CN102344815B - 负介电各向异性液晶材料混合物 - Google Patents

负介电各向异性液晶材料混合物 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种具有负介电各向异性的极性化合物的液晶混合物，其特征在于其包括了通式I-III的一种或多种化合物：
Figure DSA00000535692300011
其中，R1，R2，R3，R4，R5，R6分别独立的表示碳原子为1-8的直链烷基或者碳原子数为1-7的烷氧基，Z1，Z2，Z3，Z4分别独立的表示单键，-CH2CH2-，-C≡C-，-COO-，-OCH2-，-CH2O-，-CH＝N-等。n表示0、1或2三个整数；环A表示反式1，4-亚环己基或者1，4-亚苯基。本发明涉及的液晶混合物具有较大的负介电各向异性，并且具有较高的清亮点。

Description

负介电各向异性液晶材料混合物
技术领域
本发明涉及一种主要应用于VA(垂直排列)模式，可用于车载显示等领域的具有负的介电各向异性液晶混合物。
背景技术
负介电各向异性液晶材料可应用的场合有VA、ECB，MVA，PVA，DS、OCB、GH、FLC、PDLC等显示模式。VA模式比较起普通的TN模式，其暗态对比度非常好，而且对比度与液晶的双折射、液晶层的厚度和入射光的波长依赖度较小，VA模式在宽视角方面也有很好的表现。除此之外，VA模式也可以省略摩擦的工序，也使得成品率上升。对于VA显示模式来说，往往要求液晶混合物具有较大的负介电各向异性，还需要具备较高的清亮点，较低的阈值电压和较快的响应时间，此外还需要具有良好的低温稳定性。在液晶显示装置的设计中，液晶混合物对光的延迟(Δnd)是由液晶的折射率Δn和液晶盒的厚度d的乘积表示的。所以需要液晶混合物的折射率可以在很宽的范围内调节。
然而，目前具有负介电各向异性的液晶混合物还不能完全满足以上的要求，通常很少有液晶混合物的介电各向异性的绝对值大于7的。
发明内容
本发明的目的就在于提供一种具有较大的负介电各向异性的液晶混合物，它们具有很高的清亮点，较低的阈值电压，较快的响应时间和良好的低温稳定性，本发明所提出的液晶混合物组成的液晶器件，对于降低VA液晶模式的驱动电压有很好的作用，并具有较快的响应时间和较宽的视角范围，特别是适合车载用VA模式，本发明所给出的液晶混合物具有广阔的应用前景和应用价值。
本发明的技术方案为：
本发明所述所述负介电各向异性液晶混合物含有两种成分，第一种成分为含有1种或2种以上选自通式(I)的化合物，作为第二种成分为含有一种或2种以上选自通式(II)或(III)中的化合物，而且向列相的上限温度(清亮点)是100摄氏度以上，折射率的各向异性(Δn)是0.07-0.21的范围，具有负的介电各向异性，并且其绝对值|Δε|≥5。
通式(I)
Figure BSA00000535692500021
其中，R1，R2分别独立的表示碳原子为1-8的直链烷基或者碳原子数为1-7的烷氧基，Z1，Z2分别独立的表示单键，-CH2CH2-，-C≡C-，-COO-，-OCH2-，-CH2O-，-CH＝N-等。n表示0、1或2三个整数。环A表示反式1，4-亚环己基或者1，4-亚苯基。
通式(II)、(III)
Figure BSA00000535692500031
其中，R3，R4，R5，R6分别独立的表示碳原子为1-8的直链烷基或者碳原子数为1-7的烷氧基，Z3，Z4分别独立的表示单键，-CH2CH2-，-C≡C-，-COO-，-OCH2-，-CH2O-，-CH＝N-等。n表示0，1或2三个整数。环A表示反式1，4-亚环己基或者1，4-亚苯基。
以上所述的三个通式的液晶化合物，基本都已公开，其合成方法皆为常规的合成方法，也可以在相关已公开的文献中查阅到化合物的合成方法。
在本发明中含通式(I)的化合物含量在1-30质量％的范围，且优选通式(Ia)～(If)的液晶化合物；所述含有1种或者2种以上选自通式(II)、(III)中的化合物，其含量在1-90质量％的范围；含有1种或者1种以上选自通式(II)、(III)中的化合物，其优选含量在10-60质量％范围。
Figure BSA00000535692500032
其中，R1，R2分别独立的表示碳原子为1-8的直链烷基或者碳原子数为1-7的烷氧基。
本发明所述的液晶混合物，在其中作为通式(III)的化合物，含有1种或者2种以上选自环A是反式亚环己基的化合物，式中，R7，R8表示和上述R5，R6相同的意义。
Figure BSA00000535692500042
Figure BSA00000535692500051
上述液晶混合物中，作为组分之一的通式(III)所代表的液晶化合物具有明显的负介电各向异性，较高的折射率各向异性，很宽的向列相范围，高的NI转变温度，粘度小等特点。优先所述第三组分通式为(III-a)～(III-c)所示的化合物。
本发明所述的液晶混合物，其通式(I)更优选以下结构的化合物：并且优选I-a的化合物含量在1-10质量％的范围。
Figure BSA00000535692500052
其中，R1，R2分别独立的表示碳原子为1-8的直链烷基。
本发明所述的液晶混合物，优先选择R2，R3，R6，R8为碳原子个数为1-7的烷氧基化合物，更优选碳原子数为2-5的烷氧基化合物。
本发明所述的液晶混合物满足下述条件a-d中的至少一项或者二项以上，
a)0.07≤Δn≤0.21
b)|Δ|≥5，Δε≤0
c)1.4≤ΔVth≤2.0
d)CP≥100℃
本发明书中的百分比为重量百分比，温度为摄氏度，其他符号的具体意义，及测试条件如下：
cp表示液晶的清亮点，
Δn为光学各向异性，no为寻常光的折射率，ne为非寻常光的折射率，测试条件为，589nm，20℃
Δε为介电各向异性，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℃；1KHz；HP4284A；4.0微米VA盒
Vth为液晶的光学阈值电压，4.0微米VA盒，25℃。
本发明所述液晶混合物的制备方法为本领域常规的方法：
A.所需设备及仪器：
(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
B.配置液晶混合物的操作步骤：
(1)将所用单体按顺序摆放整齐；
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；
(2)依次按所需重量添加单体液晶；
(3)因为在高温下比低温下液晶相互溶解能力强些，则把加好料的不锈钢烧杯放置在磁力搅拌仪器上加热融化；
(4)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；
(6)将液晶混合物冷却到室温后测试相关参数。
本发明的有益效果为：本发明中得到的向列相液晶混合物具有绝对值很高的负介电各向异性，比较高的清亮点，较低的阈值电压，较低的粘度和较快的响应时间，并具有良好的低温稳定性等特点。本发明所提出的液晶混合物组成的液晶器件，对于降低VA液晶模式的驱动电压有很好的作用，并具有较快的响应时间和较宽的视角范围，特别是适合车载用VA模式，本发明所给出的液晶混合物具有广阔的应用前景和应用价值。
其中在本发明中，作为组分之一的通式(I)所代表的液晶化合物具有非常大的负介电各向异性，并具有较小的折射率各向异性。其缺点就是粘度较大，互溶性的表现不是很理想。通式(II)所代表的液晶化合物不但具有较小的折射率各向异性和较低粘度，也具有明显的负介电各向异性，并且具有良好的互溶性和较宽的向列相范围等优点。这两类液晶化合物在调节液晶的折射率和介电各向异性方面发挥着重要作用。
其中作为组分之一的通式(III)所代表的液晶化合物具有明显的负介电各向异性，较高的折射率各向异性，很宽的向列相范围，高的NI转变温度，粘度小等特点。这类液晶化合物在调节液晶的折射率和清亮的方面有着重要的作用。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行更加详细的介绍，这些实施例各组分含量均为“重量百分比”。实施例中所有的缩写含义及参数的测试方法如下：
Clearing Point表示液晶的清亮点，测试仪器为WRX-1S显微热分析仪。
S-N表示液晶的晶态到向列相的熔点。
Δn为光学各向异性，no为寻常光的折射率，ne为非寻常光的折射率，测试条件为：589nm，20℃。测试仪器为阿贝折射仪，北京。科迪鑫低温研究所。
Δε为介电各向异性，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℃；1KHz；HP4284A；4.0微米VA盒。测试仪器为：AGILENT 4284A，precisionLCR meter 20Hz--1MHz；
V90为液晶的光学阈值电压，V10为液晶的饱和电压值，测试条件为4.0微米VA盒，25℃。测试仪器为LCT-5016，MADE in CHINA。
Viscosity为液晶的bulk viscosity(体积粘度)，测试仪器为BROOKFIELD DV-IIVISCOMETER，测试温度为20℃。
实施例1
按照以上所述方法，配制包括下述成分的液晶混合物，并对其特性进行测定
Figure BSA00000535692500091
Figure BSA00000535692500101
该液晶组合物具有如下性能参数：
Figure BSA00000535692500102
实施例2
按照以上所述方法，配制包括下述成分的液晶混合物，并对其特性进行测定
Figure BSA00000535692500103
该液晶组合物具有如下性能参数：
Figure BSA00000535692500112
Figure BSA00000535692500121
实施例3
按照以上所述方法，配制包括下述成分的液晶混合物，并对其特性进行测定
Figure BSA00000535692500122
Figure BSA00000535692500131
该液晶组合物具有如下性能参数：
Figure BSA00000535692500132
实施例4
按照以上所述方法，配制包括下述成分的液晶混合物，并对其特性进行测定
Figure BSA00000535692500141
Figure BSA00000535692500151
该液晶组合物具有如下性能参数：
Figure BSA00000535692500152
实施例5
按照以上所述方法，配制包括下述成分的液晶混合物，并对其特性进行测定
Figure BSA00000535692500153
Figure BSA00000535692500161
Figure BSA00000535692500171
该液晶组合物具有如下性能参数：
Figure BSA00000535692500172
以上五个实施例，混合液晶的折射率各向异性Δn具有较宽的覆盖范围，基本上可以满足VA显示模式的折射率各向异性Δn的需求。本发明涉及的液晶混合物均具有很大的负的介电各向异性，其绝对值均大于8。并具有很高的清亮点和很好的低温稳定性。除此之外，还具有较好的抗紫外(UV)性能，非常适用于低电压驱动的车载等VA-LCD。
在上述中，记载并说明了本发明的优选实施方式，但他们是本发明的代表例，并非限定性说明，在不脱离本发明的宗旨和范围的情况下，可以进行追加、省略、置换和其他更改。因此，本发明并不是由上述说明而限定，而是由请求保护的权利要求的范围而限定。

Claims (4)

1.负介电各向异性液晶材料混合物，其特征在于：上述液晶混合物含有两种成分，第一种成分为含有1种或2种以上选自通式I的化合物，第二种成分为含有1种以上选自通式II的化合物和1种以上选自通式III的化合物；而且向列相的上限温度即清亮点是100摄氏度以上，折射率的各向异性（Δn）是0.07-0.21的范围，具有负的介电各向异性，并且其绝对值|Δε|≥5；
Figure FDA0000366101520000011
Figure FDA0000366101520000012
Figure FDA0000366101520000013
其中，R1、R3、R4、R5、R6分别独立的表示碳原子为1-8的直链烷基或者碳原子数为1-7的烷氧基，R2表示碳原子数为2-7的烷氧基，Z1、Z2、Z3、Z4分别独立的表示单键、-CH2CH2-、-C≡C-、-COO-、-OCH2-、-CH2O-、-CH＝N-；n表示0、1或2三个整数，
Figure FDA0000366101520000014
表示反式1,4-亚环己基或者1,4-亚苯基；在上述液晶混合物中第一种成分的质量百分含量在8-10%的范围，所述第二种成分，其质量百分含量在28-57%的范围。
2.根据权利要求1所述的负介电各向异性液晶材料混合物，其特征在于：在上述含有通式I的化合物的液晶混合物中，选择通式Ib～If的液晶化合物；
Figure FDA0000366101520000021
Figure FDA0000366101520000022
Figure FDA0000366101520000023
Figure FDA0000366101520000025
其中，R1表示碳原子为1-8的直链烷基或者碳原子数1-7的烷氧基，R2表示碳原子数为2-7的烷氧基。
3.根据权利要求1所述的负介电各向异性液晶材料混合物，其特征在于：所述液晶混合物选择通式I中具有以下结构的化合物：
Figure FDA0000366101520000026
其中，R`1表示碳原子为1-8的直链烷基，R`2表示2-7的直链烷基。
4.根据权利要求1所述的负介电各向异性液晶材料混合物，其特征在于：在其中作为通式III的化合物，选择含有1种或者2种以上选自
Figure FDA0000366101520000027
是反式亚环己基的化合物，
Figure FDA0000366101520000031
Figure FDA0000366101520000032
式中，R7、R8表示和上述R5、R6表示为相同的意思。
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