CN112940751B - 液晶组合物、液晶显示元件或液晶显示器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种显示模式为IPS或FFS的负介电各向异性液晶组合物，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。本公开的液晶组合物，包含一种质量含量为17～23％的式Ⅰ所示化合物、一种质量含量为8～12％的式Ⅱ所示化合物、至少两种总质量含量15‑20％的式Ⅲ所示的化合物、至少两种总质量含量为8‑12％的式Ⅳ所示的化合物、一种或多种质量含量为9‑13％的式Ⅴ所示的化合物以及一种或多种式Ⅶ所示化合物。本发明的液晶组合物具有较低的旋转粘度γ1/弹性常数K比值，较大的光学各向异性△n，可以用于开发快速响应、低盒厚的液晶显示元件或液晶显示器。
Description
技术领域
本公开属于液晶显示领域，更具体地，涉及一种负性液晶组合物及包含该液晶组合物的液晶显示元件或液晶显示器。
背景技术
显示是把电信号形式的数据信息转变为可见光形式的视觉信息的过程。目前完成显示的设备有平板显示器Flat panel Display(FPD)和Liquid Crystal Display(LCD),并且已实现商品化。LCD的工作原理是将背光源发出的光，通过偏光片，玻璃板及液晶分子后产生相应于要显示图像的光的明暗，从而使颜色变化实现图像显示。
目前面内切换in-plane switching(IPS)、边缘场切换fringe-field switching(FFS)以及垂直排列vertical alignment(VA)是在液晶显示市场中极有竞争力的显示模式。其中面内切换IPS和边缘场切换FFS因宽视角的特点而被广泛应用到智能手机、平板电脑、电视等应用中。正性液晶应用于IPS/FFS显示模式时可以获得快速响应，良好可靠性的优点；而负性液晶用于IPS/FFS显示模式时可以获得更高的透过率。
随着LCD产品技术更新速度越来越快，对LCD产品的响应速度要求也越来越高，一方面器件厂商通过降低盒厚d来提升响应速度，这就要求提升液晶的折射率Δn来匹配更低的盒厚，另一方面液晶材料的响应速度也需要得到更高的提升。现有技术液晶材料的响应速度受限于液晶的旋转粘度γ1/弹性常数K，因此，需要想尽方法去降低液晶介质的旋转粘度γ1同时提升弹性常数K来达到加快响应时间。而在实际研究中发现，旋转粘度和弹性常数是一对较为矛盾的参数，降低旋转粘度的同时会引起弹性常数的下降，达不到降低响应时间的目标。
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，通过使用本公开的液晶组合物，可以降低液晶组合物旋转粘度γ1、增大弹性常数K以及增大液晶组合物的光学各向异性Δn。
为达到上述目的，本公开采用下述技术方案：
一种用于液晶显示元件或液晶显示器件的显示模式为IPS或FFS的负介电各向异性液晶组合物，其介电各向异性值在-3.9～-4.5之间，其特征在于，所述液晶组合物包含一种质量含量为17-23％的式Ⅰ所的化合物、一种质量含量为8-12％的式Ⅱ所示的化合物、至少两种总质量含量15-20％的式Ⅲ所示的化合物、至少两种总质量含量为8-12％的式Ⅳ所示的化合物、一种或多种质量含量为9-13％的式Ⅴ所示的化合物以及一种或多种式Ⅶ所示化合物：
其中，
R1、R2各自独立地表示碳原子数为1～10的烷基、氟取代的碳原子数为1～10的烷基、碳原子数为1～10的烷氧基、氟取代的碳原子数为1～10的烷氧基、碳原子数为2～10的链烯基、氟取代的碳原子数为2～10的链烯基、碳原子数为3～8的链烯氧基或氟取代的碳原子数为3～8的链烯氧基，其中任意一个或多个不相连的-CH2-任选被亚环戊基、亚环丁基或亚环丙基取代；
R3、R4、R5、R6各自独立地表示碳原子数为1～10的烷基、氟取代的碳原子数为1～10的烷基、碳原子数为2～10的链烯基或氟取代的碳原子数为2～10的链烯基，其中任意一个或多个不相连的-CH2-任选被亚环戊基、亚环丁基或亚环丙基取代；
R9、R10各自独立地表示碳原子数为1～10的烷基、氟取代的碳原子数为1～10的烷基、碳原子数为1～10的烷氧基、氟取代的碳原子数为1～10的烷氧基、碳原子数为2～10的链烯基或氟取代的碳原子数为2～10的链烯基；
本公开还提供显示模式为IPS/FFS液晶的显示元件或显示器，其包含本公开的液晶组合物，所述液晶显示元件为有源矩阵寻址显示元件。
技术效果
本公开的液晶组合物具有较小的旋转粘度γ1、较大的弹性常数K，且γ1/K的比值较小，且具有较大的光学各向异性△n，可以用于开发低盒厚、快速响应的液晶显示元件、液晶显示器。
包含前述的化合物或液晶组合物的液晶显示元件或液晶显示器，具有较快的响应速度、较低的盒厚。
具体实施方式
[液晶组合物]
本公开的一种用于液晶显示元件或液晶显示器件的显示模式为IPS或FFS的负介电各向异性液晶组合物，其介电各向异性值在-3.9～-4.5之间，所述液晶组合物包含一种质量含量为17-23％的式Ⅰ所的化合物、一种质量含量为8-12％的式Ⅱ所示的化合物、至少两种总质量含量15-20％的式Ⅲ所示的化合物、至少两种总质量含量为8-12％的式Ⅳ所示的化合物、一种或多种质量含量为9-13％的式Ⅴ所示的化合物以及一种或多种式Ⅶ所示化合物：
其中，
R1、R2各自独立地表示碳原子数为1～10的烷基、氟取代的碳原子数为1～10的烷基、碳原子数为1～10的烷氧基、氟取代的碳原子数为1～10的烷氧基、碳原子数为2～10的链烯基、氟取代的碳原子数为2～10的链烯基、碳原子数为3～8的链烯氧基或氟取代的碳原子数为3～8的链烯氧基，其中任意一个或多个不相连的-CH2-任选被亚环戊基、亚环丁基或亚环丙基取代；
R3、R4、R5、R6各自独立地表示碳原子数为1～10的烷基、氟取代的碳原子数为1～10的烷基、碳原子数为2～10的链烯基或氟取代的碳原子数为2～10的链烯基，其中任意一个或多个不相连的-CH2-任选被亚环戊基、亚环丁基或亚环丙基取代；
R9、R10各自独立地表示碳原子数为1～10的烷基、氟取代的碳原子数为1～10的烷基、碳原子数为1～10的烷氧基、氟取代的碳原子数为1～10的烷氧基、碳原子数为2～10的链烯基或氟取代的碳原子数为2～10的链烯基；
本公开的液晶组合物能够降低旋转粘度γ1/弹性常数K的比值，提升液晶组合物的响应速度以及增大液晶组合物的折射率△n，匹配低盒厚的液晶显示元件、液晶显示器。
作为前述碳原子数为1～10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、己基、庚基、辛基、壬基、癸基等。
作为前述的碳原子数为1～10的烷氧基，可以列举出例如，甲氧基、乙氧基、正丙氧基、异丙氧基、正丁氧基、异丁氧基、戊氧基、己氧基、庚氧基、辛氧基、壬氧基、癸氧基等。
作为前述碳原子数为2～10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、1-己烯基、2-己烯基、3-己烯基等。
前述的氟取代的碳原子数为1～10的烷基、氟取代的碳原子数为1～10的烷氧基、氟取代的碳原子数为2～10的链烯基、氟取代的碳原子数为3～8的链烯氧基中的“氟取代”可以是单氟取代，或者、二氟取代、三氟取代等多氟取代，也可以是全氟取代，对氟的取代数没有特别的限定。例如，作为氟取代的碳原子数为1～10的烷基，可以列举出氟代甲基、二氟甲基、三氟甲基、1-氟代乙基、2-氟代乙基、1,2-二氟乙基、1,1-二氟乙基、1,1,2-三氟乙基、1,1,1,2,2-五氟取代乙基等但不限于此。
本公开的液晶组合物中，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：
优选的，前述式Ⅳ所示化合物选自式Ⅳ-1至Ⅳ-2所示化合物组成的组：
优选的，前述式Ⅴ-1、Ⅴ-2所示化合物选自式Ⅴ-1-1至式Ⅴ-2-2所示的化合物组成的组：
本公开的液晶组合物中，优选地，前述式Ⅶ所示的化合物选自下述式Ⅶ-1至Ⅶ-3所示的化合物组成的组：
其中，
R9、R10各自独立地表示碳原子数为1～10的烷基、氟取代的碳原子数为1～10的烷基、碳原子数为1～10的烷氧基、氟取代的碳原子数为1～10的烷氧基、碳原子数为2～10的链烯基或氟取代的碳原子数为2～10的链烯基。
本公开的液晶组合物，优选地，还包含一种或多种式Ⅵ所示化合物：
其中，
R7、R8各自独立地表示碳原子数为1～10的烷基、氟取代的碳原子数为1～10的烷基、碳原子数为1～10的烷氧基或氟取代的碳原子数为1～10的烷氧基；
本公开的液晶组合物中，优选地，前述式Ⅵ所示的化合物选自下述式Ⅵ-1至Ⅵ-3所示的化合物组成的组：
其中，
R7、R8各自独立地表示碳原子数为1～10的烷基、氟取代的碳原子数为1～10的烷基、碳原子数为1～10的烷氧基或氟取代的碳原子数为1～10的烷氧基。
本公开的液晶组合物中，优选地，还包含一种或多种式Ⅷ所示的化合物：
其中，
R11表示碳原子数为1～10的烷基、氟取代的碳原子数为1～10的烷基、碳原子数为1～10的烷氧基或氟取代的碳原子数为1～10的烷氧基，其中任意一个或多个不相连的-CH2-任选被亚环戊基、亚环丁基或亚环丙基取代；
R12表示原子数为1～10的烷基、氟取代的碳原子数为1～10的烷基、碳原子数为1～10的烷氧基、或者氟取代的碳原子数为1～10的烷氧基；
X表示O或S。
通过在本公开的液晶组合物中含有前述的式Ⅷ所示化合物，能够使液晶组合物具有较大的负的介电各向异性。
本公开的液晶组合物，优选地，前述式Ⅷ所示的化合物选自下述式Ⅷ-1至Ⅷ-12所示的化合物组成的组：
其中，R111、R121表示碳原子数为1～10的烷基。
本公开的液晶组合物中，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0.01～1.5％，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，
t表示1～10的整数；
手性剂可以列举出，
R0表示碳原子数为1-10的烷基；
光稳定剂可以列举出，
Z0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氢任选被卤素取代，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，
R01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；前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，前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。
包含前述的化合物或液晶组合物的液晶显示元件或液晶显示器，具有较快的响应速度、较低的盒厚。
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微米垂直盒，INSTEC:ALCT-IR1测试；
γ1表示旋转粘度(mPa·s),测试条件为25±0.5℃，20微米垂直盒，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微米垂直盒；
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
表2端基与链接基团的对应代码
举例：
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
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液晶组合物的配方及相应的性能
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液晶组合物的配方及相应的性能
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液晶组合物的配方及相应的性能
对比例1
液晶组合物的配方及相应的性能如下表7所示。
表7对比例1液晶组合物的配方及相应的性能
由实施例1-4和对比例1的比较可以看出，在保持相当清亮点的情况下，本发明的液晶组合物的光学各向异性较大，γ1/K11较小，响应较快，可以用于开发低盒厚、宽温显示、快速响应的液晶显示元件、液晶显示器。
实施例5
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5液晶组合物的配方及相应的性能
实施例6
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6液晶组合物的配方及相应的性能
实施例7
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7液晶组合物的配方及相应的性能
实施例8
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8液晶组合物的配方及相应的性能
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液晶组合物的配方及相应的性能
由实施例5-8和对比例2的比较可以看出，在保持Δε相当的情况下，本发明的液晶组合物的光学各向异性较大，γ1/K11较小，响应较快可以用于开发低盒厚、快速响应的液晶显示元件、液晶显示器。
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液晶组合物的配方及相应的性能
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 (2)
1.一种用于液晶显示元件或液晶显示器件的显示模式为IPS或FFS的负介电各向异性液晶组合物，其介电各向异性值在-4.0，其特征在于，所述液晶组合物包含一种质量含量为21％的式Ⅰ所的化合物、一种质量含量为10％的式Ⅱ所示的化合物、至少两种总质量含量15-20％的式Ⅲ所示的化合物，其中式Ⅲ-1所示化合物的质量含量为9％，式Ⅲ-3所示化合物的质量含量为8％、至少两种总质量含量为8-12％的式Ⅳ所示的化合物，其中式Ⅳ-1所示化合物的质量含量为5％，式Ⅳ-2所示化合物的质量含量为5％、质量含量为8％的式Ⅴ-2-1所示的化合物、质量含量为8％的式Ⅵ-1所示化合物、一种或多种式Ⅶ-2所示化合物以及一种或多种式Ⅷ-10和或Ⅷ-12所示化合物，且式Ⅰ、式Ⅱ、式Ⅲ、式Ⅳ、式Ⅴ、式Ⅵ、式Ⅶ、式Ⅷ所示化合物总质量含量为100％：
其中，
R1、R2各自独立地表示碳原子数为1～10的烷基、氟取代的碳原子数为1～10的烷基、碳原子数为1～10的烷氧基；
R3、R4各自独立地表示碳原子数为1～10的烷基；
R7表示碳原子数为5的烷基；
R8表示碳原子数为3的烷基；
R9、R10各自独立地表示碳原子数为2～3的烷基、碳原子数为3的链烯基；
R121表示原子数为2或4的烷基。
2.一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所述的液晶组合物，所述液晶显示元件或液晶显示器为有源矩阵寻址显示元件或显示器。
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