一种快速响应液晶组合物及应用的制作方法

1.本发明属于液晶显示技术领域，更具体地，涉及液晶组合物，以及包含有该液晶组合物的液晶显示元件或液晶显示器。


背景技术：

2.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 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。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的亮度决定于透过液晶盒的光的相对量称其为液晶盒的透射率、透过彩色滤光片的光的相对量cf的透射率以及背光源的亮度等诸多因素。
3.近年来，电子竞技作为一项新兴的体育项目，逐渐受到更多的关注。电子竞技与传统的体育竞技项目不同，需要在电子信息设备营造的虚拟环境中进行。虚拟环境的展现，需要借助显示技术和显示设备。随着电子竞技项目的不断发展，对于虚拟环境呈现的要求也不断提高，要求显示设备能够满足画面快速切换，具有色域范围广、高分辨率、高对比度等特点。其中，最为重要的是如何提高换面的切换速度。因此，高刷新率的显示器被不断的开发出来，例如144hz、165hz，乃至更高刷新率。这类高刷新频率的显示器对所用的液晶材料具有更快的响应速度，以匹配不断升高的刷新频率。
4.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材料等方法。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。
5.以上改良方式都是从液晶面板的制作着手，但都存在一定的问题。因此，液晶显示领域更倾向于选择响应速度快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。


技术实现要素：

6.为了解决上述技术问题，本发明的第一个目的在于提供一种液晶组合物具有极快的响应速度、很低的旋转粘度、较大的光学各向异性、较宽的向列相温度范围、适中的介电各向异性，以及良好的抗紫外和抗外界环境破坏能力，在电子竞技显示领域中有明显优势。
7.本发明的第二个目的在于提供一种液晶显示元件或液晶显示器。
8.为达到上述第一个目的，本发明采用下述技术方案：
9.一种快速响应的液晶组合物，所述液晶组合物包括一种或多种式ⅲ所示化合物、一种或多种式ⅳ所示化合物，以及一种或多种式
ⅴ
所示化合物，
[0010][0011]
其中，r4、r5各自独立地表示碳原子数为1～5的烷基、碳原子数为2～5的烯基，且r4、r5中至少有一个表示碳原子数为2～5的烯基；r6、r7、r8各自独立地表示碳原子数为1～5的烷基；
[0012]
表示l表示h或f；
[0013]
其中，按质量百分含量计，所述液晶组合物中，包含8～14％的式ⅲ所示化合物、11～15％的式ⅳ所示化合物，以及7～12％的式
ⅴ
所示化合物。
[0014]
本发明的第二个目的在于提供一种液晶显示元件或液晶显示器，其包含如上所述的液晶组合物，所述液晶显示元件为有源矩阵显示元件或无源矩阵显示元件，所述液晶显示器为有源矩阵显示器或无源矩阵显示器。
[0015]
进一步地，所述液晶显示元件或液晶显示器使用于电子竞技显示领域，为高刷新率的显示元件或显示器。例如144hz以上、165hz以上，乃至更高刷新率。
[0016]
本发明的有益效果如下：
[0017]
本发明的液晶组合物具有极快的响应速度、很低的旋转粘度、较大的光学各向异性、较宽的向列相温度范围，以及良好的抗紫外和抗外界环境破坏能力。
[0018]
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，具有极快的响应速度、较宽的使用温度范围、适中的介电各向异性，以及良好的信赖性，尤其适合用于对响应速度要求极高的电子竞技显示领域中。
具体实施方式
[0019]
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。
[0020]
[液晶组合物]
[0021]
一种快速响应液晶组合物，所述液晶组合物包括一种或多种式ⅲ所示化合物、一种或多种式ⅳ所示化合物，以及一种或多种式
ⅴ
所示化合物，
[0022][0023]
其中，r4、r5各自独立地表示碳原子数为1～5的烷基、碳原子数为2～5的烯基，且r4、r5中至少有一个表示碳原子数为2～5的烯基；r6、r7、r8各自独立地表示碳原子数为1～5的烷基；
[0024]
表示l表示h或f；
[0025]
其中，按质量百分含量计，所述液晶组合物中，包含8～14％的式ⅲ所示化合物、11～15％的式ⅳ所示化合物，以及7～12％的式
ⅴ
所示化合物。
[0026]
本发明的液晶组合物具有极快的响应速度、很低的旋转粘度、较大的光学各向异性、较宽的向列相温度范围、适中的介电各向异性，以及良好的抗紫外和抗外界环境破坏能力，主要应用在ffs模式、ips模式的电子竞技显示领域。
[0027]
可选的，前述式ⅲ所示化合物选自式ⅲ1～式ⅲ2所示化合物组成的组，
[0028][0029]
前述式ⅳ所示化合物选自式ⅳ1～式ⅳ5所示化合物组成的组，
[0030][0031][0032]
前述式
ⅴ
所示化合物选自式
ⅴ
1～式
ⅴ
10所示化合物组成的组，
[0033]
[0034][0035]
本发明的液晶组合物，可选的，还包括一种或多种式ⅰ所示化合物，以及一种或多种式ⅱ所示化合物，
[0036][0037]
其中，r1表示碳原子数为2～5的烯基；r2、r3各自独立地表示碳原子数为1～5的烷基、碳原子数为2～5的烯基，且r2、r3中至少有一个表示碳原子数为2～5的烯基。
[0038]
可选的，前述式ⅰ所示化合物选自式ⅰ1～式ⅰ2所示化合物组成的组，
[0039][0040]
前述式ⅱ所示化合物选自式ⅱ1～式ⅱ2所示化合物组成的组，
[0041][0042]
本发明的液晶组合物，可选的，还包括一种或多种式
ⅵ
所示化合物，
[0043][0044]
其中，r9表示碳原子数为1～5的直链烷基，其中任意一个或多个不相邻的
‑
ch2‑
任
选被亚环戊基、亚环丁基或亚环丙基替代。
[0045]
可选的，所述式
ⅵ
所示化合物选自式
ⅵ
1～式
ⅵ
2所示化合物组成的组，
[0046][0047]
可选的，前述液晶组合物包括至少两种式ⅰ所示化合物、至少两种式ⅲ所示化合物、至少两种式ⅳ所示化合物、以及至少三种式
ⅴ
所示化合物。
[0048]
可选的，前述液晶组合物中，按质量百分含量计，包含52～59％的式ⅰ所示化合物、7～10％的式ⅱ所示化合物、以及0.5～1.5％的式
ⅵ
所示化合物。
[0049]
可选的，按质量百分含量计，前述液晶组合物包括43～48％的式ⅰ1所示化合物、9～11％的式ⅰ2所示化合物、7～10％的式ⅱ1所示化合物、7～11％的式ⅲ1所示化合物、1～3％的式ⅲ2所示化合物、3～5％的式ⅳ1所示化合物、8～12％的式ⅳ5所示化合物、3～6％的式
ⅴ
1所示化合物、1～4％的式
ⅴ
6所示化合物、1～4％的式
ⅴ
9所示化合物，以及0.5～1.0％的式
ⅵ
2所示化合物。
[0050]
本发明的液晶组合物，优选地，介电各向异性为2.8～3.2，光学各向异性为0.117～0.120，清亮点为75～80℃，旋转粘度低于40mpa.s。
[0051]
前述的碳原子数为1～5的烷基，可以列举出，例如，甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、叔丁基、正戊基、异戊基。
[0052]
前述的碳原子数为1～5的烷氧基，可以列举出例如，甲氧基、乙氧基、正丙氧基、异丙氧基、正丁氧基、异丁氧基、戊氧基等。
[0053]
前述碳原子数为2～5的烯基，可以列举出，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
‑
戊烯基等。
[0054]
前述的碳原子数为1～5的烷基中一个或多个不相邻的
‑
ch2‑
被亚环丙基、亚环丁基或亚环戊基取代后得到的基团，可以列举出，例如环丙基、环丁基、环戊基、甲基亚环丙基、乙基亚环丙基、丙基亚环丙基、异丙基亚环丙基、正丁基亚环丙基、异丁基亚环丙基、叔丁基亚环丙基、甲基亚环丁基、乙基亚环丁基、丙基亚环丁基、异丙基亚环丁基、正丁基亚环丁基、异丁基亚环丁基、叔丁基亚环丁基、甲基亚环戊基、乙基亚环戊基、丙基亚环戊基、异丙基亚环戊基、正丁基亚环戊基、异丁基亚环戊基等。
[0055]
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。
[0056]
抗氧化剂可以列举出，
[0057][0058]
t表示1～10的整数。
[0059]
光稳定剂可以列举，
[0060][0061]
手性剂可以列举，
[0062][0063]
[液晶显示元件、液晶显示器]
[0064]
本发明还涉及包含本发明的液晶组合物的液晶显示元件，前述显示元件为有源矩阵显示元件或无源矩阵显示元件。
[0065]
本发明还涉及包含本发明的液晶组合物的液晶显示器，前述显示器为有源矩阵显
示器或无源矩阵显示器。
[0066]
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，具有极快的响应速度、较宽的使用温度范围，以及良好的信赖性。尤其适合用于对响应速度要求极高的电子竞技显示领域中。
[0067]
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。
[0068]
实施例
[0069]
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。
[0070]
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(℃)，液晶化合物也称为液晶单体，其他符号的具体意义及测试条件如下：
[0071]
cp表示液晶清亮点(℃)，dsc定量法测试；
[0072]
δn表示光学各向异性，δn＝n
e
‑
n
o
，其中，n
o
为寻常光的折射率，n
e
为非寻常光的折射率，测试条件为25
±
2℃，589nm，阿贝折射仪测试；
[0073]
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微米反平行盒，instec:alct
‑
cust
‑
4c测试；
[0074]
k
11
为展曲弹性常数，k
33
为弯曲弹性常数，测试条件为：25
±
2℃、instec:alct
‑
cust
‑
4c、20微米反平行盒；
[0075]
γ1表示旋转粘度(mpa
·
s),测试条件为25
±
0.5℃，20微米反平行盒，instec:alct
‑
cust
‑
4c测试；
[0076]
vhr表示电压保持率(％)，测试条件为60
±
2℃、电压为
±
5v、脉冲宽度为10ms、电压保持时间166.7ms。测试设备为toyo model6254液晶性能综合测试仪；
[0077]
τ表示响应时间(ms)，的测试仪器为dms
‑
501，测试条件为25
±
0.5℃，测试盒为ips测试盒，电极间距和电极宽度均为10微米，摩擦方向与电极夹角为10
°
。
[0078]
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。
[0079]
本发明实施例中使用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1、表2。
[0080]
表1环结构的对应代码
[0081][0082][0083]
表2端基与链接基团的对应代码
[0084][0085]
举例：
[0086]
其代码为cc
‑3‑
v；
[0087]
其代码为cc
‑3‑
v1；
[0088]
其代码为pp
‑1‑
2v；
[0089]
其代码为cpp
‑
1v
‑
2；
[0090]
其代码为pgp
‑3‑
2；
[0091]
其代码为dguqu
‑4‑
f；
[0092]
其代码为ppgu
‑
cp
‑
f；
[0093]
其代码为pguqu
‑3‑
f。
[0094]
实施例1：
[0095]
液晶组合物的配方及相应的性能如下表3所示。
[0096]
表3：实施例1的液晶组合物的配方及相应的性能
[0097][0098]
[0099]
实施例2：
[0100]
液晶组合物的配方及相应的性能如下表4所示。
[0101]
表4：实施例2的液晶组合物的配方及相应的性能
[0102][0103][0104]
实施例3：
[0105]
液晶组合物的配方及相应的性能如下表5所示。
[0106]
表5：实施例3的液晶组合物的配方及相应的性能
[0107][0108][0109]
实施例4：
[0110]
液晶组合物的配方及相应的性能如下表6所示。
[0111]
表6：实施例4的液晶组合物的配方及相应的性能
[0112][0113]
实施例5：
[0114]
液晶组合物的配方及相应的性能如下表7所示。
[0115]
表7：实施例5的液晶组合物的配方及相应的性能
[0116][0117]
实施例6：
[0118]
液晶组合物的配方及相应的性能如下表8所示。
[0119]
表8：实施例6的液晶组合物的配方及相应的性能
[0120]
[0121][0122]
对比例1：
[0123]
液晶组合物的配方及相应的性能如下表9所示。
[0124]
表9：对比例1的液晶组合物的配方及相应的性能
[0125]
[0126][0127]
与实施例5相比，对比例1液晶组合物中不包含式ⅲ所示化合物，使用结构相近的cpp
‑3‑
2、cpp
‑5‑
2等量替代式ⅲ所示化合物。虽然化合物结构相近，但性能相差很大。对比例1液晶组合物与实施例5液晶组合物δε、ε
⊥
、γ1基本相同，但实施例5清亮点cp、光学各向异性δn、展曲弹性常数k
11
明显大于对比例1，因此，实施例5液晶组合，抗高温能力更强，并且相同延迟量设计下，响应速度更快。
[0128]
对比例2：
[0129]
液晶组合物的配方及相应的性能如下表10所示。
[0130]
表10：对比例2的液晶组合物的配方及相应的性能
[0131]
[0132][0133]
与实施例5相比，对比例2液晶组合物中不包含式ⅳ所示化合物，通过调整其他化合物含量，使对比例2液晶组合物的δε、ε
⊥
、γ
1/
k
11
与实施例5尽量保持相同，但是，对比例2液晶组合物的光学各向异性δn明显小于实施例5，因此，对比例2液晶组合物与实施例5液晶组合在相同延迟量设计下，实施例5响应速度更快。并且，对比例2液晶组合物中式ⅲ所示化合物含量为20.25％，在
‑
30℃低温环境下易出现晶析。
[0134]
对比例3：
[0135]
液晶组合物的配方及相应的性能如下表11所示。
[0136]
表11：对比例3的液晶组合物的配方及相应的性能
[0137]
[0138][0139]
与实施例5相比，对比例3液晶组合物中不包含式
ⅴ
所示化合物，使用结构相近的cpuqu
‑3‑
f、apuqu
‑2‑
f、apuqu
‑3‑
f等量替代式
ⅴ
所示化合物。对比例3液晶组合物与实施例5液晶组合物cp、ε
⊥
、γ1、k
11
基本相同，但δε、δn明显小于实施例5，尤其是δε。因此，对比例3液晶组合物相对于实施例5液晶组合，需要更大的驱动电压才能将液晶分子完全驱动，从而消耗更多的电能。与实施例5相比，如果在相同的驱动电压下，由于对比例3的液晶组合物无法完全驱动将降低其透过率，透过率降低便需要增加背光亮度才能获得满足需求的画面亮度，从而消耗更多的电能。并且，由于实施例5δn更大，相同延迟量设计下，实施例5液晶组合物的响应速度相对于对比例3更快。
[0140]
对比例4：
[0141]
液晶组合物的配方及相应的性能如下表12所示。
[0142]
表12：对比例4的液晶组合物的配方及相应的性能
[0143]
[0144][0145]
与实施例5相比，对比例4液晶组合物中不包含式ⅲ、式ⅳ、式
ⅴ
所示化合物，使用cpp
‑3‑
2、cpp
‑5‑
2、cpp
‑3‑
1、cpp
‑2‑
3、cppc
‑3‑
3、cpuqu
‑3‑
f、apuqu
‑2‑
f、apuqu
‑3‑
f替代式ⅲ、式ⅳ、式
ⅴ
所示化合物，并尽量保持对比例4与实施例5的cp、δε、ε
⊥
基本相同，但δn明显小于实施例5。在相同延迟量设计下，实施例5液晶组合物的响应速度快于对比例4是非常明显的。并且，实施例5的γ1和γ
1/
k
11
相对于对比例均更小，从而响应速度也将更快。
[0146]
对比例5
[0147]
液晶组合物的配方及相应的性能如下表13所示。
[0148]
表13：对比例5的液晶组合物的配方及相应的性能
[0149]
[0150][0151]
对比例6
[0152]
液晶组合物的配方及相应的性能如下表14所示。
[0153]
表14：对比例6的液晶组合物的配方及相应的性能
[0154]
[0155][0156]
表15为实施例1～6、对比例1～6液晶组合物响应时间、低温储存实验数据。
[0157]
将实施例1～6、对比例1～6液晶组合物灌入不同厚度测试盒，在相同驱动电压下测试响应的对比数据。按照相同延迟量(δn*d＝330nm)设计，其中，δn为光学各向异性，d代表测试盒厚度。δn越大，可以灌入盒厚越小的测试盒。然后将实施例与对比例液晶组合物分别灌入对应厚度的测试盒中，在5v电压下进行驱动对比测试响应速度。
[0158]
将实施例1～6、对比例1～6液晶组合物灌注入液晶测试盒(cell)，贴上偏光片和反光片，放入
‑
30℃手套箱中，每24h观察一次，共考察720h。实施例1～6、对比例1～6液晶组合物的低温情况列于表15中。
[0159]
表15：实施例1～6、对比例1～6液晶组合物响应时间、低温储存实验数据
[0160][0161][0162]
从上述表15可以看出，在相同的驱动电压、相同的延迟量设计前提下，实施例1～6液晶组合物相对于对比例1、2、4具有更快的响应速度，虽然对比例5具有于实施例接近的响应速度，但由于式ⅳ所示化合物质量百分含量为18％，在
‑
30℃环境下出现晶析。因此，可以看出实施例1～6液晶组合物不仅具有极快的响应速度，还具有良好的低温溶解性，不易出现晶析。由于对比例3和对比例6的介电各向异性与实施例1～6介电各向异性相差明显，因此采用相同的驱动电压进行响应时间测试不具有可比性。
[0163]
表16为实施例1～6、对比例1～6液晶组合物信赖性实验数据。
[0164]
液晶组合物在液晶显示元件或液晶显示器生产过程中的信赖性通过紫外老化试验并进行vhr测试来进行，液晶组合物紫外试验前后的vhr数据变化越小，抗紫外能力越强。因此，通过比较各个实施例、对比例在试验前后的vhr数据的变化来判断抗紫外能力。
[0165]
液晶组合物工作过程中的信赖性还可以通过背光老化试验并进行vhr测试来进行，液晶组合物背光试验前后的vhr数据变化越小，抗外界环境破坏能力越强。因此，通过比较各个实施例、对比例在试验前后的vhr数据的变化来判断抗外界环境破坏能力。
[0166]
首先，在进行紫外、背光老化试验之前，测定液晶组合物的vhr数据作为初始vhr数据，然后，对液晶组合物进行紫外、背光老化试验，在试验后再次测定液晶组合物的vhr数据。
[0167]
紫外老化试验：将液晶组合物灌入相应测试盒中，在波长为365nm的紫外灯下照射5000mj能量。
[0168]
背光试验：将液晶组合物灌入相应测试盒中，封口，放到光强为25000nit的背光上进行背光老化试验，老化1000h后进行vhr测试。
[0169]
在老化试验后vhr数据相对于初始vhr数据变化越小，说明该液晶组合物抗外界环境破坏能力越强，因此，该液晶组合物的信赖性就越高。
[0170]
表16：实施例1～6、对比例1～6液晶组合物信赖性试验数据
[0171][0172][0173]
从上述表16可以看出，实施例1～6液晶组合物在经过紫外老化试验和背光试验后，vhr变化很小。因此，实施例1～6液晶组合物具有良好的抗紫外和抗外界环境破坏能力。
[0174]
综上所述，本发明提供的液晶组合物具有极快的响应速度、很低的旋转粘度、较大
的光学各向异性、较宽的向列相温度范围、适中的介电各向异性，以及良好的抗紫外和抗外界环境破坏能力，在电子竞技显示领域中有明显优势。
[0175]
本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。