CN103555347A - 含介电正性液晶化合物的液晶组合物 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种含介电正性液晶化合物的液晶组合物，包括通式Ⅰ化合物组成的组份A、通式Ⅱ化合物组成的组份B、通式Ⅲ化合物组成的组份C、通式Ⅳ化合物组成的组份D、通式Ⅴ化合物组成的组份E；该液晶组合物性能优异，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。
Description
技术领域
本发明属于液晶化合物领域，涉及在TN、IPS和FFS等模式的有源矩阵显示器中应用的含有介电正性液晶化合物的液晶组合物。
背景技术
液晶显示元件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、合适的拆射率△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。
TFT-LCD的优点主要有：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。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。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。制造技术的自动化程度高。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。
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。
本发明涉及的是两类新型结构的二氟亚甲氧桥醚类化合物在液晶组合物中的开发使用，相同液晶组合物未见报道。因此使用这两类不同的二氟亚甲氧桥醚类单体开发性能优异的混合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。对开发高端TFT显示用液晶材料意义重大，具有重大产业价值。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是提供一种含介电正性液晶化合物的液晶组合物，具有低旋转粘度、快速响应、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：
含介电正性液晶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所示的介电正性化合物组成的组份D、由一种或多种通式V所示的介电中性化合物组成的组份E；
其中，
A11、A12、A21、A22、A31、A32、A33、A41、A42、A43、A51、A52分别为
中的一种；
X1、X2、X3、X4分别为H、Cl、F、OCF3、CF3、CHF2、CH2F、OCHF2中的一种；
R3、R4、R51、R52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；
Z4、Z51、Z52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、g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％～60％，组分B占液晶组合物的重量百分含量为1％～60％，组分C占液晶组合物的重量百分含量小于等于60％且不为0，组分D占液晶组合物的重量百分含量为1％～60％，组分E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：组分A占液晶组合物的重量百分含量为3％～10％，组分B占液晶组合物的重量百分含量为8％～18％，组分C占液晶组合物的重量百分含量为7％～14％，组分D占液晶组合物的重量百分含量为18％～28％，组分E占液晶组合物的重量百分含量为43％～57％，上述组分A、组分B、组分C、组分D、组分E的重量百分含量之和为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、组分E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及通式II所代表的化合物，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，大的介电各向异性(△ε＞0)，较低的双折射率。所述通式I及通式II所代表的化合物，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，是非常适合用于TFT显示用混合液晶材料的化合物。
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，本发明所述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DM-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℃。
含介电正性液晶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所示的介电正性化合物组成的组份D、由一种或多种通式V所示的介电中性化合物组成的组份E；
其中，
A11、A12、A21、A22、A31、A32、A33、A41、A42、A43、A51、A52分别为
中的一种；
X1、X2、X3、X4分别为H、Cl、F、OCF3、CF3、CHF2、CH2F、OCHF2中的一种；
R3、R4、R51、R52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；
Z4、Z51、Z52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、g分别为0或1或2。
本发明的含介电正性液晶化合物的液晶组合物中的组分A占液晶组合物的重量百分含量为1％～60％，优选为3％～10％；组分B占液晶组合物的重量百分含量为1％～60％，优选为8％～18％；组分C占液晶组合物的重量百分含量小于等于60％且不为0，优选为7％～14％；组分D占液晶组合物的重量百分含量为1％～60％，优选为18％～28％；组分E占液晶组合物的重量百分含量为10％～80％，优选为43％～57％；上述组分A、组分B、组分C、组分D、组分E的重量百分含量之和为100％。
本发明的含介电正性液晶化合物的液晶组合物还包含旋光性组分，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、组分E重量之和的0.5％。
本发明的的含介电正性液晶化合物的液晶组合物中的通式I所示化合物可优选下列式I-1～式I-7所示化合物中的一种或几种，通式II所示化合物可优选下列式II-1～式II-7所示化合物中的一种或几种，通式III所示化合物可优选下列式III-1～式III-10所示化合物中的一种或几种，通式IV所示化合物可优选下列式IV-1～式IV-19所示化合物中的一种或几种，通式V所示化合物可优选下列式V-1～式V-22所示化合物中的一种或几种，
其中，
X1、X2、X3、X4、R3、R4、(F)的含义与前述相同；
R51、R52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。
本发明的的含介电正性液晶化合物的液晶组合物中的通式I所示化合物可优选下列式I-1-1～式I-7-2所示化合物中的一种或几种，通式II所示化合物可优选下列式II-1-1～式II-7-2所示化合物中的一种或几种，
在以下的实施例1～7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1～7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，较快的响应时间，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TN-TFT或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：95℃；S-N：≤-40℃；△n：0.095；△ε：6.2；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：0.095；△ε：4.0；τ：18ms；V10：2.8v；V90：4.3v；γ1：68mPa·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：3.0；τ：16ms；V10：3.0v；V90：4.8v；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7
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：≤-30℃；△n：0.098；△ε：6.0；τ：15ms；V10：2.0v；V90：2.9v；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，较高的清亮点，适中的阈值电压，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7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，具有较宽的视角范围，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具有低阈值电压与响应快的效果，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7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、V所代表的液晶化合物、以及通式I、II、III、IV、V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 (7)
1.含介电正性液晶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所示的介电正性化合物组成的组份D、由一种或多种通式V所示的介电中性化合物组成的组份E；
其中，
A11、A12、A21、A22、A31、A32、A33、A41、A42、A43、A51、A52分别为
中的一种；
X1、X2、X3、X4分别为H、Cl、F、OCF3、CF3、CHF2、CH2F、OCHF2中的一种；
R3、R4、R51、R52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；
Z4、Z51、Z52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、g分别为0或1或2。
2.根据权利要求1所述的含介电正性液晶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1％～60％，组分B占液晶组合物的重量百分含量为1％～60％，组分C占液晶组合物的重量百分含量小于等于60％且不为0，组分D占液晶组合物的重量百分含量为1％～60％，组分E占液晶组合物的重量百分含量为10％～80％。
3.根据权利要求2所述的含介电正性液晶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3％～10％，组分B占液晶组合物的重量百分含量为8％～18％，组分C占液晶组合物的重量百分含量为7％～14％，组分D占液晶组合物的重量百分含量为18％～28％，组分E占液晶组合物的重量百分含量为43％～57％，上述组分A、组分B、组分C、组分D、组分E的重量百分含量之和为100％。
4.根据权利要求1～3任一项所述的含介电正性液晶化合物的液晶组合物，其特征在于：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、组分E重量之和的0.5％。
5.根据权利要求1所述的含介电正性液晶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-1～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-7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-10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-19所示化合物中的一种或几种，
所述通式V所示化合物具体为下列式V-1～式V-22所示化合物中的一种或几种，
其中，
R51、R52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。
6.根据权利要求5所述的含介电正性液晶化合物的液晶组合物，其特征在于：所述X3、X4为F。
7.根据权利要求5所述的含介电正性液晶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-1-1～式I-7-2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-1-1～式II-7-2所示化合物中的一种或几种，
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