一种具有高对比度的正性液晶组合物及其应用

技术领域

本发明涉及液晶材料及其应用领域，具体涉及一种高对比度正性液晶组合物及其应用。

背景技术

目前，LCD显示器作为最主流的显示器，已广泛用于各种产品中，其中IPS和FFS模式显示器因为其独有的硬屏特性以及非常宽的视角特性，目前广泛用于手机、笔记本电脑、平板电脑、电脑显示器、电视等方面。

IPS和FFS液晶平面排列导致在暗态时容易出现漏光，对比度性能方面明显劣势于VA类(MVA、PVA、UV2A、PSVA)显示器。经过研究发现，液晶分子在初始排列时，由于配向层表面存在的配向碎屑等会导致液晶分子排列紊乱从而导致暗态漏光；如何改善液晶排列紊乱成为如何提升IPS和FFS模式显示器的重要课题，通过研究发现，液晶的弹性常数增加有助于改善液晶分子的排列。

对于IPS和FFS模式，既可以使用正性液晶，也可以使用负性液晶，由于正性液晶分子在电场作用下，沿着电场线方向排列，相对于负性液晶分子在电场作用下垂直于电场线方向排列，使用正性在IPS和FFS模式下有更快的响应速度，适合应用于快响应型液晶。

现有技术中往往通过提升液晶组合物的清亮点来实现提升弹性常数的目的，但是随着清亮点提升，液晶组合物的旋转粘度增加，从而导致液晶显示器响应时间变慢。

发明内容

本发明提供一种高对比度正性液晶组合物及其应用，用以解决现有技术中液晶显示器响应时间较慢、对比度较低的缺陷，实现一种具有较大的弹性常数以及较低的旋转粘度的液晶组合物，以改善液晶显示器对比度，同时该液晶组合物具有正的介电各向异性，用于液晶显示器中具有更高的透过率和更快的响应速度。

本发明提供一种液晶组合物，其至少包含一种或多种通式I所代表的化合物、一种或多种通式II所代表的化合物以及一种或多种通式III所代表的化合物；

所述通式I所代表的化合物的结构为：

其中，n＝1～7，R

所述通式II所代表的化合物的结构为：

/>

其中，R

所述通式III所代表的化合物的结构为：

其中，R

本领域公知，提升液晶组合物的清亮点可以实现提升弹性常数的目的，但是随着清亮点提升，液晶组合物的旋转粘度增加，从而导致液晶显示器响应时间变慢。本发明发现，令人惊奇的是，所述液晶组合物能够在显著提高弹性常数的同时有效较低旋转粘度，从而大大提高液晶显示器的对比度以及响应速度。

本发明所提供的通式I所代表的化合物为含有环己烯结构的中性单体，本发明发现，该类结构具有非常大的弹性常数，同时该类化合物的旋转粘度较低，用于液晶组合物中可有效提升弹性常数。

作为优选，所述通式I所代表的化合物选自IA～IB中的一种或多种：

其中，R

更优选地，所述通式I所代表的化合物选自以下式IA1～IB32中的一种或多种：

更优选地，所述通式I所代表的化合物选自IA2、IA4、IA7、IA8、IA10、IA12、IA14、IA16、IA18、IA20、IA23、IA24、IB2、IB4、IB7、IB8、IB10、IB12、IB14、IB16、IB18、IB20、IB23和IB24中的一种或多种。

特别优选地，所述通式I所代表的化合物选自IA2、IA4、IA8、IA10、IA12、IA18、IA20、IB2、IB4、IB10、IB12、IB18和IB20中的一种或多种。

最优选地，所述通式I所代表的化合物选自IA2、IA4、IA8、IA10、IA12、IB2、IB4、IB10和IB12中的一种或多种时，更有利于提高弹性常数。

作为优选，所述液晶组合物中通式I所代表的化合物质量含量为2～30wt％。

优选地，所述液晶组合物中包含2～25wt％的通式I所代表的化合物。

更优选地，所述液晶组合物中包含5～24wt％的通式I所代表的化合物。

本发明所提供的通式II所代表的化合物为含有氟的三环或四环化合物，本发明发现该类化合物具有较大的正介电各向异性，用于液晶组合物中可有效地提升液晶组合物的介电各向异性。

作为优选，所述通式II所代表的化合物选自IIA～IIK中的一种或多种：

更优选地，所述通式II所代表的化合物选自以下式IIA1～IIK8中的一种或多种：

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特别优选地，所述通式II所代表的化合物选自式IIB1～IIB8、IID1～IID8、IIG～IIG8和IIJ1～IIJ4中的一种或多种。

最优选地，所述通式II所代表的化合物选自式IIB2、IIB6、IID2、IID4、IIJ2和IIJ3中的一种或多种。

作为优选，所述液晶组合物中通式II所代表的化合物含量为2～40wt％。

更优选地，所述液晶组合物中包含2～18wt％的通式IIB所代表的化合物、2～16wt％的通式IID所代表的化合物、1～12wt％通式IIG所代表的化合物以及1～8wt％的通式IIJ所代表的化合物中的一种或多种。

本发明所提供的通式III所代表的化合物为中性两环结构化合物，本发明发现该类化合物具有非常低的旋转粘度，其与通式I以及通式II所代表的化合物能够协同增效，对于降低液晶组合物的旋转粘度非常有效。

作为优选，所述通式III所代表的化合物选自式IIIA～IIIC中的一种或多种：

更优选地，所述通式III所代表的化合物选自以下式IIIA1～IIIC24中的一种或多种：

进一步优选地，所述通式III所代表的化合物选自IIIA25、IIIA27、IIIA29、IIIA37、IIIB18、IIIB22、IIIC2、IIIC4、IIIC15和IIIC20中的一种或多种。

最优选地，所述通式III所代表的化合物选自IIIA25、IIIA29、IIIA37、IIIC2、IIIC4、IIIC15和IIIC20中的一种或多种。

作为优选，所述液晶组合物中通式III所代表的化合物含量为25～65wt％。

更优选地，所述液晶组合物包含25～50wt％的通式IIIA所代表的化合物以及0～28wt％通式IIIC所代表的化合物。

作为优选，所述的液晶组合物还包含一种或多种通式Ⅳ所代表的化合物，该类化合物为三环单体，本发明发现，其具有较高的清亮点和较大的弹性常数，对于提升液晶组合物的清亮点以及改善对比度有一定的作用。

作为优选，所述通式IV所代表的化合物选自IVA～IVB中的一种或多种：

其中，R

更优选地，所述通式IV所代表的化合物选自以下式IVA1～IVB76中的一种或多种：

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/>

和/或；所述液晶组合物中还包含一种或多种通式V所代表的化合物：

其中，R

和/或；所述液晶组合物中还包含一种或多种通式VI所代表的化合物：

其中，R

为了使液晶组合物满足不同的需求，所述的液晶组合物包括以下质量百分比的组分：

(1)、2～30％的通式I所代表的化合物；

(2)、2～40％的通式II所代表的化合物；

(3)、25～65％的通式III所代表的化合物；

(4)、0～40％的通式IV所代表的化合物；

(5)、0～15％的通式V～VI所代表的化合物；

优选地，所述液晶化合物包含以下质量百分比的组分：

(1)、4～20％的通式I所代表的化合物；

(2)、3～25％的通式II所代表的化合物；

(3)、40～65％的通式III所代表的化合物；

(4)、2～40％的通式IV所代表的化合物；

(5)、0～2％的通式V所代表的化合物；

更优选地，所述液晶化合物包含以下质量百分比的组分：

(1)、5～18％的通式I所代表的化合物；

(2)、5～20％的通式II所代表的化合物；

(3)、45～63％的通式III所代表的化合物；

(4)、2～35％的通式IV所代表的化合物；

(5)、0～2％的通式V所代表的化合物；

优选地，所述液晶化合物包含以下质量百分比的组分：

(1)、2～25％的通式I所代表的化合物；

(2)、2～32％的通式II所代表的化合物；

(3)、40～65％的通式III所代表的化合物；

(4)、2～40％的通式IV所代表的化合物；

(5)、0～5％的通式V所代表的化合物；

(6)、0～12％的通式VI所代表的化合物；

更优选地，所述液晶化合物包含以下质量百分比的组分：

(1)、6～20％的通式I所代表的化合物；

(2)、4～22％的通式II所代表的化合物；

(3)、43～63％的通式III所代表的化合物；

(4)、2～35％的通式IV所代表的化合物；

(5)、0～2％的通式V所代表的化合物；

(6)、0～8％的通式VI所代表的化合物；

优选地，所述液晶化合物包含以下质量百分比的组分：

(1)、2～30％的通式I所代表的化合物；

(2)、5～40％的通式II所代表的化合物；

(3)、30～62％的通式III所代表的化合物；

(4)、2～36％的通式IV所代表的化合物；

(5)、0～3％的通式V所代表的化合物；

更优选地，所述液晶化合物包含以下质量百分比的组分：

(1)、5～16％的通式I所代表的化合物；

(2)、10～35％的通式II所代表的化合物；

(3)、33～52％的通式III所代表的化合物；

(4)、6～28％的通式IV所代表的化合物；

(5)、0～2％的通式V所代表的化合物。

本发明通过添加通式I所代表的化合物提升弹性常数，通过添加通式II的化合物提升正介电各向异性，通过添加通式III所代表的化合物降低液晶组合物的旋转粘度；以此实现大的弹性常数和低的旋转粘度的需求。

在本发明中，所述液晶组合物的制备方法无特殊限制，可采用常规方法将两种或多种化合物混合进行生产，如通过在高温下混合不同组分并彼此溶解的方法制备，其中，将液晶组合物溶解在用于该化合物的溶剂中并混合，然后在减压下蒸馏出该溶剂；或者本发明所述液晶组合物可按照常规的方法制备，如将其中含量较小的组分在较高的温度下溶解在含量较大的主要组分中，或将各所属组分在有机溶剂中溶解，如丙酮、氯仿或甲醇等，然后将溶液混合去除溶剂后得到。

进一步地，本发明还提供所述液晶组合物在液晶显示装置上的应用，优选在IPS或FFS模式显示器中的应用。

本发明提供的一种高对比度正性液晶组合物及其应用，所述液晶组合物具有较大的折射率，在IPS或FFS模式显示器中的使用能明显改善液晶显示器的透过率，同时具有大的弹性常数来增加对比度，从而有效地改善显示效果和降低能耗。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

除非另有说明，本发明中百分比为重量百分比；温度单位为摄氏度；△n代表光学各向异性(25℃)；ε

以下各实施例中，液晶化合物中基团结构用表1所示代码表示。

表1：液晶化合物的基团结构代码

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以如下化合物结构为例：

表示为：3CLPO1

表示为：3CPWO2

以下各实施例中，液晶组合物的制备均采用热溶解方法，包括以下步骤：用天平按重量百分比称量液晶化合物，其中称量加入顺序无特定要求，通常以液晶化合物熔点由高到低的顺序依次称量混合，在60～100℃下加热搅拌使得各组分熔解均匀，再经过滤、旋蒸，最后封装即得目标样品。

以下各实施例中，液晶组合物中各组分的重量百分比及液晶组合物的性能参数见下述表格。

实施例1

表2：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数

实施例2

表3：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数

实施例3

表4：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数

实施例4

表5：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数

实施例5

表6：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数

实施例6

表7：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数

实施例7

表8：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数

实施例8

表9：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数

实施例9

表10：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数

实施例10

表11：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数

实施例11

表12：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数

实施例12

表13：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数

实施例13

表14：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数

实施例14

表15：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数

实施例15

表16：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数

实施例16

表17：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数

实施例17

表18：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数

实施例18

表19：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数

实施例19

表20：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数

实施例20

表21：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数

实施例21

表22：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数

实施例22

表23：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数

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实施例23

表24：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数

实施例24

表25：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数

实施例25

表26：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数

实施例26

表27：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数

实施例27

表28：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数

实施例28

表29：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数

实施例29

表30：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数

实施例30

表31：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数

实施例31

表32：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数

实施例32

表33：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数

实施例33

表34：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数

实施例34

表35：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数

实施例35

表36：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数

对比例1

表37：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数

将实施例11与对比例1所得液晶组合物的各性能参数值进行汇总比较，参见表38。

表38：液晶组合物的性能参数比较

经比较可知：实施例11与对比例1相比，液晶混合物的介电各向异性(Δε)、清亮点(Cp)、光学各向异性(△n)基本一致，实施例11提供的液晶组合物具有更大的弹性常数，相对于对比例1，实施例11的弹性常数提升6％左右，即用于液晶显示器中可以增加6％左右的对比度，与此同时，实施例11具有更低的旋转粘度(γ1)，这就表示本发明所提供的的液晶具有更快的响应速度。

将主结构相同的三类液晶单体分别与母体液晶进行1:9加热混合均匀，得到三种不同的混合液晶组合物A、B、C(表39)，测试A、B、C三种液晶组合物的各性能参数值进行比较，参见表40。

表39：液晶组合物A、B、C中各组分的重量百分比

表40：液晶组合物的性能参数比较

经比较可知：液晶组合物A、B、C的清亮点、折射率、介电常数基本一致，液晶组合物C较液晶组合物A、B的旋转粘度值小，较液晶组合物A的弹性常数值大。

将A、B、C三种液晶组合物灌入品质测试盒(PI：R8)中，并将测试盒放在一定强度(20000nit)的背光灯下照射一定的时间并进行VHR(电荷保持率)和Ion(离子浓度)测试；将所得液晶组合物的信赖性参数进行比较，参见表41。

表41：液晶组合物的信赖性参数比较

经比较可知：液晶组合物A、B、C的初值品质参数基本近似，在经过一段时间的背光照射之后，液晶组合物C的品质参数与液晶组合物A基本持平，且明显优于液晶组合物B的品质参数；本发明发现，这是因为

综上所述，三类主结构相同的单体，具有相似的基本物性参数。具体而言，含有通式I化合物的液晶组合物较含

由以上实施例可知，本发明所提供的液晶组合物具有大的弹性常数度、高电阻率、适合的光学各向异性、良好的低温互溶性、低的旋转粘度以及优异的光稳定性和热稳定性，可降低液晶显示器的响应时间，从而解决液晶显示器响应速度慢的问题并且达到更高的对比度。因此，本发明所提供的液晶组合物适用于快响应和高对比的TN、IPS或FFS型TFT液晶显示装置。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。