CN108219802B - 一种液晶组合物及其应用 - Google Patents

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CN108219802B CN201611150871.7A CN201611150871A CN108219802B CN 108219802 B CN108219802 B CN 108219802B CN 201611150871 A CN201611150871 A CN 201611150871A CN 108219802 B CN108219802 B CN 108219802B
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Abstract

本发明公开了一种液晶组合物，它包含至少一种通式Ⅰ的化合物以及至少一种通式Ⅱ的化合物。本发明还公开了包括本发明的液晶组合物的液晶显示器件。本发明提供的液晶组合物具有大的垂直介电比介电，低的旋转粘度，合适的向列相温度范围、光学各向异性及弹性常数K11和K33，特别适用于IPS液晶显示器中，可以提高显示器的穿透率，减少响应时间，增加对比度。

Description

一种液晶组合物及其应用
技术领域
本发明属于液晶材料领域，具体涉及到一种可以满足大的垂直介电比介电，且具有高的穿透率并响应迅速的液晶组合物，以及所述液晶组合物在液晶显示元件中的应用。
背景技术
液晶显示器(Liquid Crystal Display，LCD)因其体积小、重量轻、功耗低且显示质量优异而获得了飞速发展，特别在便携式电子信息产品中获得广泛的应用。随着用于便携式计算机、办公应用、视频应用的液晶屏幕尺寸的增加，为了使液晶显示器能够用于大屏幕显示并最终替代了阴极射线管的显示器(Cathode Ray Tube，CRT)。
根据显示模式的类型分为PC(phase change，相变)、TN(twist nematic，扭曲向列)、STN(super twisted nematic，超扭曲向列)、ECB(electrically controlledbirefringence，电控双折射)、OCB(optically compensated bend，光学补偿弯曲)、IPS(in-plane switching，共面转变)、VA(vertical alignment，垂直配向)等类型。
工作在TN、STN模式的元件使用正介电各向异性液晶，而工作在VA模式的元件使用负介电各向异性液晶，IPS模式既可使用正介电各向异性液晶，也可使用负介电各向异性液晶，因为透光率饱和电压随△ε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。IPS显示模式具有良好的视角特性和改善的响应时间，被越来越多的用于多媒体应用(例如手机、平板电脑)，乃至用于TV及桌面监视器。
液晶的介电性质用介电常数ε来表示。与液晶指向矢平行的电场介电常数用ε||表示，与液晶指向矢垂直的电场介电常数用ε⊥表示，介电各向异性常数Δε＝ε||-ε⊥。若液晶分子极性基永久偶极矩的方向与分子长轴方向一致，液晶分子长轴方向的电子偏移度最大，这样，与分子长轴平行的方向上具有大的偶极矩，介电各向异性为正，Δε＞0，这样的液晶叫做正性液晶。若液晶分子极性基永久偶极矩的方向与分子长轴方向垂直，液晶分子短轴方向的电子偏移度最大，这样，与分子长轴垂直的方向上具有小的偶极矩，介电各向异性为负，Δε＜0，这样的液晶叫做负性液晶。根据IPS模式的透过率公式transmittance(透过率)∝|Δε|/ε⊥(“∝”表示“反比例”关系。)
三星电子在2008年2月20日申请的专利CN101270287A曾经公开过一种正负性液晶混配的方案，但是只是提到在负性液晶中加入正性组分，液晶整体仍然为负性。智索株式会社在2000年11月21日申请专利JP2002156619A中也曾经公开过一种正负液晶混配的实验方案，以上两个方案均没有详细提到正性液晶中掺杂少量负性液晶单体对IPS液晶显示的透过率的提升效果。
发明内容
发明目的：针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于通过将一种或多种负性液晶单体掺杂在正介电各向异性的IPS液晶中，在维持Δε不变的情况下，增大液晶的ε⊥，从而提供一种具有高的穿透率并响应迅速的液晶组合物，以及包含所述液晶组合物的液晶显示元件。
本发明的技术方案：
本发明的一个方面提供一种液晶组合物，包含：
至少一种通式Ⅰ的化合物
Figure BDA0001179715550000021
以及
至少一种通式Ⅱ的化合物
Figure BDA0001179715550000022
其中，
R1和R3各自独立的表示H、1-12个碳原子的烷基或烷氧基、2-12个碳原子的烯基或烯氧基，其中所述烷基或烷氧基和所述烯基或烯氧基中的一个或多个H可以被F取代；
R2独立的表示1-12个碳原子的烷基；
R4表示三氟甲基或三氟甲氧基；
L1和L2各自独立的表示H或F；
n表示1或2。
进一步的，所述液晶组合物还包含至少一种通式Ⅲ的化合物：
Figure BDA0001179715550000023
其中，
环
Figure BDA0001179715550000024
各自独立的表示
Figure BDA0001179715550000025
R5和R6各自独立的表示H、1-12个碳原子的烷基或烷氧基、2-12个碳原子的烯基或烯氧基；
m表示1或2，且当m为2时，两个环
Figure BDA0001179715550000031
可以不同。
更进一步的，所述液晶组合物还包含至少一种通式Ⅳ的化合物
Figure BDA0001179715550000032
和/或
至少一种通式Ⅴ的化合物
Figure BDA0001179715550000033
其中，
环
Figure BDA0001179715550000034
各自独立的表示
Figure BDA0001179715550000035
Figure BDA0001179715550000036
R7、R9和R10各自独立的表示H、1-12个碳原子的烷基或烷氧基、2-12个碳原子的烯基或烯氧基；
R8表示H、F、1-6个碳原子的烷基或烷氧基、2-6个碳原子的烯基或烯氧基，其中所述1-6个碳原子的烷基或烷氧基、2-6个碳原子的烯基或烯氧基中一个或多个H可以被F取代；
L3和L4各自独立的示为H或F。
在本发明的一些实施方式中，所述通式Ⅰ的化合物选自由如下化合物组成的组：
Figure BDA0001179715550000037
其中，
R11表示H、1-6个碳原子的烷基或烷氧基、2-6个碳原子的烯基或烯氧基；
R21表示1-6个碳原子的烷基。
作为进一步优选方案，在本发明的一些实施方式中，通式Ⅰ-1的化合物选自由以下化合物组成的组：
Figure BDA0001179715550000041
通式Ⅰ-2的化合物选自由以下化合物组成的组：
Figure BDA0001179715550000042
Figure BDA0001179715550000051
在本发明的一些实施方式中，所述通式Ⅱ的化合物选自由如下化合物组成的组：
Figure BDA0001179715550000052
其中，R31表示H、1-6个碳原子的烷基或烷氧基、2-6个碳原子的烯基或烯氧基。
作为进一步优选方案，在本发明的一些实施方式中，通式Ⅱ-1的化合物选自以下由化合物组成的组：
Figure BDA0001179715550000053
通式Ⅱ-2的化合物选自由以下化合物组成的组：
Figure BDA0001179715550000054
Figure BDA0001179715550000061
在本发明的一些实施方式中，所述通式Ⅲ的化合物选自由如下化合物组成的组：
Figure BDA0001179715550000062
其中，R51及R61表示H、1-6个碳原子的烷基或烷氧基、2-6个碳原子的烯基或烯氧基。
作为进一步优选方案，在本发明的一些实施方式中，通式Ⅲ-1的化合物选自由以下化合物组成的组：
Figure BDA0001179715550000063
Figure BDA0001179715550000071
通式Ⅲ-2的化合物选自由以下化合物组成的组：
Figure BDA0001179715550000072
通式Ⅲ-3的化合物选自由以下化合物组成的组：
Figure BDA0001179715550000073
Figure BDA0001179715550000081
通式Ⅲ-4的化合物选自由以下化合物组成的组：
Figure BDA0001179715550000082
通式Ⅲ-5的化合物选自由以下化合物组成的组：
Figure BDA0001179715550000083
Figure BDA0001179715550000091
通式Ⅲ-6的化合物选自由以下化合物组成的组：
Figure BDA0001179715550000092
在本发明的一些实施方式中，所述的通式Ⅳ的化合物选自由如下化合物组成的组：
Figure BDA0001179715550000093
Figure BDA0001179715550000101
所述的通式Ⅴ的化合物选自由如下化合物组成的组：
Figure BDA0001179715550000102
其中，R71、R91及R101表示H、1-6个碳原子的烷基或烷氧基、2-6个碳原子的烯基或烯氧基。
作为进一步优选方案，在本发明的一些实施方式中，通式Ⅳ-1的化合物选自由以下化合物组成的组：
Figure BDA0001179715550000103
通式Ⅳ-2的化合物选自由以下化合物组成的组：
Figure BDA0001179715550000104
通式Ⅳ-3的化合物选自由以下化合物组成的组：
Figure BDA0001179715550000105
Figure BDA0001179715550000111
通式Ⅳ-4的化合物选自由以下化合物组成的组：
Figure BDA0001179715550000112
通式Ⅳ-5的化合物选自由以下化合物组成的组：
Figure BDA0001179715550000113
通式Ⅳ-6的化合物选自由以下化合物组成的组：
Figure BDA0001179715550000114
通式Ⅳ-7的化合物选自由以下化合物组成的组：
Figure BDA0001179715550000115
通式Ⅳ-8的化合物选自由以下化合物组成的组：
Figure BDA0001179715550000121
通式Ⅳ-9的化合物选自由以下化合物组成的组：
Figure BDA0001179715550000122
通式Ⅳ-10的化合物选自由以下化合物组成的组：
Figure BDA0001179715550000123
通式Ⅳ-11的化合物选自由以下化合物组成的组：
Figure BDA0001179715550000124
Figure BDA0001179715550000131
通式Ⅳ-12的化合物选自由以下化合物组成的组：
Figure BDA0001179715550000132
通式Ⅳ-13的化合物选自由以下化合物组成的组：
Figure BDA0001179715550000133
通式Ⅳ-14的化合物选自由以下化合物组成的组：
Figure BDA0001179715550000134
Figure BDA0001179715550000141
作为进一步优选方案，在本发明的一些实施方式中，通式Ⅴ的化合物选自由以下化合物组成的组：
Figure BDA0001179715550000142
Figure BDA0001179715550000151
进一步的，所述通式Ⅰ的化合物占所述液晶组合物总重量的1-20％，所述通式Ⅱ的化合物占所述液晶组合物总重量的1-30％，所述通式Ⅲ占所述液晶组合物总重量的40-80％，所述通式Ⅳ占所述液晶组合物总重量的0-20％，所述通式Ⅴ占所述液晶组合物总重量的0-20％。
更进一步的，所述通式Ⅰ的化合物占所述液晶组合物总重量的1-15％，所述通式Ⅱ的化合物占所述液晶组合物总重量的5-25％，所述通式Ⅲ占所述液晶组合物总重量的45-75％，所述通式Ⅳ占所述液晶组合物总重量的0-20％，所述通式Ⅴ占所述液晶组合物总重量的0-20％。
本发明的另一个方面提供一种包含本发明液晶组合物的液晶显示器件。
有益效果：
本发明提供的液晶组合物具有大的垂直介电比介电，低的旋转粘度，合适的向列相温度范围、光学各向异性及弹性常数K11和K33，特别适用于IPS液晶显示器中，可以提高显示器的穿透率，减少响应时间，增加对比度。
在本发明的一些实施方式中，本发明的液晶组合物的清亮点Cp在75-90℃之间；粘度γ1在40-75mpa.s(20℃)之间；光学各向异性Δn在0.09-0.110(25℃)之间；介电各向异性绝对值|Δε|在2.0-7.0之间，其中ε⊥/Δε在0.5-1.5之间。
具体实施方式
以下将结合具体实施方案来说明本发明。需要说明的是，下面的实施例为本发明的示例，仅用来说明本发明，而不用来限制本发明。在不偏离本发明主旨或范围的情况下，可进行本发明构思内的其他组合和各种改良。
为便于表达，以下各实施例中，液晶组合物的基团结构用表1所列的代码表示：
表1液晶化合物的基团结构代码
Figure BDA0001179715550000161
以如下结构式的化合物为例：
Figure BDA0001179715550000162
该结构式如用表1所列代码表示，则可表达为：nCCGF，代码中的n表示左端烷基的C原子数，例如n为“3”，即表示该烷基为-C3H7；代码中的C代表环己烷基，G代表2-氟-1,4-亚苯基，F代表氟。
以下实施例中测试项目的简写代号如下：
Cp(℃) 清亮点(向列-各向同性相转变温度)
Δn 折射率各向异性(589nm，20℃)
Δε 介电各向异性(1KHz，25℃)
ε⊥ 垂直介电各向异性(1KHz，25℃)
ε⊥/|Δε| 垂直介电与介电的比值
γ1 旋转粘度(mPa*s，在20℃下)
K11 展曲弹性常数
K33 弯曲弹性常数
其中，
折射率各向异性使用阿贝折光仪在钠光灯(589nm)光源下、25℃测试得；
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：25℃、1KHz、测试盒为TN90型，盒厚7μm。
γ1使用TOYO6254型液晶物性评价***测试得到；测试温度为25℃，测试电压为90V。
K11、K33是使用LCR仪和反平行摩擦盒，测试液晶的C-V曲线计算所得，测试条件：7μm反平行摩擦盒，V＝0.1～20V。
在以下的实施例中所采用的各成分，均可以通过公知的方法进行合成，或者通过商业途径获得。这些合成技术是常规的，所得到各液晶化合物经测试符合电子类化合物标准。
按照以下实施例规定的各液晶组合物的配比，制备液晶组合物。所述液晶组合物的制备是按照本领域的常规方法进行的，如采取加热、超声波、悬浮等方式按照规定比例混合制得。
制备并研究下列实施例中给出的液晶组合物。下面显示了各液晶组合物的组成和其性能参数测试结果。
对比例1
按表2中所列的各化合物及重量百分数配制成对比例1的液晶组合物，其填充于液晶显示器两基板之间进行性能测试，测试数据如下表所示：
表2液晶组合物配方及其测试性能
Figure BDA0001179715550000171
实施例1
按表3中所列的各化合物及重量百分数配制成实施例1的液晶组合物，其填充于液晶显示器两基板之间进行性能测试，测试数据如下表所示：
表3液晶组合物配方及其测试性能
Figure BDA0001179715550000181
实施例2
按表4中所列的各化合物及重量百分数配制成实施例2的液晶组合物，其填充于液晶显示器两基板之间进行性能测试，测试数据如下表所示：
表4液晶组合物配方及其测试性能
Figure BDA0001179715550000182
实施例3
按表5中所列的各化合物及重量百分数配制成实施例3的液晶组合物，其填充于液晶显示器两基板之间进行性能测试，测试数据如下表所示：
表5液晶组合物配方及其测试性能
Figure BDA0001179715550000191
对比例2
按表6中所列的各化合物及重量百分数配制成对比例2的液晶组合物，其填充于液晶显示器两基板之间进行性能测试，测试数据如下表所示：
表6液晶组合物配方及其测试性能
Figure BDA0001179715550000192
实施例4
按表7中所列的各化合物及重量百分数配制成实施例4的液晶组合物，其填充于液晶显示器两基板之间进行性能测试，测试数据如下表所示：
表7液晶组合物配方及其测试性能
Figure BDA0001179715550000201
对比例3
按表8中所列的各化合物及重量百分数配制成对比例3的液晶组合物，其填充于液晶显示器两基板之间进行性能测试，测试数据如下表所示：
表8液晶组合物配方及其测试性能
Figure BDA0001179715550000202
实施例5
按表9中所列的各化合物及重量百分数配制成实施例5的液晶组合物，其填充于液晶显示器两基板之间进行性能测试，测试数据如下表所示：
表9液晶组合物配方及其测试性能
Figure BDA0001179715550000211
为了突出本发明的液晶组合物的有益效果，发明人选取和本发明实施例体系相近的对照例。通过以上对照例1、对照例2、对照例3、实施例1、实施例2、实施例3、实施例4和实施例5可以看出，本发明提供的液晶组合物具有大的垂直介电比介电，低的旋转粘度，合适的向列相温度范围、光学各向异性及弹性常数K11和K33，所述液晶组合物应用于IPS液晶显示器中时，可以提高显示器的穿透率，减少响应时间，增加对比度。
以上实施方式只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人了解本发明内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所做的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (9)

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的化合物
Figure FDF0000013477010000011
至少一种通式Ⅱ的化合物
Figure FDF0000013477010000012
至少一种通式Ⅲ的化合物
Figure FDF0000013477010000013
以及
至少一种通式Ⅴ的化合物
Figure FDF0000013477010000014
其中，
R1和R3各自独立的表示H、1-12个碳原子的烷基或烷氧基、2-12个碳原子的烯基或烯氧基，其中所述烷基或烷氧基和所述烯基或烯氧基中的一个或多个H可以被F取代；
R2独立的表示1-12个碳原子的烷基；
R4表示三氟甲基或三氟甲氧基；
L1和L2各自独立的表示H或F；
n表示1或2；
环
Figure FDF0000013477010000015
和
Figure FDF0000013477010000016
各自独立的表示
Figure FDF0000013477010000017
R5和R6各自独立的表示H、1-12个碳原子的烷基或烷氧基、2-12个碳原子的烯基或烯氧基；
m表示1或2，且当m为2时，两个环
Figure FDF0000013477010000018
可以不同；
R9和R10各自独立的表示H、1-12个碳原子的烷基或烷氧基、2-12个碳原子的烯基或烯氧基；并且
所述液晶组合物的介电各向异性绝对值|Δε|在2.0-2.3之间。
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至少一种通式Ⅳ的化合物
Figure FDF0000013477010000021
其中，
环
Figure FDF0000013477010000022
各自独立的表示
Figure FDF0000013477010000023
Figure FDF0000013477010000024
R7表示H、1-12个碳原子的烷基或烷氧基、2-12个碳原子的烯基或烯氧基；
R8表示H、F、1-6个碳原子的烷基或烷氧基、2-6个碳原子的烯基或烯氧基，其中所述1-6个碳原子的烷基或烷氧基、2-6个碳原子的烯基或烯氧基中一个或多个H可以被F取代；
L3和L4各自独立的示为H或F。
3.根据权利要求1所述的液晶组合物，其特征在于，所述通式Ⅰ的化合物选自由如下化合物组成的组：
Figure FDF0000013477010000025
以及
Figure FDF0000013477010000026
其中，
R11表示H、1-6个碳原子的烷基或烷氧基、2-6个碳原子的烯基或烯氧基；
R21表示1-6个碳原子的烷基。
4.根据权利要求1所述的液晶组合物，其特征在于，所述通式Ⅱ的化合物选自由如下化合物组成的组：
Figure FDF0000013477010000027
其中，R31表示H、1-6个碳原子的烷基或烷氧基、2-6个碳原子的烯基或烯氧基。
5.根据权利要求1所述的液晶组合物，其特征在于，所述通式Ⅲ的化合物选自由如下化合物组成的组：
Figure FDF0000013477010000031
Figure FDF0000013477010000032
以及
Figure FDF0000013477010000033
其中，R51及R61各自独立的表示H、1-6个碳原子的烷基或烷氧基、2-6个碳原子的烯基或烯氧基。
6.根据权利要求2所述的液晶组合物，其特征在于，所述的通式Ⅳ的化合物选自由如下化合物组成的组：
Figure FDF0000013477010000034
Figure FDF0000013477010000041
Figure FDF0000013477010000042
以及
Figure FDF0000013477010000043
其中，R71及R81各自独立的表示H、F、1-6个碳原子的烷基或烷氧基、2-6个碳原子的烯基或烯氧基。
7.根据权利要求6所述的液晶组合物，其特征在于，所述通式Ⅰ的化合物占所述液晶组合物总重量的1-20％，所述通式Ⅱ的化合物占所述液晶组合物总重量的1-30％，所述通式Ⅲ占所述液晶组合物总重量的40-80％，所述通式Ⅳ占所述液晶组合物总重量的0-20％，所述通式Ⅴ占所述液晶组合物总重量的0-20％。
8.根据权利要求7所述的液晶组合物，其特征在于，所述通式Ⅰ的化合物占所述液晶组合物总重量的1-15％，所述通式Ⅱ的化合物占所述液晶组合物总重量的5-25％，所述通式Ⅲ占所述液晶组合物总重量的45-75％，所述通式Ⅳ占所述液晶组合物总重量的0-20％，所述通式Ⅴ占所述液晶组合物总重量的0-20％。
9.一种包含权利要求1～8任一项所述液晶组合物的液晶显示器件。
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