CN112940735A - 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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Abstract

本发明公开了一种液晶组合物，属于液晶材料技术领域。其包含一种或多种式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所示化合物所组成，具有适当的介电各向异性(Δε)和旋转粘度(γ1)、更大的光学各向异性(Δn)以及更高的清亮点(Cp)，可以用于开发低盒厚、宽温显示的液晶显示元件或显示器。

Description

液晶组合物、液晶显示元件、液晶显示器
技术领域
本公开属于液晶显示领域，更具体地，涉及液晶组合物及包含该组合物的液晶显示元件、液晶显示器。
背景技术
液晶显示元件根据显示方式分为下列模式：扭曲向列相(TN)模式、超扭曲向列相(STN)模式、共面模式(IPS)、垂直配向(VA)模式。无论何种显示模式均需要液晶组合物有以下特性：
(1)化学、物理性质稳定；(2)粘度低；(3)具有合适的介电△ε；(4)合适的折射率△n；(5)与其他液晶化合物的互溶性好。
早期商用的TFT-LCD(薄膜晶体管-液晶显示器)产品基本采用了TN显示模式，其最大问题是视角窄。随着产品尺寸的增加，特别是在TV领域的应用，具有广视野角特点的IPS显示模式、VA显示模式依次被开发出来并加以应用。
另外，FFS模式、IPS模式、VA模式等的显示元件所用的液晶介质，本身并不完美，对于显示器件所用的液晶材料，要求具有①低的驱动电压：液晶材料具有适当的负介电各向异性和弹性系数K；②快速响应：液晶材料具有适当的旋转粘度γ1和弹性系数K；③高可靠性：高的电荷保持率，高的比电阻值，优良的耐高温稳定性及对UV(紫外)光或常规的背光照明来照射的稳定性有严格要求等的特点。液晶材料不仅要具备以上特点，同时液晶材料应该具备宽的向列相温度范围，来满足液晶面板广泛的应用领域，如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。实际应用中，我们的液晶材料的响应速度也需要得到更高的提升。
随着液晶显示器的广泛应用，对其性能的要求也在不断的提高，高的对比度可使显示器图象清晰、图像细节、灰度层次等各方面显著提高，通常的做法是在不同的显示模式下，将△nd(光学延迟量)设计成固定值，以使对比度最优化，并获得较好的视角。同时响应速度也受到液晶盒的厚度(d)较大的影响，液晶盒厚度的增大使电压对液晶分子扭转的整体控制能力削弱，随着液晶面板工艺的水平提升，液晶盒厚(d)变得越来越小，这种方式对液晶响应速度的提升有一定帮助。但是为了保证对比度，液晶的△nd是固定值，因此研究液晶化合物的不同组合来使各方面性能达到平衡是一直努力的热门方向。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，本发明人等进行了深入研究后惊奇地发现，通过使用本发明的液晶组合物，可以增大液晶组合物的光学各向异性及清亮点，从而完成了本公开。
本公开提供一种介电正性的液晶组合物，其垂直介电常数与介电常数的比值在1.2-1.5之间，所述液晶组合物包含：质量含量为42～56％的一种或多种式Ⅰ所表示的化合物、质量含量为5～17％的一种或多种式Ⅱ所表示的化合物、质量含量为18～31％的一种或多种式Ⅲ所表示的化合物以及质量含量为4～15％的一种或多种式Ⅳ所表示的化合物，所述液晶组合物的双折射系数在0.115～0.130之间，
Figure BDA0002327654300000021
其中，
R1表示碳原子数为1～3的烷基或碳原子数为2～3的烯基；
R2表示碳原子数为1～5的烷基或碳原子数为2～5的烯基；
R3表示碳原子数为1～5的烷基或碳原子数为2～5的烯基，其中任意一个-CH2-任选被-O-取代，任意一个或多个H原子任选被F原子取代；
R4表示碳原子数为1～5的烷基，其中任意一个-CH2-任选被亚环戊基或亚环丙基取代；
R5表示F原子、碳原子数为1～5的烷基或碳原子数为2～5的烯基；
R6表示碳原子数为3～5的烷基、环戊基或环丙基甲基；
R7表示F原子或碳原子数为1～3的烷基；
m、o、p各自独立地表示0或1；
F1、F2、F3各自独立地表示F原子或H原子；
Figure BDA0002327654300000031
表示1，4-亚环己基或1，4-亚苯基；
当m表示0时，
Figure BDA0002327654300000032
表示1，4-亚环己基。
本公开还提供液晶显示元件或显示器，其包含本公开的液晶组合物，所述液晶显示元件或显示器为有源矩阵寻址显示元件或显示器，或者无源矩阵寻址显示元件或显示器。
发明效果
与现有技术相比，本公开的液晶组合物具有适当的介电各向异性(Δε)和旋转粘度(γ1)、更大的光学各向异性(Δn)以及更高的清亮点(Cp)，可以用于开发低盒厚、宽温显示的液晶显示元件或显示器。
具体实施方式
[液晶组合物]
本发明公开了一种介电正性的液晶组合物，其垂直介电常数与介电常数的比值在1.2-1.5之间，所述液晶组合物包含：质量含量为42～56％的一种或多种式Ⅰ所表示的化合物、质量含量为5～17％的一种或多种式Ⅱ所表示的化合物、质量含量为18～31％的一种或多种式Ⅲ所表示的化合物以及质量含量为4～15％的一种或多种式Ⅳ所标示的化合物，所述液晶组合物的双折射系数在0.115～0.130之间，
Figure BDA0002327654300000033
Figure BDA0002327654300000041
其中，
R1表示碳原子数为1～3的烷基或碳原子数为2～3的烯基；
R2表示碳原子数为1～5的烷基或碳原子数为2～5的烯基；
R3表示碳原子数为1～5的烷基或碳原子数为2～5的烯基，其中任意一个-CH2-任选被-O-取代，任意一个或多个H原子任选被F原子取代；
R4表示碳原子数为1～5的烷基，其中任意一个-CH2-任选被亚环戊基或亚环丙基取代；
R5表示F原子、碳原子数为1～5的烷基或碳原子数为2～5的烯基；
R6表示碳原子数为3～5的烷基、环戊基或环丙基甲基；
R7表示F原子或碳原子数为1～3的烷基；
m、o、p各自独立地表示0或1；
F1、F2、F3各自独立地表示F原子或H原子；
Figure BDA0002327654300000042
表示1，4-亚环己基或1，4-亚苯基；
当m表示0时，
Figure BDA0002327654300000043
表示1，4-亚环己基。
本公开的技术方案具有适当的介电各向异性和旋转粘度，且能够增大液晶组合物的光学各向异性及清亮点。
作为前述碳原子数为1～5的烷基，可以列举出例如，甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、叔丁基、正戊基、异戊基等。
作为前述碳原子数为1～5的链烯基，可以列举出例如，乙烯基、1-丙烯基、1-丁烯基、2-丁烯基、3-丁烯基、1-戊烯基、2-戊烯基、3-戊烯基、4-戊烯基等。
本公开的液晶组合物中，优选地，前述式Ⅰ所示的化合物选自下述式Ⅰ-1至Ⅰ-3所示的化合物组成的组，
Figure BDA0002327654300000044
Figure BDA0002327654300000051
本公开的液晶组合物中，优选地，前述式Ⅱ所示的化合物选自下述式Ⅱ-1至Ⅱ-3所示的化合物组成的组，
Figure BDA0002327654300000052
其中，
R2表示碳原子数为1～5的烷基或碳原子数为2～5的烯基；
R3表示碳原子数为1～5的烷基或碳原子数为2～5的烯基，其中任意一个-CH2-任选被-O-取代，任意一个或多个H原子任选被F原子取代。
本公开的液晶组合物中，优选地，前述式Ⅲ所示的化合物选自下述式Ⅲ-1至式Ⅲ-8所示的化合物组成的组，
Figure BDA0002327654300000053
Figure BDA0002327654300000061
本公开的液晶组合物中，优选地，前述式Ⅳ所示的化合物选自下述式Ⅳ-1至式Ⅳ-3所示的化合物组成的组，
Figure BDA0002327654300000062
本公开的液晶组合物中，可选地，还包含一种或多种式Ⅴ所示化合物，
Figure BDA0002327654300000063
其中，R8表示碳原子数为3的直链烷基、环戊基或环丙基甲基。
优选地，前述式Ⅴ所示的化合物选自下述式Ⅴ-1至式Ⅴ-3所示的化合物组成的组，
Figure BDA0002327654300000071
前述的式Ⅴ所示化合物具有正介电各项异性和高光学各向异性，通过在本公开的液晶组合物中含有式Ⅴ所示化合物，可以调节液晶组合物的驱动电压和光学各向异性。
本公开的液晶组合物中，可选地，还包含一种或多种式Ⅵ所示化合物，
Figure BDA0002327654300000072
其中，R9表示碳原子数为3～5的直链烷基。
本公开的液晶组合物中，可选地，还可以加入各种功能的掺杂剂，在含有掺杂剂的情况下，掺杂剂的含量优选在液晶组合物中所占的质量百分比为0.01～1.5％，这些掺杂剂可以列举出例如抗氧化剂、紫外线吸收剂、手性剂。
抗氧化剂可以列举出，
Figure BDA0002327654300000073
Figure BDA0002327654300000081
t表示1～10的整数；
手性剂可以列举出，
Figure BDA0002327654300000082
Ra表示碳原子数为1～10的烷基；
光稳定剂可以列举出，
Figure BDA0002327654300000083
Z1表示碳数为1～20的亚烷基，所述亚烷基中任意的一个或多个H原子任选被卤素取代，任意的一个或多个-CH2-任选被-O-取代；
紫外线吸收剂可以列举出，
Figure BDA0002327654300000084
Rb表示碳原子数为1～10的烷基。
[液晶显示元件或液晶显示器]
本公开还涉及包含上述任意一种液晶组合物的液晶显示元件或液晶显示器；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。
可选地，所述液晶显示元件或液晶显示器优选有源矩阵液晶显示元件或液晶显示器。
可选地，所述有源矩阵显示元件或显示器为IPS-TFT、FFS-TFT液晶显示元件或显示器。
实施例
为了更清楚地说明本公开，下面结合优选实施例对本公开做进一步的说明。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，不应以此限制本公开的保护范围。
本说明书中，如无特殊说明，百分比均是指质量百分比，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；
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、20微米平行盒；
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。
本公开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
Figure BDA0002327654300000091
Figure BDA0002327654300000101
表2端基与链接基团的对应代码
Figure BDA0002327654300000102
举例：
Figure BDA0002327654300000103
其代码为CC-Cp-V1；
Figure BDA0002327654300000104
其代码为CP-3-O2；
Figure BDA0002327654300000105
其代码为CCP-3-OT；
Figure BDA0002327654300000111
其代码为CPP-1V-2；
Figure BDA0002327654300000112
其代码为PGP-Cpr1-2；
Figure BDA0002327654300000113
其代码为PPGi-2-F；
Figure BDA0002327654300000114
其代码为PGUQU-Cp-F。
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 BDA0002327654300000115
Figure BDA0002327654300000121
对比例1
液晶组合物的配方及相应的性能如下表4所示。
表4对比例1液晶组合物的配方及相应的性能
Figure BDA0002327654300000122
将实施例1中的CPP-3-2替换为CPP-3-O2，其余与实施例1相同，作为对比例1。与对比例1相比，本发明实施例1的液晶组合物具有适当的介电各向异性(Δε)和旋转粘度(γ1)、更大的光学各向异性(Δn)以及更高的清亮点(Cp)，可以用于开发低盒厚、宽温显示的液晶显示器。
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
Figure BDA0002327654300000131
对比例2
液晶组合物的配方及相应的性能如下表6所示。
表6对比例2液晶组合物的配方及相应的性能
Figure BDA0002327654300000132
Figure BDA0002327654300000141
将实施例2中的PP-1-2V、PGP-2-F、PGP-3-F、PGP-5-F替换为PGU-2-F、PGU-3-F、PGU-5-F，作为对比例2。与对比例2相比，本发明的实施例2的液晶组合物具有适当的介电各向异性(Δε)和旋转粘度(γ1)、更大的光学各向异性(Δn)以及更高的清亮点(Cp)，可以用于开发低盒厚、宽温显示的液晶显示器。
实施例3
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3液晶组合物的配方及相应的性能
Figure BDA0002327654300000142
Figure BDA0002327654300000151
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
Figure BDA0002327654300000152
Figure BDA0002327654300000161
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
Figure BDA0002327654300000162
显然，本公开的上述实施例仅仅是为清楚地说明本公开所作的举例，而并非是对本公开的实施方式的限定，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，凡是属于本公开的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本公开的保护范围之列。

Claims (9)

1.一种介电正性的液晶组合物，其垂直介电常数与介电常数的比值在1.2-1.5之间，其特征在于，所述液晶组合物包含：质量含量为42～56％的一种或多种式Ⅰ所表示的化合物、质量含量为5～17％的一种或多种式Ⅱ所表示的化合物、质量含量为18～31％的一种或多种式Ⅲ所表示的化合物以及质量含量为4～15％的一种或多种式Ⅳ所表示的化合物，所述液晶组合物的双折射系数在0.115～0.130之间，
Figure FDA0002327654290000011
其中，
R1表示碳原子数为1～3的烷基或碳原子数为2～3的烯基；
R2表示碳原子数为1～5的烷基或碳原子数为2～5的烯基；
R3表示碳原子数为1～5的烷基或碳原子数为2～5的烯基，其中任意一个-CH2-任选被-O-取代，任意一个或多个H原子任选被F原子取代；
R4表示碳原子数为1～5的烷基，其中任意一个-CH2-任选被亚环戊基或亚环丙基取代；
R5表示F原子、碳原子数为1～5的烷基或碳原子数为2～5的烯基；
R6表示碳原子数为3～5的烷基、环戊基或环丙基甲基；
R7表示F原子或碳原子数为1～3的烷基；
m、o、p各自独立地表示0或1；
F1、F2、F3各自独立地表示F原子或H原子；
Figure FDA0002327654290000012
表示1，4-亚环己基或1，4-亚苯基；
当m表示0时，
Figure FDA0002327654290000013
表示1，4-亚环己基。
2.根据权利要求1所述的液晶组合物，其特征在于，所述式Ⅰ所示化合物选自下述式Ⅰ-1至式Ⅰ-3所示化合物组成的组，
Figure FDA0002327654290000021
3.根据权利要求1所述的液晶组合物，其特征在于，所述式Ⅱ所示化合物选自下述式Ⅱ-1至式Ⅱ-3所示化合物组成的组，
Figure FDA0002327654290000022
其中，
R2表示碳原子数为1～5的烷基或碳原子数为2～5的烯基；
R3表示碳原子数为1～5的烷基或碳原子数为2～5的烯基，其中任意一个-CH2-任选被-O-取代，任意一个或多个H原子任选被F原子取代。
4.根据权利要求1所述的液晶组合物，其特征在于，所述式Ⅲ所示化合物选自下述式Ⅲ-1至式Ⅲ-8所示化合物组成的组，
Figure FDA0002327654290000023
Figure FDA0002327654290000031
5.根据权利要求1所述的液晶组合物，其特征在于，所述式Ⅳ所示化合物选自下述式Ⅳ-1至式Ⅳ-3所示化合物组成的组，
Figure FDA0002327654290000032
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括一种或多种式Ⅴ所示的化合物，
Figure FDA0002327654290000033
其中，R8表示碳原子数为3的直链烷基、环戊基或环丙基甲基。
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括一种或多种式Ⅵ所示的化合物，
Figure FDA0002327654290000041
其中，R9表示碳原子数为3～5的直链烷基。
8.根据权利要求1～7任一项所述的一种液晶组合物，其特征在于：所述液晶组合物中，还包括手性剂、抗氧化剂或抗紫外剂。
9.一种液晶显示元件或液晶显示器，其包含权利要求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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