CN112940743A - 液晶组合物、液晶显示元件、液晶显示器 - Google Patents

液晶组合物、液晶显示元件、液晶显示器 Download PDF

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CN112940743A CN201911322988.2A CN201911322988A CN112940743A CN 112940743 A CN112940743 A CN 112940743A CN 201911322988 A CN201911322988 A CN 201911322988A CN 112940743 A CN112940743 A CN 112940743A
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李亚楠
刘露露
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徐凯
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Abstract

液晶组合物、液晶显示元件、液晶显示器。本发明公开了一种液晶组合物，属于液晶材料技术领域，包括质量含量为30～40％的一种或多种式Ⅰ所示的化合物、质量含量为10～45％的一种或多种式Ⅱ所示的化合物、质量含量为3～20％的一种或多种式Ⅲ所示的化合物，以及一种或多种式Ⅴ所示的化合物，该液晶组合物介电各向异性为5.9～8.5。本发明的液晶组合物具有快速响应的特点。

Description

液晶组合物、液晶显示元件、液晶显示器
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及含有该液晶组合物的液晶显示元件、液晶显示器。
背景技术
液晶材料是在一定的温度下既具有液体的流动性，又具有晶体的各向异性的混合物。根据液晶材料性质的不同，各种相态的液晶材料大都已开发用于液晶显示器件中。显示是把以电信号为传播媒介的数据信息转变成以可视光为传播媒介的视觉信息的过程，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 Crystal Display,LCD)是FPD中最早被开发出来，并被商品化的产品。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的亮度决定于液晶盒的透射率、透过彩色滤光片的透射率以及背光源的亮度等诸多因素。
响应速度是液晶显示器的重要评价指标，响应速度过慢，显示画面就会出现拖影现象，因此要求液晶显示器具有快的响应速度。为了提高液晶显示器的响应速度，可以选用减少盒厚、改良驱动方式、提供高的驱动电压、采用快速响应的液晶组合物等方法。但不管采用何种方法，总会带来液晶显示器其他性能的削弱。如改变驱动方式，往往会导致IC驱动成本升高、电路更为复杂；提高驱动电压，功耗也会随之增加；减小盒厚，会增加生产工艺的难度，造成盒厚不均等缺陷，导致液晶显示器良率的下降。
以上改良方式都是从液晶显示屏的制作着手，实际上，液晶面板生产厂商会更倾向于选择快响应速度的液晶材料来改善液晶显示器的响应速度。所以，有效改善液晶组合物响应速度是亟待解决的问题。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明人进行了深入研究，发现了本发明的液晶组合物具有快速响应的特点。
本发明还提供含有该液晶组合物的液晶显示元件或液晶显示器。
具体地，本发明包含以下内容：
本发明的第一方面，提供一种正介电各向异性的液晶组合物，包括质量含量为30～40％的一种或多种式Ⅰ所示的化合物、质量含量为10～45％的一种或多种式Ⅱ所示的化合物、质量含量为3～20％的一种或多种式Ⅲ所示的化合物，以及一种或多种式Ⅴ所示的化合物，前述液晶组合物介电各向异性为5.9～8.5，
Figure BDA0002327655890000021
其中，R1表示碳原子数为2～5的直链烷基或碳原子数为2～4的直链烯基；R2表示碳原子数为2～5的直链烷基；R3表示环丙基甲基或环戊基；R4表示碳原子数为3～5的直链烷基或环戊基，R4所示的烷基中任意一个或多个不相连的-CH2-任选被亚环丙基取代；
Y1、Y2表示H或F；
Figure BDA0002327655890000022
表示
Figure BDA0002327655890000023
X表示F或OCF3。
本发明的另一方面，提供一种液晶显示元件或液晶显示器，其包含本发明的液晶组合物，该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。
本发明的液晶组合物的弹性常数与旋转粘度比值小，从而具有快速响应的特点。。
本发明的液晶显示元件、液晶显示器通过包含本发明的液晶组合物，具有快速响应的特点。
具体实施方式
[液晶组合物]
为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例对本发明做进一步的说明。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
本发明的正介电各向异性的液晶组合物，包括质量含量为30～40％的一种或多种式Ⅰ所示的化合物、质量含量为10～45％的一种或多种式Ⅱ所示的化合物、质量含量为3～20％的一种或多种式Ⅲ所示的化合物，以及一种或多种式Ⅴ所示的化合物，前述液晶组合物介电各向异性为5.9～8.5，
Figure BDA0002327655890000031
其中，R1表示碳原子数为2～5的直链烷基或碳原子数为2～4的直链烯基；R2表示碳原子数为2～5的直链烷基；R3表示环丙基甲基或环戊基；R4表示碳原子数为3～5的直链烷基或环戊基，R4所示的烷基中任意一个或多个不相连的-CH2-任选被亚环丙基取代；
Y1、Y2表示H或F；
Figure BDA0002327655890000032
表示
Figure BDA0002327655890000033
或
Figure BDA0002327655890000034
X表示F或OCF3。
本发明的液晶组合物的弹性常数与旋转粘度比值小，从而具有快速响应的特点。
本发明的液晶组合物，可选的，前述式I所示化合物选自式Ⅰ-1至式Ⅰ-3所示的化合物组成的组，
Figure BDA0002327655890000035
本发明的液晶组合物，可选的，前述式Ⅱ所示化合物选自式Ⅱ-1至式Ⅱ-10所示的化合物组成的组，
Figure BDA0002327655890000036
Figure BDA0002327655890000041
本发明的液晶组合物，可选的，前述式Ⅲ所示化合物为式Ⅲ-1或式Ⅲ-2所示的化合物，
Figure BDA0002327655890000042
Figure BDA0002327655890000051
本发明的液晶组合物，可选的，前述式Ⅴ所示化合物选自式Ⅴ-1至式Ⅴ-5所示的化合物组成的组，
Figure BDA0002327655890000052
本发明液晶组合物能够应用于IPS-TFT、FFS-TFT显示模式的笔记本电脑、桌上型显示器、平板电脑等液晶显示领域。
本发明的液晶组合物中，式Ⅰ所示化合物在液晶组合物中的质量含量优选为31～40％；式Ⅱ所示化合物在液晶组合物中的质量含量优选为10～42％；式Ⅲ所示化合物在液晶组合物中的质量含量优选为3～18％。
本发明的液晶组合物，可选的，还包含一种或多种选自式Ⅳ-1至Ⅳ-6所示的化合物组成的组的化合物，
Figure BDA0002327655890000061
式Ⅳ-1至式Ⅳ-6所示的化合物具有更大的介电各项异性和适中的光学各项异性，少量添加便能够明显提高液晶组合物的介电各项异性，使液晶组合物的阈值电压降低。
式Ⅳ-1、式Ⅳ-2、式Ⅳ-3、式Ⅳ-4、式Ⅳ-5和/或Ⅳ-6所示化合物在液晶组合物中的总添加量(质量含量)没有特别的限定，可以为1～20％，优选为2～20％。
本发明的液晶组合物，可选的，还包含一种或多种式Ⅵ所示的化合物，
Figure BDA0002327655890000062
其中，
Figure BDA0002327655890000063
表示
Figure BDA0002327655890000064
式Ⅵ所示化合物具有更大的介电各向异性和较大的弹性常数，使液晶组合物的阈值电压降低、响应速度提高。
式Ⅵ所示化合物在液晶组合物中的添加量(质量含量)没有特别的限定，可以为1～6％，优选为5-6％。
可选的，前述式Ⅵ所示化合物为式Ⅵ-1或式Ⅵ-2所示的化合物，
Figure BDA0002327655890000071
本发明的液晶组合物，可选的，还包含一种或多种式Ⅶ所示的化合物，
Figure BDA0002327655890000072
其中，R5各自独立地表示碳原子数为1～5的直链烷基、碳原子数为1～3的直链烯基，R5所示基团中任意一个或多个不相连的-CH2-任选被亚环丙基取代；R6表示碳原子数为1-3的直链烷基或碳原子数为1-2的烷氧基；n表示0或1。
Figure BDA0002327655890000073
各自独立地表示
Figure BDA0002327655890000074
式Ⅶ所示化合物在液晶组合物中的添加量(质量含量)没有特别的限定，可以为1～31％，优选为3-31％。
可选的，前述式Ⅶ所示化合物选自下述式Ⅶ-1至式Ⅶ-8所示的化合物组成的组，
Figure BDA0002327655890000075
Figure BDA0002327655890000081
其中，式Ⅶ-1所示化合物具有较小的光学各向异性、较低的清亮点，可用于降低液晶组合物的光学各向异性和清亮点；式Ⅶ-2、式Ⅶ-3和式Ⅶ-8所示化合物具有较大的光学各向异性、较大的清亮点，可快速提高液晶组合物的光学各向异性和清亮点；式Ⅶ-4至式Ⅶ-7所示化合物具有适中的光学各向异性、适中的清亮点，可用于调节液晶组合物的光学各向异性和清亮点。
本发明的液晶组合物，可选的，还包含一种或多种式Ⅷ所示的化合物，
Figure BDA0002327655890000082
其中，
Figure BDA0002327655890000083
表示
Figure BDA0002327655890000084
式Ⅷ所示的化合物具有更大的清亮点和更大的弹性常数，少量添加便能够明显提高液晶组合物的清亮点和弹性常数。
式Ⅷ所示化合物在液晶组合物中的添加量(质量含量)没有特别的限定，可以为1～2.5％，优选为2～2.5％。
可选的，前述式Ⅷ所示化合物为式Ⅷ-1或式Ⅷ-2所示的化合物，
Figure BDA0002327655890000085
可选的，本发明还提供一种正介电各向异性液晶组合物，由质量含量为30～40％的一种或多种前述式Ⅰ-1、式Ⅰ-2和/或式Ⅰ-3所示的化合物，质量含量为30～40％的一种或多种前述式Ⅱ所表示的化合物，质量含量为3～5％的一种或多种前述式Ⅲ所表示的化合物，质量含量为12～16.5％的一种或多种前述式Ⅴ所表示的化合物，质量含量为4～6％的一种或多种前述式Ⅵ所表示的化合物，质量含量为3～5％的一种或多种前述式Ⅶ所表示的化合物，质量含量为1～2.5％的一种或多种前述式Ⅷ所表示的化合物组成。
可选的，本说明还提供一种正介电各向异性液晶组合物，由质量含量为30～40％的一种或多种前述式Ⅰ-1、和/或式Ⅰ-2、式Ⅰ-3所示的化合物，质量含量为20～30％的一种或多种前述式Ⅱ所表示的化合物，质量含量为5～15％的一种或多种前述式Ⅲ所表示的化合物，质量含量为1～5％的一种或多种前述式Ⅳ所表示的化合物，质量含量为10～15％的一种或多种前述式Ⅴ所表示的化合物，质量含量为10～15％的一种或多种前述式Ⅶ所表示的化合物组成。
可选的，本说明还提供一种正介电各向异性液晶组合物，由质量含量为30～40％的一种或多种前述式Ⅰ-1、和/或式Ⅰ-2、式Ⅰ-3所示的化合物，质量含量为40～45％的一种或多种前述式Ⅱ所表示的化合物，质量含量为8～12％的一种或多种前述式Ⅲ所表示的化合物，质量含量为3～7％的一种或多种前述式Ⅳ所表示的化合物，质量含量为1～6％的一种或多种前述式Ⅴ所表示的化合物，质量含量为2～6％的一种或多种前述式Ⅵ所表示的化合物，质量含量为3～7％的一种或多种前述式Ⅶ所表示的化合物组成。
可选的，本说明还提供一种正介电各向异性液晶组合物，由质量含量为30～40％的一种或多种前述式Ⅰ-1、和/或式Ⅰ-2、式Ⅰ-3所示的化合物，质量含量为10～15％的一种或多种前述式Ⅱ所表示的化合物，质量含量为15～20％的一种或多种前述式Ⅲ所表示的化合物，质量含量为2～5％的一种或多种前述式Ⅳ所表示的化合物，质量含量为3～7％的一种或多种前述式Ⅴ所表示的化合物，质量含量为25-29％的一种或多种前述式Ⅶ所表示的化合物，质量含量为0～2.5％的一种或多种前述式Ⅷ所表示的化合物组成。
本发明的液晶组合物中，可选的，还可以加入各种功能的掺杂剂，在含有掺杂剂的情况下，掺杂剂的含量优选在液晶组合物中所占的质量百分比为0.01～1％，这些掺杂剂可以列举出例如抗氧化剂、光稳定剂、手性剂。
抗氧化剂可以列举出，
Figure BDA0002327655890000091
Figure BDA0002327655890000101
t表示1～10的整数。
光稳定剂可以列举，
Figure BDA0002327655890000102
手性剂可以列举出，
Figure BDA0002327655890000103
R表示碳原子数为1-10的烷基。
[液晶显示元件或液晶显示器]
本发明还涉及包含本发明的液晶组合物的液晶显示元件或液晶显示器，所述显示元件或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。
可选的，该液晶显示元件或液晶显示器为IPS-TFT或FFS-TFT显示模式。
本发明的液晶显示元件、液晶显示器通过包含前述的本发明的液晶组合物，具有快速响应、宽的工作温度范围，以及良好的高温稳定性。
对于本发明的液晶显示元件、液晶显示器，只要含有本发明的液晶组合物，则对其结构没有任何限定，本领域技术人员能够根据所需的性能选择合适的液晶显示元件、液晶显示器的结构。
实施例
为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例对本发明做进一步的说明。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
本发明中，制备方法如无特殊说明则均为常规方法，所用的原料如无特别说明均可从公开的商业途径获得，百分比均是指质量百分比，温度为摄氏度(℃)，液晶化合物也成为液晶单体，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，Δn＝ne-no，其中，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；
K11为展曲弹性常数，K33为弯曲弹性常数，测试条件为：25±2℃、INSTEC:ALCT-IR1、20微米平行盒；
液晶组合物的制备方法如下：将各液晶单体按照一定配比称量后放入不锈钢烧杯中，将装有各液晶单体的不锈钢烧杯置于磁力搅拌仪器上加热融化，待不锈钢烧杯中的液晶单体大部份融化后，往不锈钢烧杯中加入磁力转子，将混合物搅拌均匀，冷却到室温后即得液晶组合物。
本发明实施例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1、表2。
表1环结构的对应代码
Figure BDA0002327655890000111
Figure BDA0002327655890000121
表2端基与链接基团的对应代码
Figure BDA0002327655890000122
Figure BDA0002327655890000131
举例：
Figure BDA0002327655890000132
其代码为CC-3-V；
Figure BDA0002327655890000133
其代码为CP-3-O2；
Figure BDA0002327655890000134
其代码为PP-5-1；
Figure BDA0002327655890000135
其代码为CCP-V-1；
Figure BDA0002327655890000136
其代码为CPP-1V-2；
Figure BDA0002327655890000137
其代码为PGP-Cpr1-2；
Figure BDA0002327655890000141
其代码为CPPC-3-5；
Figure BDA0002327655890000142
其代码为CCU-2-F；
Figure BDA0002327655890000143
其代码为CCP-V-OT；
Figure BDA0002327655890000144
其代码为CCPU-3-F；
Figure BDA0002327655890000145
其代码为CPUP-3-OT；
Figure BDA0002327655890000146
其代码为PPGU-Cp-F；
Figure BDA0002327655890000147
其代码为DUQU-Cp-F；
Figure BDA0002327655890000148
其代码为PGUQU-3-F；
Figure BDA0002327655890000149
其代码为CPY-2-O2；
Figure BDA00023276558900001410
其代码为CCY-3-O2；
Figure BDA0002327655890000151
其代码为COY-3-O2；
Figure BDA0002327655890000152
其代码为CCOY-3-O2；
Figure BDA0002327655890000153
其代码为Sb-CpO-O4；
Figure BDA0002327655890000154
其代码为Sc-CpO-O4。
实施例1：
液晶组合物的配方及相应的性能如下表3所示。
表3：实施例1的液晶组合物的配方及相应的性能
Figure BDA0002327655890000155
Figure BDA0002327655890000161
实施例2：
液晶组合物的配方及相应的性能如下表4所示。
表4：实施例2的液晶组合物的配方及相应的性能
Figure BDA0002327655890000162
Figure BDA0002327655890000171
实施例3：
液晶组合物的配方及相应的性能如下表5所示。
表5：实施例3的液晶组合物的配方及相应的性能
Figure BDA0002327655890000172
Figure BDA0002327655890000181
实施例4：
液晶组合物的配方及相应的性能如下表6所示。
表6：实施例4的液晶组合物的配方及相应的性能
Figure BDA0002327655890000182
实施例5：
液晶组合物的配方及相应的性能如下表7所示。
表7：实施例5的液晶组合物的配方及相应的性能
Figure BDA0002327655890000183
Figure BDA0002327655890000191
实施例6：
液晶组合物的配方及相应的性能如下表8所示。
表9：实施例8的液晶组合物的配方及相应的性能
Figure BDA0002327655890000192
Figure BDA0002327655890000201
实施例7：
液晶组合物的配方及相应的性能如下表9所示。
表9：实施例7的液晶组合物的配方及相应的性能
Figure BDA0002327655890000202
Figure BDA0002327655890000211
实施例8：
液晶组合物的配方及相应的性能如下表10所示。
表10：实施例8的液晶组合物的配方及相应的性能
Figure BDA0002327655890000212
Figure BDA0002327655890000221
对比例1：
液晶组合物的配方及相应的性能如下表11所示。
表11：对比例1的液晶组合物的配方及相应的性能
Figure BDA0002327655890000222
Figure BDA0002327655890000231
对比例2：
液晶组合物的配方及相应的性能如下表12所示。
表12：对比例2的液晶组合物的配方及相应的性能
Figure BDA0002327655890000232
Figure BDA0002327655890000241
由实施例1～8与对比例1～2的比较可以看出，实施例1～8提供的液晶组合物旋转粘度与弹性常数的比值明显小于对比例1～2提供的液晶组合物，从而在不需要器件盒厚设计发生变化的情况下，大幅度的提升IPS-TFT/FFS-TFT显示模式的笔记本电脑、桌上型显示器、平板电脑显示器的响应速度。

Claims (9)

1.一种正介电各向异性的液晶组合物，其特征在于，包括质量含量为30～40％的一种或多种式Ⅰ所示的化合物、质量含量为10～45％的一种或多种式Ⅱ所示的化合物、质量含量为3～20％的一种或多种式Ⅲ所示的化合物，以及一种或多种式Ⅴ所示的化合物，所述液晶组合物介电各向异性为5.9～8.5，
Figure FDA0002327655880000011
其中，R1表示碳原子数为2～5的直链烷基或碳原子数为2～4的直链烯基；R2表示碳原子数为2～5的直链烷基；R3表示环丙基甲基或环戊基；R4表示碳原子数为3～5的直链烷基或环戊基，R4所示的烷基中任意一个或多个不相连的-CH2-任选被亚环丙基取代；
Y1、Y2表示H或F；
Figure FDA0002327655880000012
表示
Figure FDA0002327655880000013
X表示F或OCF3。
2.根据权利要求1所述的液晶组合物，其特征在于，所述式I所示化合物选自式Ⅰ-1至式Ⅰ-3所示的化合物组成的组，
Figure FDA0002327655880000014
3.根据权利要求1所述的液晶组合物，其特征在于，所述式Ⅱ所示化合物选自式Ⅱ-1至式Ⅱ-10所示的化合物组成的组，
Figure FDA0002327655880000015
Figure FDA0002327655880000021
4.根据权利要求1所述的液晶组合物，其特征在于，所述式Ⅲ所示化合物为式Ⅲ-1或式Ⅲ-2所示化合物，
Figure FDA0002327655880000022
5.根据权利要求1～4任一项所述的液晶组合物，其特征在于，还包含一种或多种选自式Ⅳ-1至Ⅳ-6所示化合物组成的组的化合物，
Figure FDA0002327655880000031
6.根据权利要求1～5任一项所述的液晶组合物，其特征在于，还包含一种或两种式Ⅵ所示的化合物，
Figure FDA0002327655880000032
其中，
Figure FDA0002327655880000033
表示
Figure FDA0002327655880000034
7.根据权利要求1～6任一项所述的液晶组合物，其特征在于，还包含一种或多种式Ⅶ所示的化合物，
Figure FDA0002327655880000041
其中，R5表示碳原子数为1～5的直链烷基、碳原子数为1～3的直链烯基，R5所示基团中任意一个或多个不相连的-CH2-任选被亚环丙基取代；R6表示碳原子数为1-3的直链烷基或碳原子数为1-2的烷氧基；n表示0或1。
Figure FDA0002327655880000042
各自独立地表示
Figure FDA0002327655880000043
8.根据权利要求1～7任一项所述的液晶组合物，其特征在于，还包含一种或两种式Ⅷ所示的化合物，
Figure FDA0002327655880000044
其中，
Figure FDA0002327655880000045
表示
Figure FDA0002327655880000046
9.一种液晶显示元件或液晶显示器，其包含权利要求1～8中任一项所述的液晶组合物，其特征在于：所述显示元件或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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