CN102746854A - 一种负介电各向异性液晶组合物 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种负介电各向异性液晶组合物，本发明的组合物包括下述重量百分含量的各组分：（1）5~60%的第一组分，第一组分包括式Ⅰ及式Ⅰ*所示的化合物；（2）10~85%的第二组分，第二组分包括式Ⅱ、Ⅲ及式Ⅳ所示的化合物；（3）0~30%的第三组分，第三组分包括式Ⅴ及式Ⅵ所示的化合物；本发明的液晶组合物阈值电压低、响应时间短、对比度高、视角宽。

Description

一种负介电各向异性液晶组合物

技术领域

本发明涉及液晶领域，具体涉及一种具有快速响应的负介电各向异性液晶组合物。 

背景技术

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)，即液态的晶体，也就是说一种物质同时具备了液体的流动性和类似晶体的某种排列特性。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。利用液晶的电光效应，英国科学家在上世纪制造了第一块液晶显示器即LCD。与传统的CRT相比，LCD不但体积小，厚度薄、重量轻、耗能少、工作电压低、且无辐射，无闪烁并能直接与CMOS集成电路匹配。由于优点众多，LCD从1998年开始进入台式机应用领域。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。 

根据液晶分子的排列方式，常把液晶显示器分为：窄视角的TN（Twisted Nematic），STN（Super Twisted Nematic），DSTN（Double layer Super Twisted Nematic）等，而这些窄视角的液晶显示器中所用的液晶组合物均为介电正性的；宽视角的IPS （In-Plane Switching）,VA（Vertical Alignment)，FFS（Fringe Filed Switching）等，对于宽视角的液晶显示器，所使用的液晶介质多数都是负介电各向异性的，这其中IPS既可以使用负介电各向异性的液晶组合物也可使用正介电各向异性的液晶。从液晶面板的驱动方式来看，目前最常见的就是TFT（Thin Film Transistor）型驱动，相比之前的无源驱动可以实现更精细的显示效果。目前大多数的液晶显示器、液晶电视及部分手机均采用TFT驱动。液晶显示器多用窄视角的TN模式，液晶电视多用宽视角的VA、IPS等模式。它们通称为TFT-LCD。 

目前使用的液晶显示器主要是TN型的，这种向列型模式存在着对比度视角依赖性的缺陷，而所谓的VA垂直配向显示器具有更宽的视角。基于此负介电各向异性的液晶组合物具有了广阔的应用市场与前景，对于液晶组合物的研发同样提出了更高的要求。 

发明内容

本发明的目的是提供一种阈值电压低、响应时间短、对比度高、视角宽的负介电各向异性液晶组合物。 

本发明的液晶组合物，所述组合物包括下述重量百分含量的各组分： 

（1）5~60%的第一组分，第一组分包括式Ⅰ及式Ⅰ^*所示的化合物； 

（2）10~85%的第二组分，第二组分包括式Ⅱ、Ⅲ及式Ⅳ所示的化合物； 

（3）0~30%的第三组分，第三组分包括式Ⅴ及式Ⅵ所示的化合物； 

其中，各化合物结构如下： 

其中，R₁~R₁₀相互独立地表示部分-CH₂-可被-O-替代的1~12碳原子数的烷基，或表示2~12碳原子数的烯基；L₁、L₂相互独立地表示-F或-H；R₁₁、R₁₂、R₁₄相互独立地表示1~12个碳原子的烷基或烷氧基；R₁₃表示1~12个碳原子的烷基或2~12碳原子烯基。 

其中，所述组合物包括下述重量百分含量的各成分： 

并且，式Ⅱ所示化合物+式Ⅲ所示化合物+式Ⅳ所示化合物≤85%；式Ⅰ所示化合物+式Ⅰ^*所示化合物≤60%。 

另外， 

所述式Ⅰ所示化合物为ⅠA或ⅠB所示的化合物： 

R₁’、R₂’相互独立地表示部分-CH₂-可被-O-取代的碳原子数为1~5的烷基； 

所述式Ⅰ^*所示化合物为Ⅰ^*A或Ⅰ^*B所示化合物： 

所述R₃’表示部分-CH₂-可被-O-替代的碳原子数为1~5的烷基；所述烯基及烷基的碳原子数为1~5； 

所述式Ⅱ所示化合物为： 

所述R_a为1~5个碳原子的烷基或2~5个碳原子的烯基；所述Ra’为1~5个碳原子的烷基 

所述式Ⅲ所示化合物为： 

R_b为1~5个碳原子的烷基或2~5个碳原子的烯基；所述R_b’为1~5个碳原子的烷基； 

所述式Ⅳ所示化合物为： 

R_c为1~5个碳原子的烷基或2~5个碳原子的烯基；所述R_c’为1~5个碳原子的烷基。 

另外， 

式Ⅰ所表示的化合物为下列化合物中的一种或几种： 

式Ⅰ^*所表示的化合物为下列中的一种或几种： 

式Ⅱ所示化合物为下列化合物中的一种或几种： 

式Ⅲ所示化合物为下列化合物中的一种或几种： 

式Ⅳ所示化合物为下列化合物中的一种或几种： 

式Ⅴ化合物为下列化合物中的一种或几种： 

式Ⅵ所示的化合物为下列中一种或多种： 

另外，所述液晶组合物的Δn为0.07~0.14。 

本发明还提供一种所述液晶组合物在液晶显示装置中的应用。 

其中，所述液晶显示装置为MVA及PVA构型的VAN显示器、IPS显示器或FFS显示器。 

通式Ⅰ所表示的环己环上有取代基的化合物在正介电各向异性液晶组合物中用途较广泛，在早前公开的美国专利US6139773、US5968410、US2002134967中均有报道，其中不乏杂环类结构。在负介电各向异性液晶组合物中的应用鲜有报道，此类化合物具有极低的粘度，对于提高混合液晶的响应速度作用显著，特别能够弥补负性液晶本身粘度较大的缺陷，从而调配出快速响应的VA-TFT液晶组合物用于多种显示器中。 

通式Ⅰ^*所示的化合物为非极性组分，早前公开于美国专利US4565425中；此类双环己环化合物对于降低体系的粘度作用显著，是调配快速响应的液晶混合物必不可少的一类化合物。 

Ⅱ～Ⅳ类化合物所表示的2，3-二氟类化合物具有较强的负介电各向异性，在多数负性液晶中都有涉及，性能优异；特别是Ⅱ类化合物所示的两环结构的液晶化合物在降低混合体系粘度、提高响应方面表现尤为突出，存在的主要缺陷是清亮点过低；Ⅲ类与Ⅳ类化合物所示的液晶化合物具有较宽的向列相温度范围、适中的光学各向异性以及良好的低温性能，在负性混合液晶材料中必不可少。 

通式Ⅴ所示的液晶化合物具有较高的清亮点和较大的光学各向异性，可用于调整体系的清亮点和Δn数值。这种单氟三联苯类液晶化合物最早公开于Merck公司的欧洲专利EP0132377中，此类液晶化合物用途十分广泛，中国专利CN1823151中公开此类化合物有较低的旋转粘度优势，对液晶组合物响应时间的改善是有利的；同时这种三联苯的共轭体系也使得化合物的光学各向异性较大，对调节混合体系的Δn数值起到一定的作用。 

通式Ⅵ所示的液晶化合物具有较高的清亮点，适中的光学各向异 性，特别的其端烯类结构有利于提高液晶组合物的响应速度，除此之外，这类化合物的低温互溶性较好，可以改善负性液晶的低温性能。 

对本发明的负介电各向异性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，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；或者本发明的液晶组合物可按照常规的方法制备，如将其中含量较小的组分在较高的温度下溶解在含量较大的主要组分中，或将各所属组分在有机溶剂中溶解，如丙酮、氯仿或甲醇等，然后将溶液混合后去除溶剂后得到。 

通过本发明的方案得到的负介电各向异性液晶组合物性能优良，超快的响应速度、高对比度、低粘度、良好的低温互溶性等优点可用于多种显示模式。负介电各向异性液晶化合物由于其分子结构上的特点使得其通常都具有较高的粘度，同时在混合成为液晶材料时低温性能都存在一定的问题，本发明配比的负性液晶混合物克服了这些问题，具有相对低的粘度和良好的低温性能。使用负介电各向异性液晶组合物在VA、IPS或FFS模式中使用明显改善液晶显示器的视角差的问题。 

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。 

本发明实施例中液晶样品的制备均采用如下方法： 

均匀液晶的制备采用业内普遍使用的热溶解方法，首先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。除此之外，也可用专利CN101502767A所涉及方法进行均匀液晶的制备。 

除非另有说明，上下文中百分比为重量百分比，所有的温度以 摄氏度给出。使用下述缩写：△n为光学各向异性，n₀为折射率（589nm,20℃）。η（mm²/s，20℃）为体积粘度。Δε为介电常数各向异性（20℃，1000Hz）。V₁₀阈值电压=在相对10%对比度时的特征电压（V，20℃，）除非另有说明，所有光学数据均在20℃下测量。本发明使用下述缩写： 

实施例1 

取以下重量百分比的液晶化合物并以本发明中所述方法配制液晶组合物，具体的配比及所得的液晶组合物的性质见表1.1及1.2： 

表1.1液晶组合物中各组分的重量百分比（%） 

表1.2液晶组合物的性质 

实施例2 

取以下重量百分比的液晶化合物并以本发明中所述方法配制液晶组合物，具体的配比及所得的液晶组合物的性质见表2.1及2.2： 

表2.1液晶组合物中各组分的重量百分比（%） 

表2.2液晶组合物的性质 

实施例3 

取以下重量百分比的液晶化合物并以本发明中所述方法配制液晶组合物，具体的配比及所得的液晶组合物的性质见表3.1及3.2： 

表3.1液晶组合物中各组分的重量百分比（%） 

表3.2液晶组合物的性质 

实施例4 

取以下重量百分比的液晶化合物并以本发明中所述方法配制液晶组合物，具体的配比及所得的液晶组合物的性质见表4.1及4.2： 

表4.1液晶组合物中各组分的重量百分比（%） 

表4.2液晶组合物的性质 

实施例5 

取以下重量百分比的液晶化合物并以本发明中所述方法配制液晶组合物，具体的配比及所得的液晶组合物的性质见表5.1及5.2： 

表5.1液晶组合物中各组分的重量百分比（%） 

表5.2液晶组合物的性质 

实施例6 

取以下重量百分比的液晶化合物并以本发明中所述方法配制液晶组合物，具体的配比及所得的液晶组合物的性质见表6.1及6.2： 

表6.1液晶组合物中各组分的重量百分比（%） 

表6.2液晶组合物的性质 

实施例7 

取以下重量百分比的液晶化合物并以本发明中所述方法配制液晶组合物，具体的配比及所得的液晶组合物的性质见表7.1及7.2： 

表7.1液晶组合物中各组分的重量百分比（%） 

表7.2液晶组合物的性质 

实施例8 

取以下重量百分比的液晶化合物并以本发明中所述方法配制液晶组合物，具体的配比及所得的液晶组合物的性质见表8.1及8.2： 

表8.1液晶组合物中各组分的重量百分比（%） 

表8.2液晶组合物的性质 

实施例9 

取以下重量百分比的液晶化合物并以本发明中所述方法配制液晶组合物，具体的配比及所得的液晶组合物的性质见表9.1及9.2： 

表9.1液晶组合物中各组分的重量百分比（%） 

表9.2液晶组合物的性质 

实施例10 

取以下重量百分比的液晶化合物并以本发明中所述方法配制液晶组合物，具体的配比及所得的液晶组合物的性质见表10.1及10.2： 

表10.1液晶组合物中各组分的重量百分比（%） 

表10.2液晶组合物的性质 

实施例11 

取以下重量百分比的液晶化合物并以本发明中所述方法配制液晶组合物，具体的配比及所得的液晶组合物的性质见表11.1及11.2： 

表11.1液晶组合物中各组分的重量百分比（%） 

表11.2液晶组合物的性质 

实施例12 

取以下重量百分比的液晶化合物并以本发明中所述方法配制液晶组合物，具体的配比及所得的液晶组合物的性质见表12.1及12.2： 

表12.1液晶组合物中各组分的重量百分比（%） 

表12.2液晶组合物的性质 

实施例13 

取以下重量百分比的液晶化合物并以本发明中所述方法配制液晶组合物，具体的配比及所得的液晶组合物的性质见表13.1及13.2： 

表13.1液晶组合物中各组分的重量百分比（%） 

表13.2液晶组合物的性质 

实施例14 

取以下重量百分比的液晶化合物并以本发明中所述方法配制液晶组合物，具体的配比及所得的液晶组合物的性质见表14.1及14.2： 

表14.1液晶组合物中各组分的重量百分比（%） 

表14.2液晶组合物的性质 

实施例15 

取以下重量百分比的液晶化合物并以本发明中所述方法配制液晶组合物，具体的配比及所得的液晶组合物的性质见表15.1及15.2： 

表15.1液晶组合物中各组分的重量百分比（%） 

表15.2液晶组合物的性质 

实施例16 

取以下重量百分比的液晶化合物并以本发明中所述方法配制液晶组合物，具体的配比及所得的液晶组合物的性质见表16.1及16.2： 

表16.1液晶组合物中各组分的重量百分比（%） 

表16.2液晶组合物的性质 

。 

Claims (7)

1.一种负介电各向异性液晶组合物，其特征在于，所述组合物包括下述重量百分含量的各组分：

（1）5~60%的第一组分，第一组分包括式Ⅰ及式Ⅰ^*所示的化合物；

（2）10~85%的第二组分，第二组分包括式Ⅱ、Ⅲ及式Ⅳ所示的化合物；

（3）0~30%的第三组分，第三组分包括式Ⅴ及式Ⅵ所示的化合物；

其中，各化合物结构如下：

其中，R₁~R₁₀相互独立地表示部分-CH₂-可被-O-替代的1~12碳原子数的烷基，或表示2~12碳原子数的烯基；L₁、L₂相互独立地表示-F或-H；R₁₁、R₁₂、R₁₄相互独立地表示1~12个碳原子的烷基或烷氧基；R₁₃表示1~12个碳原子的烷基或2~12碳原子烯基。

2.根据权利要求1所述的组合物，其特征在于，所述组合物包括下述重量百分含量的各成分：

并且，式Ⅱ所示化合物+式Ⅲ所示化合物+式Ⅳ所示化合物≤85%；式Ⅰ所示化合物+式Ⅰ^*所示化合物≤60%。

3.根据权利要求1或2所述的组合物，其特征在于，

所述式Ⅰ所示化合物为ⅠA或ⅠB所示的化合物：

R₁’、R₂’相互独立地表示部分-CH₂-可被-O-取代的碳原子数为1~5的烷基；

所述式Ⅰ^*所示化合物为Ⅰ^*A或Ⅰ^*B所示化合物：

所述R₃’表示部分-CH₂-可被-O-替代的碳原子数为1~5的烷基；所述烯基及烷基的碳原子数为1~5；

所述式Ⅱ所示化合物为：

所述R_a为1~5个碳原子的烷基或2~5个碳原子的烯基；所述Ra’为1~5个碳原子的烷基

所述式Ⅲ所示化合物为：

R_b为1~5个碳原子的烷基或2~5个碳原子的烯基；所述R_b’为1~5个碳原子的烷基；

所述式Ⅳ所示化合物为：

R_c为1~5个碳原子的烷基或2~5个碳原子的烯基；所述R_c’为1~5个碳原子的烷基。

4.根据权利要求1~3任一所述组合物，其特征在于，

式Ⅰ所表示的化合物为下列化合物中的一种或几种：

式Ⅰ^*所表示的化合物为下列中的一种或几种： 

式Ⅱ所示化合物为下列化合物中的一种或几种：

式Ⅲ所示化合物为下列化合物中的一种或几种：

式Ⅳ所示化合物为下列化合物中的一种或几种：

式Ⅴ化合物为下列化合物中的一种或几种：

式Ⅵ所示的化合物为下列中一种或多种：

。

5.根据权利要求1~4任一项所述负介电各向异性液晶组合物，其特征在于，所述液晶组合物的Δn为0.07~0.14。

6.根据权利要求1~5任一项所述液晶组合物在液晶显示装置中的应用。

7.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，所述液晶显示装置为MVA及PVA构型的VAN显示器、IPS显示器或FFS显示器。