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CN108624332B - 一种负介电液晶组合物及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种负介电液晶组合物，至少包含一种或多种通式I的化合物以及一种或多种通式II的化合物，所述通式II的化合物中至少包括化合物IIA‑16。本发明所述的液晶组合物具有低旋转粘度、良好的低温互溶性以及快的响应速度的特性。可应用于多种显示模式的快响应液晶显示，在VA/MVA/PVA/PSVA等VA模式以及IPS/FFS模式显示器中的使用，能明显改善液晶显示器的显示效果。

Description

一种负介电液晶组合物及其应用
技术领域
本发明涉及一种液晶显示器材料及其应用，具体涉及一种负介电液晶组合物及其应用。
背景技术
目前，液晶在信息显示领域得到了广泛应用，同时在光通讯中的应用也取得了一定的进展(S.T.Wu，D.K.Yang.Reflective Liquid Crystal Displays.Wiley，2001)。近几年，液晶化合物的应用领域已经显著拓宽到各类显示器件、电光器件、电子元件、传感器等，向列型液晶化合物已经在平板显示器中得到最为广泛的应用，特别是用于TFT有源矩阵的系统中。
其中“有源矩阵”包括两种类型：1、在作为基片的硅晶片上的OMS(金属氧化物半导体)或其它二极管。2、在作为基片的玻璃板上的薄膜晶体管(TFT)。
单晶硅作为基片材料限制了显示尺寸，因为各部分显示器件甚至模块组装在其结合处出现许多问题。因而，第二种薄膜晶体管是具有前景的有源矩阵类型，所利用的光电效应通常是TN效应。TFT包括化合物半导体，如Cdse，或以多晶或无定形硅为基础的TFT。
目前，LCD产品技术已经成熟，成功地解决了视角、分辨率、色饱和度和亮度等技术难题，其显示性能已经接近或超过CRT显示器。大尺寸和中小尺寸LCD在各自的领域已逐渐占据平板显示器的主流地位。但是受液晶材料本身的制约(粘度高)，致使响应时间成为影响高性能显示器的主要因素。
随着用户对显示质量要求越来越高，TN及正性液晶IPS/FFS模式越来越显现出不足，负性液晶所制成的FFS/IPS类显示器具有高的透过率，使用负性液晶的VA类显示器具有优异的对比度。但是负性液晶相对于正性液晶旋转粘度更大，响应时间更慢，如何降低负性液晶的旋转粘度，提升响应速度尤为重要。
发明内容
基于上述的背景内容，本发明提供一种负介电液晶组合物，该组合物具有低旋转粘度、良好的低温互溶性以及快的响应速度等特点。
具体而言，发明提出的一种负介电液晶组合物，其中，至少包含一种或多种通式I所代表的化合物以及一种或多种通式II的化合物，所述通式II的化合物中至少包括化合物IIA-16；
所述通式I具体为：
Figure BDA0001247632150000021
所述通式I中，R1、R2各自独立地代表C1～C12的直链烷基，其中一个或多个不相邻的CH2可以被O、S或CH＝CH所取代；
环A1、A2各自独立地代表反式1,4-环己基、1,4-亚苯基或1，4-环己烯；所述1,4-亚苯基的苯环上1个或多个H原子可以被F原子取代；
Z代表单键、亚乙基或甲氧基；
n代表0或1；
所述通式II具体为：
Figure BDA0001247632150000022
所述通式II中，R3、R4各自独立地代表C1～C12的直链烷基、直链烷氧基或C2～C12的直链烯基；环A3、A4各自独立代表1，4-亚苯基或反式1，4-环己基；
所述化合物IIA-16为：
Figure BDA0001247632150000023
本发明所提供的通式I所代表的化合物为2，3-二氟苯结构化合物为负介电各向异性液晶化合物，该化合物具有较大的负介电各向异性，可有效地提升液晶组合物的负介电各向异性。本发明提供的液晶组合物中，各液晶组分之和为100％；通式I所述化合物在组合物中的含量优选为10～90％，更优选为20～85％、22～82％、15～70％、22～63％、15～85％、22～83％、60.5～81％、48～63％或82％。
所述通式I中，环A2代表的1,4-亚苯基的苯环上H原子可不被取代，也可有1个或多个H原子被F原子取代。当H被取代时，优选有1个H原子被F原子取代；
更优选所述取代的方式为
Figure BDA0001247632150000031
所述通式I中，当n＝0时，环A2优选为反式1,4-环己基或H原子不被取代的1,4-亚苯基。
所述通式I中，当环A2代表取代或未取代的1,4-亚苯基或1，4-环己烯时，Z优选为单键。
更优选地，所述通式I所代表的化合物选自如下化合物的一种或多种：
Figure BDA0001247632150000032
所述IA～IH中，R1代表C1～C7的直链烷基或C2～C7的直链烯基；R2代表C1～C7的直链烷基或直链烷氧基；优选地，R1代表C2～C5的直链烷基；R2代表C1～C4的直链烷基或直链烷氧基。
作为本发明的优选方案，通式I所代表的化合物选自如下化合物的一种或几种：
Figure BDA0001247632150000033
Figure BDA0001247632150000041
Figure BDA0001247632150000051
Figure BDA0001247632150000061
Figure BDA0001247632150000071
Figure BDA0001247632150000081
Figure BDA0001247632150000091
Figure BDA0001247632150000101
本发明提供的通式II所代表的化合物为双环结构，具有较低的旋转粘度和优良的互溶性，该化合物是快速响应液晶显示必不可少的组分。本发明提供的液晶组合物中，各液晶组分之和为100％；通式II所述化合物在组合物中的含量优选为5～60％，更优选为10～55％、13～53％、15～60％、24～53％、10～60％、20～60％、19～39.5％、34～46％或13％。
其中，化合物IIA16是本发明提供的液晶组合物中的必须组分。所述通式II代表的化合物中，优选包含相当于所述液晶组合物总量1～30％的化合物IIA16，更优选为4～25％、4～20％、1～25％、5.5～20％、5.5～9％、8～19％或13％。
优选地，所述通式II所代表的化合物选自如下化合物的一种或多种：
Figure BDA0001247632150000102
所述IIA～IIC中，R3代表C1～C7的直链烷基；R4代表C1～C7的直链烷基、直链烷氧基或C2～C7的直链烯基；优选地，R3代表C2～C5的直链烷基，R4代表C1～C5的直链烷基、C1～C2的直链烷氧基或C2～C5的直链烯基。
作为本发明的优选方案，通式II所代表的化合物选自如下化合物的一种或多种：
Figure BDA0001247632150000103
Figure BDA0001247632150000111
Figure BDA0001247632150000121
本发明所提供的液晶组合物还可以进一步包含一种或多种通式III所示的化合物。通式III所代表的化合物是非极性三环化合物，该类单体具有较高的清亮点和较大的弹性常数，该化合物有利于提高液晶组合物的弹性常数。本发明提供的液晶组合物中，各液晶组分之和为100％；通式III所述化合物在组合物中的含量优选为0～40％，更优选为0～30％、0～24％、1～35％、3～24％、1～30％、4～24％或3～6％。
所述通式III具体为：
Figure BDA0001247632150000122
所述通式III中，R5、R6各自独立地代表C1～C12的直链烷基，其中一个或多个不相邻的CH2可以被O或CH＝CH取代；
环A5选自以下结构：
Figure BDA0001247632150000123
优选地，通式III所代表的化合物选自式IIIA～式IIIC所示化合物的一种或多种：
Figure BDA0001247632150000131
所述式IIIA～式IIIC中，R5代表C2～C10的直链烷基或直链烯基；R6代表C1～C8的直链烷基；优选地，R5代表C2～C5的直链烷基或直链烯基，R6代表C1～C5的直链烷基。
作为本发明的优选方案，通式III所代表化合物选自式如下结构中的一种或多种：
Figure BDA0001247632150000132
Figure BDA0001247632150000141
本发明所提供的液晶组合物还可以进一步包含一种或多种通式IV的化合物。通式IV所代表的化合物是三联苯结构化合物，该类化合物具有较大的光学各向异性，可有效地提升液晶组合物的光学各向异性。本发明提供的液晶组合物中，各液晶组分之和为100％；通式IV所述化合物在组合物中的含量优选为0～30％，更优选为0～20％、0～15％、1～20％、3～15％或15％。
所述通式IV具体为：
Figure BDA0001247632150000151
所述通式IV中，R7、R8各自独立地代表C1～C12的直链烷基，其中一个或多个不相邻的CH2可以被CH＝CH取代；
L1代表H或F。
优选地，通式IV的化合物选自以下结构中的一种或多种：
Figure BDA0001247632150000152
所述通式IVA、IVB中，R7、R8各自独立地代表C1～C7的直链烷基或C2～C7直链烯基；优选地，R7、R8各自独立地代表C1～C5的直链烷基或C4～C5直链烯基。
作为本发明的优选方案，通式IV的化合物选自以下结构中的一种或多种：
Figure BDA0001247632150000153
Figure BDA0001247632150000161
Figure BDA0001247632150000171
为了提高各类型化合物之间的协同作用，本发明对所提供的液晶组合物中各组分的百分含量进行优选。
具体而言，本发明所述液晶组合物中包括以下重量百分比的组分：
(1)10～90％通式I所代表的化合物；
(2)5～60％通式II所代表的化合物，所述通式II代表的化合物中包含相当于所述液晶组合物总量1～30％的化合物IIA16；
(3)0～40％通式III所代表的化合物；
(4)0～30％通式IV所代表的化合物。
本发明所提供的液晶组合物，进一步提出，所述液晶组合物包括以下重量百分比组分：
(1)20～85％通式I所代表的化合物；
(2)10～55％通式II所代表的化合物，所述通式II代表的化合物中包含相当于所述液晶组合物总量4～25％的化合物IIA16；
(3)0～30％通式III所代表的化合物；
(4)0～20％通式IV所代表的化合物。
优选地，所述液晶组合物包括以下组分：
(1)22～82％通式I所代表的化合物；
(2)13～53％通式II所代表的化合物，所述通式II代表的化合物中包含相当于所述液晶组合物总量4～20％的化合物IIA16；
(3)0～24％通式III所代表的化合物；
(4)0～15％通式IV所代表的化合物。
本发明所提供的液晶组合物，进一步提出，所述液晶组合物包括以下重量百分比组分：
(1)15～70％通式I所代表的化合物；
(2)15～60％通式II所代表的化合物，所述通式II代表的化合物中包含相当于所述液晶组合物总量1～30％的化合物IIA16；
(3)1～35％通式III所代表的化合物；
(4)0～30％通式IV所代表的化合物。
优选地，所述液晶组合物包括以下组分：
(1)22～63％通式I所代表的化合物；
(2)24～53％通式II所代表的化合物，所述通式II代表的化合物中包含相当于所述液晶组合物总量4～20％的化合物IIA16；
(3)3～24％通式III所代表的化合物；
(4)0～15％通式IV所代表的化合物。
本发明所提供的液晶组合物，进一步提出，所述液晶组合物包括以下重量百分比组分：
(1)15～85％通式I所代表的化合物；
(2)10～60％通式II所代表的化合物，所述通式II代表的化合物中包含相当于所述液晶组合物总量1～30％的化合物IIA16；
(3)0～30％通式III所代表的化合物；
(4)1～20％通式IV所代表的化合物。
优选地，所述液晶组合物包括以下组分：
(1)22～82％通式I所代表的化合物；
(2)13～53％通式II所代表的化合物，所述通式II代表的化合物中包含相当于所述液晶组合物总量4～20％的化合物IIA16；
(3)0～24％通式III所代表的化合物；
(4)3～15％通式IV所代表的化合物。
本发明所提供的液晶组合物，进一步提出，所述液晶组合物包括以下重量百分比组分：
(1)15～70％通式I所代表的化合物；
(2)20～60％通式II所代表的化合物，所述通式II代表的化合物中包含相当于所述液晶组合物总量1～25％的化合物IIA16；
(3)1～30％通式III所代表的化合物；
(4)1～20％通式IV所代表的化合物。
优选地，所述液晶组合物包括以下组分：
(1)22～63％通式I所代表的化合物；
(2)24～53％通式II所代表的化合物，所述通式II代表的化合物中包含相当于所述液晶组合物总量4～20％的化合物IIA16；
(3)4～24％通式III所代表的化合物；
(4)3～15％通式IV所代表的化合物。
作为本发明的优选方案，所述液晶组合物包含以下重量百分比的组分：
(1)22～83％通式I所代表的化合物；
(2)13～53％通式II所代表的化合物，所述通式II代表的化合物中包含相当于所述液晶组合物总量5.5～20％的化合物IIA16；
(3)0～24％通式III所代表的化合物；
(4)0～15％通式IV所代表的化合物；
或，所述液晶组合物包含以下重量百分比的组分：
(1)60.5～81％通式I所代表的化合物；
(2)19～39.5％通式II所代表的化合物，所述通式II代表的化合物中包含相当于所述液晶组合物总量5.5～9％的化合物IIA16；
或，所述液晶组合物包含以下重量百分比的组分：
(1)48～63％通式I所代表的化合物；
(2)34～46％通式II所代表的化合物，所述通式II代表的化合物中包含相当于所述液晶组合物总量8～19％的化合物IIA16；
(3)3～6％通式III所代表的化合物；
或，所述液晶组合物包含以下重量百分比的组分：
(1)82％通式I所代表的化合物；
(2)13％通式II所代表的化合物，所述通式II代表的化合物中包含相当于所述液晶组合物总量13％的化合物IIA16；
(3)15％通式IV所代表的化合物；
或，所述液晶组合物包含以下重量百分比的组分：
(1)22～63％通式I所代表的化合物；
(2)24～53％通式II所代表的化合物，所述通式II代表的化合物中包含相当于所述液晶组合物总量4～20％的化合物IIA16；
(3)4～24％通式III所代表的化合物；
(4)3～15％通式IV所代表的化合物。
本发明所提供的液晶组合物中通式I所代表的化合物是含有2，3二氟苯结构的化合物，该化合物具有较大的负介电各向异性，有效地提升了液晶化合物介电各向异性。通式II所代表的化合物是双环结构，具有较低的旋转粘度和优良的互溶性，该化合物是快速响应液晶显示必不可少的组分。通式III所代表的化合物是非极性三环化合物，该类单体具有较高的清亮点和较大的弹性常数，该化合物有利于提高液晶组合物的弹性常数；通式IV所代表的化合物是三联苯结构化合物，该类化合物具有较大的光学各向异性，可有效地提升液晶组合物的光学各向异性。
本发明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。例如，在高温条件下混合各组分化合物，利用彼此溶解的方法制备得到液晶组合物；或者将各组分化合物溶解在用于该化合物的溶剂中，并混合，然后在减压条件下蒸馏出该溶剂；或者在较高的温度下，将其中含量较少的组分化合物溶解在含量较多的主要组分化合物中；或者将各组分化合物在有机溶剂中溶解，然后再将溶液混合去除溶剂，得到液晶组合物，该有机溶剂可为丙酮、氯仿或甲醇等。
本发明所述液晶组合物具有低旋转粘度、良好的低温互溶性以及快的响应速度的特性，可用于多种显示模式的快响应液晶显示，在VA/MVA/PVA/PSVA等VA模式以及IPS/FFS模式显示器中的使用，能够明显改善液晶显示器的显示效果。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
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；Δn代表光学各向异性(25℃)；Δε代表介电各向异性(25℃，1000Hz)；V10代表阈值电压，是在相对透过率改变10％时的特征电压(V，25℃)；γ1代表旋转粘度(mPa.s，25℃)；Cp代表液晶组合物的清亮点(℃)；K11、K22、K33分别代表展曲、扭曲和弯曲弹性常数(pN，25℃)。
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
Figure BDA0001247632150000211
以如下化合物结构为例：
Figure BDA0001247632150000212
表示为：1PWP2V
Figure BDA0001247632150000221
表示为：3PGIWO4
以下各实施例中，液晶组合物的制备均采用热溶解方法，其方法包括以下步骤：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
Figure BDA0001247632150000222
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
Figure BDA0001247632150000223
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
Figure BDA0001247632150000231
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
Figure BDA0001247632150000232
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
Figure BDA0001247632150000233
Figure BDA0001247632150000241
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
Figure BDA0001247632150000242
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
Figure BDA0001247632150000243
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
Figure BDA0001247632150000244
Figure BDA0001247632150000251
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
Figure BDA0001247632150000252
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
Figure BDA0001247632150000253
Figure BDA0001247632150000261
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
Figure BDA0001247632150000262
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
Figure BDA0001247632150000263
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
Figure BDA0001247632150000264
Figure BDA0001247632150000271
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
Figure BDA0001247632150000272
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
Figure BDA0001247632150000273
Figure BDA0001247632150000281
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
Figure BDA0001247632150000282
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
Figure BDA0001247632150000283
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
Figure BDA0001247632150000291
对比例1
表20：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数
Figure BDA0001247632150000292
将实施例1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21。
表21：液晶组合物的性能参数比较
Δn Δε Cp γ1 K<sub>11</sub> K<sub>22</sub> K<sub>33</sub>
实施例1 0.100 -3.7 77 78 14.3 7.1 15.2
对比例1 0.100 -3.6 76 83 14.4 7.2 15.0
经比较可知：与对比例1相比，实施例1提供的液晶组合物具有低的旋转粘度，即具有更快的的响应时间。
由以上实施例可知，本发明所提供的含有IIA16(5CC1)化合物的液晶组合物，具有低粘度、高电阻率、适合的光学各向异性、良好的低温互溶性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。因此，本发明所提供的液晶组合物适用于快响应的VA/MVA/PVA/PSVA等VA类显示器以及IPS及FFS型TFT液晶显示装置。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (4)

1.一种负介电液晶组合物，其特征在于，由以下重量百分比的组分组成：
Figure FDF0000009254540000011
或，由以下重量百分比的组分组成：
Figure FDF0000009254540000012
或，由以下重量百分比的组分组成：
Figure FDF0000009254540000013
Figure FDF0000009254540000021
或，由以下重量百分比的组分组成：
Figure FDF0000009254540000022
或，由以下重量百分比的组分组成：
Figure FDF0000009254540000023
或，由以下重量百分比的组分组成：
Figure FDF0000009254540000024
Figure FDF0000009254540000031
或，由以下重量百分比的组分组成：
Figure FDF0000009254540000032
或，由以下重量百分比的组分组成：
Figure FDF0000009254540000033
在所述化合物代码中，各代码的指代如下：
Figure FDF0000009254540000034
Figure FDF0000009254540000041
2.权利要求1所述的液晶组合物在液晶显示上应用。
3.权利要求1所述的液晶组合物在快响应液晶显示器中的应用。
4.权利要求1所述的液晶组合物在VA显示模式或IPS/FFS模式显示器中的使用，其中，所述VA显示模式包括VA、MVA、PVA或PSVA。
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