液晶组合物、液晶显示元件及液晶显示器

技术领域

本发明涉及液晶显示技术领域。更具体地，涉及一种液晶组合物、液晶显示元件及液晶显示器。

背景技术

随着显示技术的发展，液晶显示器(Liquid Crystal Display，LCD)等平面显示装置因具有高画质、省电、机身薄及应用范围广等优点，而被广泛的应用于手机、电视、个人数字助理、数字相机、笔记本电脑、台式计算机等各种消费性电子产品，成为显示装置中的主流。

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。

因此，如何能够开发出满足高刷新率的快速响应液晶组合物是电子竞技显示领域亟待解决的问题。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，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，以及良好的抗紫外和抗外界环境破坏能力，尤其适用于高刷新率的显示器的应用中。

本发明的第二个目的在于提供一种液晶显示元件。

本发明的第三个目的在于提供一种液晶显示器。

为达到上述第一个目的，本发明采用下述技术方案：

一种液晶组合物，所述液晶组合物包含一种或多种式Ⅰ所示的化合物、一种或多种式Ⅱ所示的化合物，

式Ⅰ中，R

式Ⅱ中，R

其中，按质量百分含量计，所述液晶组合物中，包含5.5～7.5％的式Ⅰ所示的化合物，以及12～16％的式Ⅱ所示的化合物。

进一步地，所述液晶组合物还包含一种或多种式Ⅲ所示的化合物：

其中，R

进一步地，所述液晶组合物包括质量百分比含量为56～58.5％的式Ⅲ所示化合物。

进一步地，所述液晶组合物还包含一种或多种式Ⅳ所示的化合物：

其中，R

进一步地，所述液晶组合物中包括质量百分比含量为4～6％的式Ⅳ所示化合物。

进一步地，所述液晶组合物还包含一种或多种式Ⅴ所示的化合物：

其中，R

进一步地，所述液晶组合物包括质量百分比含量为13～15％的式Ⅴ所示化合物。

进一步地，所述液晶组合物还包含一种或多种式Ⅵ所示的化合物：

其中，R

m表示1或2；当m表示2时，

进一步地，所述液晶组合物包括质量百分比含量为2～5％的式Ⅵ所示化合物。

进一步地，所述液晶组合物还包含一种或多种式Ⅶ所示的化合物：

其中，R

进一步地，所述液晶组合物包括质量百分比含量为0.1～0.5％的式Ⅶ所示化合物。

进一步地，所述液晶组合物包括至少两种式Ⅰ所示的化合物、至少两种式Ⅱ所示的化合物、至少两种式Ⅲ所示的化合物，以及至少三种式Ⅴ所示的化合物。

本发明的第二个目的在于提供一种液晶显示元件，其包含如上第一个目的所述的液晶组合物，所述显示元件为有源矩阵显示元件或无源矩阵显示元件。

进一步地，所述显示元件为高刷新率的显示元件。例如144Hz以上、165Hz以上，乃至更高刷新率。

本发明的第三个目的在于提供一种液晶显示器，其包含如上第一个目的所述的液晶组合物，所述液晶显示器为有源矩阵显示器或无源矩阵显示器。

进一步地，所述液晶显示器为高刷新率的液晶显示器。例如144Hz以上、165Hz以上，乃至更高刷新率。

本发明的有益效果如下：

本发明提供的液晶组合物中，将式I和式II所示的化合物按特定的比例组合，得到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。其尤其适合用于高刷新率的液晶显示元器件中。

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。

具体实施方式

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。

[液晶组合物]

一种液晶组合物，前述液晶组合物包含一种或多种式Ⅰ所示化合物、一种或多种式Ⅱ所示化合物，

式Ⅰ中，R

式Ⅱ中，R

其中，按质量百分含量计，所述液晶组合物中，包含5.5～7.5％的式Ⅰ所示的化合物，以及12～16％的式Ⅱ所示的化合物。

在一个优选示例中，前述式Ⅰ所示化合物选自式Ⅰ1至Ⅰ6所示化合物组成的组：

在一个优选示例中，前述一种或多种式Ⅱ所示的化合物选自式Ⅱ1至式Ⅱ7所示的化合物组成的组，

本发明的液晶组合物，优选地，还包含一种或多种的式Ⅲ所示化合物：

其中，R

式Ⅲ所示的化合物具有旋转粘度低、与其他化合物互溶性好的特点。有利于提高液晶组合物的响应速度。

优选地，前述式Ⅲ所示化合物选自式Ⅲ1至Ⅲ12所示化合物组成的组：

本发明的液晶组合物，优选地，还包含一种或多种式Ⅳ所示化合物：

其中，R

式Ⅳ所示化合物具有大的光学各向异性、旋转粘度低和较大的展曲弹性常数，有利于提高液晶组合物的响应速度。

在一个优选示例中，前述式Ⅳ所示化合物选自式Ⅳ1或Ⅳ2所示化合物组成的组：

本发明的液晶组合物，优选地，还包含一种或多种式Ⅴ所示化合物：

其中，R

优选地，前述式Ⅴ所示化合物选自式Ⅴ1至Ⅴ12所示化合物组成的组：

本发明的液晶组合物，优选地，还包含一种或多种式Ⅵ所示的化合物：

其中，R

m表示1或2；当m表示2时，

优选地，前述式Ⅵ所示化合物选自式Ⅵ1至Ⅵ7所示化合物组成的组：

其中，R

本发明的液晶组合物，优选地，前述液晶组合物还包含一种或多种式Ⅶ所示化合物：

其中，R

优选地，前述式Ⅶ所示化合物选自式Ⅶ1至Ⅶ5所示化合物组成的组：

本发明的液晶组合物，优选地，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Ⅱ所示化合物、至少两种式Ⅲ所示化合物，以及至少三种式Ⅴ所示化合物。

本发明的液晶组合物，优选地，前述液晶组合物包括质量百分比含量为5.5～7.5％的式Ⅰ所示化合物、质量百分比含量为12～16％的式Ⅱ所示化合物、质量百分比含量为56～58.5％的式Ⅲ所示化合物、质量百分比含量为4～8％的式Ⅳ所示化合物、质量百分比含量为13～15％的式Ⅴ所示化合物、质量百分比含量为2～5％的式Ⅵ所示化合物，以及质量百分比含量为0.1～0.5％的式Ⅶ所示化合物。

更进一步优选地，前述液晶组合物包括质量百分比含量为5.5～7.5％的式Ⅰ1和式Ⅰ3所示化合物、质量百分比含量为12～16％的式Ⅱ2和式Ⅱ7所示化合物、质量百分比含量为56～58.5％的式Ⅲ2和式Ⅲ5所示化合物、质量百分比含量为4～6％的式Ⅳ2所示化合物、质量百分比含量为13～15％的式Ⅴ2、式Ⅴ7和式Ⅴ8所示化合物、质量百分比含量为2～5％的式Ⅵ3和/或式Ⅵ6所示化合物，以及质量百分比含量为0.1～0.5％的式Ⅶ5所示化合物。

本发明的液晶组合物，优选地，介电各向异性为3.0～3.1，光学各向异性为0.114～0.116，清亮点为75～78℃，旋转粘度低于41mPa.s。进一步优选，清亮点为76～77℃，旋转粘度低于40mPa.s。

前述的碳原子数为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。

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。

前述碳原子数为2～10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、1-己烯基、2-己烯基、3-己烯基等。

前述的碳原子数为1～10的烷基中一个或多个不相邻的-CH

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、紫外线吸收剂、手性剂。

抗氧化剂可以列举出，

t表示1～10的整数。

光稳定剂可以列举，

手性剂可以列举，

[液晶显示元件、液晶显示器]

为达到上述第二个目的，本发明提供如下技术方案：

一种液晶显示元件，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。

为达到上述第三个目的，本发明提供如下技术方案：

一种液晶显示器，其包含如上第一个目的所述的液晶组合物，所述液晶显示器为有源矩阵显示器或无源矩阵显示器。

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或IPS-TFT或FFS-TFT液晶显示元件或其他TFT显示器。

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，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。

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；

Δn表示光学各向异性，Δn＝n

Δε表示介电各向异性，Δε＝ε

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；

γ

K

τ表示响应时间(ms)，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°；

残像：液晶显示器件的残像，是在显示区域内使规定的固定图案显示1000小时后，通过目测对进行全画面均匀显示时的固有图案的残留水平进行以下的4等级评价：

◎无残留；

○有极少量残留，为可以容许的水平；

Δ有残留，为不能允许的水平；

×有残留，相当差。

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

表2端基与链接基团的对应代码

举例：

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

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

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

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

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

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8实施例6的液晶组合物的配方及相应的性能

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

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

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

与实施例6相比，对比例1液晶组合物中，不包含式Ⅰ所示化合物。使用结构相近的CPWP-3-2、CPWP-3-O2等量替代式Ⅰ所示化合物。虽然结构相近，但性能相差很大，对比例1液晶组合物介电各向异性相对于实施例6下降十分明显，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6相比，如果在相同的驱动电压下，由于对比例1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，对比例1旋转粘度的增加，液晶组合物的响应速度与γ

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

与实施例6相比，对比例2液晶组合物中，不包含式Ⅱ所示化合物，使用化合物CPP-3-2、CPP-5-3分别等量替代CPP-1V-2、CPP-3-2V1。对比例2液晶组合物与实施例6液晶组合物Δε、ε

对比例3

液晶组合物的配方及相应的性能如下表13所示。

表13对比例3的液晶组合物的配方及相应的性能

与实施例6相比，对比例3液晶组合物中，不包含式Ⅰ、式Ⅱ所示化合物。使用结构相近的CPWP-3-2、CPWP-3-O2等量替代式Ⅰ所示化合物，使用化合物CPP-3-2、CPP-5-3分别等量替代式Ⅱ所示化合物。并且，为了保证对比例3液晶组合物Δε与实施例6基本相同，对其他化合物含量进行了微小调整。从上述表13可以看出，对比例3与实施例6相比Δε、ε

对比例4

液晶组合物的配方及相应的性能如下表14所示。

表14对比例4的液晶组合物的配方及相应的性能

从上述表14可以看出，对比例4与实施例6相比Δε、ε

对比例5

液晶组合物的配方及相应的性能如下表15所示。

表15对比例5的液晶组合物的配方及相应的性能

与实施例8相比，对比例5清亮点Cp下降明显，抗高温能力变差。

对比例6

液晶组合物的配方及相应的性能如下表16所示。

表16对比例6的液晶组合物的配方及相应的性能

与实施例8相比，对比例6Δε下降明显，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。

对比例7

液晶组合物的配方及相应的性能如下表17所示。

表17对比例7的液晶组合物的配方及相应的性能

与实施例8相比，对比例7清亮点Cp下降明显，抗高温能力变差。

下述的表18为实施例、对比例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。

首先，按照相同延迟量(Δn*d＝340nm)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7V电压下进行驱动对比测试响应速度。

表18实施例、对比例响应时间测试数据

从上述表18可以看出，与对比例提供的液晶组合物相比，本发明的实施例的液晶组合物在在相同延迟量设计下，具有更快的响应速度。由于对比例1、6、7液晶组合物Δε明显与其他液晶组合物相差较大，其驱动电压也相差较大，只有在使用相同的驱动电压进行响应时间的测试才有可比性。

下述的表19为实施例、对比例液晶组合物高温信赖性测试数据。

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。

液晶组合物工作过程中的信赖性可以通过背光老化试验并进行VHR测试来进行。在长时间的背光照射下，液晶组合物将长时间处在可见光、紫外线和60～70℃的工作环境中，受到外界环境的破坏。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。

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。

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。

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。

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。

另外，将各实施例和对比例液晶组合物灌注入液晶测试盒，进行残像测试，测试结果一并示于下述的表19中。

表19各实施例、对比例液晶组合物信赖性测试数据

从上述表19可以看出，本发明的实施例液晶组合物紫外、背光后的VHR下降较小，对残像缺陷改善更为明显。

下述的表20为实施例、对比例液晶组合物低温储存实验数据。

低温储存实验，使用5ml玻璃瓶和4μm液晶测试盒分别进行测试。分别取1ml实施例、对比例液晶组合物放入5ml玻璃瓶中，作为第一组低温储存实验。将实施例、对比例液晶组合物灌注液晶测试盒中，作为第二组低温储存实验。将灌注了液晶组合物的玻璃瓶放置在-20℃手套箱，将灌注了液晶组合物的液晶测试盒分别放置在-10℃、-20℃手套箱.

表20实施例、对比例低温储存实验数据

从上述表20可以看出，本发明的实施例液晶组合物具有更宽的向列相温度范围。

综上所述，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。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。

显然，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。