TWI816210B - 一種含三聯苯的液晶組合物及其應用 - Google Patents
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Abstract
本發明涉及一種液晶組合物，具體涉及一種向列相液晶組合物，更具體地涉及一種含三聯苯的液晶組合物及其應用；該液晶組合物具有低的旋轉粘度、大的彈性常數與大的光學各向異性，進而具有低的旋轉粘度與彈性常數比值，更薄的液晶層厚度，其在液晶顯示器中的使用能明顯改善液晶顯示器的回應速度和對比度，同時含有通式IV所代表的單體，可有效改善DC型殘像，有效地改善顯示效果。
Description
本發明涉及一種液晶組合物，具體涉及一種向列相液晶組合物，更具體地涉及一種含三聯苯的液晶組合物及其應用；本發明所提供的液晶組合物具有快的回應時間和大的對比度，用於液晶顯示器中可提升液晶顯示器的回應速度和對比度。
近年來，LCD顯示器作為最主流的顯示器，已廣泛用於各種產品中，其中負性液晶顯示器因為其獨有的高透過率特性，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。
目前，負性液晶顯示器存在的主要劣勢為回應速度較慢，如何改善回應速度成為負性液晶顯示器的重要課題，通過研究發現，液晶的旋轉粘度與彈性常數比值降低有助於改善液晶分子的回應速度，液晶的光學各向異性增加有助於降低顯示器面板液晶層厚度，從而改善顯示器的回應速度。
隨著使用者對液晶顯示器的顯示效果要求越來越高，為了滿足高性能和高品質的顯示效果，液晶面板趨向于使用具有高的阻抗特性的配向層(PI)，而高阻抗的配向層具有更低的離子性，對於改善液晶顯示器的閃爍(Flicker)、
離子型殘像非常有效，但是高阻抗的PI吸附離子的能力較強，容易產生RDC(殘餘電壓)，形成DC型殘像問題。
鑒於此，特提出本發明。
本發明旨在提供一種含三聯苯的液晶組合物，該液晶組合物具有低旋轉粘度、大彈性常數與大光學各向異性，以此實現改善液晶顯示器回應速度和對比度的目的；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；此外，該液晶組合物還可以減弱RDC效應，對於改善DC型殘像以及對於殘像恢復非常有效。
本領域公知，降低組合物的清亮點可以實現降低旋轉粘度的目的，但是隨著清亮點的降低，可導致顯示器使用溫度上限降低，而本發明所提供的的液晶組合物具有高的清亮點、低的旋轉粘度、大的彈性常數和大的光學各向異性，同時可以減弱RDC效應，對於改善DC型殘像以及對於殘像恢復非常有效，從而實現快速回應的液晶顯示器，並且具有更好的顯示效果。
具體而言，所述液晶組合物包括通式I所代表的化合物中的至少一種，通式II所代表的化合物中的至少一種，通式III所代表的化合物中的至少一種，通式IV所代表的化合物中的至少一種；
將上述液晶組合物用於液晶顯示器中，可有效改善液晶顯示器的回應速度和對比度，改善DC殘像。
作為上述技術方案的優選，通式I所代表的化合物選自式I-1~式I-36中的一種或多種：
作為上述技術方案的優選，通式II所代表的化合物選自式IIA~式IIF中的一種或多種：
其中，R2、R3各自獨立地代表C1~C7的直鏈烷基、C1~C7的直鏈烷氧基或C2~C7的直鏈烯基；優選地，通式II所代表的化合物選自式IIA1~式IIF48中的一種或多種：
作為上述技術方案的優選，通式III所代表的化合物選自式IIIA~式IIIB中的一種或多種：
其中，R4、R5各自獨立地代表C1~C7的直鏈烷基或C2~C7的直鏈烯基；優選地，通式III所代表的化合物選自式IIIA1~式IIIB45中的一種或多種：
作為上述技術方案的優選，通式IV所代表的化合物選自式IVA~式IVB中的一種或多種：
其中，R6代表C1~C7的直鏈烷基或C2~C7的直鏈烯基；R7代表C1~C7的直鏈烷基或C1~C7的直鏈烷氧基；通式IV所代表的化合物選自式IVA1~式IVB36中的一種或多種：
作為上述技術方案的優選，所述液晶組合物還包括通式V所代表的化合物中的至少一種；
其中，R8、R9各自獨立地代表C1~C12的直鏈烷基、C1~C12的直鏈烷氧基或C2~C12的直鏈烯基；A2、A3各自獨立地代表反式1，4-環己基或1，4-亞苯基；本發明中，上述通式V所代表的化合物為中性兩環結構化合物，該類化合物具有非常低的旋轉粘度，對於降低液晶組合物的旋轉粘度非常有效。
優選地，通式V所代表的化合物選自式VA~式VC中的一種或多種：
其中，R8、R9各自獨立地代表C1~C7的直鏈烷基、C1~C7的直鏈烷氧基或C2~C7的直鏈烯基；更優選地，通式V所代表的化合物選自式VA1~式VC24中的一種或多種：
作為上述技術方案的優選，所述液晶組合物還包括通式VI所代表的化合物中的至少一種；
其中，R10、R11各自獨立地代表C1~C12的直鏈烷基、C1~C12的直鏈烷氧基或C2~C12的直鏈烯基；A4代表反式1，4-環己基或1，4-亞苯基；優選地，通式VI所代表的化合物選自式VIA~式VIB中的一種或多種：
其中，R10、R11各自獨立地代表C1~C7的直鏈烷基、C1~C7的直鏈烷氧基或C2~C7的直鏈烯基；更優選地，通式VI所代表的化合物選自式VIA1~式VIB63中的一種或多種：
本發明的液晶組合物中，除了上述的化合物以外，也可以含有通常的抗氧化劑、紫外線吸收劑、光穩定劑或紅外線吸收劑等。
作為上述技術方案的優選，所述液晶組合物包含以下質量百分比的組分：
(1)、1~50%的通式I所代表的化合物；(2)、5~70%的通式II所代表的化合物；(3)、1~40%的通式III所代表的化合物；(4)、1~50%的通式IV所代表的化合物；(5)、0~70%的通式V所代表的化合物；(6)、0~50%的通式VI所代表的化合物。
作為上述技術方案的優選，所述液晶組合物包含以下質量百分比的組分：(1)、1~30%的通式I所代表的化合物；(2)、10~70%的通式II所代表的化合物；(3)、3~30%的通式III所代表的化合物；(4)、1~30%的通式IV所代表的化合物；(5)、10~60%的通式V所代表的化合物；(6)、0~35%的通式VI所代表的化合物；優選地，所述液晶組合物包含以下質量百分比的組分：(1)、3~20%的通式I所代表的化合物；(2)、15~65%的通式II所代表的化合物；(3)、4~25%的通式III所代表的化合物；(4)、1~25%的通式IV所代表的化合物；(5)、15~55%的通式V所代表的化合物；(6)、0~30%的通式VI所代表的化合物；更優選地，所述液晶組合物包含以下質量百分比的組分：(1)、3~15%的通式I所代表的化合物；(2)、25~55%的通式II所代表的化合物；
(3)、4~20%的通式III所代表的化合物；(4)、3~20%的通式IV所代表的化合物；(5)、20~50%的通式V所代表的化合物；(6)、0~20%的通式VI所代表的化合物；作為上述技術方案的優選，所述液晶組合物包含以下質量百分比的組分：(1)、3~25%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)、4~20%的通式III所代表的化合物；(4)、3~20%的通式IV所代表的化合物；(5)、27~60%的通式V所代表的化合物；(6)、0~20%的通式VI所代表的化合物；優選地，所述液晶組合物包含以下質量百分比的組分：(1)、3~15%的通式I所代表的化合物；(2)、30~55%的通式II所代表的化合物；(3)、4~15%的通式III所代表的化合物；(4)、3~15%的通式IV所代表的化合物；(5)、27~46%的通式V所代表的化合物；(6)、0~10%的通式VI所代表的化合物；作為上述技術方案的優選，所述液晶組合物包含以下質量百分比的組分：(1)、6~30%的通式I所代表的化合物；(2)、30~70%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)、5~30%的通式IV所代表的化合物；(5)、20~58%的通式V所代表的化合物；(6)、0~15%的通式VI所代表的化合物；優選地，所述液晶組合物包含以下質量百分比的組分：(1)、7~18%的通式I所代表的化合物；(2)、30~50%的通式II所代表的化合物；(3)、1~12%的通式III所代表的化合物；(4)、9~25%的通式IV所代表的化合物；(5)、27~46%的通式V所代表的化合物；(6)、0~12%的通式VI所代表的化合物；作為上述技術方案的優選，所述液晶組合物包含以下質量百分比的組分：(1)、1~15%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)、4~20%的通式III所代表的化合物；(4)、3~20%的通式IV所代表的化合物；(5)、15~53%的通式V所代表的化合物；(6)、0~15%的通式VI所代表的化合物；優選地，所述液晶組合物包含以下質量百分比的組分：(1)、1~7%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)、6~15%的通式III所代表的化合物；(4)、5~15%的通式IV所代表的化合物；(5)、27~46%的通式V所代表的化合物；
(6)、0~10%的通式VI所代表的化合物。
本發明提供的液晶組合物通過通式I所代表的化合物提升介電各向異性及降低旋轉粘度；通過通式II所代表的化合物提升介電各向異性和改善互溶性；通過通式III所代表的化合物提升彈性常數和清亮點；通過通式IV所代表的化合物增加光學各向異性和提升介電各向異性；通過添加通式V的化合物降低旋轉粘度；通過添加通式VI的化合物提升清亮點；以此實現快速回應液晶顯示器所需要的液晶組合物。
隨著使用者對液晶顯示器的顯示效果要求越來越高，為了滿足高性能和高品質的顯示效果，液晶面板趨向于使用具有高的阻抗特性的配向層(PI)，而高阻抗的配向層具有更低的離子性，對於改善液晶顯示器的閃爍(Flicker)、離子型殘像非常有效，但是高阻抗的PI吸附離子的能力較強，容易產生RDC(殘餘電壓)，形成DC型殘像問題。本發明研發人員發現，加入本發明所提供的通式IV所代表的三聯苯類單晶，可以減弱RDC效應，對於改善DC型殘像以及對於殘像恢復非常有效。
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。
本發明所述液晶組合物具有低的旋轉粘度、大的彈性常數與大的光學各向異性，進而具有低的旋轉粘度與彈性常數比值，更薄的液晶層厚度，其在液晶顯示器中的使用能明顯改善液晶顯示器的回應速度和對比度，同時含有通式IV所代表的單體，可有效改善DC型殘像，有效地改善顯示效果。
本發明同時提供上述液晶組合物在液晶顯示器中的應用。
具體而言，所述液晶組合物包括通式I所代表的化合物中的至少一種，通式II所代表的化合物中的至少一種，通式III所代表的化合物中的至少一種，通式IV所代表的化合物中的至少一種；
將上述液晶組合物用於液晶顯示器中，可有效改善液晶顯示器的回應速度和對比度，改善DC殘像。
作為上述技術方案的優選，通式I所代表的化合物選自式I-1~式I-36中的一種或多種：
作為上述技術方案的優選，通式II所代表的化合物選自式IIA~式IIF中的一種或多種：
其中，R2、R3各自獨立地代表C1~C7的直鏈烷基、C1~C7的直鏈烷氧基或C2~C7的直鏈烯基；優選地，通式II所代表的化合物選自式IIA1~式IIF48中的一種或多種：
作為上述技術方案的優選，通式III所代表的化合物選自式IIIA~式IIIB中的一種或多種：
其中，R4、R5各自獨立地代表C1~C7的直鏈烷基或C2~C7的直鏈烯基；優選地，通式III所代表的化合物選自式IIIA1~式IIIB45中的一種或多種：
作為上述技術方案的優選，通式IV所代表的化合物選自式IVA~式IVB中的一種或多種：
其中，R6代表C1~C7的直鏈烷基或C2~C7的直鏈烯基；R7代表C1~C7的直鏈烷基或C1~C7的直鏈烷氧基；通式IV所代表的化合物選自式IVA1~式IVB36中的一種或多種：
作為上述技術方案的優選，所述液晶組合物還包括通式V所代表的化合物中的至少一種；
其中，R8、R9各自獨立地代表C1~C12的直鏈烷基、C1~C12的直鏈烷氧基或C2~C12的直鏈烯基；A2、A3各自獨立地代表反式1，4-環己基或1，4-亞苯基；本發明中，上述通式V所代表的化合物為中性兩環結構化合物，該類化合物具有非常低的旋轉粘度，對於降低液晶組合物的旋轉粘度非常有效。
優選地，通式V所代表的化合物選自式VA~式VC中的一種或多種：
其中，R8、R9各自獨立地代表C1~C7的直鏈烷基、C1~C7的直鏈烷氧基或C2~C7的直鏈烯基；更優選地，通式V所代表的化合物選自式VA1~式VC24中的一種或多種：
作為上述技術方案的優選，所述液晶組合物還包括通式VI所代表的化合物中的至少一種；
其中，R10、R11各自獨立地代表C1~C12的直鏈烷基、C1~C12的直鏈烷氧基或C2~C12的直鏈烯基；A4代表反式1，4-環己基或1，4-亞苯基；
優選地，通式VI所代表的化合物選自式VIA~式VIB中的一種或多種：
其中，R10、R11各自獨立地代表C1~C7的直鏈烷基、C1~C7的直鏈烷氧基或C2~C7的直鏈烯基；
更優選地，通式VI所代表的化合物選自式VIA1~式VIB63中的一種或多種：
本發明的液晶組合物中，除了上述的化合物以外，也可以含有通常的抗氧化劑、紫外線吸收劑、光穩定劑或紅外線吸收劑等。
作為上述技術方案的優選，所述液晶組合物包含以下質量百分比的組分：(1)、1~50%的通式I所代表的化合物；(2)、5~70%的通式II所代表的化合物；(3)、1~40%的通式III所代表的化合物；(4)、1~50%的通式IV所代表的化合物；(5)、0~70%的通式V所代表的化合物；(6)、0~50%的通式VI所代表的化合物。
作為上述技術方案的優選，所述液晶組合物包含以下質量百分比的組分：(1)、1~30%的通式I所代表的化合物；(2)、10~70%的通式II所代表的化合物；(3)、3~30%的通式III所代表的化合物；
(4)、1~30%的通式IV所代表的化合物；(5)、10~60%的通式V所代表的化合物；(6)、0~35%的通式VI所代表的化合物；優選地，所述液晶組合物包含以下質量百分比的組分：(1)、3~20%的通式I所代表的化合物；(2)、15~65%的通式II所代表的化合物；(3)、4~25%的通式III所代表的化合物；(4)、1~25%的通式IV所代表的化合物；(5)、15~55%的通式V所代表的化合物；(6)、0~30%的通式VI所代表的化合物；更優選地，所述液晶組合物包含以下質量百分比的組分：(1)、3~15%的通式I所代表的化合物；(2)、25~55%的通式II所代表的化合物；(3)、4~20%的通式III所代表的化合物；(4)、3~20%的通式IV所代表的化合物；(5)、20~50%的通式V所代表的化合物；(6)、0~20%的通式VI所代表的化合物；作為上述技術方案的優選，所述液晶組合物包含以下質量百分比的組分：(1)、3~25%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)、4~20%的通式III所代表的化合物；(4)、3~20%的通式IV所代表的化合物；(5)、27~60%的通式V所代表的化合物；
(6)、0~20%的通式VI所代表的化合物；優選地，所述液晶組合物包含以下質量百分比的組分：(1)、3~15%的通式I所代表的化合物；(2)、30~55%的通式II所代表的化合物；(3)、4~15%的通式III所代表的化合物；(4)、3~15%的通式IV所代表的化合物；(5)、27~46%的通式V所代表的化合物；(6)、0~10%的通式VI所代表的化合物；作為上述技術方案的優選，所述液晶組合物包含以下質量百分比的組分：(1)、6~30%的通式I所代表的化合物；(2)、30~70%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)、5~30%的通式IV所代表的化合物；(5)、20~58%的通式V所代表的化合物；(6)、0~15%的通式VI所代表的化合物；優選地，所述液晶組合物包含以下質量百分比的組分：(1)、7~18%的通式I所代表的化合物；(2)、30~50%的通式II所代表的化合物；(3)、1~12%的通式III所代表的化合物；(4)、9~25%的通式IV所代表的化合物；(5)、27~46%的通式V所代表的化合物；(6)、0~12%的通式VI所代表的化合物；
作為上述技術方案的優選，所述液晶組合物包含以下質量百分比的組分：(1)、1~15%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)、4~20%的通式III所代表的化合物；(4)、3~20%的通式IV所代表的化合物；(5)、15~53%的通式V所代表的化合物；(6)、0~15%的通式VI所代表的化合物；優選地，所述液晶組合物包含以下質量百分比的組分：(1)、1~7%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)、6~15%的通式III所代表的化合物；(4)、5~15%的通式IV所代表的化合物；(5)、27~46%的通式V所代表的化合物；(6)、0~10%的通式VI所代表的化合物。
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℃)。
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。
以如下化合物結構為例：
表示為：A1OSO1B
表示為：3CPW02
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
表10：液晶組合物中各組分的重量百分比及性能參數
實施例10
實施例11
實施例12
實施例13
實施例14
實施例15
實施例16
實施例17
實施例18
實施例19
實施例20
實施例21
實施例22
實施例23
實施例24
實施例25
實施例26
實施例27
實施例28
實施例29
實施例30
實施例31
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34。
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低的旋轉粘度、更大的光學各向異性(△n)和更大的彈性常數，相對於對比例1，實施例1的γ1降低19%左右，△n提升了0.018，d2*γ1/K22降低45%左右，即用於液晶顯示器中可以改善45%左右的回應速度。相對於對比例1，實施例1的Kavg提升了1.3，而本領域公知的Kavg提升可以提升液晶顯示器的對比度，所以本發明提供的液晶組合物具有更高的對比度。
由以上實施例可知，本發明所提供的液晶組合物具有低的旋轉粘度、更大的光學各向異性和更大的彈性常數，用顯示器中可有效改善液晶顯示器的回應速度與對比度。因此，本發明所提供的液晶組合物適用於液晶顯示裝置，能夠明顯改善液晶顯示器的回應速度特性與對比度特性。
準備Host液晶，作為母體，具體配方如表35。
將3PGiWO2和3PWP2分別與HOST液晶以重量比5%：95%製成混合液晶，將3PGiWO2+Host、3PWP2+Host、Host分別灌注到TN模式測試盒中，測試RDC。RDC具體測試方法為：在60℃下，加10V直流電壓保持30min，之後撤去電壓10min後測試殘餘電壓。具體實驗結果如表36所示：
實驗結果表明3PGiWO2和3PWP2用於混合液晶時，具有更低的RDC。根據以上結果，通式IV所代表的三聯苯類單晶，可以減弱RDC效應，對於改善DC型殘像以及對於殘像恢復非常有效。
雖然，上文中已經用一般性說明、具體實施方式及試驗，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 (10)
- 一種含三聯苯的液晶組合物，其中，包括通式I所代表的化合物中的至少一種，通式II所代表的化合物中的至少一種，通式III所代表的化合物中的至少一種，通式IV所代表的化合物中的至少一種；
、
或
；通式II中，R2、R3各自獨立地代表C1~C12的直鏈烷基、C1~C12的直鏈烷氧基或C2~C12的直鏈烯基；a代表0或1；A1代表
、
或
；通式III中，R4、R5各自獨立地代表C1~C12的直鏈烷基、C1~C12的直鏈烷氧基或C2~C12的直鏈烯基；通式IV中，R6、R7各自獨立地代表C1~C12的直鏈烷基、C1~C12的直鏈烷氧基或C2~C12的直鏈烯基；L2、L3、L4各自獨立地代表H或F。
- 如請求項1所述的含三聯苯的液晶組合物，其中，通式I所代表的化合物選自式I-1~式I-36中的一種或多種：
- 如請求項1所述的含三聯苯的液晶組合物，其中，通式II所代表的化合物選自式IIA~式IIF中的一種或多種：
- 如請求項1所述的含三聯苯的液晶組合物，其中，通式III所代表的化合物選自式IIIA~式IIIB中的一種或多種：
- 如請求項1所述的含三聯苯的液晶組合物，其中，通式IV所代表的化合物選自式IVA~式IVB中的一種或多種：
- 如請求項1~5任一項所述的含三聯苯的液晶組合物，其中，所述液晶組合物還包括通式V所代表的化合物中的至少一種；
- 如請求項6所述的含三聯苯的液晶組合物，其中，所述液晶組合物還包括通式VI所代表的化合物中的至少一種；
- 如請求項7所述的含三聯苯的液晶組合物，其中，所述液晶組合物包含以下質量百分比的組分： (1)、1~50%的通式I所代表的化合物；(2)、5~70%的通式II所代表的化合物；(3)、1~40%的通式III所代表的化合物；(4)、1~50%的通式IV所代表的化合物；(5)、0~70%的通式V所代表的化合物；(6)、0~50%的通式VI所代表的化合物。
- 如請求項7所述的含三聯苯的液晶組合物，其中，所述液晶組合物包含以下質量百分比的組分：(1)、1~30%的通式I所代表的化合物；(2)、10~70%的通式II所代表的化合物；(3)、3~30%的通式III所代表的化合物；(4)、1~30%的通式IV所代表的化合物；(5)、10~60%的通式V所代表的化合物；(6)、0~35%的通式VI所代表的化合物。
- 一種液晶組合物在液晶顯示器中的應用，其包含請求項1~9任一項所述液晶組合物。
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