CN112961683B - 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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    • G02F1/134363—Electrodes characterised by their geometrical arrangement for applying an electric field parallel to the substrate, i.e. in-plane switching [IPS]

Abstract

本公开涉及液晶组合物，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。本公开的液晶组合物，包含一种质量含量为20～35％的式Ⅰ所示化合物、至少四种总质量含量为30～45％的式Ⅱ所示化合物、至少两种总质量含量为10～25％的式Ⅲ所示化合物、一种或多种式Ⅳ所示化合物以及一种或多种式Ⅴ所示化合物，可以用于开发低盒厚、快速响应和宽温显示的液晶显示元件或显示器。

Description

液晶组合物、液晶显示元件、液晶显示器
技术领域
本公开属于液晶显示领域，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)粘度低；(3)具有合适的介电各向异性△ε；(4)合适的光学各向异性△n；(5)与其他液晶化合物的互溶性好。
早期商用的TFT-LCD(薄膜晶体管液晶显示器)产品基本采用了TN显示模式，其最大问题是视角窄。随着产品尺寸的增加，特别是在TV领域的应用，具有广视野角特点的IPS显示模式、VA显示模式依次被开发出来并加以应用。
另外，FFS模式、IPS模式、VA模式等的显示元件所用的液晶介质，本身并不完美，对于显示器件所用的液晶材料，要求具有①低的驱动电压：液晶材料具有适当的负介电各向异性和弹性系数K；②快速响应：液晶材料具有适当的旋转粘度γ1和弹性系数K；③高可靠性：高的电荷保持率，高的比电阻值，优良的耐高温稳定性及对UV光(紫外光)或常规的背光照明来照射的稳定性有严格要求；④宽的温度范围：理想的保存温度范围为-40℃～100℃，一般要求使用温度为-20℃～60℃等的特点。随着LCD产品技术更新速度越来快，对LCD产品的响应速度也要求越来越快，除了器件厂商通过降低盒厚d来降低响应时间外，实际用中也要求我们液晶材料的响应速度进一步提升。当前我们的液晶材料响应速度受限于液晶的旋转粘度γ1/弹性常数K，因此需要尽可能的去降低液晶介质的旋转粘度γ1，同时提高弹性常数K来降低液晶材料的响应时间，实现更加快速响应。而实际研究表明，液晶材料的旋转粘度与弹性常数息息相关，降低旋转粘度的同时会引起弹性常数的下降，较难实现降低响应时间的目的。因此，开发响应速度更快的液晶组合物就成了亟待解决的问题。
发明内容
为了解决目前负性IPS/FFS模式的液晶组合物响应速度较慢及增加其宽温使用范围目的的问题，本发明人等进行了深入研究后惊奇地发现，通过使用本发明的液晶组合物，可以克服上述现有技术中存在的问题，从而完成了本公开。
本公开采用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-3.8～-5.0之间，所述液晶组合物包含：一种质量含量为20～35％的式Ⅰ所示化合物、至少四种总质量含量为30～45％的式Ⅱ所示化合物、至少两种总质量含量为10～25％的式Ⅲ所示化合物、一种或多种式Ⅳ所示化合物以及一种或多种式Ⅴ所示化合物，
Figure BDA0002346896360000021
其中，
R1、R3、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；
R2、R4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；
R7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；
R8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；
a表示0或1；
X表示O或S。
本公开还提供一种显示模式为IPS/FFS的液晶显示元件或显示器，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或显示器或者无源矩阵寻址显示元件或显示器。
发明效果
与现有技术相比，本发明的液晶组合物具有适当的介电各向异性(Δε)、更大的光学各向异性(Δn)和较低的旋转粘度，可以用于开发低盒厚、快速响应的液晶显示元件或显示器。此外具有更高的清亮点(Cp)，可以用于开发宽温显示的液晶显示元件或显示器。
具体实施方式
[液晶组合物]
本公开的液晶组合物包含一种质量含量为20～35％的式Ⅰ所示化合物、至少四种总质量含量为30～45％的式Ⅱ所示化合物、至少两种总质量含量为10～25％的式Ⅲ所示化合物、一种或多种式Ⅳ所示化合物以及一种或多种式Ⅴ所示化合物，
Figure BDA0002346896360000031
Figure BDA0002346896360000041
其中，
R1、R3、R5、R6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；
R2、R4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；
R7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；
R8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；
a表示0或1；
X表示O或S。
本公开的技术方案能够降低液晶组合物的响应时间，包含本公开的液晶组合物的液晶显示元件、液晶显示器具有快的响应速度。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2～10的链烯基中的“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Ⅱ所示的化合物选自下述式Ⅱ-1～Ⅱ-2所示的化合物组成的组，
Figure BDA0002346896360000051
前述式Ⅴ所示化合物选自下述式Ⅴ-1～Ⅴ-12所示的化合物组成的组，
Figure BDA0002346896360000052
Figure BDA0002346896360000061
其中，R71、R81表示碳原子数为1～10的烷基。
本公开的液晶组合物中，优选地，还包含一种或多种除式Ⅱ、式Ⅲ和式Ⅳ之外的式Ⅵ所示化合物，
Figure BDA0002346896360000062
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、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；
Z1表示单键、-CH2CH2-或-CH2O-；
Figure BDA0002346896360000071
表示1,4-亚环己基、1,4-亚环己烯基、1,4-亚苯基或氟代1,4-亚苯基；
m表示0或1；n表示0、1或2。
前述的式Ⅵ所示化合物具有负介电各项异性，通过在本公开的液晶组合物中含有式Ⅵ所示化合物，可以调节液晶组合物的驱动电压。
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～Ⅵ-7所示的化合物组成的组，
Figure BDA0002346896360000072
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、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。
本公开的液晶组合物优选还包含一种或多种除所述式Ⅰ所示化合物之外的式Ⅶ所示的化合物，
Figure BDA0002346896360000081
其中，R11、R12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；
Figure BDA0002346896360000082
各自独立地表示1,4-亚环己基、1,4-亚环己烯基或1,4-亚苯基。
通过在本公开的液晶组合物中含有式Ⅶ所示化合物，能够提高液晶组合物的互溶性，降低旋转粘度，从而提高本公开的液晶组合物的响应速度。
本公开的液晶组合物，优选地，前述的式Ⅶ所示的化合物选自下述式Ⅶ-1～Ⅶ-3所示的化合物组成的组，
Figure BDA0002346896360000083
其中，
R11、R12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，前述液晶组合物还包含一种或多种式Ⅷ所示化合物，
Figure BDA0002346896360000084
其中，R13、R14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；
Figure BDA0002346896360000085
各自独立地表示1,4-亚环己基、1,4-亚环己烯基或1,4-亚苯基。
通过在本公开的液晶组合物中含有式Ⅷ所示化合物，能够增大液晶组合物的光学各向异性和提高液晶组合物的清亮点，有利于提升液晶组合物的响应速度。
本公开的液晶组合物中，优选地，前述的式Ⅷ所示的化合物选自下述式Ⅷ-1～Ⅷ-3所示的化合物组成的组，
Figure BDA0002346896360000091
其中，
R13、R14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中，式Ⅰ所示化合物在液晶组合物中的添加量(质量比)为20～35％，优选为21～33％；式Ⅱ所示化合物在液晶组合物中的添加量(质量比)为30～45％，优选为33～41％；式Ⅲ所示化合物在液晶组合物中的添加量(质量比)为10～25％，优选为13～23％；式Ⅳ所示化合物在液晶组合物中的添加量(质量比)为0～25％，优选为3～15％；式Ⅴ所示化合物在液晶组合物中的添加量(质量比)为0～25％，优选为5～20％；式Ⅵ所示化合物在液晶组合物中的添加量(质量比)为0～56％，优选为25～40％；式Ⅶ所示化合物在液晶组合物中的添加量(质量比)为0～45％，优选为20～40％；式Ⅷ所示化合物在液晶组合物中的添加量(质量比)为0～25％，优选为5～15％。
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、光稳定剂。
抗氧化剂可以列举出，
Figure BDA0002346896360000092
Figure BDA0002346896360000101
t表示1～10的整数；
手性剂可以列举出，
Figure BDA0002346896360000102
Ra表示碳原子数为1～10的烷基；
光稳定剂可以列举出，
Figure BDA0002346896360000103
Za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，任意的一个或多个不相连的-CH2-任选被-O-取代；
紫外线吸收剂可以列举出，
Figure BDA0002346896360000104
Rb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；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。
可选的，所述液晶显示元件或液晶显示器优选有源矩阵液晶显示元件或液晶显示器。
可选的，所述有源矩阵显示元件或显示器为IPS-TFT、FFS-TFT、VA-TFT液晶显示元件或显示器。
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
Figure BDA0002346896360000111
Figure BDA0002346896360000121
表2端基与链接基团的对应代码
Figure BDA0002346896360000122
Figure BDA0002346896360000131
举例：
Figure BDA0002346896360000132
其代码为CC-Cp-V1；
Figure BDA0002346896360000133
其代码为CPY-2-O2；
Figure BDA0002346896360000134
其代码为CCY-3-O2；
Figure BDA0002346896360000135
其代码为COY-3-O2；/>
Figure BDA0002346896360000136
其代码为CCOY-3-O2；
Figure BDA0002346896360000137
其代码为Sb-CpO-O4；
Figure BDA0002346896360000138
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液晶组合物的配方及相应的性能
Figure BDA0002346896360000139
/>
Figure BDA0002346896360000141
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
Figure BDA0002346896360000142
/>
Figure BDA0002346896360000151
对比例1
液晶组合物的配方及相应的性能如下表5所示。
表5对比例1液晶组合物的配方及相应的性能
Figure BDA0002346896360000152
/>
Figure BDA0002346896360000161
将实施例2中的CCY-3-O2替换为CCOY-3-O2，其余与实施例2相同，作为对比例1。与对比例1相比，本发明实施例2的液晶组合物具有适当的介电各向异性(Δε)，光学各向异性(Δn)更大，清亮点(Cp)更高，旋转粘度(γ1)更低可以用于开发低盒厚、快速响应的、宽温显示的液晶显示器。
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液晶组合物的配方及相应的性能
Figure BDA0002346896360000162
/>
Figure BDA0002346896360000171
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液晶组合物的配方及相应的性能
Figure BDA0002346896360000172
/>
Figure BDA0002346896360000181
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
Figure BDA0002346896360000182
/>
Figure BDA0002346896360000191
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
Figure BDA0002346896360000192
/>
Figure BDA0002346896360000201
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
Figure BDA0002346896360000202
/>
Figure BDA0002346896360000211
对比例2
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2液晶组合物的配方及相应的性能
Figure BDA0002346896360000212
/>
Figure BDA0002346896360000221
将实施例7中的CPY-3-O2替换为CCOY-3-O2，其余与实施例7相同，作为对比例2。与对比例2相比，本发明的实施例7的液晶组合物具有适当的介电各向异性(Δε)，光学各向异性(Δn)更大，清亮点(Cp)更高，旋转粘度(γ1)更低可以用于开发低盒厚、快速响应的、宽温显示的液晶显示器。
实施例8
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8液晶组合物的配方及相应的性能
Figure BDA0002346896360000222
/>
Figure BDA0002346896360000231
实施例9
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9液晶组合物的配方及相应的性能
Figure BDA0002346896360000232
/>
Figure BDA0002346896360000241
对比例3
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3液晶组合物的配方及相应的性能
Figure BDA0002346896360000242
/>
Figure BDA0002346896360000251
将实施例9中的CCY-3-O2替换为CCOY-3-O2，其余与实施例9相同，作为对比例3。与对比例3相比，本发明的实施例9的液晶组合物具有适当的介电各向异性(Δε)，光学各向异性(Δn)更大，清亮点(Cp)更高，旋转粘度(γ1)更低可以用于开发低盒厚、快速响应的、宽温显示的液晶显示器。
对比例4
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4液晶组合物的配方及相应的性能
Figure BDA0002346896360000252
/>
Figure BDA0002346896360000261
将实施例9中的CY-3-O2替换为COY-3-O2，其余与实施例9相同，作为对比例4。与对比例4相比，本发明的实施例9的液晶组合物具有适当的介电各向异性(Δε)、适当的液晶清亮点(Cp)，适当的光学各向异性(Δn)，更小的旋转粘度(γ1)，可以用于开发快速响应的液晶显示器。
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 (1)

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，其介电各向异性值为-4.3，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所示化合物、四种总质量含量为30～45％的式Ⅱ所示化合物、两种总质量含量为10～25％的式Ⅲ所示化合物、质量含量为4％的式Ⅳ所示化合物、质量含量为2.5％式Ⅴ-2所示化合物、质量含量为7％式Ⅵ-5所示化合物、质量含量为6％式Ⅷ-1所示化合物以及质量含量为8.5％式Ⅷ-2所示化合物，
Figure FDA0004176299190000011
其中，
R1表示碳原子数为3或5的烷基；
R2表示碳原子数为2或4的烷基；
R3表示碳原子数为2或3的烷基；
R4、R5表示碳原子数为2的烷基；
R6、R9表示碳原子数为3的烷基；
R81表示碳原子数为4的烷基；
R10表示碳原子数为2的烷氧基；
R13表示碳原子数为3的烷基或碳原子数为2的烯基；
R14表示碳原子数为1或2的烷基；a表示0或1。
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