CN112940745A - 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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CN112940745A CN201911323053.6A CN201911323053A CN112940745A CN 112940745 A CN112940745 A CN 112940745A CN 201911323053 A CN201911323053 A CN 201911323053A CN 112940745 A CN112940745 A CN 112940745A
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崔静
李佳明
王薇
李倩
苏军红
王雪
熊会茹
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    • C09K19/00—Liquid crystal materials
    • C09K19/04—Liquid crystal materials characterised by the chemical structure of the liquid crystal components, e.g. by a specific unit
    • C09K19/42—Mixtures of liquid crystal compounds covered by two or more of the preceding groups C09K19/06 - C09K19/40
    • C09K19/44—Mixtures of liquid crystal compounds covered by two or more of the preceding groups C09K19/06 - C09K19/40 containing compounds with benzene rings directly linked

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  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
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  • Liquid Crystal Substances (AREA)

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所示的化合物、一种或多种式Ⅱ所示的化合物、一种或多种式Ⅲ所示的化合物、以及，一种或多种式Ⅳ所示的化合物，该液晶组合物能够实现快速响应同时具有高对比度，进一步改善显示画面。另外本发明的液晶组合物具有良好的低温溶解性。

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材料技术领域，具体涉及一种液晶组合物，以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
随着显示技术的发展，液晶显示器(Liquid Crystal Display,LCD)等平面显示装置具有高画质、省电、机身薄等优点，被广泛应用于手机、电视、数字相机、笔记本电脑等各种消费性电子产品，成为显示装置中的主流。随着时代的发展，人们对液晶平板显示的要求越来越高，因此对液晶平板显示器所用的液晶材料品质特性也提出了更高的要求。
高对比度和快速响应的液晶材料可以带来更高品质的显示画面，所以越来越受到市场的青睐。对比度和响应时间受液晶材料的光学各项异性和旋转粘度的影响，因此针对性开发高光学各向异性、低旋转粘度的液晶材料很有必要。
但是在实际研究中发现，高光学各向异性和低旋转粘度是一对较为矛盾的参数，提升光学各向异性的同时旋转粘度会变大，因此开发高光学各向异性、低旋转粘度兼顾的液晶组合物就成为了比较棘手的问题。
发明内容
为了解决上述技术难题，本发明人等进行了深入研究，发现通过本发明的技术方案，可以提升其光学各向异性的同时还具有低旋转粘度的特性。
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。
具体的，本发明提供了一种介电各向异性为正的液晶组合物，包含质量含量35～51％的一种或多种式Ⅰ所示化合物，一种或多种式Ⅱ所示的化合物，质量含量3～20％的一种或多种式Ⅲ所示的化合物，以及质量含量10～18％的一种或多种式Ⅳ所示的化合物，前述液晶组合物介电各向异性为4.5～10.0，
Figure BDA0002327674390000011
Figure BDA0002327674390000021
其中，R1表示碳原子数为1～5的直链烷基；R2表示碳原子数为2～6的直链烯基；R3、R4各自独立地表示碳原子数为1～5的直链烷基；R5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；R6表示碳原子数为1～5的直链烷基或环戊基；m表示1或2；(F)表示H或F。
本发明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、无源矩阵显示元件或显示器。
本发明的液晶组合物具有良好的对比度同时兼有快速响应的特性，能够提升显示画面品质。另外，该液晶组合物还具有良好的低温溶解性。
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，显示画面对比度高，且具有合适的或较高的光学各向异性。
具体实施方式
[液晶组合物]
本发明的液晶组合物，包含：
质量含量35～51％的一种或多种式Ⅰ所示化合物，一种或多种式Ⅱ所示的化合物，质量含量3～20％的一种或多种式Ⅲ所示的化合物，以及质量含量10～18％的一种或多种式Ⅳ所示的化合物；该液晶组合物介电各向异性为4.5～10.0，
Figure BDA0002327674390000022
Figure BDA0002327674390000031
其中，R1表示碳原子数为1～5的直链烷基；R2表示碳原子数为2～6的直链烯基；R3、R4各自独立地表示碳原子数为1～5的直链烷基；R5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；R6表示碳原子数为1～5的直链烷基或环戊基；m表示1或2；(F)表示H或F。
本发明的液晶组合物，具有良好的对比度同时兼有快速响应的特性，且具有良好的低温溶解性。
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40-51％；式Ⅱ所示化合物在液晶组合物中的质量含量，优选为5-20％；式Ⅲ所示化合物在液晶组合物中的质量含量，优选为6.5-19％；式Ⅳ所示化合物在液晶组合物中的质量含量，优选为13-16％。该液晶组合物的介电各向异性优选为6.0～8.5。
本发明的液晶组合物能够应用于TN-TFT模式的笔记本电脑显示领域。
本发明液晶组合物中，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 BDA0002327674390000032
本发明液晶组合物中，优选地，前述式Ⅱ所示化合物选自式Ⅱ-1至式Ⅱ-6所示化合物组成的组，
Figure BDA0002327674390000041
本发明液晶组合物中，优选地，前述式Ⅲ所示化合物选自式Ⅲ-1至式Ⅲ-5所示化合物组成的组，
Figure BDA0002327674390000042
Figure BDA0002327674390000051
本发明液晶组合物中，优选地，前述式Ⅳ所示化合物为式Ⅳ-1或Ⅳ-2所示化合物，
Figure BDA0002327674390000052
本发明的液晶组合物中，可选的，其还包含一种或多种式Ⅴ-1至Ⅴ-2所示化合物组成的组的化合物，
Figure BDA0002327674390000053
其中，R7表示碳原子数为2～6的直链烯基，R8、R9各自独立地表示碳原子数为1～5的直链烷基。
可选的，前述式Ⅴ-1所示化合物为式Ⅴ-1-1或Ⅴ-1-2所示化合物，
Figure BDA0002327674390000054
可选的，前述式Ⅴ-2所示化合物选自式Ⅴ-2-1至式Ⅴ-2-3所示化合物组成的组，
Figure BDA0002327674390000055
Figure BDA0002327674390000061
式Ⅴ-2-1至式Ⅴ-2-3所示化合物具有优异的低温溶解性，适量添加式Ⅴ-2-1至式Ⅴ-2-3所示化合物可进一步改善液晶组合物的低温溶解性。
本发明的液晶组合物中，式Ⅴ-1-1至式Ⅴ-2-3所示化合物在液晶组合中添加量(质量含量)没有特别的限定，可以为1～7％，优选为1～4％。
本发明的液晶组合物中，可选的，其还包含一种或多种式Ⅵ-1至式Ⅵ-2所示化合物组成的组的化合物，
Figure BDA0002327674390000062
其中，R10、R11各自独立地表示碳原子数为1～5的直链烷基。
可选的，前述式Ⅵ-1所示化合物为式Ⅵ-1-1或式Ⅵ-1-2所示化合物，
Figure BDA0002327674390000063
可选的，前述式Ⅵ-2所示化合物为式Ⅵ-2-1所示化合物，
Figure BDA0002327674390000071
式Ⅵ-1-1至式Ⅵ-2-1所示的化合物具有较大的光学各向异性，少量添加式Ⅵ-1-1至式Ⅵ-2-1所示的化合物，有利于进一步提高液晶组合物的光学各向异性。
本发明的液晶组合物中，式Ⅵ-1-1至式Ⅵ-2-1所示化合物在液晶组合中添加量(质量含量)没有特别的限定，可以为1～7％，优选为1～5％。
本发明的液晶组合物中，可选的，其还包一种或多种式Ⅶ所示化合物，
Figure BDA0002327674390000072
其中，R12表示碳原子数为1～5的直链烷基、环戊基或环丙基甲基。
可选的，前述式Ⅶ所示化合物选自式Ⅶ-1至式Ⅶ-4所示化合物组成的组，
Figure BDA0002327674390000073
式Ⅶ-1至式Ⅶ-4所示化合物具有较大的介电各向异性异性，通过式Ⅶ-1至式Ⅶ-4所示化合物可有效调整液晶组合物的介电各向异性。
本发明的液晶组合物中，式Ⅶ-1至式Ⅶ-4所示化合物在液晶组合中添加量(质量含量)没有特别的限定，可以为10～18％，优选为13～16％。
可选的，本发明还提供一种介电各向异性为正的液晶组合物，由质量含量51％的一种或多种前述式Ⅰ所示的化合物、质量含量5％的一种或多种前述式Ⅱ所示的化合物、质量含量19％的一种或多种前述式Ⅲ所示的化合物，质量含量13％的一种或多种前述式Ⅳ所示的化合物，质量含量1.5％的一种或多种前述式Ⅴ-1所示的化合物，质量含量1％的一种或多种前述式Ⅵ-2所示的化合物，以及质量含量9.5％的一种或多种前述式Ⅶ所示的化合物组成，
Figure BDA0002327674390000081
其中，R1、R3、R4、R8、R11各自独立地表示碳原子数为1～5的直链烷基；R2、R7各自独立地表示碳原子数为2～6的直链烯基；R5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；R6表示碳原子数为1～5的直链烷基或环戊基；R12表示碳原子数为1～5的直链烷基、环戊基或环丙基甲基；m表示1或2；(F)表示H或F。
可选的，本发明还提供一种介电各向异性为正的液晶组合物，由质量含量48％的一种或多种前述式Ⅰ所示的化合物、质量含量14％的一种或多种前述式Ⅱ所示的化合物、质量含量10％的一种或多种前述式Ⅲ所示的化合物，质量含量14％的一种或多种前述式Ⅳ所示的化合物，质量含量4％的一种或多种前述式Ⅴ-1所示的化合物，质量含量10％的一种或多种前述式Ⅵ-1所示的化合物组成，
Figure BDA0002327674390000091
其中，R1、R3、R4、R8、R10各自独立地表示碳原子数为1～5的直链烷基；R2、R7各自独立地表示碳原子数为2～6的直链烯基；R5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；R6表示碳原子数为1～5的直链烷基或环戊基；m表示1或2；(F)表示H或F。
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、光稳定剂、手性剂。
抗氧化剂可以列举出，
Figure BDA0002327674390000101
t表示1～10的整数。
光稳定剂可以列举，
Figure BDA0002327674390000102
手性剂可以列举，
Figure BDA0002327674390000103
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、无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前述的本发明的液晶组合物，显示画面对比度高，且具有合适的或较高的光学各向异性。
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；
T(％)表示透过率，T(％)＝100％*亮态(Vop)亮度/光源亮度，测试设备DMS501，测试条件为25±0.5℃，测试盒为3.3微米IPS测试盒，电极间距和电极宽度均为10微米，摩擦方向与电极夹角为10°；
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 BDA0002327674390000121
表2端基与链接基团的对应代码
Figure BDA0002327674390000131
举例：
Figure BDA0002327674390000132
其代码为CC-3-V；
Figure BDA0002327674390000133
其代码为CP-3-O2；
Figure BDA0002327674390000134
其代码为PP-5-1；
Figure BDA0002327674390000141
其代码为CCP-V-1；
Figure BDA0002327674390000142
其代码为CPP-1V-2；
Figure BDA0002327674390000143
其代码为PGP-Cpr1-2；
Figure BDA0002327674390000144
其代码为CPPC-3-5；
Figure BDA0002327674390000145
其代码为CCU-2-F；
Figure BDA0002327674390000146
其代码为CCP-V-OT；
Figure BDA0002327674390000147
其代码为CCPU-3-F；
Figure BDA0002327674390000148
其代码为CPUP-3-OT；
Figure BDA0002327674390000149
其代码为PPGU-Cp-F；
Figure BDA00023276743900001410
其代码为DUQU-Cp-F；
Figure BDA0002327674390000151
其代码为PGUQU-3-F；
Figure BDA0002327674390000152
其代码为CPY-2-O2；
Figure BDA0002327674390000153
其代码为CCY-3-O2；
Figure BDA0002327674390000154
其代码为COY-3-O2；
Figure BDA0002327674390000155
其代码为CCOY-3-O2；
Figure BDA0002327674390000156
其代码为Sb-CpO-O4；
Figure BDA0002327674390000157
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 BDA0002327674390000158
Figure BDA0002327674390000161
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 BDA0002327674390000162
Figure BDA0002327674390000171
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 BDA0002327674390000172
Figure BDA0002327674390000181
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 BDA0002327674390000182
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 BDA0002327674390000183
Figure BDA0002327674390000191
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 BDA0002327674390000192
Figure BDA0002327674390000201
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 BDA0002327674390000202
Figure BDA0002327674390000211
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 BDA0002327674390000212
对比例1
液晶组合物的配方及相应的性能如下表11所示。
表11：对比例1的液晶组合物的配方及相应的性能
Figure BDA0002327674390000221
对比例2
液晶组合物的配方及相应的性能如下表12所示。
表12：对比例2的液晶组合物的配方及相应的性能
Figure BDA0002327674390000222
Figure BDA0002327674390000231
表13为实施例、对比例液晶组合物对比度(Cr)测试数据。
液晶组合物的对比度以最亮态透过率与最暗态透过率的比值来衡量，比值越大说明对比度越高。
表13：实施例、对比例对比度测试数据
对比度
实施例1 1000：1
实施例2 1000：1
实施例3 1050：1
实施例4 1000：1
实施例5 1100：1
实施例6 1070：1
实施例7 1070：1
实施例8 1050：1
对比例1 860：1
对比例2 880：1
通过实施例1至实施例8，与对比例1和对比例2相比，可以看出，本发明的实施例的液晶组合物具有更低的旋转粘度，从而实现快速响应。同时本发明的实施例的液晶组合物还具有良好的低温溶解性，具体地，将对比例1和对比例2与实施例1～8同时在-30℃环境放置进行比较，对比例1和对比例2的液晶组合物分别在放置288小时、192小时后均出现晶析，而实施例1～8的液晶组合物经过480小时放置仍未出现晶析。
另外，从上述表13可以明显看出，实施例1～8的液晶组合物相对于对比例1～2的液晶组合物的对比度更大。
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)

1.一种介电各向异性为正的液晶组合物，其特征在于，包含质量含量35～51％的一种或多种式Ⅰ所示化合物，一种或多种式Ⅱ所示的化合物，质量含量3～20％的一种或多种式Ⅲ所示的化合物，以及质量含量10～18％的一种或多种式Ⅳ所示的化合物；所述液晶组合物介电各向异性为4.5～10.0；
Figure FDA0002327674380000011
其中，R1表示碳原子数为1～5的直链烷基；R2表示碳原子数为2～6的直链烯基；R3、R4各自独立地表示碳原子数为1～5的直链烷基；R5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；R6表示碳原子数为1～5的直链烷基或环戊基；m表示1或2；(F)表示H或F。
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所示的化合物选自式Ⅰ-1至式Ⅰ-3所示化合物组成的组，
Figure FDA0002327674380000012
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所示的化合物选自式Ⅱ-1至式Ⅱ-6所示化合物组成的组，
Figure FDA0002327674380000021
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所示的化合物选自式Ⅲ-1至式Ⅲ-5所示化合物组成的组，
Figure FDA0002327674380000022
Figure FDA0002327674380000031
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所示的化合物为式Ⅳ-1或式Ⅳ-2所示化合物，
Figure FDA0002327674380000032
6.根据权利要求1所述的液晶组合物，其特征在于，还包含一种或多种式Ⅴ-1至式Ⅴ-2所示化合物组成的组的化合物，
Figure FDA0002327674380000033
其中，R7表示碳原子数为2～6的直链烯基；R8、R9各自独立地表示碳原子数为1～5的直链烷基。
7.根据权利要求1所述的液晶组合物，其特征在于，还包含一种或多种式Ⅵ-1至式Ⅵ-2所示化合物组成的组的化合物，
Figure FDA0002327674380000034
其中，R10、R11各自独立地表示碳原子数为1～5的直链烷基。
8.根据权利要求1所述的液晶组合物，其特征在于，还包含一种或多种式Ⅶ所示化合物，
Figure FDA0002327674380000041
其中，R12表示碳原子数为1～5的直链烷基、环戊基或环丙基甲基。
9.一种液晶显示元件或液晶显示器，其特征在于，包含权利要求1～8中任一所述液晶组合物，所述显示元件或显示器为有源矩阵显示元件或显示器或无源矩阵显示元件或显示器。
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