CN103242857B - 一种液晶组合物 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种液晶组合物，由下列成分按重量百分比配制而成：第一成分：10%～50%，第二成分：20%～80%，第三成分：1%～20%，第四成分：1%～25%，各成分的重量百分比之和为100%；该液晶组合物的光学双折射△n在0.096-0.120范围内，具有正介电各向异性、低阈值电压和高电压保持率，由含有本发明的液晶组合物构成的液晶显示元件，电压保持率高，响应速度快，生产成本较低，适用于主动矩阵薄膜晶体管（AM‐TFT）驱动，可工作于扭曲向列（TN）模式或面内转换（IPS）模式。

Description

一种液晶组合物

技术领域

本发明属于液晶材料技术领域，具体的说，涉及一种液晶组合物。

背景技术

液晶显示在许多领域用途极为广泛，在日常生活以及国防现代化建设中发挥着不可替代的作用，是我国重点支持发展的高新技术产业。它是利用液晶材料本身所具备的光学各向异性和介电各向异性的特点在辅以其它材料来进行工作的。利用液晶材料不同的特性和工作方式，可以将器件设计成种不同的工作模式，其中常规显示器普遍使用的有TN模式（扭曲向列相模式）、STN模式（超扭曲向列模式），G-H模式(宾主模式)，DAP模式SBE模式（超扭曲双折射），ECB模式（电控双折射），VA模式（垂直排列），IPS模式（面内转换）等。工作在TN,STN,SBE模式的元件一般使用正介电各向异性液晶，而工作在ECB,VA模式的元件则使用负介电各向异性液晶，IPS模式即可使用介电各向异性液晶，也可使用负介电各向异性液晶。

随着社会的发展和人民生活水平的提高，人民对精神生活的要求也越来越高，对液晶显示的要求是多样化的，大尺寸，高清晰，快响应显示元件也越来越受到人们的关注，而为了达到上述要求必须采用有源矩阵（AM）方式驱动，目前较多的是采用薄膜晶体管（TFT）来进行驱动。在AM-TFT元件中，液晶材料作为介质和液晶盒组成一个电容，但是实际应用时，这个电容无法将电压保持到下一次更新画面。这时就需要在每个像素点上设计一个场效应开关管，在处于导通的有限时间内TFT开关打开对像素电极进行充电，关闭时TFT对电容进行充电，直至下一周期中再被寻址。像素点的放电速度取决于电极容量和电极间介电材料的电阻率，这就要求液晶材料有较高的电阻率、有合适的介电常数。

随着液晶显示技术的不断发展，新的显示模式对液晶材料参数的要求也在不断提高。液晶显示元件一方面要求显示效果趋于完美，要求低功耗、宽视角、高对比度、快速响应等；一方面也要求适合更多场合下的应用。

而为了满足这些要求，就需要开发性能特别优异的液晶组合物。对于目前许多液晶显示器件改进响应时间和降低功耗是必须的。这就需要开发出适于低电压驱动、低粘度的液晶组合物，特别是低的旋转粘度。这类液晶组合物在很多文献都有报道，例如文献CN200910074299.4、CN201010624026.5和CN201110439042.1等。但是这些文献的液晶组合物有的使用了含二氟甲醚桥键的单体化合物不利于工业化生产，有的液晶组合物阈值电压过高，介电相对较小不利于低电压驱动，因此研究一种低成本快速响应的液晶组合物就很有必要。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种低成本、适于低电压驱动的、粘度较低、响应速度快、能够长时间稳定可靠工作，具有合适的双折射各向异性的液晶组合物，适用于主动矩阵薄膜晶体管（AM‐TFT）驱动或者半透返模式的TFT驱动显示，以及在扭曲向列模式或面内转换模式下工作的液晶显示元件。

为了实现上述任务，本发明所采取的技术方案是：

一种液晶组合物，其特征在于，由下列成分按重量百分比配制而成：第一成分：10%～50%，第二成分：20%～80%，第三成分：1%～20%，第四成分：1%～25%，各成分的重量百分比之和为100%；其中：

第一成分为如下通式（I）所示的化合物：

第二成分为如下通式（II）所表示的化合物：

第三成分为如下通式（III）所表示的化合物：

第四成分为如下通式（IV）所表示的化合物：

其中，R₁～R₅是含有1～12个碳原子的烷基或烷氧基，或含有2～10个碳原子的链烯基，这些基团中有一个或多个-CH₂-基被-Ο-或-S-取代，这些-Ο-原子不直接彼此连接；所有的1,4-环己基为反式构型；L₁～L₁₂各自为H或F；Y₁、Y₂、Y₃为F、Cl、OCF₃、CHF₂或1-10个碳原子的烷基或烷氧基；中的一种；Z为单键或-CH₂CH₂-。

按照本发明，上述优选的液晶组合物由下列成分按重量百分比配制而成：第一成分：20%～40%，第二成分：30%～70%，第三成分：2%～15%，第四成分：2%～20%，各成分的重量百分比之和为100%。

进一步地，所述R₁、R₂、R₄是含有1～5个碳原子的烷基或烷氧基；R₃为含有2～5个碳原子的链烯基或含有1～5个碳原子的烷基或烷氧基。

所述Y₁、Y₂为F、OCF₃、1～10个碳原子的烷基或烷氧基；Y₃为F。

所述

本发明的液晶组合物，取得的技术进步在于：

所构成液晶组合物的单体化合物中不含酯基，炔等易吸附杂质离子以及引起光化学稳定性降低的官能团，可以确保材料的高的电荷保持率（VHR）和低的离子浓度（ION），这对TFT液晶显示元件来说极其重要，是保证元件能够长时间保持稳定可靠工作的基础，另外，该液晶组合物相对于其它光学各向异性液晶组合物的另一巨大优势在于不含有二氟甲醚桥键化合物，能够确保较低的生产成本，对于液晶材料的国产化具有十分重要的意义。

本发明的液晶组合物的合成方法相对成熟，产品品质相对较高，生产成本较低，清亮点一般不低于70℃，光学双折射△n在0.096-0.120范围内，具有正介电各向异性、低阈值电压和高电压保持率，介电各向异性大，还具有宽的向列相温度范围，特别是高电阻率，低粘度，高稳定性等特征。大的介电各向异性和低粘度的特征，对降低驱动电压，降低功耗，以及提高器件的响应速度非常有利，是一种理想的液晶材料。由含有本发明的液晶组合物构成的液晶显示元件，电压保持率高，响应速度快，生产成本较低，适用于主动矩阵薄膜晶体管（AM‐TFT）驱动，可工作于扭曲向列（TN）模式或面内转换（IPS）模式。

具体实施方式

为了使本发明所述目的、优点更容易理解，下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明的液晶组合物，由下列成分按重量百分比配制而成：第一成分：10%～50%，第二成分：20%～80%，第三成分：1%～20%，第四成分：1%～25%，各成分的重量百分比之和为100%；其中：

第一成分为如下通式（I）所示的化合物：

第二成分为如下通式（II）所表示的化合物：

第三成分为如下通式（III）所表示的化合物：

第四成分为如下通式（IV）所表示的化合物：

其中，R₁～R₅是含有1～12个碳原子的烷基或烷氧基，或含有2～10个碳原子的链烯基，这些基团中有一个或多个-CH₂-基被-Ο-或-S-取代，这些-Ο-原子不直接彼此连接；所有的1,4-环己基为反式构型；L₁～L₁₂各自为H或F；Y₁、Y₂、Y₃为F、Cl、OCF₃、CHF₂或1-10个碳原子的烷基或烷氧基；中的一种；Z为单键或-CH₂CH₂-。

本实施例中，一个优选的例子是，液晶组合物中的各成分的重量百分含量为：第一成分20%～40%，第二成分30%～70%，第三成分2%～15%，第四成分2%～20%。

第一成分为由式Ia～Id化合物任意一种或多种以任意比例配制而成的混合物：

其中R₁₁～R₁₆是含有1～5个碳原子的直链烷基。

第二成分为由式IIa～IId化合物任意一种或多种以任意比例配制而成的混合物：

其中R₂₃、R₂₄是含有1～5个碳原子的直链烷基。R₂₂，R₂₅是含有1～4个碳原子的链烯基或1～5个碳原子的直链烷基，L₁₃～L₁₆相互独立的为H或F。

第三成分为由式IIIa～IIIb化合物任意一种或多种以任意比例配制而成的混合物：

其中R₃₁，R₃₂为含有1～5个碳原子的直链烷基，L₁₇～L₂₄为相互独立的H或F。

第四组分由式IV化合物任意一种或多种以任意比例配制而成的混合物：

其中的R5优选为含有1～5个碳原子的烷基或烷氧基，L₉～L₁₂为相互独立的H或F。

本实施例中，R₁、R₄是含有1～5个碳原子的烷基或烷氧基，R₂、R₃为含有2～5个碳原子的链烯基或含有1～5个碳原子的烷基或烷氧基。

Y₁、Y₂、Y₃为F、OCF₃或甲基。

Z为单键或-CH₂CH₂-。

液晶组合物的制备可通过加热熔融法完成。即根据性能要求，将几种或十几种计量过的，相互混溶的单体液晶置于硬质高硼硅玻璃瓶中，在氮气保护下，升温，以电磁搅拌或机械搅拌至呈熔融清亮均一透明溶液止，再继续搅拌20～30分钟，使物料彻底均匀混合。停止加热。在搅拌下减压脱气；随温度的降低，真空度提升，直至温度冷却到室温时，停止搅拌，继续抽空至未见气泡出现为止。

在氮气保护下，用砂芯漏斗将混合液晶过滤至清洁干燥硬质高硼硅抽滤瓶中；滤毕，将混合液晶转至高硼硅结晶皿中，接着将该结晶皿置于耐压真空干燥器中，继续减压脱气至未见微小气泡出现为止。

然而，也可根据溶液混合法制备。即在干燥氮氛保护下，将欲混溶的几种或十几种计量过的单体液晶，加入一种在室温或升温下能溶解这些液晶的溶剂中，搅拌至各单体液晶溶解为均一清澈、溶液后，继续于室温或加热条件下，搅拌20～30分钟。减压，搅拌，将溶剂除尽至未见气泡冒出时，停止搅拌，继续脱气2h以上，未见气泡溢出时止。

按上述任何一种方法所制备的液晶组合物的物理参数为：清亮点一般不低于70℃，光学各向异性值在0.096～0.120介电各向异性6.0～8.75范围内。

当然，本实施例的液晶组合物，还可包含通常浓度的并且被本领域技术人员所熟知的添加剂和手性掺杂剂，使之能用于任何至今所公开的液晶显示类型。这些另外的成分的总浓度为0～10%，优选0.1%～5%。

采用本实施例的液晶组合物，可以制成液晶显示元件，包含两个相互平行的基板与框架共同形成的液晶盒和贴在液晶盒外面的偏光片，液晶盒中填充有上述液晶组合物。该液晶显示元件优选主动矩阵TFT驱动，可工作于扭曲TN模式或面内转换IPS模式。

在以下的实施例中，百分比为质量百分比，温度的单位为摄氏度，△n表示光学各向异性（589nm，25℃），Δε表示介电各向异性（25℃，1K HZ）η(20℃)，V₁₀表示电光曲线中相对透过率为10%的电压，V₉₀表示电光曲线中相对透过率为90%的电压，K11代表展曲弹性常数（25℃)，K33代表弯曲弹性常数（25℃)。响应时间用Rt表示，测试其透过率从10%至90%和90%至10%一个周期内总变化时间即Rt=ton+toff(ms)。

以下是发明人给出的代表性实施例，但本发明不仅限于这几种混合液晶组合物。

实施例1：

本实施例采用下表给出的液晶组合物和实现的性能。

实施例2：

本实施例采用下表给出的液晶组合物和实现的性能。

实施例3：

本实施例采用下表给出的液晶组合物和实现的性能。

实施例4：

本实施例采用下表给出的性能液晶组合物和实现的性能。

实施例5：

本实施例采用下表给出的液晶组合物和实现的性能。

实施例6：

本实施例采用下表给出的液晶组合物和实现的性能。

实施例7：

本实施例采用下表给出的液晶组合物和实现的性能。

实施例8：

本实施例采用下表给出的液晶组合物和实现的性能。

实施例9：

本实施例采用下表给出的液晶组合物和实现的性能。

实施例10：

本实施例采用下表给出的液晶组合物和实现的性能。

实施例11：

本实施例采用下表给出的液晶组合物和实现的性能。

实施例12

本实施例采用下表给出的液晶组合物和实现的性能。

Claims (7)

1.一种液晶组合物，其特征在于，由下列成分按重量百分比配制而成：第一成分：10％～50％，第二成分：20％～80％，第三成分：1％～20％，第四成分：1％～25％，各成分的重量百分比之和为100％；其中：

第一成分为如下通式(Ia和Ib)所示的化合物：

第二成分为如下通式(II)所表示的化合物：

第三成分为如下通式(III)所表示的化合物：

第四成分为如下通式(IV)所表示的化合物：

其中，R₁₁和R₁₂是含有1～5个碳原子的直链烷基，R₃～R₅是含有1～12个碳原子的烷基或烷氧基，或含有2～10个碳原子的链烯基，这些基团中有一个或多个-CH₂-基被-Ο-或-S-取代，这些-Ο-原子不直接彼此连接；所有的1,4-环己基为反式构型；L₁～L₁₂各自为H或F；Y₁、Y₂、Y₃为F、Cl、OCF₃、CHF₂；Z为单键。

2.如权利要求1所述的液晶组合物，其特征在于，由下列成分按重量百分比配制而成：第一成分：20％～40％，第二成分：30％～70％，第三成分：2％～15％，第四成分：2％～20％，各成分的重量百分比之和为100％。

3.如权利要求1或2所述的液晶组合物，其特征在于，所述R₄是含有1～5个碳原子的烷基或烷氧基，R₃为含有2～5个碳原子的链烯基或含有1～5个碳原子的烷基或烷氧基。

4.如权利要求1或2所述的液晶组合物，其特征在于，所述的Y₁、Y₂、Y₃为F或OCF₃。

5.如权利要求1或2所述的液晶组合物，其特征在于，所述第二成分为由式IIa～IIc化合物任意一种或多种以任意比例配制而成的混合物：

其中R₂₃、R₂₄是含有1～5个碳原子的直链烷基，R₂₂是含有1～4个碳原子的链烯基或1～5个碳原子的直链烷基，L₁₃～L₁₆相互独立的为H或F。

6.如权利要求1或2所述的液晶组合物，其特征在于，所述第三成分为由式IIIa化合物任意一种或多种以任意比例配制而成的混合物：

其中R₃₁为含有1～5个碳原子的直链烷基，L₁₇～L₂₀为相互独立的H或F。

7.如权利要求1或2所述的液晶组合物，其特征在于，所述第四组分为由式IV化合物任意一种或多种以任意比例配制而成的混合物：

其中，R5为含有1～5个碳原子的烷基或烷氧基，L₉～L₁₂为相互独立的H或F。