CN103361080B - 一种蓝相液晶组合物 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种蓝相液晶组合物，包含第一组分和第二组分，所述第一组分为式Ⅰ～式Ⅵ所示的具有相同手性构型的手性化合物中的一种或几种；所述第二组分为下列组①～组③中的任意一组化合物：①式Ⅶ所示化合物，②式Ⅶ所示化合物和式Ⅷ所示化合物，③式Ⅶ所示化合物、式Ⅷ所示化合物和式Ⅸ所示化合物。该蓝相液晶组合物性能优良、结构稳定，同时具有较高的介电各向异性，明显降低了驱动电压，对蓝相液晶显示模式的产业化具有重要意义。

Description

一种蓝相液晶组合物

技术领域

本发明涉及一种液晶组合物，尤其是指一种用于蓝相液晶显示的蓝相液晶组合物。

背景技术

随着显示科技的蓬勃发展，尤其是大尺寸、高清晰的液晶显示器问世以来，消费大众对于显示器显像品质的要求越来越高。消费大众除了对显示器的分辨率(resolution)、对比(contrast ratio)、视角(viewing angle)、灰阶反转(grey levelinversion)、色饱和度(color saturation)的规格有所要求外，对显示器的响应时间(response Lime)的规格要求亦日渐提高。在众多液晶材料之中，蓝相液晶（BluePhase Liquid Crystal，BPLC）是被认为是最具有发展前途的、能快速电光响应的下一代液晶显示材料。

蓝相液晶是一种三维光子晶体结构，此液晶相通常发生在均向相(isotropicphase)与胆固醇相(cholesteric phase)之间。蓝相液晶分子层与层之间堆栈会形成多种不同的堆栈排列，其中有三种稳定的热力学相态，按照温度由低至高分别为蓝相(Ⅰ)、蓝相(Ⅱ)、蓝相(Ⅲ)。其中，蓝相(Ⅰ)为体心立方(body center cubic)排列、蓝相(Ⅱ)为简单立方(simplecubic)排列、蓝相(Ⅲ)为近似等方向(iso-like)排列，但不论是哪种蓝相液晶，因为都是等方向性排列，所以在任意方向之晶格轴向性是一致的，因此也可视为是一种近似于均向性的液晶相。由于其分子晶格经由布拉格绕射后产生的光波长通常都较偏向短波，因此以偏光显微镜观察蓝相纹理图可发现，其外观大多呈现蓝色或蓝紫色色彩的马赛克纹理图，故因此而得名。

BPLC较之目前常用的TN型液晶具有下列优点：

（1）具有亚毫秒的响应时间，不但使液晶显示器有可能实现场序彩色显示模式，还可以大大降低动态伪像，而场序彩色显示模式显示器的分辨率和光学效率是常规的3倍；

（2）不需要定向层，可以大大简化制管工艺过程；

（3）暗场时光学上是各向同性的，所以视角大，并且非常对称；

（4）只要液晶盒的厚度大于一定值，其透明度对液晶盒的厚度不敏感，所以特别适于制作大显示屏。

BPLC用液晶材料通常由液晶材料、手性材料、掺杂材料三部分组成。其中，液晶材料需要具有较大的介电常数，较低的旋转粘度和良好的稳定性；手性材料需要具有较大的螺旋扭曲力，螺距随温度依赖性好；掺杂材料需要满足匹配效果好的要求。现阶段BPLC用混合液晶材料还存在一些待改善的问题，例如蓝相显示温度较窄、驱动电压较高、材料粘度较大、有迟滞现象等。因此，不断开发新的性能优异的蓝相液晶组合物对液晶显示的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应用于蓝相液晶显示模式的、介电各向异性值较高的蓝相液晶组合物。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：

一种蓝相液晶组合物，包含第一组分和第二组分，所述第一组分为式Ⅰ～式Ⅵ所示的具有相同手性构型的手性化合物中的一种或几种，

所述第二组分为下列组①～组③中的任意一组化合物：

①式Ⅶ所示化合物，

②式Ⅶ所示化合物和式Ⅷ所示化合物，

③式Ⅶ所示化合物、式Ⅷ所示化合物和式Ⅸ所示化合物；

其中，

R₁、R₂、R₄、R₅分别是含有1～10个碳原子的烷基、含有1～10个碳原子的烷氧基、含有1～10个碳原子的烷基中的任意两个相邻-CH₂-被乙烯基取代后形成的基团、含有1～10个碳原子的烷氧基中的任意两个相邻-CH₂-被乙烯基取代后形成的基团的其中任一基团；

R₁、R₂、R₄、R₅优选含有1～5个碳原子的烷基、含有1～5个碳原子的烷氧基、含有1～5个碳原子的烷基中的任意两个相邻-CH₂-被乙烯基取代后形成的基团、含有1～5个碳原子的烷氧基中的任意两个相邻-CH₂-被乙烯基取代后形成的基团的其中任一基团；

R₃是-F、-CN、-OCF3、-CF₃、-OCH₃、-OC₂H₅、含有1～10个碳原子的烷基、含有1～10个碳原子的烷氧基、含有1～10个碳原子的烷基中的任意两个相邻-CH₂-被乙烯基取代后形成的基团、含有1～10个碳原子的烷氧基中的任意两个相邻-CH₂-被乙烯基取代后形成的基团的其中任一基团；

R₃优选-F、-CN、-OCF3、-CF₃、-OCH₃、-OC₂H₅、含有1～5个碳原子的烷基、含有1～5个碳原子的烷氧基、含有1～5个碳原子的烷基中的任意两个相邻-CH₂-被乙烯基取代后形成的基团、含有1～5个碳原子的烷氧基中的任意两个相邻-CH₂-被乙烯基取代后形成的基团的其中任一基团；

分别是反-1,4-亚环己基、1,4-亚苯基、1,4-亚苯基中的任意氢原子被氟取代所形成基团中的任一基团；

X₁、X₂、X₃、X₄分别是-H或-F；

Y是-F、-CN、-OCF3、-CF₃、-OCH₃、-OC₂H₅、含有1～10个碳原子的烷基、含有1～10个碳原子的烷氧基中的任一基团；Y优选-F、-CN、-OCF3、-CF₃、-OCH₃、-OC₂H₅、含有1～5个碳原子的烷基、含有1～5个碳原子的烷氧基中的任一基团；

a、b分别是1或2。

所述液晶组合物包含质量份数为1～60份的第一组分和质量份数为1～150份的第二组分；优选包含质量份数为2～30份的第一组分和质量份数为50～150份的第二组分。

当第二组分为②组化合物时，第二组分包含质量份数为1～90份的式Ⅶ所示化合物和质量份数为1～100份的式Ⅷ所示化合物；优选包含质量份数为1～60份的式Ⅶ所示化合物和质量份数为1～80份的式Ⅷ所示化合物；最优选包含质量份数为40～60份的式Ⅶ所示化合物和质量份数为50～70份的式Ⅷ所示化合物。

当第二组分为③组化合物时，第二组分包含质量份数为1～80份的式Ⅶ所示化合物、质量份数为1～90份的式Ⅷ所示化合物和质量份数为1～25份的式Ⅸ所示化合物；优选包含质量份数为1～50份的式Ⅶ所示化合物、质量份数为1～60份的式Ⅷ所示化合物和质量份数为1～15份的式Ⅸ所示化合物；最优选包含质量份数为35～50份的式Ⅶ所示化合物、质量份数为40～60份的式Ⅷ所示化合物和质量份数为5～10份的式Ⅸ所示化合物。

所述式Ⅶ所示的化合物优选Ⅶ-a～Ⅶ-c所示的化合物：

所述式Ⅷ所示的化合物优选Ⅷ-a～Ⅷ-d所示的化合物：

所述式Ⅸ所示的化合物优选Ⅸ-a～Ⅸ-c所示的化合物：

由于采用了上述技术方案，本发明所取得的技术进步在于：

本发明公开了一种新型的蓝相液晶组合物，该组合物使用原本不具有蓝相性质的液晶化合物，配以经过大量筛选后确定的适合的手性化合物进行诱导，得到了性能优良的蓝相液晶组合物。该液晶组合物不仅结构稳定，而且具有较高的介电各向异性，从而明显降低了其驱动电压，对蓝相液晶显示模式的产业化具有重要意义。因此，使用该组合物为基底来制备蓝相液晶显示器，具有非常广阔的应用价值和市场前景。

目前，蓝相液晶的调配方式与操作温度的调整方式，多是通过反复尝试而得。想要合成或调配出具有蓝相液晶的材料，通常没有一定的法则可以依循，只能依靠大量的排列组合或大量浪费材料的调配来寻找可适用的材料，不仅延缓了相关显示组件的开发，并浪费许多的财力与人力。而本发明利用蓝相液晶材料的特性，选用原本不具备蓝相的大介电各向异性液晶组合物，加入适当的手性化合物加以诱导，得到具有蓝相性质的蓝相液晶组合物，大大简化了制备方法，降低了研究人员工作量，节省了大量资金，具有非常重要的意义。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步详细说明：

下述实施例中所涉及的份数均为质量份数，温度单位为℃，其他符号的具体意义及测试条件如下：

c.p.表示液晶的清亮点（℃）；

ch→BP表示胆甾相到蓝相的转变温度(℃)；

BP→cp表示蓝相到清亮点的转变温度(℃)；

Δn表示光学各向异性，Δn=n_o-n_e，其中，n_o为寻常光的折射率，n_e为非寻常光的折射率，测试条件：25±2℃，589nm，阿贝折射仪测试；

Δε表示介电各向异性，Δε=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：25±0.5℃，1KHz，5.2微米TN平行盒，HP4284A测试。

一种蓝相液晶组合物，包含第一组分和第二组分，所述第一组分为式Ⅰ～式Ⅵ所示的具有相同手性构型的手性化合物中的一种或几种，

所述第二组分为下列组①～组③中的任意一组化合物：

①式Ⅶ所示化合物，

②式Ⅶ所示化合物和式Ⅷ所示化合物，

③式Ⅶ所示化合物、式Ⅷ所示化合物和式Ⅸ所示化合物；

其中，

R₁、R₂、R₄、R₅分别是含有1～10个碳原子的烷基、含有1～10个碳原子的烷氧基、含有1～10个碳原子的烷基中的任意两个相邻-CH₂-被乙烯基取代后形成的基团、含有1～10个碳原子的烷氧基中的任意两个相邻-CH₂-被乙烯基取代后形成的基团的其中任一基团；

R₁、R₂、R₄、R₅优选含有1～5个碳原子的烷基、含有1～5个碳原子的烷氧基、含有1～5个碳原子的烷基中的任意两个相邻-CH₂-被乙烯基取代后形成的基团、含有1～5个碳原子的烷氧基中的任意两个相邻-CH₂-被乙烯基取代后形成的基团的其中任一基团；

R₃是-F、-CN、-OCF3、-CF₃、-OCH₃、-OC₂H₅、含有1～10个碳原子的烷基、含有1～10个碳原子的烷氧基、含有1～10个碳原子的烷基中的任意两个相邻-CH₂-被乙烯基取代后形成的基团、含有1～10个碳原子的烷氧基中的任意两个相邻-CH₂-被乙烯基取代后形成的基团的其中任一基团；

R₃优选-F、-CN、-OCF3、-CF₃、-OCH₃、-OC₂H₅、含有1～5个碳原子的烷基、含有1～5个碳原子的烷氧基、含有1～5个碳原子的烷基中的任意两个相邻-CH₂-被乙烯基取代后形成的基团、含有1～5个碳原子的烷氧基中的任意两个相邻-CH₂-被乙烯基取代后形成的基团的其中任一基团；

分别是反-1,4-亚环己基、1,4-亚苯基、1,4-亚苯基中的任意氢原子被氟取代所形成基团中的任一基团；

X₁、X₂、X₃、X₄分别是-H或-F；

Y是-F、-CN、-OCF3、-CF₃、-OCH₃、-OC₂H₅、含有1～10个碳原子的烷基、含有1～10个碳原子的烷氧基中的任一基团；Y优选-F、-CN、-OCF3、-CF₃、-OCH₃、-OC₂H₅、含有1～5个碳原子的烷基、含有1～5个碳原子的烷氧基中的任一基团；

a、b分别是1或2。

所述液晶组合物包含质量份数为1～60份的第一组分和质量份数为1～150份的第二组分；优选包含质量份数为2～30份的第一组分和质量份数为50～150份的第二组分。

当第二组分为②组化合物时，第二组分包含质量份数为1～90份的式Ⅶ所示化合物和质量份数为1～100份的式Ⅷ所示化合物；优选包含质量份数为1～60份的式Ⅶ所示化合物和质量份数为1～80份的式Ⅷ所示化合物；最优选包含质量份数为40～60份的式Ⅶ所示化合物和质量份数为50～70份的式Ⅷ所示化合物。

当第二组分为③组化合物时，第二组分包含质量份数为1～80份的式Ⅶ所示化合物、质量份数为1～90份的式Ⅷ所示化合物和质量份数为1～25份的式Ⅸ所示化合物；优选包含质量份数为1～50份的式Ⅶ所示化合物、质量份数为1～60份的式Ⅷ所示化合物和质量份数为1～15份的式Ⅸ所示化合物；最优选包含质量份数为35～50份的式Ⅶ所示化合物、质量份数为40～60份的式Ⅷ所示化合物和质量份数为5～10份的式Ⅸ所示化合物。

所述式Ⅶ所示的化合物优选Ⅶ-a～Ⅶ-c所示的化合物：

所述式Ⅷ所示的化合物优选Ⅷ-a～Ⅷ-d所示的化合物：

所述式Ⅸ所示的化合物优选Ⅸ-a～Ⅸ-c所示的化合物：

下面的实施例1～3分别按比例称取手性化合物和液晶化合物，混合制备得蓝相液晶组合物。使用的手性化合物和液晶化合物均可以通过公知的方法进行合成，或通过商业途径获得。将手性化合物和液晶化合物混匀后即得到蓝相液晶组合物。该液晶组合物除含有手性化合物和液晶化合物外，还可以含有掺杂混合物，例如掺杂聚合物、纳米粒子、香蕉型液晶分子等。

实施例1

按表1中的化合物及其质量份数配制液晶组合物，并将所得的蓝相液晶组合物填充于液晶显示器两基板间进行性能测试。

表1实施例1的蓝相液晶组合物的组分配比

当不添加作为第一组分的手性化合物时，所得液晶组合物呈现标准的向列相液晶状态，其性能参数如下：cp：81.4℃；△n：0.229；△ε：29.2。

向液晶组合物中添加作为第一组分的手性化合物后，所得液晶组合物出现蓝相状态，其性能参数如下：ch→BP：40℃；BP→cp：50℃。

实施例2

按表2中的化合物及其质量份数配制液晶组合物，并将所得的蓝相液晶组合物填充于液晶显示器两基板间进行性能测试。

表2实施例2的蓝相液晶组合物的组分配比

当不添加作为第一组分的手性化合物时，所得液晶组合物呈现标准的向列相液晶状态，其性能参数如下：cp：80℃；△n：0.16；△ε：34.2。

向液晶组合物中添加作为第一组分的手性化合物后，所得液晶组合物出现蓝相状态，其性能参数如下：ch→BP：61℃；BP→cp：66℃。

实施例3

按表3中的化合物及其质量份数配制液晶组合物，并将所得的蓝相液晶组合物填充于液晶显示器两基板间进行性能测试。

表3实施例3的蓝相液晶组合物的组分配比

当不添加作为第一组分的手性化合物时，所得液晶组合物呈现标准的向列相液晶状态，其性能参数如下：cp：71.6℃；△n：0.235；△ε：33.2。

向液晶组合物中添加作为第一组分的手性化合物后，所得液晶组合物出现蓝相状态，其性能参数如下：ch→BP：38℃；BP→cp：48℃。

由实施例1～3所示的液晶组合物的性能参数可知，当不添加作为第一组份的手性化合物时，所得的液晶组合物呈现标准的向列相液晶状态，具有较大的介电各向异性；而加入式Ⅰ～式Ⅵ所示的具有相同手性构型的手性化合物做诱导之后，可以成功使液晶组合物呈现出蓝相状态，所得蓝相液晶组合物性能优良、结构稳定、驱动电压低，在蓝相液晶显示领域具有非常广阔的应用价值和市场前途。

本发明虽然仅仅列举了上述3个实施例的液晶化合物及其用量（质量份数），并进行了性能测试，但是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结构式Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ、Ⅷ、Ⅸ所示的液晶化合物、以及结构式Ⅶ、Ⅷ、Ⅸ的优选的液晶化合物进行进一步拓展和修改，通过对其用量进行适当调整，均能达到本发明的目的；同时，在上述3个实施例中的液晶化合物用量（质量份数）的基础上，同比例进行扩大或缩小，均不影响本发明液晶产品的性能。

Claims (9)

1.一种蓝相液晶组合物，其特征在于：所述液晶组合物由质量份数为2～30份的第一组分和质量份数为50～150份第二组分组成，所述第一组分为式Ⅰ～式Ⅵ所示的具有相同手性构型的手性化合物中的一种或几种，

所述第二组分为下列组①～组③中的任意一组化合物：

①式Ⅶ所示化合物，

②式Ⅶ所示化合物和式Ⅷ所示化合物，

③式Ⅶ所示化合物、式Ⅷ所示化合物和式Ⅸ所示化合物；

式中，

R₁、R₂、R₄、R₅分别是含有1～10个碳原子的烷基、含有1～10个碳原子的烷氧基、含有1～10个碳原子的烷基中的任意两个相邻-CH₂-被乙烯基取代后形成的基团、含有1～10个碳原子的烷氧基中的任意两个相邻-CH₂-被乙烯基取代后形成的基团的其中任一基团；

R₃是-F、-CN、-OCF3、-CF₃、-OCH₃、-OC₂H₅、含有1～10个碳原子的烷基、含有1～10个碳原子的烷氧基、含有1～10个碳原子的烷基中的任意两个相邻-CH₂-被乙烯基取代后形成的基团、含有1～10个碳原子的烷氧基中的任意两个相邻-CH₂-被乙烯基取代后形成的基团的其中任一基团；

分别是反-1,4-亚环己基、1,4-亚苯基、1,4-亚苯基中的任意氢原子被氟取代所形成基团中的任一基团；

X₁、X₂、X₃、X₄分别是-H或-F；

Y是-F、-CN、-OCF3、-CF₃、-OCH₃、-OC₂H₅、含有1～10个碳原子的烷基、含有1～10个碳原子的烷氧基中的任一基团；

a、b分别是1或2。

2.根据权利要求1所述的一种蓝相液晶组合物，其特征在于：所述第二组分为组②时，式Ⅶ所示化合物的质量份数为1～90份，式Ⅷ所示化合物的质量份数为1～100份。

3.根据权利要求2所述的一种蓝相液晶组合物，其特征在于：所述第二组分为组②时，式Ⅶ所示化合物的质量份数为1～60份，式Ⅷ所示化合物的质量份数为1～80份。

4.根据权利要求3所述的一种蓝相液晶组合物，其特征在于：所述第二组分为组②时，式Ⅶ所示化合物的质量份数为40～60份，式Ⅷ所示化合物的质量份数为50～70份。

5.根据权利要求1～4任一项所述的一种蓝相液晶组合物，其特征在于：

所述式Ⅶ所示的化合物是Ⅶ-a～Ⅶ-c所示化合物中的一种或几种：

所述式Ⅷ所示的化合物是Ⅷ-a～Ⅷ-d所示化合物中的一种或几种：

6.根据权利要求1所述的一种蓝相液晶组合物，其特征在于：所述第二组分为组③时，式Ⅶ所示化合物的质量份数为1～80份，式Ⅷ所示化合物的质量份数为1～90份，式Ⅸ所示化合物的质量份数为1～25份。

7.根据权利要求6所述的一种蓝相液晶组合物，其特征在于：所述第二组分为组③时，式Ⅶ所示化合物的质量份数为1～50份，式Ⅷ所示化合物的质量份数为1～60份，式Ⅸ所示化合物的质量份数为1～15份。

8.根据权利要求7所述的一种蓝相液晶组合物，其特征在于：所述第二组分为组③时，式Ⅶ所示化合物的质量份数为35～50份，式Ⅷ所示化合物的质量份数为40～60份，式Ⅸ所示化合物的质量份数为5～10份。

9.根据权利要求1或6～8任一项所述的一种蓝相液晶组合物，其特征在于：

所述式Ⅶ所示的化合物是Ⅶ-a～Ⅶ-c所示化合物中的一种或几种：

所述式Ⅷ所示的化合物是Ⅷ-a～Ⅷ-d所示化合物中的一种或几种：

所述式Ⅸ所示的化合物是Ⅸ-a～Ⅸ-c所示化合物中的一种或几种：