CN113072956B - 一种含有苯丙噻吩的高对比负性液晶组合物及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种液晶组合物，具体涉及一种含有苯丙噻吩的高对比负性液晶组合物及其应用；该液晶组合物包括通式I所代表的化合物中的至少一种，通式II所代表化合物中的至少一种，通式III所代表化合物中的至少一种，通式IV所代表化合物中的至少一种；该液晶组合物具有大的弹性常数、低的旋转粘度，应用于液晶显示器可以提升对比度，实现快的相应时间。
Description
技术领域
本发明涉及一种液晶组合物，具体涉及一种含有苯丙噻吩的高对比负性液晶组合物及其应用；本发明所述的液晶组合物，具体地说是一种向列相液晶组合物，确切地说本发明所提供的液晶组合物具有大的弹性常数和快的响应时间，更确切地说本发明所提供的液晶组合物适用于液晶显示器，可提升液晶显示器的对比度。
背景技术
目前，LCD显示器作为最主流的显示器，已广泛应用于各种产品中，其中IPS和FFS模式显示器因为其独有的硬屏特性以及非常宽的视角特性，广泛用于手机、笔记本电脑、平板电脑、电脑显示器、电视等产品中。
IPS和FFS液晶平面排列导致在暗态时容易出现漏光，对比度性能方面明显劣势于VA类(MVA、PVA、UV2A、PSVA)显示器。经过研究发现，液晶分子在初始排列时，由于配向层表面存在的配向碎屑等会导致液晶分子排列紊乱从而导致暗态漏光；如何改善液晶排列紊乱成为如何提升IPS和FFS模式显示器的关键性因素，通过研究发现，液晶的弹性常数增加有助于改善液晶分子的排列。
对于IPS和FFS模式，既可以使用正性液晶，也可以使用负性液晶，由于负性液晶分子在电场作用下，垂直于电场线方向排列，相对于正性液晶分子在电场作用下沿着电场线方向排列，使用负性避免了IPS和FFS模式下弯曲电场造成的透过率牺牲和闪烁问题，进而改善液晶显示器的透过率和闪烁。
本发明旨在提供一种具有大的弹性常数的液晶组合物，以此实现改善液晶显示器对比度的目的，同时该液晶组合物具有负的介电各向异性，用于液晶显示器中具有更高的透过率，同时具有改善液晶显示器闪烁的效果。
本领域技术人员公知，提升液晶组合物的清亮点可以实现提升弹性常数的目的，但是随着清亮点提升，液晶组合物的旋转粘度增加，从而导致液晶显示器响应时间变慢；而本发明所提供的液晶组合物一方面具有大的弹性常数，另一方面具有较低的旋转粘度，从而实现高对比度和快速响应的液晶显示器。
发明内容
本发明提供一种液晶组合物，该液晶组合物具有大的弹性常数、低的旋转粘度，应用于液晶显示器可以提升对比度，实现快的相应时间。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种含有苯丙噻吩的高对比负性液晶组合物，包括通式I所代表的化合物中的至少一种，通式II所代表化合物中的至少一种，通式III所代表化合物中的至少一种，通式IV所代表化合物中的至少一种；
其中，通式I中，R1、R2各自独立地代表C1～C12的直链烷基、直链烷氧基或C2～C12的直链烯基；
通式II中，R3、R4各自独立地代表C1～C12的直链烷基、直链烷氧基或C2～C12的直链烯基；n1代表0或1；A1选自如下基团中的一种：
通式III中，R5、R6各自独立地代表C1～C12的直链烷基、直链烷氧基或C2～C12的直链烯基；
通式IV中，R7、R8各自独立地代表C1～C12的直链烷基、直链烷氧基或C2～C12的直链烯基，A2、A3各自独立地代表反式1，4-环己基或1，4-亚苯基。
本发明提供的通式I所代表的化合物为含有环己烯结构的中性化合物，该类结构具有非常大的弹性常数，同时该类化合物的旋转粘度较低，用于液晶组合物中可有效提升弹性常数。
具体地，通式I所代表的化合物选自式IA～式IB所代表的化合物中的一种或多种：
其中，R1、R2各自独立地代表C1～C7的直链烷基或C2～C7的直链烯基；
优选地，通式I所代表的化合物选自式IA1～式IB45所代表的化合物中的一种或多种：
更优选地，通式I所代表的化合物选自IA3、IA12、IA21、IA23、IA24、IA25、IA39、IA43、IB3、IB5、IB8、IB10、IB26、IB27、IB30、IB31中的一种或多种；
特别优选地，通式I所代表的化合物选自IA3、IA21、IA23、IA24、IA25、IA39、IA43、IB3、IB5、IB8、IB10、IB26、IB27、IB30、IB31中的一种或多种；
最优选地，通式I所代表的化合物选自IA3、IA21、IA23、IA39、IB3、IB5、IB8、IB10、IB26、IB27、IB30、IB31中的一种或多种。
本发明提供的通式II所代表的化合物为含有2，3-二氟苯结构的三环化合物，该类化合物具有较大的负介电各向异性和高的清亮点，用于液晶组合物中可有效地提升液晶组合物的介电各向异性和清亮点。
具体地，通式II所代表的化合物选自式IIA～式IIF所代表的化合物中的一种或多种：
其中，R3、R4各自独立地代表C1～C12的直链烷基、直链烷氧基或C2～C12的直链烯基；优选地，通式II所代表的化合物选自式IIA1～式IIF48所代表的化合物的一种或几种：
更优选地，通式II所代表的化合物选自IIA14、IIA16、IIA22、IIC14、IIC15、IID10、IID13、IID14、IID15、IID16、IID18、IIE14、IIE18、IIF13、IIF14中的一种或多种。
本发明提供的通式III所代表的化合物为含有苯并呋喃结构的化合物，该类化合物具有非常大的负介电各向异性和较大的光学各向异性，对于提升液晶组合物的介电各向异性和提升光学各向异性非常有效。
具体地，通式III所代表的化合物选自式III1～式III66所代表的化合物中的一种或多种：
优选地，通式III所代表的化合物选自III53、III54、III55、III56、III57、III62、III63中的一种或多种；
更优选地，通式III所代表的化合物选自III54、III55、III56、III57、III63中的一种或多种。
本发明提供的通式IV所代表的化合物为中性两环结构化合物，该类化合物具有非常低的旋转粘度，对于降低液晶组合物的旋转粘度非常有效。
具体地，通式IV所代表的化合物选自式IVA～式IVC所代表的化合物中的一种或多种：
其中，R7、R8各自独立地代表C1～C12的直链烷基、直链烷氧基或C2～C12的直链烯基；
优选地，通式IV所代表的化合物选自式IVA1～式IVC24所代表的化合物中的一种或多种：
更优选地，通式IV所代表的化合物选自IVA3、IVA7、IVA11、IVA12、IVA25、IVA29、IVA31、IVA37、IVB18、IVB22、IVC2、IVC4、IVC15、IVC20中的一种或多种；
特别优选地，通式IV所代表的化合物选自IVA25、IVA29、IVA37、IVB18、IVB22、IVC2、IVC4、IVC15、IVC20中的一种或多种。
本发明提供的液晶组合物还包括通式V和/或VI所代表的化合物中的至少一种：
其中，通式V中，R9、R10各自独立地代表C1～C12的直链烷基、直链烷氧基或C2～C12的直链烯基；A4代表反式1，4-环己基或1，4-亚苯基；
通式VI中，R11、R12各自独立地代表C1～C12的直链烷基、直链烷氧基或C2～C12的直链烯基；L1、L2、L3各自独立地代表H或F。
具体地，通式V所代表的化合物选自式VA～式VB所代表的化合物中的一种或多种：
其中，R9、R10各自独立地代表C1～C7的直链烷基、直链烷氧基或C2～C7的直链烯基；
优选地，通式V所代表的化合物选自式VA1～式VB38所代表的化合物中的一种或多种：
具体地，通式VI所代表的化合物选自VIA或VIB中的一种或多种：
其中，R11代表C1～C7的直链烷基或C2～C7的直链烯基；R12代表C1～C7的直链烷基或直链烷氧基；
优选地，通式VI所代表的化合物选自式VIA1～式VIB24所代表的化合物中的一种或多种：
在液晶组合物中，通式V、通式IV可同时添加或择一添加。
具体而言，为了使液晶组合物满足不同的需求，本发明所提供的液晶组合物包含以下质量百分比的组分：
(1)、1～30％的通式I所代表的化合物；
(2)、20～70％的通式II所代表的化合物；
(3)、1～20％的通式III所代表的化合物；
(4)、10～60％的通式IV所代表的化合物；
(5)、0～20％的通式V和/或VI所代表的化合物；
优选地，包含以下质量百分比的组分：
(1)、3～20％的通式I所代表的化合物；
(2)、30～66％的通式II所代表的化合物；
(3)、2～16％的通式III所代表的化合物；
(4)、15～55％的通式IV所代表的化合物；
(5)、0～12％的通式V和/或VI所代表的化合物；
更优选地，包含以下质量百分比的组分：
(1)、4～16％的通式I所代表的化合物；
(2)、36～63％的通式II所代表的化合物；
(3)、3～12％的通式III所代表的化合物；
(4)、19～47％的通式IV所代表的化合物；
(5)、0～8％的通式V和/或VI所代表的化合物；
或者，所述液晶组合物包含以下质量百分比的组分：
(1)、3～12％的通式I所代表的化合物；
(2)、30～62％的通式II所代表的化合物；
(3)、2～15％的通式III所代表的化合物；
(4)、25～55％的通式IV所代表的化合物；
(5)、0～12％的通式V和/或VI所代表的化合物；
优选地，包含以下质量百分比的组分：
(1)、4～12％的通式I所代表的化合物；
(2)、36～58％的通式II所代表的化合物；
(3)、3～12％的通式III所代表的化合物；
(4)、27～47％的通式IV所代表的化合物；
(5)、0～8％的通式V和/或VI所代表的化合物；
或者，所述液晶组合物包含以下质量百分比的组分：
(1)、7～20％的通式I所代表的化合物；
(2)、30～65％的通式II所代表的化合物；
(3)、2～15％的通式III所代表的化合物；
(4)、15～50％的通式IV所代表的化合物；
(5)、0～10％的通式V和/或VI所代表的化合物。
优选地，包含以下质量百分比的组分：
(1)、7～16％的通式I所代表的化合物；
(2)、36～63％的通式II所代表的化合物；
(3)、3～12％的通式III所代表的化合物；
(4)、19～46％的通式IV所代表的化合物；
(5)、0～6％的通式V和/或VI所代表的化合物；
或者，所述液晶组合物包含以下质量百分比的组分：
(1)、3～20％的通式I所代表的化合物；
(2)、45～65％的通式II所代表的化合物；
(3)、2～15％的通式III所代表的化合物；
(4)、15～47％的通式IV所代表的化合物；
(5)、0～12％的通式V和/或VI所代表的化合物；
优选地，包含以下质量百分比的组分：
(1)、4～16％的通式I所代表的化合物；
(2)、45～63％的通式II所代表的化合物；
(3)、3～11％的通式III所代表的化合物；
(4)、19～43％的通式IV所代表的化合物；
(5)、0～8％的通式V和/或VI所代表的化合物；
或者，所述液晶组合物包含以下质量百分比的组分：
(1)、3～20％的通式I所代表的化合物；
(2)、33～55％的通式II所代表的化合物；
(3)、2～15％的通式III所代表的化合物；
(4)、25～50％的通式IV所代表的化合物；
(5)、0～12％的通式V和/或VI所代表的化合物。
优选地，包含以下质量百分比的组分：
(1)、4～16％的通式I所代表的化合物；
(2)、36～55％的通式II所代表的化合物；
(3)、3～12％的通式III所代表的化合物；
(4)、27～47％的通式IV所代表的化合物；
(5)、0～8％的通式V和/或VI所代表的化合物；
或者，所述液晶组合物包含以下质量百分比的组分：
(1)、3～20％的通式I所代表的化合物；
(2)、33～65％的通式II所代表的化合物；
(3)、2～7％的通式III所代表的化合物；
(4)、15～50％的通式IV所代表的化合物；
(5)、0～12％的通式V和/或VI所代表的化合物；
优选地，包含以下质量百分比的组分：
(1)、4～16％的通式I所代表的化合物；
(2)、36～63％的通式II所代表的化合物；
(3)、3～7％的通式III所代表的化合物；
(4)、19～47％的通式IV所代表的化合物；
(5)、0～8％的通式V和/或VI所代表的化合物；
或者，所述液晶组合物包含以下质量百分比的组分：
(1)、3～20％的通式I所代表的化合物；
(2)、33～65％的通式II所代表的化合物；
(3)、5～15％的通式III所代表的化合物；
(4)、15～50％的通式IV所代表的化合物；
(5)、0～12％的通式V和/或VI所代表的化合物；
优选地，包含以下质量百分比的组分：
(1)、4～16％的通式I所代表的化合物；
(2)、36～63％的通式II所代表的化合物；
(3)、5～12％的通式III所代表的化合物；
(4)、19～47％的通式IV所代表的化合物；
(5)、0～7％的通式V和/或VI所代表的化合物；
或者，所述液晶组合物包含以下质量百分比的组分：
(1)、3～20％的通式I所代表的化合物；
(2)、33～65％的通式II所代表的化合物；
(3)、2～15％的通式III所代表的化合物；
(4)、15～50％的通式IV所代表的化合物。
优选地，包含以下质量百分比的组分：
(1)、5～16％的通式I所代表的化合物；
(2)、36～63％的通式II所代表的化合物；
(3)、3～12％的通式III所代表的化合物；
(4)、19～46％的通式IV所代表的化合物；
或者，所述液晶组合物包含以下质量百分比的组分：
(1)、3～15％的通式I所代表的化合物；
(2)、33～58％的通式II所代表的化合物；
(3)、2～9％的通式III所代表的化合物；
(4)、25～50％的通式IV所代表的化合物；
(5)、1～10％的通式V和/或VI所代表的化合物；
优选地，包含以下质量百分比的组分：
(1)、4～12％的通式I所代表的化合物；
(2)、36～54％的通式II所代表的化合物；
(3)、3～7％的通式III所代表的化合物；
(4)、30～47％的通式IV所代表的化合物；
(5)、5～8％的通式V和/或VI所代表的化合物。
本发明所提供的液晶组合物通过通式I所代表的化合物提升弹性常数；通过通式II所代表的化合物提升介电各向异性和改善互溶性；通过添加通式III的化合物提升介电各向异性和提升光学各向异性；通过添加通式IV的化合物降低旋转粘度；以此实现快速响应和高对比度液晶显示器所需要的液晶组合物。
本发明所述液晶组合物的制备方法无特殊限制，可采用常规方法将两种或多种化合物混合进行生产，如通过在高温下混合不同组分并彼此溶解的方法制备，其中，将液晶组合物溶解在用于该化合物的溶剂中并混合，然后在减压下蒸馏出该溶剂；或者本发明所述液晶组合物可按照常规的方法制备，如将其中含量较小的组分在较高的温度下溶解在含量较大的主要组分中，或将各所属组分在有机溶剂中溶解，如丙酮、氯仿或甲醇等，然后将溶液混合去除溶剂后得到。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
除非另有说明，本发明中百分比为重量百分比；温度单位为摄氏度；△n代表光学各向异性(25℃)；ε∥和ε⊥分别代表平行和垂直介电常数(25℃，1000Hz)；△ε代表介电各向异性(25℃，1000Hz)；γ1代表旋转粘度(mPa.s，25℃)；Cp代表液晶组合物的清亮点(℃)；K11、K22、K33分别代表展曲、扭曲和弯曲弹性常数(pN，25℃)；Kavg代表平均弹性常数(pN，25℃，(K11+K22+K33)/3)。
以下各实施例中，液晶化合物中基团结构用表1所示代码表示。
表1：液晶化合物的基团结构代码
以如下化合物结构为例：
表示为：5OSO2
表示为：3CLWO2
以下各实施例中，液晶组合物的制备均采用热溶解方法，包括以下步骤：用天平按重量百分比称量液晶化合物，其中称量加入顺序无特定要求，通常以液晶化合物熔点由高到低的顺序依次称量混合，在60～100℃下加热搅拌使得各组分熔解均匀，再经过滤、旋蒸，最后封装即得目标样品。
以下各实施例中，液晶组合物中各组分的重量百分比及液晶组合物的性能参数见下述表格。
实施例1
表2：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数
实施例2
表3：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数
实施例3
表4：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数
实施例4
表5：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数
实施例5
表6：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数
实施例6
表7：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数
实施例7
表8：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数
实施例8
表9：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数
实施例9
表10：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数
实施例10
表11：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数
实施例11
表12：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数
实施例12
表13：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数
实施例13
表14：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数
实施例14
表15：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数
实施例15
表16：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数
实施例16
表17：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数
实施例17
表18：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数
实施例18
表19：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数
实施例19
表20：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数
实施例20
表21：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数
实施例21
表22：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数
实施例22
表23：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数
实施例23
表24：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数
实施例24
表25：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数
实施例25
表26：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数
实施例26
表27：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数
实施例27
表28：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数
实施例28
表29：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数
实施例29
表30：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数
实施例30
表31：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数
实施例31
表32：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数
实施例32
表33：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数
实施例33
表34：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数
实施例34
表35：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数
实施例35
表36：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数
实施例36
表37：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数
实施例37
表38：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数
实施例38
表39：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数
实施例39
表40：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数
实施例40
表41：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数
实施例41
表42：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数
实施例42
表43：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数
实施例43
表44：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数
实施例44
表45：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数
实施例45
表46：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数
实施例46
表47：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数
实施例47
表48：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数
实施例48
表49：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数
实施例49
表50：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数
实施例50
表51：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数
实施例51
表52：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数
实施例52
表53：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数
实施例53
表54：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数
实施例54
表55：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数
实施例55
表56：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数
实施例56
表57：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数
对比例1
表58：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数
将实施例1与对比例1所得液晶组合物的各性能参数值进行汇总比较，参见表59。
表59：液晶组合物的性能参数比较
| 项目 | △n | △ε | Cp | γ1 | K<sub>11</sub> | K<sub>22</sub> | K<sub>33</sub> | Kavg |
| 实施例1 | 0.108 | -4.0 | 80 | 85 | 15.2 | 7.6 | 16.6 | 13.1 |
| 对比例1 | 0.106 | -3.6 | 80 | 88 | 13.8 | 6.9 | 15.3 | 12.0 |
经比较可知：与对比例1相比，实施例1提供的液晶组合物具有更大的弹性常数，相对于对比例1，实施例1的弹性常数提升10％左右，即用于液晶显示器中可以增加10％左右的对比度。
由以上实施例可知，本发明所提供的液晶组合物具有大的弹性常数，用于IPS和FFS模式显示器中可有效改善液晶显示器的对比度。因此，本发明所提供的液晶组合物适用于的IPS或FFS型TFT液晶显示装置，能够明显提升液晶显示器的对比度，能够改善IPS或FFS模式液晶显示器的对比度特性。
虽然，上文中已经用一般性说明、具体实施方式及试验，对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
Claims (5)
1.一种含有苯丙噻吩的高对比负性液晶组合物，其特征在于，由以下重量百分比的化合物组成：
2.一种含有苯丙噻吩的高对比负性液晶组合物，其特征在于，由以下重量百分比的化合物组成：
3.一种含有苯丙噻吩的高对比负性液晶组合物，其特征在于，由以下重量百分比的化合物组成：
4.一种含有苯丙噻吩的高对比负性液晶组合物，其特征在于，由以下重量百分比的化合物组成：
5.权利要求1~4任一项所述的液晶组合物在液晶显示器中的应用，所述液晶显示器为IPS或FFS模式显示器。
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