CN104263382A - 含1,3-二噁烷及二氟甲氧基桥键化合物的液晶组合物及其应用 - Google Patents
含1,3-二噁烷及二氟甲氧基桥键化合物的液晶组合物及其应用 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及液晶材料领域，特别涉及一种液晶组合物及其应用。本发明提供的液晶组合物，按重量份，包括以下组分：(1)1～40份通式I所代表的化合物，(2)10～80份通式II所代表的化合物，(3)1～50份通式III所代表的化合物，其中通式I所代表的化合物为含1,3-二噁烷及二氟甲氧基桥键结构的化合物。本发明提供的液晶组合物具有低的旋转粘度和大的弹性常数，表现为具有较短的响应时间，可用于多种显示模式的快响应液晶显示，其在TN、IPS或FFS模式显示器中的使用能明显改善液晶显示器显示效果。
Description
技术领域
本发明涉及液晶材料领域，特别涉及一种含1，3-二噁烷及二氟甲氧基桥键化合物的液晶组合物及其应用。
背景技术
目前，液晶在信息显示领域得到了广泛应用，同时在光通讯中的应用也取得了一定的进展(S.T.Wu，D.K.Yang.Reflective Liquid Crystal Displays.Wiley，2001)。近几年，液晶化合物的应用领域已经显著拓宽到各类显示器件、电光器件、电子元件、传感器等，向列型液晶化合物已经在平板显示器中得到最为广泛的应用，特别是用于TFT有源矩阵的系统中。
液晶显示伴随液晶的发现经历了漫长的发展道路。1888年奥地利植物学家Friedrich Reinitzer发现了第一种液晶材料安息香酸胆固醇(cholesteryl benzoate)。1917年Manguin发明了摩擦定向法，用以制作单畴液晶和研究光学各向异性。1909年E.Bose建立了攒动(Swarm)学说，并得到L.S.Ormstein及F.Zernike等人的实验支持(1918年)，后经De Gennes论述为统计性起伏。G.W.Oseen和H.Zocher在1933年创立连续体理论，并得到F.C.Frank完善(1958年)。M.Born(1916年)和K.Lichtennecker(1926年)发现并研究了液晶的介电各向异性。1932年，W.Kast据此将向列相分为正、负性两大类。1927年，V.Freedericksz和V.Zolinao发现向列相液晶在电场或磁场作用下，发生形变并存在电压阈值(Freederichsz转变)。这一发现为液晶显示器的制作提供了依据。
1968年美国RCA公司R.Williams发现向列相液晶在电场作用下形成条纹畴，并有光散射现象。G.H.Heilmeir随即将其发展成动态散射 显示模式，并制成世界上第一个液晶显示器(LCD)。七十年代初，Helfrich及Schadt发明了TN原理，人们利用TN光电效应和集成电路相结合，将其做成显示器件(TN-LCD)，为液晶的应用开拓了广阔的前景。七十年代以来，由于大规模集成电路和液晶材料的发展，液晶在显示方面的应用取得了突破性的发展，1983～1985年T.Scheffer等人先后提出超扭曲向列相(Super Twisred Nematic：STN)模式以及P.Brody在1972年提出的有源矩阵(Active matrix：AM)方式被重新采用。传统的TN-LCD技术已发展为STN-LCD及TFT-LCD技术，尽管STN的扫描线数可达768行以上，但是当温度升高时仍然存在着响应速度、视角以及灰度等问题，因此大面积、高信息量、彩色显示大多采用有源矩阵显示方式。TFT-LCD已经广泛用于直视型电视、大屏幕投影电视、计算机终端显示和某些军用仪表显示，相信TFT-LCD技术具有更为广阔的应用前景。
其中“有源矩阵”包括两种类型：1、在作为基片的硅晶片上的OMS(金属氧化物半导体)或其它二极管。2、在作为基片的玻璃板上的薄膜晶体管(TFT)。
单晶硅作为基片材料限制了显示尺寸，因为各部分显示器件甚至模块组装在其结合处出现许多问题。因而，第二种薄膜晶体管是具有前景的有源矩阵类型，所利用的光电效应通常是TN效应。TFT包括化合物半导体，如Cdse，或以多晶或无定形硅为基础的TFT。
目前，LCD产品技术已经成熟，成功地解决了视角、分辨率、色饱和度和亮度等技术难题，其显示性能已经接近或超过CRT显示器。大尺寸和中小尺寸LCD在各自的领域已逐渐占据平板显示器的主流地位。但是受液晶材料本身的制约(粘度高)，致使响应时间成为影响高性能显示器的主要因素。
具体而言，液晶的响应时间受限于液晶的旋转粘度γ1以及弹性常数，降低液晶组合物的旋转粘度和提升弹性常数对于减少液晶显示 器的响应时间，加快液晶显示器的响应速度有着显著的效果。
发明内容
本发明的第一目的是提供一种含1，3-二噁烷及二氟甲氧基桥键化合物的液晶组合物。
为实现本发明的第一目的，具体采用如下的技术方案：一种液晶组合物，按重量份，包括以下组分：
(1)1～40份通式I所代表的化合物，
(2)10～80份通式II所代表的化合物，
(3)1～50份通式III所代表的化合物；
其中，通式I所代表的化合物结构如下：
在通式I中A1、A2各自独立地代表：
n各自独立地代表1～12的整数，
m各自独立地代表0或1；
通式II所代表的化合物结构如下：
R1-A3-A4-R2 II
在通式II，R1、R2各自独立地代表C1～C12的直链烷基，其中一个或多个不相邻的CH2可以被O、S或CH＝CH所取代；
A3、A4各自独立地代表反式1，4-环己基或1，4-亚苯基；
通式III所代表的化合物结构如下：
在通式III中，R3各自独立地代表C1～C12的直链烷基、C2～C12的直链烯基；L1各自独立地代表H或F；X各自独立地代表F、C1～C6的烷基、烷氧基、卤代烷基或卤代烷氧基；A5各自独立地代表反式1，4-环己基或1，4-亚苯基。
本发明提供的液晶组合物具有低的旋转粘度和大的弹性常数，表现为具有较短的响应时间，从而有效地解决液晶显示器响应速度慢的问题。
为了实现快的响应时间，本发明的液晶组合物，按重量份，包括以下组分：
(1)5～40份通式I所代表的化合物，
(2)20～70份通式II所代表的化合物，
(3)1～30份通式III所代表的化合物。
本发明提供的通式I所代表的化合物为含1，3-二噁烷及二氟甲氧基桥键的化合物，此类化合物具有大的介电各向异性。
具体的，通式I所代表的化合物选自式I-A～式I-H所代表的化合物的一种或几种：
其中，n各自独立地代表1～7的整数，优选2～5的整数；
优选的，通式I所代表的化合物选自式I-A-1～式I-H-4所代表的化合物的一种或几种：
更优选的，通式I所代表的化合物选自I-F-2、I-F-3、I-D-3、I-D-2、I-F-2、I-G-3、I-G-2或I-A-3的一种或几种。
本发明提供的通式II所代表的化合物为双环结构，具体的，所述通式II所代表的化合物选自如下化合物的一种或多种：
其中，R1各自独立地代表C1～C7的直链烷基，优选C1～C5的直链烷基；R2各自独立地代表C1～C7的直链烷基、直链烷氧基或C2～C7的直链烯基，优选C1～C5的直链烷基、烷氧基或C2～C5的直链烯基。
优选的，通式II所代表的化合物选自式II-A-1～式II-C-24所代表的化合物的一种或几种：
更优选的，通式II所代表的化合物选自II-A-1、II-A-9、II-A-2或II-C-4的一种或几种。
本发明提供的通式III所代表的化合物为三环结构，具体的，通式III所代表的化合物选自以下化合物的一种或多种：
其中，R3各自独立地代表C1～C12的直链烷基或C2～C12的直链烯基，优选C2～C10的直链烷基或直链烯基，进一步优选C2～C5的直链烷基或直链烯基；
X各自独立地代表F、OCF3；
Rx各自独立地代表C1～C12的直链烷基，优选C1～C10的直链烷基，进一步优选C1～C5的直链烷基。
本发明的液晶组合物还包括通式IV～通式VII所代表的化合物的一种或几种，所述通式IV～通式VII所代表的化合物结构如下：
其中，R4、R5各自独立地代表C1～C12的直链烷基、直链卤代烷基以及C2～C12的直链烯基；R6各自独立地代表C1～C12的直链烷基或C2～C12的直链烯基；R7、R8、R9各自独立地代表C1～C12的直链烷基；L2、L3、L4各自独立地代表H或F；Y各自独立地代表F、OCF3或OCF2H；A6、A7、A8、A9各自独立地代表：
具体的，所述通式IV所代表的化合物选自以下化合物的一种或几种：
其中，R4、R5各自独立地代表C1～C12的直链烷基，优选C2～C7的直链烷基，进一步优选C2～C5的直链烷基，p各自独立地代表2～7的整数，优选2～5的整数。
所述通式V所代表的化合物选自以下化合物的一种或几种：
其中，R6各自独立地代表C1～C12的直链烷基，优选C2～C10的直链烷基，进一步优选C2～C5的直链烷基；
所述通式VI所代表的化合物选自以下化合物的一种或几种：
其中，R7、R8各自独立地代表C1～C12的直链烷基，优选C1～C10的直链烷基，进一步优选C2～C5的直链烷基；
所述通式VII所代表的化合物选自如下化合物的一种或多种：
其中，R9各自独立地代表C1～C12的直链烷基，优选C1～C10的直链烷基，进一步优选C2～C5的直链烷基。
具体的而言，为了使液晶组合物满足不同的需求，本发明所提 供的液晶组合物包括以下组分：5～20份通式I所代表的化合物，20～70份通式II所代表的化合物，1～30份通式III所代表的化合物，1～50份通式IV～通式VII所代表的化合物。
优选的，所述液晶组合物包括以下组分：5～20份通式I所代表的化合物，30～61份通式II所代表的化合物，3～29份通式III所代表的化合物，8～36份通式IV～通式VII所代表的化合物。
另外，本发明的液晶组合物包括以下组分：21～40份通式I所代表的化合物，20～50份通式II所代表的化合物，3～35份通式III所代表的化合物，5～40份通式IV～通式VII所代表的化合物。
优选的，所述液晶组合物包括以下组分：21～38份通式I所代表的化合物，24～42份通式II所代表的化合物，6～30份通式III所代表的化合物，8～28份通式IV～通式VII所代表的化合物。
本发明所提供的液晶组合物中通式I所代表的化合物为含1，3-二噁烷及二氟甲氧基桥键的化合物，此类化合物具有大的介电各向异性，通式II所代表的化合物为双环结构，通式III所代表的化合物为三环结构，本发明通过通式I、通式II、通式III所代表化合物的复配得到了一种液晶组合物，该组合本发明提供的液晶组合物具有低的旋转粘度和大的弹性常数，表现为具有较短的响应时间。
本发明所述液晶组合物的制备方法无特殊限制，可采用常规方法将两种或多种化合物混合进行生产，如通过在高温下混合不同组分并彼此溶解的方法制备，其中，将液晶组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；或者本发明所述液晶组合物可按照常规的方法制备，如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，如丙酮、氯仿或甲醇等，然后将溶液混合去除溶剂后得到。
本发明所述液晶组合物具有低粘度、高电阻率、良好的低温互 溶性以及快的响应速度，可用于多种显示模式的快响应液晶显示，其在TN、IPS或FFS模式显示器中的使用能明显改善液晶显示器显示效果。
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。
除非另有说明，本发明中百分比为重量百分比；温度单位为摄氏度；△n代表光学各向异性(25℃)；△ε代表介电各向异性(25℃，1000Hz)；V10代表阈值电压，是在相对透过率改变10％时的特征电压(V，25℃)；γ1代表旋转粘度(mPa.s，25℃)；Cp代表液晶组合物的清亮点(℃)；K11、K22、K33分别代表展曲、扭曲和弯曲弹性常数(pN，25℃)。
以下各实施例中，液晶化合物中基团结构用表1所示代码表示。
表1：液晶化合物的基团结构代码
以如下化合物结构为例：
表示为：F4CDUQUF
表示为：5CCPUF
以下各实施例中，液晶组合物的制备均采用热溶解方法，包括以下步骤：用天平按重量百分比称量液晶化合物，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、旋蒸，最后封装即得目标样品。
以下各实施例中，液晶组合物中各组分的重量百分比及液晶组合物的性能参数见下述表格。
实施例1
表2：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数
实施例2
表3：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数
实施例3
表4：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数
实施例4
表5：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数
实施例5
表6：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数
实施例6
表7：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数
实施例7
表8：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数
实施例8
表9：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数
实施例9
表10：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数
实施例10
表11：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数
实施例11
表12：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数
实施例12
表13：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数
实施例13
表14：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数
实施例14
表15：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数
对比例1
表15：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数
将实施例2与对比例1所得液晶组合物的各性能参数值进行汇总比较，参见表16。
表16：液晶组合物的性能参数比较
| △n | △ε | Cp | γ1 | K11 | K22 | K33 | |
| 实施例2 | 0.098 | +2.6 | 81 | 51 | 13.8 | 7.4 | 15.6 |
| 对比例1 | 0.093 | +2.3 | 75 | 55 | 12.4 | 6.6 | 12.8 |
经比较可知：与对比例1相比，实施例2提供的液晶组合物的，清亮点高，旋转粘度低，弹性常数大，因此拥有更短的响应时间和更快的响应速度。
对比例2
表17：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数
将实施例11与对比例2所得液晶组合物的各性能参数值进行汇总比较，参见表18。
表18：液晶组合物的性能参数比较
| △n | △ε | Cp | γ1 | K11 | K22 | K33 | |
| 实施例11 | 0.100 | +5.6 | 91 | 75 | 13.4 | 7.4 | 16.6 |
| 对比例2 | 0.100 | +5.6 | 90 | 90 | 12.8 | 6.5 | 16.2 |
经比较可知：与对比例2相比，实施例11提供的液晶组合物的弹性常数大，因此拥有更短的响应时间和更快的响应速度。
由以上实施例可知，本发明所提供的液晶组合物同时含有1，3二噁烷类二氟甲氧基桥键化合物和非极性双环化合物，具有低粘度、高电阻率、适合的光学各向异性、大的弹性常数以及优异的光稳定性和热稳定性，可解减少液晶显示器的响应时间，从而解决液晶显示器响应速度慢的问题。此外，该液晶组合物可有效地改善IPS和 FFS液晶显示器的对比度特性。因此，本发明所提供的液晶组合物适用于快响应的TN、IPS及FFS型TFT液晶显示装置，尤其适用于IPS及FFS液晶显示装置。
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)
1.一种含3-二噁烷及二氟甲氧基桥键化合物的液晶组合物，其特征在于，按重量份，包括以下组分：
(1)1～40份通式I所代表的化合物，
(2)10～80份通式II所代表的化合物，
(3)1～50份通式III所代表的化合物；
其中，通式I所代表的化合物结构如下：
在通式I中A1、A2各自独立地代表：
n各自独立地代表1～12的整数，
m各自独立地代表0或1；
通式II所代表的化合物结构如下：
R1-A3-A4-R2 II
在通式II，R1、R2各自独立地代表C1～C12的直链烷基，其中一个或多个不相邻的CH2可以被O、S或CH＝CH所取代；
A3、A4各自独立地代表反式1，4-环己基或1，4-亚苯基；
通式III所代表的化合物结构如下：
在通式III中，R3各自独立地代表C1～C12的直链烷基、C2～C12的直链烯基；L1各自独立地代表H或F；X各自独立地代表F、C1～C6的烷基、烷氧基、卤代烷基或卤代烷氧基；A5各自独立地代表反式1，4-环己基或1，4-亚苯基。
2.根据权利要求1所述的液晶组合物，其特征在于，按重量份，包括以下组分：
(1)5～40份通式I所代表的化合物，
(2)20～70份通式II所代表的化合物，
(3)1～30份通式III所代表的化合物。
3.根据权利要求1或2所述的液晶组合物，其特征在于，通式I所代表的化合物选自式I-A～式I-H所代表的化合物的一种或几种：
其中，n各自独立地代表1～7的整数，优选2～5的整数；
优选的，通式I所代表的化合物选自式I-A-1～式I-H-4所代表的化合物的一种或几种：
更优选的，通式I所代表的化合物选自I-F-2、I-F-3、I-D-3、I-D-2、I-F-2、I-G-3、I-G-2或I-A-3的一种或几种。
4.根据权利要求1或2所述的液晶组合物，其特征在于，所述通式II所代表的化合物选自以下化合物的一种或几种：
其中，R1各自独立地代表C1～C7的直链烷基，优选C1～C5的直链烷基；R2各自独立地代表C1～C7的直链烷基、直链烷氧基或C2～C7的直链烯基，优选C1～C5的直链烷基、烷氧基或C2～C5的直链烯基；
优选的，通式II所代表的化合物选自式II-A-1～式II-C-24所代表的化合物的一种或几种：
更优选的，通式II所代表的化合物选自II-A-1、II-A-9、II-A-2或II-C-4的一种或几种。
5.根据权利要求1或2所述的液晶组合物，其特征在于，通式III所代表的化合物选自以下化合物的一种或多种：
其中，R3各自独立地代表C1～C12的直链烷基或C2～C12的直链烯基，优选C2～C10的直链烷基或直链烯基，进一步优选C2～C5的直链烷基或直链烯基；
X各自独立地代表F、OCF3；
Rx各自独立地代表C1～C12的直链烷基，优选C1～C10的直链烷基，进一步优选C1～C5的直链烷基。
6.根据权利要求1或2所述的液晶组合物，其特征在于，所述液晶组合物还包括1-50份通式IV～通式VII所代表的化合物的一种或几种；
所述通式IV～通式VII所代表的化合物结构如下：
其中，R4、R5各自独立地代表C1～C12的直链烷基、直链卤代烷基以及C2～C12的直链烯基；R6各自独立地代表C1～C12的直链烷基或C2～C12的直链烯基；R7、R8、R9各自独立地代表C1～C12的直链烷基；L2、L3、L4各自独立地代表H或F；Y各自独立地代表F、OCF3或OCF2H；A6、A7、A8、A9各自独立地代表：
7.根据权利要求6所述的液晶组合物，其特征在于，所述通式IV所代表的化合物选自以下化合物的一种或几种：
其中，R4、R5各自独立地代表C1～C12的直链烷基，优选C2～C7的直链烷基，进一步优选C2～C5的直链烷基；p各自独立地代表2～7的整数，优选2～5的整数。
所述通式V所代表的化合物选自以下化合物的一种或几种：
其中，R6各自独立地代表C1～C12的直链烷基，优选C2～C10的直链烷基，进一步优选C2～C5的直链烷基；
所述通式VI所代表的化合物选自以下化合物的一种或几种：
其中，R7、R8各自独立地代表C1～C12的直链烷基，优选C1～C10的直链烷基，进一步优选C2～C5的直链烷基；
所述通式VII所代表的化合物选自如下化合物的一种或多种：
其中，R9各自独立地代表C1～C12的直链烷基，优选C1～C10的直链烷基，进一步优选C2～C5的直链烷基。
8.根据权利要求6所述的液晶组合物，其特征在于，所述液晶组合物包括以下组分：5～20份通式I所代表的化合物，20～70份通式II所代表的化合物，1～30份通式III所代表的化合物，1～50份通式IV～通式VII所代表的化合物；
优选的，所述液晶组合物包括以下组分：5～20份通式I所代表的化合物，30～61份通式II所代表的化合物，3～29份通式III所代表的化合物，8～36份通式IV～通式VII所代表的化合物。
9.根据权利要求6所述的液晶组合物，其特征在于，所述液晶组合物包括以下组分：21～40份通式I所代表的化合物，20～50份通式II所代表的化合物，3～35份通式III所代表的化合物，5～40份通式IV～通式VII所代表的化合物；
优选的，所述液晶组合物包括以下组分：21～38份通式I所代表的化合物，24～42份通式II所代表的化合物，6～30份通式III所代表的化合物，8～28份通式IV～通式VII所代表的化合物。
10.权利要求1-9任一项所述的液晶组合物在TN、IPS或FFS模式显示器中的应用。
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