CN101735823B

CN101735823B - 一种负介电各向异性液晶组合物

Info

Publication number: CN101735823B
Application number: CN200910242930.7A
Authority: CN
Inventors: 陈海光; 杨春艳; 杭德余; 姜天孟; 田会强; 储士红; 张嫣然
Original assignee: Beijing Bayi Space LCD Technology Co Ltd
Current assignee: Beijing Bayi Space LCD Technology Co Ltd
Priority date: 2009-12-18
Filing date: 2009-12-18
Publication date: 2014-04-02
Anticipated expiration: 2029-12-18
Also published as: CN101735823A

Abstract

本发明提供了一种负介电各向异性液晶组合物，其至少包括以式(I)和式(II)表示的负介电各向异性液晶化合物：

，其中，R₁为1-12个碳原子的烷基，R₂为1-12个碳原子的烷基或烷氧基，A表示反式1，4-环己基或1，4-亚苯基，n表示整数1或2。本发明组合物的性能优异，具有低阈值电压、快速响应、理想的对比度与视角等特点，与同类性能产品相比具有明显的成本优势，是制造车载系统与小家电液晶显示器件价廉质优的液晶材料。

Description

一种负介电各向异性液晶组合物

技术领域

本发明涉及一种液晶组合物，具体地说，涉及一种具有较大的负介电各向异性(Δε＜0)的液晶组合物。

背景技术

液晶是一种应用于液晶显示(LCD)中的重要材料，从液晶特性发现不久就一直得到人们的广泛关注。近几十年，特别是近十几年来信息技术的飞速发展以及人们对信息显示方式的不断追求，液晶显示得到了最迅猛的发展。今天，液晶显示正以多姿多彩的形态展示在人们面前，它的许多产品由于其优异的特性使其正成为时尚的追求，以及商场里炙手可得的商品。

液晶显示伴随液晶的发现经历了漫长的发展道路。1888年奥地利植物学家Friedrich Reinitzer发现了第一种液晶材料安息香酸胆固醇(cholesteryl benzoate)。1917年Manguin发明了摩擦定向法，用以制作单畴液晶和研究光学各向异性。1909年E.Bose建立了攒动(Swarm)学说，并得到L.S.Ormstein及F.Zernike等人的实验支持(1918年)，后经De Gennes论述为统计性起伏。G.W.Oseen和H.Zocher1933年创立连续体理论，并得到F.C.Frank完善(1958年)。M.Born(1916年)和K.Lichtennecker(1926年)发现并研究了液晶的介电各向异性。1932年，W.Kast据此将向列相分为正、负性两大类。1927年，V.Freedericksz和V.Zolinao发现向列相液晶在电场(或磁场)作用下，发生形变并存在电压阈值(Freederichsz转变)。这一发现为液晶显示器的制作提供了依据。

介电常数是液晶材料最基本的电参数，利用此参数我们可以研究液晶的很多物理与化学的现象，液晶的介电各向异性是决定液晶在电场中行为的主要参数，Δε影响LCD的阈值电压和响应速度，在其他参数不变的情况下增大Δε是有效降低阈值电压、提高响应速度的方法。

众所周知，各向异性液晶化合物特别是负介电各向异性的液晶材料，其化合物分子多数是由两个或三个带有羧基基团的芳香环组成的，在需要时芳环之间以共价键相连，同时分子中含有一个或更多的侧向基团，这些侧向基团通常是氰基或硝基。

在德国专利DE2240864、DE2613293和DE2835662中涉及了此芳环酯类负介电各向异性的液晶组合物，它们具有负的介电各向异性常数(Δε)、高粘度和较大的光学各向异性(Δn)。

然而要符合液晶显示的要求，液晶组合物的粘度和Δn要适度的调整，已知将化合物中的一个芳香环用环己环替代将会降低粘度与光学各向异性。中国专利申请号为02117087.8，发明名称为1，3-二噁烷类负介电各向异性液晶化合物及其制造方法，其涉及一种液晶化合物具有大的负Δε(约-4.0)、小Δn(约0.15)、低粘度(45mm²s^-1)和较宽的相变温度，在多个领域有应用前景。

中国专利申请号为200780027979.x，发明名称为液晶组合物以及液晶显示器件，其中涉及由式(X)表示的负介电各向异性液晶组合物，所提供的液晶组合物具有相列相温度范围宽、粘度小、大的负介电各向异性、对紫外与热稳定性高等特性。

综上所述，具有良好性能的负介电各向异性液晶材料可用于TN(twist nematic)模式、VA(vertical alignment)模式、OCB(opticallycompensated bend)模式、IPS(in-plane switching)模式等众多领域，既能够实现理想的性能参数组合，得到低阈值快速响应高对比度液晶组合物，同时又能降低材料的成本，迎合了激烈市场竞争的需求。

发明内容

本发明的目的是提供一种负介电各向异性液晶组合物，该组合物物具有低阈值电压、短响应时间、高对比度和宽视角等特点，同时与低路数(1/32)同类产品相比具有明显的成本优势。

为了实现本发明目的，本发明的一种负介电各向异性液晶组合物，该组合物包括：1)至少一种式(I)表示的化合物：

(I)；以及

2)至少一种式(II)表示的化合物：

其中，R₁为1-12个碳原子的烷基，R₂为1-12个碳原子的烷基或烷氧基，A表示反式1，4-环己基或1，4-亚苯基，n表示整数1或2，其中以式(I)表示的负介电各向异性液晶化合物含量为1-60wt％，以式(II)表示的负介电各向异性液晶化合物含量为2-80wt％。

前述的组合物，其中所述式(I)化合物为：

其中R₁、R₃和R₄为2-5个碳原子的烷基，式(IA)、式(IB)、式(IC)、式(ID)的化合物或其混合物在液晶组合物中的含量为1-50wt％，优选为10-40wt％。

前述的组合物，其中式(I)为如下结构的化合物：

式(I)代表的化合物具有大的负Δε，可以有效的降低混合液晶的阈值电压，同时该类单体还可以很好的提高混合液晶互溶性从而改善混合液晶的低温性能。与式(美国专利US20030077405)所代表的化合物相比有明显的价格优势详见表1。

表1

前述的组合物，其中所述式(II)化合物为：

其中，R₃为2-5个碳原子的烷基，R₄为2-5个碳原子的烷基或烷氧基，式(IIA)、式(IIB)的化合物或其混合物在液晶组合物中的含量为1-80wt％，优选为10-40wt％。

前述的组合物，其中式(II)为如下结构的化合物：

式(II)类化合物具有较低的粘度、低的熔点和更高的清亮点，同时具有较小的光学各向异性Δn。在混合液晶中加入适量的该类物质，既可以提高清亮点又可以有效的调节Δn值，从而改善LCD对比度与视角。

前述的组合物，其还包括以式(III)、式(IV)、式(V)、式(VI)中的一种或多种表示的液晶化合物：

其中，R₁为1-12个碳原子的烷基，R₂为1-12个碳原子的烷基或烷氧基，A和B分别表示反式1，4-环己基或1，4-亚苯基，在液晶组合物中的含量为0-20wt％，其中单一化合物在液晶组合物中的含量不超过15wt％，

其中，R₁、R₂分别为1-12个碳原子的烷基或烷氧基，A表示反式1，4-环己基或1，4-亚苯基，在液晶组合物中的含量为0-30wt％，

其中R₁、R₂分别为具有1-12个原子的烷基，A、B、C和D分别表示反式1，4-环己基或1，4-亚苯基，n和m表示0或1，在液晶组合物中的含量为0-30wt％。

前述的组合物，其中式(III)表示的化合物在液晶组合物中的含量优选为0-15wt％，式(IV)表示的化合物在液晶组合物中的含量优选为0-20wt％，式(V)和式(VI)表示的化合物在液晶组合物中的含量优选为0-20wt％。

前述的组合物，其中式(III)为如下结构的化合物：

式(III)代表的化合物具有较大的负介电各向异性和高清亮点，能够有效降低混合液晶的阈值电压，同时提高其清亮点。

前述的组合物，其中式(IV)表示的化合物中可以用-CH＝CH-取代其中一个或两个不相邻的-CH₂-。

前述的组合物，其中式(IV)代表如下结构的化合物：

其中R₃、R₄分别为2-5个碳原子的烷基或烷氧基。

前述的组合物，其中式(IV)为如下结构的化合物：

式(IV)类化合物具有较小的粘度与小的光学各向异性(Δn)；并且有很好的相溶性，有利于调变液晶化合物的粘度与Δn范围，提高响应速度的同时还能够满足不同对比度的要求。

前述的组合物，其中式(V)和式(VI)表示的化合物中可以用-O-取代其中一个或两个不相邻的-CH₂-。

前述的组合物，其中式(V)和式(VI)为如下结构的化合物：

式(V)和式(VI)所代表的含酯类、炔基的相列相液晶化合物具有很大的光学各向异性，加入该类化合物可将Δn范围变得宽化。

本发明选择性的包含式(I)至式(VI)中各单体化合物，也可以含有通常的向列液晶、碟状液晶、胆甾醇型液晶等。

另外，根据需要本发明还会加入旋光性物质，包括S811、S1011、R811、R1011等，其在液晶组合物中的含量为0-2.0wt％，优选0-0.5wt％。

优选地，本发明的液晶组合物包含：

(1)10-40wt％的式(I)类化合物；

(2)10-80wt％的式(II)类化合物；

(3)0-20wt％的式(III)类化合物；

(4)0-20wt％的式(IV)类化合物；

(5)0-20wt％的式(V)和(VI)类化合物；

(6)0-2.0wt％的旋光性物质。

其中所述式(I)类化合物优选为化合物(IA-1)至(IA-4)或化合物(B-1)至(IB-8)；所述式(II)类化合物优选为化合物(IIA-2)、(IIA-4)、(IIB-2)、(IIB-4)或(IIB-5)；所述式(III)类化合物优选为化合物(III-3)至(III-7)；所述式(IV)类化合物优选为化合物(IVA-3)至(IVA-6)或化合物(IVB-1)至(IVB-4)；所述的式(V)和(VI)类化合物优选为化合物(V-5)至(V-8)和/或化合物(VI-1)至(VI-3)。

特别优选地，本发明的液晶组合物包含：

(1)10-40wt％的结构式(I)类化合物，其中特别优选化合物(IA-1)至(IA-4)或化合物(B-1)至(IB-8)；

(2)10-80wt％的结构式II类化合物，其中特别优选化合物(IIA-2)、(IIA-4)、(IIB-2)、(IIB-4)或(IIB-5)；

(3)0-20wt％的结构式III类化合物，其中特别优选化合物(III-3)至(III-7)；

(4)0-20wt％的IV类化合物，其中特别优选化合物(IVA-3)至(IVA-6)或化合物(IVB-1)至(IVB-4)；

(5)0-20wt％的V类和VI类化合物，其中特别优选化合物(V-5)至(V-8)和/或化合物(VI-1)至(VI-3)；

(6)0-0.5wt％的旋光性物质。

本发明的液晶组合物可采用常规方法将两种或多种液晶化合物混合生产。如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。

通过本发明得到的混合物性能是优异的，大的介电各向异性使得驱动LCD所需的阈值电压低，垂直排列的液晶化合物使得制造的LCD具有快速的响应时间，具有宽Δn范围，理想对比度等特点，同时与低路数(1/32)同类产品相比具有明显的成本优势，是制造车载系统与小家电液晶显示器件价廉质优的液晶材料。

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。

在实施例中需要测定的参数特性采用如下缩写：

Cp 清亮点(向列相-各向同性相转变温度)

S→N 近晶-向列相转变温度

η 体积粘度(mm²/s，20℃)

Δε 介电常数各向异性(20℃，1000Hz)

Δn 光学各向异性(20℃，589nm)

V10 阈值电压＝在相对10wt％对比度时的特征电压(V，20℃)

V90 饱和电压＝在相对90wt％对比度时的特征电压(V，20℃)

S 电致畸变曲线陡度＝V90/V10

τ ton+toff(响应时间)(ms)

ton 直至达到最大对比度90wt％时接通时的时间

toff 直至达到最大对比度10wt％时切断时的时间

另外，在以下的实施例的组合物中，所有的温度均以℃给出，“％”表示“质量％”，所用测试盒为垂直盒，盒厚3.5μ。

实施例1

IIA-2 11 ％ Δε -6.9

IIA-4 11 ％ Cp[℃] 89.3

IIB-1 5 ％ Δn[20℃，589nm] 0.090

IIB-2 8 ％ V₁₀[V，20℃] 1.43

IIB-4 12 ％

IIB-5 16 ％

IIB-6 15 ％

III-4 1 ％

III-5 1 ％

III-6 1 ％

III-7 1 ％

IC-1 4 ％

IC-2 2 ％

IC-4 2 ％

IC-5 4 ％

IC-6 2 ％

IC-7 3 ％

IC-8 1 ％

实施例2

IIA-2 14 ％ Δε -6.4

IIA-4 16 ％ Cp[℃] 82.3

IIB-2 8 ％ Δn[20℃，589nm] 0.090

IIB-4 13 ％ V₁₀[V，20℃] 1.54

IIB-5 16 ％

IIB-7 16 ％

III-4 1 ％

III-5 1 ％

III-6 1 ％

III-7 1 ％

IC-1 6 ％

IC-2 4 ％

IC-4 4 ％

实施例3

IIA-2 11 ％ Δε -7.5

IIA-4 16 ％ Cp[℃] 81.0

IIB-2 8 ％ Δn[20℃，589nm] 0.089

IIB-4 12 ％ V₁₀[V，20℃] 1.34

IIB-5 16 ％

IIB-6 15 ％

III-4 1 ％

III-5 1 ％

III-6 1 ％

III-7 1 ％

IA-1 10 ％

IC-2 4 ％

IC-4 4 ％

实施例4

IIA-1 6 ％ Δε -7.4

IIA-2 9 ％ Cp[℃] 76.9

IIA-4 12 ％ Δn[20℃，589nm] 0.082

IIB-2 6 ％ V₁₀[V，20℃] 1.34

IIB-4 8 ％

IIB-5 10 ％

IIB-6 15 ％

IA-1 12 ％

IA-2 4 ％

IC-4 2 ％

IC-5 2 ％

IC-6 4 ％

IC-7 2 ％

IC-8 3 ％

V-5 1 ％

V-6 1 ％

V-7 1 ％

V-8 1 ％

实施例5

IIA-1 6 ％ Δε -8.8

IIA-2 9 ％ Cp[℃] 67.6

IIA-4 12 ％ Δn[20℃，589nm] 0.081

IIB-1 6 ％ V₁₀[V，20℃] 1.19

IIB-2 8 ％

IIB-4 10 ％

IIB-5 15 ％

IIB-6 12 ％

III-4 1 ％

III-5 1 ％

III-6 1 ％

III-7 1 ％

IC-1 4 ％

IC-2 2 ％

IC-4 2 ％

IC-5 4 ％

IC-6 2 ％

IC-7 3 ％

IC-8 1 ％

实施例6

IIA-2 7 ％ Δε -7.6

IIA-4 10 ％ Cp[℃] 85.0

IIB-2 8 ％ Δn[20℃，589nm] 0.085

IIB-4 10 ％ V₁₀[V，20℃] 1.36

IIB-5 16 ％

IIB-6 14 ％

III-4 1 ％

III-5 1 ％

III-6 1 ％

III-7 1 ％

IC-1 12 ％

IC-2 5 ％

IC-4 4 ％

IVA-3 5 ％

IVA-4 5 ％

实施例7

IIA-2 7 ％ Δε -5.9

IIA-4 8 ％ Cp[℃] 54.4

IIB-2 5 ％ Δn[20℃，589nm] 0.080

IIB-4 6 ％ V₁₀[V，20℃] 1.63

IIB-5 8 ％

IIB-6 7 ％

IC-1 3 ％

IC-2 2 ％

IC-4 2 ％

IC-5 3 ％

IC-6 2 ％

IC-7 3 ％

IC-8 2 ％

IVB-1 10 ％

IVB-2 8 ％

IVB-3 8 ％

IVB-4 8 ％

V-3 4 ％

V-4 4 ％

实施例8

IIA-2 11 ％ Δε -5.2

IIA-4 12 ％ Cp[℃] 103.0

IIB-1 10 ％ Δn[20℃，589nm] 0.124

IIB-2 6 ％ V₁₀[V，20℃] 1.89

IIB-4 12 ％

IIB-5 16 ％

IIB-6 12 ％

IC-1 3 ％

IC-2 2 ％

IC-7 2 ％

III-4 1 ％

III-5 1 ％

III-6 1 ％

III-7 1 ％

VI-2 10 ％

S811 0.2 ％

实施例9

IIA-1 4 ％ Δε -5.3

IIA-2 11 ％ Cp[℃] 89.7

IIA-4 45 ％ Δn[20℃，589nm] 0.133

IIB-1 8 ％ V₁₀[V，20℃] 1.80

IIB-2 5 ％

IIB-4 10 ％

IIB-5 13 ％

IIB-6 10 ％

III-4 1 ％

III-5 1 ％

III-6 1 ％

III-7 1 ％

IC-1 3 ％

IC-2 2 ％

IC-7 2 ％

VI-1 10 ％

VI-2 6 ％

实施例10

IIA-2 15 ％ Δε -8.3

IIA-4 15 ％ Cp[℃] 73

IIB-1 10 ％ Δn[20℃，589nm] 0.086

IIB-2 6 ％ V₁₀[V，20℃] 1.25

IIB-4 10 ％

IIB-5 14 ％

IIB-6 10 ％

IC-1 5 ％

IC-2 2 ％

IC-4 2 ％

IC-5 5 ％

IC-6 2 ％

IC-7 3 ％

IC-8 1 ％

对比例1

表2是本发明液晶组合物与只由式(II)代表的液晶化合物所调配的组合物部分性能对比，其中A代表实施例1的液晶组合物，B代表如下所示的液晶组合物。

IIA-2 20 ％ Δε -4.0

IIA-4 20 ％ Cp[℃] 89.0

IIB-2 15 ％ Δn[20℃，589nm] 0.096

IIB-4 15 ％ V₁₀[V，20℃] 2.20

IIB-5 15 ％

IIB-6 15 ％

表2

对比例2

表3是本发明所用液晶组合物与市场上领先低阈值电压TN产品之间的性能对比，其中A为代表实施例2的液晶组合物，B为对比产品(八亿时空液晶材料科技有限公司的BYLC5512+0.3％S811)。

表3

结论：本发明所提供的负介电各向异性液晶组合物降低阈值电压效果显著，具有明显的价格优势。

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

1.一种负介电各向异性液晶组合物，由如下质量百分含量的各组分组成：

2.一种负介电各向异性液晶组合物，由如下质量百分含量的各组分组成：

3.一种负介电各向异性液晶组合物，由如下质量百分含量的各组分组成：

4.一种负介电各向异性液晶组合物，由如下质量百分含量的各组分组成：

5.一种负介电各向异性液晶组合物，由如下质量百分含量的各组分组成：