CN114806599A - 一种具有大弹性常数的负性液晶组合物及其应用 - Google Patents

一种具有大弹性常数的负性液晶组合物及其应用 Download PDF

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CN114806599A CN202210556252.7A CN202210556252A CN114806599A CN 114806599 A CN114806599 A CN 114806599A CN 202210556252 A CN202210556252 A CN 202210556252A CN 114806599 A CN114806599 A CN 114806599A
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Abstract

本发明涉及液晶材料领域，具体涉及一种具有大弹性常数的负性液晶组合物及其应用。所述具有大弹性常数的负性液晶组合物包括至少一种通式I所示化合物、至少一种通式II所示化合物、至少一种通式III所示化合物以及至少一种通式IV所示化合物。本发明将通式I、II、III、IV所示化合物组合得到的液晶组合物，能同时满足具有大的弹性常数和具有较低的旋转粘度，从而实现高对比度的液晶显示器。

Description

一种具有大弹性常数的负性液晶组合物及其应用
技术领域
本发明涉及液晶材料领域，具体涉及一种具有大弹性常数的负性液晶组合物及其应用。
背景技术
目前，LCD显示器作为最主流的显示器，已广泛用于各种产品中，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，目前广泛用于手机、笔记本电脑、平板电脑、电脑显示器、电视等方面。
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模式显示器的重要课题，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，从而提升IPS和FFS模式显示器的对比度。
基于此，申请人研发团队也开发出了一系列具有高对比度的负性液晶组合物，如CN113072958A，但是，随着市场的要求越来越高，仍需提供一种效果更好的具有更大弹性常数的高对比度负性液晶组合物。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有大弹性常数的负性液晶组合物及其应用，所述液晶组合物具有大的弹性常数，能够改善液晶显示器对比度，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和改善液晶显示器闪烁的效果。
本发明提供一种具有大弹性常数的负性液晶组合物，包括至少一种通式I所示化合物、至少一种通式II所示化合物、至少一种通式III所示化合物以及至少一种通式IV所示化合物；
Figure BDA0003654895170000021
其中，R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8各自独立地代表1-7个碳原子的烷基、1-7个碳原子的烷氧基或2-7个碳原子的烯基。
本领域公知，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，即很难兼顾弹性常数和旋转粘度。本发明经过大量研究发现，将通式I、II、III、IV所示化合物组合得到的液晶组合物，能同时满足具有大的弹性常数和具有较低的旋转粘度，从而实现高对比度的液晶显示器。
其中，所述通式I所示化合物为双环含有乙撑键的化合物，该化合物具有大的弹性常数、较低的旋转粘度和折射率；所述通式II所示化合物为三环含有乙撑键的化合物，该化合物具有大的弹性常数、较低的旋转粘度和折射率，对提高对比度有很大帮助；所述通式III所示化合物为含有环己烯结构的负介电各向异性化合物，该化合物具有大的弹性常数；所述通式IV所示化合物含有双环己基结构，该化合物具有低的旋转粘度和好的低温溶解性能。将这四种化合物组合，比现有的其他搭配组合效果更好，能实现高对比度，同时不对其他性能产生负面影响，甚至还有正面的提升。
根据本发明提供的具有大弹性常数的负性液晶组合物，所述通式I所示化合物的含量为1～30wt.％，所述通式II所示化合物的含量为1～60wt.％，所述通式III所示化合物的含量为1～30wt.％，所述通式IV所示化合物的含量为1～50wt.％。
优选地，所述液晶组合物包括以下组分：5～28wt.％通式I所示化合物，10～55wt.％通式II所示化合物，5～30wt.％通式III所示化合物，以及5～45wt.％通式IV所示化合物。
进一步优选地，所述液晶组合物包括以下组分：10～25wt.％通式I所示化合物，20～50wt.％通式II所示化合物，5～28wt.％通式III所示化合物，以及10～40wt.％通式IV所示化合物。
更优选地，所述液晶组合物包括以下组分：15～25wt.％通式I所示化合物，25～45wt.％通式II所示化合物，10～20wt.％通式III所示化合物，以及10～35wt.％通式IV所示化合物。
本发明将各组分用量控制在上述配比范围内，可以确保组合物中各组分之间实现更为显著的协同效应，提高液晶组合物的各项性能。
根据本发明提供的具有大弹性常数的负性液晶组合物，所述通式I所示化合物选自IA1-IA20、IB1-IB20、IC1-IC16所代表的化合物中的一种或多种：
Figure BDA0003654895170000031
Figure BDA0003654895170000041
Figure BDA0003654895170000051
优选地，所述通式I所示化合物选自IB7-IB16中的一种或多种。
根据本发明提供的具有大弹性常数的负性液晶组合物，所述通式II所示化合物选自IIA1-IIA20、IIB1-IIB20、IIC1-IIC14所代表的化合物中的一种或多种：
Figure BDA0003654895170000052
Figure BDA0003654895170000061
Figure BDA0003654895170000071
Figure BDA0003654895170000081
优选地，所述通式II所示化合物选自IIB5-IIB18中的一种或多种。
根据本发明提供的具有大弹性常数的负性液晶组合物，所述通式III所示化合物选自IIIA1-IIIA63、IIIB1-IIIB45所代表的化合物中的一种或多种：
Figure BDA0003654895170000082
Figure BDA0003654895170000091
Figure BDA0003654895170000101
Figure BDA0003654895170000111
Figure BDA0003654895170000121
优选地，所述通式III所示化合物选自IIIA21-IIIA24、IIIB6-IIIB11中的一种或多种。
根据本发明提供的具有大弹性常数的负性液晶组合物，所述通式IV所示化合物选自IVA1-IVA12、IVB1-IVB14所代表的化合物中的一种或多种：
Figure BDA0003654895170000122
优选地，所述通式IV所示化合物选自IVA1-IVA4、IVB6-IVB9中的一种或多种。
根据本发明提供的具有大弹性常数的负性液晶组合物，所述液晶组合物还包括一种或多种通式V所示化合物，
Figure BDA0003654895170000131
其中，R9代表1-7个碳原子的烷基、1-7个碳原子的烷氧基或2-7个碳原子的烯基；R10代表1-7个碳原子的烷基或1-7个碳原子的烷氧基。
本发明所述通式V所示化合物为环己烯结构的负介电各向异性化合物，该化合物具有大的弹性常数，其加入到液晶组合物中有助于配合本发明所述通式I-通式IV所示化合物，进一步提高液晶组合物的弹性常数。
本发明提供的液晶组合物，在其所有组分的质量总和为100％的情况下，通式V所示化合物在组合物中的含量在1～35wt.％为宜，优选为5～30wt.％，进一步优选为5～25wt.％，更优选为8～20wt.％。此时更有利于提高液晶组合物的弹性常数。
优选地，所述通式V所示化合物选自VA1-VA24、VB1-VB24所代表的化合物中的一种或多种：
Figure BDA0003654895170000132
Figure BDA0003654895170000141
在含有通式V所示化合物的情况下，为确保各组分之间的协同效应更加显著，所述液晶组合物包括以下组分：5～28wt.％通式I所示化合物，10～55wt.％通式II所示化合物，5～30wt.％通式III所示化合物，5～45wt.％通式IV所示化合物，以及5～25wt.％通式V所示化合物。
进一步优选地，所述液晶组合物包括以下组分：15～25wt.％通式I所示化合物，25～45wt.％通式II所示化合物，10～20wt.％通式III所示化合物，10～35wt.％通式IV所示化合物，以及8～25wt.％通式V所示化合物。
根据本发明提供的具有大弹性常数的负性液晶组合物，所述液晶组合物还包括一种或多种通式VI所示化合物，
Figure BDA0003654895170000142
其中，R11代表1-7个碳原子的烷基、1-7个碳原子的烷氧基或2-7个碳原子的烯基；R12代表1-7个碳原子的烷基或1-7个碳原子的烷氧基。
本发明所述通式VI所示化合物为含有三环的负性化合物，具有较高的清亮点，可有效提升液晶组合物的清亮点。在液晶组合物所有组分的质量总和为100％的情况下，通式VI所示化合物在组合物中的含量在0～40％为宜，优选为5～35％，进一步优选为10～30％，更优选为15～25％。此时更有利于改善液晶显示器的工作温度区间。
优选地，所述通式VI所示化合物选自VIA1-VIA24、VIB1-VIB24所代表的化合物中的一种或多种：
Figure BDA0003654895170000151
Figure BDA0003654895170000161
在含有通式VI所示化合物的情况下，为确保各组分之间的协同效应更加显著，所述液晶组合物包括以下组分：5～28wt.％通式I所示化合物，10～55wt.％通式II所示化合物，5～30wt.％通式III所示化合物，5～45wt.％通式IV所示化合物，以及5～35wt.％通式VI所示化合物。
进一步优选地，所述液晶组合物包括以下组分：15～25wt.％通式I所示化合物，25～45wt.％通式II所示化合物，10～20wt.％通式III所示化合物，10～35wt.％通式IV所示化合物，以及10～30wt.％通式VI所示化合物。
根据本发明所述的具有大弹性常数的负性液晶组合物，所述液晶组合物还包括一种或多种通式VII所示化合物，
Figure BDA0003654895170000162
其中，R13、R14各自独立地代表1-7个碳原子的烷基或1-7个碳原子的烷氧基。
本发明所述通式VII所示化合物为四联苯类化合物，其加入到液晶组合物中有助于配合本发明所述通式I-通式IV所示化合物，进一步提高液晶组合物的高温信赖性。
本发明提供的液晶组合物中，在其所有组分的质量总和为100％的情况下，通式VII所示化合物在组合物中的含量在0～10％为宜，优选为0～5％，进一步优选为0～3％，更优选为0～1％。此时更有利于提升液晶组合物的弹性常数。
优选地，所述通式VII所示化合物选自VII1-VII8所代表的化合物中的一种或多种：
Figure BDA0003654895170000171
在含有通式VII所示化合物的情况下，为确保各组分之间的协同效应更加显著，所述液晶组合物包括以下组分：5～28wt.％通式I所示化合物，10～55wt.％通式II所示化合物，5～30wt.％通式III所示化合物，5～45wt.％通式IV所示化合物，以及0.01～5wt.％通式VII所示化合物。
进一步优选地，所述液晶组合物包括以下组分：15～25wt.％通式I所示化合物，25～45wt.％通式II所示化合物，10～20wt.％通式III所示化合物，10～35wt.％通式IV所示化合物，以及0.1～3wt.％通式VII所示化合物。
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。
本发明还提供上述具有大弹性常数的负性液晶组合物在VA、IPS或FFS模式液晶显示器中的应用。
本发明所述液晶组合物具有低旋转粘度和大的弹性常数，在优选条件下还具有良好的低温互溶性以及快的响应速度，可用于多种显示模式的快响应液晶显示，其在VA、IPS或FFS模式显示器中的使用能明显改善液晶显示器显示效果，尤其适用于IPS和FFS模式液晶显示器。
本发明提供了一种具有大弹性常数的负性液晶组合物及其应用，本发明将通式I、II、III、IV所示化合物组合得到的液晶组合物，能同时满足具有大的弹性常数和具有较低的旋转粘度，从而实现高对比度的液晶显示器。
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；Δn代表光学各向异性(25℃)；Δε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℃)。
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
Figure BDA0003654895170000181
Figure BDA0003654895170000191
以如下化合物结构为例：
Figure BDA0003654895170000192
表示为：5CC2WO3
Figure BDA0003654895170000193
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
Figure BDA0003654895170000194
Figure BDA0003654895170000201
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
Figure BDA0003654895170000202
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
Figure BDA0003654895170000203
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
Figure BDA0003654895170000211
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
Figure BDA0003654895170000212
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
Figure BDA0003654895170000213
Figure BDA0003654895170000221
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
Figure BDA0003654895170000222
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
Figure BDA0003654895170000223
Figure BDA0003654895170000231
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
Figure BDA0003654895170000232
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
Figure BDA0003654895170000233
Figure BDA0003654895170000241
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
Figure BDA0003654895170000242
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
Figure BDA0003654895170000251
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
Figure BDA0003654895170000252
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
Figure BDA0003654895170000261
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
Figure BDA0003654895170000262
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
Figure BDA0003654895170000271
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
Figure BDA0003654895170000272
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
Figure BDA0003654895170000281
对比例1
表20液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数
Figure BDA0003654895170000282
对比例2
表21液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数
Figure BDA0003654895170000283
Figure BDA0003654895170000291
实施例1至实施例18与对比例1、对比例2相比，具有更大的弹性常数，进而具有更高的对比度。
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度、高电阻率、适合的光学各向异性、良好的低温互溶性、低的旋转粘度以及优异的光稳定性和热稳定性，可降低液晶显示器的响应时间，从而解决液晶显示器响应速度慢的问题。因此，本发明所提供的液晶组合物适用于快响应的VA、IPS及FFS型TFT液晶显示装置，尤其适用于IPS及FFS液晶显示装置。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案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 (10)

1.一种具有大弹性常数的负性液晶组合物，其特征在于，包括至少一种通式I所示化合物、至少一种通式II所示化合物、至少一种通式III所示化合物以及至少一种通式IV所示化合物；
Figure FDA0003654895160000011
其中，R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8各自独立地代表1-7个碳原子的烷基、1-7个碳原子的烷氧基或2-7个碳原子的烯基。
2.根据权利要求1所述的具有大弹性常数的负性液晶组合物，其特征在于，所述通式I所示化合物的含量为1～30wt.％，
所述通式II所示化合物的含量为1～60wt.％，
所述通式III所示化合物的含量为1～30wt.％，
所述通式IV所示化合物的含量为1～50wt.％。
3.根据权利要求1所述的具有大弹性常数的负性液晶组合物，其特征在于，所述通式I所示化合物选自IA1-IA20、IB1-IB20、IC1-IC16所代表的化合物中的一种或多种：
Figure FDA0003654895160000012
Figure FDA0003654895160000021
Figure FDA0003654895160000031
Figure FDA0003654895160000041
优选地，所述通式I所示化合物选自IB7-IB16中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的具有大弹性常数的负性液晶组合物，其特征在于，所述通式II所示化合物选自IIA1-IIA20、IIB1-IIB20、IIC1-IIC14所代表的化合物中的一种或多种：
Figure FDA0003654895160000042
Figure FDA0003654895160000051
Figure FDA0003654895160000061
优选地，所述通式II所示化合物选自IIB5-IIB18中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的具有大弹性常数的负性液晶组合物，其特征在于，所述通式III所示化合物选自IIIA1-IIIA63、IIIB1-IIIB45所代表的化合物中的一种或多种：
Figure FDA0003654895160000062
Figure FDA0003654895160000071
Figure FDA0003654895160000081
Figure FDA0003654895160000091
优选地，所述通式III所示化合物选自IIIA21-IIIA24、IIIB6-IIIB11中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的具有大弹性常数的负性液晶组合物，其特征在于，所述通式IV所示化合物选自IVA1-IVA12、IVB1-IVB14所代表的化合物中的一种或多种：
Figure FDA0003654895160000092
Figure FDA0003654895160000101
优选地，所述通式IV所示化合物选自IVA1-IVA4、IVB6-IVB9中的一种或多种。
7.根据权利要求1-6任一项所述的具有大弹性常数的负性液晶组合物，其特征在于，所述液晶组合物还包括一种或多种通式V所示化合物，
Figure FDA0003654895160000102
其中，R9代表1-7个碳原子的烷基、1-7个碳原子的烷氧基或2-7个碳原子的烯基；R10代表1-7个碳原子的烷基或1-7个碳原子的烷氧基；
优选地，所述通式V所示化合物选自VA1-VA24、VB1-VB24所代表的化合物中的一种或多种：
Figure FDA0003654895160000103
Figure FDA0003654895160000111
Figure FDA0003654895160000121
进一步优选地，所述液晶组合物包括以下组分：
5～28wt.％通式I所示化合物，
10～55wt.％通式II所示化合物，
5～30wt.％通式III所示化合物，
5～45wt.％通式IV所示化合物，以及
5～25wt.％通式V所示化合物。
8.根据权利要求1-6任一项所述的具有大弹性常数的负性液晶组合物，其特征在于，所述液晶组合物还包括一种或多种通式VI所示化合物，
Figure FDA0003654895160000122
其中，R11代表1-7个碳原子的烷基、1-7个碳原子的烷氧基或2-7个碳原子的烯基；R12代表1-7个碳原子的烷基或1-7个碳原子的烷氧基；
优选地，所述通式VI所示化合物选自VIA1-VIA24、VIB1-VIB24所代表的化合物中的一种或多种：
Figure FDA0003654895160000123
Figure FDA0003654895160000131
进一步优选地，所述液晶组合物包括以下组分：
5～28wt.％通式I所示化合物，
10～55wt.％通式II所示化合物，
5～30wt.％通式III所示化合物，
5～45wt.％通式IV所示化合物，以及
5～35wt.％通式VI所示化合物。
9.根据权利要求1-6任一项所述的具有大弹性常数的负性液晶组合物，其特征在于，所述液晶组合物还包括一种或多种通式VII所示化合物，
Figure FDA0003654895160000141
其中，R13、R14各自独立地代表1-7个碳原子的烷基或1-7个碳原子的烷氧基；
优选地，所述通式VII所示化合物选自VII1-VII8所代表的化合物中的一种或多种：
Figure FDA0003654895160000142
进一步优选地，所述液晶组合物包括以下组分：
5～28wt.％通式I所示化合物，
10～55wt.％通式II所示化合物，
5～30wt.％通式III所示化合物，
5～45wt.％通式IV所示化合物，以及
0.1～5wt.％通式VII所示化合物。
10.权利要求1-9任一项所述的具有大弹性常数的负性液晶组合物在VA、IPS或FFS模式液晶显示器中的应用。
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