CN103666485B - 一种负介电各向异性液晶组合物 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种负介电各向异性液晶组合物，所述液晶组合物包含重量百分含量为1～60%的通式Ⅰ化合物所示的组分A、1～70%的通式Ⅱ或/和通式Ⅲ化合物所示的组分B和0～40%的通式Ⅳ化合物所示的组分C。该液晶组合物具有较宽的光学各向异性范围、绝对值很大的负的介电各向异性、较高的电阻率、很高的清亮点等性能，非常适用于制造VA模式的光学元件和液晶显示器，尤其适合于低电压驱动的车载VA-LCD。

Description

一种负介电各向异性液晶组合物

技术领域

本发明涉及一种液晶组合物，尤其是指一种适用于VA模式的负介电各向异性液晶混合物。

背景技术

近年来，液晶显示器已经取代了传统的阴极射线管显示，成为当今信息显示领域的主流产品，广泛用于仪表、电脑、电视等各种显示器中，其应用范围也在逐年扩展。液晶材料是一种介于固相和液相之间、具有特定光学各向异性以及介电各向异性的液晶相物质。根据液晶显示方式的不同，液晶显示元件可以分为扭曲向列相（TN）模式、超扭曲向列相（STN）模式、共面（IPS）模式、垂直配向（VA）模式等多种模式。

其中，VA模式与普通的TN模式比较，具有超宽的可视角、快的响应速度、极高的正面对比度等优点，而且其对比度对液晶的双折射率、液晶层的厚度和入射光的波长依赖度较小，除此之外，VA模式也可以省略摩擦的工序，使得成品率上升。因此，VA模式成为了现在极具前景的液晶显示技术，尤其在大屏幕液晶电视中的应用显得尤为突出。

对于VA显示模式来说，其采用的是垂直取向技术，因此要求液晶混合物具有较大的负介电各向异性；除此之外，还需要具备较高的清亮点，较低的阈值电压和较快的响应时间，此外还需要具有良好的低温稳定性。但是目前具有负介电各向异性的液晶混合物还不能完全满足以上要求，液晶混合物的介电各向异性绝对值很难高于7，而且随着介电各向异性的增大，液晶的电阻率会有明显的下降，LCD的功耗也会大幅上涨。

因此，通过优化组合和优化配比，将几种甚至十几种具有特点的液晶化合物混合从而达到显示器件所要求的性能参数，开发新的性能优异的VA显示用液晶材料具有重要的意义。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是提供一种可用于适用于VA显示模式的负介电各向异性液晶组合物，该液晶组合物具有较大的介电各向异性、较高的清亮点、较高的电阻率和较低的功耗。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：

一种负介电各向异性液晶组合物，包含通式Ⅰ化合物所示的组分A、通式Ⅱ化合物和/或通式Ⅲ化合物所示的组分B和通式Ⅳ化合物所示的组分C；

其中，

R₁、R₂、R₃、R₄、R₅、R₆、R₇分别是下列①～④所示基团中的任意一种：

①碳原子数为1～12的烷基或碳原子数为1～12的烷氧基，

②一个或多个-CH₂-被-O-、-COO-、-OOC-、-CH=CH-取代的①所示基团，

③一个或多个-H被-CH=CH₂或-CH=CH-CH₃取代的①所示基团，

④一个或多个-H被-F或-Cl取代的①、②、③所示基团；

X是下列⑤～⑧所示基团中的任意一种：

⑤碳原子数为1～12的烷基或碳原子数为1～12的烷氧基，

⑥或

⑦任意-CH₂-上的-H被碳原子数为1～10的烷基或碳原子数为1～10的烷氧基所取代的⑥所示基团，

⑧任意-H被-F、-Cl或者碳原子数为1～7的烷基、碳原子数为1～7的烷氧基所取代的⑤、⑥、⑦所示基团；

Z₁、Z₂、Z₃、Z₄、Z₅、Z₆分别是单键、-CH₂-、-CH₂CH₂-、-C≡C-、-COO-、-CH₂O-的其中任意一种；

是单键或下列基团中的任一基团：

分别是单键或下列基团中的任一基团：

但和不同时为

n₁、n₂、n₃分别是0、1或2中的任一数值。

所述液晶组合物包含重量百分含量为1%～60%的组分A、1%～70%的组分B和0～40%的组分C；其中，组分B中的通式Ⅱ化合物占液晶组合物的重量百分含量为1%～70%，组分B中的通式Ⅲ化合物占液晶组合物的重量百分含量为1%～70%。

所述液晶组合物优选包含重量百分含量为10%～55%的组分A、15%～65%的组分B和0～25%的组分C；其中，组分B中的通式Ⅱ化合物占液晶组合物的重量百分含量为15%～65%，组分B中的通式Ⅲ化合物占液晶组合物的重量百分含量为15%～65%。

所述液晶组合物最优选包含重量百分含量为20%～50%的组分A、20%～62%的组分B和0～15%的组分C；其中，组分B中的通式Ⅱ化合物占液晶组合物的重量百分含量为20%～62%，组分B中的通式Ⅲ化合物占液晶组合物的重量百分含量为20%～62%。

由于采用了上述技术方案，本发明所取得的技术进步在于：

本发明公开了一种负介电各向异性液晶组合物，该组合物性能优异，具有较宽的光学各向异性、绝对值很大的负的介电各向异性、较高的电阻率、很高的清亮点、很好的低温稳定性、较小的阈值电压和较好的抗紫外性能，非常适用于制造VA模式的光学元件和液晶显示器中，尤其适合于低电压驱动的车载VA-LCD，具有广阔的应用前景和市场价值。

在作为组分A的通式Ⅰ化合物中，末端为或取代基液晶化合物的加入，不仅增大了具有极性负性的通式Ⅰ液晶化合物在液晶组合物中的互溶性，也同时提高了其清亮点；末端为直链烷基基团的液晶化合物的加入，降低了液晶的预倾角，有效改善了液晶的黑态，提高了对比度。上述两种液晶化合物单独使用或者互配使用，均能显著改善低阈值液晶在低温时的互溶性，有效防止结晶。

组分B中，通式Ⅱ所示的化合物具有较小的光学各向异性、较大的介电各向异性、较高的清亮点、较好的热稳定性和紫外稳定性；通式Ⅲ所示的化合物具有较高的光学各向异性和较大的介电各向异性。两者单独使用或互配使用，均能使液晶组合物具有较大的介电各向异性，并能在功耗和响应时间等特性上达到平衡。

作为组分C的通式Ⅳ化合物具有中性的介电特性，一般具有较小的粘度和良好的互溶性。根据实际需要，可以加入适量的通式Ⅳ化合物来对液晶组合物的各项特性进行调整。

通过对上述组分的化合物进行选择，并对其重量百分含量进行适当调整调整，液晶组合物可以获得不同的介电各向异性、阈值电压、清亮点和双折射特性，便于在不同液晶盒厚和不同驱动电压下使用，适用范围非常广。

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重量百分含量，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（℃），测试仪器：Mettler-Toledo-FPSystem显微热分析仪；

γ₁表示体积粘度（mPa·s），测试仪器：BROOKFIELDDV-IIVISCOMETER，测试条件：20±0.5℃

Δn表示光学各向异性，△n=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：589nm、20±2℃；

△ε表示介电各向异性，△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：25℃、1KHz、HP4284A、4.0微米VA盒，未添加手性剂等添加剂；

V₁₀表示液晶的光学阈值电压（V），V₉₀表示液晶的饱和电压值（V），测试条件：25℃、4.0微米VA盒；

ρ表示电阻率（Ω·cm），测试条件：25±2℃，TOYOSR6517高阻仪和LE-21液体电极测试。

一种负介电各向异性液晶组合物，包含通式Ⅰ化合物所示的组分A、通式Ⅱ化合物和/或通式Ⅲ化合物所示的组分B和通式Ⅳ化合物所示的组分C；

其中，

R₁、R₂、R₃、R₄、R₅、R₆、R₇分别是下列①～④所示基团中的任意一种：

①碳原子数为1～12的烷基或碳原子数为1～12的烷氧基，

②一个或多个-CH₂-被-O-、-COO-、-OOC-、-CH=CH-取代的①所示基团，

③一个或多个-H被-CH=CH₂或-CH=CH-CH₃取代的①所示基团，

④一个或多个-H被-F或-Cl取代的①、②、③所示基团；

X是下列⑤～⑧所示基团中的任意一种：

⑤碳原子数为1～12的烷基或碳原子数为1～12的烷氧基，

⑥或

⑦任意-CH₂-上的-H被碳原子数为1～10的烷基或碳原子数为1～10的烷氧基所取代的⑥所示基团，

⑧任意-H被-F、-Cl或者碳原子数为1～7的烷基、碳原子数为1～7的烷氧基所取代的⑤、⑥、⑦所示基团；

Z₁、Z₂、Z₃、Z₄、Z₅、Z₆分别是单键、-CH₂-、-CH₂CH₂-、-C≡C-、-COO-、-CH₂O-的其中任意一种；

是单键或下列基团中的任一基团：

分别是单键或下列基团中的任一基团：

但和不同时为

n₁、n₂、n₃分别是0、1或2中的任一数值。

所述液晶组合物包含重量百分含量为1%～60%的组分A、1%～70%的组分B和0～40%的组分C；其中，组分B中的通式Ⅱ化合物占液晶组合物的重量百分含量为1%～70%，组分B中的通式Ⅲ化合物占液晶组合物的重量百分含量为1%～70%。

所述液晶组合物优选包含重量百分含量为10%～55%的组分A、15%～65%的组分B和0～25%的组分C；其中，组分B中的通式Ⅱ化合物占液晶组合物的重量百分含量为15%～65%，组分B中的通式Ⅲ化合物占液晶组合物的重量百分含量为15%～65%。

所述液晶组合物最优选包含重量百分含量为20%～50%的组分A、20%～62%的组分B和0～15%的组分C；其中，组分B中的通式Ⅱ化合物占液晶组合物的重量百分含量为20%～62%，组分B中的通式Ⅲ化合物占液晶组合物的重量百分含量为20%～62%。

所述作为组分A的通式Ⅰ所示化合物优选自Ⅰ-1～Ⅰ-23所示化合物：

其中，X、R₁分别是碳原子数为1～6的烷基或碳原子数为1～6的烷氧基中的任一基团。

所述组分B中的通式Ⅱ所示化合物优选自Ⅱ-1所示化合物：

其中，R₂是碳原子数为1～6的烷基中的任一基团；

所述组分B中的通式Ⅲ所示化合物优选自Ⅲ-1～Ⅲ-10所示化合物：

其中，R₄、R₅分别是碳原子数为1～6的烷基中的任一基团。

所述作为组分C的通式Ⅳ所示化合物优选自Ⅳ-1～Ⅳ-6所示化合物：

其中，R₆、R₇分别是碳原子数为1～6的烷基或碳原子数为1～6的烷氧基中的任一基团。

下面的实施例1～10分别按比例称取通式Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ的液晶化合物，制备得液晶组合物。所使用的各种液晶单体均可以通过公知的方法进行合成，或通过商业途径获得。

制备液晶组合物所用的设备和仪器为：

（1）电子精密天平（精确度0.1mg）

（2）不锈钢烧杯：用于称量液晶

（3）勺子：用于加入单体

（4）磁力转子：用于搅拌

（5）控温电磁搅拌器

液晶组合物的制备方法包括以下步骤：

（1）将所用单体按顺序摆放整齐；

（2）把不锈钢烧杯放置在天平上，用小勺将单体盛入不锈钢烧杯中；

（3）依次按所需重量添加单体液晶；

（4）把加好料的不锈钢烧杯放置在磁力搅拌仪器上加热融化；

（5）待不锈钢烧杯中混合物大部份融化后，往不锈钢烧杯中加入一颗磁力转子，将液晶混合物搅拌均匀，冷却到室温后即得液晶组合物。

将所得的液晶组合物填充于液晶显示器两基板间进行性能测试。具体化合物的单体结构、用量（重量百分含量）、所得的液晶组合物的性能参数测试结果均列于表中。表1～10对应实施例1～10。

表1实施例1的液晶组合物的组分配比及其性能参数

表2实施例2的液晶组合物的组分配比及其性能参数

表3实施例3的液晶组合物的组分配比及其性能参数

表4实施例4的液晶组合物的组分配比及其性能参数

表5实施例5的液晶组合物的组分配比及其性能参数

表6实施例6的液晶组合物的组分配比及其性能参数

表7实施例7的液晶组合物的组分配比及其性能参数

表8实施例8的液晶组合物的组分配比及其性能参数

表9实施例9的液晶组合物的组分配比及其性能参数

表10实施例10的液晶组合物的组分配比及其性能参数

由实施例1～实施例10所示的液晶组合物的性能参数可知，本发明的液晶组合物具有绝对值很高的负介电各向异性（绝对值大于7）、范围较宽的光学各向异性、较高的清亮点、很好的低温稳定性、较低的旋转粘度、较快的响应速度和较小的阈值电压，此外还具有较好的抗紫外（UV）性能，非常适用于制造VA模式的光学元件和液晶显示器中，尤其适合于低电压驱动的车载VA-LCD。

本发明虽然仅仅列举了上述10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 (3)

1.一种负介电各向异性液晶组合物，其特征在于：所述液晶组合物包含通式Ⅰ-1～Ⅰ-17所示化合物中的一种或几种组成的组分A、通式Ⅱ化合物和通式Ⅲ化合物所示的组分B和通式Ⅳ化合物所示的组分C；

其中，

R₁是碳原子数为1～6的烷基或碳原子数为1～6的烷氧基中的任一基团；

R₂、R₃、R₄、R₅、R₆、R₇分别是下列①～②所示基团中的任意一种：

①碳原子数为1～12的烷基或碳原子数为1～12的烷氧基，

②一个或多个-H被-F或-Cl取代的①所示基团；

Z₃、Z₄、Z₅、Z₆分别是单键、-CH₂-、-CH₂CH₂-、-C≡C-、-COO-、-CH₂O-的其中任意一种；

分别是单键或下列基团中的任一基团： 但不同时为

n₂、n₃分别是0、1或2中的任一数值；

所述液晶组合物包含重量百分含量为10％～55％的组分A和0～25％的组分C；组分B中的通式Ⅱ化合物占液晶组合物的重量百分含量为15％～65％，组分B中的通式Ⅲ化合物占液晶组合物的重量百分含量为15％～65％。

2.根据权利要求1所述的一种负介电各向异性液晶组合物，其特征在于：

所述组分B中的通式Ⅱ所示化合物是Ⅱ-1所示的化合物：

其中，R₂是碳原子数为1～6的烷基中的任一基团；

所述组分B中的通式Ⅲ所示化合物是Ⅲ-1～Ⅲ-10所示化合物中的一种或几种：

其中，R₄、R₅分别是碳原子数为1～6的烷基中的任一基团。

3.根据权利要求1所述的一种负介电各向异性液晶组合物，其特征在于：所述作为组分C的通式Ⅳ所示化合物是Ⅳ-1～Ⅳ-6所示化合物中的一种或几种：

其中，R₆、R₇分别是碳原子数为1～6的烷基或碳原子数为1～6的烷氧基中的任一基团。