CN103205261A - 向列相液晶介质组合物 - Google Patents

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王奎
华瑞茂
卓晓曦
杨增家
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Abstract

本发明公开了一种向列相液晶介质组合物。该液晶介质组合物包含组分一至组分四。该组合物将各种液晶化合物按一定比例，兼顾各项参数，得到不同的最佳组合，满足不同显示模式的需要。该液晶组合物具有合适的光学双折射值Δn；低的阈值电压以实现低电压驱动；较低的粘度以满足快速响应的需要，具有重要的应用价值。

Description

向列相液晶介质组合物
技术领域
本发明属于液晶领域，涉及一种向列相液晶介质组合物。
背景技术
液晶显示是利用液晶介质本身所具备的光学各向异性和介电各向异性来进行工作的。利用液晶介质不同的特性，可以将器件设计成各种不同的工作模式。液晶显示(LCD)模式有很多，仅向列相显示就有TN(扭曲向列相)模式、HTN(高扭曲向列相)模式、STN(超扭曲向列相)模式、AM-TFT(有源矩阵-薄膜晶体管)模式、PDLC(聚合物分散液晶)模式等，其中AM-TFT-模式是近期普遍使用的显示模式。
不同的工作模式和不同的驱动方式要求液晶组合物有合适的光学双折射值Δn以使Δn·d达到设计值；低的阈值电压以实现低电压驱动；较低的粘度以满足快速响应的需要。任何单体液晶材料均只具有某一方面良好的特性。单体液晶材料按所需的性能要求分为：低温性能良好(低粘度)液晶；高清亮点液晶；大介电各向异性液晶、大或小折射率液晶等，通过多种具有某一方面良好特性的单体液晶有机混合，才能满足用户所需的性能参数，如工作温度范围、折射率、驱动电压等，得到具有特定组成的混合液晶配方，按照配方将各种单体液晶进行混合、加热、搅拌、排空气和包装等操作过程，得到最终产品-液晶介质或称混合液晶。
发明内容
本发明的目的是提供一种向列相液晶介质组合物。
本发明提供的液晶组合物，包括组分一、组分二、组分三和组分四；
所述组分一选自式I-1至式I-4中的至少一种；
所述组分二选自式II-1至式II-5中的至少一种；
所述组分三选自式III-1至式III-3中的至少一种；
所述组分四选自式IV-1至式IV-8中的至少一种；
Figure BDA00002888053500021
Figure BDA00002888053500031
上述结构通式中，R1和R2均选自氢、氟、氯、氰基、三氟甲基、三氟甲氧基、C1-C7的烷基、C2-C5的链烯基和C1-C5的烷氧基中的至少一种；
其中，所述C1-C7的烷基具体选自C2-C7的烷基、C3-C7的烷基、C4-C7的烷基、C5-C7的烷基、C6-C7的烷基、C1-C6的烷基、C2-C6的烷基、C3-C6的烷基、C4-C6的烷基、C5-C6的烷基、C1-C5的烷基、C2-C5的烷基、C3-C5的烷基、C4-C5的烷基、C1-C4的烷基、C2-C4的烷基、C3-C4的烷基、C1-C3的烷基、C1-C2的烷基和C2-C3的烷基中的至少一种；
C2-C5的链烯基具体选自C2-C4的链烯基、C3-C4的链烯基、C3-C5的链烯基、C4-C5的链烯基和C2-C3的链烯基中的至少一种；
C1-C5的烷氧基具体选自C2-C5的烷氧基、C3-C5的烷氧基、C4-C5的烷氧基、C1-C4的烷氧基、C2-C4的烷氧基、C3-C4的烷氧基、C1-C3的烷氧基、C1-C2的烷氧基和C2-C3的烷氧基中的至少一种；
Figure BDA00002888053500041
选自1，4-亚环己基、2，5-氧杂亚环己基、1，4-亚苯基、3-氟-1，4-亚苯基、3，5-二氟-1，4-亚苯基和单键中的至少一种；
L1、L2和L3均选自氢和氟中的任意一种；
Z均选自-COO-、-CH2CH2-、-CH2O-、-C≡C-、-CF2O-和单键中的至少一种；
n为1-3的整数。
上述液晶组合物也可只由所述组分一至组分四组成。
所述组分一、组分二、组分三和组分四的质量比为5-65∶10-50∶2-30∶3-50；
其中，所述组分一的质量份具体为21.5、27.3、31、48、58、21.5-58、21.5-48、21.5-31、21.5-27.3、27.3-58、27.3-48、27.3-31、31-58、31-48或48-58份；
更具体的，所述组分一中，式I-1所示化合物的质量份具体为6、48、58、6-58、6-48或48-58；
式I-2所述化合物的质量份具体为15.5、27.3、31、15.5-31、15.5-27.3或27.3-31；
式II-1所示化合物的质量份具体为4、7.1、8、14、4-14、4-8、4-7.1、7.1-14、7.1-8或8-14；
式II-2所示化合物的质量份具体为22.2、25或22.2-25；
式II-3所述化合物的质量份具体为8、16或8-16份；
式II-4所示化合物的质量份具体为8.5、12、20.1、8.5-12或12-20.1份；
式II-5所示化合物的质量份具体为6、8或6-8份；
式III-1所示化合物的质量份具体为3、4、6.5、8、15.3、3-15.3、3-8、3-6.5、3-4、4-15.3、4-8、4-6.5、6.5-15.3、6.5-8或8-15.3份；
式III-2所示化合物的质量份具体为3、11、19、3-11、3-19或11-19份；
式IV-1所示化合物的质量份具体为8、10、47.5、8-47.5、8-10或10-47.5份；
式IV-5所示化合物的质量份具体为10份；
式IV-6所示化合物的质量份具体为10份；
所述组分二的质量份具体为16、24、33.5、36、49.4、16-49.4、16-36、16-33.5、16-24、24-49.4、24-36、24-33.5、33.5-49.4、33.5-36或36-49.4份；
所述组分三的质量份具体为6、8、15、25.5、15.3、6-25.5、6-15.3、6-15、6-8、8-25.5、8-15.3、8-15、15-25.5、15-15.3或15.3-25.5份；
所述组分四的质量份具体为8、10、47.5、8-47.5、10-47.5或8-10份；
所述式I-1所示化合物选自如下化合物中的至少一种：
Figure BDA00002888053500051
所述式I-2所示化合物选自如下化合物中的至少一种：
Figure BDA00002888053500052
所述式I-3所示化合物选自如下化合物中的至少一种：
Figure BDA00002888053500053
所述式I-4所示化合物为
Figure BDA00002888053500054
所述式II-1所示化合物选自如下化合物中的至少一种：
Figure BDA00002888053500055
所述式II-2所示化合物选自如下化合物中的至少一种：
Figure BDA00002888053500056
所述式II-3所示化合物选自如下化合物中的至少一种：
Figure BDA00002888053500057
所述式II-4所示化合物选自如下化合物中的至少一种：
所述式II-5所示化合物选自如下化合物中的至少一种：
Figure BDA00002888053500061
所述式III-1所示化合物选自如下化合物中的至少一种：
Figure BDA00002888053500062
所述式III-2所示化合物选自如下化合物中的至少一种：
Figure BDA00002888053500063
所述式III-3所示化合物为
Figure BDA00002888053500064
所述式IV-1所示化合物选自如下化合物中的至少一种：
Figure BDA00002888053500065
所述式IV-5所示化合物为
Figure BDA00002888053500066
所述式IV-6所示化合物为
Figure BDA00002888053500067
所述式IV-8所示化合物选自如下化合物中的至少一种：
Figure BDA00002888053500068
具体的，所述液晶组合物为由如下质量份的各化合物组成的组合物I-V中的任意一个；
所述组合物I中各化合物的结构式及质量份如下：
Figure BDA00002888053500069
Figure BDA00002888053500071
所述组合物II中各化合物的结构式及质量份如下：
所述组合物III中各化合物的结构式及质量份如下：
Figure BDA00002888053500073
Figure BDA00002888053500081
Figure BDA00002888053500091
所述组合物IV中各化合物的结构式及质量份如下：
Figure BDA00002888053500101
所述组合物V中各化合物的结构式及质量份如下：
Figure BDA00002888053500102
另外，含有上述本发明提供的液晶组合物的光电液晶材料及在制备光电液晶材料中的应用，以及含有光电液晶材料的有源矩阵或无源矩阵薄膜晶体管驱动(AM-TFT)的液晶显示元件及该光电液晶材料在制备有源矩阵或无源矩阵薄膜晶体管驱动的液晶显示元件中的应用，也属于本发明的保护范围。其中，所述有源矩阵或无源矩阵薄膜晶体管驱动的液晶显示元件为显示器。所述显示器的显示模式为TN模式(扭曲向列模式)、STN模式(超扭曲向列模式)、ECB模式(电控双折射模式)或IPS模式(面内转换模式)，且驱动方式为有源矩阵模式或无源矩阵模式。
本发明提供了一种适用于有源矩阵薄膜晶体管驱动的液晶显示元件的液晶组合物。该组合物将各种液晶化合物按一定比例，兼顾各项参数，得到不同的组合，满足不同显示模式的需要。该液晶组合物具有合适的光学双折射值Δn；低的阈值电压以实现低电压驱动；较低的粘度以满足快速响应的需要，具有重要的应用价值。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步阐述，但本发明并不限于以下实施例。所述方法如无特别说明均为常规方法。所述原料如无特别说明均能从公开商业途径而得。所述百分比如无特别说明，均为质量百分比。
下述实施例中，
CP表示清亮点，直接使用WRX-1S显微热分析仪测定，设定升温速率为3℃/min。
Δn表示光学各向异性(589nm，20℃)，
Δε表示介电各向异性(25℃，1KHz，HP4284A，5.2微米TN左旋盒)，
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，测定方法如下：将待测的液晶组合物置入用90度扭曲右旋7.0微米TN型液晶盒中，使用综合参数测定仪，25℃温度下测定而得。
γ1表示20℃时旋转粘度(mpas)。
表1、表2、表3、表4给出常用结构片段的符号，复杂化合物用结构式表示
表1、环结构亚基名称缩写表
Figure BDA00002888053500111
表2、连接基团名称缩写表
Zo       -COO- Zh         -CH2CH2-
Zf       -CF2O- Zm         -CH2O-
W        -C≡C-
V        -C＝C-
表3、端基名称缩写表
左边端基 右边端基
n      CnH2n+1- n      -CnH2n+1
no     CnH2n+1O On     -O-CnH2n+1
V      CH2＝CH- V      -CH＝CH2
Vn     CH2＝CHCnH2n- -nV    -CnH2n-CH＝CH2
其中，n和m均为自然数。
表4、简单基团示例
F表示氟 CL表示氯
CN表示氰基 CF3表示三氟甲基
CF3O表示三氟甲氧基
复杂化合物用结构式表示：
实施例1
按照如下质量百分比将各化合物混匀，得到液晶组合物：
该液晶组合物的物理参数测定结果如下：
Δn＝0.103；Δε＝2.87；清亮点为80℃；V10＝2.45V；V90＝3.48V。
对照例1
按照如下质量百分比将各化合物混匀，得到液晶组合物：
Figure BDA00002888053500132
Figure BDA00002888053500141
该液晶组合物的物理参数测定结果如下：
Δn＝0.108；Δε＝2.54；CP＝69℃；V10＝2.38V；V90＝3.42V。
由上可知，该实施例仅包含组份I、II和IV，不包含组份III，检测结果表明组合物的清亮点CP偏低。
对照例1和实施例1是对比实验，对照例1中仅包含组份I、II和IV，不包含组份III，实施例1包含中加入组份I、II和IV，又加入了组份III(3％III-1和3％III-2)，测试结果表明，实施例1组合物的清亮点提高了11℃，其他参数变化不大，适用于有源矩阵薄膜晶体管驱动的液晶显示元件
实施例2
按照如下质量百分比将各化合物混匀，得到液晶组合物：
Figure BDA00002888053500142
Figure BDA00002888053500151
该液晶组合物的物理参数测定结果如下：
CP：80.8；Δn＝0.102；Δε＝3.61；V10＝2.26V；V90＝3.40V
对照例2
按照如下质量百分比将各化合物混匀，得到液晶组合物：
Figure BDA00002888053500152
该液晶组合物的物理参数测定结果如下：
CP：87.5；Δn＝0.98；Δε＝1.59；V10＝3.39V；V90＝4.92V
由上可知，该实施例中仅包含组份I、II和III，不包含组份IV，检测结果表明组合物的Δε较小，由于Δε与V10的平方成反比关系，因此V10较大，V90相应更大。
对照例2中仅包含组份I、II和III，不包含组份IV，实施例2不仅包含对照例2中的组份I、II和III，还包含组份IV，检测结果表明实施例2的组合物的Δε比对照例2的组合物的Δε大的多，导致实施例2的组合物的V10和V90均降低1伏以上，低的阈值电压可实现显示器低电压驱动。
由以上实施例1-2及对照例可知，将本液晶组分I-IV各化合物按一定比例，兼顾各项参数，得到不同的组合，可以满足不同显示模式的需要。
实施例3
按照如下质量百分比将各化合物混匀，得到液晶组合物：
Figure BDA00002888053500161
Figure BDA00002888053500171
该液晶组合物的物理参数测定结果如下：
Δn＝0.129；Δε＝28.7；CP＝102℃；V10＝1.12V；V90＝1.24V
由上可知，此组合物清亮点CP达到102℃，且具有较低的阈值(V10＝1.12V)，宽温且低阈值是液晶显示器追求的参数。
实施例4
按照如下质量百分比将各化合物混匀，得到液晶组合物：
Figure BDA00002888053500172
Figure BDA00002888053500181
该液晶组合物的物理参数测定结果如下：
Δn＝0.129；Δε＝8.1；CP＝108℃；V10＝2.01V；V90＝2.68V
由上可知，此组合物具有适中的阈值电压(V10＝2.01V)且清亮点CP达到108℃，可使液晶显示器在较宽温度下工作。
实施例5
按照如下质量百分比将各化合物混匀，得到液晶组合物：
Figure BDA00002888053500191
该液晶组合物的物理参数测定结果如下：
Δn＝0.13；Δε＝3.2；CP＝108℃；V10＝3.08V；V90＝4.16V。
由上可知，此组合物清亮点CP达到108℃，可使液晶显示器在较宽温度下工作。

Claims (10)

1.一种液晶组合物，包括组分一、组分二、组分三和组分四；
所述组分一选自式I-1至式I-4中的至少一种；
所述组分二选自式II-1至式II-5中的至少一种；
所述组分三选自式III-1至式III-3中的至少一种；
所述组分四选自式IV-1至式IV-8中的至少一种；
Figure FDA00002888053400021
Figure FDA00002888053400031
上述结构通式中，R1和R2均选自氢、氟、氯、氰基、三氟甲基、三氟甲氧基、C1-C7的烷基、C2-C5的链烯基和C1-C5的烷氧基中的至少一种；
Figure FDA00002888053400032
选自1，4-亚环己基、2，5-氧杂亚环己基、1，4-亚苯基、3-氟-1，4-亚苯基、3，5-二氟-1，4-亚苯基和单键中的至少一种；
L1、L2和L3均选自氢和氟中的任意一种；
Z均选自-COO-、-CH2CH2-、-CH2O-、-C≡C-、-CF2O-和单键中的至少一种；
n为1-3的整数。
2.根据权利要求1所述的液晶组合物，其特征在于：所述液晶组合物由所述组分一至组分四组成。
3.根据权利要求1或2所述的液晶组合物，其特征在于：所述组分一、组分二、组分三和组分四的质量比为5-65∶10-50∶2-30∶3-50。
4.根据权利要求1-3任一所述的液晶组合物，其特征在于：所述式I-1所示化合物选自如下化合物中的至少一种：
Figure FDA00002888053400033
所述式I-2所示化合物选自如下化合物中的至少一种：
Figure FDA00002888053400034
所述式I-3所示化合物为
Figure FDA00002888053400035
所述式I-4所示化合物为
Figure FDA00002888053400036
所述式II-1所示化合物选自如下化合物中的至少一种：
Figure FDA00002888053400037
所述式II-2所示化合物选自如下化合物中的至少一种：
Figure FDA00002888053400038
Figure FDA00002888053400041
所述式II-3所示化合物选自如下化合物中的至少一种：
Figure FDA00002888053400042
所述式II-4所示化合物选自如下化合物中的至少一种：
所述式II-5所示化合物选自如下化合物中的至少一种：
Figure FDA00002888053400044
所述式III-1所示化合物选自如下化合物中的至少一种：
Figure FDA00002888053400045
所述式III-2所示化合物选自如下化合物中的至少一种：
Figure FDA00002888053400046
所述式III-3所示化合物为
Figure FDA00002888053400051
所述式IV-1所示化合物选自如下化合物中的至少一种：
Figure FDA00002888053400052
所述式IV-5所示化合物为
Figure FDA00002888053400053
所述式IV-6所示化合物为
Figure FDA00002888053400054
所述式IV-8所示化合物选自如下化合物中的至少一种：
Figure FDA00002888053400055
5.根据权利要求1-4任一所述的组合物，其特征在于：所述液晶组合物为由如下质量份的各化合物组成的组合物I-V中的任意一个；
所述组合物I中各化合物的结构式及质量份如下：
Figure FDA00002888053400056
Figure FDA00002888053400061
所述组合物II中各化合物的结构式及质量份如下：
Figure FDA00002888053400062
所述组合物III中各化合物的结构式及质量份如下：
Figure FDA00002888053400063
Figure FDA00002888053400071
所述组合物IV中各化合物的结构式及质量份如下：
Figure FDA00002888053400072
Figure FDA00002888053400081
所述组合物V中各化合物的结构式及质量份如下：
6.含有权利要求1-5任一所述液晶组合物的光电液晶材料。
7.权利要求1-5任一所述液晶组合物在制备光电液晶材料中的应用。
8.含有权利要求7所述光电液晶材料的有源矩阵或无源矩阵薄膜晶体管驱动的液晶显示元件；
权利要求7所述光电液晶材料在制备有源矩阵或无源矩阵薄膜晶体管驱动的液晶显示元件中的应用。
9.根据权利要求8所述的液晶显示元件或应用，其特征在于：所述有源矩阵或无源矩阵薄膜晶体管驱动的液晶显示元件均为显示器。
10.根据权利要求9所述的液晶显示元件或应用，其特征在于：所述显示器的显示模式为TN模式、STN模式、ECB模式或IPS模式，且驱动方式为有源矩阵模式或无源矩阵模式。
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