CN104593013A - 一种新型液晶介质 - Google Patents

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Abstract

本发明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向异性，其特征在于主要包含了至少一种由结构式(Ⅰ)表示的化合物和至少一种由结构式(Ⅱ)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、大折射率等。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，特别适用于低盒厚，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

一种新型液晶介质
技术领域
本发明涉及一种液晶介质，属于液晶显示材料技术领域。
背景技术
液晶显示元件根据显示模式的不同可分为TN(twisted nematic扭曲向列)、STN(super twisted nematic超扭曲向列)、IPS(in-plane switching面内转换)、VA(vertical alignment垂直配向)、OCB(optically compensated 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。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。通过改善液晶混合物来提快TFT-LCD的响应速度，主要有两个方向，除了降低液晶组合物的粘度，在器件设计上降低液晶屏盒厚可以提升响应速度，此时为了满足合适的Δnd值，液晶组合物需要配合的提高折射率，所以对于大折射率液晶提出了更多的需求，在液晶分子设计上，增加苯环的数量，可以提高折射率，但苯环较环己环清亮点低，而本发明中结构式Ⅰ表示的化合物具有大的折射率，同时其联苯结构较其它大折射率的三联苯结构的苯环基团短，可以在实现较大的折射率同时，具有较高的清亮点。
同时本发明中含有环丙基的液晶材料具有良好的互溶性，尤其体现在低温的良好互溶性上，即具有较低的N-S相转变温度。与本发明中结构式Ⅰ表示的化合物搭配可以实现大折射率和宽的向列相温度范围，从而提高显示器的响应速度和扩宽其使用温度。
发明内容
本发明的目的是提供一种正介电液晶组合物，具有大的折射率各向异性、高电荷保持率、宽的温度适用范围、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。
为了实现上述技术效果，本发明提供了一种液晶介质，本发明所提供的液晶介质包含一种或多种式Ⅰ所示化合物，以及一种或多种式Ⅱ所示化合物，
其中，
R1、R2各自独立地表示碳原子数为1-5的烷基；
R3表示H原子或碳原子数为1-2的烷基；
L21、L22各自独立地表示H原子或F原子；
X1表示F原子、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；
各自独立地表示下列基团中的一种或多种：
n、m、q各自独立地表示0、1或2，且1≤m+q≤3。
式Ⅰ表示的化合物，其具有联苯结构，可以获得较高的折射率，同时具有的环己环结构可以获得较高的清亮点，可以同时提升液晶组合物的折射率和清亮点。式Ⅱ所示的化合物，其具有的环丙基结构，具有良好的低温互溶性，可降低液晶组合物的N-S相转变温度，实现宽温显示。
本发明所提供的液晶介质还可以包含一种或多种式Ⅲ所示化合物
其中，
R4表示H原子或碳原子数为1-2的烷基；
L31、L32各自独立地表示H原子或F原子；
X2表示F原子、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；
各自独立地表示下列基团中的一种或多种：
j，、k、l各自独立地表示0、1或2，且1≤k+l≤3。
在包含一种或多种式Ⅲ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Ⅳ-a、Ⅳ-b、Ⅳ-c和/或Ⅳ-d所示化合物
其中
R41、R42各自独立地表示H原子、碳原子数为1-5的烷基、碳原子数为1-5的烷氧基、碳原子数为2-6的链烯基或碳原子数为3-8链烯氧基；
各自独立地表示以下基团中的任一基团：
Z表示-CH2-、-CH2CH2-、-CF2CF2-、-COO-、反式-CH＝CH-、反式-CF＝CF-、-CH2O-或单键。
本发明所提供的液晶介质中，所述一种或多种式I所示化合物的总含量按质量百分比计优选为1～15％，所述一种或多种式Ⅱ所示化合物的总含量按质量百分比计优选为5～40％，所述一种或多种式Ⅲ所示化合物的总含量按质量百分比计优选为5～45％，所述一种或多种式Ⅳ所示的化合物的总含量按质量百分比计优选为5～60％。
所述一种或多种式Ⅱ所示化合物优选为如下式Ⅱ-1至Ⅱ-66所示化合物中的一种或多种化合物：
所述一种或多种式Ⅲ所示化合物优选为如下式Ⅲ-1至Ⅲ-108所示化合物中的一种或多种化合物：
所述一种或多种式Ⅳ-a、Ⅳ-b、Ⅳ-c和/或Ⅳ-d所示化合物优选为如下式Ⅳ-a-1至Ⅳ-d-4所示化合物中的一种或多种化合物：
其中，R41、R42可以相同或不同，各自独立地表示H原子或碳原子数为1-5的烷基。
本发明所提供的液晶介质若应用于FFS-TFT、IPS-TFT中，则不需要添加旋光性物质；若应用于TN-TFT，则优选添加质量百分比计为式Ⅰ-Ⅳ所示的化合物的质量之和的0.05～0.5％的旋光性化合物。
本发明还提了一种电光学液晶显示器，所述电光学液晶显示器包含上述任一所述的液晶介质。
本发明提供的液晶组合物，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，具有非常大的光学各向异性，具有宽的温度适用性，非常适用于低盒厚快速响应应用领域。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介电和双折射特性，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。
具体实施方式
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表示液晶清亮点(℃)，DSC定量法测试；
S-N表示液晶的晶态到向列相的熔点(℃)；
Δn表示光学各向异性，no为寻常光的折射率，ne为非寻常光的折射率，测试条件为25±2℃，589nm，阿贝折射仪测试；
Δε表示介电各向异性，Δε＝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±0.5℃，20微米平行盒，INSTEC:ALCT-IR1测试；
γ1表示旋转粘度(mPa·s),测试条件为25±0.5℃，20微米平行盒，INSTEC:ALCT-IR1测试；
τ表示响应时间(ms)，测试仪器为DMS-501，测试条件为25±0.5℃，测试盒4.0微米TN左旋盒。
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，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1中所列出的液晶组合物，主要应用于小尺寸的IPS/FFS-TFT的显示模式中，大的折射率各向异性适用于薄盒厚，有助于提高响应速度，同时具有高的电压保持率和很好的稳定性。
实施例2
实施例2的混晶化合物具有大折射率，快速响应，高清亮点，适用于低盒厚、车载等性能要求的应用。
实施例3
实施例3的混晶化合物具有很宽的温度使用范围，大折射率，快速响应，同时具有很好的高低温稳定性，结合IPS显示模式，适用于车载等显示应用。
实施例4
实施例4的混晶化合物具有大折射率，快速响应，较宽的温度适用范围等，适用于低盒厚、快速响应的手机等的应用。
实施例5.
实施例5的混晶化合物具有大折射率，较宽温度稳定性，高介电，快速响应，适用于低盒厚、快速响应等性能要求的应用。
以上五个实施例，均具有很好的低温稳定性，大折射率，较宽温度稳定性，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，且大折射率有利于低盒厚以提高响应速度的提高，非常适合用于TN，IPS和FFS模式操作的显示器。
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，本发明并不是由上述说明而限定，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 (9)

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所示化合物以及一种或多种式Ⅱ所示化合物，
其中，
R1、R2各自独立地表示碳原子数为1-5的烷基；
R3表示H原子或碳原子数为1-2的烷基；
L21、L22各自独立地表示H原子或F原子；
X1表示F原子、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；
各自独立地表示下列基团中的一种或多种：
n、m、q各自独立地表示0、1或2，且1≤m+q≤3。
2.根据权利要求1所述的液晶介质，其特征在于，所述液晶介质还包含一种或多种式Ⅲ所示化合物
其中，
R4表示H原子或碳原子数为1-2的烷基；
L31、L32各自独立地表示H原子或F原子；
X2表示F原子、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；
各自独立地表示下列基团中的一种或多种：
j，、k、l各自独立地表示0、1或2，且1≤k+l≤3。
3.根据权利要求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-a、Ⅳ-b、Ⅳ-c和/或Ⅳ-d所示化合物
其中
R41、R42各自独立地表示H原子、碳原子数为1-5的烷基、碳原子数为1-5的烷氧基、碳原子数为2-6的链烯基或碳原子数为3-8链烯氧基；
各自独立地表示以下基团中的任一基团：
Z表示-CH2-、-CH2CH2-、-CF2CF2-、-COO-、反式-CH＝CH-、反式-CF＝CF-、-CH2O-或单键。
4.根据权利要求3所述的液晶介质，其特征在于，所述一种或多种式I所示化合物的总含量按质量百分比计为1～15％，所述一种或多种式Ⅱ所示化合物的总含量按质量百分比记为5～40％，所述一种或多种式Ⅲ所示化合物的总含量按质量百分比记为5～45％，所述一种或多种式Ⅳ所示的化合物的总含量按质量百分比记为5～60％。
5.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Ⅱ所示化合物为如下式Ⅱ-1至Ⅱ-66所示化合物中的一种或多种化合物：
6.根据权利要求2所述的液晶介质，其特征在于，所述一种或多种式Ⅲ所示化合物为如下式Ⅲ-1至Ⅲ-108所示化合物中的一种或多种化合物：
7.根据权利要求3或4所述的液晶介质，其特征在于，所述一种或多种式Ⅳ-a、Ⅳ-b、Ⅳ-c和/或Ⅳ-d所示化合物为如下式Ⅳ-a-1至Ⅳ-d-4所示化合物中的一种或多种化合物：
其中，R41、R42可以相同或不同，各自独立地表示H原子或碳原子数为1-5的烷基。
8.根据权利要求1-7中任一所述的液晶介质，其特征在于，所述液晶介质若应用于FFS-TFT、IPS-TFT中，则不需要添加旋光性物质；若应用于TN-TFT，则需添加质量百分比计为式Ⅰ-Ⅳ所示的化合物的质量之和的0.05～0.5％的旋光性化合物。
9.一种电光学液晶显示器，其特征在于，所述电光学液晶显示器包含权利要求1-8中任一所述的液晶介质。
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