CN104513665A - 一种含三联苯类化合物的液晶介质及其应用 - Google Patents

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乔云霞
丰景义
史子谦
温刚
李锐
崔青
徐凯
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Abstract

本发明涉及一种含三联苯类化合物的液晶介质及其应用，公开了一种液晶介质及液晶介质在液晶显示中的应用。该液晶介质具有正的介电各项异性，其特征在于包含了一种或多种由结构式(Ⅰ)表示的化合物。本发明提供的液晶介质性能优异，具有宽的向列相温度范围，高的折射率各向异性，很高的电荷保持率、低旋转粘度，可以维持高电荷保持率、低功耗等，具有非常快的响应速度。本发明的组合物在液晶显示中具有广阔的应用前景和应用价值，特别适用于制造大折射率各向异性，快速响应的有源矩阵TN-TFT，IPS-TFT,FFS-TFT显示器。

Description

一种含三联苯类化合物的液晶介质及其应用
技术领域
本发明属于液晶显示材料技术领域，具体涉及一种液晶介质，尤其涉及一种含有三联苯类化合物的液晶介质及应用。
背景技术
液晶显示元件根据显示模式的不同可分为TN(twisted nemtic扭曲向列)、STN(super teisted nemtic超扭曲向列)、IPS(in-plan switching面内转换)、VA(vertical aligbnent垂直配向)、OCB(opticallycompensated bend光学补偿弯曲)等类型。随着TFT(thin film transistor薄膜晶体管)阵列驱动液晶显示(TFT-LCD)技术的飞速发展，近年来人们一直在积极研究具有快速响应和高对比度等特性的TFT显示器。
作为显示用的液晶材料得到了很大发展，出现了大量的液晶化合物。从各种含氟芳环类液晶化合物，到在液晶分子中引入一个二氟亚甲氧基桥(-CF2O-)连接基团，会使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。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，而不用与其它化合物组合就能够满足性能要求。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液晶基本上也都是由多种单体液晶混合而成的。
通过混合液晶分子可以实现液晶材料的各种物理特性要求。这些要求主要包括以下几项：高稳定性：包括紫外光稳定性、热稳定性和化学稳定性。适度的双折射率：不同的液晶显示模式对双折射率Δn值的要求是不一样的。Δn变大可以获得更低的盒厚，更快的响应速度。低粘度：这是高响应速度的要求。粘度越低，响应时间越小，响应速度越快。较大的介电各向异性：介电各向异性Δε越大，液晶的阈值电压越小，但液晶材料中的离子越容易析出，成为自由离子导致电阻率降低。宽的温度范围：理想的保存温度范围为-40℃～100℃，一般有特殊应用的例如车载显示，该温度可能扩宽到-40℃～110℃。为了获得稳定的液晶状态，达到上述要求，需要设计好液晶分子间的作用力及液晶分子排列的规则性。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。
发明内容
本发明的目的是提供一种正介电液晶组合物，具有高电荷保持率、低旋转粘度、响应时间快的特点，适用于有源矩阵电光学元件和液晶显示器中，可用于制造快速响应的TFT-LCD。
为了实现本发明的目的，本发明提供了一种适当高的正介电液晶介质，具有宽的向列相范围，高的光学各向异性。
本发明所提供的液晶介质包含一种或多种式Ⅰ所示的液晶化合物，
其中，Cycloalkyl表示环丁基、环戊基或环庚基；
Z1表示单键、-CH2-、-CH2-CH2-、-(CH2)3-、-(CH2)4-、-CH＝CH-、-C≡C-、-COO-、-OOC-、-CF2O-、-OCH2-、-CH2O-、-OCF2-、-CF2CH2-、-CH2CF2-、-C2F4-或-CF＝CF-；
Y1、Y2、Y3、Y4、Y5、Y6各自独立的表示H或F；
X0表示F、CL、碳原子数为1-6的烷基、碳原子数为1-6的卤代烷基、碳原子数为2-6的卤代烯烃基、碳原子数为1-6的卤代烷氧基或碳原子数为2-6的卤代烯氧基；
可相同或不同，各自独立地表示下列基团中的一种或多种：
m表示0、1或2。
作为优选，所述式Ⅰ中，m表示0或1，Z1表示单键，X0代表F或OCF3。
本发明所提供的液晶介质中，所述一种或多种式Ⅰ所示的液晶化合物的质量百分含量优选为1～50％。
所述一种或多种式Ⅰ所示的液晶化合物优选为如下式ⅠA-1至式ⅠA-16、式ⅠB-1至式ⅠB-14所示化合物中的一种或多种
本发明所提供的液晶介质，可以包含一种或多种式Ⅱ所示的化合物
其中，R0、R1可以相同或不同，各自独立地表示H原子、碳原子数为1-10的烷基、碳原子数为1-10的烷氧基、碳原子数为2-10的链烯基或者碳原子数为3-8链烯氧基。
本发明所提供的液晶介质中，所述一种或多种式Ⅱ所示的化合物的质量百分含量优选为1～65％。
所述一种或多种式Ⅱ所示的化合物优选为如下式Ⅱ-1和/或式Ⅱ-2所示化合物中的一种或多种化合物：
其中，R0可以相同或不同，各自独立地表示H原子、碳原子数为1-10的烷基、碳原子数为1-10的烷氧基、碳原子数为2-10的链烯基或者碳原子数为3-8链烯氧基。
本发明所提供的液晶介质还可以包含一种或多种式Ⅲ、式Ⅳ和/或式Ⅴ所示的化合物：
所述式Ⅲ、式Ⅳ、式Ⅴ中，
R0，R1各自独立的表示H、碳原子数为1-10的烷基、碳原子数为1-10的烷氧基、碳原子数为2-10的链烯基、碳原子数为3-8的烯氧基、碳原子数为1-10的烷基中一个或多个氢被氟取代后所形成的基团、碳原子数为1-10的烷氧基中一个或多个氢被氟取代后所形成的基团、碳原子数为2-10的链烯基中一个或多个氢被氟取代后所形成的基团或碳原子数为3-8的烯氧基中一个或多个氢被氟取代后所形成的基团；
X0表示F、Cl、碳原子数为1-6的烷基、碳原子数为1-6的卤代烷基、碳原子数为2-6的烯烃基、碳原子数为2-6的卤代烯烃基、碳原子数为1-6的卤代烷氧基或碳原子数为1-6的卤代烯氧基；
各自独立的表示单键或以下基团中的一种或多种：
各式中Z1可相同或不同，各自独立地表示单键、-CH2-、-CH2-CH2-、-(CH2)3-、-(CH2)4-、-CH＝CH-、-C≡C-、-COO-、-OOC-、-CF2O-、-OCH2-、-CH2O-、-OCF2-、-CF2CH2-、-CH2CF2-、-C2F4-或-CF＝CF-的其中一种；
Z2表示单键、-CH2-、-CH2-CH2-、-(CH2)3-、-(CH2)4-、-CH＝CH-、-C≡C-、-COO-、-OOC-、-CF2O-、-OCH2-、-CH2O-、-OCF2-、-CF2CH2-、-CH2CF2-、-C2F4-或-CF＝CF-的其中一种；
m、n各自独立地表示0、1、2或3，并且m+n≤5。
本发明所提供的液晶介质中，所述一种或多种式Ⅲ、式Ⅳ和/或式Ⅴ所示的化合物的质量百分含量优选为1～80％。
所述一种或多种式Ⅲ、式Ⅳ和/或式Ⅴ所示的化合物优选为如下式Ⅲ-1至式Ⅲ-12、式Ⅳ-1至式Ⅳ-7和/或式Ⅴ-1至式Ⅴ-4所示化合物中的一种或多种化合物：
其中，R0、R1表示H、碳原子数为1-10的烷基、碳原子数为1-10的烷氧基、碳原子数为2-10的链烯基、碳原子数为3-8的烯氧基、碳原子数为1-10的烷基中一个或多个氢被氟取代后所形成的基团、碳原子数为1-10的烷氧基中一个或多个氢被氟取代后所形成的基团、碳原子数为2-10的链烯基中一个或多个氢被氟取代后所形成的基团、碳原子数为3-8的烯氧基中一个或多个氢被氟取代后所形成的基团、环戊基、环丁基或环庚基。
本发明所提供的液晶介质，还可以包含一种或多种式Ⅵ所示的化合物
所述式Ⅵ中，
R0表示H、碳原子数为1-10的烷基、碳原子数为1-10的烷氧基、碳原子数为2-10的链烯基、碳原子数为3-8的烯氧基、碳原子数为1-10的烷基中一个或多个氢被氟取代后所形成的基团、碳原子数为1-10的烷氧基中一个或多个氢被氟取代后所形成的基团、碳原子数为2-10的链烯基中一个或多个氢被氟取代后所形成的基团、碳原子数为3-8的烯氧基中一个或多个氢被氟取代后所形成的基团、环戊基、环丁基或环庚基；
X0表示F、Cl、碳原子数为1-6的烷基、碳原子数为1-6的卤代烷基、碳原子数为2-6的烯烃基、碳原子数为2-6的卤代烯烃基，碳原子数为1-6的卤代烷氧基或碳原子数为1-6的卤代烯氧基；
各自独立的表示单键或以下基团中的一种或多种：
m、n表示0、1、2或3，并且m+n≤5。
所述一种或多种式Ⅵ所示的化合物的质量百分含量优选为1～80％。
所述一种或多种式Ⅵ所示的化合物优选为如下式Ⅵ-1至式Ⅵ-12所示化合物中的一种或多种化合物：
本发明所提供的液晶介质如果应用于FFS-TFT、IPS-TFT中，不需要添加旋光性物质；应用于TN-TFT，需添加的所述式I-Ⅵ所示的化合物的质量之和的0.05～0.5％的旋光性化合物。
对于本发明所述的液晶介质若用于TN-TFT模式液晶显示中，则需加入旋光性组分。旋光性组分的作用是使液晶介质在液晶盒总扭曲90°，不至发生欠扭而影响显示效果，其含量为0.05％-0.5％。
本发明所提供的任一所述液晶介质，均可应用于液晶显示元件和液晶显示器中。
本发明的液晶组合物可采用常规方法将两种或多种液晶化合物混合进行生产，如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；或者本发明的液晶组合物可按照常规的制备方法制备。
通过本发明得到的向列相型液晶组合物性能优异，具有非常低的响应时间，具有较大的介电各项异性，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。且液晶混合物在高温后仍能表现出高的电阻率和电压保持率，此液晶混合物表现出优异的高温和紫外稳定性能。同时，实施例中液晶混合物还表现出较低旋转粘度、快响应时间、适当的光学各向异性，因此可适用于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。
本发明书中的百分比为重量百分比，温度为摄氏度(℃)。如无其他说明，其他符号的具体意义及测试条件如下：
Cp(℃)表示液晶的清亮点。
S-N表示液晶的晶态到向列相的熔点(℃)。
△n为光学各向异性，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波长，25℃。
△ε为介电各向异性，△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℃；INSTEC:ALCT-IR1；20微米平行盒，未添加手性剂。
γ1：旋转粘度(mPa·s),测试条件为25±0.2℃。
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，但下面的实施例为本发明的示例，本发明并不限于以下实施例。在不偏离本发明主旨或范围的情况下，通过在本发明的液晶组合物内还可以通过对各组分含量的调整，修改或改良出具有不同阈值，清亮点，双折射特性的液晶混合物，这对本领域技术人员是显而易见的。所述方法如无特别说明均为常规方法。所述材料如无特别说明均能从公开商业途径而得。
在以下的实施例中所采用的各成分，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。
按照以下实施例规定的各液晶组合物的配比，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。
制备并研究下列实施例中给出的液晶组合物。下面显示了各液晶组合物的组成和其性能参数测试结果。
取以下重量百分比的组合物Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ，Ⅴ，Ⅵ，配置液晶组合物，具体的配比如表所示，所得的液晶组合物的性能参数也列于表中。
实施例1
实施例具体原则
通式里涉及数值范围，端点数值应体现在实施例中，如数值范围比较宽，还应选择一个或多个数值范围中间点。
实施例应囊括每个类别取代基
效果最好的实施例(非商业秘密)应在专利要求中体现
每个权利要求应至少对应一个实施例
各实施例的效果(各种物质组分的优缺点)
按表1中所列的各化合物及重量百分数配制成本发明的液晶组合物，其填充于液晶显示器两基板间进行性能测试，测试数据如下表所示：
表1实施例1的液晶组合物配方及其测试性能参数
实施例2
按表2中所列的各化合物及重量百分数配制成本发明的液晶组合物，其填充于液晶显示器两基板间进行性能测试，测试数据如下表所示：
表2实施例2的液晶组合物配方及其测试性能参数
实施例3
按表3中所列的各化合物及重量百分数配制成本发明的液晶组合物，其填充于液晶显示器两基板间进行性能测试，测试数据如下表所示：
表3实施例3的液晶组合物配方及其测试性能参数
实施例4
按表4中所列的各化合物及重量百分数配制成本发明的液晶组合物，其填充于液晶显示器两基板间进行性能测试，测试数据如下表所示：
表4实施例4的液晶组合物配方及其测试性能参数
实施例5
按表5中所列的各化合物及重量百分数配制成本发明的液晶组合物，其填充于液晶显示器两基板间进行性能测试，测试数据如下表所示：
表5实施例5的液晶组合物配方及其测试性能参数
实施例6
按表6中所列的各化合物及重量百分数配制成本发明的液晶组合物，其填充于液晶显示器两基板间进行性能测试，测试数据如下表所示：
表6实施例6的液晶组合物配方及其测试性能参数
实施例7
按表7中所列的各化合物及重量百分数配制成本发明的液晶组合物，其填充于液晶显示器两基板间进行性能测试，测试数据如下表所示：
表7实施例7的液晶组合物配方及其测试性能参数
实施例8
按表8中所列的各化合物及重量百分数配制成本发明的液晶组合物，其填充于液晶显示器两基板间进行性能测试，测试数据如下表所示：
表8实施例8的液晶组合物配方及其测试性能参数
实施例9
按表9中所列的各化合物及重量百分数配制成本发明的液晶组合物，其填充于液晶显示器两基板间进行性能测试，测试数据如下表所示：
表9实施例9的液晶组合物配方及其测试性能参数
实施例10
按表10中所列的各化合物及重量百分数配制成本发明的液晶组合物，其填充于液晶显示器两基板间进行性能测试，测试数据如下表所示：
表10实施例10的液晶组合物配方及其测试性能参数
以上十个实施例，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。可拓宽TN，IPS或者FFS液晶模式的使用温度，并且具有较快的响应时间和较宽的视角范围，非常适合用于TN，IPS和FFS模式操作的显示器。
本发明所提供的液晶组合物具有降低阈值电压与响应时间的效果，因此本发明所提供的液晶介质是用于制备快速响应、低的旋转粘度TFT液晶显示器的理想的液晶材料。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明做了详尽的描述，但他们是本发明的代表例，在本发明基础上，可以对之做一些修改和改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，本发明并不是有上述说明而限定，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 (16)

1.一种液晶介质，其特征在于，所述液晶介质包含一种或多种式Ⅰ所示的液晶化合物，
其中，Cycloalkyl表示环丁基、环戊基或环庚基；
Z1表示单键、-CH2-、-CH2-CH2-、-(CH2)3-、-(CH2)4-、-CH＝CH-、-C≡C-、-COO-、-OOC-、-CF2O-、-OCH2-、-CH2O-、-OCF2-、-CF2CH2-、-CH2CF2-、-C2F4-或-CF＝CF-；
Y1、Y2、Y3、Y4、Y5、Y6各自独立的表示H或F；
X0表示F、CL、碳原子数为1-6的烷基、碳原子数为1-6的卤代烷基、碳原子数为2-6的烯烃基、碳原子数为2-6的卤代烯烃基、碳原子数为1-6的卤代烷氧基或碳原子数为2-6的卤代烯氧基；
可相同或不同，各自独立地表示下列基团中的一种或多种：
m表示0、1或2。
2.根据权利要求1所述的液晶介质，其特征在于，m表示0或1，Z1表示单键，X0代表F或OCF3。
3.根据权利要求1所述的液晶介质，其特征在于，所述液晶介质中，所述一种或多种式Ⅰ所示的液晶化合物的质量百分含量为1～50％。
4.根据权利要求1所述的液晶介质，其特征在于，所述一种或多种式Ⅰ所示的液晶化合物为如下式ⅠA-1至式ⅠA-16、式ⅠB-1至式ⅠB-14所示化合物中的一种或多种
5.根据权利要求1-4中任一所述的液晶介质，其特征在于，所述液晶介质还包含一种或多种式Ⅱ所示的化合物
其中，R0、R1可以相同或不同，各自独立地表示H原子、碳原子数为1-10的烷基、碳原子数为1-10的烷氧基、碳原子数为2-10的链烯基或者碳原子数为3-8链烯氧基。
6.根据权利要求5的液晶介质，其特征在于，所述液晶介质中，所述一种或多种式Ⅱ所示的化合物的质量百分含量为1～65％。
7.根据权利要求5的液晶介质，其特征在于，所述一种或多种式Ⅱ所示的化合物为如下式Ⅱ-1和/或式Ⅱ-2所示化合物中的一种或多种化合物：
其中，R0可以相同或不同，各自独立地表示H原子、碳原子数为1-10的烷基、碳原子数为1-10的烷氧基、碳原子数为2-10的链烯基或者碳原子数为3-8链烯氧基。
8.根据权利要求5所述的液晶介质，其特征在于，所述液晶介质还包含一种或多种式Ⅲ、式Ⅳ和/或式Ⅴ所示的化合物：
所述式Ⅲ、式Ⅳ、式Ⅴ中，
R0，R1各自独立的表示H、碳原子数为1-10的烷基、碳原子数为1-10的烷氧基、碳原子数为2-10的链烯基、碳原子数为3-8的烯氧基、碳原子数为1-10的烷基中一个或多个氢被氟取代后所形成的基团、碳原子数为1-10的烷氧基中一个或多个氢被氟取代后所形成的基团、碳原子数为2-10的链烯基中一个或多个氢被氟取代后所形成的基团或碳原子数为3-8的烯氧基中一个或多个氢被氟取代后所形成的基团；
X0表示F、Cl、碳原子数为1-6的烷基、碳原子数为1-6的卤代烷基、碳原子数为2-6烯烃基、碳原子数为2-6卤代烯烃基、碳原子数为1-6的卤代烷氧基或碳原子数为2-6的卤代烯氧基；
各自独立的表示单键或以下基团中的一种或多种：
各式中Z1可相同或不同，各自独立地表示单键、-CH2-、-CH2-CH2-、-(CH2)3-、-(CH2)4-、-CH＝CH-、-C≡C-、-COO-、-OOC-、-CF2O-、-OCH2-、-CH2O-、-OCF2-、-CF2CH2-、-CH2CF2-、-C2F4-或-CF＝CF-的其中一种；
Z2表示单键、-CH2-、-CH2-CH2-、-(CH2)3-、-(CH2)4-、-CH＝CH-、-C≡C-、-COO-、-OOC-、-CF2O-、-OCH2-、-CH2O-、-OCF2-、-CF2CH2-、-CH2CF2-、-C2F4-或-CF＝CF-的其中一种；
m、n各自独立地表示0、1、2或3，并且m+n≤5。
9.根据权利要求8的液晶介质，其特征在于，所述液晶介质中，所述一种或多种式Ⅲ、式Ⅳ和/或式Ⅴ所示的化合物的质量百分含量为1～80％。
10.根据权利要求8的液晶介质，其特征在于，所述一种或多种式Ⅲ、式Ⅳ和/或式Ⅴ表示的化合物为如下式Ⅲ-1至式Ⅲ-12、式Ⅳ-1至式Ⅳ-7和/或式Ⅴ-1至式Ⅴ-4所示化合物中的一种或多种化合物：
其中，R0，R1各自独立的表示H、碳原子数为1-10的烷基、碳原子数为1-10的烷氧基、碳原子数为2-10的链烯基、碳原子数为3-8的烯氧基、碳原子数为1-10的烷基中一个或多个氢被氟取代后所形成的基团、碳原子数为1-10的烷氧基中一个或多个氢被氟取代后所形成的基团、碳原子数为2-10的链烯基中一个或多个氢被氟取代后所形成的基团或碳原子数为3-8的烯氧基中一个或多个氢被氟取代后所形成的基团。
11.根据权利要求8-10中任一所述的液晶介质，其特征在于，所述液晶介质还包含一种或多种式Ⅵ所示的化合物
所述式Ⅵ中，
R0表示H、碳原子数为1-10的烷基、碳原子数为1-10的烷氧基、碳原子数为2-10的链烯基、碳原子数为3-8的烯氧基、碳原子数为1-10的烷基中一个或多个氢被氟取代后所形成的基团、碳原子数为1-10的烷氧基中一个或多个氢被氟取代后所形成的基团、碳原子数为2-10的链烯基中一个或多个氢被氟取代后所形成的基团、碳原子数为3-8的烯氧基中一个或多个氢被氟取代后所形成的基团、环戊基、环丁基或环庚基；
X0表示F、Cl、碳原子数为1-6的烷基、碳原子数为1-6的卤代烷基、碳原子数为2-6的烯烃基、碳原子数为2-6的卤代烯烃基，碳原子数为1-6的卤代烷氧基或碳原子数为1-6的卤代烯氧基；
各自独立的表示单键或以下基团中的一种或多种：
m、n表示0、1、2或3，并且m+n≤5。
12.根据权利要求11的液晶介质，其特征在于，所述液晶介质中，所述一种或多种式Ⅵ所示的化合物的质量百分含量为1～80％。
13.根据权利要求11的液晶介质，其特征在于，所述液晶介质中，所述一种或多种式Ⅵ所示的化合物为如下式Ⅵ-1至式Ⅵ-12所示化合物中的一种或多种化合物：
14.根据权利要求1-13中任一所述的液晶介质，其特征在于，所述液晶介质应用于FFS-TFT、IPS-TFT中，不需要添加旋光性物质；应用于TN-TFT，需添加的所述式I-Ⅵ所示的化合物的质量之和的0.05～0.5％的旋光性化合物。
15.根据权利要求1-14中任一所述液晶介质，在液晶显示元件和液晶显示器中的应用。
16.一种电光学液晶显示器，所述显示器中包含权利要求1-14中任一所述的液晶介质。
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