CN102250625B - 一种快速响应液晶组合物 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种快速响应液晶组合物，包括下列结构通式（Ⅰ）～（Ⅵ）的化合物：(Ⅰ)，(Ⅱ)，(Ⅲ)，

(Ⅳ)，

(Ⅴ)，

Description

一种快速响应液晶组合物

技术领域

本发明涉及一种应用于液晶显示元件（LCD）的液晶组合物，特别是涉及一种用于主动矩阵方式驱动（AM）的、小盒厚、快响应的液晶显示元件的液晶组合物。

背景技术：

液晶显示元件（LCD）是基于液晶材料本身所具有的光学各向异性（Δn）和介电各向异性（Δε）来完成显示的，伴随着手机、PDA、电脑、TV的普及，有力地推动着液晶材料的发展。液晶显示器根据其显示模式不同，主要分为TN模式（扭曲向列模式）、STN模式（超扭曲向列模式）、OCB模式（光学补偿弯曲模式）、ECB（电控双折射模式）、IPS模式（面内转换模式）、VA（垂直排列模式）等，还有一些它们的改进模式。液晶材料根据其显示模式或驱动方式的不同，也有较大的不同。如：VA模式使用负介电各向异性液晶材料，而IPS模式既可使用正介电各向异性液晶材料，也可以使用负介电各向异性液晶材料。

近几年，液晶电视、3D电视进入普通百姓家，人们对液晶显示提出了更高的要求，即：响应速度越来越快，视角越来越宽，驱动电压越来越低，即节能要求越来越强烈。

基于  t_on∝rd²/ε。H. Δε（V²-V_tn ²）

      t_off∝（d/₁₁）².r./k_oH

及响应时间（t）与旋转粘度（γ）和盒厚（d）有下列关系：t∝γ.d

因为对于特定的显示模式，Δn.d通常是固定不变的，因此，要求液晶材料的旋转粘度（γ）要小，盒厚要小，这就必须要求液晶材料的Δn要大。

同时，化学家们经过几十年的研究与开发，已开发出大量液晶材料，并每年仍有一定数量单晶被制备出来，但是，能够用于或者是满足于LCD行业技术发展要求与趋势的并不多，要么有的制备技术难度大，成本太高，不利于产业化，要么根本就无法使用。而将原来已开发的大量单晶，通过筛选或进行科学组合配方，发挥协同作用，取长补短，达到弥补现有产品性质上的不足的目的，以适用于当今LCD发展潮流。虽然有关此类液晶组合物的相关文献报道已不少，如：DE10208046250、KR20040046737、W09202597、CN1400279、CN1157005A等，但在满足快速响应方面仍嫌不足。

发明内容

本发明要求解决技术问题是通过有效选择大Δn单晶和小γ的单晶进行科学组合与优化配合，得到的组合物来实现快速响应的目的，以适应于当今TFT、3D等显示要求。

为解决上进技术问题，重点是①选择端烷基链短的单晶，以降低γ；②选择端烯类单晶以降低γ，同时实现大K33 /K11来扩大视角；③选择三联、二联、氟苯类单晶以提升Δn的数值和增大Δε的数值；④选择端烯、端氟单晶以提升Δn的水平；⑤选择低γ、低Δn的单晶以改善低温性能；⑥选择多环单晶以提升向列相温度上限水平。

本发明的技术方案是，这种快速响应液晶组合物，其特征在于，所述液晶组合物中包括下列结构通式（Ⅰ）～（Ⅵ）的化合物：

                                  (Ⅰ)

                          (Ⅱ)

                               (Ⅲ)

                                   (Ⅳ)

                            (Ⅴ)

                                 (Ⅵ)  

其中，R₁、R₂、R₃、R₄、R₇为含有1—5个碳原子的直链烷基，或烷氧基；

R₅为F、OCF₃、OCF₂H、C1或含有1—3个碳原子的直链烷基；

R_6、R₈为乙烯基，或4-丁烯基或4-（E）戊烯基中的一种或1-5个碳原子的直链烷基；

n为1或2；

为1.4-反式环己基，或1.4-亚苯基，或氟取代亚苯基，或或其中的一种；

L₁、L₂、L₃、L₄、L_5、L₆为H或F中的一种。

所述快速响应液晶组合物中还包括下列结构通式的化合物其中一种或几种：

               （Ⅶ）

                     （Ⅷ）

                           （Ⅷ）

                            （Ⅹ）

                           （Ⅺ）

        （X1）

                  （X2）

                        （X3）

                    （X4）

                （X5）

其中：

R₉、R₁₀、R₁₁、R₁₃、R₁₄、R₁₅为含有1—5碳原子直链烷基， R₁₂为甲基或乙基中的一种；

L6、L7为H 或F中的一种，为环已基或亚苯基或氟取代亚苯基；

x为F、CF₃、OCF₃、OCF₂H、OCFH₂中的一种；

T为CF₂O、C₂H₄、COO、OCO中的一种。

所述快速响应液晶化合物中各组分液晶按重量百分含量范围分别为：

Ⅰ为1-20%、Ⅱ为10-40%、Ⅲ为1-15%、

Ⅳ为1-10、Ⅴ为1-20%、Ⅵ为1-5%、

Ⅶ为1-25%、Ⅶ为1-15%、Ⅷ为1-15%、

   Ⅹ为1-15%、Ⅹ1为1-15%、X2为1-9%、X3为1-8%、X4为1-6%、X5为1-8%；

其中罗马数字Ⅰ- X5分别代表各组对应通式所表示的化合物。

所述的快速响应液晶组合物，各组分液晶按重量百分含量范围分别优化为：

Ⅰ为10-20%，Ⅱ为10-30%，Ⅲ为3-10%，Ⅳ为1-7，Ⅴ为4-15%，Ⅵ为1-4%，Ⅶ为3-10%，Ⅶ为3-10%，Ⅷ为2-6%，Ⅹ为2-5%，Ⅹ1为1-5%，X2为1-5%，X3为1-3%，X4为0-4%，X5为1-3%，其中罗马数字Ⅰ-X5分别代表各组对应通式所表示的化合物。

所述快速响应液晶组合物中还包括0.08-0.25%重量百分含量的手性剂S811，S2011其中一种或两种。

本发明的快速响应液晶组合物的光学各向异性值在0.1—0.14范围内，ton在5ms以内。

由于采用了上述技术方案，本发明所取得的技术进步在于：

本发明的快速响应液晶组合物具有双折射各向异性（Δn）大，可达0.14，或适于3D的0.3左右，向列相温度范围宽，较低的粘度 ，尤其是在低温下仍有着非常快的响应速度，有着高的电阻率和电压保持率（VHR），能够较好地使用于主动矩阵驱动（AM）的液晶显示元件。明显地优于现有TFT液晶组合物的一些性能，可以在较低温下进行快速响应，消除拖尾和模糊现象发生，还可以适用于当今3D显示的要求。

本发明的通式Ⅶ—X5所列化合物为优选化合物，当其加入量为0时，也能够达到本发明的目的，但其显示效果不是很好，当按比例加入后，本发明的液晶材料的各种性能就将非常稳定或突出。

具体实施方案

下面结合本发明一些最佳效果具体实例做进一步的详细说明，但非进行限制：

实施例1：

本实例按重量百分含量包括的下列化合物：

                               18%

                                17%

                             10%

                      5%

                        5%

               10%

                               3%

                               5%

                          3%

                  3%

                       5%

                       5%

                                 6%

                               3%

       2%

组合物的物理参数为：Δn：0.130、Δε=6.0。

V₁₀（20℃）=2.14V、V₉₀（20℃）=3.16V。

γ₁（20℃）=60mpa.s、t _on   (20℃.6V)=3.8ms。

VHR-1=99.3%。  

实施例2：

本实例按重量百分含量包括的下列化合物：

                                 22%

                               17%

                            10%

                            3%

                         5%

                         5%

                           5%

                         5%

                      9%

                               5%

                                 3%

                                   6%

                     3%

 

              1%

组合物的物理参数为：T(C.I)=76℃，Δn：0.135、Δε=6.7。

V₁₀（20℃）=2.04V、V₉₀（20℃）=3.00V。

γ₁（20℃）=54mpa.s、t _on (20℃.6V)=3.6ms。

VHR-1=99.3%。

实施例3：

本实例按重量百分含量包括的下列化合物：

                                  20%

                               18%

                     10%

                   10%

                        5%

                               5%

                                  5%

                                 2%

                        5%

                        5%

                            5%

                       5%

                   2%

组合物的物理参数为：Δn：0.140、Δε=5.0。

V₁₀（20℃）=2.56V、V₉₀（20℃）=3.76V。

γ₁（20℃）=55mpa.s、t _on (20℃.6V)=3.9ms。

VHR-1=98.3%。

实施例4：

本实例按重量百分含量包括的下列化合物：

                               9%

                               9%

                   13%

                              11%

                         8%

                                10%

                               10%

                    11%

                           8%

              11%

组合物的物理参数为：Δn：0.140、Δε=6.9。

V₁₀（20℃）=2.16V、V₉₀（20℃）=3.26V。

γ₁（20℃）=52mpa.s、t _on (20℃.6V)=3.6ms。

VHR-1=98.7%。

在本发明实施例中,百分比为重量百分比，温度的单位为摄氏度，Δn表示光学各向异性（20℃.589.3nm），Δε表示介电各向异性，V₁₀表示电光曲线中相对透过率为10%时的电压，V₉₀表示电光曲线中相对透过率为90%时的电压，γ₁为旋转粘度，单位为mpa.s，VHR-1为常规电压保持率，ton为6V、盒厚4μm下，测定的下降时间。

本发明所涉及的化合物可通过自身已知的方法制备(如:JP5970624、US2004/0238789、JP2007277127、cn1733676、CN1411455、DE102008046251、US20080063814、CN101072847、JP5058981、JP11246451、JP3490879、JP4045474、EP1146104等等专利和清华大学化学系编写的“液晶和液晶显示”、“液晶化学”以及一些化学合成方面的专业书籍等都是液晶制备工程师的必备参考书籍。配方中所提及的单晶材料都是已经公开的，或在市场上可以买到或本行业的技术人员可以制备出来的。

本发明的液晶组合物通过常规的方法制备。通常有两种：熔融法和溶解法。通常熔融法方法是将较小的加入稍大的成分中混合加热，使其充分熔解，进行过滤，得到均一液晶混合物；通常溶解法是将各成分溶于丙酮，甲苯等有机溶剂中，进行搅拌加热溶解再过滤，然后在高真空度下去净溶剂，得到均一的液晶组合物。这两种制备方法各有优缺点，仍有改进的余地。本发明采用在硬质硼玻璃容器内，安装搅拌器，通入惰性气体进行保护，加入配方中在室温下呈液态的单体液晶，开动搅拌和进行加热，慢慢地加入剩余部分的单体液晶，温度控制在70°C搅拌熔融2-3H，熔融成均一相，无不熔物为止。然后，通过G4漏斗进行抽滤，再于-0.1MPa下进行去溶剂和气泡等。此时，即可进行检测、包装。

Claims (3)

1.一种快速响应液晶组合物，其特征在于，所述液晶组合物中包括下列结构通式（Ⅰ）～（Ⅵ）的化合物：

其中，R₁、R₂、R₃、R₄、R₇为含有1—5个碳原子的直链烷基，或烷氧基；

R₅为F、OCF₃、OCF₂H、C1或含有1—3个碳原子的直链烷基；

R_6、R₈为乙烯基，或4-丁烯基或4-（E）戊烯基中的一种或1-5个碳原子的直链烷基；

n为1或2；

为1.4-反式环已基，或1.4-亚苯基，或氟取代亚苯基，或

或其中的一种；

L₁、L₂、L₃、L₄、L_5、L₆为H或F中的一种；

所述液晶组合物中还包括下列结构通式的化合物其中一种或几种：

其中：

R₉、R₁₀、R₁₁、R₁₃、R₁₄、R₁₅为含有1—5碳原子直链烷基， R₁₂为甲基或乙基中的一种；

L6、L7为H 或F中的一种，

为环已基或亚苯基或氟取代亚苯基；

x为F、CF₃、OCF₃、OCF₂H、OCFH₂中的一种；

T为CF₂O、C₂H₄、COO、OCO中的一种；

所述液晶组合物中各组分液晶按重量百分含量范围分别为：

Ⅰ为1-20%、Ⅱ为10-40%、Ⅲ为1-15%、

Ⅳ为1-10%、Ⅴ为1-20%、Ⅵ为1-5%、

Ⅶ为1-25%、Ⅷ为1-15%、Ⅸ为1-15%、

Ⅹ为1-15%、Ⅹ1为1-15%、X2为1-9%、X3为1-8%、X4为1-6%、X5为1-8%；

其中罗马数字Ⅰ- X5分别代表各组对应通式所表示的化合物。

2.根据权利要求1所述的快速响应液晶组合物，其特征在于，所述液晶组合物中各组分液晶按重量百分含量范围分别优化为：

Ⅰ为10-20%，Ⅱ为10-30%，Ⅲ为3-10%，Ⅳ为1-7%，Ⅴ为4-15%，Ⅵ为1-4%，Ⅶ为3-10%，Ⅷ为3-10%，Ⅸ为2-6%，Ⅹ为2-5%，Ⅹ1为1-5%，X2为1-5%，X3为1-3%，X4为0-4%，X5为1-3%，其中罗马数字Ⅰ-X5分别代表各组对应通式所表示的化合物。

3.根据权利要求1所述的快速响应液晶组合物，其特征在于，所述液晶组合物中还包括0.08-0.25%重量百分含量的手性剂S811，S2011其中一种或两种。