CN105602577B - 正介电各向异性液晶组合物及其液晶显示元件或液晶显示器 - Google Patents

正介电各向异性液晶组合物及其液晶显示元件或液晶显示器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种正介电各向异性液晶组合物及使用该液晶组合物的显示元件或显示器，液晶组合物中含有一种或多种通式Ⅰ、通式Ⅱ、通式Ⅲ化合物，

Description

正介电各向异性液晶组合物及其液晶显示元件或液晶显示器
技术领域
本发明属于液晶化合物，具体涉及一种正介电各向异性液晶组合物，以及应用该液晶组合物的液晶显示元件或液晶显示器。
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 Panel Display，FPD)是目前最为流行的一类显示设备。液晶显示器(Liquid Crystal Display，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 LiquidCrystal，TFT-LCD)已经成为LCD应用中的主流产品。
TFT-LCD的发展经历了漫长的基础研究阶段，在实现大生产，商业化之后，TFT-LCD产品以其轻薄、环保、高性能等优点，其尺寸越做越大，应用越来越广。无论是小尺寸的手机屏、还是大尺寸的笔记本电脑(Notebook PC)或监视器(Monitor)，以及大型化的液晶电视(LCDTV)，到处可见TFT-LCD的应用。早期商用的TFT-LCD产品基本采用了扭曲向列(TwistedNematic，TN)型显示模式，其最大问题是视角不够大。
LCD的视角问题是由液晶的工作原理本身决定的。液晶分子式棒状的，不同的分子排列方式对应着不同的光学各项异性。入射光和液晶分子夹角越小，双折射率就越小；反之双折射率就越大。偏离显示屏法线方向以不同的角度入射到液晶盒的光线与液晶分子指向矢的夹角不同，因此造成不同视角下，有效光程差Δnd不同。而液晶盒的最佳光程差是按垂直于盒的法线方向设计的，对于斜入射的光线，最小透射率随夹角的增大而增大，对比度就会下降。当夹角足够大时，甚至会出现对比度反转的现象。
目前，已经提出了很多种解决视角问题的方法如：光学不常玩去(OCB)、共面转换模式(IPS)、边缘场开关模式(FFS)和多畴垂面排列模式(MVA)等。
它们都有各自的优缺点，MVA模式具有高对比度和快速响应的特点，但是它需要一个双轴补偿膜和两个椭圆偏振片，因此成本较高。OCB模式很难用交流电压来保持稳定控制，对R、G、B三种单色光的透过率不一样，另外在无场的情况下，液晶盒内的分子是按平行于基板的方向排列的，为了实现弯曲排列，需在盒上加几秒电压进行预置，然后可以在较低的电压下维持这种排列方式，这对使用带来不便，IPS模式仅仅需要线偏振片而不需要补偿膜，只是它的响应速度太慢，不能显示快速运动的画面。由于IPS模式和FFS模式制作简单并且有很宽的视角，它们成了能够改善视角特性并实现大面积显示的最有吸引力的办法。
IPS模式可以使用正性液晶或负性液晶，因为透光率饱和电压随Δε的绝对值的增大而减小，所以正性液晶的透光率饱和电压要比负性液晶的低，并且响应速度更快，但是负性液晶要比正性液晶的透光率要好些，主要是由于正负液晶在电场下的转动不同所致。
液晶组合物将一种或多种负性液晶单体掺杂在正介电各项异性的IPS液晶中，令人惊奇的发现，通过此种掺杂模式，能够在维持Δε不变的情况下，增大液晶的ε∥和ε⊥，其中Δε＝ε∥-ε⊥，Δε为介电各向异性，ε∥为平行于分子轴方向上的介电常数，ε⊥为垂直于分子轴方向上的介电常数，Δε＞0的液晶为正性液晶，Δε＜0的液晶为负性液晶。
根据IPS模式的透过率公式，transmittance(透过率)∝Δε/ε⊥。(∝表示反比例关系)。通过将上述负性液晶单体掺杂正介电各向异性的IPS液晶中，可以使得到的液晶组合物在保持正性IPS液晶的快速响应低驱动电压、较高的清亮点、较低的旋转粘度、合适的光学各向异性以及合适的介电各项异性等优点的同时，还极大地提高液晶显示的透过率。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供了一种正介电各向异性液晶组合物，以及使用该液晶组合物的液晶显示元件或液晶显示器。得到的液晶组合物在保持正性液晶的快速响应、低驱动电压、较高的清亮点、较低的旋转粘度、合适的光学各向异性以及合适的介电各项异性等优点的同时，还极大地提高液晶显示的透过率。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
正介电各向异性液晶组合物，其特征在于：所述液晶组合物包含一种或多种通式Ⅰ所示化合物组成的第一组份、包含一种或多种通式Ⅱ所示化合物组成的第二组份、包含一种或多种通式Ⅲ所示化合物组成的第三组份，
其中，
R1、R11、R2分别选自碳原子数为1～5的直链烷基的其中一种，其中任一不连续的-CH2-可被-O-取代，
R3、R4分别选自碳原子数为2～6的直链烯基的其中一种，
L1、L2分别选自H或F，且其中至少一个表示F。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述液晶组合物中，第一组份的质量百分含量为1～45％，第二组份的质量百分含量为10～55％，第三组份的质量百分含量为1～45％。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述通式Ⅰ所示化合物具体为式Ⅰ1～Ⅰ5所示的化合物，
所述通式Ⅱ所示化合物具体为式Ⅱ1～Ⅱ2所示的化合物，
所述通式Ⅲ所示化合物具体为式Ⅲ1～Ⅲ2所示的化合物，
其中，
R11选自碳原子数为1～5的直链烷基的其中一种，其中任一不连续的-CH2-可被-O-取代，
R2选自碳原子数为1～5的直链烷基的其中一种，其中任一不连续的-CH2-可被-O-取代，
R4选自碳原子数为2～6的直链烯基的其中一种。
优选地，所述通式Ⅰ所示的化合物具体为式Ⅰ1-1～Ⅰ5-5所示的化合物，
所述通式Ⅱ所示的化合物具体为式Ⅱ1-1～Ⅱ2-5所示的化合物，
所述通式Ⅲ所示的化合物具体为式Ⅲ1-1～Ⅲ2-2所示的化合物，
本发明技术方案的进一步改进在于：所述液晶组合物还包含通式Ⅳ所示化合物组成的第四组份，所述液晶组合物中第四组份的质量百分含量为0～15％，
其中，
R5选自碳原子数为1～5的直链烷基、碳原子数为2～5的直链烯基的其中一种，
R6选自碳原子数为1～5的直链烷基的其中一种。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述通式Ⅳ所示化合物具体为式Ⅳ1～Ⅳ8所示的化合物，
其中，
R51选自碳原子数为1～5的直链烷基的其中一种，
R6选自碳原子数为1～5的直链烷基的其中一种。
优选地，所述通式Ⅳ所示的化合物具体为式Ⅳ1-1～Ⅳ8-5所示的化合物，
所述液晶组合物还包含通式Ⅴ所示化合物组成的第五组份，所述液晶组合物中，第五组份的质量百分含量为0～10％，
其中，
R7选自碳原子数为1～5的直链烷基、碳原子数为2～5的直链烯基的其中一种，
R8选自碳原子数为1～5的直链烷基的其中一种。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述通式Ⅴ所示的化合物具体为式Ⅴ1～Ⅴ5所示的化合物，
其中，
R71选自碳原子数为1～5的直链烷基的其中一种，
R8选自碳原子数为1～5的直链烷基的其中一种。
优选地，所述通式Ⅴ所示的化合物具体为式Ⅴ1-1～Ⅴ5-2所示的化合物，
本发明技术方案的进一步改进在于：所述液晶组合物还包含通式Ⅵ所示化合物组成的第六组份，所述液晶组合物中第六组份的质量百分含量为0～45％。
其中，
R9选自碳原子数为1～5的直链烷基的其中一种，且R9中的一个CH2可以被环戊基、环丁基、环丙基替代；
各自独立地表示： 的其中一种；
a表示1，2。
优选地，所述通式Ⅵ所示的化合物具体为式Ⅵ1～Ⅵ3所示的化合物，
R9选自碳原子数为1～5的直链烷基的其中一种，且R9中的一个CH2可以被环戊基、环丁基、环丙基替代。
进一步优选地，所述通式Ⅵ所示的化合物具体为式Ⅵ1-1～Ⅵ3-5所示的化合物，
本发明技术方案的进一步改进在于：所述液晶组合物中，第一组份的质量百分含量为5～10％，第二组份的质量百分含量为30～50％，第三组份的质量百分含量为5～15％，第四组份的质量百分含量为5～15％，第五组份的质量百分含量为5～10％，第六组份的质量百分含量为20～40％。
本发明还公开了含有上述的正介电各向异性液晶组合物的液晶显示元件或液晶显示器，所述液晶显示元件或液晶显示器为有源矩阵显示元件或显示器、无源矩阵显示元件或显示器。
本发明公开的液晶组合物，具有正性IPS液晶的快速响应、低驱动电压、较高的清亮点、较低的旋转粘度、合适的光学各向异性以及合适的介电各项异性等优点，还极大地提高液晶显示的透过率。
本发明公开的液晶组合物，各成分的不同比例，会表现出略有差异的性能，比如介电各向异性Δε、光学各向异性Δn、液晶的向列相转化为液体的转变温度点CP、低温下稳定性都会有所差异，可以应用于不同类型的显示器件，但是相同的特点是其旋转粘度γ1较低。应用于液晶显示器件，可以实现快速响应。
本发明所提供的液晶介质，另外还可以包含组分浓度在0.01％-0.5％之间以下一种或几种添加剂：UV稳定剂、抗氧化剂、手征向掺杂剂、聚合起始剂。
本发明的液晶组合物特别适合用于液晶显示器，尤其是有源矩阵寻址的显示器和TN、IPS、FFS类型的液晶显示器。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步阐述，但本发明并不限于以下实施例。所述方法如无特别说明均为常规方法。所述原料如无特别说明均能从公开商业途径而得。所述百分比如无特别说明，均为质量百分比。
下述实施例中，CP表示清亮点，直接使用WRX-1S显微热分析仪测定，设定升温速率为3℃/min。Δn表示光学各向异性(589nm，20℃)，Δε表示介电各向异性(25℃，1KHz，HP4284A，5.2微米TN左旋盒)，γ1表示20℃时旋转粘度(mpas)，VHR(％)代表电荷保持率(5V,60Hz,20℃)，ρ(×1013Ω·cm)代表电阻率(20℃)，电压保持率VHR(％)的测试仪与电阻率ρ(×1013Ω·cm)均为TOYO06254和TOYO6517型液晶物性评价***(测试温度20℃，时间16ms，测试盒为7.0微米)。
本发明实施例中的液晶单体结构用代码表示，液晶环结构、端基、连接基团的代码表示方法见下表(一)、表(二)。
表(一)：环结构的对应代码
表(二)：端基与链接基团的对应代码
端基与链接基团 对应代码
CnH2n+1- n
CnH2n+1O- nO
-OCF3 OCF3
-CF2O- Q
-F F
-CH2＝CH2- V
例如：表示为3CCV1，
表示为3BB(3F)B(3F,5F)QB(3F,5F)F。
对比例
实施例1
实施例2
实施例3
实施例4
由以上对照例与实施例1、实施例2、实施例3、实施例4可以看出：本发明的液晶组合物明显提高了液晶的透过率，同时具有较高的清亮点、较低的旋转粘度γ1、合适的光学各项异性以及合适的介电各项异性。尤其适合于快速响应的，高透过率的TN、FFS、IPS模式用液晶材料。

Claims (5)

1.正介电各向异性液晶组合物，其特征在于：所述液晶组合物包含一种或多种通式Ⅰ所示化合物组成的第一组份、包含一种或多种通式Ⅱ所示化合物组成的第二组份、包含一种或多种通式Ⅲ所示化合物组成的第三组份，第一组份的质量百分含量为5～10％，第二组份的质量百分含量为30～50％，第三组份的质量百分含量为5～15％，所述液晶组合物还包含通式Ⅳ所示化合物组成的第四组份，所述液晶组合物中第四组份的质量百分含量为5～15％，所述液晶组合物还包含通式Ⅴ所示化合物组成的第五组份，所述液晶组合物中第五组份的质量百分含量为5～10％，所述液晶组合物还包含通式Ⅵ所示化合物组成的第六组份，所述液晶组合物中第六组份的质量百分含量为20～40％，
其中，
R1、R11、R2分别选自碳原子数为1～5的直链烷基的其中一种，其中任一不连续的-CH2-可被-O-取代，
R3、R4分别选自碳原子数为2～6的直链烯基的其中一种，
R5选自碳原子数为1～5的直链烷基、碳原子数为2～5的直链烯基的其中一种，
R6选自碳原子数为1～5的直链烷基的其中一种，
R7选自碳原子数为1～5的直链烷基、碳原子数为2～5的直链烯基的其中一种，
R8选自碳原子数为1～5的直链烷基的其中一种，
R9选自环戊基；
各自独立地表示： 的其中一种；
a表示1，2，
L1、L2分别选自H或F，且其中至少一个表示F。
2.根据权利要求1所述的正介电各向异性液晶组合物，其特征在于：所述通式Ⅰ所示化合物具体为式Ⅰ1～Ⅰ5所示的化合物，
所述通式Ⅱ所示化合物具体为式Ⅱ1～Ⅱ2所示的化合物，
所述通式Ⅲ所示化合物具体为式Ⅲ1～Ⅲ2所示的化合物，
其中，
R11选自碳原子数为1～5的直链烷基的其中一种，其中任一不连续的-CH2-可被-O-取代，
R2选自碳原子数为1～5的直链烷基的其中一种，其中任一不连续的-CH2-可被-O-取代，
R4选自碳原子数为2～6的直链烯基的其中一种。
3.根据权利要求1所述的正介电各向异性液晶组合物，其特征在于：所述通式Ⅳ所示化合物具体为式Ⅳ1～Ⅳ8所示的化合物，
其中，
R51选自碳原子数为1～5的直链烷基的其中一种，
R6选自碳原子数为1～5的直链烷基的其中一种。
4.根据权利要求1所述的正介电各向异性液晶组合物，其特征在于：所述通式Ⅴ所示的化合物具体为式Ⅴ1～Ⅴ5所示的化合物，
其中，
R71选自碳原子数为1～5的直链烷基的其中一种，
R8选自碳原子数为1～5的直链烷基的其中一种。
5.包含权利要求1～4中任一项所述的正介电各向异性液晶组合物的液晶显示元件或液晶显示器，其特征在于：所述液晶显示元件或液晶显示器为有源矩阵显示元件或显示器、无源矩阵显示元件或显示器。
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