CN114369466B - 具有高陡度的负介电各向异性液晶组合物及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了具有高陡度的负介电各向异性液晶组合物及其应用,其中,该液晶组合物包含:分别占所述液晶组合物总质量的10~50%、1~45%的一种或多种通式Ⅰ和通式Ⅱ所示的液晶化合物,

Description

具有高陡度的负介电各向异性液晶组合物及其应用
技术领域
本发明涉及液晶组合物及其应用,具体涉及具有高陡度的负介电各向异性液晶组合物及其应用,属于液晶材料技术领域。
背景技术
液晶材料是一类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棒状有机化合物,其固有的光学各向异性(△n)以及介电各向异性(△ε)的特性,是生产显示器件的关键光电材料。迄今为止没有任何一种液晶化合物能够满足所有需求,因此作为液晶介质使用的液晶材料都为液晶组合物。从液晶组合物调制的角度来考虑,采用不同性质的液晶化合物来兼顾这些要求,由于材料各方面的性能有些是相互制约的,如使用具有低粘度值的可以实现这种短响应时间,但通常同时又会降低清亮点;提高介电各向异性则会增大旋转粘度,提高工作温度,又难以兼顾低温性能等。若形成各种功能均良好的液晶组合物仍需继续开发新的产品。
早期的液晶显示模式为TN显示,人们利用TN电光效应和集成电路相结合,将其做成液晶显示器件(TN-LCD),为液晶的应用开拓了广阔前景。TN-LCD大规模工业化生产以来已慢慢发展,STN-LCD及TFT-LCD技术逐渐成熟,显示模式类型逐渐增多,STN相比于TN显示模式具有更高的对比度,可适用于更高的驱动路数,除了STN器件具有大的预倾角和扭曲角之外,起重要作用的还有STN型液晶具备的高陡度特性。液晶的陡度表示为a(%),饱和电压和阈值电压的差值与阈值电压的比值,表示为(V1-V0)/V0*100%,V1代表20℃下的饱和电压,V0代表20℃下的阈值电压,a值越小表示陡度越高。陡度决定了液晶器件的驱动路数,电光曲线陡度不够,则不适合多路驱动,易产生交叉串扰,产生半亮度显示。STN型液晶提高陡度的主要方法是通过在末端基团中引入双烯来增大液晶的陡度,效果显著。除此之外,液晶的光学各向异性(折射率)对液晶陡度也有重要影响,显而易见的是折射率越大,未参与成键的离域电子和π电子越多,当液晶受电压驱动时在液晶盒中的扭转越大、陡度越高,但受限于液晶器件盒厚的影响,不可能都选择高折射率的液晶,不同盒厚的液晶屏需要不同折射率的液晶进行匹配。因此提高液晶本身的陡度是提高对比度、实现多路驱动的关键。
相比于传统显示模式,一些具有负的介电各向异性液晶介质逐步发展起来,例如ECB(电控双折射)及其衍生模式DAP(排列相的变形)、VAN(垂直排列向列相)、MVA(多区域垂直排列)、ASV(先进超视角)、PVA(模式垂直排列)。现有技术中虽然负介电各向异性的液晶组合物层出不穷,但大都针对极大负介电各向异性、低功耗和响应速度的改进,例如专利CN108315019A和CN108085020A中所提出的液晶组合物,具有极大的介电各向异性绝对值,较高的清亮点,较好的稳定性及抗UV能力,而对于负介电各向异性液晶的陡度问题国内甚至国外却鲜有研究。随着液晶器件显示要求的不断提高,高陡度、低功耗的负介电各向异性的液晶将受到很大关注,可在保证热稳定性及抗紫外稳定性的前提下,有效提高产品亮度、适用于多路数驱动。
发明内容
为解决现有技术的不足,本发明的目的在于提供主要应用于VA、MVA、PVA、FFS、PSVA、IPS、TFT等显示模式,不仅具有负的介电各向异性的特点,并且可以显著提高液晶的陡度的液晶组合物。
为了实现上述目标,本发明采用如下的技术方案:
具有高陡度的负介电各向异性液晶组合物,其特征在于,前述液晶组合物包含:
占前述液晶组合物总质量的10~50%的一种或多种通式Ⅰ所示的液晶化合物:
占前述液晶组合物总质量的1~45%的一种或多种通式Ⅱ所示的液晶化合物:
其中,R1、R2、R4各自独立的选取自C1~C15的取代或未被取代的直链或支链烷基、烷氧基或醚氧基、C2~C15的取代或未被取代的直链或支链烯基或烯氧基、C3~C5的取代或未被取代的环烷基,R3选取自C2~C15的取代或未被取代的直链或支链烯基或烯氧基,其中取代基选自F、Cl、Br、I、O、S、CN、OH、-CH=CH-、C≡C-;
环A、B、C各自独立的表示环己基、亚苯基、苯基、含氧六环基、含有取代基的亚苯基,其中取代基选自F、Cl、Br、I、CN;
m、n各自独立的表示1、2或3。
前述的具有高陡度的负介电各向异性液晶组合物,其特征在于,前述通式Ⅰ所示的液晶化合物选自如下化合物:
优选的,R1、R2各自独立的选取自C1~C15的取代或未被取代的直链或支链烷基、烷氧基或醚氧基、C2~C15的取代或未被取代的直链或支链烯基或烯氧基、C3~C5的取代或未被取代的环烷基,其中取代基选自F、Cl、Br、I、O、S、CN、OH、-CH=CH-、C≡C-。
前述的具有高陡度的负介电各向异性液晶组合物,其特征在于,前述通式Ⅱ所示的液晶化合物选自如下化合物:
优选的,R4选取自C1~C15的取代或未被取代的直链或支链烷基、烷氧基或醚氧基、C2~C15的取代或未被取代的直链或支链烯基或烯氧基,其中取代基选自F、Cl、Br、I、O、S、CN、OH、-CH=CH-、C≡C-。
前述的具有高陡度的负介电各向异性液晶组合物,其特征在于,前述液晶组合物还包含:
占前述液晶组合物总质量的5~50%的一种或多种通式Ⅲ所示的液晶化合物:
其中,R5、R6各自独立的选取自C1~C15的取代或未被取代的直链或支链烷基、烷氧基或醚氧基、C2~C15的取代或未被取代的直链或支链烯基或烯氧基、C3~C5的取代或未被取代的环烷基,R3选取自C2~C15的取代或未被取代的直链或支链烯基或烯氧基,其中取代基选自F、Cl、Br、I、O、S、CN、OH、-CH=CH-、C≡C-;
环D表示环己基、亚苯基、苯基、含氧六环基、含有取代基的亚苯基,其中取代基选自F、Cl、Br、I、CN;
p表示1、2或3;
Z1选自-C≡C-、-CH=CH-、-CF=CF-、-CF2O-、-CH2O-,其中n取1或2。
前述的具有高陡度的负介电各向异性液晶组合物,其特征在于,前述通式Ⅲ所示的液晶化合物选自如下化合物:
优选的,R5、R6各自独立的选取自C1~C15的取代或未被取代的直链或支链烷基、烷氧基或醚氧基、C2~C15的取代或未被取代的直链或支链烯基或烯氧基、C3~C5的取代或未被取代的环烷基,其中取代基选自F、Cl、Br、I、O、S、CN、OH、-CH=CH-、C≡C-。
本发明的有益之处在于:本发明提供的液晶组合物具有宽范围的阈值电压和高陡度,可满足64路及以上高路数下不同驱动条件的显示,还具有良好的稳定性及低温互溶性,较高的清亮点,较宽的向列相温度范围,具有较短的响应时间,高的VHR及电阻率,抗UV性能好,主要应用于VA、MVA、PSA、IPS、FFS、TFT等显示模式。
具体实施方式
本发明提供的液晶组合物采用传统方法进行制备,即:在适当的温度下,将两种或多种化合物进行混合;或者,将各组分溶解于有机溶剂(如丙酮、氯仿、甲醇等)中,然后通过蒸馏的方法将溶剂去除。
本发明提供的液晶组合物还需要添加适当的添加剂,如抗紫外剂、抗静电剂、抗氧化剂、消泡剂等。
以下结合具体实施例对本发明作具体的介绍。
以下实施例中所采用的各成分均由常规方法获得。
以下实施例中液晶组合物的制备均采用常规方法获得。
以下实施例中的液晶组合物的各项性能参数均通过常规方法测试获得,液晶显示材料包括上下两层负载透明电极的玻璃基板及夹在其中的液晶介质。
实施例中的百分比除特殊说明外均代表重量百分比。
Cp(℃)代表清亮点。
△n代表20℃下光学各向异性,589nm。
△ε代表25℃下介电各向异性。
Vo(V)代表20℃下阈值电压。
a(%)代表(V1-V0)/V0*100%,V1(V)代表20℃下的饱和电压,a值越小表示陡度越高。
实施例1
表1液晶组合物A的配方组成及参数
/>
/>
实施例2
表2液晶组合物B的配方组成及参数
/>
实施例3
表3液晶组合物C的配方组成及参数
/>
实施例4
表4液晶组合物D的配方组成及参数
/>
实施例5
表5液晶组合物E的配方组成及参数
/>
/>
实施例6
表6液晶组合物F的配方组成及参数
/>
实施例7
表7液晶组合物G的配方组成及参数
/>
实施例8
表8液晶组合物H的配方组成及参数
/>
实施例9
表9液晶组合物I的配方组成及参数
/>
实施例10
表10液晶组合物J的配方组成及参数
/>
根据液晶组合物A至液晶组合物J的性能参数测试结果可知:
(1)本发明提供的液晶组合物清亮点均在95℃以上,折射率在0.07~0.15范围内,阈值电压在1.45V~3.25V范围内,能够满足-40℃~90℃工作温度,有较高的工作温宽,参数覆盖范围广,能够满足不同液晶屏对液晶的需求,适用性强;
(2)本发明提供的液晶组合物在保持以上基本参数的基础上,陡度范围为22%~58%,具有较高的陡度,能够有效提高产品亮度,可满足64路及以上高路数下不同驱动条件的显示,打破了VA负性液晶只能在低路数驱动条件下使用的局限性;
(3)本发明提供的液晶组合物除了具有以上特性外,还具有良好的稳定性及低温互溶性,较宽的向列相温度范围,较短的响应时间,高的VHR及电阻率,抗UV性能好,可应用于VA、MVA、PSA、IPS、FFS、TFT等显示模式。
对比例1
表11液晶组合物K的配方组成及参数
/>
将现有的液晶组合物(液晶组合物K)与本发明提供的液晶组合物(液晶组合物A)对比,可知:
在Cp、△n、V0、△ε接近的情况下,本发明提供的液晶组合物A陡度为48%,现有的液晶组合物K陡度为60%,前者具有更高的陡度,这也验证了通式I所示的液晶化合物有利于负性液晶陡度的提升。
对比例2
表12液晶组合物L的配方组成及参数
/>
对比例3
表13液晶组合物M的配方组成及参数
/>
将现有的液晶组合物(液晶组合物L、液晶组合物M)与本发明提供的液晶组合物(液晶组合物J)对比,可知:
在Cp、△n、V0、△ε接近的情况下,本发明提供的液晶组合物J陡度为40%,现有的液晶组合物L陡度为50%,现有的液晶组合物M陡度为55%,本发明提供的液晶组合物J具有更高的陡度,这也验证了通式II所示的液晶化合物有利于负性液晶陡度的提升,且通式I所示的液晶化合物与通式II所示的液晶化合物的组合更有利于负性液晶陡度的提升。
需要说明的是,上述实施例不以任何形式限制本发明,凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案,均落在本发明的保护范围内。

Claims (2)

1.具有高陡度的负介电各向异性液晶组合物,其特征在于,所述液晶组合物由以下组分组成:
或者,由以下组分组成:
2.权利要求1所述的具有高陡度的负介电各向异性液晶组合物在VA、MVA、PVA、FFS、PSVA、IPS显示模式中的应用。
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