CN113004910B - 一种高穿透率快速响应液晶组合物及其应用 - Google Patents

一种高穿透率快速响应液晶组合物及其应用 Download PDF

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Abstract

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或液晶显示器。本发明公开了一种液晶组合物，包含式Ⅰ所示的化合物、式Ⅱ所示化合物、式Ⅲ所示的化合物、式Ⅳ所示化合物、式Ⅴ所示化合物、式Ⅵ所示化合物以及式Ⅶ所示化合物。本发明的液晶组合物同时具有较快的响应速度、较宽的显示温度范围、较高的穿透率和较高的信赖性，在4K、8K等大尺寸显示中有明显优势。

Description

一种高穿透率快速响应液晶组合物及其应用
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或液晶显示器。
背景技术
一直以来，追求更完美的视觉享受都是我们显示设备的目标，近几年随着5G传输网络技术的成熟和人们对显示画面的清晰度要求的不断提升，4K*8K显示逐渐进入人们日常生活，同时国内多条10.5/11代液晶面板产线的陆续量产，也加快了4K*8K显示普及和推进。4K显示的分辨率达到了3840*2160(4K*2K)、而8K显示像素是在4K的基础上翻了4倍，达到了7680*4320(8K*4K)。
我们知道，TV显示的驱动电压为7～8V，由于现在显示像素越来越高，导致液晶显示开口率下降，液晶实际感受电压下降，液晶穿透偏低，为解决这一问题，现要求液晶设计时适当增大介电来提升穿透；同时面板在设计时考虑开口率下降的问题，穿透率下降，为增大显示亮度，现把背光亮度增加来提升显示亮度，但是亮度增加后对液晶的信赖性提出了更高的要求；特别是随着5G传输网络技术的成熟，高刷新频率的显示器要求更快的液晶响应时间。因此，要开发出同时具有较好的信赖性(VHR)、较高的穿透率(Tr)和较快的响应时间(γ1)是目前亟待解决的技术问题。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供的液晶组合物具有较好的信赖性(VHR)、较宽的温度显示范围、较小的旋转粘度(γ1)以及较高的穿透率(Tr)，可以广泛应用于4K*8K等高清晰度液晶显示器件。
为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：
本发明一种液晶组合物，其特征在于，所述液晶组合物包含质量百分含量为0.5-5％的式Ⅰ所示的化合物、质量百分含量为7-10％的式Ⅱ所示化合物、质量百分含量为7-11％的式Ⅲ所示化合物、质量百分含量为5-8％的式Ⅳ所示化合物、至少3种式Ⅴ所示化合物、至少2种式Ⅵ所示化合物以及至少2种式Ⅶ所示化合物：
Figure BDA0002863843230000011
Figure BDA0002863843230000021
其中，n各自独立地表示1、2、3、4、5。
本发明的第二个目的还提供液晶显示元件，其包含本发明的液晶组合物，所述液晶显示元件为有源矩阵寻址显示元件或者无源矩阵寻址显示元件。
本发明的第三个目的还提供液晶显示器，其包含本发明的液晶组合物，所述液晶显示器为有源矩阵寻址显示器或者无源矩阵寻址显示器。
发明效果
本发明的液晶组合物本具有较好的信赖性(VHR)、较宽的温度显示范围、较小的旋转粘度(γ1)以及较高的穿透率(Tr)，在高清晰度大尺寸4K、8K液晶显示器件上有巨大优势。本发明的液晶组合物主要应用在负性液晶显示大尺寸的笔记本电脑(Notebook PC)或监视器(Monitor)，以及大型化的液晶电视(LCD-TV)上。
具体实施方式
本发明提供一种液晶组合物，所述液晶组合物包含质量百分含量为0.5-5％的式Ⅰ所示的化合物、质量百分含量为7-10％的式Ⅱ所示化合物、质量百分含量为7-11％的式Ⅲ所示化合物、质量百分含量为5-8％的式Ⅳ所示化合物、至少3种式Ⅴ所示化合物、至少2种式Ⅵ所示化合物以及至少2种式Ⅶ所示化合物：
Figure BDA0002863843230000031
其中，n各自独立地表示1、2、3、4、5。
本发明的液晶组合物主要应用在盒厚为3.0μm～3.4μm的TV显示上，要求液晶有较宽的显示温度范围(-20℃～70℃可以正常工作)，适当的介电常数(Δε)保持液晶的穿透率，较高的信赖性(VHR)保证液晶显示器画面品质。
本发明的液晶组合物，所述式Ⅴ所示的化合物选自下述式Ⅴ-1至Ⅴ-4所示化合物组成的组：
Figure BDA0002863843230000032
Figure BDA0002863843230000041
所述式Ⅵ所示化合物选自下述式Ⅵ-1至Ⅵ-4所示化合物组成的组：
Figure BDA0002863843230000042
所述式Ⅶ所示化合物选自下述式Ⅶ-1至Ⅶ-4所示化合物组成的组：
Figure BDA0002863843230000043
本发明的液晶组合物，优选地，前述式Ⅴ所示化合物质量百分含量为25-32％、Ⅵ所示化合物质量百分含量为24-29％、Ⅶ所示化合物质量百分含量为15-20％。
本发明的液晶组合物，优选地，前述液晶组合物包含质量百分含量为0.5-5％的式Ⅰ所示的化合物、质量百分含量为7-10％的式Ⅱ所示化合物、质量百分含量为7-11％的式Ⅲ所示化合物、质量百分含量为5-8％的式Ⅳ所示化合物、质量百分含量为27.5-32％的式Ⅴ-1至Ⅴ-4所示化合物、质量百分含量为25-29％的式Ⅵ-2和Ⅵ-4所示化合物以及质量百分含量为15-18％式Ⅶ-1和Ⅶ-2所示化合物。
本发明的液晶组合物，优选地，前述液晶组合物由质量百分含量为0.5-3％的式Ⅰ所示的化合物、质量百分含量为7-9％的式Ⅱ所示化合物、质量百分含量为8-10％的式Ⅲ所示化合物、质量百分含量为6-8％的式Ⅳ所示化合物、质量百分含量为27.5-32％的式Ⅴ-1至Ⅴ-4所示化合物、质量百分含量为25-29％的式Ⅵ-2和Ⅵ-4所示化合物以及质量百分含量为15-17.5％式Ⅶ-1和Ⅶ-2所示化合物组成。
本发明的液晶组合物，优选地，前述液晶组合物由质量百分含量为0.5-5％的式Ⅰ所示的化合物、质量百分含量为7-10％的式Ⅱ所示化合物、质量百分含量为7-11％的式Ⅲ所示化合物、质量百分含量为5-8％的式Ⅳ所示化合物、质量百分含量为19-20.5％的式Ⅴ-1、质量百分含量为3-5％的式Ⅴ-3、质量百分含量为5.5-6.5％的式Ⅴ-4所示化合物、质量百分含量为13-15％的式Ⅵ-2、质量百分含量为12-14％的式Ⅵ-4所示化合物、质量百分含量为5-6％式Ⅶ-1以及质量百分含量为10-11.5％的式Ⅶ-2所示化合物组成
本发明的液晶化合物中还可以加入各种功能的掺杂剂，掺杂剂含量优选0.01-1％之间，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 BDA0002863843230000051
其中，t表示1-10的整数；
手性剂(左旋或右旋)优选可以列举出例如：
Figure BDA0002863843230000061
[液晶显示元件或液晶显示器]
本发明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。
本发明的液晶显示元件或液晶显示器优选有源矩阵寻址液晶显示元件或液晶显示器。
前述有源矩阵显示元件或显示器具体可以列举出，例如IPS-TFT或FFS-TFT或VA-TFT液晶显示元件或其他TFT显示器，尤其适用UV2A模式液晶显示元件或液晶显示器。
本发明的液晶组合物可以用于开发负性液晶显示大尺寸的笔记本电脑(NotebookPC)或监视器(Monitor)，以及大型化的液晶电视(LCD-TV)等4K、8K液晶显示元件或液晶显示器。
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；
K11为展曲弹性常数，K22为扭曲弹性常数，K33为弯曲弹性常数，测试条件为：25℃、INSTEC:ALCT-IR1、20微米垂直盒；
VHR表示电压保持率(％)，测试条件为60±1℃、电压为±5V、脉冲宽度为10ms、电压保持时间1.667ms。测试设备为TOYO Model6254液晶性能综合测试仪；
S-N表示液晶的晶态到向列相的熔点(℃)；
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；
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；
低温观察条件：取1g液晶倒入5ml干净玻璃小瓶，封口放入-20℃低温冰箱，240h后观察液晶是否发生晶析。
T(％)表示透过率，T(％)＝100％*亮态(Vop)亮度/光源亮度，测试设备DMS505，测试条件为25±0.5℃，测试盒为3.2微米VA测试盒，电极间距和电极宽度均为5微米。
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 BDA0002863843230000071
Figure BDA0002863843230000081
表2端基与链接基团的对应代码
Figure BDA0002863843230000082
Figure BDA0002863843230000091
举例：
Figure BDA0002863843230000092
其代码为PGP-3-2V；
Figure BDA0002863843230000093
其代码为PPY-3-O2；
Figure BDA0002863843230000094
其代码为CPY-2-O2；
Figure BDA0002863843230000095
其代码为CCY-3-O2；
Figure BDA0002863843230000096
其代码为COY-3-O2；
Figure BDA0002863843230000097
其代码为CCOY-3-O2；
Figure BDA0002863843230000098
其代码为CLY-3-O2；
Figure BDA0002863843230000099
其代码为Sb-CpO-O4；
Figure BDA00028638432300000910
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 BDA0002863843230000101
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 BDA0002863843230000102
Figure BDA0002863843230000111
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
Figure BDA0002863843230000112
Figure BDA0002863843230000121
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
Figure BDA0002863843230000122
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
Figure BDA0002863843230000131
对比例2
液晶组合物的配方及相应的性能如下表8所示。
表8对比例2液晶组合物的配方及相应的性能
Figure BDA0002863843230000132
Figure BDA0002863843230000141
对比例3
液晶组合物的配方及相应的性能如下表9所示。
表9对比例3液晶组合物的配方及相应的性能
Figure BDA0002863843230000142
Figure BDA0002863843230000151
对比例4
液晶组合物的配方及相应的性能如下表10所示。
表10对比例4液晶组合物的配方及相应的性能
Figure BDA0002863843230000152
对比例5
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5液晶组合物的配方及相应的性能
Figure BDA0002863843230000161
对比例6
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6液晶组合物的配方及相应的性能
Figure BDA0002863843230000162
Figure BDA0002863843230000171
对比例7
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7液晶组合物的配方及相应的性能
Figure BDA0002863843230000172
Figure BDA0002863843230000181
表14液晶组合物的配方及性能优劣
Figure BDA0002863843230000182
液晶工作温度是决定液晶能否正常显示的重要指标，当液晶发生晶析后，液晶分子失去旋转能力，不具备透光与遮光效应；当液晶工作温度超过清亮点后，液晶分子不具有双折射效应，显示器不能正常工作；液晶的旋转粘度γ1是表征液晶响应时间的重要指标，γ1越小响应时间越快；液晶组合物的信赖性通过VHR测试进行评测，液晶组合物的VHR越高，表明信赖性越好；液晶组合物的Δε是影响液晶显示器穿透率的指标之一，液晶显示器都有固定工作电压，如果液晶的介电Δε太大，液晶显示器在相应工作电压下达不到液晶的最大穿透，液晶显示器显示亮度偏暗。
对比例1和本发明技术方案相比，虽然对比例1的工作温度、响应时间、穿透率和本发明技术方案性能相当，但对比例1信赖性(VHR)明显低于本发明的技术方案。
对比例2和本发明技术方案相比，虽然对比例2的旋转粘度γ1有明显下降，但清亮点下降，且-20℃放置有晶体析出，工作温度变窄。
对比例3和本发明技术方案相比，虽然具有较低旋转粘度γ1，与本发明相当的清亮点，但是对比例3的Δε偏大到-2.7，液晶穿透率下降，且-20℃有晶析现象。
对比例4和本发明技术方案相比，对比例4中把液晶介电Δε降低到了-3.6，测试液晶的穿透率并没有提升，但旋转粘度γ1明显增大，响应时间变慢。
对比例5-7和本发明技术方案相比，虽然物性参数、信赖性和穿透没有影响，但-20℃储存有明显晶析现象，影响显示器正常工作。
综上，本发明的技术方案，具有较好的信赖性(VHR)、较宽的工作温度、较小的旋转粘度(γ1)以及较高的穿透率(Tr)，在高清晰度大尺寸4K、8K液晶显示器件上有巨大优势，尤其应用在负性液晶显示大尺寸的笔记本电脑(Notebook PC)或监视器(Monitor)，以及大型化的液晶电视(LCD-TV)上。
本发明公开的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，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，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (6)

1.一种液晶组合物，其特征在于，所述液晶组合物包含质量百分含量为0.5-5％的式Ⅰ所示的化合物、质量百分含量为7-10％的式Ⅱ所示化合物、质量百分含量为7-11％的式Ⅲ所示化合物、质量百分含量为5-8％的式Ⅳ所示化合物、质量百分含量为27.5-32％的式Ⅴ-1至Ⅴ-4所示化合物、质量百分含量为25-29％的式Ⅵ-2和Ⅵ-4所示化合物以及质量百分含量为15-18％式Ⅶ-1和Ⅶ-2所示化合物：
Figure FDA0003781923710000011
Figure FDA0003781923710000021
2.根据权利要求1任一项所述的液晶组合物，其特征在于，所述液晶组合物由质量百分含量为0.5-3％的式Ⅰ所示的化合物、质量百分含量为7-9％的式Ⅱ所示化合物、质量百分含量为8-10％的式Ⅲ所示化合物、质量百分含量为6-8％的式Ⅳ所示化合物、质量百分含量为27.5-32％的式Ⅴ-1至Ⅴ-4所示化合物、质量百分含量为25-29％的式Ⅵ-2和Ⅵ-4所示化合物以及质量百分含量为15-17.5％式Ⅶ-1和Ⅶ-2所示化合物组成。
3.根据权利要求1所述的液晶组合物，其特征在于，所述液晶组合物由质量百分含量为0.5-5％的式Ⅰ所示的化合物、质量百分含量为7-10％的式Ⅱ所示化合物、质量百分含量为7-11％的式Ⅲ所示化合物、质量百分含量为5-8％的式Ⅳ所示化合物、质量百分含量为19-20.5％的式Ⅴ-1、质量百分含量为3-5％的式Ⅴ-3、质量百分含量为5.5-6.5％的式Ⅴ-4所示化合物、质量百分含量为13-15％的式Ⅵ-2、质量百分含量为12-14％的式Ⅵ-4所示化合物、质量百分含量为5-6％式Ⅶ-1以及质量百分含量为10-11.5％的式Ⅶ-2所示化合物组成。
4.一种液晶显示器，其特征在于，包含权利要求1-3的任一项所述的液晶组合物，所述液晶显示器为有源矩阵寻址显示器，或者无源矩阵寻址显示器。
5.一种液晶显示元件，其特征在于，包含权利要求1-3的任一项所述的液晶组合物，所述液晶显示元件为有源矩阵寻址显示元件，或者无源矩阵寻址显示元件。
6.根据权利要求4或5所述的有源矩阵的液晶显示元件或液晶显示器，其特征在于，其为UV2A显示元件或显示器。
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