CN112940741A - 液晶组合物、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1.2～1.7之间，其双折射系数在0.097～0.100之间，包含：质量含量为48～64％的一种或多种式Ⅰ所示的化合物、质量含量为12～26％的一种或多种式Ⅱ所示的化合物、质量含量为0.5～2％的一种式Ⅲ所示的化合物、质量含量为1～16％的一种或多种式Ⅳ所示化合物以及质量含量为8～15％一种或两种式Ⅴ所示的化合物，该液晶组合物具有高穿透率，尤其适用于提升平面取向模式的液晶显示器的穿透率。

Description

液晶组合物、液晶显示元件、液晶显示器
技术领域
本发明属于液晶材料技术领域，具体涉及一种液晶组合物及含有该液晶组合物的液晶显示元件、液晶显示器。
背景技术
显示是把以电信号为传播媒介的数据信息转变成以可视光为传播媒介的视觉信息的过程，完成显示的设备即人机界面(Man-Machine Interface,MMI)。平板显示器(Flatpanel Display,FPD)是目前最为流行的一类显示设备。液晶显示器(Liquid CrystalDisplay,LCD)是FPD中最早被开发出来，并被商品化的产品。从工作原理讲，LCD这种显示器件是将背光源发出的光，藉由偏光片及液晶盒液晶分子等，产生相应于要显示图像的光的明暗，从而使颜色变化，由此实现人们可辨识的图像显示。也就是说，LCD的亮度决定于透过液晶盒的光的相对量。
当光线从背光板发射出来，会依顺序穿过偏光板，玻璃，液晶，彩色滤光片等，最终从背光板发出的光线只会剩下6％以下，光线的利用率很低。尤其在正性IPS/FFS(In-PlaneSwitching)/(Fringe Field Switching)显示模式中，电极边缘位置的液晶材料受不均匀电场影响，正性液晶化合物的指向矢不能按照理想情况下水平排列，而是按照电场方向更倾向于垂直排列，导致电极边缘场液晶延迟量降低，从而穿透率低。负性液晶组合物可以提升光的透过率，但是粘度较大，响应速度慢，信赖性较正性液晶材料差。
正性液晶材料和负性液晶材料在IPS/FFS显示模式光透过率上的差异，主要体现在电极边缘位置液晶的透过率上。因此本发明的主要解决方案是使用响应较快，信赖性较好的正性液晶组合物添加一定含量的负性液晶化合物，使IPS/FFS模式大尺寸电视类面板穿透率在原有基础上提升3～5％。负性液晶组合物在IPS/FFS模式中电极边缘即使其指向矢按照电场方向排列，并不影响其延迟量，从而可提升电极边缘场部分的穿透率。同时加入少量高共轭的单体，一方面作为抗紫外吸收剂，降低电视类高亮度背光对负性液晶化合物的劣化作用，另外一方面可提供较大的双折射系数，增加液晶组合物的延迟量。
发明内容
本发明的目的在于提供一种液晶组合物，该液晶组合物能够在平行取向模式中(例如IPS/FFS)获得更高的穿透率，有效降低了背光亮度，节约成本，同时保持良好的信赖性。
为实现上述目的，本发明一方面提供了一种介电正性的液晶组合物，所述液晶组合物包含：质量含量为48～64％的一种或多种式Ⅰ所示的化合物、质量含量为12～26％的一种或多种式Ⅱ所示的化合物、质量含量为0.5～2％的一种式Ⅲ所示的化合物、质量含量为1～16％的一种或多种式Ⅳ所示化合物以及质量含量为8～15％一种或两种式Ⅴ所示的化合物，
Figure BDA0002327650140000021
其中，
R1表示碳原子数为5的直链烷基或碳原子数为2～5的直链烯基；
R2表示碳原子数为2～3的直链烷基；
R3表示碳原子数为3～5的直链烷基或碳原子数为2～4的直链烯基；
R4表示碳原子数为1～3的直链烷基或碳原子数为2～5的直链烯基；
R5表示碳原子数为2～3的直链烷基；
Figure BDA0002327650140000022
表示1,4-亚环己基、1,4-亚苯基或1,4-亚环己烯基；
Figure BDA0002327650140000023
表示1,4-亚环己基或1,4-亚苯基。
本发明另一方面一提供种液晶显示元件或液晶显示器，其包含本发明所述的液晶组合物，所述显示元件或显示器为有源矩阵显示元件或显示器或者无源矩阵显示元件或显示器。
发明效果
与现有技术相比，该液晶组合物除了具有合适的双折射系数，还具有较大的垂直介电常数与介电常数比值，即在正性组合物中添加一定含量的负性液晶化合物，在保持旋转粘度基本不变的情况下，其垂直介电常数与介电常数的比值由原来的1.0提升到了1.3～1.7，穿透率Tr％从3.85％提升到3.96％～4.16％，可以有效降低背光亮度，同时该液晶组合物介电常数为正，相比于负介电常数的液晶组合物具有良好的信赖性。该液晶组合物应用于IPS/FFS等平行取向的模式大尺寸TV时，可使穿透率提升，最终提高背光利用效率，达到节能的目的。
具体实施方式
本发明的液晶组合物为一种介电正性的液晶组合物，所述液晶组合物包含：质量含量为48～64％的一种或多种式Ⅰ所示的化合物、质量含量为12～26％的一种或多种式Ⅱ所示的化合物、质量含量为0.5～2％的一种式Ⅲ所示的化合物、质量含量为1～16％的一种或多种式Ⅳ所示化合物以及质量含量为8～15％一种或两种式Ⅴ所示的化合物，
Figure BDA0002327650140000031
其中，
R1表示碳原子数为5的直链烷基或碳原子数为2～5的直链烯基；
R2表示碳原子数为2～3的直链烷基；
R3表示碳原子数为3～5的直链烷基或碳原子数为2～4的直链烯基；
R4表示碳原子数为1～3的直链烷基或碳原子数为2～5的直链烯基；
R5表示碳原子数为2～3的直链烷基；
Figure BDA0002327650140000041
表示1,4-亚环己基、1,4-亚苯基或1,4-亚环己烯基；
Figure BDA0002327650140000042
表示1,4-亚环己基或1,4-亚苯基。
优选地，前述式Ⅰ所示化合物选自式Ⅰ-1至式Ⅰ-3所示化合物组成的组，
Figure BDA0002327650140000043
优选地，前述式Ⅱ所示化合物选自式Ⅱ-1至式Ⅱ-5所示化合物组成的组，
Figure BDA0002327650140000044
优选地，前述式Ⅳ所示化合物选自下述式Ⅳ-1至Ⅳ-8所示化合物组成的组：
Figure BDA0002327650140000045
Figure BDA0002327650140000051
优选地，前述式Ⅴ所示的化合物选自下述式Ⅴ-1至Ⅴ-2所示化合物组成的组：
Figure BDA0002327650140000052
本发明的液晶组合物中，可选地，还包含一种或多种式Ⅵ所示的化合物，
Figure BDA0002327650140000053
其中，
R6表示碳原子数为3～5的直链烷基。
优选地，前述式Ⅵ所示化合物选自下述式Ⅵ-1至式Ⅵ-3所示化合物组成的组，
Figure BDA0002327650140000054
Figure BDA0002327650140000061
前述式Ⅵ所示化合物在本发明的液晶组合物中的质量含量没有特别的限定，优选地质量含量为0～15％，更优选地质量含量为5～12％
前述式Ⅵ所示化合物具有较低的旋转粘度，可降低液晶组合物的响应时间。
本发明的液晶组合物中，可选地，还包含一种或多种化合物，所述化合物选自式Ⅶ-1、Ⅶ-2和Ⅶ-3所示化合物组成的组，
Figure BDA0002327650140000062
前述式Ⅶ所示化合物在本发明的液晶组合物中的质量含量没有特别的限定，优选地质量含量为0～15％，更优选地质量含量为2～13％。
前述式Ⅶ所示化合物具有良好的低温溶解性能，可增加液晶组合物的溶解性，降低低温相变温度，拓宽液晶组合物使用温度范围。
本发明的液晶组合物中，可选地，还包含一种或多种式Ⅷ所示的化合物，
Figure BDA0002327650140000063
其中，
R8表示碳原子数为5的直链烷基或碳原子数为4～5的直链烯基。
优选地，前述式Ⅷ所示化合物选自下述式Ⅷ-1至式Ⅷ-3所示化合物组成的组，
Figure BDA0002327650140000071
前述式Ⅷ所示化合物在本发明的液晶组合物中的质量含量没有特别的限定，优选地质量含量为0～13％，更优选地质量含量为2～10％。
前述式Ⅷ所示化合物具有较大的双折射率，较低的旋转粘度，可提供液晶组合物的双折射率，以及降低液晶组合物的响应时间。
本发明的液晶组合物中，优选地，还包含一种或两种化合物，所述化合物选自式Ⅸ-1和式Ⅸ-2组成的组，
Figure BDA0002327650140000072
前述式Ⅸ所示化合物在本发明的液晶组合物中的质量含量没有特别的限定，优选地质量含量为0～8％，更优选地质量含量为2～5％。
前述式Ⅸ所示化合物可用于调整液晶组合物光电曲线的陡度。
本发明的液晶组合物中，可选地，还包含一种或多种式Ⅹ所示的化合物，
Figure BDA0002327650140000073
其中，
m表示0或1；
F1、F2各自独立地表示H原子或F原子；
Figure BDA0002327650140000081
表示1,4-亚环己基、1,4-亚苯基或氟取代的1,4-亚苯基。
优选地，前述式Ⅹ所示化合物选自下述式Ⅹ-1至Ⅹ-3所示化合物组成的组，
Figure BDA0002327650140000082
前述式Ⅹ所示化合物在本发明的液晶组合物中的质量含量没有特别的限定，优选地质量含量为0～7％，更优选地质量含量为2～5％。
前述式Ⅹ所示化合物具有较大的刚性，具有较大的弹性常数，在显示器关态，液晶分子可具有更快的响应时间。
本发明的液晶组合物中，可选地，还包含一种或多种抗氧化剂或抗紫外剂。
优选地，前述抗氧化剂、抗紫外剂优选自下述S-1至S-4所示化合物组成的组：
Figure BDA0002327650140000083
Figure BDA0002327650140000091
其中，R12、R13各自独立地表示碳原子数为1～10的直链烷基。
本发明所述的液晶组合物中，添加剂组分S-1至S-4在液晶组合物中的浓度范围为1～3000ppm，进一步优选为：50～1000ppm。
本发明的另一方面还提供了一种液晶显示元件或液晶显示器，包括上述液晶组合物，所述显示元件或显示器为有源矩阵显示元件或显示器、无源矩阵显示元件或显示器。
对于本发明的液晶显示元件、液晶显示器，只要含有本发明的液晶组合物，则对其结构没有任何限定，本领域技术人员能够根据所需的性能选择合适的液晶显示元件、液晶显示器的结构。
实施例
下面结合具体实施例对本发明作进一步阐述，但本发明并不限于以下实施例。本发明的液晶组合物可采用将液晶化合物混合的方法进行生产，如在高温下混合不同组分并彼此溶解的方法制备，本发明的液晶组合物也可按照其他常规的制备方法，如采取加热，超声波，悬浮等方式制备。
本发明实施例中的百分比为质量百分比，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(℃)，采用DSC定量法测试；
S-N表示液晶的晶态到向列相的熔点(℃)；
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，采用阿贝折射仪测试；
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℃，采用20微米平行测试盒，INSTEC:ALCT-IR1测试；
γ1表示旋转粘度(mPa·s),测试条件为25±0.5℃，采用20微米平行测试盒，INSTEC:ALCT-IR1测试；
K11为展曲弹性常数，K33为弯曲弹性常数，测试条件为：25±2℃、INSTEC:ALCT-IR1、20微米平行盒；
Tr％表示穿透率，测试仪器为DMS-501，测试条件为25±0.5℃，测试盒为3.2微米FFS测试盒，电极间距为5μm和电极宽度为3微米，摩擦方向与电极夹角为7°，Tr％＝测试盒的亮度(最佳驱动电压下)/背光源亮度。
本发明实施例中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 BDA0002327650140000101
表2：端基与链接基团的对应代码
Figure BDA0002327650140000102
例如：
Figure BDA0002327650140000111
代码表示为CC-3-V1；
Figure BDA0002327650140000112
其代码为PGP-B1-2；
Figure BDA0002327650140000113
其代码为PPGU-W-F；
Figure BDA0002327650140000114
代码表示为PGUQU-3-F。下面结合具体实施例对本发明做进一步详细说明：
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的液晶组合物的配方及相应的性能
Figure BDA0002327650140000115
Figure BDA0002327650140000121
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的液晶组合物的配方及相应的性能
Figure BDA0002327650140000122
Figure BDA0002327650140000131
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的液晶组合物的配方及相应的性能
Figure BDA0002327650140000132
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的液晶组合物的配方及相应的性能
Figure BDA0002327650140000141
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的液晶组合物的配方及相应的性能
Figure BDA0002327650140000142
Figure BDA0002327650140000151
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的液晶组合物的配方及相应的性能
Figure BDA0002327650140000152
Figure BDA0002327650140000161
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的液晶组合物的配方及相应的性能
Figure BDA0002327650140000162
Figure BDA0002327650140000171
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的液晶组合物的配方及相应的性能
Figure BDA0002327650140000172
Figure BDA0002327650140000181
实施例9
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9的液晶组合物的配方及相应的性能
Figure BDA0002327650140000182
实施例10
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10的液晶组合物的配方及相应的性能
Figure BDA0002327650140000191
实施例11
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11的液晶组合物的配方及相应的性能
Figure BDA0002327650140000201
对比例1
液晶组合物的配方及相应的性能如下表14所示。
表14：对比例1的液晶组合物的配方及相应的性能
Figure BDA0002327650140000202
Figure BDA0002327650140000211
对比例2
液晶组合物的配方及相应的性能如下表15所示。
表15：对比例2的液晶组合物的配方及相应的性能
Figure BDA0002327650140000212
Figure BDA0002327650140000221
由对比例1、对比例2和实施例1～11的比较可以看出，在保持旋转粘度基本不变的情况下，本发明的液晶组合物的垂直介电常数与介电常数的比值由原来的1.0提升到了1.3～1.7，穿透率Tr％从3.85％提升到3.96％-4.16％，可以有效降低背光亮度，以达到节能的目的。
本发明虽然仅仅列举了上述11个实施例的具体物质和重量百分含量，并对组成的液晶组合物的性能进行了测试，但是本发明的液晶组合物可以在上述实施例的基础上，利用本发明所涉及的通式Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ、Ⅷ、Ⅸ、Ⅹ所代表的化合物、以及通式Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ、Ⅷ、Ⅸ、Ⅹ的优选的化合物进行进一步拓展和修改，均能达到本发明的目的。

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1.2～1.7之间，其双折射系数在0.097～0.100之间，其特征在于，所述液晶组合物包含：质量含量为48～64％的一种或多种式Ⅰ所示的化合物、质量含量为12～26％的一种或多种式Ⅱ所示的化合物、质量含量为0.5～2％的一种式Ⅲ所示的化合物、质量含量为1～16％的一种或多种式Ⅳ所示化合物以及质量含量为8～15％一种或两种式Ⅴ所示的化合物，
Figure FDA0002327650130000011
其中，
R1表示碳原子数为5的直链烷基或碳原子数为2～5的直链烯基；
R2表示碳原子数为2～3的直链烷基；
R3表示碳原子数为3～5的直链烷基或碳原子数为2～4的直链烯基；
R4表示碳原子数为1～3的直链烷基或碳原子数为2～5的直链烯基；
R5表示碳原子数为2～3的直链烷基；
Figure FDA0002327650130000012
表示1,4-亚环己基、1,4-亚苯基或1,4-亚环己烯基；
Figure FDA0002327650130000013
表示1,4-亚环己基或1,4-亚苯基。
2.根据权利要求1所述的液晶组合物，其特征在于，所述式Ⅳ所示化合物选自式Ⅳ-1至式Ⅳ-8所示化合物组成的组，
Figure FDA0002327650130000014
Figure FDA0002327650130000021
3.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所示的化合物，
Figure FDA0002327650130000022
其中，
R6表示碳原子数为3～5的直链烷基。
4.根据权利要求1所述的液晶组合物，其特征在于，所述液晶组合物还包含一种或多种化合物，所述化合物选自式Ⅶ-1至式Ⅶ-3所示的化合物组成的组，
Figure FDA0002327650130000023
5.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Ⅷ所示的化合物，
Figure FDA0002327650130000024
其中，
R8表示碳原子数为5的直链烷基或碳原子数为4～5的直链烯基。
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两种化合物，所述化合物选自式Ⅸ-1至式Ⅸ-2所示的化合物组成的组，
Figure FDA0002327650130000031
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Ⅹ所示的化合物，
Figure FDA0002327650130000032
其中，
m表示0或1；
F1、F2各自独立地表示H原子或F原子；
Figure FDA0002327650130000033
表示1,4-亚环己基、1,4-亚苯基或氟取代的1,4-亚苯基。
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含一种或多种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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