CN103254908A

CN103254908A - 包含(3,3,0)双环辛烷类单体的正介电液晶混合物

Info

Publication number: CN103254908A
Application number: CN2013101655082A
Authority: CN
Inventors: 华瑞茂; 夏治国; 丰景义; 韩耀华
Original assignee: Shijiazhuang Chengzhi Yonghua Display Material Co Ltd
Current assignee: Beijing Chengzhi Yonghua Technology Co ltd
Priority date: 2013-05-07
Filing date: 2013-05-07
Publication date: 2013-08-21
Anticipated expiration: 2033-05-07
Also published as: CN103254908B

Abstract

本发明公开了一种包含(3,3,0)双环辛烷类单体的正介电液晶混合物，包含有下列重量百分比为5%～35%的通式Ⅰ的化合物、10%-60%的通式Ⅱ的化合物、5%-35%的通式Ⅲ的化合物、5%-30%的通式Ⅳ的化合物、5%-30%的通式Ⅴ的化合物，及在此基础上的0～0.2%的旋光性化合物。它具有高电荷保持率、低功耗、低旋转粘度、响应时间快的特点，用于有源矩阵电光学元件和液晶显示器中，可用于制造快速响应的TFT-LCD。

Description

包含(3,3,0)双环辛烷类单体的正介电液晶混合物

技术领域

本发明涉及一种液晶混合物，尤其是指一种包含新型(3,3,0)双环辛烷类单体的正介电液晶组合物。

背景技术

液晶显示元件根据显示方式分为下列模式：扭曲向列相（TN）模式、超扭曲向列相（STN）模式、共面模式（IPS）、垂直配向（VA）模式。无论何种显示模式均需要液晶组合物具有化学、物理性质稳定，粘度低，具有合适的△ε、合适的拆射率△n，并且与其他液晶化合物的相溶性要好。

随着九十年代初TFT技术的成熟，彩色液晶平板显示器迅速发展，不到10年的时间，TFT-LCD迅速成长为主流显示器，TFT-LCD的优点有很多，主要优点有：使用特性好，可以低压应用，低功耗，轻薄能够平板化，显示质量好，具有高彩色保真度，高亮度，高对比度，高响应速度的优点，显示方式可以有直视型、投影型、透视式和反射式等多种显示方式。TFT-LCD无辐射、无闪烁，对使用者的健康无损害，特别是TFT-LCD电子书刊的出现，将把人类带入无纸办公、无纸印刷时代，引发人类学习、传播和记栽文明方式的革命。TFT-LCD还具有适用范围宽的优点，从-20℃到50℃的温度范围内都可以正常使用，经过温度加固处理的TFT-LCD低温工作温度可达到零下80℃。

液晶材料作为液晶显示器重要的光电子材料之一，对改善液晶显示器的性能发挥重要的作用，液晶组合物本身应具有高电荷保持率、高电阻率、低离子浓度、低功耗、低旋转粘度。作为液晶材料，需要具有良好的化学和热稳定性以及对电场和电磁辐射的稳定性。而作为薄膜晶体管技术（TFT-LCD）用液晶材料，除需要具有如上稳定性外，还应具有较宽的向列相温度范围、合适的双折射率各向异性、非常高的电阻率、良好的抗紫外线性能、高电荷保持率以及低蒸汽压等性能。任何的显示用液晶组合物都要求有较宽的液晶态温度，较高的稳定性，比较适合的粘度，对电场有较快的响应速度。但是目前为止还没有任何单一的液晶材料单独用在液晶显示器中，而不用开发其它性能特性的组合物就能够满足性能要求。因此，不断开发新的性能优异的液晶材料对液晶显示发展具有重要的意义。

在液晶分子中引入一个二氟亚甲氧基桥（-CF₂O-）后，会使它的向列相温度范围很大程度的扩大，同时旋转粘度γ₁也有所降低。另外由于二氟亚甲氧基桥（-CF₂O-）的偶极矩的贡献，端基氟原子的偶极矩也有一定程度的提高，从而使液晶分子的介电各向异性△ε有所增加。德国默克和日本智索公司已经公开了一些具有不同取代基的具有二氟亚甲氧基桥（-CF₂O-）的液晶化合物（CN1717468A，CN101143808A，CN101157862A等），并用于液晶组合物中。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是提供一种正介电液晶混合物，它具有高电荷保持率、低功耗、低旋转粘度、响应时间快的特点，适用于有源矩阵电光学元件和液晶显示器中，可用于制造快速响应的TFT-LCD。

为解决上述技术问题本发明所采取的技术方案是：

一种包含(3,3,0)双环辛烷类单体的正介电液晶混合物，包括有下列重量百分比为1～40%的通式Ⅰ的化合物、重量百分比为1～70%的通式Ⅱ的化合物、重量百分比为1～40%的通式Ⅲ的化合物、重量百分比为0～40%的通式Ⅳ的化合物、重量百分比为0～40%通式Ⅴ的化合物，

其中，R₁、R₂、R₇、X₄、X₇、R₈分别为下列基团的其中一种：H、Cl、F、CN、OCN、OCF₃、CF₃、CHF₂、CH₂F、OCHF₂、SCN、NCS、SF₅、1～15个碳原子的烷基、1～15个碳原子的烷氧基、2～15个碳原子的烯基、2～15个碳原子的烯氧基，或者1～15个碳原子的烷基、1～15个碳原子的烷氧基、2～15个碳原子的烯基、2～15个碳原子的烯氧基中的一个或多个-CH₂-被-CH=CH-、-C≡C-、-COO-、-OOC-、环丁烷、环戊烷、-O-或-S-替代且替代后以氧原子不直接相连的形式所形成的基团，或者1～15个碳原子的烷基、1～15个碳原子的烷氧基、2～15个碳原子的烯基、2～15个碳原子的烯氧基中的一个或多个氢被氟或氯取代后的基团；

X₁、X₂、X₃、X₅、X₆分别为H原子或氟原子；

R₃、R₄、R₅、R₆分别为下列基团的其中一种：H原子、1～10个碳原子的烷基、1～10个碳原子的烷氧基、2～10个碳原子的链烯基、3～8个碳原子链烯氧基，或者1～10个碳原子的烷基、1～10个碳原子的烷氧基、2～10个碳原子的链烯基、3～8个碳原子的链烯氧基中的任意H原子被氟原子取代后的基团；

Z₁、Z₂、Z₃分别为单键或者分别为下列基团的其中一种：-CH₂-、-CH₂-CH₂-、-(CH₂)₃-、-(CH₂)₄-、-CH=CH-、-C≡C-、-COO-、-OOC-、-CF₂O-、-OCH₂-、-CH₂O-、-OCF₂-、-CF₂CH₂-、-CH₂CF₂-、-C₂F₄-、-CF＝CF-；

A₁、A₂、A₃、A₄、A₅、A₆、A₇、A₈、A₉、A₁₀、A₁₁分别为单键或分别为下列基团的其中一种：

a、b、d、e、f、g、h、i分别为0、1、2、3，c为1或2，并且a+b+c≤5。

本发明的进一步改进在于：液晶混合物中在通式Ⅰ、通式Ⅱ、通式Ⅲ、通式Ⅳ、通式Ⅴ的化合物的重量百分比之和为100%的基础上再加入0～0.2%的旋光性化合物。

本发明的进一步改进在于：液晶混合物中所述通式Ⅰ的化合物的重量百分比为5%～35%，所述通式Ⅱ的化合物的重量百分比为10%-60%，通式Ⅲ的化合物的重量百分比为5%-35%，通式Ⅳ的化合物的重量百分比为5%-30%，通式Ⅴ的化合物的重量百分比为5%-30%。

由于采用了上述技术方案，本发明所取得的技术进步在于：

本发明将(3,3,0)双环辛烷类二氟亚甲氧桥醚类单体应用在液晶组合物中，开发出的液晶组合物具有十分突出、优异的性能。对开发高端TFT显示用液晶材料意义重大。

通式Ⅰ代表的化合物具有液晶单体化合物所必需的一般物理性质，对光、热稳定，较宽的向列相，与其他化合物相溶性好，尤其是此化合物具有低旋转粘度γ₁和大介电各向异性（△ε>0）的特性。可以有效地降低混合液晶的阈值电压，同时加快响应时间，改善混合液晶的低温互溶性。

本发明的液晶组合物可采用常规方法将两种或多种液晶化合物混合进行生产，如可以用在高温下混合不同组分并彼此溶解的方法制备，将液晶组合物溶解在溶剂中并混合，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制备方法制备。

本发明的向列相型液晶组合物性能优异，具有非常低的总响应时间，具有较低的电压，高的电阻率及电压保持率。通过对各个组分含量的调整，本发明的向列相型液晶组合物可以具有不同阈值电压和双折射特性，可以做成通常所需要的各个体系，便于在不同液晶盒厚和不同驱动电压下使用。本发明的液晶混合物在高温后仍能表现出高的电阻率，具有优异的高温和紫外稳定性能。同时，还具有低粘度、快响应时间、适当的光学各向异性和适当的介电各向异性，可应到具有有源矩阵寻址的光电显示器中，优选通过薄膜晶体管（TFT）的矩阵寻址，特别适用于制造快速响应的有源矩阵TN-TFT、IPS-TFT液晶显示元件和液晶显示器。

具体实施方式

本具体实施方式中所用的方法和材料如无特别说明均为本领域的常规方法和经过公开商业途径而得，所得到的液晶化合物应符合电子类化合物标准。

本发明中所涉及到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；S-N表示液晶的晶态到向列相的熔点（℃）；△n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，25℃。△ε为介电各向异性，△ε=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；5.2微米TN左旋盒。τ：响应时间[ms]，的测试仪器为DMS-501，测试条件为25±0.5℃，测试盒5.2微米TN左旋盒。V₁₀为液晶的光学阈值电压[v]，V₉₀为液晶的饱和电压值[v]，测试条件为5.2微米TN左旋盒，25℃。γ₁：旋转粘度[mPa·s],测试条件为25±0.5℃。

一种包含(3,3,0)双环辛烷类单体的正介电液晶混合物，包含有下列通式Ⅰ的化合物、通式Ⅱ的化合物、通式Ⅲ的化合物、通式Ⅳ的化合物、通式Ⅴ的化合物，

Ⅰ～Ⅴ中各符号、字母表示的意义如下：

R₁、R₂、R₇、X₄、X₇、R₈分别为下列基团的其中一种：H、Cl、F、CN、OCN、OCF₃、CF₃、CHF₂、CH₂F、OCHF₂、SCN、NCS、SF₅、1～15个碳原子的烷基、1～15个碳原子的烷氧基、2～15个碳原子的烯基、2～15个碳原子的烯氧基，或者1～15个碳原子的烷基、1～15个碳原子的烷氧基、2～15个碳原子的烯基、2～15个碳原子的烯氧基中的一个或多个-CH₂-被-CH=CH-、-C≡C-、-COO-、-OOC-、环丁烷、环戊烷、-O-或-S-替代且替代后以氧原子不直接相连的形式所形成的基团，或者1～15个碳原子的烷基、1～15个碳原子的烷氧基、2～15个碳原子的烯基、2～15个碳原子的烯氧基中的一个或多个氢被氟或氯取代后的基团。

X₁、X₂、X₃、X₅、X₆分别为H原子或氟原子。

R₃、R₄、R₅、R₆分别为下列基团的其中一种：H原子、1～10个碳原子的烷基、1～10个碳原子的烷氧基、2～10个碳原子的链烯基、3～8个碳原子链烯氧基，或者1～10个碳原子的烷基、1～10个碳原子的烷氧基、2～10个碳原子的链烯基、3～8个碳原子的链烯氧基中的任意H原子被氟原子取代后的基团。

Z₁、Z₂、Z₃分别为单键或者分别为下列基团的其中一种：-CH₂-、-CH₂-CH₂-、-(CH₂)₃-、-(CH₂)₄-、-CH=CH-、-C≡C-、-COO-、-OOC-、-CF₂O-、-OCH₂-、-CH₂O-、-OCF₂-、-CF₂CH₂-、-CH₂CF₂-、-C₂F₄-、-CF＝CF-。

本发明的的(3,3,0)双环辛烷类单体的正介电液晶混合物由上述通式Ⅰ～Ⅴ的化合物混合而成，混合物中所述通式的化合物的重量百分比为1～40%，所述通式Ⅱ的化合物的重量百分比为1～70%，通式Ⅲ的化合物的重量百分比为1～40%，通式Ⅳ的化合物的重量百分比为0～40%，通式Ⅴ的化合物的重量百分比为0～40%；并且在通式Ⅰ、通式Ⅱ、通式Ⅲ、通式Ⅳ、通式Ⅴ的化合物的重量百分比之和为100%的基础上加入0～0.2%的旋光性化合物。

本发明的(3,3,0)双环辛烷类单体的正介电液晶混合物进一步精确的配比为：液晶混合物中所述通式Ⅰ的化合物的重量百分比为5%～35%，所述通式Ⅱ的化合物的重量百分比为10%-60%，通式Ⅲ的化合物的重量百分比为5%-35%，通式Ⅳ的化合物的重量百分比为5%-30%，通式Ⅴ的化合物的重量百分比为5%-30%。

本发明的(3,3,0)双环辛烷类单体的正介电液晶混合物的通式Ⅰ可以优选下列化合物的一种或多种：

Ⅰ-a～Ⅰ-h中，R₁为下列基团的其中一种：H原子、1～10个碳原子的烷基、1～10个碳原子的烷氧基、2～10个碳原子的链烯基、3～8个碳原子链烯氧基，或者1～10个碳原子的烷基、1～10个碳原子的烷氧基、2～10个碳原子的链烯基、3～8个碳原子的链烯氧基中的任意H原子被氟原子取代后的基团。

本发明的(3,3,0)双环辛烷类单体的正介电液晶混合物的通式Ⅱ可以优选下列化合物的一种或多种：

Ⅱ-a～Ⅱ-i中，R₃、R₄分别为下列基团的其中一种：1～10个碳原子的烷基、1～10个碳原子的烷氧基、2～10个碳原子的链烯基、3～8个碳原子的链烯氧基，或者1～10个碳原子的烷基、1～10个碳原子的烷氧基、2～10个碳原子的链烯基、3～8个碳原子的链烯氧基中的任意H原子被氟原子取代后的基团。

本发明的通式Ⅲ可以优选下列化合物的一种或多种：

上述Ⅲ-a～Ⅲ-l中，R₅为下列基团的其中一种：1～10个碳原子的烷基、1～10个碳原子的烷氧基、2～10个碳原子的链烯基、3～8个碳原子的链烯氧基，或者1～10个碳原子的烷基、1～10个碳原子的烷氧基、2～10个碳原子的链烯基、3～8个碳原子的链烯氧基中的任意H原子被氟原子取代后的基团。

本发明的通式Ⅳ可以优选下列化合物的一种或多种：

其中，R₅、R₆分别为下列基团的其中一种：1～10个碳原子的烷基、1～10个碳原子的烷氧基、2～10个碳原子的链烯基、3～8个碳原子链烯氧基，或者1～10个碳原子的烷基、1～10个碳原子的烷氧基、2～10个碳原子的链烯基、3～8个碳原子的链烯氧基中的任意H原子被氟原子取代后的基团。

本发明的通式Ⅴ可以优选下列化合物的一种或多种：

式Ⅴ-a～Ⅴ-q中，R₈为下列基团的其中一种：H原子、1～10个碳原子的烷基、1～10个碳原子的烷氧基、2～10个碳原子的链烯基、3～8个碳原子链烯氧基，或者1～10个碳原子的烷基、1～10个碳原子的烷氧基、2～10个碳原子的链烯基、3～8个碳原子的链烯氧基中的任意H原子被氟原子取代后的基团。

基于以上基础，本发明的(3,3,0)双环辛烷类单体的正介电液晶混合物可以进一步优选下列属于通式Ⅰ到通式Ⅴ的化合物中一种或多种：

下面通过实施例1～7对本发明做进一步详细说明。分别通式Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ所示的化合物以及旋光化合物，按照规定的配比，采用本领域的常规方法如采取加热、超声波、悬浮等方式，配制成实施例1～7的液晶组合物，具体的配比如表1～7所示。然后将配制的液晶混合物填充于液晶显示器两基板间进行性能测试，所得的液晶组合物的性能参数也列于相应的表中。表1～7对应实施例1～7。

表1实施例1的液晶组合物配方及其测试性能参数

实施例1的液晶组合物具有的性能参数十分适合TN-TFT显示器使用。

表2实施例2的液晶组合物配方及其测试性能参数

实施例2的液晶组合物具有的性能参数十分适合TN-TFT显示器使用。

表3实施例3的液晶组合物配方及其测试性能参数

实施例3的液晶组合物具有的性能参数十分适合TN-TFT显示器使用。

表4实施例4的液晶组合物配方及其测试性能参数

实施例4的液晶组合物具有的性能参数十分适合TN-TFT显示器使用。

表5实施例5的液晶组合物配方及其测试性能参数

实施例5的液晶组合物十分适合TN-TFT或IPS-TFT显示器使用。

表6实施例6的液晶组合物配方及其测试性能参数

实施例6的液晶组合物十分适合TN-TFT或IPS-TFT显示器使用。

表7实施例7的液晶组合物配方及其测试性能参数

实施例7的液晶组合物十分适合TN-TFT或IPS-TFT显示器使用。

虽然，本发明虽然仅仅列举了上述8个实施例的具体物质和配比质量百分比，并对组成的液晶组合物的性能进行了测试，但它们是本发明的代表例，本发明的液晶组合物可以在上述实施例的基础上，利用本发明所涉及的通式I、II、III、IV、Ⅴ所代表的化合物、以及通式I、II、III、IV、Ⅴ的优选的化合物进行进一步拓展和修改，均能达到本发明的目的。

Claims

1.一种包含(3,3,0)双环辛烷类单体的正介电液晶混合物，其特征在于：包括有下列重量百分比为1～40%的通式Ⅰ的化合物、重量百分比为1～70%的通式Ⅱ的化合物、重量百分比为1～40%的通式Ⅲ的化合物、重量百分比为0～40%的通式Ⅳ的化合物、重量百分比为0～40%通式Ⅴ的化合物，

其中，

R₁、R₂、R₇、X₄、X₇、R₈分别为下列基团的其中一种：H、Cl、F、CN、OCN、OCF₃、CF₃、CHF₂、CH₂F、OCHF₂、SCN、NCS、SF₅、1～15个碳原子的烷基、1～15个碳原子的烷氧基、2～15个碳原子的烯基、2～15个碳原子的烯氧基，或者1～15个碳原子的烷基、1～15个碳原子的烷氧基、2～15个碳原子的烯基、2～15个碳原子的烯氧基中的一个或多个-CH₂-被-CH=CH-、-C≡C-、-COO-、-OOC-、环丁烷、环戊烷、-O-或-S-替代且替代后以氧原子不直接相连的形式所形成的基团，或者1～15个碳原子的烷基、1～15个碳原子的烷氧基、2～15个碳原子的烯基、2～15个碳原子的烯氧基中的一个或多个氢被氟或氯取代后的基团；

X₁、X₂、X₃、X₅、X₆分别为H原子或氟原子；

2.根据权利要求1所述的包含(3,3,0)双环辛烷类单体的正介电液晶混合物，其特征在于：液晶混合物中在通式Ⅰ、通式Ⅱ、通式Ⅲ、通式Ⅳ、通式Ⅴ的化合物的重量百分比之和为100%的基础上再加入0～0.2%的旋光性化合物。

3.根据权利要求2所述的包含(3,3,0)双环辛烷类单体的正介电液晶混合物，其特征在于：液晶混合物中所述通式Ⅰ的化合物的重量百分比为5%～35%，所述通式Ⅱ的化合物的重量百分比为10%-60%，通式Ⅲ的化合物的重量百分比为5%-35%，通式Ⅳ的化合物的重量百分比为5%-30%，通式Ⅴ的化合物的重量百分比为5%-30%。

4.根据权利要求1～3任一项所述的包含(3,3,0)双环辛烷类单体的正介电液晶混合物，其特征在于：所述通式Ⅰ的化合物为下列化合物的一种或多种：