CN103484130B - 含环丁烷基化合物的液晶组合物 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种含环丁烷基化合物的液晶组合物，包括由一种或多种通式I所示的介电正性化合物组成的组份A、由一种或多种通式II所示的介电正性化合物组成的组份B、由一种或多种通式III所示的介电正性化合物组成的组份C、由一种或多种通式IV所示的介电中性化合物组成的组份D；本发明提供的液晶组合物性能优异，具有低旋转粘度、响应时间快、宽的向列相范围、合适的光学各向异性等特点，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。各通式中各参数具有说明书中给出的含义。

Description

含环丁烷基化合物的液晶组合物

技术领域

本发明涉及一种含介电正性液晶化合物的液晶组合物，尤其是一种在有源矩阵显示器、尤其是TN、IPS和FFS显示器中应用的含环丁烷基化合物的液晶组合物。

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有化学及物理性质稳定、粘度低、具有合适的△ε、合适的折射率△n、与其他液晶化合物的相溶性好等特性。

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。

由上所述液晶平板显示器的主要特点，因此对液晶平板显示器所用的液晶材料品质特性也提出了更高的要求。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，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。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。

液晶分子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。

本发明涉及的是一类环丁烷二氟亚甲氧桥醚类单体在液晶组合物中的开发使用，此类环丁烷二氟亚甲基醚类化合物为全新化合物，在液晶组合物中的开发使用尚属首次，因此相似液晶组合物未见任何报道。使用这类环丁烷类二氟亚甲氧基醚类单体开发性能优异的液晶材料具有开创性意义，开发出的液晶组合物具有十分突出优异的性能。对高端TFT显示器用液晶材料来说价值重大。

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组合物，尤其是一种含环丁烷基化合物的液晶组合物，使具有低旋转粘度、响应时间快、宽的向列相范围、合适的光学各向异性等特点，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：

含环丁烷基化合物的液晶组合物，包括由一种或多种通式I所示的介电正性化合物组成的组份A、由一种或多种通式II所示的介电正性化合物组成的组份B、由一种或多种通式III所示的介电正性化合物组成的组份C、由一种或多种通式IV所示的介电中性化合物组成的组份D；

其中，

A₁₁、A₁₂、A₂₁、A₂₂、A₂₃、A₃₁、A₃₂、A₃₃、A₄₁、A₄₂分别为 中的一种；

X₁、X₂、X₃分别为H、Cl、F、OCF₃、CF₃、CHF₂、CH₂F、OCHF₂中的一种；

R₂、R₃、R₄₁、R₄₂分别为H或者C₁～C₁₀直链烷基、C₁～C₁₀直链烷氧基、C₂～C₁₀直链烯基、C₃～C₈直链烯氧基中的任一基团；或者为C₁～C₁₀直链烷基、C₁～C₁₀直链烷氧基、C₂～C₁₀直链烯基、C₃～C₈直链烯氧基中的任意H被F取代后的任一基团；

Z₃、Z₄₁、Z₄₂分别为单键、-CH₂-、-CH₂-CH₂-、-(CH₂)₃-、-(CH₂)₄-、-CH=CH-、-C≡C-、-COO-、-OOC-、-CF₂O-、-OCH₂-、-CH₂O-、-OCF₂-、-CF₂CH₂-、-CH₂CF₂-、-C₂F₄-、-CF=CF-中的一种；

(F)为H或F；

a、b、c、d、e、f分别为0或1或2。

本发明的进一步改进在于：液晶组合物中组分A占液晶组合物的重量百分含量为1％～40％，组分B占液晶组合物的重量百分含量小于等于40％且不为0，组分C占液晶组合物的重量百分含量小于等于40％且不为0，组分D占液晶组合物的重量百分含量为10％～80％；

本发明的进一步改进在于：液晶组合物中组分A占液晶组合物的重量百分含量为8％～14％，组分B占液晶组合物的重量百分含量为12％～27％，组分C占液晶组合物的重量百分含量为14％～30％，组分D占液晶组合物的重量百分含量为31％～54％，上述组分A、组分B、组分C、组分D的重量百分含量为100％；

本发明的进一步改进在于：还包含旋光性组分，所述旋光性组分的含量不大于组分A、组分B、组分C、组分D重量之和的0.5％；

由于采用了上述技术方案，本发明所取得的技术进步在于：

本发明所述通式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。

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，可以做成客户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。且液晶组合物在高温后仍能表现出高的电阻率，此液晶组合物表现出优异的具有优异的高温和紫外稳定性能。同时，实施例中液晶组合物还表现出低粘度、快响应时间、适当的光学各向异性和适当的介电各向异性，因此可应具有有源矩阵寻址的光电显示器。

本发明的液晶组合物，可以用于有源矩阵显示器，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或FFS液晶显示元件和液晶显示器，也属于本发明的保护范围。

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：

实施例中的符号的具体意义及测试条件如下：

Cp：单位℃，表示液晶的清亮点。

S-N：单位℃，表示液晶的晶态到向列相的熔点。

△n：光学各向异性，△n=no-ne，其中，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±0.5℃。

△ε：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±0.5℃；1KHz；HP4284A；5.2微米TN左旋盒。

τ：单位ms，表示响应时间，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：单位v，为液晶的光学阈值电压；V₉₀：单位v，为液晶的饱和电压值；测试条件为5.2微米TN左旋盒，25±0.5℃。

γ₁：单位mPa·s，为旋转粘度，测试条件为25±0.5℃。

含环丁烷基化合物的液晶组合物，包括由一种或多种通式I所示的介电正性化合物组成的组份A、由一种或多种通式II所示的介电正性化合物组成的组份B、由一种或多种通式III所示的介电正性化合物组成的组份C、由一种或多种通式IV所示的介电中性化合物组成的组份D；

其中，

A₁₁、A₁₂、A₂₁、A₂₂、A₂₃、A₃₁、A₃₂、A₃₃、A₄₁、A₄₂分别为 中的一种；

X₁、X₂、X₃分别为H、Cl、F、OCF₃、CF₃、CHF₂、CH₂F、OCHF₂中的一种；

R₂、R₃、R₄₁、R₄₂分别为H或者C₁～C₁₀直链烷基、C₁～C₁₀直链烷氧基、C₂～C₁₀直链烯基、C₃～C₈直链烯氧基中的任一基团；或者为C₁～C₁₀直链烷基、C₁～C₁₀直链烷氧基、C₂～C₁₀直链烯基、C₃～C₈直链烯氧基中的任意H被F取代后的任一基团；

Z₃、Z₄₁、Z₄₂分别为单键、-CH₂-、-CH₂-CH₂-、-(CH₂)₃-、-(CH₂)₄-、-CH=CH-、-C≡C-、-COO-、-OOC-、-CF₂O-、-OCH₂-、-CH₂O-、-OCF₂-、-CF₂CH₂-、-CH₂CF₂-、-C₂F₄-、-CF=CF-中的一种；

(F)为H或F；

a、b、c、d、e、f分别为0或1或2。

本发明的含环丁烷基化合物的液晶组合物中组分A占液晶组合物的重量百分含量为1％～40％，优选8％～14％；组分B占液晶组合物的重量百分含量小于等于40％且不为0，优选12％～27％；组分C占液晶组合物的重量百分含量小于等于40％且不为0，优选14％～30％；组分D占液晶组合物的重量百分含量为10％～80％，优选31％～54％；上述组分A、组分B、组分C、组分D的重量百分含量为100％。

另外，本发明的的含环丁烷基化合物的液晶组合物还可以包含旋光性组分，所述旋光性组分的含量不大于组分A、组分B、组分C、组分D重量之和的0.5％。

本发明的含环丁烷基化合物的液晶组合物中通式I所示化合物可以优选下列式I-1～式I-7所示化合物中的一种或几种，通式II所示化合物可以优选下列式II-1～式II-10所示化合物中的一种或几种，通式III所示化合物可以优选下列式III-1～式III-19所示化合物中的一种或几种，通式IV所示化合物可以优选下列式IV-1～式IV-22所示化合物中的一种或几种，

其中，

X₁、X₂、X₃、(F)的含义与前述相同；

R₂、R₃、R₄₁、R₄₂分别为H或者C₁～C₁₀直链烷基、C₁～C₁₀直链烷氧基、C₂～C₁₀直链烯基、C₃～C₈直链烯氧基中的任一基团；

优选地，所述X₂、X₃为F。

本发明的含环丁烷基化合物的液晶组合物中通式I所示化合物可进一步优选下列式I-1-1～式I-7-2所示化合物中的一种或几种，

在以下的实施例1～6中所采用的各成分，均可以通过公知的方法进行合成，或者通过商业途径获得。这些合成技术是常规的，所得到的各液晶化合物经测试符合电子类化合物标准。

按照以下实施例1～6规定的各液晶组合物的重量百分含量，制备液晶组合物。所述液晶组合物的制备是按照本领域的常规方法进行的，如采取加热，超声波，悬浮等方式按照规定比例混合制得。

实施例1

按如下所列的各化合物及重量百分含量配制成本发明的液晶组合物，

将上述液晶组合物填充于液晶显示器两基板间进行性能测试，测试结果为，Cp：90℃；S-N：≤-40℃；△n：0.100；△ε：5.0；τ：16ms；V₁₀：2.5v；V₉₀：3.5v；γ₁：60mPa·s。

该液晶组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-TFT，IPS-TFT显示器。

实施例2

按如下所列的各化合物及重量百分含量配制成本发明的液晶组合物，

将上述液晶组合物填充于液晶显示器两基板间进行性能测试，测试结果为，Cp：102℃；S-N：≤-40℃；△n：0.100；△ε：7.2；τ：23ms；V₁₀：2.3v；V₉₀：3.2v；γ₁：80.5mPa·s。

该液晶组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-TFT显示器。

实施例3

按如下所列的各化合物及重量百分含量配制成本发明的液晶组合物，

将上述液晶组合物填充于液晶显示器两基板间进行性能测试，测试结果为，Cp：100℃；S-N：≤-40℃；△n：0.100；△ε：4.4；τ：15ms；V₁₀：3.0v；V₉₀：4.2v；γ₁：55mPa·s。

该液晶组合物具有适中的双折射率，适当高的正介电，较高的清亮点，很低的旋转黏度，非常快的响应时间，因此非常适合快速响应的IPS-TFT显示器。

实施例4

按如下所列的各化合物及重量百分含量配制成本发明的液晶组合物，

将上述液晶组合物填充于液晶显示器两基板间进行性能测试，测试结果为，Cp：98℃；S-N：≤-40℃；△n：0.095；△ε：7.2；τ：20ms；V₁₀：2.4v；V₉₀：3.3v；γ₁：65mPa·s。

该液晶组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。

实施例5

按如下所列的各化合物及重量百分含量配制成本发明的液晶组合物，

将上述液晶组合物填充于液晶显示器两基板间进行性能测试，测试结果为，Cp：100℃；S-N：≤-40℃；△n：0.100；△ε：10.0；τ：19ms；V₁₀：2.4v；V₉₀：3.3v；γ₁：108mPa·s。

该液晶组合物具有适中的双折射率，适当高的正介电，较高的清亮点，很低的旋转黏度，很快的响应时间，因此非常适合快速响应的TN-TFT显示器。

实施例6

按如下所列的各化合物及重量百分含量配制成本发明的液晶组合物，

将上述液晶组合物填充于液晶显示器两基板间进行性能测试，测试结果为，Cp：100℃；S-N：≤-40℃；△n：0.099；△ε：9.2；τ：18ms；V₁₀：1.8v；V₉₀：2.4v；γ₁：52mPa·s。

该液晶组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。

以上6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-TFT，IPS-TFT或者FFS-TFT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-TFT，IPS-TFT和FFS-TFT显示。

本发明所提供的液晶组合物通过使用含环丁烷基的二氟亚甲基醚类化合物，具有降低阈值电压与响应时间的效果，因此本发明所开发的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6个实施例的具体化合物及其配比用量(重量百分含量)，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通式I、II、III、IV所代表的液晶化合物、以及通式I、II、III、IV的优选液晶化合物进行进一步拓展和修改，通过对其配比用量进行适当调整，均能达到本发明的目的。

Claims (4)

1.含环丁烷基化合物的液晶组合物，其特征在于：

包括由一种或多种通式Ⅰ所示的介电正性化合物组成的组份A、由一种或多种通式Ⅱ所示的介电正性化合物组成的组份B、由一种或多种通式Ⅲ所示的介电正性化合物组成的组份C、由一种或多种通式Ⅳ所示的介电中性化合物组成的组份D；

其中，

A₁₁为中的一种；

A₁₂、A₂₁、A₂₂、A₂₃、A₃₁、A₃₂、A₃₃、A₄₁、A₄₂分别为 中的一种；

X₁、X₂、X₃分别为H、Cl、F、OCF₃、CF₃、CHF₂、CH₂F、OCHF₂中的一种；

R₂、R₃、R₄₁、R₄₂分别为H或者C₁～C₁₀直链烷基、C₁～C₁₀直链烷氧基、C₂～C₁₀直链烯基、C₃～C₈直链烯氧基中的任一基团；或者为C₁～C₁₀直链烷基、C₁～C₁₀直链烷氧基、C₂～C₁₀直链烯基、C₃～C₈直链烯氧基中的任意H被F取代后的任一基团；

Z₃、Z₄₁、Z₄₂分别为单键、-CH₂-、-CH₂-CH₂-、-(CH₂)₃-、-(CH₂)₄-、-CH＝CH-、-C≡C-、-COO-、-OOC-、-CF₂O-、-OCH₂-、-CH₂O-、-OCF₂-、-CF₂CH₂-、-CH₂CF₂-、-C₂F₄-、-CF＝CF-中的一种；

(F)为H或F；

a为1或2；

b、c、d、e、f分别为0或1或2。

2.根据权利要求1所述的含环丁烷基化合物的液晶组合物，其特征在于：液晶组合物中组分A占液晶组合物的重量百分含量为8％～14％，组分B占液晶组合物的重量百分含量为12％～27％，组分C占液晶组合物的重量百分含量为14％～30％，组分D占液晶组合物的重量百分含量为31％～54％，上述组分A、组分B、组分C、组分D的重量百分含量为100％；还包含旋光性组分，所述旋光性组分的含量不大于组分A、组分B、组分C、组分D重量之和的0.5％。

3.根据权利要求1所述的含环丁烷基化合物的液晶组合物，其特征在于：

所述通式Ⅰ所示化合物具体为下列式Ⅰ-4～式Ⅰ-7所示化合物中的一种或几种，

所述通式Ⅱ所示化合物具体为下列式Ⅱ-1～式Ⅱ-10所示化合物中的一种或几种，

所述通式Ⅲ所示化合物具体为下列式Ⅲ-1～式Ⅲ-19所示化合物中的一种或几种，

所述通式Ⅳ所示化合物具体为下列式Ⅳ-1～式Ⅳ-22所示化合物中的一种或几种，

其中，

R₂、R₃、R₄₁、R₄₂分别为H或者C₁～C₁₀直链烷基、C₁～C₁₀直链烷氧基、C₂～C₁₀直链烯基、C₃～C₈直链烯氧基中的任一基团；

X₂、X₃为F。

4.根据权利要求3所述的含环丁烷基化合物的液晶组合物，其特征在于：

所述通式Ⅰ所示化合物具体为下列式Ⅰ-4-1～式Ⅰ-7-2所示化合物中的一种或几种，