具有较高的亮度或是具有节能省电的效果的液晶显示元件或显示器。
本发明的第二个目的在于提供一种液晶显示元件或液晶显示器。
为达到上述第一个目的，本发明提供一种液晶组合物，其包含一种或多种式Ⅰ所示的化合物、一种或多种式Ⅱ所示的化合物、一种或多种式Ⅲ所示的化合物和一种或多种式Ⅳ所示的化合物：
其中，
R1、R2各自独立地表示碳原子数为1-10的烷基、碳原子数为1-10的烷氧基、碳原子数为2-10的链烯基或碳原子数为3-8的链烯氧基；
R3表示碳原子数为1-10的烷基且所述R3所示基团中任意一个或多个CH2任选被环戊基、环丁基或环丙基替代；
R4表示表示碳原子数为1-10的烷基，且所述R4所示基团中任意一个或多个CH2任选被环戊基、环丁基或环丙基替代；
R5、R6各自独立地表示碳原子数为1-10的烷基、碳原子数为1-10的烷氧基、碳原子数为2-10的链烯基或碳原子数为3-8的链烯氧基，且R5、R6至少一个表示链烯基；
X1、X2、X3、X4各自独立的表示H或F；
Y1表示F、-CF3或-OCF3；
n表示1或2。
优选地，所述一种或多种式Ⅰ所示化合物选自式Ⅰ1-Ⅰ7所示化合物组成的组；所述一种或多种式Ⅳ所示化合物选自式Ⅳ1或Ⅳ2所示化合物组成的组：
优选地，所述一种或多种式Ⅱ所示化合物选自式Ⅱ1-Ⅱ12所示化合物组成的组：
其中，R31表示碳原子数为1-10的烷基。
优选地，所述一种或多种式Ⅲ所示化合物选自式Ⅲ1-Ⅲ11所示化合物组成的组：
其中，R41表示表示碳原子数为1-10的烷基，且所述R41所示基团中任意一个或多个CH2任选被环戊基、环丁基或环丙基替代。
优选地，所述液晶组合物中，一种或多种式Ⅰ所示化合物的总质量百分比含量为20-60％，一种或多种式Ⅱ所示化合物的总质量百分比含量为1-30％，一种或多种式Ⅲ所示化合物的总质量百分比含量为1-20％，一种或多种式Ⅳ所示化合物的总质量百分比含量为1-20％。
优选地，所述液晶组合物还包含一种或多种式Ⅴ所示化合物：
其中，R7、R8表示碳原子数为1-10的烷基、碳原子数为1-10的烷氧基、碳原子数为2-10的链烯基、碳原子数为3-8的链烯氧基，且所述R7所示基团中任意一个或多个CH2任选被环戊基、环丁基或环丙基替代；
k表示0或1；且k为1，
表示
时，R7、R8表示碳原子数为1-10的烷基、碳原子数为1-10的烷氧基、碳原子数为3-8的链烯氧基，且所述R7所示基团中任意一个或多个CH2任选被环戊基、环丁基或环丙基替代。
优选地，所述式Ⅴ所示化合物优选选自式Ⅴ1‐Ⅴ6所示化合物组成的组：
其中，R71、R81表示碳原子数为1-10的烷基、碳原子数为1-10的烷氧基。
优选地，所述液晶组合物还包含一种或多种式Ⅵ所示化合物：
其中，R9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，且所述R9所示基团中任意一个或多个CH2任选被环戊基、环丁基或环丙基替代；
R14表示F或-OCF3-；
(F)各自独立地表示H或F；
m表示2或3。
优选地，所述式Ⅵ所示化合物优选选自式Ⅵ1-Ⅵ10所示化合物组成的组：
其中，R91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；
(F)各自独立地表示H或F。
优选地，所述液晶组合物还包含一种或多种式Ⅶ所示的化合物：
其中，R10、R11各自独立地表示碳原子数为1-10的烷基、氟、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，且R10、R12所示基团中任意一个或多个CH2任选被环戊基、环丁基或环丙基替代；
Z1、Z2各自独立地表示单键、-CF2O-、-CH2CH2-或-CH2O-；
a表示1、2或3；
b表示0或1。
优选地，式Ⅶ所示化合物优选选自式Ⅶ1-Ⅶ13所示化合物组成的组：
其中，R101、R111各自独立地表示碳原子数为1-10的烷基、氟、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，且R101、R111所示基团中任意一个或多个CH2任选被环戊基、环丁基或环丙基替代。
优选地，所述液晶组合物还包含一种或多种式Ⅷ所示的化合物：
其中，R12表示碳原子数为1-10的烷基、氟、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，且R12所示基团中任意一个或多个CH2任选被环戊基、环丁基或环丙基替代；
R13表示F、-CF3或-OCF3；
优选地，所示式Ⅷ所示化合物优选选自式Ⅷ1-Ⅷ7所示化合物组成的组；
其中，R121表示碳原子数为1-10的烷基、氟、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，且R121所示基团中任意一个或多个CH2任选被环戊基、环丁基或环丙基替代。
优选地，所述液晶组合物还包含一种或多种式Ⅸ所示的化合物：
其中，R15、R16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，且R15、R16所示基团中任意一个或多个CH2能被环戊基、环丁基或环丙基替代；
W表示-O-、-S-或-CH2O-。
优选地，所述式Ⅸ所示化合物优选选自式Ⅸ1-Ⅸ4所示化合物组成的组：
其中，R161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。
为达到上述第二个目的，本发明提供一种液晶显示元件或液晶显示器，其包含上述第一个目的提供的液晶组合物，所述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，或者无源矩阵显示元件或显示器。
优选地，所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。
本发明的有益效果如下：
本发明的液晶组合物能够实现快速响应，同时具有较大的介电各向异性Δε、适中的光学各向异性Δn、高的对热和光的稳定性，清亮点比较高。
本发明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
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。
本说明书中，如无特殊说明，百分比均是指重量百分比，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；
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；
K11为扭曲弹性常数，K33为展曲弹性常数，测试条件为：25℃、INSTEC:ALCT-IR1、18微米垂直盒。
本发明实施例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
表2：端基与链接基团的对应代码
举例：
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。
以下采用以下具体实施例来对本发明进行说明。
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
对比例1
将实施例1中的式Ⅲ结构CGU-3-F替换为CCU-3-F形成对比例1，对比例1液晶组合物的配方及相应的性能如下表4所示。与实施例1相比，对比例1液晶组合物的介电降低，垂直介电略有下降，折射率降低，粘度升高。
表4对比例1液晶组合物的配方及相应的性能
实施例2
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2液晶组合物的配方及相应的性能
实施例3
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3液晶组合物的配方及相应的性能
对比例2
将实施例3中的式Ⅳ结构CPP-3-2V1替换为CPP-2-3形成对比例2，对比例2液晶组合物的配方及相应的性能如下表7所示。与实施例3相比，对比例2液晶组合物的介电Δε和垂直介电ε⊥几乎不变，驱动电压不会发生改变，K11下降，响应变慢，同时实施例3具有高的清亮点。
表7对比例2液晶组合物的配方及相应的性能
实施例4
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4液晶组合物的配方及相应的性能
实施例5
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5液晶组合物的配方及相应的性能
实施例6
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6液晶组合物的配方及相应的性能
实施例7
液晶组合物的配方及相应的性能如下表11所示。
表11实施例7液晶组合物的配方及相应的性能
实施例8
液晶组合物的配方及相应的性能如下表12所示。
表12实施例8液晶组合物的配方及相应的性能
实施例9
液晶组合物的配方及相应的性能如下表13所示。
表13实施例9液晶组合物的配方及相应的性能
实施例10
液晶组合物的配方及相应的性能如下表14所示。
表14实施例10液晶组合物的配方及相应的性能
实施例11
液晶组合物的配方及相应的性能如下表15所示。
表15实施例11液晶组合物的配方及相应的性能
实施例12
液晶组合物的配方及相应的性能如下表16所示。
表16实施例12液晶组合物的配方及相应的性能
实施例13
液晶组合物的配方及相应的性能如下表17所示。
表17实施例13液晶组合物的配方及相应的性能
实施例14
液晶组合物的配方及相应的性能如下表18所示。
表18实施例14液晶组合物的配方及相应的性能
实施例15
液晶组合物的配方及相应的性能如下表19所示。
表19实施例15液晶组合物的配方及相应的性能
实施例16
液晶组合物的配方及相应的性能如下表20所示。
表20实施例16液晶组合物的配方及相应的性能
本发明实施例通过使用式Ⅰ、式Ⅱ、式Ⅲ和式Ⅳ所示化合物的搭配组合使用，可以提升液晶组合物的Δε，且垂直方向的介电各向异性略有提高，从而能够改善液晶组合物的穿透率，同时旋转粘度降低。本发明液晶组合物光和热的稳定性好，具有较低的粘度，较快的响应速度，可以得到较为宽泛的折射率、较高的清亮点(很宽的使用温度范围)，因而显示器件具有较高的亮度或是具有节能省电的效果。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。
Claims (10)
1.一种液晶组合物，其特征在于，包含一种或多种式Ⅰ所示的化合物、一种或多种式Ⅱ所示的化合物、一种或多种式Ⅲ所示的化合物和一种或多种式Ⅳ所示的化合物：
其中，
R1、R2各自独立地表示碳原子数为1-10的烷基、碳原子数为1-10的烷氧基、碳原子数为2-10的链烯基或碳原子数为3-8的链烯氧基；
R3表示碳原子数为1-10的烷基且所述R3所示基团中任意一个或多个CH2任选被环戊基、环丁基或环丙基替代；
R4表示表示碳原子数为1-10的烷基，且所述R4所示基团中任意一个或多个CH2任选被环戊基、环丁基或环丙基替代；
R5、R6各自独立地表示碳原子数为1-10的烷基、碳原子数为1-10的烷氧基、碳原子数为2-10的链烯基或碳原子数为3-8的链烯氧基，且R5、R6至少一个表示链烯基；
X1、X2、X3、X4各自独立的表示H或F；
Y1表示F、-CF3或-OCF3；
n表示1或2。
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所示化合物选自式Ⅰ1-Ⅰ7所示化合物组成的组；所述一种或多种式Ⅳ所示化合物选自式Ⅳ1或Ⅳ2所示化合物组成的组：
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Ⅱ所示化合物选自式Ⅱ1-Ⅱ12所示化合物组成的组：
其中，R31表示碳原子数为1-10的烷基。
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Ⅲ所示化合物选自式Ⅲ1-Ⅲ11所示化合物组成的组：
其中，R41表示表示碳原子数为1-10的烷基，且所述R41所示基团中任意一个或多个CH2任选被环戊基、环丁基或环丙基替代。
5.根据权利要求1-4任一项所述的液晶组合物，其特征在于，所述液晶组合物还包含一种或多种式Ⅴ所示化合物：
其中，R7、R8表示碳原子数为1-10的烷基、碳原子数为1-10的烷氧基、碳原子数为2-10的链烯基、碳原子数为3-8的链烯氧基，且所述R7所示基团中任意一个或多个CH2任选被环戊基、环丁基或环丙基替代；
k表示0或1；且k为1，
表示
时，R7、R8表示碳原子数为1-10的烷基、碳原子数为1-10的烷氧基、碳原子数为3-8的链烯氧基，且所述R7所示基团中任意一个或多个CH2任选被环戊基、环丁基或环丙基替代。
6.根据权利要求1-4任一项所述的液晶组合物，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：
其中，R9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，且所述R9所示基团中任意一个或多个CH2任选被环戊基、环丁基或环丙基替代；
R14表示F或-OCF3-；
(F)各自独立地表示H或F；
m表示2或3。
7.根据权利要求1-4任一项所述的液晶组合物，其特征在于，所述液晶组合物还包含一种或多种式Ⅶ所示的化合物：
其中，R10、R11各自独立地表示碳原子数为1-10的烷基、氟、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，且R10、R12所示基团中任意一个或多个CH2任选被环戊基、环丁基或环丙基替代；
Z1、Z2各自独立地表示单键、-CF2O-、-CH2CH2-或-CH2O-；
a表示1、2或3；
b表示0或1。
8.根据权利要求1-4任一项所述的液晶组合物，其特征在于，所述液晶组合物还包含一种或多种式Ⅷ所示的化合物：
其中，R12表示碳原子数为1-10的烷基、氟、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，且R12所示基团中任意一个或多个CH2任选被环戊基、环丁基或环丙基替代；
R13表示F、-CF3或-OCF3；
9.根据权利要求1-4任一项所述的液晶组合物，其特征在于，所述液晶组合物还包含一种或多种式Ⅸ所示的化合物：
其中，R15、R16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，且R15、R16所示基团中任意一个或多个CH2能被环戊基、环丁基或环丙基替代；
W表示-O-、-S-或-CH2O-。
10.一种液晶显示元件或液晶显示器，其特征在于，其包含权利要求1-9任一项所述的液晶组合物，所述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，或者无源矩阵显示元件或显示器。
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