CN112048318A - 一种液晶组合物及其液晶显示器件 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种液晶组合物及其液晶显示器件。该液晶组合物包含至少一种通式I的化合物、至少一种通式II的化合物、至少一种通式III的化合物以及至少一种通式IV的化合物。本发明的液晶组合物具有良好的介电各向异性和光学各向异性的同时，还具有良好的低温互溶性和较短的响应时间，且液晶组合物的响应时间受温度变化的影响较小，适用于更宽的工作温度范围。本发明还提供包含该液晶组合物的液晶显示器件。
Description
技术领域
本发明属于液晶材料技术领域，涉及一种液晶组合物及其液晶显示器件。
背景技术
液晶显示器(Liquid Crystal Display，LCD)因其体积小、重量轻、功耗低且显示质量优异而获得了飞速发展，特别在便携式电子信息产品中获得广泛的应用。随着用于便携式计算机、办公应用、视频应用的液晶屏幕尺寸的增加，为了使液晶显示器能够用于大屏幕显示并最终替代阴极射线管(Cathode Ray Tube，CRT)，仍存在一些待解决的问题，如改善视角、改善低温稳定性、提高响应速度等。
液晶主要用作显示器件中的电介质，因为通过施加的电压可以改变这类物质的光学性能。基于液晶的电光学器件是本领域技术人员公知的，并可以基于各种效应，如具有动态散射的液晶盒(cell)，DAP(配向相变形)液晶盒、宾/主型液晶盒、具有扭转向列结构的TN(扭曲向列型)液晶盒、STN(超扭转向列)液晶盒、SBE(超双折射效应)液晶盒和OMI(光学模式干涉)液晶盒。
液晶材料必须具有良好的化学和热稳定性，以及良好的对电场和电磁辐射的稳定性。
此外，工业上可用的液晶相要求在合适温度范围内具有液晶介晶相和低粘度。由于液晶通常作为多种组分的混合物形式使用，所以这些组分容易彼此混溶是重要的。其它性能，例如电导率、介电各向异性和光学各向异性，必须根据液晶盒类型和应用领域而满足各种要求。
共轭烯类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。但是会带来低温溶解性变差的问题，另外，研究发现还存在液晶响应时间受温度波动影响较大等不良影响。
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，某项性能指标的提高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。
本发明对液晶材料做进一步改进，研发一种介电各向异性Δε适中、光学各向异性Δn适中、低温互溶性良好的快响应负性液晶组合物，并且液晶响应时间受温度变化的影响较小。
发明内容
发明目的：针对现有技术缺陷，本发明提供一种液晶组合物，所述液晶组合物在具有合适的介电各向异性和光学各向异性的同时，还具有良好的低温互溶性和较短的响应时间，且液晶组合物的响应时间受温度变化的影响较小。
本发明技术方案：
为实现上述发明目的，本发明提供了一种液晶组合物，所述液晶组合物包含至少一种通式I的化合物、至少一种通式II的化合物、至少一种通式III的化合物以及至少一种通式IV的化合物；
其中，所述R1、R2、R3、R5各自独立地表示含有1-10个碳原子的卤代或未卤代的烷基或烷氧基、含有2-10个碳原子的卤代或未卤代的烯基或烯氧基中；
所述R4表示含有1-10个碳原子的卤代或未卤代的烷基或烷氧基、含有2-10个碳原子的卤代或未卤代的烯基或烯氧基，或者所述含有1-10个碳原子的卤代或未卤代的烷基或烷氧基、含有2-10个碳原子的卤代或未卤代的烯基或烯氧基中的-CH2-被环戊烷基、环丙烷基或环丁烷基替代后的基团；
所述R表示2-7个碳原子的烯基，例如3个、4个、5个或6个；
所述Z1、Z2、Z3各自独立地表示单键、-CO-O-、-O-CO-、-CF2O-、-OCF2-、-CH2-CH2-、-CH＝CH-、-OCH2-或-CH2O-；
所述L1和L2各自独立地表示-F或-Cl；
所述L3和L4各自独立地表示-H或-CH3；
所述环A1、环A2、环A3各自独立地表示
其中虚线代表基团的接入位点；
所述环A4、环A5各自独立地表示
所述n1和n2各自独立地为0、1或2，n1表示2时，环A2相同或不同，n2表示2时，环A5相同或不同；
所示通式III的化合物中不包括通式I和通式II的化合物。
本发明中，“所述含有1-10个碳原子的卤代或未卤代的烷基或烷氧基、含有2-10个碳原子的卤代或未卤代的烯基或烯氧基中的-CH2-被环戊烷基、环丙烷基、环丁烷基替代后的基团”指的是，用环戊烷基、环丙烷基或环丁烷基替代-CH2-，示例性地，
中-CH2-被环戊烷基替代后的基团可以为
本发明从液晶材料的配方出发，配方中同时包含通式I、II、III和IV四种化合物，这四种化合物的性能之间相互影响，配合使用能够在保证良好的介电各向异性和光学各向异性的同时，还具有良好的低温互溶性和较短的响应时间，且液晶组合物的响应时间受温度变化的影响较小。
优选地，所述通式I的化合物占所述液晶组合物总质量的1-45％，例如2％、3％、4％、8％、10％、12％、15％、18％、20％、22％、25％、28％、30％、32％、35％、38％、40％、42％、44％等，进一步优选1-35％，再进一步优选1-30％，再进一步优选1-25％，再进一步优选2-25％，更进一步优选5-25％。
优选地，所述通式II的化合物占所述液晶组合物总质量的10-30％，例如12％、15％、18％、20％、22％、25％、28％等，进一步优选11-30％，更进一步优选15-25％。
本发明中，优选通式II的化合物的占比为10-30％，通式II的化合物的特定性能配合其特定的加入量，能够进一步提高液晶组合物的低温互溶性和响应时间稳定性，11-30％时更佳，15-25％时最佳。
优选地，所述通式III的化合物占所述液晶组合物总质量的10-70％，例如12％、15％、18％、20％、22％、25％、28％、30％、32％、35％、38％、40％、42％、44％、45％、48％、50％、52％、55％、58％、60％、62％、65％、68％等，优选15-65％，进一步优选20-60％。
优选地，所述通式IV的化合物占所述液晶组合物总质量的1-70％，例如2％、3％、4％、8％、10％、12％、15％、18％、20％、22％、25％、28％、30％、32％、35％、38％、40％、42％、44％、45％、48％、50％、52％、55％、58％、60％、62％、65％、68％等，优选5-65％，进一步优选10-60％。
优选地，所述通式I的化合物为具有如下结构的化合物中的任意一种或至少两种的组合：
所述R1具有与前文相同的限定范围。
优选地，所述通式I的化合物为具有I-2、I-6、I-8结构的化合物中的任意一种或至少两种的组合。
优选地，所述通式III的化合物为具有如下结构的化合物中的任意一种或至少两种的组合：
所述R2和R3具有与前文相同的限定范围。
优选地，所述通式III的化合物为具有III-1、III-2、III-3、III-4、III-9、III-11、III-12、III-13、III-15、III-16、III-17、III-18、III-19、III-20、III-21、III-22、III-23结构的化合物中的任意一种或至少两种的组合。
优选地，所述通式III-1、III-2、III-3的化合物中，所述R2和R3中至少一个表示含有2-10个碳原子的卤代或未卤代的烯基或烯氧基。
优选地，所述通式IV的化合物为具有如下结构的化合物中的任意一种或至少两种的组合：
所述R4和R5具有与前文相同的限定范围。
本发明另一方面还提供一种液晶显示器件，所述液晶显示器件包含本发明所提供的液晶组合物。
有益效果：
本发明从液晶材料的配方出发，配方中同时包含通式I、II、III和IV四种化合物，这四种化合物的性能之间相互牵制，配合使用能够在保证良好的介电各向异性和光学各向异性的同时，还具有良好的低温互溶性和较短的响应时间，且液晶组合物的响应时间受温度变化的影响较小，适用于更宽的工作温度范围。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
为了便于表达，在以下实施例中，液晶组合物的基团结构以表1中所列的代码来表示：
表1
表1中，虚线代表基团的接入位点。
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(向列相-各向同性相的转变温度，℃)
Δn 光学各向异性(589nm，25℃)
ε⊥ 垂直于分子轴方向上的介电常数
Δε 介电各向异性(1KHz，25℃)
γ1 旋转粘度(mPa.s，25℃，除非另有说明)
其中，Cp表示液晶清亮点(℃)，使用熔点仪定量法测试；
光学各向异性使用阿贝折光仪在钠光灯(589nm)光源下、25℃测试得到。Δn＝ne-no，no为寻常光的折射率，ne为非寻常光的折射率。
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VA盒，盒厚6μm。
γ1使用TOYO6254型液晶物性评价系统测试得到；测试温度为25℃，测试电压为90V，测试盒厚为20μm。
低温储存性能测试：
分别在-20℃和-30℃的低温恒温箱进行每日观察是否有晶体析出。
测试温度变化对响应时间的影响：
Toff表示撤电时，从90％透过率降至10％透过率所需的时间(ms，25℃)。测试设备为DMS-505，测试条件：方波，电压5V，频率60Hz；测试盒为4μm VA盒。
实施例1
本实施例提供一种液晶组合物，所述液晶组合物包括如下表所示的质量百分含量的组分，并且列出了部分性能测试结果：
实施例2
本实施例提供一种液晶组合物，所述液晶组合物包括如下表所示的质量百分含量的组分，并且列出了部分性能测试结果：
实施例3
本实施例提供一种液晶组合物，所述液晶组合物包括如下表所示的质量百分含量的组分，并且列出了部分性能测试结果：
实施例4
本实施例提供一种液晶组合物，所述液晶组合物包括如下表所示的质量百分含量的组分，并且列出了部分性能测试结果：
实施例5
本实施例提供一种液晶组合物，所述液晶组合物包括如下表所示的质量百分含量的组分，并且列出了部分性能测试结果：
实施例6
本实施例提供一种液晶组合物，所述液晶组合物包括如下表所示的质量百分含量的组分，并且列出了部分性能测试结果：
对比例1
本对比例提供一种液晶组合物，所述液晶组合物包括如下表所示的质量百分含量的组分，并且列出了部分性能测试结果：
对比例2
本对比例提供一种液晶组合物，所述液晶组合物包括如下表所示的质量百分含量的组分，并且列出了部分性能测试结果：
对比例3
本对比例提供一种液晶组合物，所述液晶组合物包括如下表所示的质量百分含量的组分，并且列出了部分性能测试结果：
实施例1-6和对比例1-3的性能测试的结果分别如表2和表3所示；
表2低温储存性能测试结果汇总表
| -20℃bottle | -30℃cell | |
| 对比例1 | 7天晶析 | 10天晶析 |
| 对比例2 | 8天晶析 | 11天晶析 |
| 对比例3 | 7天晶析 | 10天晶析 |
| 实施例1 | 8天晶析 | 13天晶析 |
| 实施例2 | 9天晶析 | 14天晶析 |
| 实施例3 | 10天不晶析 | 15天不晶析 |
| 实施例4 | 10天不晶析 | 15天不晶析 |
| 实施例5 | 10天不晶析 | 15天不晶析 |
| 实施例6 | 10天不晶析 | 15天不晶析 |
其中，cell指的是液晶低温测试盒，bottle指的是低温观察瓶，观察液晶低温盒和低温瓶中有无晶析。
表3温度变化对响应时间的影响测试结果汇总表
| T<sub>off</sub>/ms(5V，10℃) | T<sub>off</sub>/ms(5V，25℃) | 变化/ms | |
| 对比例1 | 14.65 | 6.21 | 8.44 |
| 对比例2 | 14.56 | 6.15 | 8.41 |
| 对比例3 | 14.61 | 6.18 | 8.43 |
| 实施例1 | 14.46 | 6.11 | 8.35 |
| 实施例2 | 14.36 | 6.02 | 8.34 |
| 实施例3 | 14.21 | 5.96 | 8.25 |
| 实施例4 | 14.05 | 5.93 | 8.12 |
| 实施例5 | 13.9 | 5.88 | 8.02 |
| 实施例6 | 13.7 | 5.81 | 7.89 |
由表2和表3可知，实施例1-6中提供的液晶组合物具有适当的介电各向异性和光学各向异性，同时具有良好的低温互溶性，且响应时间在10℃-25℃范围内波动较小，保持良好的响应性能，这样液晶组合物可以在相对较宽的温度范围内工作且具有比较稳定的响应水平；而对比例1相对于实施例1不包含通式I的化合物和通式II的化合物，对比例2相对于实施例1仅不包含通式I的化合物，对比例3相对于实施例1仅不包含通式II的化合物，对比例1-3的低温储存性能明显降低，且响应时间受温度的影响较大，由此可知，本发明的液晶组合物必须同时包含通式I-IV四种化合物，才能够实现上述的有益效果。
实施例7
本实施例提供一种液晶组合物，所述液晶组合物包括如下表所示的质量百分含量的组分，并且列出了部分性能测试结果：
实施例8
本实施例提供一种液晶组合物，所述液晶组合物包括如下表所示的质量百分含量的组分，并且列出了部分性能测试结果：
实施例9
本实施例提供一种液晶组合物，所述液晶组合物包括如下表所示的质量百分含量的组分，并且列出了部分性能测试结果：
实施例10
本实施例提供一种液晶组合物，所述液晶组合物包括如下表所示的质量百分含量的组分，并且列出了部分性能测试结果：
实施例11
本实施例提供一种液晶组合物，所述液晶组合物包括如下表所示的质量百分含量的组分，并且列出了部分性能测试结果：
实施例12
本实施例提供一种液晶组合物，所述液晶组合物包括如下表所示的质量百分含量的组分，并且列出了部分性能测试结果：
实施例7-12的性能测试的结果分别如表4和表5所示；
表4低温储存性能测试结果汇总表
| -20℃bottle | -30℃cell | |
| 实施例7 | 7天晶析 | 10天晶析 |
| 实施例8 | 7天晶析 | 11天晶析 |
| 实施例9 | 8天晶析 | 12天晶析 |
| 实施例10 | 10天晶析 | 15天晶析 |
| 实施例11 | 10天不晶析 | 15天不晶析 |
| 实施例12 | 10天不晶析 | 15天不晶析 |
其中，cell指的是液晶低温测试盒，bottle指的是低温观察瓶，观察液晶低温盒和低温瓶中有无晶析。
表5温度变化对响应时间的影响测试结果汇总表
| T<sub>off</sub>/ms(5V，10℃) | T<sub>off</sub>/ms(5V，25℃) | 变化/ms | |
| 实施例7 | 14.59 | 6.17 | 8.42 |
| 实施例8 | 14.41 | 6.05 | 8.36 |
| 实施例9 | 14.21 | 5.96 | 8.25 |
| 实施例10 | 14.16 | 5.92 | 8.24 |
| 实施例11 | 14.02 | 5.86 | 8.16 |
| 实施例12 | 13.78 | 5.75 | 8.03 |
通过表4和表5可以看出，通式I的化合物和通式II的化合物两者之间具有协同作用，对低温互溶性和响应时间稳定性均有提升。当通式II的化合物的占比在10-30％范围内时(实施例8-12)，液晶组合物的低温互溶性和响应时间稳定性均达到最佳，继续增加通式II的化合物的含量，会造成通II的化合物过多而产生偏析现象。
本发明通过上述实施例来说明本发明的详细方法，但本发明并不局限于上述详细方法，即不意味着本发明必须依赖上述详细方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
Claims (10)
1.一种液晶组合物，其特征在于，所述液晶组合物包含至少一种通式I的化合物、至少一种通式II的化合物、至少一种通式III的化合物以及至少一种通式IV的化合物；
其中，所述R1、R2、R3、R5各自独立地表示含有1-10个碳原子的卤代或未卤代的烷基或烷氧基、含有2-10个碳原子的卤代或未卤代的烯基或烯氧基；
所述R4表示含有1-10个碳原子的卤代或未卤代的烷基或烷氧基、含有2-10个碳原子的卤代或未卤代的烯基或烯氧基，或者所述含有1-10个碳原子的卤代或未卤代的烷基或烷氧基、含有2-10个碳原子的卤代或未卤代的烯基或烯氧基中的-CH2-被环戊烷基、环丙烷基或环丁烷基替代后的基团；
所述R表示2-7个碳原子的烯基；
所述Z1、Z2、Z3各自独立地表示单键、-CO-O-、-O-CO-、-CF2O-、-OCF2-、-CH2-CH2-、-CH＝CH-、-OCH2-或-CH2O-；
所述L1和L2各自独立地表示-F或-Cl；
所述L3和L4各自独立地表示-H或-CH3；
所述环A1、环A2、环A3各自独立地表示
其中虚线代表基团的接入位点；
所述环A4、环A5各自独立地表示
其中虚线代表基团的接入位点；
所述n1和n2各自独立地为0、1或2，n1表示2时，环A2相同或不同，n2表示2时，环A5相同或不同；
所示通式III的化合物中不包括通式I和通式II的化合物。
2.根据权利要求1所述的液晶组合物，其特征在于，所述通式I的化合物占所述液晶组合物总质量的1-45％，进一步优选1-35％，再进一步优选1-30％，再进一步优选1-25％，再进一步优选2-25％，更进一步优选5-25％。
3.根据权利要求1或2所述的液晶组合物，其特征在于，所述通式II的化合物占所述液晶组合物总质量的10-30％，进一步优选11-30％，更进一步优选15-25％。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的液晶组合物，其特征在于，所述通式III的化合物占所述液晶组合物总质量的10-70％，优选15-65％，进一步优选20-60％。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的液晶组合物，其特征在于，所述通式IV的化合物占所述液晶组合物总质量的1-70％，优选5-65％，进一步优选10-60％。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的液晶组合物，其特征在于，所述通式I的化合物为具有如下结构的化合物中的任意一种或至少两种的组合：
所述R1具有与权利要求1相同的限定范围；
优选地，所述通式I的化合物为具有I-2、I-6、I-8结构的化合物中的任意一种或至少两种的组合。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的液晶组合物，其特征在于，所述通式III的化合物为具有如下结构的化合物中的任意一种或至少两种的组合：
所述R2和R3具有与权利要求1相同的限定范围；
优选地，所述通式III的化合物为具有III-1、III-2、III-3、III-4、III-9、III-11、III-12、III-13、III-15、III-16、III-17、III-18、III-19、III-20、III-21、III-22、III-23结构的化合物中的任意一种或至少两种的组合。
8.根据权利要求7所述的液晶组合物，其特征在于，所述通式III-1、III-2、III-3的化合物中，所述R2和R3中至少一个表示含有2-10个碳原子的卤代或未卤代的烯基或烯氧基。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的液晶组合物，其特征在于，所述通式IV的化合物为具有如下结构的化合物中的任意一种或至少两种的组合：
所述R4和R5具有与权利要求1相同的限定范围。
10.一种液晶显示器件，其特征在于，所述液晶显示器件包含根据权利要求1-9中任一项所述的液晶组合物。
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