CN104498055B - 一种液晶组合物 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种液晶组合物，其特征在于包含了至少一种选自通式Ⅰ所示的具有正的介电各向异性的化合物和至少一种选自通式Ⅱ所示的具有负的介电各向异性的化合物。本发明所公开的液晶组合物具有正介电、合适的折射率各向异性，低旋转粘度，快速响应，尤其是透过率高和良好的紫外稳定性的特点，适用于制造宽温和超宽温用途的TFT‑LCD。
Description
技术领域
本发明属于液晶材料技术领域，具体涉及一种液晶组合物，以及其在液晶显示器中的应用。
背景技术
显示是把电信号(数据信息)转变为可视光(视觉信息)的过程，完成显示的设备即人机界面(Man-Machine Interface，MMI)。平板显示器(Flat panelDisplay，FPD)是目前最为流行的一类显示设备。液晶显示器(Liquid CrystalDisplay，LCD)是FPD中最早被开发出来，并被商品化的产品。目前，薄膜晶体管液晶显示器(Thin Film Transistor Liquid Crystal Display，TFT-LCD)已经成为LCD应用中的主流产品。
从工作原理讲，LCD这种显示器件是将背光源发出的光，藉由偏光片及液晶盒(液晶分子)等，产生相应于要显示图像的光的明暗(从而使颜色变化)，由此实现人们可辨识的图像显示。也就是说，LCD的亮度决定于透过液晶盒的光的相对量(称其为液晶盒的透射率)、透过彩色滤光片的光的相对量(CF的透射率)以及背光源的亮度等诸多因素。
不同显示模式的引入使得液晶显示器(LCD)的性能有了明显的提高，并且被更加广泛地应用于智能手机，显示器，便携平板电脑，电视等不同方面。这些应用对液晶显示器提出了更高的显示要求，比如高对比度，宽视角，快速响应和高穿透率。其中，在超高分辨率下由于像素尺寸的缩小导致开口率降低，所以高穿透率的显示显得尤为重要。
针对目前的宽视角显示模式IPS面内切换(in-plane switching,IPS),边缘场切换(fringe-field switching，FFS)，这两种模式中，正性液晶和负性液晶在光透过率上的差异，主要体现在像素电极间隔中心的液晶的透过率效率上。因为，在像素电极间隔中心，正性液晶分子转动的弹性力量比负性液晶的要弱。如果正性液晶要获得相同的光利用效率，Δnd值要比负性液晶的大。所以针对以上两种模式，从液晶角度提高穿透率可以在正性液晶中添加负性组分。
而负性液晶化合物由于在合成方法和处理工艺上与正性液晶的区别，通常负性液晶分子在经过UV照射后，电压保持率和电阻率均会有较大幅度的降低，即负性液晶分子相较于正性液晶分子具有较差的紫外稳定性。除此之外，负性液晶分子通常较正性分子具有较大的旋转粘度，不利于响应时间的提高，本发明对以上几点不足进行了综合性的解决。所以需要寻求一种备良好的响应时间、紫外稳定性的且具备较高透过率的液晶组合物，从而提高液晶显示器的亮度。
发明内容
本发明提供了一种液晶组合物，惊喜地发现可以很好的解决上述技术问题，获得高透过率，良好的紫外稳定性和快速响应的液晶。特征在于，所述液晶组合物包含至少一种通式Ⅰ所示的正性化合物，该化合物具有相连接的苯环结构，共轭体系较大，对紫外光有较强的吸收作用，可以提高混晶整体的紫外光信赖性，并且其高清亮点，低旋转粘度的特点，可以有助于混晶整体响应的提高，
以及至少一种通式Ⅱ所示的负性化合物，具有较大的垂直介电，可以提升透过率
其中
R1表示碳原子数为1～5的直链烷基、碳原子数为1～5的烷氧基或碳原子数为2～6的链烯基中的任一基团；
(O)R2表示碳原子数为1～5的直链烷基或氧原子与苯环相接的烷基醚；
X1表示H或者F；
Y1表示F，或碳原子数为1-5的未被取代的，或者被F单取代的，或者被F多取代的烷基、烷氧基或链烯基中的任一基团；
表示其中的一种；
各自独立地表示
n表示0、1。
所述液晶组合物还包含一种或多种通式Ⅲ和/或Ⅳ所示的化合物：
其中
R2、R3、R4各自独立地表示碳原子数为1～5的直链烷基、碳原子数为1～5的烷氧基或碳原子数为2～6的链烯基中的任一基团；
X2、X3各自独立地表示H或者F；
Y2表示F，或碳原子数为1-6的被F单取代的，或者被F多取代的烷基、烷氧基或链烯基中的任一基团；
表示
m表示1或2。
所述至少一种通式Ⅰ所示的正性化合物的含量比例为1-5wt％，所述至少一种通式Ⅱ所示的负性化合物的含量比例为10-15wt％。
所述一种或多种通式Ⅲ和/或Ⅳ所示的化合物的含量比例为48-76wt％。
所述液晶组合物还包含一种或多种通式(Ⅴ)所示的化合物：
其中R5表示碳原子数为1～5的直链烷基、碳原子数为1～5的烷氧基或碳原子数为2～6的链烯基中的任一基团；
X4、X5各自独立地表示H或者F；
Y3表示F，或碳原子数为1-6的被F单取代的，或者被F多取代的烷基、烷氧基或链烯基中的任一基团；
表示
p表示0或1；
q表示1或者2，并且当q＝2时，可以相同或者不同。
所述一种或多种通式Ⅴ所示的化合物的含量比例为10-40wt％。
所述至少一种通式Ⅰ所示的正性化合物为至少一种下列式Ⅰ-a至式Ⅰ-h所示的化合物，
所述至少一种通式Ⅱ所示的负性化合物为至少一种下列式Ⅱ-a至式Ⅱ-e所示的化合物，
R1表示碳原子数为1～5的直链烷基、碳原子数为1～5的烷氧基或碳原子数为2～6的链烯基中的任一基团；
(O)R2表示碳原子数为1～5的直链烷基或氧原子与苯环相接的烷基醚；
所述至少一种通式Ⅲ所示的化合物为下列式Ⅲ-a至式Ⅲ-e所示的化合物，
R2独立地表示碳原子数为1～5的直链烷基、碳原子数为1～5的烷氧基或碳原子数为2～6的链烯基中的任一基团；
所述至少一种通式Ⅳ所示的化合物为下列式Ⅳ-a至式Ⅳ-d所示的化合物，
R4独立地表示碳原子数为1～5的直链烷基、碳原子数为1～5的烷氧基或碳原子数为2～6的链烯基中的任一基团；
所述至少一种通式Ⅴ所示的化合物为下列式Ⅴ-a至式Ⅴ-e所示的化合物，
其中R5表示碳原子数为1～5的直链烷基、碳原子数为1～5的烷氧基或碳原子数为2～6的链烯基中的任一基团。
本发明所提供的液晶组合物，可以额外地包含一种或多种选自UV稳定剂、掺杂剂和/或抗氧化剂作为添加剂。
本发明所涉及的液晶组合物，可以应用于液晶显示器件中。尤其适用于IPS-TFT、FFS-TFT和OCB模式的显示器中。
本发明所提供的液晶组合物，通过在正性液晶中加入一定量(10-15wt％)的通式(Ⅱ)所示负性液晶化合物，即可以增加混合液晶的ε⊥从而提高单纯正性混晶的透过率，同时由于通式(Ⅰ)所示的正性化合物具有高清亮点和低的旋转粘度可以有效的弥补负性化合物引入导致的旋转粘度增大，并且通式(Ⅰ)所示化合物具有较大的共轭体系，有较强的紫外光吸收，可以提升因加入负性化合物而导致的紫外信赖性降低。采用本发明所提供的液晶组合物制备的液晶显示器，具有高对比度，宽视角，良好的紫外稳定性，快速响应和高穿透率等优点。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步详细说明：
本发明的液晶组合物可采用将液晶化合物混合的方法进行生产，如在高温下混合不同组分并彼此溶解的方法制备，本发明的液晶组合物也可按照其他常规的制备方法，如采取加热，超声波，悬浮等方式制备。
本说明书中的百分比为质量百分比，温度为摄氏度(℃)，其他符号的具体意义及测试条件如下：
Cp表示液晶清亮点(℃)，DSC定量法测试；
S-N表示液晶的晶态到向列相的熔点(℃)；
Δn表示光学各向异性，no为寻常光的折射率，ne为非寻常光的折射率，测试条件为25±2℃，589nm，阿贝折射仪测试；
Δε表示介电各向异性，Δε＝ε||-ε⊥，其中，ε||为平行于分子轴的介电常数，ε⊥为垂直于分子轴的介电常数，测试条件为25±0.5℃，20微米平行盒，INSTEC:ALCT-IR1测试；
γ1表示旋转粘度(mPa·s),测试条件为25±0.5℃，20微米平行盒，INSTEC:ALCT-IR1测试；
ρ表示电阻率(Ω·cm)，测试条件为25±2℃，测试仪器为TOYO SR6517高阻仪和LE-21液体电极。UV(5000mJ)ρ(×1013Ω·cm)为将混晶进行紫外光照(波长365nm)5000mJ后，进行电阻率的测试数据；
VHR表示电压保持率(％)，测试条件为20±2℃、电压为±5V、脉冲宽度为10ms、电压保持时间16.7ms。测试设备为TOYO Model6254液晶性能综合测试仪。UV(5000mJ)VHR(％)为将混晶灌入液晶盒中，照射紫外光(波长365nm)5000mJ后，进行VHR测试的数据。
τ表示响应时间(ms)，的测试仪器为DMS-501，测试条件为25±0.5℃，测试盒为3.3微米IPS测试盒，电极间距和电极宽度均为10微米，摩擦方向与电极夹角为10°。
T(％)表示透过率，T(％)＝100％*亮态(Vop)亮度/光源亮度，测试设备DMS501，测试条件为25±0.5℃，测试盒为3.3微米IPS测试盒，电极间距和电极宽度均为10微米，摩擦方向与电极夹角为10°。
对比实施例1
对比实施例1性能参数
对比实施例1中的组合物由正性组分组成，具有快速响应时间，良好的紫外稳定性，但是不足之处为透过率相对较低。
对比实施例2
对比实施例2的性能参数
| S-N(℃) | ≤-40 |
| Cp(℃) | 69 |
| γ1(mPa·s) | 55 |
| Δn | 0.101 |
| Δε | 6.5 |
| τ(ms) | 34.50 |
| 初始ρ(×1013Ω·cm) | 10.9 |
| UV(5000mJ)ρ(×1013Ω·cm) | 4.8 |
| 初始VHR(％) | 99.58 |
| UV(5000mJ)VHR(％) | 99.40 |
| T(％) | 4.9 |
对比实施例2为在对比实施例1的基础上添加了总共11％的Ⅱ-a和Ⅱ-b的负性组分，清亮点有所降低，旋转粘度增大，响应时间变慢，同时具有较差的紫外稳定性，UV后的电阻率和电压保持率有大幅度降低，会严重影响显示品质，但是较对比实施例1中的由正性化合物组成的组合物透过率有明显提升。
实施例1配方组成
实施例1性能参数
由实施例1和对比实施例1的比较可以看出，在实施例1中添加了组分Ⅱ-a和Ⅱ-b的化合物，透过率有所提升，并且相较于对比实施例2，实施例1加入组分Ⅰ-a和Ⅰ-b之后，液晶组合物UV后的电阻率和电压保持率，基本不变，具有良好的紫外稳定性。其它方面的性能，清亮点、折射率、响应时间、低温信赖性等并未有损失，从而获得了快速响应，高透过率，稳定性好的液晶组合物
实施例2配方组成
实施例2性能参数
实施例2的混晶化合物具有高透过率，快速响应，和良好的紫外稳定性，适用于低盒厚的大尺寸IPS-TV等显示应用，有利于实现宽视角，高对比度，优质的动态画面播放等性能。
实施例3配方组成
实施例3性能参数
| S-N(℃) | ≤-40 |
| Cp(℃) | 100 |
| γ1(mPa·s) | 90 |
| Δn | 0.110 |
| Δε | 8.7 |
| τ(ms) | 35.0 |
| 初始ρ(×1013Ω·cm) | 15.5 |
| UV(5000mJ)ρ(×1013Ω·cm) | 15.4 |
| 初始VHR(％) | 99.73 |
| UV(5000mJ)VHR(％) | 99.72 |
| T(％) | 5.4 |
实施例3的混晶化合物具有很宽的温度使用范围，高透过率，快速响应，同时具有很好的紫外稳定性，结合IPS显示模式的宽视角优势，适用于车载等显示应用。
实施例4配方组成
实施例4性能参数
实施例4的混晶化合物具有合适的折射率和清亮点，高透过率，快速响应，结合IPS显示模式的宽视角优势，适用于中小尺寸的Pad和手机等显示应用。
实施例5配方组成
实施例5性能参数
实施例5的混晶化合物具有合适的折射率和清亮点，高透过率，良好的紫外信赖性，结合IPS显示模式的宽视角优势，适用于户外手持终端显示应用。
由实施例1～5可知，本发明的包含了正性和负性化合物的液晶组合物可以获得高透过率，快速响应时间和良好紫外的稳定性，可应用于IPS-TFT、FFS-TFT和OCB模式的显示器。
本发明虽然仅仅列举了上述5个实施例的具体物质和配比质量百分比，并对组成的液晶组合物的性能进行了测试，但是本发明的液晶组合物可以在上述实施例的基础上，利用本发明所涉及的通式Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ所代表的化合物、以及通式Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ的优选的化合物进行进一步拓展和修改，均能达到本发明的目的。
Claims (10)
1.一种液晶组合物，其特征在于，所述液晶组合物包含至少一种通式Ⅰ所示的正性化合物
以及至少一种通式Ⅱ所示的负性化合物
其中
R1表示碳原子数为1～5的直链烷基、碳原子数为1～5的烷氧基或碳原子数为2～6的链烯基中的任一基团；
(O)R2表示碳原子数为1～5的直链烷基或氧原子与苯环相接的碳原子数为1～5的烷基醚；
X1表示H或者F；
Y1表示F，或碳原子数为1-5的未被取代的、或者被F单取代的、或者被F多取代的烷基，或碳原子数为1-5的未被取代的、或者被F单取代的烷氧基，或碳原子数为2-5的未被取代的、或者被F单取代的、或者被F多取代的链烯基中的任一基团；
表示其中的一种；
各自独立地表示
n表示0、1。
2.根据权利要求1所述的液晶组合物，其特征在于，所述液晶组合物还包含一种或多种通式Ⅲ和/或Ⅳ所示的化合物：
其中
R2、R3、R4各自独立地表示碳原子数为1～5的直链烷基、碳原子数为1～5的烷氧基或碳原子数为2～6的链烯基中的任一基团；
X2、X3各自独立地表示H或者F；
Y2表示F，或碳原子数为1-6的被F单取代的、或者被F多取代的烷基、烷氧基，或碳原子数为2-6的被F单取代的，或者被F多取代的链烯基中的任一基团；
表示
m表示1或2。
3.根据权利要求1所述的液晶组合物，其特征在于，所述至少一种通式Ⅰ所示的正性化合物的含量比例为1-5wt％，所述至少一种通式Ⅱ所示的负性化合物的含量比例为10-15wt％。
4.根据权利要求2所述的液晶组合物，其特征在于，所述一种或多种通式Ⅲ和/或Ⅳ所示的化合物的含量比例为48-76wt％。
5.根据权利要求2所述的液晶组合物，其特征在于，所述液晶组合物还包含一种或多种通式(Ⅴ)所示的化合物:
其中R5表示碳原子数为1～5的直链烷基、碳原子数为1～5的烷氧基或碳原子数为2～6的链烯基中的任一基团；
X4、X5各自独立地表示H或者F；
Y3表示F，或碳原子数为1-6的被F单取代的，或者被F多取代的烷基、烷氧基或链烯基中的任一基团；
表示
p表示0或1；
q表示1或者2，并且当q＝2时，可以相同或者不同。
6.根据权利要求5所述的液晶组合物，其特征在于，所述一种或多种通式Ⅴ所示的化合物的含量比例为10-40wt％。
7.根据权利要求5或6中任一所述的液晶组合物，其特征在于，所述至少一种通式Ⅰ所示的正性化合物为至少一种下列式Ⅰ-a至式Ⅰ-h所示的化合物，
所述至少一种通式Ⅱ所示的负性化合物为至少一种下列式Ⅱ-a至式Ⅱ-e所示的化合物，
R1表示碳原子数为1～5的直链烷基、碳原子数为1～5的烷氧基或碳原子数为2～6的链烯基中的任一基团；
(O)R2表示碳原子数为1～5的直链烷基或氧原子与苯环相接的烷基醚；
所述至少一种通式Ⅲ所示的化合物为下列式Ⅲ-a至式Ⅲ-e所示的化合物，
R2独立地表示碳原子数为1～5的直链烷基、碳原子数为1～5的烷氧基或碳原子数为2～6的链烯基中的任一基团；
所述至少一种通式Ⅳ所示的化合物为下列式Ⅳ-a至式Ⅳ-d所示的化合物，
R4独立地表示碳原子数为1～5的直链烷基、碳原子数为1～5的烷氧基或碳原子数为2～6的链烯基中的任一基团；
所述至少一种通式Ⅴ所示的化合物为下列式Ⅴ-a至式Ⅴ-e所示的化合物，
其中R5表示碳原子数为1～5的直链烷基、碳原子数为1～5的烷氧基或碳原子数为2～6的链烯基中的任一基团。
8.根据权利要求1-6中任一所述的液晶组合物，特征在于，所述液晶组合物还包含一种或多种选自UV稳定剂和/或抗氧化剂作为添加剂。
9.权利要求1-8中任一所述的液晶组合物在液晶显示器件中的应用。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，用于IPS-TFT、FFS-TFT和OCB模式显示器中。
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