CN104531167B - 液晶介质 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种具有正或负介电各向异性的极性化合物的混合物的液晶介质及其用于电光学目的的用途和包含此介质的电光学显示器，特别应用于TN‑TFT、OCB、IPS、PS‑IPS、FFS、PS‑FFS和VA的应用。该液晶介质具有宽的向列相温度，适中的粘度，大的介电各向异性，高的电阻率和电荷保持率，低功耗，响应时间快，对紫外线和热的稳定性高。其特征在于它包含一种或多种通式Ⅰ的化合物，其中各参数具有说明书中给出的含义。
Description
技术领域
本发明属于液晶显示材料技术领域，涉及一种液晶介质以及包含这些液晶介质的液晶显示器，尤其涉及一种含有氘代苯类化合物的液晶介质。
背景技术
液晶显示器(LCD)广泛应用于显示信息，LCD用于直观显示器，以及用于投影类型显示器，采用的电光学模式分为TN(twisted nematic扭曲向列)、STN(super twistednematic超扭曲向列)、OCB(optically compensated bend光学补偿弯曲)和ECB(electrically controlled birefringence电控双折射)、VA(vertical alignment垂直配向)及它们的各种变体，以及其它模式。所有这些模式都使用电场，该电场基本上垂直于基板，或者是垂直于液晶层。除这些模式以外，也存在采用基本上平行于基板，或者是液晶层的电场的电光学模式，如IPS(in-plan switching面内转换)。随着TFT(thin filmtransistor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，特别地，TN、STN、FFS和IPS显示模式是对于根据本发明的介质而言当前商业上令人关注的应用领域。
液晶材料一般必须具有良好的化学和热稳定性和对电场和电磁辐射的良好稳定性。此外，液晶材料应当具有低粘度和在盒中产生短响应时间，低阈值电压和高的对比度。
此外，它们应当在常规操作温度下，即在室温以上和以下的最宽可能范围中具有合适的介晶相(mesophase)，例如用于上述液晶显示器中的向列型介晶相。由于液晶通常作为多种组分的混合物形式使用，所以重要的是各组分彼此容易混溶，依赖于液晶显示器的类型和应用领域，更进一步的性质，如电导率，介电各向异性和光学各向异性必须根据显示类型和应用领域而满足各种要求。例如，用于具有扭曲向列结构的盒的材料应当具有正的介电各向异性和低的电导率。
具有TN模式的TFT元件中使用具有正介电各向异性的组成物，另一方面，具有VA模式的TFT元件中使用具有负介电各向异性的组成物。具有IPS模式的TFT元件中使用具有正或负介电各向异性的组成物。具有PSA模式的TFT元件中使用具有正或负介电各向异性的组成物。
最理想的TFT元件具有可使用的温度范围广、响应时间快、对比度高、阈值电压低、电压保持率大、寿命长等的特性。因此，液晶介质的理想特性为向列相的高上限温度、向列相的低下限温度、小粘度、大光学各向异性、大介电各向异性、大电阻率、对紫外线的高稳定性、对热的高稳定性等。
本发明的目的是提供液晶介质，能够应用于液晶显示器，特别优选应用于TN、STN、FFS和IPS显示模式。目前为止还没有任何单一的液晶材料单独用在液晶显示器中，而不用开发其它性能特性的组合物就能够满足性能要求。因此，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
本发明的一个目的是为一种于下述特性中充分满足至少一个特性的液晶组成物，向列相的高上限温度、向列相的低下限温度、小粘度、大光学各向异性、大介电各向异性、高电阻率、对紫外线的高稳定性、对热的高稳定性等。本发明的另一个目的是为一种含有上述介质的液晶显示元件。本发明的又一个目的是为一种具有适当的光学各向异性、大介电各向异性、对紫外线的高稳定性等特性的液晶介质，以及具有短的响应时间、大电压保持率、高对比度、长寿命等特性的AM显示元件。
在本发明的优选实施方案中，液晶介质包含至少一种氘代化合物，该化合物具有宽的向列相温度，适中的粘度，大的介电各向异性，高的电阻率和电荷保持率，低功耗，响应时间短，对紫外线和热的稳定性高等特性，而且该化合物与同类化合物相比，具有合成路线简单，成本低，收率高等特点，且在液晶介质中能够起到优良的效果。
本发明具体提供了一种液晶介质，所述液晶介质包含一种或多种式Ⅰ所示液晶化合物
其中，R0表示H、环戊基、环丁基、环己基、环庚基、碳原子数为1-12的烷基、碳原子数为1-12的烷基被CN、CF3单取代或被卤素至少单取代所形成的基团、碳原子数为2-12的烷基中的一个或多个CH2基团各自独立地被-O-、-S-、-CO-、-CO-O-、-O-CO-、或-O-CO-O以O原子不直接连接的方式替代所形成的基团，其中另外的，上述包含H的基团中的任意一个或多个H可以被氘、氟、氯取代；
Z1、Z2、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-和/或-CF＝CF-中的一种或多种；
D表示氘取代基；
X1、X2、X3各自独立地表示H、氘、F或Cl；
Y表示-Q-P，Q表示CF2、OCF2、C2F4、OC2F4或者单键，P表示H、F、Cl、CN、碳原子数为1-12的烷基、碳原子数为1-12烷氧基或碳原子数为2-10个碳原子的链烯基；
可相同或不同，各自独立地表示下列基团中的一种或多种：
n表示0、1或2。
所述式Ⅰ所示液晶化合物优选X1，X2，X3和Y中至多三个同时是F。
所述式Ⅰ所示液晶化合物，当所述n表示0或1时，优选Z1、Z2表示单键，X1、X2各自独立地表示H或者F，Y表示H、F或者OCF3。
本发明所提供的液晶介质还可以包含一种或多种式Ⅱ所示化合物
其中，R1、R2可相同或不同，各自独立地表示H、碳原子数为1-10的烷基、碳原子数为1-10的烷氧基或碳原子数为2-10的链烯基。
本发明所提供的液晶介质，在包含或者不包含式Ⅱ所示化合物的基础上，还包含一种或多种式Ⅲ所示化合物、一种或多种式Ⅳ所示化合物和/或一种或多种式Ⅴ所示化合物
其中，R3、R4、R6各自独立地表示H、环戊基、环丁基、环己基、环庚基、碳原子数为1-12的烷基、碳原子数为1-12的烷基被CN、CF3单取代或被卤素至少单取代所形成的基团、碳原子数为2-12的烷基中的一个或多个CH2基团各自独立地被-O-、-S-、-CO-、-CO-O-、-O-CO-、或-O-CO-O以O原子不直接连接的方式替代所形成的基团，其中另外的，上述包含H的基团中的任意一个或多个H可以被氘、氟、氯取代；
R5、R7各自独立地表示H、碳原子数为1-10的烷基、碳原子数为1-10的烷氧基或碳原子数为2-10的链烯基；
Y1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的烯基、碳原子数为2-6的卤代烯基、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；
各自独立地表示下列基团中的一种或多种：
Z3、Z4、、Z5、Z6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-；
m、l、o、t各自独立地是0,1或2。
在包含或者不包含式Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ和/或Ⅴ所示化合物的基础上，本发明所提供的液晶介质还可以包含一种或多种式Ⅵ所示化合物和/或一种或多种式Ⅶ所示化合物
其中，R8、R9各自独立地表示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2-10的链烯氧基、环戊基、环丁基或环庚基；
Y2、Y3各自独立地表示F、Cl、碳原子为1-6的烷基、碳原子为1-6的烷氧基、碳原子数为1-6的卤代烷基、碳原子数为1-6的卤代烷氧基、碳原子数为2-6的卤代烯基、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；
X6、X7、X8、X9各自独立地表示H、F或Cl；
Z7表示-CH2CH2-、-CF2CF2-、-COO-、反式-CH＝CH-、反式-CF＝CF-、-CH2O-或单键；
各自独立地表示下列基团中的一种或多种：
p、q、r、s各自独立地表示0、1、2或3。
本发明所提供的液晶介质中，所述一种或多种式I所示化合物的总质量含量优选为1-80％，所述一种或多种式I所示化合物优选为如下式Ⅰ-1至式Ⅰ-15所示化合物中的一种或多种化合物：
所示式Ⅰ-1至式Ⅰ-15中，R各自独立地表示碳原子数为1-8的烷基、环戊基、环丁基，所述R所示基团中的一个或多个H原子可以被氘原子取代；R’表示碳原子数为1-5的烷基，所述碳原子数为1-5的烷基中的一个或多个H原子可以被氘原子取代；D为氘原子。
本发明所提供的液晶介质可另外包含其它中性或极性的化合物。
本发明所提供的液晶介质中，所述一种或多种式Ⅱ所示化合物的总质量含量优选为1-70％，所述一种或多种式Ⅱ所示化合物优选为如下式Ⅱ-1至式Ⅱ-4所示化合物中的一种或多种化合物：
所述式Ⅱ-1至式Ⅱ-4中，R1各自独立地表示碳原子数为1-5的烷基。
本发明所提供的液晶介质优选包含一种或多种如下所示化合物，所述一种或多种如下所示化合物的总质量含量优选为1-60％：
所述以上各式中，R各自独立地表示碳原子数为1-8的烷基、碳原子数为2-5的链烯基、环戊基或环丁基，R’各自独立地表示碳原子数为1-5的烷基、碳原子数为1-5的烷氧基或碳原子数为2-5的链烯基。
本发明所提供的包含一种或多种式Ⅵ所示化合物和/或一种或多种式Ⅶ所示化合物的液晶介质，优选包含一种或多种如下所示化合物，所述一种或多种如下所示化合物的总质量含量优选为1-50％：
所述上述式中，R0、R’各自独立地表示碳原子数为1-8的烷基或碳原子数为2-5的链烯基。
本发明所提供的液晶介，如质应用于FFS-TFT、IPS-TFT中，则不需要添加旋光性物质；如应用于TN-TFT，则需添加质量分数为0.1～0.5％的旋光性化合物。
本发明所提供的液晶介质由几种化合物组成，优选3-30种，更优选4-20种和最优选4-16种化合物组成。采用常规方式混合这些化合物。通常，将要求数量的以较小数量使用的化合物溶于以较大数量使用的化合物中。要注意溶解温度应该低于较高浓度化合物的清亮点。
本发明的液晶介质可以采用加入合适的添加剂的方式对其进行改善，使得他们可以应用于已知类型的液晶显示器，如TN-TFT、IPS-TFT、OCB、PS-IPS、FFS、PS-FFS和VA-TFT。
本发明提供一种液晶显示器，其特征在于包含本发明所述的任一一种液晶介质。
本发明的液晶介质用于液晶显示器的用途。
本发明得到的向列相液晶介质的性能优异，具有短的响应时间，适中的阈值电压，高电阻率和高的电压保持率，低功耗等优点。本发明的向列相液晶介质应用于显示器件中具有很好的对比度。通过各组分含量的调整，使得本发明所阐述的向列相液晶介质可以具有不同的阈值电压和双折射特性，便于在不同的显示器件中应用。
本发明的液晶介质主要优选应用于有源矩阵显示器，优选应用特别适用于制造快速响应的有源矩阵TN-TFT、IPS-TFT、OCB、PS-IPS、FFS、PS-FFS和VA的应用。液晶显示元件和液晶显示器。
本发明书中的百分比为重量百分比(wt％)，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。
△n为光学各向异性，△n＝ne-no，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，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℃；1KHz；HP4284A；4.0微米TN左旋盒。
V10为液晶的光学阈值电压[v]，测试条件为4.0微米TN左旋盒，25℃。
η，γ1分别为液晶介质的体积粘度和旋转粘度，测试条件为25±0.5℃。
具体实施方式
以下给出的实施例只是举例说明本发明化合物的用途，但本发明不限于下面的实施例。
然而，组合物物理性能是对本领域技术人员的举例说明，或在本发明的液晶介质内还可以通过对各组分含量的调整，使其性能有所改变以及能够在显示面板中性能更优异，这些对于本领域技术人员而言是清晰的。
制备并研究下列实施例中给出的液晶介质。同时将其填充于液晶显示器两基板间进行性能测试，下面显示了各液晶介质的组成和其性能参数测试结果。
实施例1
实施例2
实施例3
实施例4
实施例5
实施例6
实施例7
实施例8
实施例9
实施例10
实施例11
实施例12
实施例13
实施例14
实施例15
实施例16
实施例17
实施例18
液晶组成物以及这种组成物是具有向列相，介电各向异性的组成物，适用于AM(active matrix，主动矩阵)等元件。
本发明不限于以上实施例任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，根据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (11)
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所示液晶化合物
其中，R0表示H、环戊基、环丁基、环己基、环庚基、碳原子数为1-12的烷基、碳原子数为1-12的烷基被CN、CF3单取代或被卤素至少单取代所形成的基团、碳原子数为2-12的烷基中的一个或多个CH2基团各自独立地被-O-、 -S-、-CO-、-CO-O-、-O-CO-、或-O-CO-O以O原子不直接连接的方式替代所形成的基团；其中另外的，上述包含H的基团中的任意一个或多个H可以被氘、氟、氯取代；
Z1、Z2、各自独立地表示单键、-CH2-、-CH2-CH2-、-(CH2)3-、-(CH2)4-、-CH＝CH-、-C≡C-、-COO-、-OOC-、-OCH2-、-CH2O-、、-CF2CH2-、-CH2CF2-、-C2F4-和/或-CF＝CF-中的一种或多种；
D表示氘取代基；
X1、X2、X3各自独立地表示H、氘、F或Cl；
Y表示-Q-P，Q表示CF2、OCF2、C2F4、OC2F4或者单键，P表示H、F、Cl、CN、碳原子数为1-12的烷基、碳原子数为1-12烷氧基或碳原子数为2-10个碳原子的链烯基；
可相同或不同，各自独立地表示下列基团中的一种或多种：n表示0、1或2；
所述液晶介质还包含一种或多种式Ⅲ所示化合物
其中，R3表示环戊基、环丁基、环己基或环庚基；
Y1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的烯基、碳原子数为2-6的卤代烯基、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；
各自独立地表示下列基团中的一种或多种：
Z3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-；
X4、X5各自独立地表示H或F；
m表示0，1或2。
2.根据权利要求1所述液晶介质，其特征在于，所述液晶介质还包含一种或多种式Ⅱ所示的中性双环化合物
其中，R1、R2可相同或不同，各自独立地表示H、碳原子数为1-10的烷基、碳原子数为1-10的烷氧基或碳原子数为2-10的链烯基。
3.根据权利要求1或2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Ⅳ所示化合物和/或一种或多种式Ⅴ所示化合物
其中，R4、R6各自独立地表示H、环戊基、环丁基、环己基、环庚基、碳原子数为1-12的烷基、碳原子数为1-12的烷基被CN、CF3单取代或被卤素至少单取代所形成的基团、碳原子数为2-12的烷基中的一个或多个CH2基团各自独立地被-O-、-S-、-CO-、-CO-O-、-O-CO-、或-O-CO-O以O原子不直接连接的方式替代所形成的基团，其中另外的，上述包含H的基团中的任意一个或多个H可以被氘、氟、氯取代；
R5、R7各自独立地表示H、碳原子数为1-10的烷基、碳原子数为1-10的烷氧基或碳原子数为2-10的链烯基；
各自独立地表示下列基团中的一种或多种：
Z4、Z5、Z6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-；
l、o、t各自独立地表示0，1或2。
4.根据权利要求1或2所述液晶介质，其特征在于，所述液晶介质还包含一种或多种式Ⅵ所示化合物和/或一种或多种式Ⅶ所示化合物
其中，R8、R9各自独立地表示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2-10的链烯氧基、环戊基、环丁基或环庚基；
Y2、Y3各自独立地表示F、Cl、碳原子为1-6的烷基、碳原子为1-6的烷氧基、碳原子数为1-6的卤代烷基、碳原子数为1-6的卤代烷氧基、碳原子数为2-6的卤代烯基或碳原子数为2-6的卤代烯氧基；
X6、X7、X8、X9各自独立地表示H、F或Cl；
Z7表示-CH2CH2-、-CF2CF2-、-COO-、反式-CH＝CH-、反式-CF＝CF-、-CH2O-或单键；
各自独立地表示下列基团中的一种或多种：
p、q、r、s各自独立地表示0、1、2或3。
5.根据权利要求1所述液晶介质，其特征在于，所述n表示0或1，Z1、Z2表示单键，X1、X2各自独立地表示H或者F，Y表示H、F或者OCF3。
6.根据权利要求1所述液晶介质，其特征在于，所述一种或多种式I所示化合物的总质量含量为1-80％，所述一种或多种式I所示化合物为如下所示化合物 中的一种或多种化合物：
其中，R各自独立地表示碳原子数为1-8的烷基、环戊基、环丁基，所述R所示基团中的一个或多个H原子可以被氘原子取代；R’表示碳原子数为1-5的烷基，所述碳原子数为1-5的烷基中的一个或多个H原子可以被氘原子取代；D为氘原子。
7.根据权利要求2所述液晶介质，其特征在于，所述一种或多种式Ⅱ所示化合物的总质量含量为1-70％，所述一种或多种式Ⅱ所示化合物为如下式Ⅱ-1至式Ⅱ-4所示化合物中的一种或多种化合物：
所述式Ⅱ-1至式Ⅱ-4中，R1各自独立地表示碳原子数为1-5的烷基。
8.根据权利要求3所述液晶介质，其特征在于，所述液晶介质包含一种或多种如下所示化合物，所述一种或多种如下所示化合物的总质量含量为1-60％：
所述以上各式中，R各自独立地表示碳原子数为1-8的烷基、碳原子数为2-5的链烯基、环戊基或环丁基，R’各自独立地表示碳原子数为1-5的烷基、碳原子数为1-5的烷氧基或碳原子数为2-5的链烯基。
9.根据权利要求4所述的液晶介质，其特征在于，所述液晶介质包含一种或多种如下所示化合物，所述一种或多种如下所示化合物的总质量含量为1-50％,：
所述上述式中，R0各自独立地表示碳原子数为1-8的烷基或碳原子数为2-5的链烯基。
10.根据权利要求1-2、5-9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；所述液晶介质应用于TN-TFT，则需添加质量分数为0.1～0.5％的旋光性化合物。
11.一种电光学液晶显示器，其特征在于，所述电光学显示器含有权利要求1-10中任一所述的液晶介质。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |