CN112940744B - 液晶组合物、液晶显示元件、液晶显示器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及液晶组合物，包含该液晶组合物的液晶显示元件、液晶显示器，属于液晶显示领域。本发明的液晶组合物，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、一种或多种式Ⅳ所示化合物及一种或多种式Ⅴ所示化合物。该液晶组合物具有优异的对比度，良好的低温互溶性。另外，本发明的液晶组合物具有较小的光学各向异性。

Description

液晶组合物、液晶显示元件、液晶显示器
技术领域
本发明属于液晶显示技术领域，更具体地，涉及液晶组合物及包含该液晶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)旋转粘度低；(3)具有合适的介电各向异性Δε；(4)合适的光学各向异性Δn；(5)与其他液晶化合物的互溶性好。
不同显示模式的引入使得液晶显示器LCD(Liquid Crystal Display)的性能有了明显的提高，并且被更加广泛地应用于智能手机，显示器，便携平板电脑，电视等不同方面。这些应用对液晶显示器提出了更高的显示要求，比如高对比度，宽视角，快速响应和高穿透率。
最初车载显示器及工控产品使用的PM(Power Management)型驱动只能实现单色显示，很难满足对多路和视频运动等显示需求。目前，薄膜晶体管液晶显示器TFT-LCD(ThinFilm Transistor Liquid Crystal Display)已经成为LCD应用中的主流产品。针对性的开发用于车载及工控产品液晶显示器的液晶组合物很有必要。
相较于其它应用(如电视，智能手机，便携平板电脑)的液晶显示器，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。这要求液晶组合物要在较宽的温度范围内都展现出优异的显示性能。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明人等进行了深入研究，发现了本发明的液晶组合物具有优异的对比度，良好的低温溶解性。另外，本发明的液晶组合物具有较小的光学各向异性。
本发明还提供含有该液晶组合物的液晶显示元件或液晶显示器。
具体地，本发明包含以下内容：
本发明的第一方面，提供一种液晶组合物，其包含：
一种或多种质量含量为2～10％的式Ⅰ所示化合物；一种或多种质量含量为10～25％的式Ⅱ所示化合物；一种或多种质量含量为15～25％的式Ⅲ所示化合物；一种或多种质量含量为25～50％的式Ⅳ所示化合物及一种或多种质量含量为9～25％的式Ⅴ所示化合物，前述液晶组合物为适用于TN-TFT显示模式的正介电各向异性液晶组合物，
Figure BDA0002327674650000021
其中，R1、R2、R3各自独立地表示碳原子数为1～5的直链烷基；R4表示碳原子数为1～5的直链烷基、碳原子数为2～6的直链烯基或甲氧基；R5、R7各自独立地表示碳原子数为1～5的直链烷基或碳原子数为2～6的直链烯基；R6表示碳原子数为1～5的直链烷基或三氟甲氧基；R8表示碳原子数为1～5的直链烷基或环戊基；
Figure BDA0002327674650000022
各自独立地表示
Figure BDA0002327674650000023
Z1表示-COO-或-CF2O-；
m表示1或2。
本发明的另一方面，提供一种液晶显示元件或液晶显示器，其包含本发明的液晶组合物，该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。
本发明的液晶组合物具有优异的对比度，良好的低温互溶性。另外，本发明的液晶组合物具有较小的光学各向异性。
本发明的液晶显示元件、液晶显示器通过包含本发明的液晶组合物，具有优异的对比度且具有较小的光学各向异性。
具体实施方式
[液晶组合物]
本发明的液晶组合物，包含：
一种或多种质量含量为2～10％的式Ⅰ所示化合物；一种或多种质量含量为10～25％的式Ⅱ所示化合物；一种或多种质量含量为15～25％的式Ⅲ所示化合物；一种或多种质量含量为25～50％的式Ⅳ所示化合物及一种或多种质量含量为9～25％的式Ⅴ所示化合物，前述液晶组合物为适用于TN-TFT显示模式的正介电各向异性液晶组合物，
Figure BDA0002327674650000031
其中，
R1、R2、R3各自独立地表示碳原子数为1～5的直链烷基；R4、表示碳原子数为1～5的直链烷基、碳原子数为2～6的直链烯基或甲氧基；R5、R7各自独立地表示碳原子数为1～5的直链烷基或碳原子数为2～6的直链烯基；R6表示碳原子数为1～5的直链烷基或三氟甲氧基；R8表示碳原子数为1～5的直链烷基或环戊基；
Figure BDA0002327674650000032
各自独立地表示
Figure BDA0002327674650000033
Z1表示-COO-或-CF2O-；
m表示1或2。
本发明的液晶组合物中，通过使用含有式I所示化合物、式II所示化合物、式III所示化合物、式Ⅳ所示化合物、式Ⅴ所示化合物的组合，具有优异的对比度，良好的低温溶解性，以及较小的光学各向异性。
本发明的液晶组合物中，式Ⅰ所示化合物在液晶组合物中的质量含量优选为4～8％；式Ⅱ所示化合物在液晶组合物中的质量含量优选为13～23％；式Ⅲ所示化合物在液晶组合物中的质量含量优选为18～22％；式Ⅳ所示化合物在液晶组合物中的质量含量优选为30～49％；式Ⅳ所示化合物在液晶组合物中的质量含量优选为10～22％。
本发明液晶组合物的清亮点优选为90℃～107℃，光学各向异性优选为0.075～0.090。
本发明液晶组合物中，优选地，前述一种或多种式I所示化合物选自式式Ⅰ-1至式Ⅰ-3所示的化合物组成的组，
Figure BDA0002327674650000041
本发明液晶组合物中，优选地，前述一种或多种式Ⅱ所示化合物选自式Ⅱ-1至式Ⅱ-4所示的化合物组成的组，
Figure BDA0002327674650000042
本发明液晶组合物中，优选地，前述一种或多种式Ⅲ所示化合物选自式Ⅲ-1至式Ⅲ-6所示的化合物组成的组，
Figure BDA0002327674650000043
Figure BDA0002327674650000051
本发明液晶组合物中，优选地，前述一种或多种式Ⅳ所示化合物选自式Ⅳ-1至式Ⅳ-14所示的化合物组成的组，
Figure BDA0002327674650000052
Figure BDA0002327674650000061
本发明液晶组合物中，优选地，前述一种或多种式Ⅴ所示化合物选自式Ⅴ-1至式Ⅴ-10所示的化合物组成的组，
Figure BDA0002327674650000071
Figure BDA0002327674650000081
可选的，本发明还提供一种液晶组合物，其由质量含量为6％的前述式Ⅰ所示化合物，质量含量为22％的前述式Ⅱ所示化合物，质量含量为19％的前述式Ⅲ所示化合物，质量含量为32％的前述式Ⅳ所示化合物及质量含量为21％的前述式Ⅴ所示化合物组成，该液晶组合物为适用于TN-TFT显示模式的正介电各向异性液晶组合。
可选的，本发明还提供一种液晶组合物，其由质量含量为6％的前述式Ⅰ所示化合物，质量含量为14％的前述式Ⅱ所示化合物，质量含量为21％的前述式Ⅲ所示化合物，质量含量为48.5％的前述式Ⅳ所示化合物及质量含量为10.5％的前述式Ⅴ所示化合物组成，该液晶组合物为适用于TN-TFT显示模式的正介电各向异性液晶组合。
本发明的液晶组合物中，可选的，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％，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 BDA0002327674650000082
t表示1～10的整数。
光稳定剂可以列举，
Figure BDA0002327674650000083
Figure BDA0002327674650000091
手性剂可以列举，
Figure BDA0002327674650000092
R表示碳原子数为1～10的烷基。
[液晶显示元件或液晶显示器]
本发明还涉及包含本发明的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。
可选的，该液晶显示元件或液晶显示器为TN-TFT显示模式。
本发明的液晶显示元件、液晶显示器通过包含本发明的液晶组合物，具有优异的对比度且具有较小的光学各向异性。
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
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。
本发明中，制备方法如无特殊说明则均为常规方法，所用的原料如无特别说明均可从公开的商业途径获得，百分比均是指质量百分比，温度为摄氏度(℃)，液晶化合物也成为液晶单体，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；
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，Δn＝ne-no，其中，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；
Cr表示对比度(Contrast ratio)，测试条件为25±0.5℃，测试设备为DMS-501，Cr＝最亮态透过率/最暗态透过率。
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
Figure BDA0002327674650000101
Figure BDA0002327674650000111
表2端基与链接基团的对应代码
Figure BDA0002327674650000112
Figure BDA0002327674650000121
举例：
Figure BDA0002327674650000122
其代码为CC-3-V；
Figure BDA0002327674650000123
其代码为CP-3-O2；
Figure BDA0002327674650000124
其代码为PP-5-1；
Figure BDA0002327674650000125
其代码为CCP-V-1；
Figure BDA0002327674650000126
其代码为CPP-1V-2；
Figure BDA0002327674650000127
其代码为PGP-Cpr1-2；
Figure BDA0002327674650000128
其代码为CPPC-3-5；
Figure BDA0002327674650000129
其代码为CCU-2-F；
Figure BDA00023276746500001210
其代码为CCP-V-OT；
Figure BDA0002327674650000131
其代码为CCPU-3-F；
Figure BDA0002327674650000132
其代码为CPUP-3-OT；
Figure BDA0002327674650000133
其代码为PPGU-Cp-F；
Figure BDA0002327674650000134
其代码为DUQU-Cp-F；
Figure BDA0002327674650000135
其代码为PGUQU-3-F；
Figure BDA0002327674650000136
其代码为CPY-2-O2；
Figure BDA0002327674650000137
其代码为CCY-3-O2；
Figure BDA0002327674650000138
其代码为COY-3-O2；
Figure BDA0002327674650000139
其代码为CCOY-3-O2；
Figure BDA00023276746500001310
其代码为Sb-CpO-O4；
Figure BDA0002327674650000141
其代码为Sc-CpO-O4。
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 BDA0002327674650000142
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 BDA0002327674650000143
Figure BDA0002327674650000151
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 BDA0002327674650000152
Figure BDA0002327674650000161
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 BDA0002327674650000162
Figure BDA0002327674650000171
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 BDA0002327674650000172
Figure BDA0002327674650000181
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 BDA0002327674650000182
Figure BDA0002327674650000191
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 BDA0002327674650000192
Figure BDA0002327674650000201
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 BDA0002327674650000202
Figure BDA0002327674650000211
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 BDA0002327674650000212
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 BDA0002327674650000221
对比例1
液晶组合物的配方及相应的性能如下表13所示。
表13：对比例1的液晶组合物的配方及相应的性能
Figure BDA0002327674650000231
对比例2
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2的液晶组合物的配方及相应的性能
Figure BDA0002327674650000232
Figure BDA0002327674650000241
表15为实施例、对比例液晶组合物对比度(Cr)测试数据。
Cr表示对比度(Contrast ratio)，Cr＝最亮态透过率/最暗态透过率。在液晶显示器件中，暗态透过率变化对对比度的影响要远远大于亮态透过率变化带来的影响。液晶的光学各向异性越小，散射系数就越小，液晶显示器暗态时漏光就越少，黑态就越黑。虽然亮态透过率也会下降，但相对于暗态透过率的变化对对比度的影响很小，因此对比度就会越高。
表15：实施例、对比例对比度实验数据
Figure BDA0002327674650000242
Figure BDA0002327674650000251
另外，本发明的液晶组合物还具有良好的溶解性，尤其是低温溶解性。具体地，将对比例1和对比例2与实施例1～10同时在-40℃环境放置进行比较，对比例1和对比例2的液晶组合物在放置240小时后均出现晶析，而实施例1～10的液晶组合物经过480小时放置仍未出现晶析。
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 (6)

1.一种液晶组合物，其特征在于，其包含一种或多种质量含量为2～10％的选自式Ⅰ-1至式Ⅰ-3所示的化合物、一种或多种质量含量为10～25％的式Ⅱ所示化合物、一种或多种质量含量为15～25％的式Ⅲ所示化合物、一种或多种质量含量为25～50％的式Ⅳ所示化合物及一种或多种质量含量为9～25％的式Ⅴ所示化合物，所述液晶组合物为适用于TN-TFT显示模式的正介电各向异性液晶组合物，
Figure FDA0003797054000000011
其中，R3表示碳原子数为1～5的直链烷基；R4表示碳原子数为1～5的直链烷基、碳原子数为2～6的直链烯基或甲氧基；R5、R7各自独立地表示碳原子数为1～5的直链烷基或碳原子数为2～6的直链烯基；R6表示碳原子数为1～5的直链烷基或三氟甲氧基；R8表示碳原子数为1～5的直链烷基或环戊基；
Figure FDA0003797054000000012
各自独立地表示
Figure FDA0003797054000000013
Z1表示-COO-或-CF2O-；
m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，所述式Ⅱ所示化合物选自式Ⅱ-1至式Ⅱ-4所示的化合物组成的组，
Figure FDA0003797054000000021
3.根据权利要求1所述的液晶组合物，其特征在于，所述式Ⅲ所示化合物选自式Ⅲ-1至式Ⅲ-6所示的化合物组成的组，
Figure FDA0003797054000000022
4.根据权利要求1所述的液晶组合物，其特征在于，所述Ⅳ所示化合物选自式Ⅳ-1至式Ⅳ-14所示的化合物组成的组，
Figure FDA0003797054000000023
Figure FDA0003797054000000031
Figure FDA0003797054000000041
5.根据权利要求1所述的液晶组合物，其特征在于，所述式Ⅴ所示化合物选自式Ⅴ-1至式Ⅴ-10所示的化合物组成的组，
Figure FDA0003797054000000042
Figure FDA0003797054000000051
6.一种液晶显示元件或液晶显示器，其包含权利要求1～5中任一项所述的液晶组合物，其特征在于，所述显示元件或显示器为有源矩阵显示元件或显示器。
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