CN103666484B

CN103666484B - 一种宽温小分子蓝相液晶组合物及其制备方法与应用

Info

Publication number: CN103666484B
Application number: CN201310605982.2A
Authority: CN
Inventors: 华瑞茂; 李正强; 刘强; 毛联波; 李雅敏; 张兴; 王奎
Original assignee: Shijiazhuang Chengzhi Yonghua Display Material Co Ltd
Current assignee: Beijing Chengzhi Yonghua Technology Co ltd
Priority date: 2013-11-25
Filing date: 2013-11-25
Publication date: 2015-10-28
Anticipated expiration: 2033-11-25
Also published as: CN103666484A

Abstract

本发明公开了一种蓝相液晶组合物及其制备方法与应用。该液晶混合物包括组分I、组分II和组分III；其中，所述组分I选自如下化合物中的至少一种；所述组分II为如下式I至式V所示化合物中的至少一种。所述组分III为式VI和式VII所示化合物中的至少一种。该液晶组合物由于液晶组合物和大比例的手性剂，可以使向列相液晶呈现蓝相，其组成部分为棒状液晶，且具有较宽的蓝相温度区间，在蓝相液晶显示方面具有广阔的应用前景和价值。

Description

一种宽温小分子蓝相液晶组合物及其制备方法与应用

技术领域

本发明涉及一种宽温小分子蓝相液晶组合物及其制备方法与应用。

背景技术

近年来平板显示高速发展，为了追求更好的显示效果与达成更佳的视觉体验，平板显示所用的液晶材料不断进步，显示模式日新月异，但是受限于传统液晶材料，其响应速度接近材料的极限。

作为具有快速响应特点的蓝相液晶显示技术（Blue Phase Liquid Crystal以下简称BPLC），被誉为最具革命性的下一代液晶显示技术。

与传统液晶显示材料相比，BPLC具有下列优点：

（1）具有亚毫秒的响应时间，可实现场序彩色显示模式，大大降低动态伪像，使分辨率和光学效率提升至常规的3倍；

（2）不需要取向层，可以大大简化制管工艺过程，减少摩擦过程中产生的颗粒；

（3）暗场时呈现光学各向同性，具有视角宽，且非常对称的特点；

（4）在液晶盒的厚度大于一定值后，其透过率对液晶盒的厚度不敏感，因此特别适用于制作大尺寸显示屏。

BPLC液晶材料由母体液晶材料、手性剂材料、添加剂材料三部分构成。液晶材料要求介电常数大，粘度低，稳定性好；手性剂材料要求螺旋扭曲力大，液晶相容性好；添加剂可以拓宽蓝相温域，且不影响液晶原有显示性能。现阶段BPLC液晶材料存在问题有：蓝相温度较窄；驱动电压较高；材料粘度较大，不利于加工；有迟滞现象等。

发明内容

本发明的目的是提供一种蓝相液晶组合物及其制备方法与应用。

本发明提供的液晶组合物，包括组分I和组分II；

其中，所述组分I选自如下化合物中的至少一种：

所述组分II包括组分a和组分b；

其中，所述组分a由式I所示化合物中的至少一种组成；

所述组分b由式II所示化合物中的至少一种组成；

所述式I至式II中，R1均选自如下基团a或b：

a、选自碳原子总数为1-10的烷基和碳原子总数为1-10的烷氧基中的任意一种；

b、将所述基团a中任意两个相邻的-CH₂-被乙烯基取代而得的基团；

R₂均选自氟原子、氯原子、氰基、三氟甲氧基、三氟甲基、甲氧基和乙氧基中的任意一种；

为反式1，4-亚环己基、1，4-亚苯基或氟取代的1,4-亚苯基；

n选自0-2的整数。

当然，上述液晶组合物也可只由所述组分I和组分II组成。

所述组分I中，所选化合物均为手性化合物，其手性中心可以是S型也可以是R型，两种构型均可分别使用，也可混合使用。

所述组分I和组分II的质量比为1-70：1-99，优选1-35：1-95。

此外，所述组分II还包括组分c、组分d和组分e中的至少一种；

其中，所述组分c由式III所示化合物中的至少一种组成；

所述组分d由式IV所示化合物中的至少一种组成；

所述组分e由式V所示化合物中的至少一种组成；

所述式III至式V中，R₁、R₂、和n的定义分别与式I-式II中R₁、R₂、和n的定义相同。

所述组分II也可只由所述组分a至组分e组成；或者，

所述组分II由如下重量比的组分a至组分e组成；

所述组分a、组分b、组分c、组分d和组分e的重量比为1-30：1-30：0-30：0-30：0-30，具体为1-25：1-25：0-25：0-25：0-25，更具体5-25：5-25：0-20：0-20：0-20，且所述组分c-e的重量均不为0。

此外，上述本发明提供的液晶组合物，还包括组分III；

所述组分III包括组分f和组分g；或，

所述组分III由所述组分f和组分g组成；

其中，所述组分f由式VI所示化合物中的至少一种组成；

所述组分g由式VII所示化合物中的至少一种组成：

所述式VI与式VII中，R₃、R₄和R₅均为1-15的烷基；

所述式VI与式VII中，B和M均为桥键，具体选自C1-C4的酯键、C1-C4的碳碳单键、C1-C4的碳碳双键、C1-C4的碳碳三键和C1-C4的醚键中的至少一种；

为反式1，4-亚环己基、1，4-亚苯基或氟取代的1,4-亚苯基；

当然，上述本发明提供的液晶组合物也可只由所述组分I、组分II和组分III组成。

其中，所述组分I、组分II和组分III的质量比为1-40：1-99：0-15，优选3-15：85-97：0-5，且所述组分III的质量不为0。

具体的，所述式I所示化合物选自式Ia至式Ic所示化合物中的至少一种；

所述式Ia至式Ic中，所述R₁和R₂的定义与前述相同；X为F原子或H原子；

所述式II所示化合物选自式IIa及式IIb中的至少一种；

所述式IIa和式IIb中，所述R₁和R₂的定义与前述相同；X为F原子或H原子；

所述式III所示化合物选自式IIIa至式IIIc所示化合物中的至少一种；

所述式IIIa至式IIIc中，所述R₁和R₂的定义与前述相同；X为F原子或H原子；

所述式IV所示化合物选自式IVa至式IVc所示化合物中的至少一种；

所述式IVa至式IVc中，所述R₁和R₂的定义与前述相同；X为F原子或H原子；

所述式V所示化合物选自式Va至式Vc所示化合物中的至少一种；

所述式Va至式Vc中，所述R₁和R₂的定义与前述相同；X为F原子或H原子；

另外，以上述本发明提供的液晶组合物为有效成分的液晶组合物，也属于本发明的保护范围。

上述本发明提供的液晶组合物及以其为有效成分的液晶组合物在制备液晶显示面板中的应用或含有上述本发明提供的液晶组合物及以其为有效成分的液晶组合物的液晶显示面板，亦属于本发明的保护范围。其中，所述液晶显示面板是蓝相液晶显示面板。

上述液晶组合物具体为如下液晶组合物A、B、C、D、E或F：

所述液晶组合物A包括如下各质量份的组分或由如下各质量份的组分组成：

所述液晶组合物A具体由包括如下各质量份的组分或由如下各质量份的组分组成：

所述液晶组合物B包括如下各质量份的组分或由如下各质量份的组分组成：

所述液晶组合物B具体由包括如下各质量份的组分或由如下各质量份的组分组成：

所述液晶组合物C包括如下各质量份的组分或由如下各质量份的组分组成：

所述液晶组合物C具体由包括如下各质量份的组分或由如下各质量份的组分组成：

所述液晶组合物D包括如下各质量份的组分或由如下各质量份的组分组成：

所述液晶组合物D具体由包括如下各质量份的组分或由如下各质量份的组分组成：

所述液晶组合物E包括如下各质量份的组分或由如下各质量份的组分组成：

所述液晶组合物E具体由包括如下各质量份的组分或由如下各质量份的组分组成：

所述液晶组合物F包括如下各质量份的组分或由如下各质量份的组分组成：

所述液晶组合物F具体由包括如下各质量份的组分或由如下各质量份的组分组成：

本发明提供了一种新颖的用于蓝相显示的蓝相液晶组合物。该液晶组合物由于液晶组合物和大比例的手性剂，可以使向列相液晶呈现蓝相，其组成部分为棒状液晶，且具有较宽的蓝相温度区间，在蓝相液晶显示方面具有广阔的应用前景和价值。

附图说明

图1为液晶组合物E降温过程偏光照片。

图2为液晶组合物E在IPS液晶盒中的照片。

图3为组合物E的光电响应曲线。

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，但本发明并不限于以下实施例。所述方法如无特别说明均为常规方法。所述原材料如无特别说明均能从公开商业途径而得。

本发明中所述百分比均为重量百分比，温度均为摄氏度(℃)。其他符号的具体意义及测试条件均如下：

cp表示液晶的清亮点；ch表示胆甾相温度；BP表示蓝相温度；

△n为光学各向异性（589nm，25℃）；

△ε为介电各向异性（25℃，1KHz，HP4284A，5.2微米TN左旋盒）。

实施例1

按照如下重量份将各组分混匀，得到本发明提供的液晶组合物A：

该液晶组合物A的性能参数如下：

ch：0℃；BP：0-32℃；cp：32℃，呈现出蓝相。

按照与上相同的组分，仅不添加组份I和组分III，所得液晶组合物的性能参数为：

cp：45.9℃；△n：0.234；△ε：30.2，呈现标准的向列相液晶状态。

由上可知，液晶组合物A具有涵盖室温的温宽达到32℃的宽温蓝相，从清亮点到0℃均为蓝相。由于在室温范围保持蓝相相态，其粘度非常高，可附着于玻璃瓶底，外观为淡蓝色凝胶状物质，由于其蓝相相态下的高粘度，可以应用TFT-LCD制造中的印刷工艺制造平板显示器。

实施例2

按照如下重量份将各组分混匀，得到本发明提供的液晶组合物B：

该液晶组合物B的性能参数如下：

ch：32℃；BP：32-52℃；cp：53℃，呈现出蓝相。

cp：76℃；△n：0.21；△ε：27.6，呈现标准的向列相液晶状态。

由上可知，液晶组合物B的蓝相温宽达到20℃，没有涵盖室温。液晶组合物B使用了组分I所得液晶组合物具有20℃的蓝相温宽。其使用手性剂的含量相对于液晶含量有所减少，有助于减少液晶的驱动电压并提升光电性能。

实施例3

按照如下重量份将各组分混匀，得到本发明提供的液晶组合物C：

该液晶组合物C的性能参数如下：

ch：5℃；BP：5-42℃；cp：43℃，呈现出蓝相。

cp：51℃；△n：0.224；△ε：33.2，呈现标准的向列相液晶状态。

由上可知，通过添加两种及以上组分I的混合物液晶组合物，两种及以上组分III的混合物，液晶组合物C具有涵盖室温的37℃的宽温蓝相。

实施例4

按照如下重量份将各组分混匀，得到本发明提供的液晶组合物D：

该液晶组合物D的性能参数如下：

ch：46℃；BP：46-66℃；cp：66℃，呈现出蓝相。

由上可知，液晶组合物D具有较宽的达到20℃的宽温蓝相。

按照与上相同的组分，仅不添加组份I所得液晶组合物的性能参数为：

cp：74℃；△n：0.244；△ε：26.2。可见该液晶组合物呈现标准的向列相液晶状态，而非蓝相。

按照与上相同的组分，仅将组份I的质量份替换为0.8份，所得液晶组合物的性能参数如下：ch：72℃；cp：72℃。可见，该液晶组合物未出现蓝相。

按照与上相同的组分，仅不添加组份I，所得液晶组合物的性能参数为：cp：74℃；△n：0.248；△ε：27.2。可见，该液晶组合物呈现标准的向列相液晶状态，亦非蓝相液晶态。

实施例5

按照如下重量份将各组分混匀，得到本发明提供的液晶组合物E：

该液晶组合物E的性能参数如下：

ch：0℃；BP：0-46℃；cp：46℃，呈现出蓝相。与实施例4所得液晶组合物D相比，液晶组合物E含有组分III，其蓝相温宽达到46℃，同时涵盖室温。

按照与上相同的组分，仅不添加组份I及组分III，所得液晶组合物的性能参数为：cp：74℃；△n：0.244；△ε：26.2。可见，该液晶组合物呈现标准的向列相液晶状态，而非蓝相液晶态。

按照该实施例5的组分，仅将组分I替换为等质量份的所得液晶组合物的性能参数如下：ch：44℃；BP：无蓝相；cp：44℃。可见，由于该液晶组合物未使用组分I 而使用了导致该液晶组合物并未出现蓝相液晶态。

实施例6

按照如下重量份将各组分混匀，得到本发明提供的液晶组合物F：

该液晶组合物F的性能参数如下：

ch：2℃；BP：2-52℃；cp：52℃，呈现出蓝相。

cp：51；△n：0.224；△ε：33.2，呈现标准的向列相液晶状态。

由上可知，在组分II含有组分c、组分d和组分e时，液晶组合物F也能具有涵盖室温至50℃的宽温蓝相。

实施例7

使用带热台的偏光显微镜，观察降温过程中的液晶组合物E，获得其蓝相温宽的数据及偏光照片，如图1所示，其中，（a）为46℃，为蓝相II相态（b）为40℃，为蓝相I相态（c）为30℃，为蓝相II相态，且其在偏光显微镜的透射光源下亮度明显提高（d）为1℃，胆甾相开始出现，但生长缓慢（e）为0℃时的偏光照片，蓝相瞬间转变为胆甾相。由图可见，在降温过程中，液晶组合物E具有宽50℃的蓝相范围。其余实施例制备所得液晶组合物在降温过程中的偏光照片与此无实质性差别，不再赘述。

该液晶组合物E在IPS液晶盒（电极宽度10μm、电极间隔10μm、厚度5μm的IPS盒）中的照片如图2所示，从左至右分别为0V，35V，70V下的照片。由图可知，该液晶组合物在电场驱动下可实现光电响应，且其具有较好的暗态及较好的亮态，对比度达到400。其余实施例制备所得液晶组合物在IPS液晶盒中的照片与此无实质性差别，不再赘述。

使用液晶综合参数仪测定液晶组合物E的光电响应曲线如图3所示，其所用IPS液晶盒中，电极宽度10μm、电极间隔10μm、厚度5μm。由图可知，该液晶组合物具有平滑的光电曲线，变化均匀，能实现良好的灰阶显示。V₉₀为70V，通过改变组分及电极结构，V₉₀能够进一步降低。其余实施例制备所得液晶组合物的光电响应曲线与此无实质性差别，不再赘述。

从上述实施例可以看出，本发明提供的蓝相液晶混合物与其混合方法，添加适当的手性材料使其呈现蓝相且蓝相温域较宽。本发明提供的液晶混合物是蓝相液晶组合物。本发明的蓝相液晶具有较高对比度及良好光电响应，能够应用在平板显示方面。

Claims

1.一种液晶组合物，包括组分I和组分II；

其中，所述组分I选自如下化合物中的至少一种：

所述组分II由如下重量比的组分a至组分e组成；

所述组分a、组分b、组分c、组分d和组分e的重量比为1-30：1-30：0-30：0-30：0-30，且所示组分c-e的重量均不为0；

其中，所述组分a由式I所示化合物中的至少一种组成；

所述组分b由式II所示化合物中的至少一种组成；

所述式I至式II中，R₁均选自如下基团a或b：

为反式1，4-亚环己基、1，4-亚苯基或氟取代的1,4-亚苯基；

n选自1-2的整数；

所述组分c由式III所示化合物中的至少一种组成；

所述组分d由式IV所示化合物中的至少一种组成；

所述组分e由式V所示化合物中的至少一种组成；

所述式III至式V中，R₁、R₂、和n的定义分别与所述式I-式II中R₁、R₂、和n的定义相同；

所述组分a与组分b的重量比为1-70：1-75；

所述组分I和组分II的质量比为3-15：85-97；

所述液晶组合物还包括组分III；

所述组分III由所述组分f和组分g组成；

其中，所述组分f由式VI所示化合物中的至少一种组成；

所述组分g由式VII所示化合物中的至少一种组成：

所述式VI与式VII中，R₃、R₄和R₅均为1-15的烷基；

所述式VI与式VII中，B和M选自C1-C4的酯键和C1-C4的醚键中的至少一种；

为反式1，4-亚环己基、1，4-亚苯基或氟取代的1,4-亚苯基。

2.根据权利要求1所述的组合物，其特征在于：所述组分a、组分b、组分c、组分d和组分e的重量比为1-25：1-25：0-25：0-25：0-25；

所述组分a与组分b的重量比为1-65：1-70。

3.根据权利要求2所述的组合物，其特征在于：所述组分a、组分b、组分c、组分d和组分e的重量比为5-25：5-25：0-20：0-20：0-20；

所述组分a与组分b的重量比为20-60：30-50。

4.根据权利要求1所述的组合物，其特征在于：所述液晶组合物由所述组分I、组分II和组分III组成。

5.根据权利要求1所述的组合物，其特征在于：所述组分I、组分II和组分III的质量比为3-15：85-97：0-5，且所述组分III的质量不为0。

6.根据权利要求1-5中任一所述的组合物，其特征在于：所述式I所示化合物为式Ia所示化合物；

所述式Ia中，所述R₁和R₂的定义与权利要求1相同；X为F原子或H原子；

所述式II所示化合物选自式IIa及式IIb中的至少一种；

所述式IIa和式IIb中，所述R₁和R₂的定义与权利要求1相同；X为F原子或H原子；

所述式III所示化合物选自式IIIb至式IIIc所示化合物中的至少一种；

所述式IIIb至式IIIc中，所述R₁和R₂的定义与权利要求1相同；X为F原子或H原子；

所述式IVa至式IVc中，所述R₁和R₂的定义与权利要求1相同；X为F原子或H原子；

所述式Va至式Vc中，所述R₁和R₂的定义与权利要求1相同；X为F原子或H原子。

7.根据权利要求6所述的组合物，其特征在于：所述式Ia所示化合物为式Ib所示化合物；

所述式Ib中，所述R₁和R₂的定义与权利要求1相同；X为F原子或H原子。

8.如下液晶组合物A、B、C、D、E或F：

9.根据权利要求8所述的组合物，其特征在于：所述液晶组合物A由包括如下各质量份的组分或由如下各质量份的组分组成：

所述液晶组合物B由包括如下各质量份的组分或由如下各质量份的组分组成：

所述液晶组合物C由包括如下各质量份的组分或由如下各质量份的组分组成：

所述液晶组合物D由包括如下各质量份的组分或由如下各质量份的组分组成：

所述液晶组合物E由包括如下各质量份的组分或由如下各质量份的组分组成：

所述液晶组合物F由包括如下各质量份的组分或由如下各质量份的组分组成：

10.以权利要求1-9任一所述液晶组合物为有效成分的液晶组合物。

11.权利要求1-9任一所述液晶组合物或权利要求10所述液晶组合物在制备液晶显示面板中的应用。

12.含有权利要求1-9任一所述液晶组合物或权利要求10所述液晶组合物的液晶显示面板。

13.根据权利要求12所述的液晶显示面板，其特征在于：所述液晶显示面板是蓝相液晶显示面板。