CN102888226A - 包含共轭分离型液晶化合物的向列相液晶组合物及其应用 - Google Patents

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宋晓龙
李鹏飞
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Abstract

本发明提供一种介电常数各向异性为负的向列相液晶组合物，包含至少一种通式（I）的化合物作为第一成份；包含至少一种通式（II）的化合物作为第二成份。通过使用该向列相液晶组合物，在维持合适的光电参数的状态下能获得更低的粘度，无需减薄显示单元的间距就可以实现高速响应化，因此在VA、ECB或IPS等方式的液晶显示器中是非常实用的，本发明还提供所述向列相液晶组合物在液晶显示元件中的应用。

Description

包含共轭分离型液晶化合物的向列相液晶组合物及其应用
技术领域
本发明涉及用于电光学液晶显示材料领域，提供了包含共轭分离型液晶化合物的、介电各向异性（△ε）为负的向列相液晶组合物以及使用其的液晶显示元件。
背景技术
随着液晶显示技术的不断发展，诞生了一些具有实用意义的液晶显示模式，例如：TN（twist nematic，扭曲向列）、STN（super twisted nematic，超扭曲向列）、ECB（electricallycontrolled birefringence，电控双折射）、OCB（optically compensated bend，光学补偿弯曲）、IPS（in-plane switching，共面转变）、VA（vertical alignment，垂直配向）等类型。而其中ECB、IPS和VA模式均使用了介电各向异性（△ε）为负的向列相液晶组合物。
无论何种显示模式均要求所使用的液晶材料具有低的驱动电压、高的响应速度、宽的操作温度范围、负介电各向异性的绝对值较大、相转移温度高以及粘度低。其中，为了实现高速响应，需要减小显示元件的单元间隙。然而，为了将折射率各向异性（△n）与单元间隔（d）的乘积（△n*d）表示的延迟（retardation）设定为最佳，必须将液晶材料的折射率各向异性和单元间隔调节至最佳范围，但由此会造成其它性能的降低。例如，减小显示元件的单元间隙会要求液晶材料提供更大的折射率各向异性（△n），但这会显著增加液晶材料的粘度，反而降低了响应速度。
目前，作为介电各向异性为负的液晶材料，在专利文献US4637897如下结构的液晶化合物：
Figure BDA00002251899300011
（式中，R1、R2表示1-12碳原子的烷基，X、Y为F，Z为-C2H4-、-OCH2-、-COO-、-OCO-）
在专利文献CN101128566中，公开了含有如下结构的液晶组合物：
Figure BDA00002251899300012
（式中，R1表示2-10碳原子的链烯基，R2表示2-10碳原子的链烯基或3-10碳原子的链烯氧基，m为0、1或2）
但是，使用上述所述介电各向异性为负的液晶组合物，在液晶电视、平板电脑等要求高的响应速度、低的驱动电压的液晶组合物中，无法实现性能的均衡，不能同时满足各方面指标。
因此，为了适应越来越高的应用需求，本领域内存在着持续改进介电各向异性为负的向列相液晶组合物的需求。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种包含共轭分离型液晶化合物的、介电各向异性（△ε）为负的向列相液晶组合物，以及使用其的液晶显示元件。
本发明提供了一种介电常数各向异性为负的向列相液晶组合物：
包含至少一种的通式I的化合物作为第一成份，
Figure BDA00002251899300021
其中，
R1和R2相同或不同，各自独立地选自由具有1-12个碳原子的烷基或烷氧基和具有2-12个碳原子的链烯基或链烯氧基组成的组，其中，在所述R1和R2中的一个或更多个-CH2-基团可以各自独立地被-CH=CH-、-O-、-CH=CF-、-CF=CH-、-CF=CF-、-CO-O-或-O-CO-替代，其前提是氧原子不直接彼此连接；
L1、L2相同或不同，各自独立地选自由F、Cl、CN、CF3和OCF3组成的组；
m为1、2或3；
包含至少一种的通式II表示的化合物作为第二成份，
Figure BDA00002251899300022
其中，
R3和R4相同或不同，各自独立地选自由具有1-12个碳原子的烷基或烷氧基和具有2-12个碳原子的链烯基或链烯氧基组成的组；
B1和B2相同或不同，各自独立地选自由1,4-环己基、1,4-环己烯基、哌啶-1,4-二基、1,4-亚二环[2,2,2]辛基、1,4-苯基、吡啶-2,5-二基、嘧啶-2,5-二基、萘-2,6-二基、反式十氢化萘-2,6-二基、四氢化萘-2,6-二基和1,2-二氢化茚组成的组；其中，1,4-环己基中一个或两个未直接连接的CH2可以被O或S替代，1,4-苯基中一个或更多个H可以被卤素取代；
Y1和Y2相同或不同，各自独立地选自由-OCO-、-COO-、-CF2O-、-OCF2-、-CH2O-、-OCH2-、-CH2CH2-、-CF2CF2-、-CF2CH2-、-CF=CF-、-CH=CH-、-C≡C-、-CH（CH3）CH2-、-CH2CH（CH3）-、-(CH2)3O-、-O(CH2)3-、-COS-、-SCO-、-CH=CF-、-(CH2)4-、-C4F8-、-OCF2CF2O-、-CF2CF2CF2O-、-CH2CH2CF2O-、-CH2CF2OCH2-、-CH=CHCF2O-、-CF2OCH=CH-、-CF2OCF=CH-、-CF2OCH=CF-、-CF=CFCF2O-、-CF2OCF=CF-、-CH=CHCH2CH2-、-C2H4OCH2-、-CH2CH=CHCH2-、-OCH2CH2CH2-、-CF=CF-CF=CF-、-C≡C-CF=CF-、-C≡C-CF=CF-C≡C-、-CF=CF-C≡C-CF=CF-、-C≡C-CF2O-和单键组成的组。
当存在多个Y2和B2的情况下，它们可以相同，也可以不同；
p表示0、1或2。
在本发明的实施方案中，所述通式I表示的化合物占所述组合物总重量的10%-80%；所述通式II表示的化合物占所述组合物总重量的20%-70%。
在本发明的实施方案中，在所述通式II表示的化合物中，优选的R3和R4中至少一个选自由具有2-12个碳原子的链烯基组成的组。
在本发明的实施方案中，所述通式Ⅰ的化合物优选自由以下化合物组成的组中一种或多种化合物：
Figure BDA00002251899300031
其中，
R5和R6各自独立地选自由具有1-12个碳原子的烷基或烷氧基组成的组。
在本发明的实施方案中，所述通式Ⅱ的化合物优选自由以下化合物组成的组中一种或多种化合物：
Figure BDA00002251899300032
其中，
R7和R8各自独立地选自由具有1-10个碳原子的烷基或烷氧基和具有2-10个碳原子的链烯基或链烯氧基组成的组。
在本发明的实施方案中，所述的液晶组合物优选为：含有选自由通式I-A和通式I-B的化合物组成的组中的至少一种的化合物，以及选自由以下化合物组成的组中的至少一种化合物：
Figure BDA00002251899300041
以及
Figure BDA00002251899300042
在本发明的实施方案中，所述通式II-A的化合物进一步地优选为由以下化合物组成的组中的至少一种的化合物：
Figure BDA00002251899300043
其中，
R9选自由具有1-12个碳原子的烷基或烷氧基组成的组。
在本发明的实施方案中，所述通式II-B的化合物进一步地优选为由以下化合物组成的组中的至少一种的化合物：
Figure BDA00002251899300044
其中，
R10选自由具有1-12个碳原子的烷基或烷氧基组成的组。
在本发明的实施方案中，所述通式II-D、通式II-E和通式II-F的化合物进一步优选为由以下化合物组成的组中的至少一种的化合物：
Figure BDA00002251899300045
Figure BDA00002251899300051
其中，
R11选自由具有1-12个碳原子的烷基或烷氧基组成的组。
在本发明的实施方案中，所述液晶组合物进一步优选为：含有选自由所述通式I-A和通式I-B的化合物组成的组中的至少一种的化合物，以及选自由以下化合物组成的组中的至少一种化合物：
Figure BDA00002251899300052
以及
Figure BDA00002251899300053
在本发明的实施方案中，所述液晶组合物进一步优选为：含有选自由所述通式I-A和通式I-B的化合物组成的组中的至少一种的化合物，以及选自由以下化合物组成的组中的至少一种化合物：
以及
Figure BDA00002251899300055
在本发明的实施方案中，所述液晶组合物除了包含通式Ⅰ和II的化合物外，还含有选自由以下化合物组成的组中的至少一种的化合物：
Figure BDA00002251899300056
Figure BDA00002251899300061
其中，
R12和R13各自独立地选自由具有1-12个碳原子的烷基或烷氧基和具有2-12个碳原子的链烯基或链烯氧基组成的组。
在本发明的实施方案中，通式I的化合物占所述液晶组合物总重量的10%-80%；通式II的化合物占所述液晶组合物总重量的10%-70%；以及通式III的化合物占所述液晶组合物总重量的10%-70%。
在本发明的实施方案中，所述液晶组合物具备如下的性能范围：在25℃的介电常数各向异性Δε在-1.5~-8.0的范围内，在20℃的折射率各向异性Δn在0.03~0.23的范围内，在20℃的粘度在7mPa·s~50mPa·s的范围内，向列相－各向同性液体相转移温度Tni在70℃~130℃的范围内。
在再一方面中，本发明提供了本发明的向列相液晶组合物在制造液晶显示元件中的应用。
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，凡其它未脱离本发明所揭示的精神下所完成的等效改变或修饰，均应包含在所述权利要求范围中。
以下各实施方案所采用的液晶显示器均为VA-TFT液晶显示设备，盒厚d=7μm，由偏振器（偏光片）、电极基板等部分构成。该显示设备为常白模式，即没有电压差施加于行和列电极之间时，观察者观察到白色的像素颜色。基板上的上下偏振片轴彼此成90度角。在两基片之间的空间充满光学性液晶材料。
为便于表达，以下各实施例中，液晶化合物的基团结构用表1所列的代码表示：
表1 液晶化合物的基团结构代码
Figure BDA00002251899300071
以如下结构为例：
Figure BDA00002251899300072
该结构用表1中的代码可表示为nCP1OPOm，代码中的n表示左端烷基的C原子数，例如n为“3”，即表示该烷基为-C3H7；代码中的C代表环己烷基；代码中的O代表氧原子；代码中的P代表亚苯基；代码中的m表示右端烷基的C原子数，例如m为“1”，即表示右端的烷基为-CH3。
在以下的实施例中所采用的各成分均可以通过公知的方法进行合成，或者通过商业途径获得。这些合成技术是常规的，所得到各液晶化合物经测试符合电子类化合物标准。
按照以下实施例规定的各液晶组合物的配比，制备液晶组合物。所述液晶组合物的制备是按照本领域的常规方法进行的，如采取加热、超声波、悬浮等方式按照规定比例混合制得。
制备并研究下列实施例中给出的液晶组合物。下面显示了各液晶组合物的组成和其性能参数测试结果。
表2所列是对照例液晶组合物的成分、配比及填充于液晶显示器两基板之间进行性能测试的测试结果，以便于与说明本发明液晶组合物进行性能对比。
下面实施例是本发明液晶组合物的性能测试，每例有对应的对比例：
实施例中各测试项目的简写代号分别表示为：
Cp（℃）    清亮点（向列-各向同性相转变温度）
η          流动粘度（mPa．s，20℃）
Δn         折射率各向异性（589nm，20℃）
Δε        介电各向异性（1KHz，25℃）
对照例
按表2中所列的各化合物及重量百分数配制成对照例的液晶组合物，将其填充于液晶显示器两基板之间进行性能测试，测试数据如下表所示：
表2 对照例的液晶组合物配方及其测试性能
Figure BDA00002251899300081
该液晶组合物的粘度较高，不能用于更快的响应速度的需求。
实施例1
按表3中所列的各化合物及重量百分数配制成本发明的液晶组合物，其填充于液晶显示器两基板之间进行性能测试，测试数据如下表所示：
表3 实施例1的液晶组合物配方及其测试性能
Figure BDA00002251899300091
和对照例相比，实施例1的液晶组合物在保持△n、Cp和Δε基本不变的前提下，大幅降低了粘度，可以用于更快的响应速度的需求。
本发明的液晶组合物在维持合适的光电参数的状态下，能获得更低的粘度。使用该液晶组合物的液晶显示元件，无需减薄显示单元的间距，就可以实现高速响应化，因此在以VA、ECB或IPS等方式的液晶显示器中是非常实用的。

Claims (14)

1.一种介电常数各向异性为负的向列相液晶组合物，其特征在于：
包含至少一种通式I的化合物作为第一成份，
Figure FDA00002251899200011
其中，
R1和R2相同或不同，各自独立地选自由具有1-12个碳原子的烷基或烷氧基和具有2-12个碳原子的链烯基或链烯氧基组成的组，其中，在所述R1和R2中的一个或更多个-CH2-基团可以各自独立地被-CH=CH-、-O-、-CH=CF-、-CF=CH-、-CF=CF-、-CO-O-或-O-CO-替代，其前提是氧原子不直接彼此连接；
L1、L2相同或不同，各自独立地选自由F、Cl、CN、CF3和OCF3组成的组；
m为1、2或3；
包含至少一种通式II的化合物作为第二成份，
Figure FDA00002251899200012
其中，
R3和R4相同或不同，各自独立地选自由具有1-12个碳原子的烷基或烷氧基和具有2-12个碳原子的链烯基或链烯氧基组成的组；
B1和B2相同或不同，各自独立地选自由1,4-环己基、1,4-环己烯基、哌啶-1,4-二基、1,4-亚二环[2,2,2]辛基、1,4-苯基、吡啶-2,5-二基、嘧啶-2,5-二基、萘-2,6-二基、反式十氢化萘-2,6-二基、四氢化萘-2,6-二基和1,2-二氢化茚组成的组；其中，1,4-环己基中一个或两个未直接连接的CH2可以被O或S替代，1,4-苯基中一个或更多个H可以被卤素取代；
Y1和Y2相同或不同，各自独立地选自由-OCO-、-COO-、-CF2O-、-OCF2-、-CH2O-、-OCH2-、-CH2CH2-、-CF2CF2-、-CF2CH2-、-CF=CF-、-CH=CH-、-C≡C-、-CH（CH3）CH2-、-CH2CH（CH3）-、-(CH2)3O-、-O(CH2)3-、-COS-、-SCO-、-CH=CF-、-(CH2)4-、-C4F8-、-OCF2CF2O-、-CF2CF2CF2O-、-CH2CH2CF2O-、-CH2CF2OCH2-、-CH=CHCF2O-、-CF2OCH=CH-、-CF2OCF=CH-、-CF2OCH=CF-、-CF=CFCF2O-、-CF2OCF=CF-、-CH=CHCH2CH2-、-C2H4OCH2-、-CH2CH=CHCH2-、-OCH2CH2CH2-、-CF=CF-CF=CF-、-C≡C-CF=CF-、-C≡C-CF=CF-C≡C-、-CF=CF-C≡C-CF=CF-、-C≡C-CF2O-和单键组成的组；
当存在多个Y2和B2的情况下，它们可以相同，也可以不同；
p表示0、1或2。
2.根据权利要求1所述的向列相液晶组合物，其特征在于，在所述通式II中，R3和R4中至少一个选自由具有2-12个碳原子的链烯基组成的组。
3.根据权利要求1所述的向列相液晶组合物，其特征在于，通式Ⅰ的化合物选自由以下化合物组成的组中一种或多种化合物：
Figure FDA00002251899200021
其中，
R5和R6各自独立地选自由具有1-12个碳原子的烷基或烷氧基组成的组。
4.根据权利要求1所述的向列相液晶组合物，其特征在于，通式Ⅱ的化合物选自由以下化合物组成的组中一种或多种化合物：
Figure FDA00002251899200022
其中，
R7和R8各自独立地选自由具有1-10个碳原子的烷基或烷氧基和具有2-10个碳原子的链烯基或链烯氧基组成的组。
5.根据权利要求3所述的向列相液晶组合物，其特征在于，所述向列相液晶组合物含有选自由通式I-A和通式I-B的化合物组成的组中的至少一种的化合物，以及选自由以下化合物组成的组中的至少一种化合物：
Figure FDA00002251899200023
以及
Figure FDA00002251899200024
6.根据权利要求4所述的向列相液晶组合物，其特征在于，所述通式II-A的化合物选自由以下化合物组成的组中的至少一种化合物：
Figure FDA00002251899200031
其中，
R9选自由具有1-12个碳原子的烷基或烷氧基组成的组。
7.根据权利要求4所述的向列相液晶组合物，其特征在于，所述通式II-B的化合物选自由以下化合物组成的组中的至少一种化合物：
Figure FDA00002251899200032
其中，
R10选自由具有1-12个碳原子的烷基或烷氧基组成的组。
8.根据权利要求4所述的向列相液晶组合物，其特征在于，所述通式II-D、II-E和II-F的化合物选自由以下化合物组成的组中的至少一种化合物：
Figure FDA00002251899200033
其中，
R11选自由具有1-12个碳原子的烷基或烷氧基组成的组。
9.根据权利要求3所述的向列相液晶组合物，其特征在于，所述向列相液晶组合物含有选自由所述通式I-A和通式I-B的化合物组成的组中的至少一种的化合物，以及选自由以下化合物组成的组中的至少一种化合物
Figure FDA00002251899200034
以及
Figure FDA00002251899200042
10.根据权利要求3所述的向列相液晶组合物，其特征在于，所述向列相液晶组合物含有选自由所述通式I-A和通式I-B的化合物组成的组中的至少一种的化合物，以及选自由以下化合物组成的组中的至少一种化合物
Figure FDA00002251899200043
以及
Figure FDA00002251899200044
11.根据权利要求1所述的向列相液晶组合物，其特征在于，所述液晶组合物还含有选自由以下化合物组成的组中的至少一种的化合物：
其中，
R12和R13各自独立地选自由具有1-12个碳原子的烷基或烷氧基和具有2-12个碳原子的链烯基或链烯氧基组成的组。
11.根据权利要求1-10中任一项所述的向列相液晶组合物，其特征在于，通式I的化合物占所述液晶组合物总重量的10%-80%；通式II的化合物占所述液晶组合物总重量的10%-70%；且通式III的化合物占所述液晶组合物总重量的10%-70%。
12.根据权利要求1所述的向列相液晶组合物，其特征在于，所述向列相液晶组合物包括，
占所述向列相液晶组合物11%的化合物3PC1OWO2
Figure FDA00002251899200051
占所述向列相液晶组合物7%的化合物3PC1OWO3
Figure FDA00002251899200052
占所述向列相液晶组合物11%的化合物2PCC1OWO2
Figure FDA00002251899200053
占所述向列相液晶组合物11%的化合物3PCC1OWO2
占所述向列相液晶组合物10%的化合物3PCC1OWO3
Figure FDA00002251899200055
占所述向列相液晶组合物8%的化合物3CCP3
Figure FDA00002251899200056
占所述向列相液晶组合物8%的化合物3CCP1
Figure FDA00002251899200057
占所述向列相液晶组合物5%的化合物4CC3
Figure FDA00002251899200058
占所述向列相液晶组合物11%的化合物3CCV
Figure FDA00002251899200059
占所述向列相液晶组合物2%的化合物3CPO1
占所述向列相液晶组合物8%的化合物5CCWO2
Figure FDA00002251899200062
占所述向列相液晶组合物4%的化合物3CCWO2
Figure FDA00002251899200063
以及
占所述向列相液晶组合物4%的化合物4CCWO2
Figure FDA00002251899200064
13.根据权利要求1所述的向列相液晶组合物，其特征在于，所述向列相液晶组合物在25℃的介电常数各向异性Δε在-1.5~-8.0的范围内，在20℃的折射率各向异性Δn在0.03~0.23的范围内，在20℃的粘度在7mPa．s~50mPa．s的范围内，向列相－各向同性液体相转移温度Tni在70℃~130℃的范围内。
14.权利要求1~13中任一项所述的向列相液晶组合物在制造液晶显示元件中的应用。
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