液晶組合物及其液晶顯示器件的製作方法

2023-05-12 11:09:06

本發明涉及一種液晶組合物及其液晶顯示器件，特別涉及一種具有較低的光學各向異性、較高的介電各向異性、較低的粘度、較高的清亮點、良好的低溫存儲穩定性、較好的抗UV穩定性以及較好的高溫穩定性的液晶組合物，以及包含該液晶組合物的液晶顯示器件。

背景技術：

液晶顯示元件根據顯示模式的不同可分為TN(twistednemtic扭曲向列)、STN(superistednemtic超扭曲向列)、IPS(in-planswitching面內轉換)、VA(verticaligbnent垂直配向)、OCB(opticallycompensatedbend光學補償彎曲)等類型。隨著TFT(thinfilmtransistor薄膜電晶體)陣列驅動液晶顯示(TFT-LCD)技術的飛速發展，近年來人們一直在積極研究具有快速響應和高對比度等特性的TFT顯示器。

TFT-LCD的發展經歷了漫長的基礎研究階段，在實現大規模生產、商業化之後，TFT-LCD產品以其輕薄、環保、高性能等優點，尺寸越來越多樣化，應用越來越廣泛。無論是小尺寸的手機屏，還是大尺寸的筆記本電腦(NotebookPC)或監視器(Monitor)，甚至是大型化的液晶電視(LCDTV)，到處可見TFT-LCD的應用。隨著早期商用的TFT-LCD產品尺寸的增加，特別是TFT-LCD在TV領域的應用，具有廣視角特點的面內切換(In-Plane Swiching，IPS)顯示模式被開發出來加以運用。IPS顯示模式最早由美國人R.Soref(索裡夫)在1974年在論文中發表，並由德國人G.Baur(鮑爾)提出把IPS作為廣視角技術應用於TFT-LCD中。1995年，日本的日立公司開發出了世界上首款13.3寸IPS模式的廣視角TFT-LCD產品。韓國的現代公司在IPS的基礎上開發了邊緣電場切換(FringeFieldSwitching，FFS)顯示模式。

TFT-LCD是TFT開關控制下的液晶顯示裝置，其所使用的液晶材料的電學和光學特性直接影響到TFT-LCD的顯示效果。而不同種類的液晶材料，由於其電學和光學特性的不同，所適用的顯示模式也不盡相同。TFT-LCD所用的液晶材料必須滿足如下特性要求：

1)高穩定性：包括紫外光穩定性、熱穩定性和化學穩定性，在TFT-LCD中，液晶材料與配向膜、Seal、Spacer等高分子材料接觸。而在TFT-LCD的製造過程中，要求液晶材料在高溫下仍然保持高的電壓保持率，以降低環境溫度變化對液晶材料性能的影響。此外，用紫外光照射進行Seal硬化時，如果不用UV-MASX，液晶材料要耐得住紫外光的高能量破壞作用，避免液晶材料性質的惡化。

2)適度的光學各向異性：不同的液晶顯示模式對光學各向異性Δn值的要求是不一 樣的，Δn變小可以獲得更寬的視角。

3)低粘度：這是高響應速度的要求。粘度越低，響應時間越小，響應速度越快。

4)較大的介電各向異性：介電各向異性Δε越大，液晶的閾值電壓越小，但液晶材料中的離子越容易析出成為自由離子，導致電阻率降低。

5)寬的溫度範圍：理想的保存溫度範圍為-10℃～90℃，一般有特殊應用的例如車載顯示，該溫度可能擴寬到-40℃～100℃。

一種液晶分子不能滿足這種要求，必須要進行多種液晶分子的混合。通過混合液晶分子實現液晶材料的各種物理特性要求。因此，在液晶材料領域，需要具有改進性能的液晶組合物。特別地，對於許多應用類型而言，液晶組合物必須具有適當低的光學各向異性、較高的介電各向異性、較低的粘度、低溫存儲穩定性等特性。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種液晶組合物，其具備較低的光學各向異性、較高的介電各向異性、較高的清亮點、較低的粘度、良好的低溫存儲穩定性、較好的抗UV穩定性以及較好的高溫穩定性等特性。所述液晶組合物適用於液晶顯示器中，使該液晶顯示器件能夠在惡劣的環境中良好顯示、正常工作。

本發明的一個方面提供一種液晶組合物，包含：

佔所述液晶組合物總重量1-45％的至少一種通式Ⅰ的化合物

佔所述液晶組合物總重量1-45％的至少一種通式Ⅱ的化合物

以及

佔所述液晶組合物總重量10-70％的至少一種通式Ⅲ的化合物

其中，

R1、R2、R3和R4相同或不同，各自獨立地表示H、氟代或未被氟代的碳原子數為1-7的烷基或烷氧基，或氟代或未被氟代的碳原子數為2-7的烯基或烯氧基；

相同或不同，各自獨立地選自由組成的組；

X1表示F、Cl、-CN、-CF3或-OCF3；

Z表示單鍵、-CH＝CH-、-CH2O-、-OCH2-、-CH2CH2-、-CF2O-、-CF＝CF-或-COO-；

m、n和p相同或不同，各自獨立地表示0或1。

在一些實施方案中，所述液晶組合物還包含符合通式Ⅳ-1～通式Ⅳ-8的化合物中的一種或更多種的化合物：

以及

其中，

R5、R6、R7、R8、R9、R10、R11、R12、R13和R14相同或不同，各自獨立地表示碳原子數為1-5的烷基或烷氧基，或氟代或未被氟代的碳原子數為2-7的烯基或烯氧基；

L1表示H或F；

X2表示F、Cl、-CN、-CF3或-OCF3。

在本發明的實施方案中，優選所述通式Ⅰ的化合物佔所述液晶組合物總重量的1-30％；所述通式Ⅱ的化合物佔所述液晶組合物總重量的1-30％；所述通式Ⅲ的化合物佔所述液晶組合物總重量的10-60％；以及所述通式Ⅳ-1～通式Ⅳ-8的化合物佔所述液晶組合物總重量的30-80％。

更優地，所述通式Ⅰ的化合物佔所述液晶組合物總重量的2-28％；所述通式Ⅱ的化合物佔所述液晶組合物總重量的3-15％；所述通式Ⅲ的化合物佔所述液晶組合物總重量的 10-50％；以及所述通式Ⅳ-1～通式Ⅳ-8的化合物佔所述液晶組合物總重量的30-71％。

在本發明的一些實施方案中，優選所述通式Ⅰ的化合物選自由如下化合物組成的組中一種或更多種化合物：

以及

作為特別優選方案，所述通式Ⅰ的化合物選自由如下化合物組成的組中一種或更多種化合物：

以及

作為特別優選方案，所述通式Ⅰ的化合物選自由如下化合物組成的組中一種或更多種化合物：

以及

在本發明的實施方案中，優選所述通式Ⅱ的化合物選自由如下化合物組成的組中一種或更多種化合物：

以及

作為特別優選方案，所述通式Ⅱ的化合物選自由如下化合物組成的組中一種或更多種化合物：

以及

在本發明的實施方案中，優選所述通式Ⅲ的化合物選自由如下化合物組成的組中一種或更多種化合物：

以及

作為特別優選方案，所述通式Ⅲ的化合物選自由如下化合物組成的組中一種或更多種化合物：

以及

在本發明的實施方案中，優選所述通式Ⅳ-1的化合物選自由如下化合物組成的組中一種或更多種化合物：

以及

優選地，所述通式Ⅳ-2的化合物選自由如下化合物組成的組中一種或更多種化合物：

以及

優選地，所述通式Ⅳ-3的化合物選自由如下化合物組成的組中一種或更多種化合物：以及

優選地，所述通式Ⅳ-4的化合物選自由如下化合物組成的組中一種或更多種化合物：以及

優選地，所述通式Ⅳ-5的化合物選自由如下化合物組成的組中一種或更多種化合物：

以及

優選地，所述通式Ⅳ-6的化合物選自由如下化合物組成的組中一種或更多種化合物：以及

優選地，所述通式Ⅳ-7的化合物選自由如下化合物組成的組中一種或更多種化合物：以及

優選地，所述通式Ⅳ-8的化合物選自由如下化合物組成的組中一種或更多種化合物：

以及

作為特別優選方案，所述通式Ⅳ-1～通式Ⅳ-8的化合物選自由如下化合物組成的組中一種或更多種化合物：：

以及

本發明的另一個方面提供一種液晶顯示器，所述液晶顯示器包含本發明的液晶組合物。

本發明通過對上述化合物進行組合實驗，通過與對照的比較，確定了包括上述液晶組合物的液晶介質，具有較低的光學各向異性、較高的介電各向異性、較低的粘度、較高的清亮點、低溫穩定性好、對UV穩定性高以及對熱的穩定性高的特性。

在本發明中如無特殊說明，所述的比例均為重量比，所有溫度均為攝氏度溫度，所述的響應時間數據的測試選用的盒厚為4μm。

具體實施方式

以下將結合具體實施方案來說明本發明。需要說明的是，下面的實施例為本發明的示例，僅用來說明本發明，而不用來限制本發明。在不偏離本發明主旨或範圍的情況下，可進行本發明構思內的其他組合和各種改良。

為便於表達，以下各實施例中，液晶組合物的基團結構用表1所列的代碼表示：

表1 液晶化合物的基團結構代碼

以如下結構式的化合物為例：

該結構式如用表1所列代碼表示，則可表達為：nCCGF，代碼中的n表示左端烷基的C原子數，例如n為「3」，即表示該烷基為-C3H7；代碼中的C代表環己烷基。

以如下結構為例：

則可表示為2IPUQUF，代碼中的2表示-C2H5；代碼中的I代表茚滿-2,5-二基；代碼中的P代表1,4-亞苯基；代碼中的U表示2,5二氟-1,4-亞苯基，代碼中Q表示二氟甲氧基；代碼中F表示氟取代基。

以下實施例中測試項目的簡寫代號如下：

其中，光學各向異性使用阿貝折光儀在鈉光燈(589nm)光源下、25℃測試得。

Δε＝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：25℃、1KHz、測試盒為TN90型，盒厚7μm。

VHR(初始)是使用TOY06254型液晶物性評價系統測試得；測試溫度為60℃，測試電壓為5V，測試時間為166.7ms。VHR(150℃)是將液晶在150℃劣化1h後使用TOY06254型液晶物性評價系統測試得；測試溫度為60℃，測試電壓為5V，測試時間為166.7ms。VHR(UV)是使用TOY06254型液晶物性評價系統測試得；測試溫度為60℃，測試電壓為5V，測試時間為166.7ms，紫外光照時間為20min。

在以下的實施例中所採用的各成分均可以通過公知的方法進行合成，或者通過商業途徑獲得。這些合成技術是常規的，所得到各液晶化合物經測試符合電子類化合物標準。

按照以下實施例規定的各液晶組合物的配比，製備液晶組合物。所述液晶組合物的製備是按照本領域的常規方法進行的，如採取加熱、超聲波、懸浮等方式按照規定比例混合製得。

製備並研究下列實施例中給出的液晶組合物。下面顯示了各液晶組合物的組成和其性能參數測試結果。

表2所列是對照例液晶組合物的成分、配比及填充於液晶顯示器兩基板之間進行性能測試的測試結果，以便於與說明本發明液晶組合物進行性能對比。

對照例1

按表2中所列的各化合物及重量百分數配製成對照例1的液晶組合物，其填充於液晶顯示器兩基板之間進行性能測試，測試數據如下表所示：

表2 液晶組合物配方及其測試性能

實施例1

按表3中所列的各化合物及重量百分數配製成實施例1的液晶組合物，其填充於液晶顯示器兩基板之間進行性能測試，測試數據如下表所示：

表3 液晶組合物配方及其測試性能

實施例2

按表4中所列的各化合物及重量百分數配製成實施例2的液晶組合物，其填充於液晶顯示器兩基板之間進行性能測試，測試數據如下表所示：

表4 液晶組合物配方及其測試性能

實施例3

按表5中所列的各化合物及重量百分數配製成實施例3的液晶組合物，其填充於液晶顯示器兩基板之間進行性能測試，測試數據如下表所示：

表5 液晶組合物配方及其測試性能

實施例4

按表6中所列的各化合物及重量百分數配製成實施例4的液晶組合物，其填充於液晶顯示器兩基板之間進行性能測試，測試數據如下表所示：

表6 液晶組合物配方及其測試性能

實施例5

按表7中所列的各化合物及重量百分數配製成實施例5的液晶組合物，其填充於液晶 顯示器兩基板之間進行性能測試，測試數據如下表所示：

表7 液晶組合物配方及其測試性能

實施例6

按表8中所列的各化合物及重量百分數配製成實施例6的液晶組合物，其填充於液晶顯示器兩基板之間進行性能測試，測試數據如下表所示：

表8 液晶組合物配方及其測試性能

實施例7

按表9中所列的各化合物及重量百分數配製成實施例7的液晶組合物，其填充於液晶顯示器兩基板之間進行性能測試，測試數據如下表所示：

表9 液晶組合物配方及其測試性能

實施例8

按表10中所列的各化合物及重量百分數配製成實施例8的液晶組合物，其填充於液晶顯示器兩基板之間進行性能測試，測試數據如下表所示：

表10 液晶組合物配方及其測試性能

實施例9

按表11中所列的各化合物及重量百分數配製成實施例9的液晶組合物，其填充於液晶顯示器兩基板之間進行性能測試，測試數據如下表所示：

表11 液晶組合物配方及其測試性能

參照對照例1，從以上實施例1、2、3、4、5、6、7、8和9的測試數據可見，本發明所提供的液晶組合物具有較低的光學各向異性、較高的介電各向異性、較高的清亮點，使得使用本發明液晶組合物的液晶顯示器具有較寬的視角，並且本發明的液晶組合物具有顯著小的流動粘度、良好的低溫存儲穩定性、較好的抗UV穩定性和較好的高溫穩定性，從而具有快的響應速度，可適用於具有快速響應需求的顯示設備，如監視器、電視等，使液晶顯示器件具有可靠性高，在惡劣的環境中能夠正常工作的特性。