CN103642503A - 一种含吡喃基及五氟烯丙氧基结构化合物的液晶组合物及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种含有吡喃基及五氟烯丙氧基结构化合物的液晶组合物及其应用，其中所述液晶组合物，包含以下重量百分比的组分:（1）1%～100%的一种或多种通式I所代表的化合物;（2）1%～90%的一种或多种通式II所代表的化合物;（3）0%～70%的一种或多种通式III和/或通式IV所代表的化合物;（4）0%～30%的一种或多种通式V和/或通式VI所代表的化合物；其中，（1）至（4）组分之和为100%；所述通式（Ⅰ）所代表的化合物为下述结构。本发明得到的液晶组合物性能优异，具有较低的电压、较低的粘度、高的电阻率及电压保持率，本发明所述液晶组合物可用于液晶显示装置，尤其适用于各种快速响应的TFT显示器，如TN型、IPS型、FFS型TFT液晶显示器。

Description

一种含吡喃基及五氟烯丙氧基结构化合物的液晶组合物及其应用

技术领域

本发明涉及一种含有吡喃基及五氟烯丙氧基结构化合物的液晶组合物及其在液晶显示领域中的应用，属于液晶组合物领域。

背景技术

对于液晶显示技术领域，近年来市场虽然已经非常巨大，技术也逐渐成熟，但人们对显示技术的要求也在不断的提高，尤其是在实现快速响应，降低驱动电压，提高电荷保持率等方面。液晶材料作为液晶显示器重要光电子材料之一，对改善液晶显示器的性能发挥重要的作用。

随着技术的进步，作为显示用的液晶材料得到很大的发展，出现了大量的液晶化合物。从联苯腈，酯类，含氧杂环类，嘧啶环类液晶化合物等，不断满足TN，STN，TFT-LCD等显示性能要求。

任何的显示用液晶都要求有适当的温度范围，较宽的液晶态温度，较高的稳定性，较低的粘度，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单体单独用在液晶显示器中，而不用与其他化合物组合就能满足性能要求。如果把两种或两种以上的液晶单体混合在一起，就可以持续不断地改变液晶的各类性质，一般的TFT液晶基本上都是由多种单体液晶混合而成。

液晶化合物的开发都是朝着高电荷保持率、高介电各向异性、优低温互溶性的方向发展的，从最初的单氟取代到最后的多氟取代，乃至后来-CF₂O-桥键超多氟取代等液晶化合物，成熟的液晶化合物以稳定的六元芳香环（如苯环）及六元烷基环（如环己环）组成，其端位取代基大多为烷基或烯基。端位取代基为多氟烯基的化合物具有良好的化学和热稳定性，并且对电场及磁场具有高稳定性，低温互溶性也很理想，适合用于混合液晶化合物。

本发明所涉及的含有吡喃基和五氟烯丙氧基结构的化合物，此类结构化合物具有较高的介电各向异性及较低的旋转粘度，适合用于TFT液晶显示器用。本发明所涉及的液晶组合物，应用于TFT液晶显示器，可以解决其响应速度不够快，电压不够低，电荷保持率不够高等诸多缺陷。

发明内容

针对现有技术中存在的液晶显示装置响应速度不够快、电压不够低、电荷保持率不够高的问题，本发明提供一种含有吡喃基和五氟烯丙氧基结构化合物的液晶组合物，具有较高的介电各向异性及较低的旋转粘度，适用于快速响应的液晶显示装置。

为了实现本发明目的，采用如下技术方案：

一种液晶组合物，包含以下重量百分比的组分:

（1）1%～100%的一种或多种通式I所代表的化合物;

（2）1%～90%的一种或多种通式II所代表的化合物;

（3）0%～70%的一种或多种通式III和/或通式IV所代表的化合物;

（4）0%～30%的一种或多种通式V和/或通式VI所代表的化合物；

其中，（1）至（4）组分之和为100%；

所述通式（Ⅰ）所代表的化合物为下述结构：

式（Ⅰ）中，R_a选自C₁～C₁₂的烷基；

A独立地代表：

m独立地代表0或1；

所述通式（Ⅱ）所代表的化合物为下述结构：

式（Ⅱ）中，R_b和R_c各自独立地选自C₁～C₁₂的烯基、烷基或烷氧基；R_b和R_c中至少一个为烷基；当R_b和R_c同时为烷基时，可以相同，也可以不同。

本发明所述的液晶组合物中，通式（Ⅰ）所代表的化合物是首要组分，此类化合物具有很强的极性、大的电学各向异性，并且有较高的清亮点，在混合液晶体系中有良好的降低阈值电压的效果，与此同时，在与其他化合物互溶时也表现了优异的性能。

通式（Ⅱ）所代表的化合物是调配快速响应的液晶组合物必不可少的一类化合物，现今各显示模式液晶显示器所用的液晶组合物中普遍使用此类化合物，添加量很大。此类化合物几乎没有极性，双环己烷的结构使其有极低的粘度和小的光学各向异性，对于整个混合体系的粘度减小起到无可替代的作用，随之对于混晶的响应速度的提高作用显著。

所述通式（Ⅲ）、（Ⅳ）、（Ⅴ）、（Ⅵ）所代表的化合物分别为下述结构：

以上四个通式中，R_d～R_g各自独立的选自C₁～C₁₂的烷基或烯基，L₁～L₄独立地代表-H或-F。m代表0或1；X₁～X₂各自独立地代表C₁～C₁₂的烷基、—F、—CF₃、—OCF₃、—CF=CF₂、—OCF₂—CF=CF₂；

B₁独立地代表：

B₂独立地代表：

B₃独立地代表：

B₄独立地代表：

B₅独立地代表：

作为本发明优选的实施方式，所述通式I所代表的的化合物选自式Ia～式Id中的一种或几种：

更优选地，通式I所代表的化合物选自式Ia-1～Ia-4、式Ib-1～Ib-4、式Ic-1～Ic-4以及式Id-1～Id-4中的一种或几种：

所述通式（Ⅱ）所代表的的化合物优选自式Ⅱ1～式Ⅱ42中的一种或几种：

优选地，本发明所述液晶组合物中，通式（Ⅲ）所代表的化合物的结构分别为：

式中R_d独立地选自C₁～C₅的烷基或烯基，L₁～L₂独立地代表-H或-F。X₁独立地代表C₁～C₅的烷基、—F、—CF₃、—OCF₃、—CF=CF₂、—OCF₂—CF=CF₂。

更优选地，通式III所代表的化合物为式IIIa-1～式IIIa-61、式IIIb-1～式IIIb-32、式IIIc-1～式IIIc-24所代表化合物中的一种或几种：

优选地，本发明所述液晶组合物中，通式（Ⅳ）所代表的化合物的结构分别为：

式中R_e独立地选自C₁～C₅的烷基或烯基，X₂独立地代表C₁～C₅的烷基、—F、—CF₃、—OCF₃、—CF=CF₂、—OCF₂—CF=CF₂。

优选地，本发明所述液晶组合物中，通式（Ⅳ）所代表的化合物具体为式所表示的Ⅳa-1～Ⅳa-10、Ⅳb-1～Ⅳb-10、Ⅳc-1～Ⅳc-4和Ⅳd-1～Ⅳd-8化合物中的一种或多种：

优选地，本发明所述液晶组合物中，通式（Ⅴ）所代表的化合物的结构分别为：

以上式中，R_f独立的代表C₁～C₅的烷基或烯基，X₃独立地代表C₁～C₅的烷基、—F、—CF₃、—OCF₃、—CF=CF₂、—OCF₂—CF=CF₂。

更优选地，本发明所述液晶组合物中，通式（Ⅴ）所代表的化合物具体为式所表示的Ⅴa-1～Ⅴa-20、Ⅴb-1～Ⅴb-8、Ⅴc-1～Ⅴc-10、Ⅴd-1～Ⅴd-16化合物中的一种或多种：

优选地，本发明所述液晶组合物中，通式（Ⅵ）所代表的化合物具体为式所表示的Ⅵ-1～Ⅵ-24化合物中的一种或多种：

优选的，本发明所提供的液晶组合物,包含以下重量百分比的组分:

（1）1%～90%的一种或多种通式I所代表的化合物;

（2）1%～90%的一种或多种通式II所代表的化合物;

（3）0%～70%的一种或多种通式III和/或通式IV所代表的化合物;

（4）0%～30%的一种或多种通式V和/或通式VI所代表的化合物；

其中，（1）至（4）组分之和为100%。

更优选地，本发明所提供的液晶组合物,包含以下重量百分比的组分:

（1）5%～70%的一种或多种通式I所代表的化合物;

（2）10%～70%的一种或多种通式II所代表的化合物;

（3）5%～65%的一种或多种通式III和/或通式IV所代表的化合物;

（4）0%～30%的一种或多种通式V和/或通式VI所代表的化合物；

其中，（1）至（4）组分之和为100%。

最优选地，本发明所提供的液晶组合物,包含以下重量百分比的组分:

（1）10%～45%的一种或多种通式I所代表的化合物;

（2）15%～50%的一种或多种通式II所代表的化合物;

（3）8%～45%的一种或多种通式III和/或通式IV所代表的化合物;

（4）5%～25%的一种或多种通式V和/或通式VI所代表的化合物；

其中，（1）至（4）组分之和为100%。

本发明所述的液晶组合物中，通式（Ⅲ）和（Ⅳ）所代表的化合物具有适中的介电常数和光学各向异性、较高的向列相温度范围，综合性能优异，混合液晶中加入此类组分可以有效稳定体系的各项性能。

通式（Ⅴ）和（Ⅵ）所代表的化合物对于改善液晶混合体系的性能起到辅助调节的作用，特别是对于参数的微调至关重要:其具有较高的清亮点和较大的光学各向异性，可用于调整体系的清亮点和Δn（光学各向异性）数值。

本发明所述的液晶组合物可采用常规方法制备，例如将两种或多种液晶化合物在高温下混合并彼此溶解，即将液晶化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；或者将其中含量较小的组分在较高的温度下溶解在含量较大的主要组分中，或将各所属组分在有机溶剂中溶解，然后将溶液混合后去除溶剂后得到。其中，所用溶剂可以是丙酮、氯仿或甲醇等常用有机溶剂。

通过本发明得到的液晶组合物性能优异，具有较低的电压、较低的粘度、高的电阻率及电压保持率，本发明所述液晶组合物可用于液晶显示装置，尤其适用于各种快速响应的TFT显示器，如TN型、IPS型、FFS型TFT液晶显示器。本发明所述液晶组合物解决了现有技术中存在的TFT液晶显示器响应速度不够快、电压不够低、电荷保持率不够高的问题。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

本发明的液晶组合物采用本领域内普遍存在的方法―—热溶解法制备。首先用天平按重量百分比称量各液晶化合物，其中称量加入顺序无特定要求，通常以液晶化合物熔点由高到低的顺序依次称量混合，在60～100℃下加热搅拌使得各组分熔解均匀，再经过滤、脱气，最后封装即得目标样品。除此之外，也可用专利CN101502767A所公开的方法进行均匀液晶的制备。

除非另有说明，上下文中，百分比为重量百分比，所有的温度以摄氏度给出。实施例中使用下述缩写：

△n为光学各向异性，η为体积粘度（mm²/s，20℃），Δε为介电常数各向异性（20℃，1000Hz）；

V₉₀为阈值电压，是在相对90%对比度时的特征电压（V，20℃）；

C.p为液晶组合物的清亮点（℃）；

τ_on为直至达到最大对比度90%时接通时的时间，τ_off直至达到最大对比度10%时切断时的时间，τ为τ_on+τ_off（响应时间）（ms）；

除非另有说明，所有光学数据均在20℃下测量。

在下述实施例中，各结构单元缩写如表1所示。

表1结构单元缩写

例如:nPy-P-N-Q-PF.X.F表示

实施例1

取以下重量百分含量的液晶化合物并以本发明中所述方法配制液晶组合物，具体配比及所得液晶组合物的性能参数如表2所示：

表2实施例1的液晶组合物的配比和性能参数

实施例2

取以下重量百分含量的液晶化合物并以本发明中所述方法配制液晶组合物，具体配比及所得液晶组合物的性能参数如表3所示：

表3实施例2的液晶组合物的配比和性能参数

实施例3

取以下重量百分含量的液晶化合物并以本发明中所述方法配制液晶组合物，具体配比及所得液晶组合物的性能参数如表4所示：

表4实施例3的液晶组合物的配比和性能参数

实施例4

取以下重量百分含量的液晶化合物并以本发明中所述方法配制液晶组合物，具体配比及所得液晶组合物的性能参数如表5所示：

表5实施例4的液晶组合物的配比和性能参数

实施例5

取以下重量百分含量的液晶化合物并以本发明中所述方法配制液晶组合物，具体配比及所得液晶组合物的性能参数如表6所示：

表6实施例5的液晶组合物的配比和性能参数

实施例6

取以下重量百分含量的液晶化合物并以本发明中所述方法配制液晶组合物，具体配比及所得液晶组合物的性能参数如表7所示：

表7实施例6的液晶组合物的配比和性能参数

实施例7

取以下重量百分含量的液晶化合物并以本发明中所述方法配制液晶组合物，具体配比及所得液晶组合物的性能参数如表8所示：

表8实施例7的液晶组合物的配比和性能参数

实施例8

取以下重量百分含量的液晶化合物并以本发明中所述方法配制液晶组合物，具体配比及所得液晶组合物的性能参数如表9所示：

表9实施例8的液晶组合物的配比和性能参数

实施例9

取以下重量百分含量的液晶化合物并以本发明中所述方法配制液晶组合物，具体配比及所得液晶组合物的性能参数如表10所示：

表10实施例9的液晶组合物的配比和性能参数

实施例10

取以下重量百分含量的液晶化合物并以本发明中所述方法配制液晶组合物，具体配比及所得液晶组合物的性能参数如表11所示：

表11实施例10的液晶组合物的配比和性能参数

对比例

取以下重量百分含量的液晶化合物并以本发明中所述方法配制液晶组合物，具体配比与实施例1中配比的对比关系如表15所示：

表12对比实施例与实施例1的组合物配比

按照表12中所述配比，以本发明中所述方法制得液晶组合物的性能参数与实施例1中所制备液晶组合物的性能参数形成对比，如表13中所示：

表13对比实施例与实施例1的性能参数

性能参数	实施例1	对比实施例
			V90[V，20℃]	1.16	1.46
η[mm2/s，20℃]	12	18
			C.p[℃]	103	101
Δn[20℃，589nm]	0.102	0.102
			τ[ms]	6.0	12.6
Δε[20℃]	10.8	7.2

由表12和表13可知，与实施例1相比，因对比实施例中未使用通式（Ⅰ）所表示的化合物作为组分之一，在其他组分基本上相同的情况下，对比实施例中所制备的液晶组合物与实施例1中所制备的液晶组合物相比，驱动电压高，响应时间慢。说明通式（Ⅰ）所代表的化合物在混合液晶体系中具有良好的降低阈值电压及提高响应速度的作用。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种液晶组合物，其特征在于，包含以下重量百分比的组分:

（1）1%～100%的一种或多种通式I所代表的化合物;

（2）1%～90%的一种或多种通式II所代表的化合物;

（3）0%～70%的一种或多种通式III和/或通式IV所代表的化合物;

（4）0%～30%的一种或多种通式V和/或通式VI所代表的化合物；

其中，（1）至（4）组分之和为100%；

所述通式（Ⅰ）所代表的化合物为下述结构：

式（Ⅰ）中，R_a选自C₁～C₁₂的烷基；

A独立地代表：

m独立地代表0或1。

2.根据权利要求1所述的液晶组合物，其特征在于，所述通式I所代表的的化合物选自式Ia～式Id中的一种或几种：

3.根据权利要求1所述的液晶组合物，其特征在于，所述通式（Ⅱ）所代表的化合物为下述结构：

式（Ⅱ）中，R_b和R_c各自独立地选自C₁～C₁₂的烯基、烷基或烷氧基；R_b和R_c中至少一个为烷基；当R_b和R_c同时为烷基时，可以相同，也可以不同。

4.根据权利要求3所述的液晶组合物，其特征在于，所述通式（Ⅱ）所代表的化合物优选自式Ⅱ1～式Ⅱ42中的一种或几种：

5.根据权利要求1所述的液晶组合物，其特征在于，所述通式（Ⅲ）、（Ⅳ）、（Ⅴ）、（Ⅵ）所代表的化合物分别为下述结构：

以上四个通式中，R_d～R_g各自独立的选自C₁～C₁₂的烷基或烯基，L₁～L₄独立地代表-H或-F。m代表0或1；X₁～X₂各自独立地代表C₁～C₁₂的烷基、—F、—CF₃、—OCF₃、—CF=CF₂、—OCF₂—CF=CF₂；

B₁独立地代表：

B₂独立地代表：

B₃独立地代表：

B₄独立地代表：

B₅独立地代表：

6.根据权利要求1所述的液晶组合物，其特征在于，所述通式（Ⅲ）所代表的化合物的结构分别为：

式中R_d独立地选自C₁～C₅的烷基或烯基，L₁～L₂独立地代表-H或-F。X₁独立地代表C₁～C₅的烷基、—F、—CF₃、—OCF₃、—CF=CF₂、—OCF₂—CF=CF₂。

7.根据权利要求1所述的液晶组合物，其特征在于，所述通式（Ⅳ）所代表的化合物的结构分别为：

式中R_e独立地选自C₁～C₅的烷基或烯基，X₂独立地代表C₁～C₅的烷基、—F、—CF₃、—OCF₃、—CF=CF₂、—OCF₂—CF=CF₂。

8.根据权利要求1所述的液晶组合物，其特征在于，所述通式（Ⅴ）所代表的化合物的结构分别为：

以上式中，R_f独立的代表C₁～C₅的烷基或烯基，X₃独立地代表C₁～C₅的烷基、—F、—CF₃、—OCF₃、—CF=CF₂、—OCF₂—CF=CF₂。

9.根据权利要求1所述的液晶组合物，其特征在于，所述通式（Ⅵ）所代表的化合物具体为式所表示的Ⅵ-1～Ⅵ-24化合物中的一种或多种：

10.权利要求1-9任一所述液晶组合物在TN型、IPS型、FFS型TFT液晶显示器中的应用。