CN104513666B - 一种液晶介质及应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种负介电各向异性液晶介质，所述液晶介质包含：一种或多种重量百分含量为15～55％的通式Ⅰ1和通式Ⅰ2所示的介电中性化合物，一种或多种含量为1～60％的通式Ⅱ所示介电负性化合物，一种或多种含量为1～80％的通式Ⅲ的介电负性化合物。本发明所述液晶介质的光学各向异性在0.080～0.150范围内，并且具有较低的旋转粘度、适当的负介电各向异性和较大的K值，可用于含有该液晶介质的有源矩阵显示元件，如ECB、FFS或IPS、MVA、PVA或HVA效应的有源矩阵显示器。

Description

一种液晶介质及应用

技术领域

本发明涉及液晶材料领域，具体的说涉及一种液晶介质，该液晶介质为负介电各向异性的液晶介质，本发明还涉及该液晶介质在有源矩阵显示元件，如使用ECB、FFS或IPS、MVA、PVA或HVA效应的有源矩阵显示器中的应用。

背景技术

目前TFT-LCD已经广泛地应用于工业领域和家庭消费领域，几乎完全替代了传统的CRT显示器市场。根据液晶显示方式的不同，液晶显示元件可以分为扭曲向列相(TN)模式、超扭曲向列相(STN)模式、共面(IPS)模式、垂直配向(VA)模式等多种模式。

当前的液晶显示元件多为扭曲向列相(TN)模式，但其存在对比度低、视野角窄的缺点，而垂直配向(VA)模式的显示以其宽视野角、高对比度和无须摩擦配向等优势，已经得到广泛应用，并成为大尺寸TV用TFT-LCD的常见显示模式，另外，VA模式显示的对比度对液晶的双折射率、液晶层的厚度和入射光的波长依赖度较小，因此，VA模式成为了现在极具前景的液晶显示技术。

对于VA模式等的显示方式所用的液晶材料，要求低电压驱动、快速响应、宽的温度范围和良好的低温稳定性。换言之，也就要求我们开发负介电各向异性绝对值大、低黏度、大的K33值和高清亮点的化合物。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是提供一种负介电各向异性液晶介质，该液晶介质的光学各向异性在0.080～0.150范围内，并且具有低的旋转粘度、较快的响应时间和适当的负介电各向异性。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：

本发明提供了一种液晶介质，其特征在于，所述液晶介质包含一种或多种通式Ⅰ1所示的介电中性化合物和一种或多种通式Ⅰ2所示的介电中性化合物

和一种或多种通式Ⅱ所示的介电负性化合物

其中，

H表示为环戊基或环丁基；

R₁-R₅各自独立地表示下列①～③所示基团中的任意一种：

①、碳原子数为1～7的直链烷基，

②、①所示基团中一个或多个-CH₂-被-O-、-CH＝CH-CH₃或-CH＝CH-取代所形成的基团，

③、①或②所示基团中一个或多个-H被-F、-Cl、-CH＝CH₂或-CH＝CH-CH₃取代所形成的基团；

Z₁、Z₂各自独立地表示单键、-CH₂-、-CH₂CH₂-、-CH₂O-或-OCH₂-中任意一种；

各式中-(O)可相同或不同，各自独立地表示单键或-O-(括号O表示可有可无，当无时即为单键)；

各自独立地表示单键或下列基团中的任一基团：

n、m各自独立地表示0或1。

由于采用了上述技术方案，本发明所取得的技术进步在于：

本发明公开了一种负介电各向异性液晶介质，该液晶介质性能优异，光学各向异性在0.080～0.150范围内，并且具有低的旋转粘度、较快的响应时间、适当的负介电各向异性、高的清亮点和良好的低温可靠性，非常适用于制造VA模式的液晶显示元件，尤其适合于有源矩阵显示元件，如使用ECB、FFS或IPS、MVA、PVA或HVA效应的有源矩阵显示器。

本发明提供的通式Ⅱ所示化合物，由于引入了(环丁基)或(环戊基)取代基，不仅增大了具有极性负性的通式Ⅱ所示液晶化合物在液晶介质中的互溶性，也同时提高了其清亮点和K33数值；因而使得包含有通式Ⅱ所示液晶化合物的液晶介质也具有很高的清亮点、大的介电各向异性和大的K33值。正是因为通式Ⅱ所示液晶化合物具有此类优点，未来将成为有源矩阵显示元件用液晶介质的所需液晶化合物。

本发明提供的通式Ⅰ1和通式Ⅰ2所示的介电中性的化合物，一般具有较小的黏度和良好的互溶性。根据实际需要，可以加入适量的通式Ⅰ1和通式Ⅰ2化合物来对液晶介质的各项特性进行调整。

本发明所提供的液晶介质还可以包含一种或多种通式Ⅲ所示的介电负性化合物

其中，

R₆、R₇各自独立地表示下列①～③所示基团中的任意一种：

①、碳原子数为1～7的直链烷基，

②、①所示基团中一个或多个-CH₂-被-O-、-CH＝CH-CH₃或-CH＝CH-取代所形成的基团，

③、①或②所示基团中一个或多个-H被-F、-Cl、-CH＝CH₂或-CH＝CH-CH₃取代所形成的基团；

Z₁、Z₂各自独立地表示单键、-CH₂-、-CH₂CH₂-、-CH₂O-或-OCH₂-中任意一种；

-(O)表示单键或-O-(括号O表示可有可无，当无时即为单键)；

各自独立地表示单键或下列基团中的任一基团：

表示单键或下列基团中的任一基团：

n、m和o各自独立地表示0或1。

本发明提供的通式Ⅲ所示的介电负性的化合物，末端为直链烷基基团的化合物可以来降低液晶的预倾角，以改善液晶的黑态，提高对比度。

作为优选方案，所述液晶介质包含质量百分含量为15～55％的通式Ⅰ1和通式Ⅰ2所示的介电中性化合物、质量百分含量为1～60％的通式Ⅱ所示的介电负性化合物和质量百分含量为1～80％的通式Ⅲ所示的介电负性化合物。

作为更优选方案，所述液晶介质包含重量百分含量20％-48％的通式Ⅰ1和通式Ⅰ2所示的介电中性化合物、重量百分含量1～55％的通式Ⅱ所示的介电负性化合物、重量百分含量2～70％的通式Ⅲ所示的介电负性化合物。

以上液晶介质的光学各向异性均可以在0.080～0.150范围内。

通过对上述各化合物进行选择，并对其重量百分含量进行适当调整，液晶介质可以获得不同的介电各向异性、阈值电压、清亮点和双折射特性，便于在不同液晶盒厚和不同驱动电压下使用，适用范围非常广。

本发明所提供的所述液晶介质还可以包含一种或多种通式Ⅳ所示的介电中性化合物；

其中，

R₈和R₉各自独立地表示下列①～③所示基团中的任意一种：

①碳原子数为1～7的直链烷基或碳原子数为1～7的直链烷氧基，

②、①所示基团中一个或多个-CH₂-被-O-、-CH＝CH-CH₃或-CH＝CH-取代所形成的基团，

③、①或②所示基团中一个或多个-H被-F、-Cl、-CH＝CH₂或-CH＝CH-CH₃取代所形成的基团；

Z₃独立地表示单键、-CH₂-、-CH₂CH₂-、-COO-或-CH₂O-中任意一种；

各自独立地表示单键或下列基团中的任一基团：

所述一种或多种通式Ⅳ所示的介电中性化合物的总重量百分含量优选大于0％且小于或等于10％。

本发明所提供的液晶介质还可以包含一种或多种通式Ⅴ所示的可聚合化合物，所述一种或多种通式Ⅴ所示的可聚合化合物的总重量百分含量大于0％小于或等于1％；

所述式Ⅴ中

各自独立地选自苯基、甲基代的亚苯基、二甲基代的亚苯基、氟代的亚苯基和/或二氟代的亚苯基中的至少一种；

n和m各自独立地表示1或2。

以上液晶介质的光学各向异性均可以在0.080～0.150范围内。

上述的液晶介质中所述一种或多种通式Ⅱ所示的介电负性化合物优选自式Ⅱa至Ⅱj所示的介电负性化合物中的一种或多种

所述一种或多种通式Ⅲ所示的介电负性化合物优选自式Ⅲa至Ⅲm所示的介电负性化合物中的一种或几种

所述Ⅱa至式Ⅱj、Ⅲa至Ⅲm中，

R₅-R₇分别是下列①～③所示基团中的任意一种：

①、碳原子数为1～7的直链烷基，

②、①所示基团中一个或多个-CH₂-被-O-、-CH＝CH-CH₃或-CH＝CH-取代所形成的基团，

③、①或②所示基团中一个或多个-H被-F、-Cl、-CH＝CH₂或-CH＝CH-CH₃取代所形成的基团；

-(O)表示单键或-O-(括号O表示可有可无，当无时即为单键)；

各自独立地表示单键或下列基团中的任一基团：

根据本发明的液晶介质，另外还可以额外地包含组分浓度为0％～1％的以下一种或几种添加剂：多色染料、UV稳定剂、抗氧化剂、手征向掺杂剂、聚合起始剂、微粒及纳米粒子。

本发明还公开了以上液晶介质在有源矩阵显示元件，ECB、FFS或IPS、MVA、PVA或HVA效应的有源矩阵显示器中的应用。

通过使用本发明中的通式Ⅱ的介电负性化合物，加之优化组合和优化配比，并另外采用其它几种甚至十几种具有特点的液晶化合物混合从而达到显示器所要求的性能参数，具有负介电各向异性绝对值大、低黏度、大的K33值和高清亮点的特点，从而开发出新的性能优异的VA模式显示用液晶材料。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步详细说明：

下述实施例中所涉及的份数均为重量百分含量，温度单位为℃，其他符号的具体意义及测试条件如下：

S-N表示液晶的晶态到向列相的熔点(℃)；

c.p.表示液晶的清亮点(℃)，测试仪器：Mettler-Toledo-FP System显微热分析仪；

γ1为旋转粘度(mPa·s)，测试条件为：25℃、INSTEC:ALCT-IR1、18微米垂直盒；

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、18微米垂直盒；

△ε表示介电各向异性，△ε＝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：25℃、INSTEC:ALCT-IR1、18微米垂直盒；

Δn表示光学各向异性，△n＝n_o-n_e，其中，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：589nm、25±0.2℃；

下面的实施例1～12分别按比例称取液晶化合物，制备得液晶介质。所使用的各种液晶单体均可以通过公知的方法进行合成，或通过商业途径获得。

制备液晶介质所用的设备和仪器为：

(1)电子精密天平(精确度0.1mg)

(2)不锈钢烧杯：用于称量液晶

(3)勺子：用于加入单体

(4)磁力转子：用于搅拌

(5)控温电磁搅拌器

液晶介质的制备方法包括以下步骤：

(1)将所用单体按顺序摆放整齐；

(2)把不锈钢烧杯放置在天平上，用小勺将单体盛入不锈钢烧杯中；

(3)依次按所需重量添加单体液晶；

(4)把加好料的不锈钢烧杯放置在磁力搅拌仪器上加热融化；

(5)待不锈钢烧杯中混合物大部份融化后，往不锈钢烧杯中加入一颗磁力转子，将液晶混合物搅拌均匀，冷却到室温后即得液晶介质。

将所得的液晶介质填充于液晶显示器两基板间进行性能测试。具体化合物的单体结构、用量(重量百分含量)、所得的液晶介质的性能参数测试结果均列于表中。表1～12对应实施例1～12。

表1实施例1的液晶组合物的组分配比及其性能参数

表2实施例2的液晶组合物的组分配比及其性能参数

表3实施例3的液晶组合物的组分配比及其性能参数

表4实施例4的液晶组合物的组分配比及其性能参数

表5实施例5的液晶组合物的组分配比及其性能参数

表6实施例6的液晶组合物的组分配比及其性能参数

表7实施例7的液晶组合物的组分配比及其性能参数

表8实施例8的液晶组合物的组分配比及其性能参数

表9实施例9的液晶组合物的组分配比及其性能参数

表10实施例10的液晶组合物的组分配比及其性能参数

表11实施例11的液晶组合物的组分配比及其性能参数

表12实施例12的液晶组合物的组分配比及其性能参数

由实施例1～实施例12所示的液晶组合物的性能参数可知，本发明的液晶组合物具有适当的光学各向异性、较低的旋转粘度、很好的低温稳定性、较大的K33值，非常适用于有源矩阵显示元件，如ECB、FFS或IPS、MVA效应的有源矩阵显示器；若在上述12个实施例所示的液晶组合物基础上，另外添加通式Ⅴ可聚合化合物，亦可用于PVA或HVA效应的有源矩阵显示器。

本发明虽然仅仅列举了上述12个实施例的具体化合物及其配比用量(重量百分含量)，并进行了性能测试，但是本发明的液晶组合物可以在上述实施例的基础上，利用本发明所涉及的通式Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ所代表的液晶化合物、以及通式Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ的优选液晶化合物进行进一步拓展和修改，通过对其配比用量进行适当调整，均能达到本发明的目的。

Claims (10)

1.一种液晶介质，其特征在于，所述液晶介质包含一种或多种通式Ⅰ1所示的介电中性化合物和一种或多种通式Ⅰ2所示的介电中性化合物，所述一种或多种通式Ⅰ1所示的介电中性化合物和一种或多种通式Ⅰ2所示的介电中性化合物的总重量百分含量为15-55％，

所述液晶介质还包含重量百分含量为1-60％的通式Ⅱ所示的介电负性化合物，

其中，

H表示为环戊基；

R₁、R₂、R₅各自独立地表示下列①、②所示基团中的任意一种：

①、碳原子数为1-7的直链烷基，

②、①所示基团中一个或多个-CH₂-被-O-、-CH＝CH-CH₃或-CH＝CH-取代所形成的基团；

R₃、R₄各自独立地表示碳原子数为1-7的直链烷基或碳原子数为1-7的直链烷基中一个-CH₂-被-O-、-CH＝CH-CH₃或-CH＝CH-取代所形成的基团；

Z₁、Z₂各自独立地表示单键、-CH₂-、-CH₂CH₂-、-CH₂O-或-OCH₂-中任意一种；

各式中-(O)可相同或不同，各自独立地表示单键或-O-；

表示单键或下列基团中的任一基团：

下列基团中的任一基团：

2.根据权利要求1所述的液晶介质，其特征在于，所述液晶介质还包含一种或多种通式III所示的介电负性化合物

其中，

R₆、R₇各自独立地表示下列①-③所示基团中的任意一种：

①、碳原子数为1-7的直链烷基，

②、①所示基团中一个或多个-CH₂-被-O-、-CH＝CH-CH₃或-CH＝CH-取代所形成的基团，

③、①或②所示基团中一个或多个-H被-F、-Cl、-CH＝CH₂或-CH＝CH-CH₃取代所形成的基团；

Z₁、Z₂各自独立地表示单键、-CH₂-、-CH₂CH₂-、-CH₂O-或-OCH₂-中任意一种；

-(O)表示单键或-O-；

各自独立地表示单键或下列基团中的任一基团：

表示单键或下列基团中的任一基团：

n、m和o各自独立地表示0或1。

3.根据权利要求2所述的液晶介质，其特征在于，所述的液晶介质包含--重量百分含量1-80％的通式Ⅲ所示的介电负性化合物。

4.根据权利要求1-3中任一所述液晶介质，其特征在于，所述液晶介质还包含一种或多种通式IV所示的介电中性化合物；

其中，

R₈和R₉各自独立地表示下列①-③所示基团中的任意一种：

①碳原子数为1-7的直链烷基或碳原子数为1-7的直链烷氧基，

②、①所示基团中一个或多个-CH₂-被-O-、-CH＝CH-CH₃或-CH＝CH-取代所形成的基团，

③、①或②所示基团中一个或多个-H被-F、-Cl、-CH＝CH₂或-CH＝CH-CH₃取代所形成的基团；

Z₃独立地表示单键、-CH₂-、-CH₂CH₂-、-COO-或-CH₂O-中任意一种；

各自独立地表示单键或下列基团中的任一基团：

5.根据权利要求4所述的液晶介质，其特征在于，所述一种或多种通式IV所示的介电中性化合物的总重量百分含量大于0％且小于或等于10％。

6.根据权利要求1-3或5中任一所述液晶介质，其特征在于，所述液晶介质还包含一种或多种通式Ⅴ所示的可聚合化合物，所述一种或多种通式Ⅴ所示的可聚合化合物的总重量百分含量大于0％且小于或等于1％；

所述式Ⅴ中

各自独立地表示苯基、甲基代的亚苯基、二甲基代的亚苯基、氟代的亚苯基和/或二氟代的亚苯基中的至少一种；

n和m各自独立地表示1或2。

7.根据权利要求1-3或5中任一所述液晶介质，其特征在于所述的液晶介质的光学各向异性在0.080～0.150范围内。

8.据权利要求2-3或5中任一所述液晶介质，其特征在于，所述一种或多种通式Ⅱ所示的介电负性化合物为式Ⅱf至式Ⅱj所示的介电负性化合物中的一种或多种

所述Ⅱa至式Ⅱj中，

R₅表示下列①、②所示基团中的任意一种：

①、碳原子数为1-7的直链烷基，

②、①所示基团中一个或多个-CH₂-被-O-、-CH＝CH-CH₃或-CH＝CH-取代所形成的基团，

-(O)表示单键或-O-；

各自独立地表示下列基团中的任一基团：

所述一种或多种通式III所示的介电负性化合物为式IIIa至IIIm所示的介电负性化合物中的一种或多种

所述IIIa至IIIm中，

R₅-R₇各自独立地表示下列①-③所示基团中的任意一种：

①、碳原子数为1-7的直链烷基，

②、①所示基团中一个或多个-CH₂-被-O-、-CH＝CH-CH₃或-CH＝CH-取代所形成的基团，

③、①或②所示基团中一个或多个-H被-F、-Cl、-CH＝CH₂或-CH＝CH-CH₃取代所形成的基团；

-(O)表示单键或-O-；

各自独立地表示单键或下列基团中的任一基团：

9.根据权利要求1-3或5中任一所述液晶介质，其特征在于，所述液晶介质另外包含以下一种或几种添加剂：多色染料、UV稳定剂、抗氧化剂、手征向掺杂剂、聚合起始剂、微粒及纳米粒子，所述添加剂组分浓度在0％-1％之间。

10.权利要求1至9中任一所述液晶介质在有源矩阵显示元件，ECB、FFS或IPS、MVA、PVA或HVA效应的有源矩阵显示器中的应用。