TWI812953B - 一種向列型液晶組合物、液晶顯示元件及液晶顯示器 - Google Patents
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Abstract
本發明屬於液晶材料技術領域，具體涉及一種向列型液晶組合物及含有該液晶組合物的液晶顯示元件或液晶顯示器。本發明公開了一種向列型液晶組合物，其包含一種或多種式I所示化合物以及一種或多種式II所示化合物，該液晶組合物具有較高的光學各向異性(△n)，同時具有較低的旋轉粘度(γ1)、較高的彈性常數(K11)、較快的回應時間，可以用於開發低盒厚、快速回應、高刷新率的液晶顯示元件、液晶顯示器。
Description
本發明屬於液晶材料技術領域，具體涉及一種向列型液晶組合物及含有該液晶組合物的液晶顯示元件或液晶顯示器。
液晶顯示元件根據顯示模式分為：扭曲向列型(TN)模式、超扭曲向列型(STN)模式、共面模式(IPS)、邊界電場切換(FFS)、垂直配向(VA)模式等。無論何種顯示模式均需要液晶組合物有以下特性：
(1)化學、物理性質穩定；(2)粘度低；(3)具有合適的介電△ε；(4)合適的光學各向異性△n；(5)與其他液晶化合物的互溶性好。
早期商用的TFT-LCD產品基本採用了TN顯示模式，其最大問題是視角窄。隨著產品尺寸的增加，特別是在TV領域的應用，具有廣視野角特點的IPS顯示模式、VA顯示模式依次被開發出來並加以應用。
另外，FFS模式、IPS模式、VA模式等的顯示元件所用的液晶介質，本身並不完美，對於顯示器件所用的液晶材料，要求具有
低的驅動電壓：液晶材料具有適當的負介電各向異性和彈性常數K；
快速回應：液晶材料具有適當的旋轉粘度γ1和彈性係數K；
高可靠性：高的電荷保持率，高的比電阻值，優良的耐高溫穩定性及對紫外光(UV光)或常規的背光照明來照射的穩定性有嚴格要求等的特點。隨著液晶顯示器的廣泛應用，對其性能的要求也在不斷的提高。
液晶材料不僅要具備以上特點，同時液晶材料應該具備寬的向列型溫度範圍，來滿足液晶面板廣泛的應用領域，如車載液晶顯示器需要滿足更寬的工作溫度，以適應各地域和氣候的溫度變化；工控產品的液晶顯示器同樣需要滿足更寬的工作溫度，以適應不同操作環境的溫度變化。
由於液晶顯示技術天生的「頑疾」，液晶分子在發生偏轉時需要一定的時間，這段時間被稱為「回應時間」，因此在表現動態畫面時都會出現模糊、不清晰的情況。平板電視領域，動態畫面的清晰度是消費者最關心的問題，因此要求液晶開發需要更快的回應時間；中小尺寸的液晶顯示器，要求更好的動態畫面的清晰度，這也要求液晶液晶開發需要更快的回應時間。
液晶電視之所以可以成為彩電市場上獨領風騷的主流產品，主要是由於其比一般的電視具有輕、薄、解析度高、低能耗、低輻射、健康和環保等優點。像目前主流2K/4K甚至8K電視產品，對液晶電視回應速度關鍵的技術指標提出了更高的要求，如開發低旋轉粘度的組合液晶材料、高光學各向異性的組合物液晶材料、高彈性常數的組合液晶材料等等性能。
為了解決上述技術問題，本發明人等進行了深入研究、大量實驗後發現，本發明的液晶組合物在較大的光學各向異性(△n)的基礎上具有較低的旋轉粘度(γ1)、高彈性常數(K11)以及快速的回應時間的特點，進而可以實現液晶顯示的快速回應和高刷新頻率。
為達到上述目的，本發明採用下述技術方案：
一種向列型液晶組合物，所述液晶組合物包含一種或多種式I所示化合物以及一種或多種式II所示化合物：
其中，R1、R2、R3、R4各自獨立地表示碳原子數為1-10的烷基、氟取代的碳原子數為1-10的烷基、碳原子數為1-10的烷氧基、氟取代的碳原子數為1-10的烷氧基、碳原子數為2-10的鏈烯基、氟取代的碳原子數為2-10的鏈烯基、碳原子數為3-8的鏈烯氧基或氟取代的碳原子數為3-8的鏈烯氧基；且R3、R4至少有一個表示碳原子數為2-10的鏈烯基。
本發明還提供液晶顯示元件，其包含本發明的液晶組合物，所述液晶顯示元件為主動矩陣定址顯示元件或者被動矩陣定址顯示元件。
本發明還提供液晶顯示器，其包含本發明的液晶組合物，所述液晶顯示器為主動矩陣定址顯示器或者被動矩陣定址顯示器。
本發明的液晶組合物具有較高的光學各向異性(△n)、較低的旋轉粘度(γ1)、高彈性常數(K11)，較快的回應時間的特點，可以用於開發低盒厚、快速回應，高刷新頻率的液晶顯示元件或液晶顯示器。
[液晶組合物]
本發明提供一種液晶組合物，所述液晶組合物包含一種或多種式I所示化合物以及一種或多種式II所示化合物：
其中，R1、R2、R3、R4各自獨立地表示碳原子數為1-10的烷基、氟取代的碳原子數為1-10的烷基、碳原子數為1-10的烷氧基、氟取代的碳原子數為1-10的烷氧基、碳原子數為2-10的鏈烯基、氟取代的碳原子數為2-10的鏈烯基、碳原子數為3-8的鏈烯氧基或氟取代的碳原子數為3-8的鏈烯氧基；且R3、R4至少有一個是鏈烯基。
本發明的液晶組合物中，優選地，前述式I所示化合物優選自式I-1至I-9所示化合物組成的組：
本發明的液晶組合物中，優選地，前述式I所示化合物質量百分含量為1-40%。
本發明的液晶組合物中，優選地，前述式II所示化合物優選自式II-1至II-9所示化合物組成的組：
本發明的液晶組合物中，優選地，前述式II所示化合物的重量百分含量為1-30%。
本發明的液晶組合物中，可選的，還包含一種或多種式III所示化合物：
其中，R5、R6各自獨立地表示碳原子數為1-10的烷基、氟取代的碳原子數為1-10的烷基、碳原子數為1-10的烷氧基、氟取代的碳原子數為1-10的烷氧基、碳原子數為2-10的鏈烯基、氟取代的碳原子數為2-10的鏈烯基、碳原子數為3-8的鏈烯氧基或氟取代的碳原子數為3-8的鏈烯氧基；且R5、R6所示基團中任意一個或多個不相連的-CH2-任選被亞環戊基、亞環丁基或亞環丙基取代；Z1表示單鍵、-CH2CH2-或-CH2O-；n表示0、1或2；
表示1,4-亞苯基、1,4-亞環己基或1,4-亞環己烯基；
當n表示2時，兩個
任選相同或不同。
本發明的液晶組合物中，優選地，前述式III所示化合物選自式III-1至III-10所示化合物組成的組：
其中，R5、R6各自獨立地表示碳原子數為1-10的烷基、氟取代的碳原子數為1-10的烷基、碳原子數為1-10的烷氧基、氟取代的碳原子數為1-10的烷氧基、碳原子數為2-10的鏈烯基、氟取代的碳原子數為2-10的鏈烯基、碳原子數為3-8的鏈烯氧基或氟取代的碳原子數為3-8的鏈烯氧基；且R5、R6所示基團中任意一個或多個不相連的-CH2-任選被亞環戊基、亞環丁基或亞環丙基取代。
本發明的液晶組合物中，可選的，還包含一種或多種式IV所示化合物：
其中，R7、R8各自獨立地表示碳原子數為1-10的烷基、氟取代的碳原子數為1-10的烷基、碳原子數為1-10的烷氧基、氟取代的碳原子數為1-10的烷氧基、碳原子數為2-10的鏈烯基、氟取代的碳原子數為2-10的鏈烯基、碳原子數為3-8的鏈烯氧基或氟取代的碳原子數為3-8的鏈烯氧基；
、
各自獨立地表示1,4-亞苯基、1,4-亞環己基或1,4-亞環己烯基。
本發明的液晶組合物中，優選地，前述式IV所示化合物選自式IV-1至IV-3所示化合物組成的組：
其中，R7、R8各自獨立地表示碳原子數為1-10的烷基、氟取代的碳原子數為1-10的烷基、碳原子數為1-10的烷氧基、氟取代的碳原子數為1-10的烷氧基、碳原子數為2-10的鏈烯基、氟取代的碳原子數為2-10的鏈烯基、碳原子數為3-8的鏈烯氧基或氟取代的碳原子數為3-8的鏈烯氧基。
本發明的液晶組合物中，優選地，還包含一種或多種式V所示化合物：
其中，R9、R10各自獨立地表示碳原子數為1-10的烷基、氟取代的碳原子數為1-10的烷基、碳原子數為1-10的烷氧基、氟取代的碳原子數為1-10的烷氧基、碳原子數為2-10的鏈烯基、氟取代的碳原子數為2-10的鏈烯基、碳原子數為3-8的鏈烯氧基或氟取代的碳原子數為3-8的鏈烯氧基；
表示1,4-亞苯基、1,4-亞環己基或1,4-亞環己烯基；
當
表示1,4-亞苯基時，R9、R10各自獨立地表示碳原子數為1-10的烷基、氟取代的碳原子數為1-10的烷基、碳原子數為1-10的烷氧基、氟取代的碳原子數為1-10的烷氧基。
本發明的液晶組合物中，優選地，前述式V所示化合物選自式V-1至V-3所示化合物組成的組：
其中，R91、R101各自獨立地表示碳原子數為1-10的烷基、氟取代的碳原子數為1-10的烷基、碳原子數為1-10的烷氧基、氟取代的碳原子數為1-10的烷氧基、碳原子數為2-10的鏈烯基、氟取代的碳原子數為2-10的鏈烯基、碳原子數為3-8的鏈烯氧基或氟取代的碳原子數為3-8的鏈烯氧基；R92、R102各自獨立地表示碳原子數為1-10的烷基、氟取代的碳原子數為1-10的烷基、碳原子數為1-10的烷氧基、氟取代的碳原子數為1-10的烷氧基。
本發明的液晶組合物中，優選地，還包含一種或多種式VI所示化合物：
其中，R11、R12各自獨立地表示碳原子數為1-10的烷基、氟取代的碳原子數為1-10的烷基、碳原子數為1-10的烷氧基、氟取代的碳原子數為1-10的烷氧基、碳原子數為2-10的鏈烯基、氟取代的碳原子數為2-10的鏈烯基、碳原子數為3-8的鏈烯氧基或氟取代的碳原子數為3-8的鏈烯氧基，並且R11、R12所示基團中任意一個或多個-CH2-任選被亞環戊基、亞環丁基或亞環丙基替代；
X表示-O-、-S-或-CH2O-。
本發明的液晶組合物中，優選地，前述式VI所示化合物選自式VI-1至VI-12所示化合物組成的組：
其中R111、R121表示碳原子數為1-10的烷基。
本發明的液晶組合物中，優選地，還包含一種或多種式VII所示化合物：
其中，R13、R14各自獨立地表示碳原子數為1-10的烷基、氟取代的碳原子數為1-10的烷基、碳原子數為1-10的烷氧基、氟取代的碳原子數為1-10的烷氧基、碳原子數為2-10的鏈烯基、氟取代的碳原子數為2-10的鏈烯基、碳原子數為3-8的鏈烯氧基或氟取代的碳原子數為3-8的鏈烯氧基；X1、X2、X3各自獨立地表示H或F。
作為前述碳原子數為1-10的烷基，可以列舉出例如，甲基、乙基、正丙基、異丙基、正丁基、異丁基、叔丁基、正戊基、異戊基、己基、庚基、辛基、壬基、癸基等。
作為前述的碳原子數為1-10的烷氧基，可以列舉出例如，甲氧基、乙氧基、正丙氧基、異丙氧基、正丁氧基、異丁氧基、戊氧基、己氧基、庚氧基、辛氧基、壬氧基、癸氧基等。
作為前述碳原子數為2-10的鏈烯基，可以列舉出例如，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數為1-10的烷基、氟取代的碳原子數為1-10的烷氧基、氟取代的碳原子數為2-10的鏈烯基、氟取代的碳原子數為3-8的鏈烯氧基中的“氟取代”可以是單氟取代，或者、二氟取代、三氟取代等多氟取代，也可以是全氟取代，對氟的取代數沒有特別的限定。例如，作為氟取代的碳原子數為1-10的烷基，可以列舉出氟代甲基、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於此。
本發明的液晶化合物中還可以加入各種功能的摻雜劑，摻雜劑含量優選0.01-1%之間，這些摻雜劑可以列舉出例如抗氧化劑、紫外線吸收劑、手性劑。
手性劑(左旋或右旋)優選可以列舉出例如：
[液晶顯示元件或液晶顯示器]
本發明還涉及包含上述任意一種液晶組合物的液晶顯示元件或液晶顯示器；所述顯示元件或顯示器為主動矩陣顯示元件或顯示器或被動矩陣顯示元件或顯示器。
本發明的液晶顯示元件或液晶顯示器優選主動矩陣定址液晶顯示元件或液晶顯示器。
前述主動矩陣顯示元件或顯示器具體可以列舉出例如TN-TFT、IPS-TFT、FFS-TFT、VA-TFT或UV2A-TFT液晶顯示元件或顯示器，優選為IPS-TFT或FFS-TFT液晶顯示元件或顯示器。
本發明的液晶顯示元件或液晶顯示器包含本發明公開的液晶組合物。本發明的液晶顯示元件或液晶顯示器具有快的回應速度和高刷新頻率。
實施例
為了更清楚地說明本發明，下面結合實施例對本發明做進一步的說明。本領域技術人員應當理解，下面所具體描述的內容是說明性的而非限制性的，不應以此限制本發明的保護範圍。
本說明書中，如無特殊說明，百分比均是指重量百分比，溫度為攝氏度(℃)，其他符號的具體意義及測試條件如下：Cp表示液晶清亮點(℃)，DSC定量法測試；
△n表示光學各向異性，no為尋常光的折射率，ne為非尋常光的折射率，測試條件為25±2℃，589nm，阿貝折射儀測試；不同顯示模式液晶面板光延遲為一定值，光延遲等於光學各向異性乘以面板的盒厚；液晶面板盒厚越大，則液晶面板回應越慢，故光延遲保持不變，則光學各項異性越大，液晶面板盒厚越小，回應越快；γ1表示旋轉粘度(mPa．s)，測試條件為25±0.5℃，20微米垂直盒，INSTEC：ALCT-IR1測試；K11為展曲彈性常數，K33為彎曲彈性常數，測試條件為：25℃、INSTEC：ALCT-IR1、20微米垂直盒；△ε表示介電各向異性，△ε=ε∥-ε⊥，其中，ε∥為平行于分子軸的介電常數，ε⊥為垂直于分子軸的介電常數，測試條件為25±0.5℃，20微米垂直盒，INSTEC：ALCT-IR1測試；τ表示回應時間(ms)，測試儀器為DMS-501，測試條件為試條件為25℃，測試盒為3.9微米IPS測試盒，電極間距和電極寬度均為10微米，摩擦方向與電極夾角為83°。
液晶組合物的製備方法如下：將各液晶單體按照一定配比稱量後放入不銹鋼燒杯中，將裝有各液晶單體的不銹鋼燒杯置於磁力攪拌儀器上加熱融化，待不銹鋼燒杯中的液晶單體大部份融化後，往不銹鋼燒杯中加入磁力轉子，將混合物攪拌均勻，冷卻到室溫後即得液晶組合物。
本發明實施例液晶單體結構用代碼表示，液晶環結構、端基、連接基團的代碼表示方法見下表1、表2。
舉例：
，其代碼為CPY-2-O2；
，其代碼為CCY-3-O2；
，其代碼為COY-3-O2；
，其代碼為CCOY-3-O2；
，其代碼為Sb-CpO-O4；
，其代碼為Sc-CpO-O4；
，其代碼為CPWP-3-2。
實施例1
液晶組合物的配方及相應的性能如下表3所示。
對比例1
液晶組合物的配方及相應的性能如下表4所示。
對比例1液晶組合物中，不包含式II所示化合物。實施例與對比例1相比，在保持相同介電各向異性和清亮點的基礎上，本發明的液晶組合物具有更大的光學各向異性、較低的旋轉粘度(γ1)、高彈性常數(K11)以及較快的回應時間，可以用於開發低盒厚、快速回應的高刷新率的液晶顯示元件或液晶顯示器。
實施例2
液晶組合物的配方及相應的性能如下表5所示。
實施例3
液晶組合物的配方及相應的性能如下表6所示。
實施例4
液晶組合物的配方及相應的性能如下表7所示。
對比例2
液晶組合物的配方及相應的性能如下表8所示。
對比例2液晶組合物中，不包含式I、II所示化合物。實施例4與對比例2相比，在保持相同介電各向異性和清亮點的基礎上，本發明的液晶組合物具有更大的光學各向異性、較低的旋轉粘度(γ1)、高彈性常數(K11)以及較快
的回應時間，可以用於開發低盒厚、快速回應的高刷新率的液晶顯示元件或液晶顯示器。
對比例3
液晶組合物的配方及相應的性能如下表9所示。
對比例3液晶組合物中，不包含式I所示化合物。實施例4與對比例3相比，在保持相同介電各向異性和清亮點的基礎上，本發明的液晶組合物具有更大的光學各向異性、較低的旋轉粘度(γ1)、高彈性常數(K11)以及較快的回應時間，可以用於開發低盒厚、快速回應的高刷新率的液晶顯示元件或液晶顯示器。
對比例4
液晶組合物的配方及相應的性能如下表10所示。
對比例4液晶組合物中，不包含式II所示化合物。實施例4與對比例4相比，在保持相同介電各向異性和清亮點的基礎上，本發明的液晶組合物具有更大的光學各向異性、較低的旋轉粘度(γ1)、高彈性常數(K11)以及較快的回應時間，可以用於開發低盒厚、快速回應的高刷新率的液晶顯示元件或液晶顯示器。
實施例5
液晶組合物的配方及相應的性能如下表11所示。
實施例6
液晶組合物的配方及相應的性能如下表12所示。
實施例7
液晶組合物的配方及相應的性能如下表13所示。
實施例8
液晶組合物的配方及相應的性能如下表14所示。
實施例9
液晶組合物的配方及相應的性能如下表15所示。
實施例10
液晶組合物的配方及相應的性能如下表16所示。
由以上資料表明，本發明的液晶組合物具有較高的光學各向異性(△n)、較低的旋轉粘度(γ1)、高彈性常數(K11)、較快的回應時間的特點，可以用於開發低盒厚、快速回應的高頻率液晶顯示元件或液晶顯示器。
本發明公開的上述實施例僅僅是為清楚地說明本發明所作的舉例，而並非是對本發明的實施方式的限定，對於所屬領域的普通技術人員來說，
在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動，這裡無法對所有的實施方式予以窮舉，凡是屬於本發明的技術方案所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處於本發明的保護範圍之列。
Claims (10)
- 一種向列型液晶組合物，包含一種或多種式I所示化合物以及一種或多種式II所示化合物：
- 根據請求項1所述的液晶組合物，其中所述式I所示化合物選自式I-1至I-9所示化合物組成的組：
- 根據請求項1或2所述的液晶組合物，還包含一種或多種式III所示化合物：
表示1,4-亞苯基、1,4-亞環己基或1,4-亞環己烯基； 當n表示2時，兩個
任選相同或不同。
- 根據請求項3所述的液晶組合物，其中所述式III所示化合物選自式III-1至III-10所示化合物組成的組：
- 根據請求項4所述的液晶組合物，還包含一種或多種式IV所示的化合物：
、
各自獨立地表示1,4-亞苯基、1,4-亞環己基或1,4-亞環己烯基。
- 根據請求項5所述的液晶組合物，還包含一種或多種式V所示的化合物：
表示1,4-亞苯基、1,4-亞環己基或1,4-亞環己烯基； 當
表示1,4-亞苯基時，R9、R10各自獨立地表示碳原子數為1-10的烷基、氟取代的碳原子數為1-10的烷基、碳原子數為1-10的烷氧基、氟取代的碳原子數為1-10的烷氧基。
- 根據請求項6所述的液晶組合物，還包含一種或多種式VI所示的化合物：
- 根據請求項7所述的液晶組合物，還包含一種或多種式VII所示的化合物：
- 一種液晶顯示元件，包含請求項1-8的任一項所述的液晶組合物，所述液晶顯示元件為主動矩陣定址顯示元件，或者被動矩陣定址顯示元件。
- 一種液晶顯示器，包含請求項1-8的任一項所述的液晶組合物，所述液晶顯示器為主動矩陣定址顯示器，或者被動矩陣定址顯示器。
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