CN103254909A - 包含双环辛烷的液晶组合物 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种包含双环辛烷的液晶组合物，属于液晶显示材料领域。包括1～40%通式I所示的A组分的介电正性化合物、2～40%通式II和/或通式III所示的B组分的介电正性化合物、10～80%通式IV所示的C组分的介电中性化合物，同时另外添加所述液晶组合物质量之和的0～0.5%的旋光性化合物。本发明具有低粘度、快响应时间、适当的光学，良好的各向异性和适当的介电各向异性，特别适用于制造快速响应的有源矩阵TN-TFT，IPS-TFT或FFS液晶显示元件和液晶显示器。

Description

包含双环辛烷的液晶组合物
技术领域
本发明涉及一类液晶材料，具体的是指一种包含双环辛烷化合物的介电正性的液晶介质，这些介质应用到液晶显示器中，特别是有源矩阵显示器，尤其是应用于TN、IPS和FFS显示器。
技术背景
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有以下特性：（1）化学，物理性质稳定；（2）粘度低；（3）具有合适的△ε；（4）合适的拆射率△n；（5）与其他液晶化合物的相溶性好。
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，这与它具有的优点是分不开的。其优点主要分为5点：一、使用特性好，低压应用，低驱动电压；平板化，又轻薄，节省了大量原材料和使用空间；低功耗；显示质量从最简单的单色字符图形到高分辨率，高彩色保真度，高亮度，高对比度，高响应速度的各种规格型号的视频显示器；其显示方式有直视型，投影型，透视式和反射式等多种显示方式。二环保特性好。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。三适用范围宽：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℃。既可作为移动终端显示，台式终端显示，又可以作大屏幕投影电视，是性能优良的全尺寸视频显示终端。四制造技术的自动化程度高。五TFT-LCD易于集成化和更新换代。
基于上述优点，液晶平板显示器所用的液晶材料，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，不仅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。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。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。
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。目前中国专利文献（如中国专利文献中CN1717468A，CN101143808A，CN101157862A）中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。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。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是提供一种性能更加优异的包含双环辛烷化合物的介电正性液晶介质，该液晶组合物具有低旋转粘度、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：
一种包含双环辛烷的液晶组合物，包括通式I所示的A组分的介电正性化合物、通式II和/或通式III所示的B组分的介电正性化合物、通式IV所示的C组分的介电中性化合物，
Figure BDA00003153172900031
其中：R1为氢原子、碳原子数为1～10的烷基、碳原子数为1～10的烷氧基、碳原子数为2～10的链烯基、或者碳原子为3～8链烯氧基的其中一种；
Figure BDA00003153172900032
彼此独立地表示为
Figure BDA00003153172900034
Figure BDA00003153172900035
中其中一种；
X1、X2、X3为H、Cl、F、OCF3、CF3、CHF2、CH2F、OCHF2中的其中一种；
(F)为氢或氟原子；
a、b、c、d、e分别为0、1或2；
R2、R3、R41、R42分别为氢原子，或者是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，或者是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原子可被氟原子取代后的基团；
Z3、Z41、Z42表示为单键、-CH2-、-CH2-CH2-、-(CH2)3-、-(CH2)4-、-CH=CH-、-C≡C-、-COO-、-OOC-、-CF2O-、-OCH2-、-CH2O-、-OCF2-、-CF2CH2-、-CH2CF2-、-C2F4-或-CF＝CF-；
f表示为0、1、或2。
本发明的包含双环辛烷的液晶组合物配比是：所述A组分的重量百分比为1%～40%；B组分的重量百分比小于等于40%且大于零，其中B组分中通式II的化合物占液晶组合物的重量百分比小于等于40%且大于零，B组分中通式III的化合物占液晶组合物的重量百分比小于40%；C组分的重量百分比为10%～80%；并且所述液晶组合物中A组分、B组分和C组分的重量百分比之和为100%；同时另外添加所述A组分、B组分和C组分的重量之和的0～0.5%的旋光性化合物。
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制备方法制备。
由于采用了上述技术方案本发明所取得的技术进步为：通式I所代表的具有介电正性的组分A，具有液晶单体化合物所必需的一般物理性质，对光、热稳定，具有较宽的向列相，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。本发明的包含双环辛烷的液晶组合物的性能更加优异，该液晶组合物具有低旋转粘度、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TFT-LCD。通过本发明得到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，本发明所述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，可以做成通常所用的各个体系，便于在不同液晶盒厚和不同驱动电压下使用。且液晶混合物在高温后仍能表现出高的电阻率，此液晶混合物表现出优异的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，良好的各向异性和适当的介电各向异性，因此可应用于具有有源矩阵寻址的光电显示器。特别适用于制造快速响应的有源矩阵TN-TFT，IPS-TFT或FFS液晶显示元件和液晶显示器。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明，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，如采取加热、超声波、悬浮等方式按照规定比例混合制得液晶组合物；或者通过商业途径获得。
本发明书中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]，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℃。
本发明的液晶组合物涉及包含(3,3,0)双环辛烷类二氟亚甲氧桥醚类单体的液晶组合物。它包括下面通式I所示的A组分的介电正性化合物、通式II和/或通式III所示的B组分的介电正性化合物、通式IV所示的C组分的介电中性化合物，
Figure BDA00003153172900051
Figure BDA00003153172900061
其中：R1表示氢原子、碳原子数为1～10的烷基、碳原子数为1～10的烷氧基、碳原子数为2～10的链烯基、或者碳原子为3～8链烯氧基；
Figure BDA00003153172900062
Figure BDA00003153172900063
彼此独立地表示为 中其中一种；
X1、X2、X3为H、Cl、F、OCF3、CF3、CHF2、CH2F、OCHF2中的其中一种；
(F)为氢或氟原子；
a、b、c、d、e分别为0、1或2；
R2、R3、R41、R42分别为氢原子，或者是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，或者是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原子可被氟原子取代后的基团；
Z3、Z41、Z42表示为单键、-CH2-、-CH2-CH2-、-(CH2)3-、-(CH2)4-、-CH=CH-、-C≡C-、-COO-、-OOC-、-CF2O-、-OCH2-、-CH2O-、-OCF2-、-CF2CH2-、-CH2CF2-、-C2F4-或-CF＝CF-；
f表示为0、1、或2。
配制液晶化合物时，是将重量百分比为1%～40%的通式I所表示的A组分、重量百分比小于等于40%且大于零的B组分（所述B组分中，通式II的化合物占液晶组合物的重量百分比小于等于40%且大于零，B组分中通式III的化合物占液晶组合物的重量百分比小于40%）、重量百分比为10%～80%的通式IV所示的C组分混合，最终使液晶组合物中A组分、B组分和C组分的重量百分比之和为100%。然后再向液晶组合物中另外添加旋光性化合物，旋光性化合物加入量为液晶组合物质量的0～0.5%。
上述的包含双环辛烷的液晶组合物中A组分的通式I的化合物、B组分的通式II和通式III所示的化合物、C组分的通式IV所示的化合物可以优选下式中的化合物。下式中的(F)为氟，并且氟原子是X2、X3的最佳选择；R41、R42为氢原子、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个碳原子的链烯氧基；化学式中的其余符号与上述通式I～IV的符号具有相同意义；
Figure BDA00003153172900071
Figure BDA00003153172900081
Figure BDA00003153172900091
Figure BDA00003153172900111
Figure BDA00003153172900121
组成本发明的包含双环辛烷的液晶组合物时，最优选的化合物如下所示，其中，R1为1～5个碳原子的烷基、1～5个碳原子的烷氧基、2～5个碳原子的链烯基或者3～5个碳原子链烯氧基；R2、R3优选自碳原子为1～10的烷基、碳原子数为1～10的烷氧基、碳原子为2～10的链烯基或者碳原子为3～8链烯氧基；化学式中的其余符号与上述通式I-a～IV-v中符号所表示的意义相同：
Figure BDA00003153172900122
Figure BDA00003153172900131
Figure BDA00003153172900141
Figure BDA00003153172900151
下面的实施例1～8分别取通式I、II、III、IV所示的化合物，并按比例配置成液晶组合物，并在此基础上再加入旋光化合物。将配制好的液晶组合物填充于液晶显示器两基板间进行性能测试。具体化合物的单体结构、用量（重量百分比）、所得的液晶组合物的性能参数测试结果均列于表中。表1～8对应实施例1～8。
表1实施例1的液晶组合物配方及其测试性能参数
Figure BDA00003153172900152
Figure BDA00003153172900161
该液晶混合物具有适中的双折射率，适当高的正介电，很低的旋转黏度，很快的响应时间，因此非常适合快速响应的TN，IPS显示器。
表2实施例2的液晶组合物配方及其测试性能参数
Figure BDA00003153172900162
Figure BDA00003153172900171
该液晶混合物非常适合快速响应的TN-TFT显示器。
表3实施例3的液晶组合物配方及其测试性能参数
Figure BDA00003153172900172
该液晶混合物适合快速响应的IPS-TFT显示器。
表4实施例4的液晶组合物配方及其测试性能参数
Figure BDA00003153172900182
该液晶混合物非常适合快速响应的IPS-TFT显示器。
表5实施例5的液晶组合物配方及其测试性能参数
Figure BDA00003153172900192
该液晶混合物非常适合快速响应的TN-TFT显示器。
表6实施例6的液晶组合物配方及其测试性能参数
Figure BDA00003153172900201
该液晶混合物具有适中的双折射率，适当高的正介电，较高的清亮点，很低的阈值电压，很低的旋转黏度，很快的响应时间，因此非常适合快速响应的IPS-TFT显示器。
表7实施例7的液晶组合物配方及其测试性能参数
Figure BDA00003153172900202
Figure BDA00003153172900211
该液晶混合物具有适中的双折射率，适当高的正介电，较高的清亮点，很低的阈值电压，很低的旋转黏度，很快的响应时间，因此非常适合快速响应的IPS-TFT显示器。
表8实施例8的液晶组合物配方及其测试性能参数
Figure BDA00003153172900212
该液晶混合物具有低的双折射率，适当高的正介电，低清亮点，高阈值电压，很低的旋转黏度，很快的响应时间，因此非常适合快速响应的IPS-TFT显示器。
以上8个实施例，均具有很好的低温稳定性，低旋转粘度，在低温区域维持快的响应时间。可拓宽TN，IPS或者FFS液晶模式的使用温度，并且具有较快的响应时间和较宽的视角范围，非常适用于TN，IPS和FFS显示。本发明所提供的液晶组合物具有降低阈值电压与响应时间的效果，因此本发明所提供的液晶组合物是用于制备快速响应的TFT液晶显示器的理想的液晶材料。
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，但是本发明的液晶组合物还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所代表的化合物、以及通式I、II、III、IV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 (5)

1.一种包含双环辛烷的液晶组合物，其特征在于：包括通式I所示的A组分的介电正性化合物、通式II和/或通式III所示的B组分的介电正性化合物、通式IV所示的C组分的介电中性化合物，
Figure FDA00003153172800011
其中：R1为氢原子、碳原子数为1～10的烷基、碳原子数为1～10的烷氧基、碳原子数为2～10的链烯基、或者碳原子为3～8链烯氧基的其中一种；
Figure FDA00003153172800012
彼此独立地表示为
Figure FDA00003153172800015
中其中一种；
X1、X2、X3为H、Cl、F、OCF3、CF3、CHF2、CH2F、OCHF2中的其中一种；
(F)为氢或氟原子；
a、b、c、d、e分别为0、1或2；
R2、R3、R41、R42分别为氢原子，或者是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，或者是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原子可被氟原子取代后的基团；
Z3、Z41、Z42表示为单键、-CH2-、-CH2-CH2-、-(CH2)3-、-(CH2)4-、-CH=CH-、-C≡C-、-COO-、-OOC-、-CF2O-、-OCH2-、-CH2O-、-OCF2-、-CF2CH2-、-CH2CF2-、-C2F4-或-CF＝CF-；
f表示为0、1、或2。
2.根据权利要求1所述的包含双环辛烷的液晶组合物，其特征在于：所述A组分的重量百分比为1%～40%；B组分的重量百分比小于等于40%且大于零，其中B组分中通式II的化合物占液晶组合物的重量百分比小于等于40%且大于零，B组分中通式III的化合物占液晶组合物的重量百分比小于40%；C组分的重量百分比为10%～80%；并且所述液晶组合物中A组分、B组分和C组分的重量百分比之和为100%；同时另外添加所述A组分、B组分和C组分的重量之和的0～0.5%的旋光性化合物。
3.根据权利要求2所述的包含双环辛烷的液晶组合物，其特征在于：所述A组分为下列化合物中一种或者几种：
Figure FDA00003153172800021
Figure FDA00003153172800031
所述B组分通式II的化合物为下列化合物中一种或者几种：
Figure FDA00003153172800032
Figure FDA00003153172800041
所述B组分通式III的化合物为下列化合物中一种或者几种：
Figure FDA00003153172800042
Figure FDA00003153172800051
Figure FDA00003153172800061
所述C组分为下列化合物中一种或者几种：
Figure FDA00003153172800062
Figure FDA00003153172800071
其中：(F)为氟，
R41、R42为氢原子、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个碳原子的链烯氧基。
4.根据权利要求3所述的包含双环辛烷的液晶组合物，其特征在于：所述X2、X3为氟原子。
5.根据权利要求4所述的包含双环辛烷的液晶组合物，其特征在于：
所述A组分为下列化合物中一种或者几种：
Figure FDA00003153172800081
所述B组分通式II的化合物为下列化合物中一种或者几种：
所述B组分通式III的化合物还包括下列化合物中一种或者几种：
Figure FDA00003153172800092
所述C组分为下列化合物中一种或者几种：
其中，R1为1～5个碳原子的烷基、1～5个碳原子的烷氧基、2～5个碳原子的链烯基或者3～5个碳原子链烯氧基；
R2、R3优选自碳原子为1～10的烷基、碳原子数为1～10的烷氧基、碳原子为2～10的链烯基或者碳原子为3～8链烯氧基。
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