一种向列相液晶组合物、液晶显示元件及液晶显示器的制作方法

1.本发明属于液晶材料技术领域，具体涉及一种向列相液晶组合物及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.液晶显示元件根据显示模式分为：扭曲向列相(tn)模式、超扭曲向列相(stn)模式、共面模式(ips)、边界电场切换(ffs)、垂直配向(va)模式等。无论何种显示模式均需要液晶组合物有以下特性：
3.(1)化学、物理性质稳定；(2)粘度低；(3)具有合适的介电
△
ε；(4)合适的光学各向异性
△
n；(5)与其他液晶化合物的互溶性好。
4.早期商用的tft-lcd产品基本采用了tn显示模式，其最大问题是视角窄。随着产品尺寸的增加，特别是在tv领域的应用，具有广视野角特点的ips显示模式、va显示模式依次被开发出来并加以应用。
5.另外，ffs模式、ips模式、va模式等的显示元件所用的液晶介质，本身并不完美，对于显示器件所用的液晶材料，要求具有
①
低的驱动电压：液晶材料具有适当的负介电各向异性和弹性常数k；
②
快速响应：液晶材料具有适当的旋转粘度γ1和弹性系数k；
③
高可靠性：高的电荷保持率，高的比电阻值，优良的耐高温稳定性及对紫外光(uv光)或常规的背光照明来照射的稳定性有严格要求等的特点。随着液晶显示器的广泛应用，对其性能的要求也在不断的提高。
6.液晶材料不仅要具备以上特点，同时液晶材料应该具备宽的向列相温度范围，来满足液晶面板广泛的应用领域，如车载液晶显示器需要满足更宽的工作温度，以适应各地域和气候的温度变化；工控产品的液晶显示器同样需要满足更宽的工作温度，以适应不同操作环境的温度变化。
7.由于液晶显示技术天生的“顽疾”，液晶分子在发生偏转时需要一定的时间，这段时间被称为“响应时间”，因此在表现动态画面时都会出现模糊、不清晰的情况。平板电视领域，动态画面的清晰度是消费者最关心的问题，因此要求液晶开发需要更快的响应时间；中小尺寸的液晶显示器，要求更好的动态画面的清晰度，这也要求液晶液晶开发需要更快的响应时间。
8.液晶电视之所以可以成为彩电市场上独领风骚的主流产品，主要是由于其比一般的电视具有轻、薄、分辨率高、低能耗、低辐射、健康和环保等优点。像目前主流2k/4k甚至8k电视产品，对液晶电视响应速度关键的技术指标提出了更高的要求，如开发低旋转粘度的组合液晶材料、高光学各向异性的组合物液晶材料、高弹性常数的组合液晶材料等等性能。


技术实现要素：

9.为了解决上述技术问题，本发明人等进行了深入研究、大量实验后发现，本发明的液晶组合物在较大的光学各向异性(δn)的基础上具有较低的旋转粘度(γ1)、高弹性常数
(k
11
)以及快速的响应时间的特点，进而可以实现液晶显示的快速响应和高刷新频率。
10.为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：
11.一种向列相液晶组合物，所述液晶组合物包含一种或多种式ⅰ所示化合物以及一种或多种式ⅱ所示化合物：
[0012][0013]
其中，
[0014]
r1、r2、r3、r4各自独立地表示碳原子数为1-10的烷基、氟取代的碳原子数为1-10的烷基、碳原子数为1-10的烷氧基、氟取代的碳原子数为1-10的烷氧基、碳原子数为2-10的链烯基、氟取代的碳原子数为2-10的链烯基、碳原子数为3-8的链烯氧基或氟取代的碳原子数为3-8的链烯氧基；
[0015]
且r3、r4至少有一个表示碳原子数为2-10的链烯基。
[0016]
本发明还提供液晶显示元件，其包含本发明的液晶组合物，所述液晶显示元件为有源矩阵寻址显示元件或者无源矩阵寻址显示元件。
[0017]
本发明还提供液晶显示器，其包含本发明的液晶组合物，所述液晶显示器为有源矩阵寻址显示器或者无源矩阵寻址显示器。
[0018]
发明效果
[0019]
本发明的液晶组合物具有较高的光学各向异性(δn)、较低的旋转粘度(γ1)、高弹性常数(k
11
)，较快的响应时间的特点，可以用于开发低盒厚、快速响应，高刷新频率的液晶显示元件或液晶显示器。
具体实施方式
[0020]
[液晶组合物]
[0021]
本发明提供一种液晶组合物，所述液晶组合物包含一种或多种式ⅰ所示化合物以及一种或多种式ⅱ所示化合物：
[0022][0023]
其中，
[0024]
r1、r2、r3、r4各自独立地表示碳原子数为1-10的烷基、氟取代的碳原子数为1-10的烷基、碳原子数为1-10的烷氧基、氟取代的碳原子数为1-10的烷氧基、碳原子数为2-10的链烯基、氟取代的碳原子数为2-10的链烯基、碳原子数为3-8的链烯氧基或氟取代的碳原子数为3-8的链烯氧基；
[0025]
且r3、r4至少有一个是链烯基。
[0026]
本发明的液晶组合物中，优选地，前述式ⅰ所示化合物优选自式
ⅰ-
1至
ⅰ-
9所示化合物组成的组：
[0027][0028][0029]
本发明的液晶组合物中，优选地，前述式ⅰ所示化合物质量百分含量为1-40％。
[0030]
本发明的液晶组合物中，优选地，前述式ⅱ所示化合物优选自式
ⅱ-
1至
ⅱ-
9所示化合物组成的组：
[0031][0032][0033]
本发明的液晶组合物中，优选地，前述式ⅱ所示化合物的质量百分含量为1-30％。
[0034]
本发明的液晶组合物中，可选的，还包含一种或多种式ⅲ所示化合物：
[0035][0036]
其中，
[0037]
r5、r6各自独立地表示碳原子数为1-10的烷基、氟取代的碳原子数为1-10的烷基、碳原子数为1-10的烷氧基、氟取代的碳原子数为1-10的烷氧基、碳原子数为2-10的链烯基、氟取代的碳原子数为2-10的链烯基、碳原子数为3-8的链烯氧基或氟取代的碳原子数为3-8的链烯氧基；
[0038]
且r5、r6所示基团中任意一个或多个不相连的-ch
2-任选被亚环戊基、亚环丁基或亚环丙基取代；
[0039]
z1表示单键、-ch2ch
2-或-ch2o-；
[0040]
n表示0、1或2；
[0041]
表示1,4-亚苯基、1,4-亚环己基或1,4-亚环己烯基；
[0042]
当n表示2时，两个任选相同或不同。
[0043]
本发明的液晶组合物中，优选地，前述式ⅲ所示化合物选自式
ⅲ-
1至
ⅲ-
10所示化合物组成的组：
[0044][0045][0046]
其中，
[0047]
r5、r6各自独立地表示碳原子数为1-10的烷基、氟取代的碳原子数为1-10的烷基、碳原子数为1-10的烷氧基、氟取代的碳原子数为1-10的烷氧基、碳原子数为2-10的链烯基、氟取代的碳原子数为2-10的链烯基、碳原子数为3-8的链烯氧基或氟取代的碳原子数为3-8的链烯氧基；
[0048]
且r5、r6所示基团中任意一个或多个不相连的-ch
2-任选被亚环戊基、亚环丁基或亚环丙基取代。
[0049]
本发明的液晶组合物中，可选的，还包含一种或多种式ⅳ所示化合物：
[0050][0051]
其中，
[0052]
r7、r8各自独立地表示碳原子数为1-10的烷基、氟取代的碳原子数为1-10的烷基、碳原子数为1-10的烷氧基、氟取代的碳原子数为1-10的烷氧基、碳原子数为2-10的链烯基、氟取代的碳原子数为2-10的链烯基、碳原子数为3-8的链烯氧基或氟取代的碳原子数为3-8的链烯氧基；
[0053]
各自独立地表示1,4-亚苯基、1,4-亚环己基或1,4-亚环己烯基。
[0054]
本发明的液晶组合物中，优选地，前述式ⅳ所示化合物选自式
ⅳ-
1至
ⅳ-
3所示化合物组成的组：
[0055][0056]
其中，
[0057]
r7、r8各自独立地表示碳原子数为1-10的烷基、氟取代的碳原子数为1-10的烷基、碳原子数为1-10的烷氧基、氟取代的碳原子数为1-10的烷氧基、碳原子数为2-10的链烯基、氟取代的碳原子数为2-10的链烯基、碳原子数为3-8的链烯氧基或氟取代的碳原子数为3-8的链烯氧基。
[0058]
本发明的液晶组合物中，优选地，还包含一种或多种式
ⅴ
所示化合物：
[0059][0060]
其中，
[0061]
r9、r
10
各自独立地表示碳原子数为1-10的烷基、氟取代的碳原子数为1-10的烷基、碳原子数为1-10的烷氧基、氟取代的碳原子数为1-10的烷氧基、碳原子数为2-10的链烯基、氟取代的碳原子数为2-10的链烯基、碳原子数为3-8的链烯氧基或氟取代的碳原子数为3-8的链烯氧基；
[0062]
表示1,4-亚苯基、1,4-亚环己基或1,4-亚环己烯基；
[0063]
当表示1,4-亚苯基时，r9、r
10
各自独立地表示碳原子数为1-10的烷基、氟取代的碳原子数为1-10的烷基、碳原子数为1-10的烷氧基、氟取代的碳原子数为1-10的烷氧基。
[0064]
本发明的液晶组合物中，优选地，前述式
ⅴ
所示化合物选自式
ⅴ-
1至
ⅴ-
3所示化合物组成的组：
[0065][0066]
其中，
[0067]
r
91
、r
101
各自独立地表示碳原子数为1-10的烷基、氟取代的碳原子数为1-10的烷基、碳原子数为1-10的烷氧基、氟取代的碳原子数为1-10的烷氧基、碳原子数为2-10的链烯基、氟取代的碳原子数为2-10的链烯基、碳原子数为3-8的链烯氧基或氟取代的碳原子数为3-8的链烯氧基；
[0068]
r
92
、r
102
各自独立地表示碳原子数为1-10的烷基、氟取代的碳原子数为1-10的烷基、碳原子数为1-10的烷氧基、氟取代的碳原子数为1-10的烷氧基。
[0069]
本发明的液晶组合物中，优选地，还包含一种或多种式
ⅵ
所示化合物：
[0070][0071]
其中，
[0072]
r
11
、r
12
各自独立地表示碳原子数为1-10的烷基、氟取代的碳原子数为1-10的烷基、碳原子数为1-10的烷氧基、氟取代的碳原子数为1-10的烷氧基、碳原子数为2-10的链烯基、氟取代的碳原子数为2-10的链烯基、碳原子数为3-8的链烯氧基或氟取代的碳原子数为3-8的链烯氧基，并且r
11
、r
12
所示基团中任意一个或多个-ch
2-任选被亚环戊基、亚环丁基或亚环丙基替代；
[0073]
x表示-o-、-s-或-ch2o-。
[0074]
本发明的液晶组合物中，优选地，前述式
ⅵ
所示化合物选自式
ⅵ-
1至
ⅵ-
12所示化合物组成的组：
[0075]
[0076][0077]
其中r
111
、r
121
表示碳原子数为1-10的烷基。
[0078]
本发明的液晶组合物中，优选地，还包含一种或多种式
ⅶ
所示化合物：
[0079][0080]
其中，
[0081]
r
13
、r
14
各自独立地表示碳原子数为1-10的烷基、氟取代的碳原子数为1-10的烷基、碳原子数为1-10的烷氧基、氟取代的碳原子数为1-10的烷氧基、碳原子数为2-10的链烯基、氟取代的碳原子数为2-10的链烯基、碳原子数为3-8的链烯氧基或氟取代的碳原子数为3-8的链烯氧基；
[0082]
x1、x2、x3各自独立地表示h或f。
[0083]
作为前述碳原子数为1-10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、己基、庚基、辛基、壬基、癸基等。
[0084]
作为前述的碳原子数为1-10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、己氧基、庚氧基、辛氧基、壬氧基、癸氧基等。
[0085]
作为前述碳原子数为2-10的链烯基，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、1-己烯基、2-己烯基、3-己烯基等。
[0086]
前述的氟取代的碳原子数为1-10的烷基、氟取代的碳原子数为1-10的烷氧基、氟取代的碳原子数为2-10的链烯基、氟取代的碳原子数为3-8的链烯氧基中的“氟取代”可以是单氟取代，或者、二氟取代、三氟取代等多氟取代，也可以是全氟取代，对氟的取代数没有特别的限定。例如，作为氟取代的碳原子数为1-10的烷基，可以列举出氟代甲基、二氟甲基、三氟甲基、1-氟代乙基、2-氟代乙基、1,2-二氟乙基、1,1-二氟乙基、1,1,2-三氟乙基、1,1,1,2,2-五氟取代乙基等但不限于此。
[0087]
本发明的液晶化合物中还可以加入各种功能的掺杂剂，掺杂剂含量优选0.01-1％之间，这些掺杂剂可以列举出例如抗氧化剂、紫外线吸收剂、手性剂。
[0088]
手性剂(左旋或右旋)优选可以列举出例如：
[0089][0090]
[液晶显示元件或液晶显示器]
[0091]
本发明还涉及包含上述任意一种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或无源矩阵显示元件或显示器。
[0092]
本发明的液晶显示元件或液晶显示器优选有源矩阵寻址液晶显示元件或液晶显示器。
[0093]
前述有源矩阵显示元件或显示器具体可以列举出例如tn-tft、ips-tft、ffs-tft、va-tft或uv2a-tft液晶显示元件或显示器，优选为ips-tft或ffs-tft液晶显示元件或显示器。
[0094]
本发明的液晶显示元件或液晶显示器包含本发明公开的液晶组合物。本发明的液晶显示元件或液晶显示器具有快的响应速度和高刷新频率。
[0095]
实施例
[0096]
为了更清楚地说明本发明，下面结合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。
[0097]
本说明书中，如无特殊说明，百分比均是指质量百分比，温度为摄氏度(℃)，其他符号的具体意义及测试条件如下：
[0098]
cp表示液晶清亮点(℃)，dsc定量法测试；
[0099]
δn表示光学各向异性，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；不同显示模式液晶面板光延迟为一定值，光延迟等于光学各向异性乘以面板的盒厚；液晶面板盒厚越大，则液晶面板响应越慢，故光延迟保持不变，则光学各项异性越大，液晶面板盒厚越小，响应越快；
[0100]
γ1表示旋转粘度(mpa
·
s),测试条件为25
±
0.5℃，20微米垂直盒，instec:alct-ir1测试；
[0101]
k
11
为展曲弹性常数，k
33
为弯曲弹性常数，测试条件为：25℃、instec:alct-ir1、20微米垂直盒；
[0102]
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微米垂直盒，instec:alct-ir1测试；
[0103]
τ表示响应时间(ms)，测试仪器为dms-501，测试条件为试条件为25℃，测试盒为3.9微米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83
°
。
[0104]
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。
[0105]
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。
[0106]
表1环结构的对应代码
[0107][0108][0109]
表2端基与链接基团的对应代码
[0110][0111]
举例：
[0112]
其代码为cpy-2-o2；
[0113]
其代码为ccy-3-o2；
[0114]
其代码为coy-3-o2；
[0115]
其代码为ccoy-3-o2；
[0116]
其代码为sb-cpo-o4；
[0117]
其代码为sc-cpo-o4；
[0118]
其代码为cpwp-3-2。
[0119]
实施例1
[0120]
液晶组合物的配方及相应的性能如下表3所示。
[0121]
表3实施例1液晶组合物的配方及相应的性能
[0122][0123][0124]
对比例1
[0125]
液晶组合物的配方及相应的性能如下表4所示。
[0126]
表4对比例1液晶组合物的配方及相应的性能
[0127][0128]
对比例1液晶组合物中，不包含式ⅱ所示化合物。实施例与对比例1相比，在保持相同介电各向异性和清亮点的基础上，本发明的液晶组合物具有更大的光学各向异性、较低的旋转粘度(γ1)、高弹性常数(k
11
)以及较快的响应时间，可以用于开发低盒厚、快速响应的高刷新率的液晶显示元件或液晶显示器。
[0129]
实施例2
[0130]
液晶组合物的配方及相应的性能如下表5所示。
[0131]
表5实施例2液晶组合物的配方及相应的性能
[0132][0133]
实施例3
[0134]
液晶组合物的配方及相应的性能如下表6所示。
[0135]
表6实施例3液晶组合物的配方及相应的性能
[0136]
[0137][0138]
实施例4
[0139]
液晶组合物的配方及相应的性能如下表7所示。
[0140]
表7实施例4液晶组合物的配方及相应的性能
[0141][0142]
对比例2
[0143]
液晶组合物的配方及相应的性能如下表8所示。
[0144]
表8对比例2液晶组合物的配方及相应的性能
[0145]
[0146][0147]
对比例2液晶组合物中，不包含式ⅰ、ⅱ所示化合物。实施例4与对比例2相比，在保持相同介电各向异性和清亮点的基础上，本发明的液晶组合物具有更大的光学各向异性、较低的旋转粘度(γ1)、高弹性常数(k
11
)以及较快的响应时间，可以用于开发低盒厚、快速响应的高刷新率的液晶显示元件或液晶显示器。
[0148]
对比例3
[0149]
液晶组合物的配方及相应的性能如下表9所示。
[0150]
表9对比例3液晶组合物的配方及相应的性能
[0151]
[0152][0153]
对比例3液晶组合物中，不包含式ⅰ所示化合物。实施例4与对比例3相比，在保持相同介电各向异性和清亮点的基础上，本发明的液晶组合物具有更大的光学各向异性、较低的旋转粘度(γ1)、高弹性常数(k
11
)以及较快的响应时间，可以用于开发低盒厚、快速响应的高刷新率的液晶显示元件或液晶显示器。
[0154]
对比例4
[0155]
液晶组合物的配方及相应的性能如下表10所示。
[0156]
表10对比例4液晶组合物的配方及相应的性能
[0157][0158]
[0159]
对比例4液晶组合物中，不包含式ⅱ所示化合物。实施例4与对比例4相比，在保持相同介电各向异性和清亮点的基础上，本发明的液晶组合物具有更大的光学各向异性、较低的旋转粘度(γ1)、高弹性常数(k
11
)以及较快的响应时间，可以用于开发低盒厚、快速响应的高刷新率的液晶显示元件或液晶显示器。
[0160]
实施例5
[0161]
液晶组合物的配方及相应的性能如下表11所示。
[0162]
表11实施例5液晶组合物的配方及相应的性能
[0163][0164]
实施例6
[0165]
液晶组合物的配方及相应的性能如下表12所示。
[0166]
表12实施例6液晶组合物的配方及相应的性能
[0167]
[0168][0169]
实施例7
[0170]
液晶组合物的配方及相应的性能如下表13所示。
[0171]
表13实施例7液晶组合物的配方及相应的性能
[0172]
[0173][0174]
实施例8
[0175]
液晶组合物的配方及相应的性能如下表14所示。
[0176]
表14实施例8液晶组合物的配方及相应的性能
[0177][0178]
实施例9
[0179]
液晶组合物的配方及相应的性能如下表15所示。
[0180]
表15实施例9液晶组合物的配方及相应的性能
[0181][0182]
实施例10
[0183]
液晶组合物的配方及相应的性能如下表16所示。
[0184]
表16实施例10液晶组合物的配方及相应的性能
[0185]
[0186][0187]
由以上数据表明，本发明的液晶组合物具有较高的光学各向异性(δn)、较低的旋转粘度(γ1)、高弹性常数(k
11
)、较快的响应时间的特点，可以用于开发低盒厚、快速响应的高频率液晶显示元件或液晶显示器。
[0188]
本发明公开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。