CN105018108B

CN105018108B - 一种含1,3‑二噁烷化合物的液晶组合物及其应用

Info

Publication number: CN105018108B
Application number: CN201510317198.0A
Authority: CN
Inventors: 郤玉生
Original assignee: Beijing Huake Jiatai Technology Co Ltd
Current assignee: Shanxi Yinuo New Material Technology Co.,Ltd.
Priority date: 2015-06-10
Filing date: 2015-06-10
Publication date: 2017-03-29
Anticipated expiration: 2035-06-10
Also published as: CN105018108A

Abstract

本发明涉及液晶材料领域，具体公开了一种含有1,3‑二噁烷化合物的液晶组合物以及其在液晶显示装置中的应用。本发明的液晶组合物，按重量份计，包含以下组分：1～24份通式Ⅰ所代表的化合物中的一种或多种，1～80份通式Ⅱ所代表的化合物中的一种或多种，1～35份通式Ⅲ所代表的化合物中的一种或多种，0～40份通式Ⅳ所代表的化合物中的一种或多种。该液晶组合物的光学双折射率△n在0.08～0.15之间，具有适中的折射范围。本发明提供的液晶组合物不仅具有较宽的向列相温度范围、高电阻率、高电荷保持率、低粘度等特性，还具有较快的响应速度，以及良好的低温存储稳定性。将该液晶组合物应用于液晶显示器中，尤其是TFT‑LCD模式的显示器中，能明显改善其显示效果。

Description

一种含1,3-二噁烷化合物的液晶组合物及其应用

技术领域

本发明涉及液晶材料领域，具体公开了一种含有1,3-二噁烷化合物的液晶组合物以及其在液晶显示装置中的应用。

背景技术

液晶材料是在一定温度下，既具有液体的流动性又具备晶体的各项异性的有机棒状小分子化合物的混合物。液晶显示器件是利用液晶材料本身所具有的光学各项异性和介电各项异性来进行工作，目前已得到广泛的应用。利用液晶材料不同的特性和工作方式，可以将器件设计为不同的工作模式，主要有以下几种：动态散射(dynamic scattering,DS)型、电场控制双折射(electrically controlled birefringence,ECB)型、扭曲向列(twisted nematic,TN)型、铁电(ferroelectric liquid crystal,FLC)型、宾-主(guest-host,GH)型、相变(phase change,PC)型、垂直配向(vertical alignment VA)型等。目前市面上的液晶显示器主要属于有源矩阵类型的薄膜晶体管液晶显示器(Thin FilmTransistor-Lquid Crystal Display，即TFT-LCD)，TFT-LCD具有分辨率高、视角宽、对比度高等优点，并且其能耗低、体积小等，因此被广泛应用。但是目前TFT-LCD仍然存在液晶材料仍然存在响应不够快，电压不够低，以及电荷保持率较低的问题。因此，如何研发一种具备良好的化学和热稳定性，良好的电场和电磁辐射的稳定性、合适的光学各项异性、较快的响应速度及较低的阈值电压的液晶材料是目前最需要的。

鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的在于提供一种含有1,3-二噁烷化合物的液晶组合物，该组合物具有良好的物理和化学性能，其在液晶显示装置中具有良好的应用。

本发明公开了一种液晶组合物，按重量份计，其包含以下组分：

(1)、1～24份所述通式Ⅰ所代表化合物中的一种或多种，

(2)、1～80份所述通式Ⅱ所代表化合物中的一种或多种，

(3)、1～35份所述通式Ⅲ所代表的化合物中的一种或多种，

(4)、0～40份通式Ⅳ所代表的化合物中的一种或多种；

其中，通式Ⅰ所代表的化合物结构如下：

通式Ⅰ中R₁代表具有1～15个C原子的烷基或烷氧基，或具有2～15个C原子的烯基，R₁中的一个或多个CH₂基团分别彼此独立的被H、-C≡C-、-C＝C-、-CF₂O-、-O-、-CO-O-、-O-CO-取代或未取代，R₁中的一个或多个H原子被卤素原子取代或未取代，

L₁，L₂，L₃，L₄各自独立的表示H、F或Cl，

X表示F、Cl、CN、SF₅、SCN、NCS、具有1～6个C原子的卤代烷基、卤代链烯基、卤代烷氧基或者卤代链烯氧基；

通式Ⅱ所代表的化合物结构如下：

其中R₂₁、R₂₂独立表示为具有1～7个C原子的烷基，或具有2～7个C原子的链烯基，R₂₁、R₂₂中的一个或多个H原子被卤素取代或未取代，A₂₁、A₂₂独立的代表为反-1,4-亚环己基或1,4-亚苯基；

通式Ⅲ所代表的化合物结构如下：

其中R₃₁、R₃₂独立的代表具有1～7个C原子的的烷基或具有2～7个C原子的链烯基，R₃₁、R₃₂中的一个或多个不相邻的CH₂基团被O原子取代或未取代，R₃₁、R₃₂中的一个或多个H原子被卤素取代或未取代，A₃₁、A₃₂、A₃₃独立的代表为反-1,4-亚环己基或1,4-亚苯基，且当其为反-1,4-亚环己基时，亚环己基上的一个或多个不相邻的CH₂基团被O原子取代或未取代；当其为1,4-亚苯基时，亚苯基上的一个或多个H原子被卤素取代或未取代，j＝1、2或3；

通式Ⅳ所代表的化合物结构如下：

其中R₄₁代表具有1～15个C原子的烷基或烷氧基，或具有2～15个C原子的烯基，R₄₁中的一个或多个CH₂基团彼此独立的被H、-C≡C-、-C＝C-、-CF₂O-、-OCF₂-、-O-、-CO-O-、-O-CO-以使O原子不直接彼此相连的方式取代或未取代，R₄₁中的一个或多个H原子被卤素原子取代或未取代；

A₄₁、A₄₂、A₄₃、A₄₄分别独立的代表或者以上结构中任意相邻的2个饱和C原子被烯键取代和/或一个或多个不相邻的CH₂基团被O原子取代和/或任意的一个或多个H原子被卤素取代或未取代；

Z₄₁、Z₄₂、Z₄₃、Z₄₄各自独立的代表单键、-CH₂CH₂-、-(CH₂)₄-、-C＝C-、-C≡C-、-C₂F₄-、-CH₂CF₂-、-CF₂CH₂-、-CF＝CF-、-CH₂O-、-OCH₂-、-OCF₂-、-CF₂O-、-CO-O-或-O-CO-；

L₄₁、L₄₂分别独立的代表H、F或Cl；

X₄代表F、Cl、CN、SF₅、SCN、NCS、具有1～6个C原子的卤代烷基、卤代链烯基、卤代烷氧基或者卤代链烯氧基；

m、n、p分别独立的等于0或1。

本发明各组分优选采用下述用量：按质量份计，组分(1)为1～24份；组分(2)为40～80份，组分(3)为1～25份，组分(4)为0-40份；更优选的，组分(1)为5～12份；组分(2)为50～75份，组分(3)为5～25份，组分(4)为1～25份。

本发明的液晶组合物中各组分采用上述用量所制备的液晶组合物，相较于现有技术中的液晶组合物具有更优越的性能，该组合物具有双折射各向异性，宽的向列相温度范围，并具有高电阻率、高电荷保持率，较低的粘度，尤其具有较快的响应速度，具有良好的低温存储稳定性。可以应用于含液晶介质的显示器件，尤其适用于TFT显示方式。

本发明组分(1)优选为为如下化合物中的一种或多种：

其中R₁₁、R₁₂分别独立的代表具有1～7个C原子的烷基或具有2～7个C原子的链烯基；优选为独立的代表具有2～5个C原子的烷基。

本发明组分(2)优选为如下化合物中的一种或多种：

其中R_2a为具有1～5个C原子的烷基，R_2b、R_2c分别独立的代表H原子或具有1～3个C原子的烷基。

更进一步地，组分(2)优选为以下化合物的一种或多种：

本发明组分(3)优选为如下化合物中的一种或多种：

其中R_3a代表具有1～5个C原子的烷基；R_3b代表H原子或具有1～3个C原子的烷基；R_3c、R_3d分别独立的代表具有1～5个C原子的烷基或具有2～5个C原子的链烯基，R_3c、R_3d中的一个或多个H原子被卤素取代或未取代。

更进一步地，组分(3)优选为以下化合物的一种或多种：

本发明组分(4)优选为如下化合物中的一种或多种：

其中R_4a代表具有1～5个C原子的烷基或具有2～5个C原子的烯基。

更进一步的，组分(4)优选为以下化合物的一种或多种：

本发明提供的液晶组合物，在上述各组分优选具体化合物的协同作用下，使得组合物具有较高的介电各向异性，应用至液晶组合物后可有效降低器件的驱动电压。

本发明的液晶组合物，还包含一种或多种UV稳定剂和/或抗氧化剂。其中UV稳定剂为以下化合物中的一种或几种：

抗氧化剂为和/或

UV稳定剂和/或抗氧化剂等添加剂的加入可使液晶在紫外照射及加热等情况下，VHR值显著下降，降幅值最高可达70％以上。

本发明的液晶组合物，还包含0～5重量份，优选0～2重量份，更优选0.1～1重量份的一种或多种手性添加剂，所述手性添加剂优选为以下化合物中的一种或多种：

手性添加剂用以在TN模式中调节液晶螺距，以匹配不同的核间距。

作为一个整体的技术方案，本发明在大量实验的基础上，研究发现当组分(1)为且用量为4～12份；组分(2)为且用量为50～65份；组分(3)为且用量为15～30份；组分(4)为且用量为8～18份时，液晶组合物的Tni在75℃～85℃之间，Δn在0.095～0.120之间，△ε在+2～+6之间，V_th在1.8V～3.2V之间。

本发明的液晶组合物可以使用常规方法制备，例如通过将化合物Ⅰ～Ⅳ中的一种或多种按重量份数称量，配成液晶组合物。通常采用的方法是将各成分混合加热时其溶解，直至观察到溶解过程完成。也可以将组分在有机溶剂例如在丙酮、氯仿或甲醇汇总的溶液混合，以及在充分混合后再通过蒸馏法除去溶剂，得到最终样品。

本发明的液晶组合物与现有技术中的液晶组合物相比，具有更好的双折射各向异性，宽的向列相温度范围，并具有高电阻率、高电荷保持率，较低的粘度，尤其具有较快的响应速度，具有良好的低温存储稳定性，该液晶组合物的光学双折射率△n在0.08～0.15之间，具有适中的折射范围。

本发明所述液晶化合物以及含有所述液晶化合物的组合物在液晶显示领域具有良好的应用，优选为在液晶显示装置中的应用，尤其是在TFT模式的显示器中具有良好的应用。所述的液晶显示装置包括但并不限于TN、ADS、FFS或IPS液晶显示器。使用了所述液晶化合物或含有所述液晶化合物的组合物的液晶显示装置，具有光学各向异性数值适中、电荷保持率高等特点，且介电各向异性高，从而降低了液晶显示装置的驱动电压，应用前景广阔。同时，由于本发明提供的液晶化合物清亮点相对较高，单体之间互溶性好，从而有更高的工作温度，可以在配制组合物中添加更多份数，更有效降低器件的驱动电压，且化学稳定性、热稳定性好，可以耐受苛刻的工作条件。

本发明份数均为重量份，且组合物总份数优选100重量份。

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。

所述原材料如无特别说明，均能从公开商业途径获得。

在本申请及以下实施例中，液晶化合物的结构通式通过缩略语来标明，并按照下表缩略语转换成化学式。其中m、n分别代表通式中的直链烷基R₁ ^*、R₂ ^*，m、n对应直链烷基R₁ ^*、R₂ ^*中的C原子数，m，n是整数且优选表示1、2、3、4或5。通过下表通式的缩略语方式，代表所示化合物。

表1各化合物与缩略语对应关系表

表2各个测试项目的简写代号对应表

实施列1：

实施列2：

实施列3：

实施列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：

实施例19：

实施例20：

实施例21：

实施例22：

实施例23：

实施例24：

实施例25：

实施例26：

实施例27：

实施例28：

实施例29：

实施例30：

对比例1:

与实施例28比较，区别在于：对比例1使用2HHJ、2HCY、2HHGY等成分代替实施例中的组分Ⅰ2HDGY、3HDGY、4HDGY，液晶组合物各成分及用量如下：

对比例2：

与实施例27比较，区别在于：对比例2使用3HPO1、3HPO2、3HHVFF、3PPVFF、3PP2VFF等成分代替了实施例中的组分Ⅱ3HHV、3HHV1，液晶组合物各成分及用量如下：

对比例3：

与实施例29比较，区别在于：对比例3使用3HHPO1、3HHPO2、3HPPO1、3HPPO2等成分代替了实施例中的组分ⅢVHHP1、2PGP3、3PGP5、2PGP5，液晶组合物各成分及用量如下：

对比例4：

与实施例30比较，区别在于：对比例4使用2PEY、3HHEY等成分代替了实施例中的组分Ⅳ2PGY、3PGY，液晶组合物各成分及用量：如下：

综上，本发明提供的液晶化合物与对比例1～4相比，具有较大的、较高的清亮点和较低的阈值电压。本发明提供的液晶组合物不仅具有较宽的向列相温度范围、较好的介电各向异性和光学各向异性，以及较低的阈值电压、较快的响应速度，以及良好的低温存储稳定性。将该液晶组合物应用于液晶显示器中，尤其是TFT-LCD模式的显示器中，其优异的光学和电学性能能明显改善其显示效果。

虽然，上文中已经用一般性说明、具体实施方式及试验，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

1.一种液晶组合物，其特征在于，按重量份计，液晶组分由以下组分组成：

(1)、5～12份通式Ⅰ所代表化合物中的一种或多种，

(2)、50～70份通式Ⅱ所代表化合物中的一种或多种，

(3)、5～25份通式Ⅲ所代表的化合物中的一种或多种，

(4)、1～25份通式Ⅳ所代表的化合物中的一种或多种；

其中，通式Ⅰ所代表的化合物结构如下：

通式Ⅰ中R₁代表具有1～15个C原子的烷基或烷氧基，或具有2～15个C原子的烯基，R₁中的一个或多个CH₂基团分别彼此独立的被-C≡C-、-C＝C-、-CF₂O-、-O-、-CO-O-、-O-CO-取代或未取代，R₁中的一个或多个H原子被卤素原子取代或未取代；

L₁，L₂，L₃，L₄各自独立的表示H、F或Cl；

通式Ⅱ所代表的化合物结构如下：

通式Ⅲ所代表的化合物结构如下：

通式Ⅳ所代表的化合物为如下化合物中的一种或多种：

2.根据权利要求1所述的液晶组合物，其特征在于，所述组分(1)为如下化合物中的一种或多种：

其中R₁₁、R₁₂独立的代表具有1～7个C原子的烷基或具有2～7个C原子的链烯基。

3.根据权利要求2所述的液晶组合物，其特征在于，R₁₁、R₁₂独立的代表具有2～5个C原子的烷基。

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，所述组分(2)为如下化合物中的一种或多种：

其中R_2a为具有1～5个C原子的烷基；R_2b、R_2c分别独立的代表H原子或具有1～3个C原子的烷基。

5.根据权利要求1所述的液晶组合物，其特征在于：组分(2)为以下化合物的一种或多种：

6.根据权利要求1或2或3或5所述的液晶组合物，其特征在于，所述组分(3)为如下化合物中的一种或多种：

7.根据权利要求6所述的液晶组合物，其特征在于：组分(3)为以下化合物的一种或多种：

8.根据权利要求1所述的液晶组合物，其特征在于：组分(4)为以下化合物的一种或多种：

9.根据权利要求1或2或3或5或7或8所述的液晶组合物，其特征在于，还包含一种或多种UV稳定剂和/或抗氧化剂。

10.根据权利要求9所述的液晶组合物，其特征在于，所述UV稳定剂为中的一种或几种，所述抗氧化剂为和/或

11.根据权利要9所述的液晶组合物，其特征在于，还包含0～5重量份的一种或多种手性添加剂。

12.根据权利要求11所述的液晶组合物，其特征在于：所述手性添加剂的用量为0-2重量份。

13.根据权利要求11所述的液晶组合物，其特征在于：所述手性添加剂的用量为0.1～1重量份。

14.根据权利要求11-13任一项所述的液晶组合物，其特征在于：所述手性添加剂为以下化合物中的一种或多种：

15.权利要求1～14任一项所述的液晶组合物在液晶显示装置中的应用。