CN112961682A - 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，其包括质量含量为30～65％的一种或多种式Ⅰ所示的化合物、质量含量为1～20％的一种或多种式Ⅱ所示的化合物、质量含量为7～15％的一种或多种式Ⅲ所示的化合物，以及一种或多种式Ⅶ所示的化合物，该液晶组合物介电各向异性为4.5～14.0，本发明的液晶组合物具有快速响应的特点。

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
液晶材料是在一定的温度下既具有液体的流动性，又具有晶体的各向异性的混合物。根据液晶材料性质的不同，各种相态的液晶材料大都已开发用于液晶显示器件中。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Flat panel Display,FPD是目前最为流行的一类显示设备。液晶显示器Liquid Crystal Display,LCD是FPD中最早被开发出来，并被商品化的产品。
响应速度是液晶显示器的重要评价指标，响应速度过慢，显示画面就会出现拖影现象，因此要求液晶显示器具有快的响应速度。为了提高液晶显示器的响应速度，可以选用减少盒厚、改良驱动方式、提供高的驱动电压、采用快速响应的液晶组合物等方法。但不管采用何种方法，总会带来液晶显示器其他性能的削弱。如改变驱动方式，往往会导致IC驱动成本升高、电路更为复杂；提高驱动电压，功耗也会随之增加；减小盒厚，会增加生产工艺的难度，造成盒厚不均等缺陷，导致液晶显示器良率的下降。
以上改良方式都是从液晶显示屏的制作着手，实际上，液晶面板生产厂商会更倾向于选择快响应速度的液晶材料来改善液晶显示器的响应速度。所以，有效改善液晶组合物响应速度是亟待解决的问题。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明人进行了深入研究，发现了本发明的液晶组合物具有快速响应的特点。
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，提供一种正介电各向异性的液晶组合物，包括质量含量为30～65％的一种或多种式Ⅰ所示的化合物，质量含量为1～20％的一种或多种式Ⅱ所示的化合物，质量含量为7～15％的一种或两种式Ⅲ所示的化合物，以及一种或多种式Ⅶ所示的化合物，该液晶组合物的介电各向异性为4.5～14.0，
Figure BDA0002327729140000021
其中，R1、R2各自独立地表示碳原子数为2～5的直链烷基或碳原子数为2～4的直链烯基，R6、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、R7所示的烷基中任意一个或多个不相连的-CH2-任选被亚环丙基取代；
Figure BDA0002327729140000022
表示
Figure BDA0002327729140000023
表示
Figure BDA0002327729140000024
表示
Figure BDA0002327729140000025
Figure BDA0002327729140000026
(F)表示H或F；X表示F或OCF3。
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、无源矩阵显示元件或显示器。
本发明的液晶组合物的弹性常数与旋转粘度比值小，从而具有快速响应的特点。。
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，具有快速响应的特点。
具体实施方式
[液晶组合物]
本发明所提供的一种正介电各向异性的液晶组合物，包括质量含量为30～65％的一种或多种式Ⅰ所示的化合物，质量含量为1～20％的一种或多种式Ⅱ所示的化合物，质量含量为7～15％的一种或两种式Ⅲ所示的化合物，以及一种或多种式Ⅶ所示的化合物，该液晶组合物的介电各向异性为4.5～14.0，
Figure BDA0002327729140000031
其中，R1、R2各自独立地表示碳原子数为2～5的直链烷基或碳原子数为2～4的直链烯基，R6、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、R7所示的烷基中任意一个或多个不相连的-CH2-任选被亚环丙基取代；
Figure BDA0002327729140000032
表示
Figure BDA0002327729140000033
表示
Figure BDA0002327729140000034
表示
Figure BDA0002327729140000035
Figure BDA0002327729140000036
(F)表示H或F；X表示F或OCF3。
本发明的液晶组合物的弹性常数与旋转粘度比值小，从而具有快速响应的特点。
本发明的液晶组合物，可选的，前述式I所示化合物选自式Ⅰ-1至式Ⅰ-4所示的化合物组成的组，
Figure BDA0002327729140000037
本发明的液晶组合物，可选的，前述式Ⅱ所示化合物选自式Ⅱ-1至式Ⅱ-7所示的化合物组成的组，
Figure BDA0002327729140000041
本发明的液晶组合物，可选的，前述式Ⅲ所示化合物选自式Ⅲ-1至式Ⅲ-2所示的化合物组成的组，
Figure BDA0002327729140000042
本发明的液晶组合物，可选的，前述式Ⅶ所示化合物选自式Ⅶ-1至式Ⅶ-5所示的化合物组成的组，
Figure BDA0002327729140000043
Figure BDA0002327729140000051
本发明液晶组合物能够应用于IPS-TFT、FFS-TFT显示模式的笔记本电脑、桌上型显示器、平板电脑等液晶显示领域。
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30～65％；式Ⅱ所示化合物在液晶组合物中的质量含量优选为3～20％；式Ⅲ所示化合物在液晶组合物中的质量含量优选为7～15％。该液晶组合物介电各向异性优选为5.0～13.9。
本发明的液晶组合物，可选的，还包含一种或多种式Ⅳ所示的化合物，
Figure BDA0002327729140000052
其中，R3表示碳原子数为2～5的直链烷基。
式Ⅳ所示化合物同时具有较大的介电各项异性和较大的光学各向异性，通过式Ⅳ所示化合物能够同时调节液晶组合物的介电各向异性和光学各向异性。
式Ⅳ所示化合物在液晶组合物中的添加量(质量含量)没有特别的限定，可以为1～20％，优选为2～16％。
可选的，前述述式Ⅳ所示化合物为下列式Ⅳ-1或式Ⅳ-2所示的化合物，
Figure BDA0002327729140000053
Figure BDA0002327729140000061
本发明的液晶组合物，可选的，还包含一种或多种式Ⅴ所示的化合物，
Figure BDA0002327729140000062
其中，R4表示碳原子数为2～5的直链烷基，R4所示基团中任意一个或多个不相连的-CH2-任选被亚环丙基取代。
式Ⅴ所示化合物具有更大的介电各向异性和较大的光学各向异性，使液晶组合物的阈值电压降低、响应速度提高。
式Ⅴ所示化合物在液晶组合物中的添加量(质量含量)没有特别的限定，可以为1～18％，优选为8～18％。
可选的，前述式Ⅴ所示化合物选自式Ⅴ-1至式Ⅴ-5所示的化合物组成的组，
Figure BDA0002327729140000063
本发明的液晶组合物，可选的，还包含一种或多种式Ⅵ所示的化合物，
Figure BDA0002327729140000064
其中，R5表示环丙基甲基或环戊基；
Figure BDA0002327729140000071
表示
Figure BDA0002327729140000072
式Ⅵ所示化合物具有更大的介电各向异性和适中的光学各向异性，使液晶组合物的阈值电压降低。
式Ⅵ所示化合物在液晶组合物中的添加量(质量含量)没有特别的限定，可以为1～18％，优选为8～17％。
可选的，前述式Ⅵ所示化合物选自式Ⅵ-1至式Ⅵ-3所示的化合物组成的组，
Figure BDA0002327729140000073
本发明的液晶组合物，可选的，还包含一种或多种式Ⅷ-1至Ⅷ-4所示的化合物，
Figure BDA0002327729140000074
式Ⅷ-1至式Ⅷ-4所示的化合物具有更大的清亮点和更大的弹性常数，少量添加便能够明显提高液晶组合物的清亮点和弹性常数。
式Ⅷ-1、式Ⅷ-2、式Ⅷ-3和/或Ⅷ-4所示化合物在液晶组合物中的添加量(质量含量)没有特别的限定，可以为0.5～10％，优选为2～10％。
可选的，本发明还提供一种液晶组合物，由质量含量为30～65％的一种或多种前述式Ⅰ-1、式Ⅰ-2、式Ⅰ-3或式Ⅰ-4所示的化合物，质量含量为2～20％的一种或多种前述式Ⅱ所表示的化合物，质量含量为7～12％的一种或多种前述式Ⅲ所表示的化合物，质量含量为0～12％的一种或多种前述式Ⅳ所表示的化合物，质量含量为5～18％的一种或多种前述式Ⅴ所表示的化合物，质量含量为1～13％的一种或多种前述式Ⅵ-1和/或Ⅵ-2所表示的化合物，质量含量为10～26％的一种或多种前述式Ⅶ所表示的化合物，质量含量为0.5～10％的一种或多种前述式Ⅷ-1、式Ⅷ-2、式Ⅷ-3或Ⅷ-4所表示的化合物组成。
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 BDA0002327729140000081
t表示1～10的整数。
光稳定剂可以列举，
Figure BDA0002327729140000082
Figure BDA0002327729140000091
手性剂可以列举出，
Figure BDA0002327729140000092
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IPS-TFT或FFS-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，具有快速响应。
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(℃)，液晶化合物也称为液晶单体，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；
ρ表示电阻率(Ω·cm)，测试条件为25±2℃，测试仪器为TOYO SR6517高阻仪和LE-21液体电极；
VHR表示电压保持率(％)，测试条件为20±2℃、电压为±5V、脉冲宽度为10ms、电压保持时间16.7ms。测试设备为TOYO Model6254液晶性能综合测试仪；
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；
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 BDA0002327729140000101
Figure BDA0002327729140000111
表2端基与链接基团的对应代码
Figure BDA0002327729140000112
Figure BDA0002327729140000121
举例：
Figure BDA0002327729140000122
其代码为CC-3-V；
Figure BDA0002327729140000123
其代码为CP-3-O2；
Figure BDA0002327729140000124
其代码为PP-5-1；
Figure BDA0002327729140000125
其代码为CCP-V-1；
Figure BDA0002327729140000126
其代码为CPP-1V-2；
Figure BDA0002327729140000127
其代码为PGP-Cpr1-2；
Figure BDA0002327729140000128
其代码为CPPC-3-5；
Figure BDA0002327729140000131
其代码为CCU-2-F；
Figure BDA0002327729140000132
其代码为CCP-V-OT；
Figure BDA0002327729140000133
其代码为CCPU-3-F；
Figure BDA0002327729140000134
其代码为CPUP-3-OT；
Figure BDA0002327729140000135
其代码为PPGU-Cp-F；
Figure BDA0002327729140000136
其代码为DUQU-Cp-F；
Figure BDA0002327729140000137
其代码为PGUQU-3-F；
Figure BDA0002327729140000138
其代码为CPY-2-O2；
Figure BDA0002327729140000139
其代码为CCY-3-O2；
Figure BDA00023277291400001310
其代码为COY-3-O2；
Figure BDA0002327729140000141
其代码为CCOY-3-O2；
Figure BDA0002327729140000142
其代码为Sb-CpO-O4；
Figure BDA0002327729140000143
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4所示。
表4：实施例1的液晶组合物的配方及相应的性能
Figure BDA0002327729140000144
Figure BDA0002327729140000151
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的液晶组合物的配方及相应的性能
Figure BDA0002327729140000152
实施例3：
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3的液晶组合物的配方及相应的性能
Figure BDA0002327729140000161
实施例4：
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4的液晶组合物的配方及相应的性能
Figure BDA0002327729140000162
Figure BDA0002327729140000171
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的液晶组合物的配方及相应的性能
Figure BDA0002327729140000172
Figure BDA0002327729140000181
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的液晶组合物的配方及相应的性能
Figure BDA0002327729140000182
Figure BDA0002327729140000191
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的液晶组合物的配方及相应的性能
Figure BDA0002327729140000192
Figure BDA0002327729140000201
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的液晶组合物的配方及相应的性能
Figure BDA0002327729140000202
Figure BDA0002327729140000211
对比例1：
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1的液晶组合物的配方及相应的性能
Figure BDA0002327729140000212
Figure BDA0002327729140000221
对比例2：
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2的液晶组合物的配方及相应的性能
Figure BDA0002327729140000222
由实施例1～8与对比例1～2的比较可以看出，实施例1～8提供的液晶组合物弹性常数与旋转粘度的比值明显小于对比例1～2提供的液晶组合物，从而在不需要器件盒厚设计发生变化的情况下，大幅度的提升IPS-TFT/FFS-TFT显示模式的笔记本电脑、桌上型显示器、平板电脑显示器的响应速度。

Claims (8)

1.一种正介电各向异性的液晶组合物，其特征在于，包括质量含量为30～65％的一种或多种式Ⅰ所示的化合物，质量含量为1～20％的一种或多种式Ⅱ所示的化合物、质量含量为7～15％的一种或两种式Ⅲ所示的化合物，以及一种或多种式Ⅶ所示的化合物，所述液晶组合物的介电各向异性为4.5～14.0，
Figure FDA0002327729130000011
其中，R1、R2各自独立地表示碳原子数为2～5的直链烷基或碳原子数为2～4的直链烯基，R6、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、R7所示的烷基中任意一个或多个不相连的-CH2-任选被亚环丙基取代；
Figure FDA0002327729130000012
表示
Figure FDA0002327729130000013
Figure FDA0002327729130000014
表示
Figure FDA0002327729130000015
Figure FDA0002327729130000016
表示
Figure FDA0002327729130000017
Figure FDA0002327729130000018
(F)表示H或F；X表示F或OCF3。
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所示化合物选自式Ⅰ-1至式Ⅰ-4所示的化合物组成的组，
Figure FDA0002327729130000019
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所示化合物选自式Ⅱ-1至式Ⅱ-7所示的化合物组成的组，
Figure FDA0002327729130000021
4.根据权利要求1～3任一项所述的液晶组合物，其特征在于，还包含一种或多种式Ⅳ所示的化合物，
Figure FDA0002327729130000022
其中，R3表示碳原子数为2～5的直链烷基。
5.根据权利要求1～4任一项所述的液晶组合物，其特征在于，还包含一种或多种式Ⅴ所示的化合物，
Figure FDA0002327729130000023
其中，R4表示碳原子数为2～5的直链烷基，R4所示基团中任意一个或多个不相连的-CH2-任选被亚环丙基取代。
6.根据权利要求1～5任一项所述的液晶组合物，其特征在于，还包含一种或多种式Ⅵ所示的化合物，
Figure FDA0002327729130000031
其中，R5表示环丙基甲基或环戊基；
Figure FDA0002327729130000032
表示
Figure FDA0002327729130000033
7.根据权利要求1～6任一项所述的液晶组合物，其特征在于，还包含一种或多种式Ⅷ-1至Ⅷ-4所示的化合物，
Figure FDA0002327729130000034
8.一种液晶显示元件或液晶显示器，其包含权利要求1～7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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