TW201905173A - 液晶組合物及其液晶顯示元件 - Google Patents

液晶組合物及其液晶顯示元件

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Abstract

本發明公開了一種正性液晶組合物，其特徵在於：作為組分A，含有1種或2種以上通式（I-1）至（I-4）表示的化合物，作為組分B，含有1種或2種以上通式（Ⅱ）表示的化合物。本液晶組合物具有響應速度快、光學各向異性有較寬的調整範圍，而且具有對光和熱的良好的穩定性，尤其適用於提升IPS、FFS等模式液晶顯示器件的穿透率。

Description

液晶組合物及其液晶顯示元件
本發明屬於液晶材料技術領域，具體涉及一種正性液晶組合物，以及其在液晶顯示元件中的應用。
顯示是把以電訊號為傳播媒介的資料資訊轉變成以可視光為傳播媒介的視覺資訊的過程，完成顯示的設備即人機界面（Man-Machine Interface，MMI）。平板顯示器（Flat panel Display，FPD）是目前最為流行的一類顯示裝置。液晶顯示器（Liquid Crystal Display，LCD）是FPD中最早被開發出來，並被商品化的產品。目前，薄膜電晶體液晶顯示器（Thin Film Transistor Liquid Crystal Display，TFT-LCD）已經成為LCD應用中的主流產品。
從工作原理講，LCD這種顯示器件是將背光源發出的光，藉由偏光片及液晶盒（液晶分子）等，產生相應於要顯示圖像的光的明暗，從而使顏色變化，由此實現人們可辨識的圖像顯示。其中透射式的TN-TFT顯示模式，需求較低的雙折射（Δn）的液晶混合物，以達到低光學延遲（d•Δn）。以達到較好的對比度視角依賴性（DE-PS 3022818）。而反射式顯示模式中，光穿過的有效層厚度是在具有相同層厚度的透射模式中的大約2倍，因此需要更低的雙折射。
而目前為了獲得較快的響應時間，MNT和TV應用中的顯示器面板廠趨向於將液晶層的厚度降低，及降低面板的盒厚，以加快響應時間。在光程長度d•Δn不變的情況下，就對大雙折射（Δn）的液晶混合物提出了需求（CN1823151B）。
目前在液晶顯示市場，具有競爭力的顯示模式主要有平面轉換（in-plane switching，IPS）、邊界電場切換（fringe-field switching，FFS）以及垂直排列（vertical alignment，VA）等顯示模式。在這些顯示模式中，平面轉換和邊界電場切換（FFS）都具有寬視角的特點。這兩種顯示模式因為電極間距的原因，對液晶混合物的介電有較高的要求，所以能夠同時提供介電（Δε）和折射率（Δn）的化合物，將在液晶混合物中發揮重要作用。
本發明需要解決的技術問題是提供一種正性液晶組合物，能夠獲得在較大範圍內可調控的介電及折射率，以適應於不同顯示模式低盒厚和快速響應的需求。
為解決上述技術問題，本發明所採用的技術方案是：
為了解決以上技術問題，本發明提拱了一種液晶組合物，包含組分A以及組分B，所述組分A由一種或多種式I-1至I-4所示化合物組成：I-1I-2I-3I-4 所述組分B由一種或多種式Ⅱ所示化合物組成：Ⅱ 其中， R1 、R2 各自獨立地表示碳原子數為1~10的直鏈烷基、碳原子數為1~10的直鏈烷氧基或碳原子數為2~10的直鏈烯基中的任一基團。
式I-1至I-4所述化合物較佳選自下列結構：I-1-1I-1-2I-1-3I-1-4I-1-5I-2-1I-2-2I-2-3I-2-4I-2-5I-3-1I-3-2I-3-3I-3-4I-3-5I-4-1I-4-2I-4-3I-4-4I-4-5。
式Ⅱ所示化合物較佳選自下列結構：Ⅱ-1Ⅱ-2Ⅱ-3Ⅱ-4Ⅱ-5。
本發明所述液晶組合物還可以包含組分C，所述組分C由一種或多種式Ⅲ所示化合物組成：Ⅲ 其中， R3 、R4 各自獨立地表示碳原子數為1~10的直鏈烷基、碳原子數為1~10的直鏈烷氧基或碳原子數為2~10的直鏈烯基中的任一基團。
式Ⅲ所示化合物較佳選自下列結構：Ⅲ-1Ⅲ-2Ⅲ-3Ⅲ-4Ⅲ-5Ⅲ-6Ⅲ-7Ⅲ-8。
本發明所述液晶組合物中，組分A的重量百分含量較佳為1~30%，組分B的重量百分含量較佳為1~40%，組分C的重量百分含量較佳為20~70%。
本發明所述液晶組合物還可以包含組分D，組分D由一種或多種通式Ⅳ所表示的化合物組成：Ⅳ， 其中， R5 、R6 表示碳原子數為1~10的直鏈烷基、碳原子數為1~10的直鏈烷氧基或碳原子數為2~10的直鏈烯基中的任一基團。
通式Ⅳ所表示的化合物較佳選自下列結構：Ⅳ-1Ⅳ-2Ⅳ-3Ⅳ-4Ⅳ-5Ⅳ-6Ⅳ-7Ⅳ-8Ⅳ-9Ⅳ-10Ⅳ-11Ⅳ-12。
本發明所述液晶組合物還可以包含組分E，所述組分E由一種或多種式Ⅴ所示化合物組成：Ⅴ 其中， R7 表示碳原子數為1~10的直鏈烷基、碳原子數為1~10的直鏈烷氧基或碳原子數為2~10的直鏈烯基中的任一基團。
通式Ⅴ所表示的化合物較佳選自下列結構：Ⅴ-1Ⅴ-2Ⅴ-3Ⅴ-4Ⅴ-5Ⅴ-6Ⅴ-7。
本發明所述液晶組合物還可以包含組分F，所述組分F由一種或多種通式Ⅵ-1及/或Ⅵ-2所表示的化合物組成：Ⅵ-1Ⅵ-2 其中， R8 、R9 、R10 各自獨立地表示碳原子數為1~10的直鏈烷基、碳原子數為1~10的直鏈烷氧基或碳原子數為2~10的直鏈烯基中的任一基團；、、各自獨立地表示1,4-亞環己基、1,4-環己烯基、一個或兩個H被F取代或未取代的1,4-亞苯基基團；、各自獨立地表示一個或兩個H被F取代或未取代的1,4-亞苯基基團； L1 、L2 、L3 、L9 各自獨立地表示H或F； X1 表示F、碳原子數為1~6的直鏈烷基、直鏈烷氧基或碳原子數為2~6的直鏈烯基中的任一基團，其中的H為未被取代或被F單取代或被F多取代； m、n、p各自獨立地表示0或1； 並且，當p=0，L1 =F且L2 =L3 =H時，X1 不為F。
通式Ⅵ-1所表示的化合物較佳選自下列結構：Ⅵ-1-1Ⅵ-1-2Ⅵ-1-3Ⅵ-1-4Ⅵ-1-5Ⅵ-1-6Ⅵ-1-7Ⅵ-1-8Ⅵ-1-9Ⅵ-1-10。
通式Ⅵ-2所表示的化合物較佳選自下列結構：Ⅵ-2-1Ⅵ-2-2Ⅵ-2-3Ⅵ-2-4Ⅵ-2-5Ⅵ-2-6Ⅵ-2-7Ⅵ-2-8。
本發明所述的液晶組合物還可以包含組分G，所述組分G由一種或多種式Ⅶ-1及/或Ⅶ-2所示化合物組成：Ⅶ-1Ⅶ-2 其中， R11 、R12 各自獨立地表示各自獨立地表示碳原子數為1~10的直鏈烷基、碳原子數為1~10的直鏈烷氧基或碳原子數為2~10的直鏈烯基中的任一基團； L4 、L5 、L6 、L7 、L8 各自獨立地表示H或F； X2 、表示F或OCF3 ； X3 表示F、OCF3 、碳原子數為1-5的直鏈烷基或碳原子數為1-5的直鏈烷氧基； q表示1或2； r表示0或1。
通式Ⅶ-1所示化合物，較佳選自下列結構：Ⅶ-1-1Ⅶ-1-2Ⅶ-1-3Ⅶ-1-4Ⅶ-1-5Ⅶ-1-6Ⅶ-1-7Ⅶ-1-8Ⅶ-1-9Ⅶ-1-10。
通式Ⅶ-2所示化合物，較佳選自下列結構：Ⅶ-2-1Ⅶ-2-2Ⅶ-2-3Ⅶ-2-4Ⅶ-2-5Ⅶ-2-6Ⅶ-2-7Ⅶ-2-8。
本發明所述的液晶組合物還可以包含組分H，所述組分H由一種或多種通式Ⅷ及/或Ⅸ所示化合物組成：ⅧⅨ 其中， R13 、R14 、R15 、R16 各自獨立地表示各自獨立地表示碳原子數為1~10的直鏈烷基、碳原子數為1~10的直鏈烷氧基或碳原子數為2~10的直鏈烯基中的任一基團。
通式Ⅷ所示化合物較佳選自下列結構：Ⅷ-1Ⅷ-2Ⅷ-3Ⅷ-4Ⅷ-5Ⅷ-6。
通式Ⅸ所示化合物較佳選自下列結構：Ⅸ-1Ⅸ-2Ⅸ-3Ⅸ-4Ⅸ-5Ⅸ-6Ⅸ-7Ⅸ-8Ⅸ-9Ⅸ-10。
本發明所述液晶組合物中，根據不同應用領域，作為較佳方案，組分A的重量百分含量為1~25%，組分B的重量百分含量為1~40%，組分C的重量百分含量為35~70%，組分D的重量百分含量為1~30%，組分F的重量百分含量為1~20%，組分H的重量百分含量為1~40%。適用於TV顯示器。
本發明所述液晶組合物中，根據不同的應用領域，作為較佳方案，組分A的重量百分含量較佳為1~30%，組分B的重量百分含量較佳為1~20%，組分C的重量百分含量較佳為20~50%，組分E的重量百分含量較佳為1~20%，組分G的重量百分含量較佳為1~40%，組分H的重量百分含量較佳為1~30%。適用於智慧型手機顯示器。
本發明所述液晶組合物中，為了提升抗UV和抗氧化性能，還可包含添加劑組分S，作為抗氧化、抗紫外添加劑。較佳地為下列結構：S-1S-2S-3S-4。
本發明所述的正介電各向異性液晶組合物，添加劑組分S在液晶組合物中的濃度範圍為1~3000ppm。進一步較佳為：添加劑組分S在液晶組合物中的濃度範圍為50~1000ppm。
本發明所述的正介電各向異性液晶組合物的液晶顯示元件，其特徵在於：所述液晶顯示元件為有源矩陣顯示元件或無源矩陣顯示元件。其中，本文所指的液晶顯示元件可包含液晶顯示器、液晶顯示裝置等。
本發明的液晶組合物可採用將液晶化合物混合的方法進行生產，如在高溫下混合不同組分並彼此溶解的方法製備，本發明的液晶組合物也可按照其他常規的製備方法，如採取加熱，超聲波，懸浮等方式製備。
本說明書中的百分比為質量百分比，溫度為攝氏度（℃），其他符號的具體意義及測試條件如下：
Cp表示液晶清晰點（℃），DSC定量法測試；
S-N表示液晶的晶態到向列相的熔點（℃），該溫度越低表明液晶混合物的低溫互溶性越好；
Δn表示光學各向異性，no 為尋常光的折射率，ne 為非尋常光的折射率，測試條件為25±2 ℃，589 nm，阿貝折射儀測試；
Δε表示介電各向異性，Δε=ε∥ -ε⊥，其中，ε∥ 為平行於分子軸的介電常數，ε⊥為垂直於分子軸的介電常數，測試條件為25±0.5 ℃，20 微米平行盒，INSTEC:ALCT-IR1測試；
γ1表示旋轉粘度（mPa·s,測試條件為25±0.5 ℃，20微米平行盒，INSTEC:ALCT-IR1測試）；
ρ表示電阻率（Ω·cm，測試條件為25±2 ℃，測試儀器為TOYO SR6517 高阻儀和LE-21液體電極）。
VHR表示電壓保持率（%，測試條件為20±2 ℃、電壓為±5 V、脈衝寬度為10 ms、電壓保持時間16.7 ms）。測試設備為TOYO Model6254液晶性能綜合測試儀。
τ表示響應時間（ms，測試儀器為DMS-501，測試條件為25±0.5℃，測試盒為3.3微米IPS測試盒，電極間距和電極寬度均為10微米，摩擦方向與電極夾角為10°）。
本發明實施例中的液晶單體結構用代碼表示，液晶環結構、端基、連接基團的代碼表示方法見下表（一）與表（二）。
表（一）：環結構的對應代
表（二）：端基與連結基團的對應代碼 例如：表示為CC-3-V1，表示為PGUQU-3-F。 下面結合具體實施例對本發明做進一步詳細說明：
對比例1
實施例1
實施例1相比對比例1，具有折射率大，介電和響應均有明顯改善，適用溫度範圍寬，特別適用於大尺寸，低盒厚，快速響應的TV顯示器。
實施例2
實施例2相比對比例1，介電和響應時間均有明顯改善，折射率適當，適用溫度範圍寬，特別適用於大尺寸，快速響應的TV顯示器。
實施例3
實施例3相比對比例1，具有折射率大，介電大，響應快的參數特點，適用溫度範圍寬，特別適用於小尺寸，低盒厚，快速響應的智慧型手機顯示器。
實施例4
實施例4相比對比例1，具有折射率大，介電大，響應快的參數特點，適用溫度範圍寬，特別適用於小尺寸，低盒厚，快速響應的智慧型手機顯示器。
實施例
實施例5相比對比例1，具有折射率大，介電大，響應快的參數特點，適用溫度範圍寬，特別適用於小尺寸，低盒厚，快速響應的智慧型手機顯示器。
實施例6
實施例6，具有折射率較小，響應快的參數特點，特別適用於小尺寸，適用溫度範圍寬，快速響應的智慧型手機顯示器。
實施例
實施例7，具有折射率適中，響應快的參數特點，特別適用於中尺寸，適用溫度範圍寬，快速響應的電腦螢幕顯示器。
實施例8
實施例8，具有折射率較大，響應快的參數特點，特別適用於中尺寸，適用溫度範圍寬，快速響應的電腦螢幕顯示器。
實施例9
實施例9，具有折射率較小，響應快的參數特點，特別適用於小尺寸，適用溫度範圍寬，快速響應的智慧型手機顯示器。
實施例1
實施例10，具有折射率大，響應快的參數特點，特別適用於大尺寸，適用溫度範圍寬，快速響應的電視顯示器。
實施例11
實施例11，具有折射率大，響應快的參數特點，特別適用於大尺寸，適用溫度範圍寬，快速響應的電視顯示器。
實施例1
實施例12，具有折射率適當，響應快的參數特點，特別適用於大尺寸，適用溫度範圍寬，快速響應的電視顯示器。
實施例1
實施例13，具有折射率適當，響應快的參數特點，特別適用於中尺寸，適用溫度範圍寬，快速響應的電腦顯示器。
實施例14
實施例14，具有折射率適當，響應快的參數特點，特別適用於小尺寸，適用溫度範圍寬，快速響應的手機顯示器。
實施例15
實施例15，具有折射率適當，響應快的參數特點，特別適用於小尺寸，適用溫度範圍寬，快速響應的手機顯示器。
實施例16
實施例16，具有折射率適當，響應快的參數特點，特別適用於小尺寸，適用溫度範圍寬，快速響應的手機顯示器。
實施例17
實施例17，具有折射率適當，響應快的參數特點，特別適用於大尺寸，適用溫度範圍寬，快速響應的電視顯示器。
由實施例1-17可知，本發明的正性液晶組合物可以獲得較大的折射率範圍，介電範圍可調，快速響應時間和良好的穩定性，S-1、S-2、S-3以及S-4添加劑的加入可以有效提升混晶的UV穩定性，可應用於IPS-TFT、FFS-TFT和OCB模式的顯示器。
本發明雖然僅僅列舉了上述17個實施例的具體物質和重量百分含量，並對組成的液晶組合物的性能進行了測試，但是本發明的液晶組合物可以在上述實施例的基礎上，利用本發明所涉及的通式Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ、Ⅷ、Ⅸ所代表的化合物、以及通式Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ、Ⅷ、Ⅸ的較佳的化合物進行進一步拓展和修改，均能達到本發明的目的。
無
無

Claims (10)

  1. 一種液晶組合物，其包含組分A以及組分B，該組分A由一種或多種式I-1至I-4所示化合物組成：I-1I-2I-3I-4 該組分B由一種或多種式Ⅱ所示化合物組成：Ⅱ 其中， R1 、R2 各自獨立地表示碳原子數為1~10的直鏈烷基、碳原子數為1~10的直鏈烷氧基或碳原子數為2~10的直鏈烯基中的任一基團。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之液晶組合物，其進一步包含組分C，該組分C由一種或多種式Ⅲ所示化合物組成：Ⅲ 其中， R3 、R4 各自獨立地表示碳原子數為1~10的直鏈烷基、碳原子數為1~10的直鏈烷氧基或碳原子數為2~10的直鏈烯基中的任一基團。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之液晶組合物，其中該組分A的重量百分含量為1~30%；該組分B的重量百分含量為1~40%；以及該組分C的重量百分含量為20~70%。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之液晶組合物，其進一步包含組分D，該組分D由一種或多種式Ⅳ所示化合物組成：Ⅳ 其中， R5 、R6 各自獨立地表示碳原子數為1~10的直鏈烷基、碳原子數為1~10的直鏈烷氧基或碳原子數為2~10的直鏈烯基中的任一基團。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之液晶組合物，其進一步包含組分E，該組分E由一種或多種式Ⅴ所示化合物組成：Ⅴ 其中， R7 表示碳原子數為1~10的直鏈烷基、碳原子數為1~10的直鏈烷氧基或碳原子數為2~10的直鏈烯基中的任一基團。
  6. 如申請專利範圍第4項所述之液晶組合物，其進一步包含組分F，該組分F由一種或多種通式Ⅵ-1及/或Ⅵ-2所表示的化合物：Ⅵ-1Ⅵ-2 其中， R8 、R9 、R10 各自獨立地表示碳原子數為1~10的直鏈烷基、碳原子數為1~10的直鏈烷氧基或碳原子數為2~10的直鏈烯基中的任一基團；、、各自獨立地表示1,4-亞環己基、1,4-環己烯基、一個或兩個H被F取代或未取代的1,4-亞苯基基團；、各自獨立地表示一個或兩個H被F取代或未取代的1,4-亞苯基基團； L1 、L2 、L3 、L9 各自獨立地表示H或F； X1 表示F、碳原子數為1~6的直鏈烷基、直鏈烷氧基或碳原子數為2~6的直鏈烯基中的任一基團，其中的H為未被取代或被F單取代或被F多取代； m、n、p各自獨立地表示0或1； 並且，當p=0，L1 =F且L2 =L3 =H時，X1 不為F。
  7. 如申請專利範圍第5項所述之液晶組合物，其進一步包含組分G，該組分G由一種或多種式Ⅶ-1及/或Ⅶ-2所示化合物組成：Ⅶ-1Ⅶ-2 其中， R11 、R12 各自獨立地表示各自獨立地表示碳原子數為1~10的直鏈烷基、碳原子數為1~10的直鏈烷氧基或碳原子數為2~10的直鏈烯基中的任一基團； L4 、L5 、L6 、L7 、L8 各自獨立地表示H或F； X2 表示F或OCF3 ； X3 表示F、OCF3 、碳原子數為1-5的直鏈烷基或碳原子數為1-5的直鏈烷氧基； q表示1或2； r表示0或1。
  8. 如申請專利範圍第6或7項所述之液晶組合物，其更包含組分H，該組分H由一種或多種通式Ⅷ及/或Ⅸ所示化合物組成：ⅧⅨ 其中， R13 、R14 、R15 、R16 各自獨立地表示各自獨立地表示碳原子數為1~10的直鏈烷基、碳原子數為1~10的直鏈烷氧基或碳原子數為2~10的直鏈烯基中的任一基團。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之液晶組合物，其進一步包含手性、抗氧化、抗紫外或可聚合的添加劑。
  10. 一種包含如申請專利範圍第1至9項中任一項所述之正介電各向異性的液晶組合物的液晶顯示元件，其為有源矩陣顯示元件或無源矩陣顯示元件。
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