CN104774623A - 一种液晶组合物及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及液晶领域，特别涉及一种液晶组合物及其在液晶显示领域的应用。本发明的液晶组合物，按重量份，包括5～40份一种或多种通式I所代表的化合物，2～30份一种或多种通式II所代表的化合物，20～70份一种或多种通式III所代表的化合物，还可以包括4～30份一种或多种通式IV所代表的化合物或/和5～25份一种或多种通式V～通式IX的所代表的化合物。上述化合物配合使用，可以有效降低液晶组合物的旋转粘度，改善混合液晶的相关性能，从而减少其响应时间。本发明所述的液晶组合物可用于多种显示模式的快响应液晶显示。

Description

一种液晶组合物及其应用
技术领域
本发明涉及液晶领域，特别涉及一种液晶组合物及其在液晶显示领域的应用。
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。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，特别是七十年代以来，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。
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
本发明的目的是提供一种液晶组合物，该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。
为了达到上述目的，具体采用如下的技术方案：
一种液晶组合物，其特征在于，按重量份，包括5～40份一种或多种通式I所代表的化合物，2～30份一种或多种通式II所代表的化合物，20～70份一种或多种通式III所代表的化合物，
其中：R1独立地代表C1～C12的直链烷基或C2～C12的直链烯基；R2独立地代表C1～C12的直链烷基、C1～C12的直链烷氧基或C2～C12的直链烯基；R4、R5各自独立地代表未被取代的C1～C12的直链烷基、一个或多个不相邻的CH2被O、S或CH＝CH取代的C1～C12的直链烷基；
X1独立地代表F、Cl、CN、C1～C12的直链烷基、C1～C12的直链烷氧基或C2～C12的直链烯基；
Z1、Z2各自独立地代表单键或炔键，且Z1和Z2中至少一个为炔键；
L1独立地代表H或F；
A1、A2和A3各自独立地代表：
A4独立地代表：
A5、A6各自独立地代表反式1,4-环己基或1,4-亚苯基；
m、n各自独立地代表0或1。
本发明的液晶组合物，还包括0～30份通式IV所代表的化合物，优选地包括4～30份通式IV所代表的化合物，
其中，R6、R7各自独立地代表C1～C12的直链烷基、一个或多个不相邻的CH2被O、S或CH＝CH取代的C1～C12的直链烷基；
A7选自以下结构中的一种：
本发明的液晶组合物，还包括0～30份通式V～通式IX的所代表的化合物，优选地包括5～25份通式V～通式IX的所代表的化合物，
其中，R10独立地代表C1～C12的直链烷基、C2～C12的直链烯基；R8、R9、R11～R13各自独立地代表C1～C12的直链烷基；X2～X5各自独立地代表F、CF3、OCF3、OCF2H；L2～L9各自独立地代表H或F；
A8和A9各自独立地代表：
作为一种实施方式，本发明的液晶组合物，按重量份，包括9～12份一种或多种通式I所代表的化合物，5～26份一种或多种通式II所代表的化合物，60～67份一种或多种通式III所代表的化合物，5～24份一种或多种通式IV所代表的化合物。
作为另一种实施方式，本发明的液晶组合物，其特征在于，按重量份，包括14～30份一种或多种通式I所代表的化合物，3～9份一种或多种通式II所代表的化合物，30～50份一种或多种通式III所代表的化合物，4～18份一种或多种通式IV所代表的化合物，9～23份一种或多种通式V～通式IX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有2-甲基-3,4,5-三氟苯结构与二氟甲氧基桥键的极性化合物，该结构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-U所代表的化合物的一种或几种：
其中，R1独立地代表C1～C7的直链烷基。
优选地，通式I所代表的化合物选自式I-A-1～式I-U-4所代表的化合物的一种或几种：
更优选地，通式I所代表的化合物选自式I-F-2、I-F-3、I-G-2、I-G-4、I-P-1、I-P-2、I-R-2、I-R-3、I-U-2、I-U-4中的一种或几种。
本发明提供的通式II所代表的炔类化合物具有高的光学各向异性，对于提升组合物的光学各向异性起到了显著作用。
具体的，所述通式II所代表的化合物选自式II-A～式II-D中的一种或多种：
其中，R2独立地代表C1～C7的直链烷基或C2～C7的直链烯基；R3独立地代表C1～C7的直链烷基、C1～C7的直链烷氧基或C2～C7的直链烯基。
优选地，式II所代表的化合物选自式II-A-1～式II-D-16中的一种或多种：
更优选地，通式II所代表的化合物选自式II-A-1、II-A-6、II-A-10、II-A-35、II-C-3、II-C-6中的一种或几种。
本发明提供的通式III所代表的化合物为双环结构，具体的，通式III所代表的化合物选自如下化合物的一种或多种：
其中，R4独立地代表C1～C7的直链烷基；R5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。
优选地，所述通通式III所代表的化合物选自式III-A-1～式III-C-24所代表的化合物的一种或几种：
更优选地，通式III所代表的化合物选自式III-A-1、III-A-2、III-A-4、III-A-5、III-C-4中的一种或几种。
具体的，通式IV所代表的化合物选自式IV-A～式IV-C以下化合物的一种或多种：
其中，R6独立地代表C2～C10的直链烷基或直链烯基；R7独立地代表C1～C8的直链烷基。
优选地，通式IV所代表化合物选自式IV-A-1～式IV-C-20结构中的一种或多种：
更优选地，通式IV所代表的化合物选自式IV-A-1、IV-A-2、IV-A-5、IV-A-8、IV-A-12、IV-B-1、IV-B-3中的一种或几种。
优选地，通式V～通式IX的化合物选自式V-A～式IX-E的一种或多种：
其中，R10独立地代表C2～C7的直链烷基或直链烯基；R8、R9、R11～R13各自独立地代表C2～C7的直链烷基。
本发明的技术特点在于：由于I类化合物具有强的介电各向异性，II类化合物具有大的光学各向异性，IV类化合物具有高的清亮点和大的K值特性，使用这三类化合物可以调节液晶组合物的物理参数性能；同时，III类化合物对于降低体系的粘度、提高响应速度作用显著，是调配快速响应的液晶混合物必不可少的一类化合物。将上述化合物配合使用，可以有效降低混合液晶的旋转粘度，改善混合液晶的相关性能，从而减少其响应时间。
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，或者本发明所述液晶组合物可按照常规的方法制备。
本发明所提供的液晶组合物同时含有2-甲基-3,4,5-三氟苯基的化合物、炔类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。
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：4CDUQKF
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份及性能参数
实施例2
表3：液晶组合物中各组分的重量份及性能参数
实施例3
表4：液晶组合物中各组分的重量份及性能参数
实施例4
表5：液晶组合物中各组分的重量份及性能参数
实施例5
表6：液晶组合物中各组分的重量份及性能参数
实施例6
表7：液晶组合物中各组分的重量份及性能参数
实施例7
表8：液晶组合物中各组分的重量份及性能参数
实施例8
表9：液晶组合物中各组分的重量份及性能参数
实施例9
表10：液晶组合物中各组分的重量份及性能参数
实施例10
表11：液晶组合物中各组分的重量份及性能参数
实施例11
表12：液晶组合物中各组分的重量份及性能参数
对比例1
表13：液晶组合物中各组分的重量份及性能参数
将实施例1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14。
表14：液晶组合物的性能参数比较
△n △ε Cp γ1 K11 K22 K33
实施例1 0.098 +2.6 80 50 13.9 7.0 16.1
对比例1 0.098 +2.6 81 52 13.8 6.9 16.0
经比较可知：与对比例1相比，实施例1提供的液晶组合物的旋转粘度低，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15：液晶组合物中各组分的重量份及性能参数
将实施例9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9 0.100 +5.8 91 65 13.9 7.0 16.8
对比例2 0.100 +5.8 90 90 12.8 6.5 16.2
经比较可知：与对比例2相比，实施例9提供的液晶组合物的旋转粘度低，弹性常数大，因此拥有更短的响应时间和更快的响应速度。
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)

1.一种液晶组合物，其特征在于，按重量份，包括5～40份一种或多种通式I所代表的化合物，2～30份一种或多种通式II所代表的化合物，20～70份一种或多种通式III所代表的化合物，
其中，R1独立地代表C1～C12的直链烷基或C2～C12的直链烯基；R2独立地代表C1～C12的直链烷基、C1～C12的直链烷氧基或C2～C12的直链烯基；R4、R5各自独立地代表未被取代的C1～C12的直链烷基、一个或多个不相邻的CH2被O、S或CH＝CH取代的C1～C12的直链烷基；
X1独立地代表F、Cl、CN、C1～C12的直链烷基、C1～C12的直链烷氧基或C2～C12的直链烯基；
Z1、Z2各自独立地代表单键或炔键，且Z1和Z2中至少一个为炔键；
L1独立地代表H或F；
A1、A2和A3各自独立地代表：
A4独立地代表：
A5、A6各自独立地代表反式1,4-环己基或1,4-亚苯基；
m、n各自独立地代表0或1。
2.根据权利要求1所述的液晶组合物，其特征在于，还包括0～30份通式IV所代表的化合物，
其中，R6、R7各自独立地代表C1～C12的直链烷基、一个或多个不相邻的CH2被O、S或CH＝CH取代的C1～C12的直链烷基；
A7选自以下结构中的一种：
3.根据权利要求1或2所述的液晶组合物，其特征在于，还包括0～30份通式V～通式IX的所代表的化合物，
其中，R10独立地代表C1～C12的直链烷基、C2～C12的直链烯基；R8、R9、R11～R13各自独立地代表C1～C12的直链烷基；X2～X5各自独立地代表F、CF3、OCF3、OCF2H；L2～L9各自独立地代表H或F；
A8和A9各自独立地代表：
4.根据权利要求1-3任一项所述的液晶组合物，其特征在于，按重量份，包括9～12份一种或多种通式I所代表的化合物，5～26份一种或多种通式II所代表的化合物，60～67份一种或多种通式III所代表的化合物，5～24份一种或多种通式IV所代表的化合物。
5.根据权利要求1-3任一项所述的液晶组合物，其特征在于，按重量份，包括14～30份一种或多种通式I所代表的化合物，3～9份一种或多种通式II所代表的化合物，30～50份一种或多种通式III所代表的化合物，4～18份一种或多种通式IV所代表的化合物，9～23份一种或多种通式V～通式IX所代表的化合物。
6.根据权利要求1-5任一项所述的液晶组合物，其特征在于，通式I所代表的化合物选自式I-A～式I-U所代表的化合物的一种或几种：
其中，R1独立地代表C1～C7的直链烷基；
所述通式II所代表的化合物选自式II-A～式II-D中的一种或多种：
其中，R2独立地代表C1～C7的直链烷基或C2～C7的直链烯基；R3独立地代表C1～C7的直链烷基、C1～C7的直链烷氧基或C2～C7的直链烯基；
通式III所代表的化合物选自如下化合物的一种或多种：
其中，R4独立地代表C1～C7的直链烷基；R5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。
7.根据权利要求1-5任一项所述的液晶组合物，其特征在于，通式I所代表的化合物选自式I-A-1～式I-U-4所代表的化合物的一种或几种：
所述通式II所代表的化合物选自式II-A-1～式II-D-16中的一种或多种：
通式III所代表的化合物选自式III-A-1～式III-C-24所代表的化合物的一种或几种：
8.根据权利要求1-5任一项所述的液晶组合物，其特征在于，通式IV所代表化合物选自式IV-A-1～式IV-C-20结构中的一种或多种：
9.根据权利要求1-5任一项所述的液晶组合物，其特征在于，通式V～通式IX的化合物选自式V-A～式IX-E的一种或多种：
其中，R10独立地代表C2～C7的直链烷基或直链烯基；R8、R9、R11～R13各自独立地代表C2～C7的直链烷基。
10.权利要求1-9任一项所述的液晶组合物在TN、IPS及FFS型TFT液晶显示装置中的应用。
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