TWI816044B

TWI816044B - 一種具有高對比度的負性液晶組合物及其應用

Info

Publication number: TWI816044B
Application number: TW109124647A
Authority: TW
Inventors: 陳卯先; 儲士紅; 姜天孟; 陳海光; 未欣
Original assignee: 大陸商北京八億時空液晶科技股份有限公司
Priority date: 2020-01-03
Filing date: 2020-07-21
Publication date: 2023-09-21
Also published as: TW202126788A; CN113072958A; WO2021134884A1

Abstract

本發明涉及一種具有高對比度的負性液晶組合物及其應用，所述液晶組合物包含至少一種或多種通式I所代表的化合物、一種或多種通式II所代表的化合物、一種或多種通式III所代表的化合物以及一種或多種通式IV所代表的化合物。本發明所述液晶組合物具有大的彈性常數和快的回應時間，用於液晶顯示器中可提升液晶顯示器的對比度。

Description

一種具有高對比度的負性液晶組合物及其應用

本發明涉及液晶材料及其應用領域，具體涉及一種具體高對比度的負性液晶組合物及其應用。

目前，LCD顯示器作為最主流的顯示器，已廣泛用於各種產品中，其中IPS和FFS模式顯示器因為其獨有的硬屏特性以及非常寬的視角特性，目前廣泛用於手機、筆記型電腦、平板電腦、電腦顯示器、電視等方面。

IPS和FFS液晶平面排列導致在暗態時容易出現漏光，對比度性能方面明顯劣勢於VA類(MVA、PVA、UV2A、PSVA)顯示器。經過研究發現，液晶分子在初始排列時，由於配向層表面存在的配向碎屑等會導致液晶分子排列紊亂從而導致暗態漏光；如何改善液晶排列紊亂成為如何提升IPS和FFS模式顯示器的重要課題，通過研究發現，液晶的彈性常數增加有助於改善液晶分子的排列。

對於IPS和FFS模式，既可以使用正性液晶，也可以使用負性液晶，由於負性液晶分子在電場作用下，垂直於電場線方向排列，相對於正性液晶分子在電場作用下沿著電場線方向排列，使用負性避免了IPS和FFS模式下彎曲電場造成的透過率犧牲和閃爍問題，進而改善液晶顯示器的透過率和閃爍。

本發明的目的是提供一種提供一種具有大的彈性常數的液晶組合物，以此實現改善液晶顯示器對比度的目的，同時該液晶組合物具有負的介電各向異性，用於液晶顯示器中具有更高的透過率和具有改善液晶顯示器閃爍的效果。

本領域公知，提升液晶組合物的清亮點可以實現提升彈性常數的目的，但是隨著清亮點提升，液晶組合物的旋轉粘度增加，從而導致液晶顯示器回應時間變慢，令人驚奇的是，本發明所提供的液晶組合物一方面具有大的彈性常數，另一方面具有較低的旋轉粘度，從而實現高對比和快速回應的液晶顯示器。

為實現上述目的，本發明採用如下技術方案：

一種具有高對比度的負性液晶組合物，包含至少一種或多種通式I所代表的化合物、一種或多種通式II所代表的化合物、一種或多種通式III所代表的化合物以及一種或多種通式IV所代表的化合物。

所述通式I具體為：

所述通式I中，R₁、R₂各自獨立地代表C₁~C₁₂的直鏈烷基、直鏈烷氧基或C₂~C₁₂的直鏈烯基。

所述通式II具體為：

所述通式II中，R₃、R₄各自獨立地代表C₁~C₁₂的直鏈烷基、直鏈烷氧基或C₂~C₁₂的直鏈烯基；A₁各自獨立地代表下面任意一種：

所述通式III具體為：

所述通式III中，R₅、R₆各自獨立地代表C₁~C₁₂的直鏈烷基、直鏈烷氧基或C₂~C₁₂的直鏈烯基，A₂各自獨立地代表：

所述通式IV具體為：

所述通式IV中，R₇、R₈各自獨立地代表C₁~C₁₂的直鏈烷基、直鏈烷氧基或C₂~C₁₂的直鏈烯基，A₃、A₄各自獨立地代表反式1，4-環己基或1，4-亞苯基。

優選地，上述液晶組合物中，所述通式I所代表的化合物為式IA或IB：

所述式IA~IC中，R₁、R₂各自獨立地代表C₁~C₇的直鏈烷基或C₂~C₇的直鏈烯基。

更優選地，所述通式I所代表的化合物選自式IA1~IA63或式IB1~IB45所代表的化合物中的一種或幾種：

進一步優選地，所述通式I所代表的化合物選自IA3、IA12、IA21、IA23、IA24、IA25、IA39、IA43、IB3、IB5、IB8、IB10、IB26、IB27、IB30、IB31中的一種或多種；更進一步優選地，所述通式I所代表的化合物選自IA3、IA21、IA23、IA24、IA25、IA39、IA43、IB3、IB5、IB8、IB10、IB26、IB27、IB30、IB31中的一種或多種；最優選地，所述通式I所代表的化合物選自IA3、IA21、IA23、IA39、IB3、IB5、IB8、IB10、IB26、IB27、IB30、IB31中的一種或多種。

優選地，上述液晶組合物中，所述通式II所代表的化合物選自式IIA~IIC所示結構中的一種或多種：

所述式IIA~IIC中，R₃、R₄的定義同上。

更優選地，所述通式II所代表的化合物選自式IIA1~IIA48、式IIB1~IIB48或式IIC1~IIC48中的一種或多種：

進一步優選地，所述通式II所代表的化合物選自式IIA10、IIA13、IIA14、IIA15、IIA16、IIA18、IIB14、IIB18、IIC13、IIC14中的一種或多種。

優選地，上述液晶組合物中，所述通式III所代表的化合物選自IIIA~IIIC中的一種或多種：

所述式IIIA~IIIC中，R₅、R₆的定義同上；

更優選地，通式III所代表的化合物選自式IIIA1~IIIA48、式IIIB1~IIIB48或式IIIC1~IIIC48中的一種或多種：

進一步優選地，所述通式III所代表的化合物選自IIIA14、IIIA16、IIIA22、IIIC14、IIIA15中的一種或多種。

優選地，上述液晶組合物中，所述通式IV所代表的化合物選自式IVA~IVC所示結構中的一種或多種：

所述式IVA~IVC中，R₇、R₈的定義同上。

更優選地，通式IV所代表的化合物選自式IVA1~IVA39、式IVB1~IVB24或式IVC1~IVC24所代表的化合物中的一種或多種：

進一步優選地，所述通式IV所代表的化合物選自IVA3、IVA7、IVA11、IVA12、IVA25、IVA29、IVA31、IVA37、IVB18、IVB22、IVC2、IVC4、IVC15、IVC20中的一種或多種；最優選地，所述通式IV所代表的化合物選自IVA25、IVA29、IVA37、IVB18、IVB22、IVC2、IVC4、IVC15、IVC20中的一種或多種。

優選地，上述液晶組合物中，還包括一種或多種通式V所代表的化合物：

所述通式V中，R₉、R₁₀各自獨立地代表C₁~C₁₂的直鏈烷基、直鏈烷氧基或C₂~C₁₂的直鏈烯基；A₅各自獨立地代表反式1，4-環己基或1，4-亞苯基。

和/或，還包括一種或多種通式VI所代表的化合物：

所述通式VI中，R₁₁、R₁₂各自獨立地代表C₁~C₁₂的直鏈烷基、直鏈烷氧基或C₂~C₁₂的直鏈烯基；L₁、L₂、L₃各自獨立地代表H或F。

更優選地：

所述通式V所代表的化合物為式VA或VB：

所述通式VA或VB中，R₉、R₁₀各自獨立地代表C₁~C₇的直鏈烷基、直鏈烷氧基或C₂~C₇的直鏈烯基。

和/或，所述通式VI所代表的化合物為VIA或VIB：

所述通式VIA或VIB中，R₁₁各自獨立地代表C₁~C₇的直鏈烷基或C₂~C₇的直鏈烯基；R₁₂各自獨立地代表C₁~C₇的直鏈烷基或直鏈烷氧基；

進一步優選地：

所述通式V所代表化合物選自通式VA1~VA38或式VB1~VB38所代表的化合物中的一種或多種：

和/或，通式VI所代表的化合物選自式VIA1~VIA24或式VIB1~VIB24所代表的化合物中的一種或多種：

優選地，上述液晶組合物中，所述液晶組合物包含2~20wt%的通式I所代表的化合物；

或，所述液晶組合物包含15~55wt%的通式II所代表的化合物；

或，所述液晶組合物包含5~40wt%的通式III所代表的化合物；

或，所述液晶組合物包含15~55wt%的通式IV所代表的化合物；

更優選地，所述液晶組合物包含3~20wt%的通式I所代表的化合物；

或，所述液晶組合物包含3~12wt%的通式I所代表的化合物；

或，所述液晶組合物包含4~20wt%的通式I所代表的化合物；

或，所述液晶組合物包含20~50wt%的通式II所代表的化合物；

或，所述液晶組合物包含20~45wt%的通式II所代表的化合物；

或，所述液晶組合物包含8~35wt%的通式III所代表的化合物；

或，所述液晶組合物包含14~35wt%的通式III所代表的化合物；

或，所述液晶組合物包含20~52wt%的通式IV所代表的化合物；

或，所述液晶組合物包含25~38wt%的通式IV所代表的化合物；

進一步優選地，所述液晶組合物包含4~16wt%的通式I所代表的化合物；

或，所述液晶組合物包含5~16wt%的通式I所代表的化合物；

或，所述液晶組合物包含4~9wt%的通式I所代表的化合物；

或，所述液晶組合物包含25~46wt%的通式II所代表的化合物；

或，所述液晶組合物包含25~40wt%的通式II所代表的化合物；

或，所述液晶組合物包含26~46wt%的通式II所代表的化合物；

或，所述液晶組合物包含11~27wt%的通式III所代表的化合物；

或，所述液晶組合物包含16~31wt%的通式III所代表的化合物；

或，所述液晶組合物包含11~31wt%的通式III所代表的化合物；

或，所述液晶組合物包含24~48wt%的通式IV所代表的化合物；

或，所述液晶組合物包含30~34wt%的通式IV所代表的化合物。

為了提高各類型化合物之間的協同作用，以及使液晶組合物滿足不同的需求，本發明對所提供的液晶組合物中各組分的百分含量進行優選。

具體而言，本發明所述液晶組合物中包含以下重量百分比的組分：(1)2~20%通式I所代表的化合物；(2)15~55%通式II所代表的化合物；(3)5~55%通式III所代表的化合物；(4)15~55%通式IV所代表的化合物；(5)0~20%通式V~VI所代表的化合物。

或，所述液晶組合物包含以下重量百分比的組分：(1)3~20%通式I所代表的化合物；(2)20~50%通式II所代表的化合物；(3)8~35%通式III所代表的化合物；(4)20~52%通式IV所代表的化合物；(5)0~15%通式V~VI所代表的化合物；優選的，包含：(1)4~16%通式I所代表的化合物；(2)25~46%通式II所代表的化合物；(3)11~31%通式III所代表的化合物；(4)24~48%通式IV所代表的化合物；(5)0~9%通式V~VI所代表的化合物。

或，所述液晶組合物包含以下重量百分比的組分：(1)3~12%通式I所代表的化合物；(2)20~45%通式II所代表的化合物；(3)14~35%通式III所代表的化合物；(4)25~38%通式IV所代表的化合物；(5)1~15%通式V~VI所代表的化合物；優選的，包含：(1)4~9%通式I所代表的化合物；(2)25~40%通式II所代表的化合物；(3)16~31%通式III所代表的化合物；(4)30~34%通式IV所代表的化合物；(5)5~9%通式V~VI所代表的化合物。

或，所述液晶組合物包含以下重量百分比的組分：(1)4~20%通式I所代表的化合物；(2)20~50%通式II所代表的化合物；(3)8~35%通式III所代表的化合物；(4)20~52%通式IV所代表的化合物；優選的，包含：(1)5~16%通式I所代表的化合物；(2)26~46%通式II所代表的化合物；(3)11~27%通式III所代表的化合物；(4)24~48%通式IV所代表的化合物。

本發明通過添加通式I所代表的化合物提升彈性常數，通過添加通式II的化合物提升負介電各向異性以及清亮點，通過添加通式III所代表的化合物提升負介電各向異性以及改善互溶性，通過添加通式IV所代表的化合物降低液晶組合物的旋轉粘度；以此實現大的彈性常數和低的旋轉粘度的需求。

本發明所述液晶組合物的製備方法無特殊限制，可採用常規方法將兩種或多種化合物混合進行生產，如通過在高溫下混合不同組分並彼此溶解的方法製備，其中，將液晶組合物溶解在用於該化合物的溶劑中並混合，然後在減壓下蒸餾出該溶劑；或者本發明所述液晶組合物可按照常規的方法製備，如將其中含量較小的組分在較高的溫度下溶解在含量較大的主要組分中，或將各所屬組分在有機溶劑中溶解，如丙酮、氯仿或甲醇等，然後將溶液混合去除溶劑後得到。

以下實施例用於說明本發明，但不用來限制本發明的範圍。除非另有說明，本發明中百分比為重量百分比；溫度單位為攝氏度；△n代表光學各向異性(25℃)；ε_∥和ε_⊥分別代表平行和垂直介電常數(25℃，1000Hz)；△ε代表介電各向異性(25℃，1000Hz)；γ1代表旋轉粘度(mPa.s，25℃)；Cp代表液晶組合物的清亮點(℃)；K₁₁、K₂₂、K₃₃分別代表展曲、扭曲和彎曲彈性常數(pN，25℃)；Kavg代表平均彈性常數((K₁₁+K₂₂+K₃₃)/3，pN,25℃)。

以下各實施例中，液晶化合物中基團結構用表1所示代碼表示。

表1：液晶化合物的基團結構代碼

以如下化合物結構為例：

表示為：3CLPO1

表示為：3CPWO2

以下各實施例中，液晶組合物的製備均採用熱溶解方法，包括以下步驟：用天平按重量百分比稱量液晶化合物，其中稱量加入順序無特定要求，通常以液晶化合物熔點由高到低的順序依次稱量混合，在60~100℃下加熱攪拌使得各組分熔解均勻，再經過濾、旋蒸，最後封裝即得目標樣品。

以下各實施例中，液晶組合物中各組分的重量百分比及液晶組合物的性能參數見下述表格。

實施例1

實施例2

實施例3

實施例4

實施例5

實施例6

實施例7

實施例8

實施例9

實施例10

實施例11

表12：液晶組合物中各組分的重量百分比及性能參數

實施例12

實施例13

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實施例15

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實施例17

實施例18

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實施例20

實施例21

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實施例29

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實施例38

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實施例42

實施例43

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實施例46

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實施例48

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實施例51

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實施例53

實施例54

實施例55

實施例56

對比例1

將實施例1與對比例1所得液晶組合物的各性能參數值進行匯總比較，參見表59。

經比較可知：與對比例1相比，實施例1提供的液晶組合物具有更大的彈性常數，相對於對比例1，實施例1的彈性常數提升7%左右，即用於液晶顯示器中可以增加7%左右的對比度。

由以上實施例可知，本發明所提供的液晶組合物具有大的彈性常數，用於IPS和FFS模式顯示器中可有效改善液晶顯示器的對比度。因此，本發明所提供的液晶組合物適用於的IPS或FFS型TFT液晶顯示裝置，能夠明顯改善液晶顯示器的暗態漏光問題，進而提升液晶顯示器的對比度，尤其對於改善IPS或FFS模式液晶顯示器的對比度特性非常有效。

雖然，上文中已經用一般性說明及具體實施方案對本發明作了詳盡的描述，但在本發明基礎上，可以對之作一些修改或改進，這對本領域技術人員而言是顯而易見的。因此，在不偏離本發明精神的基礎上所做的這些修改或改進，均屬於本發明要求保護的範圍。

Claims

一種具有高對比度的負性液晶組合物，其特徵在於，包含至少一種通式I所代表的化合物、至少一種通式II所代表的化合物、至少一種通式III所代表的化合物以及至少一種通式IV所代表的化合物；所述通式I具體為：
所述通式I中，R₁表C₁~C₁₂的直鏈烷基、直鏈烷氧基或C₂~C₁₂的直鏈烯基，R₂代表C₃~C₁₂的直鏈烷氧基；所述通式II具體為：
所述通式II中，R₃、R₄各自獨立地代表C₁~C₁₂的直鏈烷基、直鏈烷氧基或C₂~C₁₂的直鏈烯基；A₁各自獨立地代表下面任意一種：
所述通式III具體為：
所述通式III中，R₅、R₆各自獨立地代表C₁~C₁₂的直鏈烷基、直鏈烷氧基或C₂~C₁₂的直鏈烯基，A₂各自獨立地代表：
所述通式IV具體為：
所述通式IV中，R₇、R₈各自獨立地代表C₁~C₁₂的直鏈烷基、直鏈烷氧基或C₂~C₁₂的直鏈烯基，A₃、A₄各自獨立地代表反式1，4-環己基或1，4-亞苯基。
如請求項1所述的液晶組合物，其特徵在於，所述通式I所代表的化合物選自下列所代表的化合物中的一種或幾種：
如請求項1所述的液晶組合物，其特徵在於，所述通式II所代表的化合物選自式IIA~IIC所示結構中的一種或多種：
所述式IIA~IIC中，R₃、R₄是如請求項1所定義的。
如請求項1所述的液晶組合物，其特徵在於，所述通式III所代表的化合物選自IIIA~IIIC中的一種或多種：
所述式IIIA~IIIC中，R₅、R₆是如請求項1所定義的。
如請求項1所述的液晶組合物，其特徵在於，所述通式IV所代表的化合物選自式IVA~IVC所示結構中的一種或多種：
所述式IVA~IVC中，R₇、R₈是如請求項1所定義的。
如請求項1所述的液晶組合物，其特徵在於，還包括一種或多種通式V所代表的化合物：
所述通式V中，R₉、R₁₀各自獨立地代表C₁~C₁₂的直鏈烷基、直鏈烷氧基或C₂~C₁₂的直鏈烯基；A₅各自獨立地代表反式1，4-環己基或1，4-亞苯基；和/或，還包括一種或多種通式VI所代表的化合物：
所述通式VI中，R₁₁、R₁₂各自獨立地代表C₁~C₁₂的直鏈烷基、直鏈烷氧基或C₂~C₁₂的直鏈烯基；L₁、L₂、L₃各自獨立地代表H或F。
如請求項1所述的液晶組合物，其特徵在於，所述液晶組合物包含5~20wt%的通式I所代表的化合物、所述液晶組合物包含15~55wt%的通式II所代表的化合物、所述液晶組合物包含5~40wt%的通式III所代表的化合物及所述液晶組合物包含15~55wt%的通式IV所代表的化合物。
如請求項6所述的液晶組合物，其特徵在於，所述液晶組合物中包含以下重量百分比的組分：(1)5~20%通式I所代表的化合物、(2)15~55%通式II所代表的化合物、(3)5~55%通式III所代表的化合物、(4)15~55%通式IV所代表的化合物及(5)0~20%通式V~VI所代表的化合物。
一種如請求項7所述的液晶組合物在液晶顯示裝置中的應用，其係在IPS或FFS型液晶顯示裝置中的應用。
一種如請求項8所述的液晶組合物在液晶顯示裝置中的應用，其係在IPS或FFS型液晶顯示裝置中的應用。