本公开属于液晶显示领域，更具体地，涉及液晶组合物及包含该液晶组合物的液晶显示元件、液晶显示器。
背景技术：
目前液晶显示市场上，竞争力较强的显示模式主要有面内切换(in-planeswitching,ips)、边缘场切换(fringe-fieldswitching，ffs)和垂直排列(verticalalignment，va)等显示模式。在这些显示模式中，垂直排列(va)显示模式的电极分布在上下两面，立体排列；而面内切换(ips)和边缘场切换(ffs)模式的两个电极在同一平面内，正是由于其具有独特的分子水平转换结构，使得其在上下左右的可视角度都能达到178°，呈现出良好的色彩表现力，几乎达到了液晶显示的最高水平，基本消除了视觉上的“死角”。正性液晶应用于ips/ffs显示模式时，具有快速响应的特点，并且有良好的可靠性；负性液晶应用于ips/ffs显示模式时，具有透过率较高的优势。因此，越来越多的便携式中小类显示屏幕都采用ips/ffs显示模式。
随着lcd(液晶显示器)产品技术更新换代越来越快，对lcd产品的响应速度要求也越来越高。一方面，器件厂商通过降低盒厚d来实现响应速度的提升，这就要求液晶的折射率δn更大，以匹配降低的盒厚；另一方面我们的液晶材料的响应速度也需要得到更高的提升。现有技术液晶材料的响应速度受限于液晶的旋转粘度γ1/弹性常数k，因此，为了实现快速响应，需要想尽方法去降低液晶材料的旋转粘度γ1同时提升其弹性常数k。而在实际研究中发现，旋转粘度和弹性常数是一对密切联系的参数，降低旋转粘度的同时会引起弹性常数的下降，从而达不到降低响应时间的目标。
另外，对于便携式显示设备(手机、平板、笔记本电脑)，为了降低设备功耗，希望液晶材料具有较低的驱动电压。在实际应用中，就要求液晶组合物具有较大的介电各项异性δε，δε值越大，液晶所需的驱动电压越小。但实际研究中发现，大部分单体液晶的δε增大，其旋转粘度γ1也是相应增加的。因此，开发低驱动快速响应的液晶组合物就成了比较棘手的问题。
技术实现要素：
为了解决目前负性ips/ffs模式的液晶组合物响应速度较慢和功耗较大之间平衡的问题，本发明人等进行了深入研究后惊奇地发现，通过使用本发明的液晶组合物，可以克服上述现有技术中存在的问题，从而完成了本公开。
本公开采用一种用于液晶显示元件或液晶显示器件的显示模式为ips或ffs的负介电各向异性液晶组合物，其介电各向异性值在-3.8～-5.0之间，所述液晶组合物包含：一种质量含量为27～35％的式ⅰ所示化合物作为第一组分、一种质量含量为2～12％的式ⅱ所示化合物作为第二组分、一种或多种总质量含量为9～18％的式ⅲ所示化合物作为第三组分，所述第三组分中至少含有一种式ⅲ-1所示化合物、一种或多种式ⅳ所示的化合物作为第四组分以及一种或多种式ⅴ所示化合物作为第五组分，
其中，
r1、r3、r5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，其中任意一个或多个不相连的-ch2-任选被亚环戊基、亚环丁基或亚环丙基取代；
r2、r4、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2～10的链烯基或氟取代的碳原子数为2～10的链烯基，其中任意一个或多个不相连的-ch2-任选被亚环戊基、亚环丁基或亚环丙基取代；
a表示0或1。
本公开还提供显示模式为ips/ffs的液晶显示元件或显示器，其包含本公开的液晶组合物，所述液晶显示元件为有源矩阵寻址显示元件或显示器或者无源矩阵寻址显示元件或显示器。
发明效果
本发明的液晶组合物与现有技术相比，具有适当的介电各向异性(δε)和清亮点(cp)、较高的弹性常数(k11)和适当的旋转粘度(γ1)，能够用于开发快速响应的液晶显示元件或显示器，有效改善功耗和响应速度之间的平衡。此外具有较大的光学各向异性(δn)，可以降低盒厚，以达到快速响应的目的。
具体实施方式
[液晶组合物]
本公开的液晶组合物为负介电各向异性，其介电各向异性值在-3.8～-5.0之间。
所述液晶组合物包含一种质量含量为27～35％的式ⅰ所示化合物作为第一组分、一种质量含量为2～12％的式ⅱ所示化合物作为第二组分、一种或多种总质量含量为9～18％的式ⅲ所示化合物作为第三组分，所述第三组分中至少含有一种式ⅲ-1所示化合物、一种或多种式ⅳ所示的化合物作为第四组分以及一种或多种式ⅴ所示化合物作为第五组分，
其中，
r1、r3、r5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，其中任意一个或多个不相连的-ch2-任选被亚环戊基、亚环丁基或亚环丙基取代；
r2、r4、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2～10的链烯基或氟取代的碳原子数为2～10的链烯基，其中任意一个或多个不相连的-ch2-任选被亚环戊基、亚环丁基或亚环丙基取代；
a表示0或1。
本公开的技术方案具有适当的旋转粘度，且能够提高液晶组合物的介电各向异性和光学各向异性，包含本公开的液晶组合物的液晶显示元件、液晶显示器具有快的响应速度和较低的驱动电压。
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。
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。
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2～10的链烯基中的“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。
本公开的液晶组合物中，优选地，还包含一种或多种除式ⅲ、式ⅳ和式ⅴ之外的式ⅵ所示化合物，
其中，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，其中任意一个或多个不相连的-ch2-任选被亚环戊基、亚环丁基或亚环丙基取代；
z1表示单键、-ch2ch2-或-ch2o-；
m表示0或1；n表示0、1或2。
前述的式ⅵ所示化合物具有负介电各项异性，通过在本公开的液晶组合物中含有式ⅵ所示化合物，可以调节液晶组合物的驱动电压。
本公开的液晶组合物中，优选地，前述除式ⅲ、式ⅳ和式ⅴ之外的式ⅵ所示的化合物选自下述式ⅵ-1～ⅵ-6所示的化合物组成的组，
其中，r71、r81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；其中任意一个或多个不相连的-ch2-任选被亚环戊基、亚环丁基或亚环丙基取代。
本公开的液晶组合物，优选地，还包含一种或多种除所述式ⅰ、ⅱ所示化合物之外的式ⅶ所示的化合物，
其中，r9、r10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的链烯基或氟取代的碳原子数为2～10的链烯基；
通过在本公开的液晶组合物中含有式ⅶ所示化合物，能够提高液晶组合物的互溶性，降低旋转粘度，从而提高本公开的液晶组合物的响应速度。
本公开的液晶组合物，优选地，前述的式ⅶ所示的化合物选自下述式ⅶ-1～ⅶ-3所示的化合物组成的组，
其中，r9、r10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的链烯基或氟取代的碳原子数为2～10的链烯基。
本公开的液晶组合物，优选地，前述液晶组合物还包含一种或多种式ⅷ所示化合物，
其中，r11、r12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的链烯基或氟取代的碳原子数为2～10的链烯基；
通过在本公开的液晶组合物中含有式ⅷ所示化合物，能够增大液晶组合物的光学各向异性和提高液晶组合物的清亮点，有利于提升液晶组合物的响应速度。
本公开的液晶组合物，优选地，前述的式ⅷ所示的化合物选自下述式ⅷ-1～ⅷ-3所示的化合物组成的组，
其中，r11、r12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的链烯基或氟取代的碳原子数为2～10的链烯基。
本公开的液晶组合物中，优选还包含一种或多种式ⅸ所示化合物，
其中，r13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的烷氧基或氟取代的碳原子数为1～10的烷氧基，其中任意一个或多个不相连的-ch2-任选被亚环戊基、亚环丁基或亚环丙基取代；
r14表示原子数为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的烷氧基或氟取代的碳原子数为1～10的烷氧基；
x表示o或s。
通过在本公开的液晶组合物中含有前述的式ⅸ所示化合物，能够使液晶组合物具有较大的负的介电各向异性，有利于降低器件的驱动电压。
本公开的液晶组合物，优选地，前述式ⅸ所示的化合物选自下述式ⅸ-1～ⅸ-12所示的化合物组成的组：
其中，r13、r14表示碳原子数为1～10的烷基。
本公开的液晶组合物中，式ⅰ所示化合物在液晶组合物中的添加量(质量比)为27～35％，优选为28～33％；式ⅱ所示化合物在液晶组合物中的添加量(质量比)为2～12％，优选为2～10％；式ⅲ所示化合物在液晶组合物中的添加量(质量比)为9～18％，优选为10～17％；式ⅳ所示化合物在液晶组合物中的添加量(质量比)为1～35％，优选为20～30％；式ⅴ所示化合物在液晶组合物中的添加量(质量比)为3～25％，优选为3～15％；式ⅵ所示化合物在液晶组合物中的添加量(质量比)为0～56％，优选为2～40％；式ⅶ所示化合物在液晶组合物中的添加量(质量比)为0～45％，优选为20～40％；式ⅷ所示化合物在液晶组合物中的添加量(质量比)为0～25％，优选为5～15％；式ⅸ所示化合物在液晶组合物中的添加量(质量比)为0～25％，优选为5～20％。
本公开的液晶组合物中，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0.01～1.5％，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、光稳定剂。
抗氧化剂可以列举出，
t表示1～10的整数；
手性剂可以列举出，
ra表示碳原子数为1～10的烷基；
光稳定剂可以列举出，
za表示碳数为1～20的亚烷基，所述亚烷基中任意的一个或多个氢任选被卤素取代，任意的一个或多个不相连的-ch2-任选被-o-取代；
紫外线吸收剂可以列举出，
rb表示碳原子数为1～10的烷基。
[液晶显示元件或液晶显示器]
本公开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。
可选的，所述液晶显示元件或液晶显示器优选有源矩阵液晶显示元件或液晶显示器。
可选的，所述有源矩阵显示元件或显示器为ips-tft、ffs-tft、va-tft液晶显示元件或显示器。
实施例
为了更清楚地说明本公开，下面结合优选实施例对本公开做进一步的说明。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，不应以此限制本公开的保护范围。
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：
cp表示液晶清亮点(℃)，dsc定量法测试；
δn表示光学各向异性，no为寻常光的折射率，ne为非寻常光的折射率，测试条件为25±2℃，589nm，阿贝折射仪测试；
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；
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；
k11为扭曲弹性常数，k33为展曲弹性常数，测试条件为：25℃、instec:alct-ir1、20微米垂直盒；
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。
本公开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5所示。
表5对比例1液晶组合物的配方及相应的性能
将实施例2中的py-3-o2替换为cy-5-o2，其余与实施例2相同，作为对比例1。与对比例1相比，本发明实施例2的液晶组合物具有适当的介电各向异性(δε)和清亮点(cp)，旋转粘度(γ1)更低，光学各向异性(δn)更大，更高可以用于开发低盒厚、快速响应的液晶显示器。
实施例3
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3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7所示。
表7实施例4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8所示。
表8实施例5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9所示。
表9实施例6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10所示。
表10实施例7液晶组合物的配方及相应的性能
对比例2
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2液晶组合物的配方及相应的性能
将实施例7中的py-3-o2替换为cpy-2-o2，其余与实施例7相同，作为对比例2。与对比例2相比，本发明的实施例7的液晶组合物具有适当的介电各向异性(δε)、更低的旋转粘度(γ1)和更高的光学各项异性(δn)，可以用于开发低盒厚、快速响应的液晶显示器。
实施例8
液晶组合物的配方及相应的性能如下表12所示。
表12实施例8液晶组合物的配方及相应的性能
实施例9
液晶组合物的配方及相应的性能如下表13所示。
表13实施例9液晶组合物的配方及相应的性能
对比例3
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3液晶组合物的配方及相应的性能
将实施例9中的ccy-5-o2替换为ccoy-3-o2，其余与实施例9相同，作为对比例3。与对比例3相比，本发明的实施例9的液晶组合物具有适当的介电各向异性(δε)和旋转粘度(γ1)，光学各向异性(δn)更大，液晶清亮点(cp)更高，k11更大，可以用于开发低盒厚、快速响应的液晶显示器。
对比例4
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4液晶组合物的配方及相应的性能
将实施例9中的py-o2-o2替换为coy-3-o1，其余与实施例9相同，作为对比例4。与对比例4相比，本发明的实施例9的液晶组合物具有适当的介电各向异性(δε)、旋转粘度(γ1)，光学各向异性(δn)更大，液晶清亮点(cp)更高，k11更大，可以用于开发低盒厚、快速响应的液晶显示器。
显然，本公开的上述实施例仅仅是为清楚地说明本公开所作的举例，而并非是对本公开的实施方式的限定，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，凡是属于本公开的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本公开的保护范围之列。