TWI849571B - 一種正介電液晶組合物及其應用 - Google Patents
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Abstract
本發明屬於液晶材料技術領域，具體涉及一種含有苯並色烯化合物的正介電液晶組合物及其在液晶顯示元件或液晶顯示器中的應用。本發明公開的一種液晶組合物，包含式I所示的化合物、式II所示的化合物以及一種或多種-CF2O-類△ε>10的化合物。本發明的液晶組合物，具有彈性常數大，垂直介電比介電比值大，撓曲電好的優勢，可以用於開發透過率高、回應快、對比度高、功耗低以及flicker優等的液晶顯示元器件，尤其適用於工控、筆記本、TV等需要透過率高或者殘像品質高的產品。
Description
本發明涉及液晶顯示技術領域。更具體地，涉及一種含有苯並色烯化合物的正介電液晶組合物及其在液晶顯示元件或液晶顯示器中的應用。
隨著20世紀90年代初薄膜晶體管(TFT)技術的成熟，彩色液晶平板顯示器迅速發展，不到10年的時間，薄膜晶體管液晶顯示器(TFT-LCD)迅速成長為主流顯示器，其具有低輻射、低功耗低成本等優勢。目前應用在我們生活的多個方面，諸如電視(TV)、個人電腦(PCs)、平板電腦(Pads)、監視器、手機等領域。
LCD顯示設備根據液晶材料的介電各向異性分為正介電各向異性和負介電各向異性，介電各向異性大於零的為正介電各向異性，介電各向異性小於零的為負介電各向異性。近年來，無論是負介電各向異性液晶顯示材料，還是正介電各向異性液晶顯示材料均成為液晶材料技術領域的研究重點。由於負介電各向異性液晶材料固有的特點，從而導致負介電各向異性液晶材料相對於正介電各向異性液晶材料響應速度慢、可靠性差，存在更高的出現殘像缺陷的風險。但是，正介電各向異性的液晶由於其特殊的光電轉換角度，導致透過率低於負介電各向異性。因此，對回應速度和殘像要求越來越嚴苛的電視
顯示領域，正介電各項異性液晶材料仍然具有一定的優勢，尤其是在研究高透過率方向。
提升透過率的主要方向是提升液晶分子的垂直介電的分量，垂直介電的分量增加有助於抑制分子長軸方向的站立，從而使有效延遲量增加，使透過率進行提升。
為了提高顯示品質，人們開發了多種顯示模式，如多疇垂直取向技術(MVA)，平面場轉換技術(IPS)，高級超維場轉換技術(ADS)，其中ADS由於其高的穿透率、寬視角等優勢，因而用於具有高分率的高端產品上。目前ADS產品仍有一些問題需要解決，其中一個主要問題是閃爍(Flicker)，尤其是Flicker漂移現象，不僅降低產品品質而且會導致眼睛疲勞甚至頭暈等。一般為了防止液晶老化，TFT-LCD在實際工作時，圖元電壓的極性是週期性變化的，但同時，也使得正負極性的圖元電壓絕對值並不會是完全對稱，由此每幀畫面的亮度會有週期變化，反應在視覺上就是Flicker。為了提高觀看的可視性，降低Flicker水準，許多科研工作者對此進行了深入研究。ADS模式中的Flicker漂移與撓曲電效應有關。液晶的撓曲電效應(flexo-effect)由Meyer在1969年提出，這種效應對液晶分子產生諸多影響。灰階電壓越大撓曲電效應越強，因此用來flicker@V100表示撓曲電。撓曲電越優，Flicker越好，flexo數值越小表示撓曲效果越好，Flicker閃爍越小，漂移速率和程度越小，GAMMA就更容易調節，殘像表現也越好。
因此，極需開發能夠解決上述技術問題的液晶組合物。
本發明提供一種技術方案，能夠解決以上至少一個技術問題。
本發明的液晶組合物，具有彈性常數大，垂直介電比介電比值大，撓曲電好的優勢，可以用於開發透過率高、回應快、對比度高、功耗低以及flicker優的等的液晶顯示元器件，尤其適用於工控、筆記本、TV等需要透過率高或者殘像品質高的產品。為達到上述第一個目的，本發明採用下述技術方案：本發明提供一種包含苯並色烯的介電各向異性為正性的液晶組合物，所述液晶組合物包含一種或多種式I所示的化合物、一種或多種式II所示的化合物以及一種或多種-CF2O-類△ε>10的化合物，
式I中，R1、R0各自獨立地表示碳原子數為1-10的鏈烷基、氟取代的碳原子數為1-10的鏈烷基、碳原子數為2-10的鏈烯基或氟取代的碳原子數為2-10的鏈烯基；其中R1、R0基團中任意一個或多個不相連的-CH2-任選被亞環丙基或亞環戊基替代；式II中，R2、R3各自獨立地表示碳原子數為1-10的鏈烷基或碳原子數為2-10的鏈烯基；
、
各自獨立地表示
或
。
本發明的液晶組合物，優選地，-CF2O-類△ε>10的化合物包含一種或多種式III所示的化合物，還包含一種或多種IV所示的化合物、V所示的化合物、VI所示的化合物、VII所示的化合物、VIII所示的化合物，
式III中，R4表示碳原子數為1-10的鏈烷基，且R4所示基團中任意一個或多個不相連的-CH2-任選被亞環丙基或亞環戊基替代；X1表示H或CH3；X2、X3各自獨立地表示H或F；m表示1或2；n表示1、2或3；
表示
、
、
或
；
表示
、
、
或
；
當m表示2時，兩個
可相同或不同；
當n表示2或3時，兩個或三個
可相同或不同。
式IV中，R5表示碳原子數為1-10的鏈烷基或碳原子數為2-10的鏈烯基；R6表示碳原子數為1-10的鏈烷基、碳原子數為2-10的鏈烯基或碳原子數為1-10的鏈烷氧基；
表示
或
；
、
各自獨立地表示
、
、
。
式V中，R7表示碳原子數為1-10的鏈烷基；Y1表示-F或-OCF3；X4、X5各自獨立地表示F或H；
表示
或
；
各自獨立地表示
、
、
。
式VI中，R8、R9各自獨立地表示碳原子數為1-10的鏈烷基、碳原子數為1-10的鏈烷氧基、碳原子數為2-10的鏈烯基或碳原子數為1-8的鏈烯氧基；
表示
、
或
；
a表示0、1或2；當a表示2時，兩個
不同時表示
或
Z表示單鍵或-CH2O-。
式VII中，Rc表示碳原子數為1-10的鏈烷基；Rd表示-CF3或-OCF3。
式VIII中，Ra、Rb各自獨立地表示碳原子數為1-10的鏈烷基、氟取代的碳原子數為1-10的鏈烷基、碳原子數為1-10的鏈烷氧基、氟取代的碳原子數為1-10的鏈烷氧基、碳原子數為2-10的鏈烯基、氟取代的碳原子數為2-10的鏈烯基、碳原子數為3-8的鏈烯氧基或氟取代的碳原子數為3-8的鏈烯氧基；X表示O或S。
本發明的另一個目的在於提供一種液晶顯示元件或液晶顯示器，其包含本發明的液晶組合物，所述液晶顯示元件或液晶顯示器為主動矩陣顯示元件或顯示器。
本發明中液晶組合物為正介電各向異性液晶組合物，適用於TN，FFS，IPS等顯示模式，尤其適用於邊緣場顯示模式。
本發明的有益效果如下：本發明的液晶組合物，具有彈性常數大，垂直介電比介電比值大，撓曲電好的優勢，可以用於開發透過率高、回應快、對比度高、功耗低以及flicker優的等的液晶顯示元器件，尤其適用於工控、筆記本、TV等需要透過率高或者殘像品質高的產品。
為了更清楚地說明本發明，下面結合優選實施例對本發明做進一步的說明。本領域技術人員應當理解，下面所具體描述的內容是說明性的而非限制性的，不應以此限制本發明的保護範圍。
[液晶組合物]
本發明提供一種包含苯並色烯的介電各向異性為正性的液晶組合物，，所述液晶組合物包含一種或多種式I所示的化合物、一種或多種式II所示的化合物以及一種或多種-CF2O-類△ε>10的化合物，
式I中，R1、R0各自獨立地表示碳原子數為1-10的鏈烷基、氟取代的碳原子數為1-10的鏈烷基、碳原子數為2-10的鏈烯基或氟取代的碳原子數為2-10的鏈烯基；其中R1、R0基團中任意一個或多個不相連的-CH2-任選被亞環丙基或亞環戊基替代；式II中，R2、R3各自獨立地表示碳原子數為1-10的鏈烷基或碳原子數為2-10的鏈烯基；
、
各自獨立地表示
或
。
本發明的液晶組合物，優選地，前述式I所示化合物選自下述式I-1至I-15所示化合物組成的組，
本發明的液晶組合物，進一步優選地，前述式I所示化合物在液晶組合物中的質量含量為1-20%，進一步優選為8-10%。
本發明的液晶組合物，優選地，前述-CF2O-類△ε>10的化合物選自一種或多種式III所示的化合物，
式III中，
R4表示碳原子數為1-10的鏈烷基，且R4所示基團中任意一個或多個不相連的-CH2-任選被亞環丙基或亞環戊基替代；X1表示H或CH3；X2、X3各自獨立地表示H或F；m表示1或2；n表示1、2或3；
表示
、
、
或
；
表示
、
、
或
；
當m表示2時，兩個
可相同或不同；
當n表示2或3時，兩個或三個
可相同或不同。
本發明的液晶組合物，優選地，前述式III所示化合物選自下述式III-1至式III-所示化合物組成的組，
其中，R4表示碳原子數為1-10的鏈烷基，且R4所示基團中任意一個或多個不相連的-CH2-任選被亞環丙基或亞環戊基替代。
本發明的液晶組合物，進一步優選地，前述式III所示化合物選自式III-4、III-8、III-13以及III-16所示化合物組成的組；更進一步優選地，包含III-4、III-13所示化合物。
本發明的液晶組合物，優選地，前述液晶組合物還包含一種或多種式IV所示的化合物，
式IV中，R5表示碳原子數為1-10的鏈烷基或碳原子數為2-10的鏈烯基；R6表示碳原子數為1-10的鏈烷基、碳原子數為2-10的鏈烯基或碳原子數為1-10的鏈烷氧基；
表示
或
；
、
各自獨立地表示
、
、
。
本發明的液晶組合物，優選地，前述式IV所示化合物選自下述式IV-1至IV-13所示化合物組成的組，
本發明的液晶組合物，優選地，前述液晶組合物還包含一種或多種式V所示化合物，
式V中，R7表示碳原子數為1-10的鏈烷基；Y1表示-F、-CF3或-OCF3；X4、X5各自獨立地表示F或H；
表示
或
；
各自獨立地表示
、
、
。
本發明的液晶組合物，優選地，前述式V所示化合物選自下述式V-1至V-8所示化合物組成的組，
本發明的液晶組合物，進一步優選地，前述式V所示化合物選自下述式V-1、V-2、V-4、V-7所示化合物，在液晶組合物中的質量含量為0-41%；更進一步地，式V所示化合物包含式V-4所示化合物，在液晶組合物中的質量含量為0-20%。
本發明的液晶組合物，優選地，前述式II所述化合物選自式II-1和/或II-2所示化合物組成的組，
本發明的液晶組合物，進一步優選地，前述式II-1和/或II-2所示化合物在液晶組合物中的質量含量為0-80%，更進一步優選地，II-1和/或II-2所示化合物在液晶組合物中的質量含量為23-35%。
本發明的液晶組合物，優選地，前述液晶組合物還包含一種或多種式VI所示的化合物，
式VI中，
R8、R9各自獨立地表示碳原子數為1-10的鏈烷基、碳原子數為1-10的鏈烷氧基、碳原子數為2-10的鏈烯基或碳原子數為1-8的鏈烯氧基；
表示
、
或
；
a表示0、1或2；當a表示2時，兩個
不同時表示
或
Z表示單鍵或-CH2O-。
本發明的液晶組合物，優選地，前述式VI所示化合物選自下述式VI-1至VI-7所示化合物組成的組，
其中，R8、R9各自獨立地表示碳原子數為1-10的鏈烷基、碳原子數為1-10的鏈烷氧基、碳原子數為2-10的鏈烯基或碳原子數為1-8的鏈烯氧基。
本發明的液晶組合物，進一步優選地，前述式VI所示化合物包含式VI-3和/或VI-7所示化合物，在液晶組合物中的質量含量為1-20%，進一步優選地，質量含量為5-7%。
本發明的液晶組合物，優選地，前述液晶組合物包含一種或多種式VII所示的化合物，
式VII中，Rc表示碳原子數為1-10的鏈烷基；Rd表示-CF3或-OCF3。
本發明的液晶組合物，進一步優選地，前述式VII所示化合物在液晶組合物中的質量含量為0-20%。
本發明的液晶組合物，優選地，前述液晶組合物包含一種或多種式VIII所示的化合物，
式VIII中，Ra、Rb各自獨立地表示碳原子數為1-10的鏈烷基、氟取代的碳原子數為1-10的鏈烷基、碳原子數為1-10的鏈烷氧基、氟取代的碳原子數為1-10的鏈烷氧基、碳原子數為2-10的鏈烯基、氟取代的碳原子數為2-10的鏈烯基、碳原子數為3-8的鏈烯氧基或氟取代的碳原子數為3-8的鏈烯氧基；X表示O或S。
本發明的液晶組合物，優選地，還包含一種或多種式IX所示的化合物：
式IX中，Rf表示碳原子數為1-10的鏈烷基，且Rf所示基團中任意一個或多個不相連的-CH2-任選被亞環戊基、亞環丁基或亞環丙基取代。
前述液晶組合物中，按質量百分含量計，式IX所示的化合物在液晶組合物中的含量為0.1~2%，優選為0.1~1%。
優選地，前述式IX所示化合物選自式IX-1至式IX-5所示化合物組成的組：
前述的碳原子數為1-10的鏈烷基，可以列舉出，例如，甲基、乙基、正丙基、異丙基、正丁基、異丁基、叔丁基、正戊基、異戊基、己基、庚基、辛基、壬基、癸基等。
前述的碳原子數為1-10的鏈烷氧基，可以列舉出例如，甲氧基、乙氧基、正丙氧基、異丙氧基、正丁氧基、異丁氧基、戊氧基、己氧基、庚氧基、辛氧基、壬氧基、癸氧基等。
前述碳原子數為2-10的鏈烯基，可以列舉出，例如，乙烯基、1-丙烯基、1-丁烯基、2-丁烯基、3-丁烯基、1-戊烯基、2-戊烯基、3-戊烯基、4-戊烯基、1-己烯基、2-己烯基、3-己烯基等。
前述的碳原子數為1-10的鏈烷基中一個或多個不相鄰的-CH2-被亞環丙基、亞環丁基或亞環戊基取代後得到的基團，可以列舉出，例如環丙基、環丁基、環戊基、甲基亞環丙基、乙基亞環丙基、丙基亞環丙基、異丙基亞環丙基、正丁基亞環丙基、異丁基亞環丙基、叔丁基亞環丙基、甲基亞環丁基、乙基亞環丁基、丙基亞環丁基、異丙基亞環丁基、正丁基亞環丁基、異丁基亞環丁基、叔丁基亞環丁基、甲基亞環戊基、乙基亞環戊基、丙基亞環戊基、異丙基亞環戊基、正丁基亞環戊基、異丁基亞環戊基等。
本發明的液晶化合物中還可以加入各種功能的摻雜劑，摻雜劑含量優選0.01~1%之間，這些摻雜劑可以列舉出，例如抗氧化劑、紫外線吸收劑、手性劑。
抗氧化劑可以列舉出，
其中，t表示1-10的整數。
紫外線吸收劑可以列舉出，
手性劑(左旋或右旋)優選可以列舉出例如：
[液晶顯示元件或液晶顯示器]
為達到上述另一個目的，本發明提供如下技術方案：一種液晶顯示元件或液晶顯示器，其包含本發明的液晶組合物，所述液晶顯示元件或液晶顯示器為主動矩陣顯示元件或顯示器。
本發明的另一個目的在於提供一種液晶顯示元件或液晶顯示器，其包含本發明的液晶組合物，所述液晶顯示元件或液晶顯示器為主動矩陣顯示元件或顯示器。
本發明中液晶組合物為正介電各向異性液晶組合物，適用於TN，FFS，IPS等顯示模式，尤其適用於邊緣場顯示模式。
對於本發明的液晶顯示元件、液晶顯示器，只要含有本發明的液晶組合物，則對其結構沒有任何限定，本領域技術人員能夠根據所需的性能選擇合適的液晶顯示元件、液晶顯示器的結構。
實施例
為了更清楚地說明本發明，下面結合實施例對本發明做進一步的說明。本領域技術人員應當理解，下面所具體描述的內容是說明性的而非限制性的，不應以此限制本發明的保護範圍。
本說明書中，如無特殊說明，百分比均是指質量百分比，溫度為攝氏度(℃)，其他符號的具體意義及測試條件如下：△ε表示介電各向異性，△ε=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微米反平行盒，INSTEC：ALCT-CUST-4C測試；K11為展曲彈性常數，K33為彎曲彈性常數，測試條件為：25±2℃、INSTEC：ALCT-CUST-4C、20微米平行盒；Flexo用V100的flicker表示，測試條件為25±0.5℃，FFS測試盒，測試設備用DMS-501，單位用dB表示，數值越小表示撓曲效果越好，Flicker閃爍越小，殘像越好；殘像：液晶顯示器件的殘像，是在顯示區域內使規定的固定圖案顯示1000小時後，通過目測對進行全畫面均勻顯示時的固有圖案的殘留水準進行以下的4等級評價：
◎無殘留
○有極少量殘留，為可以容許的水準
△有殘留，為不能允許的水準
×有殘留，相當差。
液晶組合物的製備方法如下：將各液晶單體按照一定配比稱量後放入不銹鋼燒杯中，將裝有各液晶單體的不銹鋼燒杯置於磁力攪拌儀器上加熱融化，待不銹鋼燒杯中的液晶單體大部份融化後，往不銹鋼燒杯中加入磁力轉子，將混合物攪拌均勻，冷卻到室溫後即得液晶組合物。
本發明實施例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1、表2。
舉例：
，其代碼為CC-3-V；
，其代碼為PUQU-3-F；
，其代碼為PGUQK-3-F；
，其代碼為APUQU-Cp-F；
，其代碼為DPUQU-3-F；
，其代碼為DGUQK-2-F；
，其代碼為PGU-3-F；
，其代碼為CY-3-O4；
，其代碼為CCY-3-O2；
，其代碼為CPY-4-O2；
，其代碼為CCP-3-OT；
，其代碼為PP-1-2V1；
，其代碼為CCP-V-1；
，其代碼為CPP-1V-2；
，其代碼為PGP-2-2V；
，其代碼為PPGU-Cp-F；
，其代碼為CDPU-3-F；
，其代碼為LSc-3-OT；
，其代碼為B-3O-O5；
，其代碼為B-4O-O5。
實施例1
液晶組合物的配方及相應的性能如下表3所示。
實施例2
液晶組合物的配方及相應的性能如下表4所示。
實施例3
液晶組合物的配方及相應的性能如下表5所示。
實施例4
液晶組合物的配方及相應的性能如下表6所示。
實施例5
液晶組合物的配方及相應的性能如下表7所示。
實施例6
液晶組合物的配方及相應的性能如下表8所示。
實施例7
液晶組合物的配方及相應的性能如下表9所示。
實施例8
液晶組合物的配方及相應的性能如下表10所示。
實施例9
液晶組合物的配方及相應的性能如下表11所示。
實施例10
液晶組合物的配方及相應的性能如下表12所示。
實施例11
液晶組合物的配方及相應的性能如下表13所示。
對比例1
液晶組合物的配方及相應的性能如下表14所示。
對比例2
液晶組合物的配方及相應的性能如下表15所示。
對比例1和對比例2均為實施例1的對比例，與實施例1相比，雖然對比例1和對比例2的技術方案也能調整到與本發明相當的介電和彈性常數，但是對比例1和對比例2的flicker@V100(db)比較差，撓曲電差，殘像不好，對比例2的ε⊥/△ε比較差，透過率比較低。
因此，本發明的液晶組合物，具有彈性常數大，垂直介電比介電比值大，撓曲電好的優勢，可以用於開發透過率高、回應快、對比度高、功耗低以及flicker優的等的液晶顯示元器件，尤其適用於工控、筆記本、TV等需要透過率高或者殘像品質高的產品。
本發明的上述實施例僅僅是為清楚地說明本發明所作的舉例，而並非是對本發明的實施方式的限定，對於所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動，這裡無法對所有的實施方式予以窮舉，凡是屬於本發明的技術方案所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處於本發明的保護範圍之列。
Claims (8)
- 一種介電各向異性為正性的液晶組合物，包含一種或多種式I所示的化合物、一種或多種式II所示的化合物以及一種或多種-CF2O-類△ε>10的化合物，
- 根據請求項1所述的液晶組合物，還包含一種或多種式IV所示的化合物，
- 根據請求項1所述的液晶組合物，還包含一種或多種式V所示化合物，
- 根據請求項1所述的液晶組合物，其中所述式II所示化合物選自式II-1和II-2所示化合物組成的組，
- 根據請求項1所述的液晶組合物，還包含一種或多種式VI所示的化合物，
- 根據請求項1所述的液晶組合物，還包含一種或多種式VII所示的化合物，
- 根據請求項1所述的液晶組合物，還包含一種或多種式VIII所示的化合物，
- 一種液晶顯示元件或液晶顯示器，包含如請求項1-7中任一項所述的液晶組合物，且所述液晶顯示元件或液晶顯示器為主動矩陣顯示元件或顯示器。
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2022
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