CN112175629B - 一种含三联苯的快速响应液晶组合物及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于液晶材料技术领域，具体涉及一种含三联苯的快速响应液晶组合物及其应用。所述液晶组合物包含一种或多种通式I所代表的化合物、一种或多种通式II所代表的化合物、一种或多种通式III所代表的化合物。所述液晶组合物具有低的旋转粘度与大的光学各向异性，进而可以采用低的液晶层厚度，其在液晶显示器中的使用能明显改善液晶显示器的响应速度，有效地改善显示效果。
Description
技术领域
本发明属于液晶材料技术领域，具体涉及一种含三联苯的快速响应液晶组合物及其应用。
背景技术
目前，LCD显示器作为最主流的显示器，已广泛用于各种产品中，其中负性液晶显示器因为其独有的高透过率特性，目前广泛用于手机、笔记本电脑、平板电脑、电脑显示器、电视等方面。
目前负性液晶显示器存在的主要劣势为响应速度较慢，如何改善响应速度成为负性液晶显示器的重要课题，通过研究发现，液晶的旋转粘度降低有助于改善液晶分子的响应速度。
随着用户对液晶显示器的显示效果要求越来越高，为了满足高性能和高品质的显示效果，液晶面板趋向于使用具有高的阻抗特性的配向层(PI)，而高阻抗的配向层具有更低的离子性，对于改善液晶显示器的闪烁(Flicker)、离子型残像非常有效，但是高阻抗的PI吸附离子的能力较强，容易产生RDC(残余电压)，形成DC型残像问题。
本发明旨在提供一种具有低旋转粘度与大光学各向异性的液晶组合物，以此实现改善液晶显示器响应速度的目的，该液晶组合物具有负的介电各向异性，用于液晶显示器中具有更高的透过率和具有改善液晶显示器闪烁的效果，同时该液晶组合物可以减弱RDC效应，对于改善DC型残像以及对于残像恢复非常有效。
本领域公知，降低组合物的清亮点可以实现降低旋转粘度的目的，但是随着清亮点的降低，可导致显示器使用温度上限降低，令人惊奇的是本领域人员发现，本发明所提供的的液晶组合物一方面具有高的清亮点，另一方面具有低的旋转粘度，同时还具有大的光学各向异性，从而实现快速响应的液晶显示器。
发明内容
本发明旨在提供一种含三联苯的快速响应液晶组合物，该液晶组合物用于液晶显示器中，可有效改善液晶显示器的响应速度，改善DC型残像。
具体的，本发明所述的含三联苯的快速响应液晶组合物包含一种或多种通式 I所代表的化合物、一种或多种通式II所代表的化合物、一种或多种通式III所代表的化合物：
所述通式I具体为：
通式I中，L1代表S或O；R1代表H或C1～C12的直链烷基；X代表
所述通式II具体为：
通式II中，R2、R3相同或不同，各自独立地代表C1～C12的直链烷基、C1～C12的直链烷氧基或C2～C12的直链烯基；a代表0或1；A1代表
所述通式III具体为：
通式III中，R4、R5相同或不同，各自独立地代表C1～C12的直链烷基、C1～C12的直链烷氧基或C2～C12的直链烯基；
L2、L3、L4各自独立地代表H或F。
优选地，本发明所提供的通式I所代表的化合物选自I1～I36中的一种或多种：
具体地，本发明所提供的通式II所代表的化合物选自IIA～IIF中的一种或多种：
优选地，本发明所提供的通式II所代表的化合物选自式IIA-1～IIF-48中的一种或多种：
优选地，本发明所提供的液晶组合物中，通式Ⅲ所代表的化合物选自ⅢA或ⅢB：
其中，R4代表C1～C7的直链烷基或C2～C7的直链烯基；R5代表C1～C7的直链烷基或C1～C7的直链烷氧基。
进一步优选地，本发明所提供的通式Ⅲ所代表的化合物选自ⅢA1～ⅢB36中的一种或多种：
优选地，本发明所提供的液晶组合物中还可以包含一种或多种的通式IV所代表的化合物：
其中，R6、R7相同或不同，各自独立地代表C1～C12的直链烷基、C1～C12的直链烷氧基或C2～C12的直链烯基；
A2、A3各自独立地代表反式1，4-环己基或1，4-亚苯基。
本发明所提供的通式IV所代表的化合物为中性两环结构化合物，该类化合物具有非常低的旋转粘度，对于降低液晶组合物的旋转粘度非常有效。
具体地，本发明所提供的通式IV所代表的化合物选自式IVA～IVC中的一种或多种：
优选地，本发明所提供的通式IV所代表的化合物选自式ⅢA1～ⅢC24中的一种或多种：
优选的，本发明所提供的液晶组合物中还可以包含一种或多种的通式V所代表的化合物：
其中，R8、R9相同或不同，各自独立地代表C1～C12的直链烷基、C1～C12的直链烷氧基或C2～C12的直链烯基；A4代表反式1，4-环己基或1，4-亚苯基。
更优选地，通式IV所代表的化合物优选自IVA～IVB中的一种或多种：
其中，R8、R9相同或不同，各自独立地代表C1～C7的直链烷基、C1～C7的直链烷氧基或C2～C7的直链烯基。
进一步优选地，本发明所提供的通式V所代表的化合物选自VA1～VB63中的一种或多种：
本发明的液晶组合物中，除了上述的化合物以外，也可以含有通常的抗氧化剂、紫外线吸收剂、光稳定剂或红外线吸收剂等。
为了提高各类型化合物之间的协同作用，本发明对所提供的液晶组合物中各组分的百分含量进行优选。
具体而言，本发明所提供的液晶组合物包括以下质量百分比的组分：
(1)、1～50％的通式I所代表的化合物；(2)、5～70％的通式II所代表的化合物；(3)、1～50％的通式III所代表的化合物；(4)、0～70％的通式IV所代表的化合物；(5)、 0～50％的通式V所代表的化合物；
本发明进一步提出地，所述液晶化合物包含以下质量百分比的组分：(1)、 1～30％的通式I所代表的化合物；(2)、10～70％的通式II所代表的化合物；(3)、1～30％的通式III所代表的化合物；(4)、10～60％的通式IV所代表的化合物；(5)、0～35％的通式V所代表的化合物；
优选地，本发明所提供的液晶化合物包含以下质量百分比的组分：(1)、3～20％的通式I所代表的化合物；(2)、15～65％的通式II所代表的化合物；(3)、1～25％的通式III所代表的化合物；(4)、15～55％的通式IV所代表的化合物；(5)、0～30％的通式V所代表的化合物；
更优选地，本发明所提供的液晶化合物包含以下质量百分比的组分：(1)、 3～18％的通式I所代表的化合物；(2)、25～55％的通式II所代表的化合物；(3)、3～20％的通式III所代表的化合物；(4)、20～50％的通式IV所代表的化合物；(5)、0～20％的通式V所代表的化合物；
本发明进一步提出地，所述液晶化合物包含以下质量百分比的组分：(1)、3～25％的通式I所代表的化合物；(2)、20～70％的通式II所代表的化合物；(3)、3～20％的通式III所代表的化合物；(4)、27～60％的通式IV所代表的化合物；(5)、0～20％的通式V所代表的化合物；
优选地，本发明所提供的液晶化合物包含以下质量百分比的组分：(1)、3～15％的通式I所代表的化合物；(2)、30～55％的通式II所代表的化合物；(3)、3～15％的通式III所代表的化合物；(4)、27～46％的通式IV所代表的化合物；(5)、0～10％的通式V所代表的化合物；
本发明进一步提出地，所述液晶化合物包含以下质量百分比的组分：(1)、 6～30％的通式I所代表的化合物；(2)、30～70％的通式II所代表的化合物；(3)、5～30％的通式III所代表的化合物；(4)、20～58％的通式IV所代表的化合物；(5)、0～15％的通式V所代表的化合物；
优选地，本发明所提供的液晶化合物包含以下质量百分比的组分：(1)、7～18％的通式I所代表的化合物；(2)、30～47％的通式II所代表的化合物；(3)、9～25％的通式III所代表的化合物；(4)、27～46％的通式IV所代表的化合物；(5)、0～12％的通式V所代表的化合物；
本发明进一步提出地，所述液晶化合物包含以下质量百分比的组分：(1)、 1～15％的通式I所代表的化合物；(2)、33～65％的通式II所代表的化合物；(3)、3～20％的通式III所代表的化合物；(4)、15～53％的通式IV所代表的化合物；(5)、0～15％的通式V所代表的化合物；
优选地，本发明所提供的液晶化合物包含以下质量百分比的组分：(1)、1～7％的通式I所代表的化合物；(2)、33～55％的通式II所代表的化合物；(3)、5～15％的通式III所代表的化合物；(4)、27～46％的通式IV所代表的化合物；(5)、0～10％的通式V所代表的化合物；
本发明所提供的液晶组合物通过通式I所代表的化合物提升介电各向异性及降低旋转粘度；通过通式II所代表的化合物提升介电各向异性和改善互溶性；通过通式Ⅲ所代表的化合物增加光学各向异性和提升介电各向异性；通过添加通式IV的化合物降低旋转粘度；通过添加通式V的化合物提升清亮点；以此实现快速响应液晶显示器所需要的液晶组合物。
随着用户对液晶显示器的显示效果要求越来越高，为了满足高性能和高品质的显示效果，液晶面板趋向于使用具有高的阻抗特性的配向层(PI)，而高阻抗的配向层具有更低的离子性，对于改善液晶显示器的闪烁(Flicker)、离子型残像非常有效，但是高阻抗的PI吸附离子的能力较强，容易产生RDC(残余电压)，形成DC型残像问题。本发明研发人员发现，加入本发明所提供的通式 III所代表的三联苯类单晶，可以减弱RDC效应，对于改善DC型残像以及对于残像恢复非常有效。
本发明所述液晶组合物的制备方法无特殊限制，可采用常规方法将两种或多种化合物混合进行生产，如通过在高温下混合不同组分并彼此溶解的方法制备，其中，将液晶组合物溶解在用于该化合物的溶剂中并混合，然后在减压下蒸馏出该溶剂；或者本发明所述液晶组合物可按照常规的方法制备，如将其中含量较小的组分在较高的温度下溶解在含量较大的主要组分中，或将各所属组分在有机溶剂中溶解，如丙酮、氯仿或甲醇等，然后将溶液混合去除溶剂后得到。
本发明所述液晶组合物具有低的旋转粘度与大的光学各向异性，进而可以采用低的液晶层厚度，其在液晶显示器中的使用能明显改善液晶显示器的响应速度，有效地改善显示效果。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
除非另有说明，本发明中百分比为重量百分比；温度单位为摄氏度；△n代表光学各向异性(25℃)；ε∥和ε⊥分别代表平行和垂直介电常数(25℃，1000Hz)；△ε代表介电各向异性(25℃，1000Hz)；γ1代表旋转粘度(mPa.s，25℃)；Cp 代表液晶组合物的清亮点(℃)；K11、K22、K33分别代表展曲、扭曲和弯曲弹性常数(pN，25℃)。
以下各实施例中，液晶化合物中基团结构用表1所示代码表示。
表1：液晶化合物的基团结构代码
以如下化合物结构为例：
表示为：A1OSO1B
表示为：3CPW02
以下各实施例中，液晶组合物的制备均采用热溶解方法，包括以下步骤：用天平按重量百分比称量液晶化合物，其中称量加入顺序无特定要求，通常以液晶化合物熔点由高到低的顺序依次称量混合，在60～100℃下加热搅拌使得各组分熔解均匀，再经过滤、旋蒸，最后封装即得目标样品。
以下各实施例中，液晶组合物中各组分的重量百分比及液晶组合物的性能参数见下述表格。
实施例1
表2 ：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数
实施例2
表3：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数
实施例3
表4：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数
实施例4
表5：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数
实施例5
表6：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数
实施例6
表7：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数
实施例7
表8：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数
实施例8
表9：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数
实施例9
表10：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数
实施例10
表11：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数
实施例11
表12：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数
实施例12
表13：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数
实施例13
表14：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数
实施例14
表15：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数
实施例15
表16：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数
实施例16
表17：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数
实施例17
表18：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数
实施例18
表19：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数
实施例19
表20：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数
实施例20
表21：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数
实施例21
表22：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数
实施例22
表23：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数
实施例23
表24：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数
实施例24
表25：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数
实施例25
表26：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数
实施例26
表27：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数
实施例27
表28：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数
实施例28
表29：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数
实施例29
表30：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数
实施例30
表31：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数
实施例31
表32：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数
实施例32
表33：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数
实施例33
表34：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数
对比例1
表35：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数
将实施例1与对比例1所得液晶组合物的各性能参数值进行汇总比较，参见表36。
表36：液晶组合物的性能参数比较
| 项目 | △n | △ε | Cp | γ1 | K11 | K22 | K33 | Kavg | d(μm) | d2*γ1/K22 |
| 实施例1 | 0.118 | -4.0 | 79 | 84 | 15.7 | 7.9 | 16.2 | 13.3 | 3.0 | 95.7 |
| 对比例1 | 0.104 | -3.9 | 81 | 108 | 15.2 | 7.6 | 16.2 | 13.0 | 3.4 | 164.3 |
经比较可知：与对比例1相比，实施例1提供的液晶组合物具有更低的旋转粘度和更大的光学各向异性(△n)，相对于对比例1，实施例1的γ1提升22％左右，△n提升了0.014，若以光学延迟△n*d＝350nm计算(其中d为液晶层厚度)，d2*γ1/K22降低了42％左右，而面板的响应速度正比于d2*γ1/K22，即用于液晶显示器中，实施例1较对比例1可以加快42％左右的响应速度。
由以上实施例可知，本发明所提供的液晶组合物具有低的旋转粘度与大的光学各向异性，用显示器中可有效改善液晶显示器的响应速度。因此，本发明所提供的液晶组合物适用于液晶显示装置，能够明显提升液晶显示器的响应速度特性。
准备Host液晶，作为母体，具体配方如表37。
表37：Host液晶中各组分的重量百分比
| 化合物代码 | 重量百分比(％) |
| 2CPWO2 | 10 |
| 3CPWO2 | 10 |
| 3CCWO2 | 10 |
| 5CCWO2 | 10 |
| 3CWO2 | 14 |
| 5CWO2 | 6 |
| 3CPO1 | 5 |
| 3CC2 | 17 |
| 3CC4 | 8 |
| 1CPP3 | 5 |
| 3CPP1 | 5 |
将3PGiWO2和3PWP2分别与HOST液晶以重量比5％：95％制成混合液晶，将 3PGiWO2+Host、3PWP2+Host、Host分别灌注到TN模式测试盒中，测试RDC。 RDC具体测试方法为：在60℃下，加10V直流电压保持30min，之后撤去电压10min 后测试残余电压。具体实验结果如表38所示：
表38：各化合物单体与Host混合后RDC测试结果
| 名称 | RDC(V) |
| 3PGiWO2 | 0.40 |
| 3PWP2+Host | 0.38 |
| Host | 0.52 |
实验结果表明3PGiWO2和3PWP2用于混合液晶时，具有更低的RDC。根据以上结果，通式III所代表的三联苯类单晶，可以减弱RDC效应，对于改善DC型残像以及对于残像恢复非常有效。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
Claims (7)
1.一种含三联苯的快速响应液晶组合物，其特征在于，由以下重量份的化合物组成：
2.一种含三联苯的快速响应液晶组合物，其特征在于，由以下重量份的化合物组成：
3.一种含三联苯的快速响应液晶组合物，其特征在于，由以下重量份的化合物组成：
4.一种含三联苯的快速响应液晶组合物，其特征在于，由以下重量份的化合物组成：
5.一种含三联苯的快速响应液晶组合物，其特征在于，由以下重量份的化合物组成：
6.一种含三联苯的快速响应液晶组合物，其特征在于，由以下重量份的化合物组成：
7.权利要求1-6任一项所述含三联苯的快速响应液晶组合物在液晶显示器中的应用。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
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